- •Раздел 1. Конструкционные материалы
- •1. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Полиморфизм
- •1.3. Дефекты кристаллического строения реальных кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •2. Свойства металлов
- •2.1. Механические свойства
- •Относительное удлинение
- •Относительное сужение
- •2.2. Физические и химические свойства
- •2.3. Технологические свойства
- •2.4. Эксплуатационные свойства
- •3. Строение и свойства сплавов
- •3.1. Основные сведения о металлических сплавах
- •3.2. Железоуглеродистые сплавы
- •Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Диаграмма состояния FeFe3c
- •3.4. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов
- •4. Термическая обработка стали
- •4.1. Основы термической обработки стали
- •4.2. Отжиг сталей, виды отжига
- •4.3. Нормализация сталей
- •4.4. Закалка сталей
- •4.5. Отпуск стали. Виды отпуска
- •4. 6. Химико-термическая обработка сталей
- •4.6.1. Цементация сталей
- •4.6.2. Азотирование стали
- •4.6.3. Цианирование сталей
- •4.6.4. Нитроцементация
- •4.6.5. Борирование
- •4.6.6. Диффузионная металлизация
- •4.7. Термомеханическая обработка стали
- •4. 8. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •5. Чугуны
- •5.1.Классификация и маркировка
- •5.2. Свойства и применение чугуна
- •6. Стали.
- •6.1. Углеродистые стали. Классификация и маркировка
- •Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали
- •6.2. Легированные стали и сплавы
- •6.2.1. Влияние легирующих элементов на свойства стали
- •6.2.2. Конструкционные легированные стали, их маркировка
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •6.3. Инструментальные стали
- •6.3.1. Стали для измерительных инструментов
- •6.3.2. Стали для режущих инструментов
- •6.3.3. Инструментальные твердые сплавы
- •6.3.4. Штамповые стали
- •6.4. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •6.4.1. Нержавеющие стали и сплавы
- •6.4.2. Хромистые нержавеющие стали
- •6.4.3. Хромоникелевые нержавеющие стали
- •6.4.4. Жаропрочные стали и сплавы
- •6.4.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов
- •6.4.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •6.4.7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •7. Цветные металлы и сплавы
- •7.1. Алюминий и его сплавы
- •7.2. Магний и его сплавы
- •7.3. Титан и его сплавы
- •7.4. Медь и ее сплавы
- •8. Неметаллические материалы
- •8.1. Пластмассы
- •Состав, классификация и свойства пластмасс
- •8.2. Резиновые материалы
- •9. Композиционные материалы Классификация композиционных материалов
- •9 .1. Армирующие материалы
- •9.2. Материалы матриц
- •9.3. Свойства композиционных материалов
- •10. Общие принципы выбора материалов
- •Физико-химические свойства
- •Механические свойства
Пермский военный институт внутренних войск
МВД России
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ
Учебное пособие
Пермь, 2011
УДК 621.791
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Ю.Д.Щицын
(Пермский государственный технический университет);
д-р техн. наук, проф. В.Я.Беленький
(Пермский государственный технический университет)
Косолапов О.А., Ериков А.П., Логинов В.В., Цимберов Д.М.
Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебное пособие. – Пермь: ПВИ ВВ МВД России, 2011. – 84 с.
Описаны атомно-кристаллическое строение металлов, свойства металлов, строение и свойства сплавов, термическая, химико-термическая, термомеханическая обработка стали, способы повышения надёжности работы машин.
Описаны материалы, применяемые для изготовления деталей машин и конструкций, приведена их классификация и маркировка, указаны области их применения.
Курс лекций предназначен для курсантов, изучающих дисциплину «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
УДК 621.791
Раздел 1. Конструкционные материалы
1. Атомно-кристаллическое строение металлов
1.1. Кристаллические решетки металлов
Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение, их атомы располагаются в пространстве с определенной закономерностью, образуя кристаллическую решетку.
Н аименьшая часть объема кристаллической решетки, которая определяет ее систему, называется элементарной кристаллической ячейкой. Любое кристаллическое тело можно представить построенным из элементарных кристаллических ячеек, многократно повторяемых в направлениях осей координат (рис. 1, а).
Кристаллическим веществам свойственна анизотропия свойств, они имеют различные свойства в разных направлениях. Это объясняется тем, что число атомов, приходящееся на то или иное плоское сечение кристаллической решетки, неодинаково.
Металлы имеют кристаллические решетки различных типов. Чаще всего встречаются три типа: кубическая объемно-центрированная (ОЦК), кубическая гранецентрированная (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная кристаллические решетки.
В элементарной ячейке кубической объемно-центрированной решетки (рис. 1, б) содержится девять атомов: восемь располагаются по узлам ячейки и один атом в центре (Mo, W, Na, K, Fe и др.).
В элементарной ячейке кубической гранецентрированной решетки (рис. 1, в) находится четырнадцать атомов, которые расположены в углах ячейки и в центре каждой грани (Ni, Cu, Al, Fe, и др.).
В элементарной ячейке гексагональной плотноупакованной решетки (рис. 1, г) содержится семнадцать атомов, которые расположены в углах ячейки и центрах шестигранных оснований призмы и три атома в средней плоскости призмы (Mg, Zn, Ti и др.).
1.2. Полиморфизм
Полиморфизмом или аллотропией называют способность металла в твердом состоянии при изменении температуры перестраивать свою кристаллическую решетку. Полиморфные превращения сопровождаются выделением или поглощением теплоты, а также изменением свойств металла. Различные аллотропические состояния называют модификациями. Каждая модификация устойчива лишь в пределах определенного для данного металла интервала температур. Аллотропические формы обозначаются греческими буквами , , и т.д. На кривых охлаждения и нагрева переход из одного состояния в другое характеризуется остановкой (для чистых металлов) или изменением характера кривой (для сплавов), что связано с выделением или поглощением теплоты. При аллотропических превращениях кроме изменения свойств (теплопроводности, электропроводности, механических, магнитных и др.) наблюдают изменения объема металла и растворимости (например, углерода в железе). Аллотропические превращения свойственны многим металлам (железу, олову, титану и др.).
Железо известно в двух полиморфных модификациях и . На рис. 2 приведена кривая охлаждения железа.
Железо при комнатной температуре обладает ОЦК решеткой; эту модификацию называют -железом. При нагреве до 768 С -железо теряет магнитные свойства, кристаллическая решетка при этом не меняется. При 911 С ОЦК решетка в железе превращается в ГЦК; железо с такой решеткой называют -железом. При 1392 С -железо превращается в -железо с ОЦК решеткой, существующее до температуры плавления 1539 С.