- •Глава 1. «Строение материалов»
- •Раздел 1. Строение металлов
- •1.1. Атомно-кристаллическое строение
- •1.2. Дефекты строения кристаллических тел
- •1.3. Кристаллизация металлов
- •1.4. Формирование структуры деформированных металлов
- •Раздел 2. Строение сплавов
- •2.1. Фазы и структура металлических сплавов
- •2.2. Диаграммы состояния (фазового равновесия сплавов)
- •2.3. Диаграмма состояния системы железо – углерод
- •Раздел 3. Строение полимеров
- •3.1. Молекулярная структура полимеров
- •Глава 2. Модуль 2. «Свойства материалов и методы их определения»
- •Раздел 1. Свойства материалов
- •Критерии выбора материала
- •1.2. Механические свойства
- •1.3. Испытания долговечности
- •1.4. Изнашивание металлов
- •1.5. Физико-химические свойства материалов
- •Раздел 2. Методы контроля структуры и свойств материалов
- •2.1. Металлографические методы испытаний
- •2.2. Неразрушающие методы контроля
- •Глава 3. Модуль 3. «Термическая обработка»
- •Раздел 1. Основы теории термической обработки
- •Общие положения и определения
- •Классификация видов термической обработки стали
- •Теория термической обработки
- •Раздел 2. Технология термической обработки
- •2.1. Отжиг
- •2.2. Нормализация
- •2.3. Закалка
- •2.4. Отпуск
- •2.5. Термомеханическая обработка стали
- •Раздел 3. Поверхностное упрочнение металлов и сплавов
- •3.1. Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
- •3.2. Поверхностная закалка
- •3.3. Химико-термическая обработка
- •3.4. Циркуляционный метод химико-термической обработки
- •Глава 4. Модуль 4. «Материалы, применяемые в технике»
- •Раздел 1. Промышленные стали и сплавы
- •Общая классификация и маркировка сталей
- •1.2. Маркировка сталей по евронормам
- •1.3. Инструментальные стали и сплавы
- •1.4. Коррозионностойкие стали
- •1.5. Жаростойкие и жаропрочные стали
- •1.6. Хладостойкие стали
- •1.7. Порошковые материалы
- •1.8. Чугуны
- •Раздел 2. Цветные металлы и сплавы
- •2.1. Медь и ее сплавы
- •2.2. Алюминий и его сплавы
- •2.3. Титан и его сплавы
- •2.4. Никель и его сплавы
- •Раздел 3. Неметаллические материалы
- •3.1. Пластические массы
- •3.2. Резины
- •Раздел 4. Композиционные материалы
- •4.1. Общая характеристика
- •Раздел 5. Материалы с особыми физическими свойствами
- •5.1. Магнитные материалы
- •5.2. Проводниковые материалы
- •5.3. Сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами
- •Приложение
- •Продолжение табл. 4
- •Продолжение табл. 4
- •Продолжение табл. 5
- •Продолжение табл. 5
- •Продолжение табл. 5
- •Перечень госТов на стали и сплавы
- •1. Сталь
- •2. Чугун
- •Глава 1. Модуль 1. «Строение материалов»……………….……13
Приложение
Таблица 1
Характерные «отказы» типовых деталей машин
Типовые детали |
Условия работы |
Вид «отказа» |
Причина отказа |
1 |
2 |
3 |
4 |
Валы, шатуны, трубопроводы, сварные конструкции, детали ходовой части наземных машин (автомо-били, тракторы), детали самолетов |
Динамические нагрузки, объемные напряжения, понижение температуры, статистическое нагружение |
Практически мгновенное хрупкое разрушение без предварительной пластической деформации |
Понижение тем-пературы, нали-чие концентра-торов напряже-ний, металлурги-ческие дефекты структуры, конст-рукторские пере-ходы, низкое ка-чество материала |
Балы, штанги, шатуны, напря-женные болты, пространствен-ные конструкции тяги, рычаги, стержни клапанов |
Статистичес-кие нагрузки, динамические циклические нагрузки |
Вязкое разрушение, которому предшествует пластическое деформирование, деформация |
Перегрузки при работе, низкое качество материала, несоответствие структуры после термообработки |
Валы, шатуны, листовые рессоры, пальцы, пружины, резь-бовые соедине-ния, зубчатые колеса, шестер-ни, шлицевые детали, крестови-ны, рулевые тя-ги, коленчатые валы, оси |
Высокие динамические, статистические и циклические нагрузки с трением скольжения поверхности |
Усталостное разрушение при напряжениях ниже предела текучести |
Циклические нап-ряжения ниже предела вынос-ливости, растя-гивающие нап-ряжения, дефекты в поверхностных слоях, конструк-тивные недостат-ки конфигураций детали (закругле-ния, надрезы) |
Продолжение табл.1
1 |
2 |
3 |
4 |
Зубчатые колеса, клапанные дета-ли, подшипники скольжения, де-тали поршневой группы, втулки направляющие |
В условиях трения при разогреве по-верхности, взаимо-действии с окру-жающей средой |
Борозды, царапины, заедание, следы оплавления жидкого расплава по поверхности трения, вырывы с поверхности |
Молекулярно-механическое изнашивание со схватыванием 1 и 2 рода |
Зубчатые колеса, шестерни, под-шипники каче-ния, железно-дорожные рель-сы, пальцы, поршни, клапаны и др. |
Динамические нагрузки при циклических нагрузках в условиях трения |
Контактная усталость, появление питтингов, нарушение нормальной работы сопряжения |
Циклическое действие высоких контактных напряжений в результате переменного давления на поверхности трения |
Листовые рес-соры, пружины, посадочные места на валу, втулки балансира автомобиля, узлы с болтовыми и заклепочными соединениями, шлицевые соединения, втулки |
Малые взаимные колебания в сопря-женных соедине-ниях в условиях окислительной среды (перио-дическое разру-шение защитных окисных пленок) |
Образование на поверхности контакта налета корро-зии в виде язв, каверн |
Фреттинг-коррозия
|
Продолжение табл. 1
1 |
2 |
3 |
4 |
Гильзы, поршни, поршневые коль-ца двигателей внутреннего сго-рания, подшип-ники сколь-жения, детали автомобиля и трактора, рабо-тающие при тре-нии, тормозные колодки, транс-миссии, рессор-ные пальцы, ци-линдры поршня |
Трение поверхностей соприкасающихся деталей, работа в пыльной атмосфере |
Механический износ поверх-ности, образо-вание царапин, шероховатостей, борозд, умень-шение размеров |
Взаимодействие абразивных частиц, попа-дающих в тру-щиеся поверх-ности, сухое трение, трение при неполной или полной смазке |
Плунжерные па-ры, детали гид-ронасосов, глу-шители, лопатки реактивных дви-гателей, элект-роды свечей зажигания, клапаны |
В потоке газов, жидкостей, твердых частиц, под действием электрического тока, космических раскаленных газов |
Изменение размеров и износ поверхности за счет локальных повреждений, вырывов, углублений, выкрашивания |
Эрозионное изнашивание
|
Гребные винты лопастей турбин, наружные поверхности гильз, трубопроводы |
Работа в потоке жидкости при изменении дав-ления, гидрав-лические удары, явление кавитации |
Появление вырывов размером до десятка мм при площади пора-жения до нес-кольких метров, расшатывание крепежа, уста-лость |
Кавитиционное изнашивание
|
Продолжение табл. 1
1 |
2 |
3 |
4 |
Трубопроводы с футеровкой |
Работа в потоке жидкости при давлении |
Нарушение целостности покрытия |
Механическое повреждение покрытия и как следствие коррозии металлической части |
Таблица 2 Условия работы деталей
№№ условий |
Характеристика условий работы |
1 |
Деталь испытывает статические, циклические и слабые динамические нагрузки |
2 |
Деталь испытывает статические, циклические, динамические нагрузки при низких (отрицательных) температурах |
3 |
Деталь испытывает статические, циклические, динамические нагрузки и работает с износом поверхности |
4 |
Те же нагрузки, что п.3, но деталь работает в условиях отрицательных температур |
5 |
Деталь работает под действием статических и слабых динамических нагрузок при повышенной температуре, материал должен иметь малую плотность |
6 |
Деталь работает в коррозионной среде под действием статических нагрузок |
7 |
Те же условия, что и в п.6, но при условии малой плотности материала |
8 |
Материал работает в условиях повышенной температуры в агрессивной среде под действием статических и динамических нагрузок |
Таблица 3
Перевод твердости по Виккерсу, Бринеллю и Роквеллу
-
Вик-
керс
HV
Бри-
нелль
HB2000
Рок-
велл
HRB
МПа
Вик-
керс
HV
Бри-
нелль
HB2000
Рок-
велл
HRB
МПа
1
2
3
4
5
6
7
8
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
52,4
57,5
60,9
64,1
67,0
69,8
72,4
74,7
76,6
78,3
79,9
81,4
82,8
84,2
85,6
87,0
88,3
89,5
90,6
91,7
92,8
93,8
94,8
95,7
96,6
97,5
98,4
99,2
100
333
350
362
382
402
410
430
450
470
480
500
520
530
550
565
580
600
620
640
650
665
685
695
715
735
745
765
785
795
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
310
319
328
336
344
352
360
368
376
384
392
400
408
416
425
434
443
21,2
22,1
23,0
23,9
24,8
25,6
26,4
27,2
28,0
28,8
29,5
30,2
31,6
33,0
34,2
35,3
36,3
37,2
38,1
38,9
39,7
40,5
41,3
42,1
42,9
43,7
44,5
45,3
46,1
815
835
855
865
880
900
910
930
950
970
980
1000
1030
1060
1090
1120
1150
1180
1200
1230
1260
1290
1305
1335
1365
1385
1410
1440
1480
Рис. 1. Диаграмма состояния железо-цементит
Рис. 2. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали У8 и примерная прочность структур
Таблица 4
Коррозионная стойкость (в баллах) сталей
Коррозионная среда |
t, ºС
|
08Х13, 12Х13
|
08Х18Т |
15Х25
|
08Х21Н5Т |
08Х21Н6М2Т |
08Х18Н10Т |
08Х17Н13М2Т |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Азотная кислота кон- центрации, %: |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
20 |
5 |
4 |
3 |
- |
- |
3 |
3 |
5 |
85 |
7 |
5 |
5 |
- |
- |
4 |
4 |
5 |
tкип |
8 |
7 |
5 |
- |
- |
- |
- |
10 |
20 |
5 |
4 |
4 |
- |
3 |
3 |
- |
10 |
85 |
7 |
5 |
5 |
4 |
5 |
5 |
5 |
10 |
tкип |
8 |
7 |
6 |
5 |
5-6 |
5-6 |
5-6 |
50 |
20 |
6 |
6 |
5 |
- |
- |
3 |
3 |
50 |
80 |
8 |
7 |
6 |
4 |
5 |
5 |
4-5 |
50 |
tкип |
9 |
8 |
7 |
6 |
6 |
6 |
6-7 |
65 |
20 |
6 |
5 |
5 |
- |
- |
4 |
4 |
65 |
85 |
9 |
8 |
7 |
5 |
5 |
6 |
5 |
65 |
tкип |
10 |
9 |
8 |
7-8 |
- |
8 |
8 |
Серная кислота кон- центрации, %: |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
20 |
10 |
10 |
10 |
5 |
4 |
5 |
4 |
10 |
75 |
10 |
10 |
10 |
7 |
6 |
7 |
7 |
10 |
tкип |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
40 |
20 |
10 |
10 |
10 |
7-8 |
6-7 |
7-8 |
6-7 |
40 |
50 |
10 |
10 |
10 |
8 |
7 |
8 |
7 |
40 |
100 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
60 |
20 |
9 |
8 |
8 |
4 |
4 |
4 |
3-4 |
60 |
70 |
10 |
10 |
10 |
10 |
9 |
10 |
9 |
60 |
100 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
98 |
20 |
6 |
6 |
6 |
4 |
3 |
4 |
3 |
98 |
100 |
8 |
8 |
7 |
10 |
9 |
10 |
9 |
100 |
20 |
5 |
4 |
4 |
4 |
3 |
5 |
3 |
Продолжение табл.4
Коррозионная среда
|
t, ºС
|
08Х13, 12Х13
|
08Х18Т |
15Х25
|
08Х21Н5Т |
08Х21Н6М2Т |
08Х18Н10Т |
08Х17Н13М2Т |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Смесь кислот концен- трации, % (азотная+ +серная): |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0+50 |
50 |
- |
- |
- |
4 |
4 |
5 |
4 |
3,0+30 |
50 |
- |
- |
- |
4 |
4 |
5 |
5 |
3,0+30 |
tкип |
- |
10 |
10 |
- |
- |
7 |
- |
5,0+15 |
tкип |
- |
- |
- |
5 |
5 |
5 |
5 |
5,0+50 |
50 |
- |
- |
- |
5 |
5 |
5 |
5 |
5,0+65 |
100 |
- |
- |
- |
9 |
9 |
10 |
9 |
15+80 |
60 |
7 |
6 |
6 |
- |
- |
6 |
- |
25+75 |
60 |
8 |
7 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
36+5 |
85 |
- |
- |
- |
5 |
- |
5 |
5 |
Соляная кислота кон- центрации, %: |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
20 |
8 |
6 |
6 |
- |
5 |
5 |
4 |
0,5 |
50 |
8 |
7 |
7 |
- |
6 |
6 |
5 |
0,5 |
tкип |
10 |
10 |
10 |
10 |
9 |
9 |
8 |
5 |
20 |
9 |
8 |
8 |
7 |
6 |
6 |
5 |
5 |
60 |
10 |
10 |
10 |
10 |
9 |
9 |
8 |
10 |
20 |
10 |
10 |
10 |
7 |
6 |
6 |
6 |
10 |
60 |
10 |
10 |
10 |
10 |
9 |
9 |
9 |
20 |
20 |
10 |
10 |
10 |
9 |
8 |
8 |
7 |
20 |
20 |
10 |
10 |
10 |
9 |
8 |
8 |
7 |
20 |
60 |
10 |
10 |
10 |
10 |
8 |
8 |
8 |
30 |
20 |
10 |
10 |
9 |
8 |
8 |
7 |
6 |
37 |
20 |
10 |
10 |
10 |
10 |
9 |
9 |
7 |