- •С. В. Сапунов материаловедение и технология конструкционных материалов
- •080200 – Менеджмент, профиль «Производственный менеджмент
- •Санкт-Петербург
- •Предисловие
- •Раздел 1 теоретические основы материаловедения
- •1.1. Предмет материаловедения
- •1.2. Мировое производство материалов
- •1.2.1. Черные и цветные металлы
- •1.2.2. Преимущества и недостатки стали
- •1.2.3. Принципы маркировки и сортамент материалов
- •Обозначения стали 45
- •1.3. Строение металлов
- •1.3.1. Основные типы кристаллических решеток
- •1.3.2. Дефекты в кристаллах
- •1.4. Строение металлического слитка
- •1.5. Деформация и разрушение металлов
- •1.6. Возврат и рекристаллизация
- •1.6.1. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •1.7. Механические свойства материалов
- •1.7.1. Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •1.7.2. Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3 . Определение твердости по Виккерсу
- •1.7.3. Определение ударной вязкости при изгибе
- •1.8. Полиморфные превращения
- •1.9. Строение сплавов
- •1.10. Диаграмма состояния железо – цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •1.11. Железо и сплавы на его основе
- •1.12. Легирующие элементы в стали
- •1.12.1. Структурные классы легированных сталей
- •1.12.2. Цели легирования
- •Раздел 2 управление свойствами металлов и сплавов
- •2.1. Термическая обработка
- •2.1.1. Отжиг
- •2.1.2. Закалка и отпуск
- •2.1.3. Старение сплавов
- •2.2. Термомеханическая обработка
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •2.3. Деформационное упрочнение
- •2.4. Химико-термическая обработка
- •Раздел 3 промышленные материалы
- •3.1. Классификация сталей
- •3.2. Конструкционные стали и сплавы
- •3.2.1. Углеродистые стали
- •3.2.2. Легированные стали
- •3.2.3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •3.3. Инструментальные стали и сплавы
- •3.4. Чугуны
- •3.5. Магний и сплавы на его основе
- •3.6. Алюминий и сплавы на его основе
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •3.7. Титан и сплавы на его основе
- •3.8. Медь и сплавы на ее основе
- •3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.10. Антифрикционные материалы
- •3.11. Полимеры и пластмассы
- •3.12. Композиционные материалы
- •Раздел 4 технология конструкционных материалов
- •4.1. Способы получения металлов и сплавов
- •4.2. Вторичная плавка металлов и сплавов
- •4.3. Технологии литейного производства
- •4.3.1. Литейные формы
- •4.3.2. Литье в объемные песчаные и оболочковые формы
- •4.3.3. Литье в кокиль, литье под давлением, литье вакуумным всасыванием и выжиманием
- •4.3.4. Литье по выплавляемым моделям
- •4.3.5. Центробежное, непрерывное и полунепрерывное литье
- •4.3.6. Электрошлаковое литье
- •4.4. Технологии обработки металлов давлением
- •4.4.1. Прокатка
- •4.4.2. Волочение и прессование
- •4.4.3. Ковка
- •4.4.4. Горячая штамповка
- •4.4.5. Холодная штамповка
- •4.5. Технологии сварки и пайки
- •4.5.1. Термические виды сварки
- •4.5.2. Механические виды сварки
- •4.5.3. Термомеханические виды сварки
- •4.5.4. Резка металлов
- •4.5.5. Пайка металлов
- •4.6. Технологии обработки резанием
- •4.6.1. Обработка на токарных станках
- •4.6.2. Обработка на сверлильных и расточных станках
- •4.6.3. Обработка на фрезерных станках
- •4.6.4. Обработка на строгальных, долбежных и протяжных станках
- •4.6.5. Обработка на шлифовальных, заточных и отделочных станках
- •4.6.6. Обработка на многооперационных станках
- •4.7. Физико-химические методы размерной обработки
- •4.7.1. Электрофизические методы
- •4.7.2. Электрохимические методы
- •4.8. Технологии обработки пластмасс
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Содержание
- •Раздел 1 4
- •Раздел 2 36
- •Раздел 3 46
- •Раздел 4 70
3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы
Наибольшее значение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы: Cr (1875), Nb (2468), Mo (2625), Ta (2994) и W (3410) – в скобках указана температура плавления в С. Эти металлы широко используются для повышения жаропрочности легированных сталей и чугунов. Сплавы на основе ниобия незаменимы в ядерной технике из-за стойкости к нейтронному облучению. Молибден и вольфрам в чистом виде используют в химическом машиностроении, стекольной промышленности, радиоэлектронике, светотехнике и т. д. В частности, из вольфрама – самого тугоплавкого металла – изготавливают нагревательные элементы высокотемпературных печей, нити накала осветительных и радиоэлектронных ламп, контакты сильноточных реле и т. п.
Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью в присутствии кислорода, поэтому при температуре выше 400–600С их нужно защищать от окисления на воздухе. Для этого используют вакуум, инертные газы, азот, водород, а также специальные покрытия, например, из дисилицида молибдена и вольфрама (MoSi2, WSi2).
Жаропрочность чистых металлов сравнительно невелика. Более высокой жаропрочностью обладают их сплавы на основе ниобия (ВН2, ВН2А, ВН3, ВН4), молибдена (ЦМ2А, ЦМ3, ЦМ6, ВМ2, ВМ3) и вольфрама (ВВ2).
3.10. Антифрикционные материалы
Антифрикционные сплавы применяются для изготовления вкладышей подшипников трения и поэтому они должны обладать малым коэффициентом трения по отношению к валам, обычно изготавливаемым из закаленной стали. Наряду с этим антифрикционные материалы должны обладать: хорошей теплопроводностью; коррозионной стойкостью; иметь невысокую твердость, чтобы не изнашивался вал; сравнительно легко деформироваться (принимать форму вала); хорошо удерживать смазку на поверхности и т. д. Для обеспечения всех этих свойств структура антифрикционных сплавов должна состоять из мягкой и пластичной основы, в которую вкраплены твердые частицы химических соединений. В этом случае вал, опираясь на твердые частицы, быстро прирабатывается к подшипнику, а появившиеся канавки от движения твердых частиц образуют микроскопические каналы, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа.
Н
Рис. 3.2.
Микроструктура оловянного баббита
Для менее нагруженных конструкций в качестве втулок подшипников применяют:
антифрикционные чугуны;
оловянные и алюминиевые бронзы;
алюминиевые антифрикционные (подшипниковые) сплавы, содержащие олово, медь, никель и кремний: АО3-1 (3% Sn, 1% Cu, 0,4% Ni, 1,9% Si, остальное – Al), АО9-2, АО20-1, АН-2,5 (2,5% Ni, остальное – Al);
цинковые антифрикционные сплавы, содержащие алюминий и медь: ЦАМ 9,5-1,5; ЦАМ 10-5 (10% Al, 5% Cu, остальное – Zn), заменяющие при температурах до 100С более дорогие оловянные бронзы.
В настоящее время в малонагруженных подшипниках широко используют втулки из полимерных и композиционных материалов, состоящие либо из одного полимера (капрон, фторопласт), либо полимера с наполнителем (текстолит), либо из смеси порошков железо-графит, бронза-графит, металлофторопласт и т. п.