- •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
1. Характеристики прочности
Прочность – это свойство твердых тел сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок. Чаще всего измеряют две характеристики прочности.
а) Предел прочности при растяжении (или временное сопротивление разрыву) рассчитывают по формуле:
где Рв – максимальная нагрузка, соответствующая точке b на рис. 1.13. Предел прочности характеризует максимальную нагрузку, которую может выдержать материал при растяжении.
б) Предел текучести характеризует минимальную нагрузку, при которой материал начинает пластически деформироваться, и рассчитывается в зависимости от вида диаграммы растяжения.
Если на диаграмме отсутствует площадка текучести (см. рис. 1.13, а), то определяют условный предел текучести при допуске на пластическую деформацию 0,2%:
где Р0,2 – нагрузка, вызывающая остаточную относительную деформацию 0,2% от l0 – начальной длины образца. Для нахождения Р0,2 сначала рассчитывают абсолютную деформацию l0,2 = 0,2 l0 /100, соответствующую относительной деформации 0,2%; затем l0,2 откладывают вправо от начала координат и проводят линию, параллельную 0–а до пересечения с кривой растяжения (см. рис. 1.13, а). Ордината точки пересечения дает нам значение Р0,2.
Если на диаграмме есть площадка текучести (см. рис. 1.13, б), то определяют физический предел текучести:
где Рт – нагрузка, соответствующая площадке текучести.
2. Характеристики пластичности
Пластичность – это свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием внешних нагрузок. Измеряют две характеристики пластичности.
а) Относительное удлинение после разрыва определяют по формуле:
где l0 и l1 – начальная и конечная длина образца (см. рис. 1.12); числитель этого выражения находят по диаграмме растяжения (см. рис. 1.13).
Относительное удлинение характеризует максимальную деформацию, которую может выдержать материал при растяжении.
б) Относительное сужение после разрыва определяется по формуле:
где F0 и F1 – площадь поперечного сечения образца до и после разрыва.
Относительное сужение наиболее полно характеризует пластические свойства материала и используется, например, при расчете процессов глубокой вытяжки.
1.7.2. Определение твердости
Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.
Испытание на твердость является одним из самых распространенных статических испытаний благодаря простоте осуществления, оперативности и возможности, практически без разрушения испытуемого объекта, получить сведения о качестве его термической и другой обработки, износостойкости, обрабатываемости резанием и т. п. Испытание на твердость обычно производят путем внедрения в поверхность испытуемого материала другого, более твердого, тела определенной формы, называемого индентором.
Наибольшее распространение в металловедении нашли три способа определения твердости, названные по фамилиям их авторов – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. При выборе метода измерения твердости следует руководствоваться требованиями, установленными в технической документации (технологической карте, чертеже).