- •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
Легированные стали
Легированные стали по назначению разделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами. Их производят и поставляют качественными, высококачественными и особовысококачественными.
Маркируют легированные стали буквами и цифрами. По ГОСТ 4543-71 легирующие элементы обозначают буквами: Х – хром, Н - никель, Г – марганец, М – молибден, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюминий, С – кремний, В – вольфрам, Ф – ванадий, Д – медь, П – фосфор, Р – бор, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные металлы. Цифра(ы), стоящие после буквы, указывают на среднее содержание легирующего элемента в процентах. Если цифра после буквы отсутствует, то легирующего элемента менее 1…1,5%. Цифры в начале марки легированной стали показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь марки 12ХН3А в среднем содержит углерода 0,12%, хрома до 1%, никеля 3%. Сталь высококачественная (буква А в конце марки).
Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки подшипниковых сталей начинаются с буквы Ш (например ШХ15), автоматные - с буквы А. Нестандартные легированные стали маркируются сочетанием букв ЭИ или ЭП и порядковым номером (например, ЭИ 712). После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку стали.
Легированные конструкционные стали содержат в своем составе один или несколько легирующих элементов в зависимости от цели легирования. Цели легирования заключаются в повышении прочности, прокаливаемости стали, улучшения или приобретения комплекса физико-механических или эксплутационных свойств, таких как жаропрочность, жаростойкость, сопротивление коррозии или износу, повышение удельного электрического сопротивления, немагнитности, упругих свойств и другие.
Влияние легирующих элементов на свойства сталей зависит от ее структурного состояния. Изменение структуры (фаз) достигают за счет увеличения концентрации углерода в мартенсите при легировании карбидообразующими элементами (Cr, Mo, W, V), что увеличивает прочность; либо, наоборот, уменьшая его концентрацию в мартенсите твердого раствора некарбидообразующими элементами (Ni, Si, Cu, Co,), что снижает хрупкость мартенсита. Подобным же образом легирующие элементы влияют и на основную структурную составляющую сталей – феррит. Растворяясь в феррите, они упрочняют его за счет искажения кристаллической решетки, увеличивая концентрацию углерода в феррите отпущенной стали. Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что уменьшает образование трещин и снижает порог хладноломкости. Упрочнению также способствуют дисперсные карбидные и нитридные включения, измельчающие зерно, тормозящие движение дислокации.
Большинство легирующих элементов дорогостоящие и дефицитны, что резко увеличивает стоимость легированных сталей в сравнении с углеродистыми. Более высокие свойства легированные стали приобретают после соответствующей термической обработки, поэтому без последней их применение нецелесообразно. В отожженном состоянии легированные стали по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.
В приборостроении из легированных сталей нормальной и повышенной прочности применяют низкоуглеродистые 15Х, 30ХГТ, 18Х2Н4МА и среднеуглеродистые 40Х, 30ХГСА, 38ХН3МФ стали, содержание, как правило, в сумме не более 5% легирующих элементов.
Низкоуглеродистые (0,1…0,3%С) легированные стали используют в состоянии наибольшего упрочнения, т. е. после закалки и отпуска или ХТО. Повышенные прочностные свойства сочетаются у них с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезам. Механические свойства этих сталей после термообработки находятся в интервале значений: 700…1150МПа; 500…850МПа; 9…12%. Применяют для изготовления зубчатых колес, кулачков и других деталей, работающих в условиях трения, и могут подвергаются поверхностному упрочнению.
Среднеуглеродистые легированные стали приобретают высокие механические свойства после закалки и высокого отпуска. У них высокий предел текучести в сочетании с хорошей пластичностью. Механические свойства среднеуглеродистых легированных сталей изменяются в пределах: 1000…1200МПа; 800..1100МПа; 9…12%. Предназначены для изготовления деталей ответственного назначения: валы, роторы, редукторы. Стали марок 40Х, 50Х, относятся к сравнительно дешевым конструкционным материалам, но из-за невысокой вязкости рекомендуются для изделий, работающих без значительных динамических нагрузок.
Легированные высокопрочные стали содержат большое количество легирующих элементов и обладают комплексом механических свойств: высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости, высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, хрупкому и усталому разрушению, высокой хладо-и теплостойкостью, коррозионной стойкостью и размерной стабильностью и применяются для изготовления деталей, работающих при больших нагрузках.
Прочностные показатели могут составлять значения: , , .
Особую группу среди высокопрочных высоко легированных сталей составляют мартенситно-стареющие стали(сплавы), называемые также и дисперсионно-твердеющими сплавами.
Мартенситно-стареющие сплавы – безуглеродистые легированные сплавы на железной основе, у которых определенное сочетание легирующих элементов обеспечивает формирование в процессе термической обработки пластичной матричной фазы, армированной дисперсными, высокопрочными, равномерно распределенными частицами интерметаллидных фаз. Имеет место структура дисперсионно-упрочненного композитного материала с нуль-мерными наполнителем (упрочнителем). Основу мартенситно-стареющих сплавов составляют железо и никель. В процессе закалки в них образуется мартенситная структура и образуется перенасыщенный - твердый раствор. При старении (отпуске) происходит твердение железоникелевого мартенсита, вызываемое Ti, Al, Mn и другие. легирующими элементами вследствие ограниченной растворимости их в - Fe. Эти сплавы обладают целым комплексом свойств: высокой упругостью, немагнитностью, коррозионной стойкостью, стабильностью, технологичностью, и их относят к группе сплавов с особыми свойствами.