- •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
1.2. Классификация материалов
Применяемые материалы, как и любые изделия, можно классифицировать по различным признакам, соответственно получим разные классификации.
В нашем случае мы будем классифицировать материалы по их отношению к силовым и электромагнитным полям. Соответственно материалы разных групп должны иметь в первую очередь явно выраженные механические (конструкционные материалы), электрофизические (электротехнические материалы) или специальные свойства (рисунок 1). К специальным отнесем материалы, используемее для промывания, обезжиривания деталей, для смазки и другие. В рамках содержания дисциплины их рассматривать не будем.
Одни и те же материалы обычно выполняют разные функции: например, они являются и элементом конструкции, и проводят магнитный поток. Поэтому относятся и к конструкционным, и к электротехническим материалам. Например, керамика, магнитные сплавы и другие.
Рисунок 1.
Классификация материалов
Рисунок 1. Классификация материалов
1.3. Требования к материалам при их выборе
Современные приборы и устройства работают в различных условиях, при действии статических, вибрационных, ударных нагрузок, при высоких и низких температурах, давлениях, влажности, в контакте с различными средами. Эти и другие факторы, а также назначение и определяют основные требования к материалам деталей и элементам устройств. Поэтому выбор материала необходимо проводить с учетом:
-
Назначения.
-
Условий эксплуатации.
-
Требований к материалу.
4. Его основных свойств, определяемых с учетом первых трех факторов.
Часто требования к материалам бывают противоречивые. Например, материал детали должен иметь высокую прочность, жесткость при малой массе, сохранять свои свойства при работе в широком температурном интервале.
Основные требования к материалам – эксплутационные (служебные), технологические, экономические. По этим требованиям и выбирают материалы с соответствующими свойствами, отдавая предпочтение тем требованиям, которым имеют первостепенное значение. Справедливо утверждение, что «… нет лучшего материала, а есть материал, удовлетворяющий заданным требованиям», имеющий соответствующие свойства.
Исходя из функционального назначения, условий эксплуатации и свойств детали, необходимо при выборе материала для нее обеспечивать требуемые значения его параметров (например, удельного сопротивления, магнитной проницаемости, предела текучести, прочности и другие.). К материалам предъявляются также требования стабильности свойств во времени и при действии различных влияющих факторов, немагнитности и другие.
В зависимости от условий эксплуатации стандартом ГОСТ15150-69 установлены климатические исполнения (классы исполнения) изделия в макроклиматических районах. Например:
У (N) – для районов с умеренным климатом;
УХЛ (NF) – с умеренным и холодным климатом;
ХЛ (F) – при эксплуатации только в холодном климате;
В (W) – всеклиматическое исполнение (для всех макроклиматических районов).
В зависимости от места размещения изделия при эксплуатации установлены следующие категории размещения:
1 – на открытом воздухе;
2 – под навесом или в помещении, где условия эксплуатации несущественно отличаются от установленных для категории 1;
3 – в закрытых помещениях без искусственного регулирования температуры, при отсутствии прямого солнечного излучения, воздействий осадков и ветра;
4 – в помещениях с искусственно регулируемыми условиями;
5 – в помещениях с повышенной влажностью.
Стандарт устанавливает нормы температуры, влажности, содержание вредных веществ и другие эксплуатационные параметры для данного вида условий эксплуатации и категории размещений. Например, для изделий исполнения УХЛ4 (размещение 4) рабочие температуры +1…+35оС, предельная относительная влажность – 80%, сернистого газа – не более 6 мг/м2 за сутки.
При контакте двух разных металлов (или сплавов) в условиях влажности может развиться процесс электрохимической коррозии. Более быстрому разрушению, как известно из курса химии, подвергается анодный материал, так как он имеет более отрицательный электродный потенциал. Поэтому стандартом по защите от коррозии (ГОСТ 9.005-83 ЕСЗКС) регламентированы допустимые и недопустимые контакты материалов. Например, для магния и его сплавов недопустим контакт с другими металлами и сплавами без принятия специальных мер. Необходимо наносить на них или специальные покрытия, или изолировать стыки. Подробнее см. [4].
Поэтому при выборе материалов учитывают назначение материала, условия эксплуатации, требования к стабильности, функциональные требования, вытекающие из соответствующих расчетов, возможность изготовления из данного материала детали, стоимость и другие. Выбранный материал, его свойства, должны соответствовать заданным требованиям.