- •Ю. А. Манаков материаловедение
- •Методические указания по выполнению семестрового задания
- •Теоретические материалы
- •Тема 1. Основные понятия
- •Теоретический материал
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Классификация материалов
- •1.3. Требования к материалам при их выборе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 2. Строение металлов
- •Теоретический материал
- •2.1. Кристаллические и аморфные тела
- •2.2. Строение чистых металлов
- •2.3. Кристаллографические направления и индексы
- •Анизотропия
- •2.4. Влияние типа химической связи на структуру и свойства кристаллов. Типы кристаллов
- •2.5. Дефекты кристаллического строения
- •2.6. Дислокационный механизм пластической деформации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 3. Строение сплавов. Диаграммы состояния
- •Теоретический материал
- •3.1. Строение сплавов
- •3.2. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 4. Строение неметаллических материалов
- •Теоретические материалы
- •4.1. Строение полимеров
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.2. Строение стекол
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.3. Строение керамики
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.4. Композиционные материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 5. Свойства материалов и их определение
- •Теоретические материалы
- •5.1. Классификация свойств материалов, их общая характеристика
- •5.2. Механические (прочностные) свойства материалов
- •5.3. Твердость материала
- •5.4. Теплофизические свойства
- •5.5. Изменение свойств материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка
- •Теоретические материалы
- •6.1. Диффузия
- •6.2. Термическая обработка
- •Виды и операции то
- •6.3. Химико-термическая обработка
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 7. Металлические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •7.1. Сплавы железа с углеродом Общая характеристика железоуглеродистых сплавов
- •Классификация сталей
- •Углеродистые стали
- •Легированные стали
- •Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Сортамент сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •7.2. Цветные металлы и сплавы Медь и ее сплавы
- •Проволока дкрнм-0,6-кт-л80ам гост 1066-80 –
- •Алюминий и его сплавы
- •Сплавы магния
- •Сплав мл5 гост2856-79. Титан и его сплавы
- •Бериллий и сплавы на его основе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 8. Неметаллические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •8.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы
- •8.2. Керамика, стекло, ситаллы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Темы 9,10,11. Электротехнические материалы
- •Теоретические материалы
- •9.1. Энергетические зоны твердого тела
- •9.2. Проводниковые материалы Понятие об электропроводности
- •Электрические свойства и параметры проводниковых материалов
- •Классификация и характеристика проводниковых материалов
- •9.3. Полупроводниковые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Диэлектрические материалы
- •Теоретические материалы
- •10.1. Классификация и основные свойства диэлектриков
- •10.2. Поляризация диэлектриков и ее виды
- •.Влияние температуры и частоты на поляризацию
- •10.3. Электропроводность диэлектриков. Виды электропроводности
- •10.4. Диэлектрические потери
- •10.5. Электрическая прочность диэлектриков
- •10.6. Нагревостойкость диэлектриков
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Магнитные материалы
- •Теоретические материалы
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов
- •11.3. Классификация магнитных материалов и их характеристика
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 12. Понятие о точности обработки и шероховатости поверхности
- •Теоретические материалы
- •12.1. Точность размеров
- •12.2. Шероховатость поверхности
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Содержание
Тема 7. Металлические конструкционные материалы
Методические указания. При изучении сплавов железа с углеродом обратить внимание на состав сплавов, полезные и вредные компоненты в сплаве, деление сплава на стали и чугуны. Отметить их основные достоинства и недостатки. Классификация сталей, их обозначение и применение. Особо обратить внимание на стали и сплавы с особыми свойствами, их сортамент и применение.
Цветные металлы и сплавы. При изучении раздела необходимо дать общую характеристику основного металла (компонента) сплава, его применения и обозначения. Далее рассмотреть характеристику основных групп сплавов на основе основного металла, различие в маркировке и обозначении литейных и деформируемых сплавов. Обратить внимание на применение цветных металлов и сплавов в зависимости от их свойств, в том числе и электрофизических.
Ключевые моменты темы: изучить состав сталей, их классификацию и основные свойства, обозначение марок сталей разных классификационных групп, обязательно сплавов и сталей с особыми свойствами. Каков сортамент выпускаемых сталей, его обозначение. Применение сталей. Понять, почему стали находят широкое применение.
Рассмотреть в отдельности состав меди, алюминия, магния, бериллия и сплавов на их основе, выяснить их основные характеристики, их свойства, применение. Знать основные марки сплавов, их обозначение.
Теоретические материалы
7.1. Сплавы железа с углеродом Общая характеристика железоуглеродистых сплавов
Сплавы железа (Fe) с углеродом (С) – стали, чугуны, являются наиболее распространенными материалами в машино- и приборостроении. Они обладают прочностью, жесткостью, надежностью, долговечностью и другими требуемыми свойствами. Причем эти свойства можно регулировать, изменять в широком диапазоне значений изменением концентрации углерода, легирующих элементов, термообработкой и другие. Отметим и относительно невысокую стоимость многих марок сталей. К недостаткам многих сталей следует отнести низкую коррозионную стойкость. Основными компонентами сплавов являются железо и углерод. Кроме них в сплавах железа с углеродом содержится некоторое количество посторонних и случайных примесей.
Концентрация углерода в сталях не превышает 2.14%. При содержании углерода свыше 2.14% до 4.3% сплавы называют чугунами. Углерод в железоуглеродистых сталях находится в связанном или свободном состоянии, и его концентрация оказывает определяющее влияние на свойства сталей.
С повышением содержания углерода в стали возрастают прочность и твердость, но снижается пластичность и вязкость сталей. От содержания углерода зависят технологические свойства стали (при его увеличении снижается способность к деформациям, затруднена свариваемость), возможности упрочнения при термической обработке (стали с малым содержанием углерода не подвержены закалке).
Постоянными примесями в стали являются Mn, Si, S, P, а также газы О2, N2, H2. Марганец, кремний – полезные примеси, Mn уменьшает вредное действие кислорода и серы, повышает прочность, Mn, Si способствует раскислению, Si оказывает упрочняющие действие. Содержание Mn, Si колеблется от 0,3 до 0,8%.
Сера, фосфор – вредные примеси в стали. Сера вызывает красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке давлением, снижает пластичность и вязкость сталей. Фосфор упрочняет сталь, но вызывает хладноломкость - снижение вязкости сталей при понижении температуры. Поэтому содержание S и P в сталях ограничивают до сотых долей процента и контролируют. Однако повышенное содержание серы улучшает обрабатываемость сталей резанием, что и используются на практике в марках автоматных сталей.
Кислород, азот, водород – вредные скрытые примеси, их влияние проявляется в снижении пластичности и повышении склонности сталей к хрупкому разрушению, так как приводит к образованию неметаллических включений (оксидов, нитридов), водород вызывает водородную хрупкость.
В зависимости от температуры и содержания углерода железоуглеродистые сплавы образует ряд структурных составляющих (фаз), рисунок 24.
Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в -железе. Феррит магнитен, на диаграмме состояния занимает область GPQ (рисунок 24), имеет ОЦК кристаллическую решетку, низкую прочность и твердость, высокую пластичность.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в - железе, имеет ГЦК кристаллическую решетку, немагнитен, на диаграмме состояния занимает область выше линии AGSE.
Цементит – химическое соединение железа с углеродом, Fe3C. Цементит магнитен, обладает высокой твердостью и очень низкой пластичностью, является метастабильной фазой и при определенных условиях распадается с выделением свободного графита.
Графит – представляет свободный углерод, он мягок, обладает низкой прочностью и электропроводностью, содержится в стали в виде включений, форма которых оказывает влияние на механические и технологические свойства сплавов.
Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, образующаяся при температуре 727ОС в результате распада аустенита при охлаждении. Перлит может быть пластинчатым или зернистым, что определяет его механический свойства.
Помимо названых составляющих в железоуглеродистых сплавах могут быть неметаллические включения (соединения с кислородом, азотом, серой, фосфором и другими), которые с железом образуют различные фазы.