- •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
3.11. Полимеры и пластмассы
К неметаллическим материалам относятся полимерные материалы органического и неорганического происхождения: различные виды пластических масс, каучуки, резины, герметики, лакокрасочные материалы, а также графит, стекло и керамика.
Полимерами называются вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры.
Полимеры классифицируются по разным признакам:
1. По происхождению:
природные (натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит);
искусственные (капрон, полиэтилен и др.).
2. По составу:
органические: карбоцепные (основная цепь только из атомов углерода) и гетероцепные (в составе основной цепи, помимо углерода, есть и другие атомы), например смолы, каучуки;
элементоорганические (т.е. содержащие в составе основной цепи атомы кремния, титана, алюминия), например кремнийорганические соединения;
неорганические (т.е. не содержащие углерода), например силикатные стекла, керамика, слюда, асбест.
3. По фазовому состоянию:
аморфные однофазны и построены из цепных молекул, собранных в пачки или свернутых в глобулы;
кристаллические однофазны или многофазны, имеют пространственную кристаллическую решетку или ее подобие (рис. 3.3).
4. По строению макромолекул:
линейные, разветвленные, лестничные, пространственные (рис. 3.4).
Рис. 3.3.
Надмолекулярные структуры полимеров:
а – пластинчатый кристалл; б –
сферолит; в – тройная фибрилла
Рис. 3.4.
Строение
макромолекул полимеров:
а – линейное; б – разветвленное;
в – лестничное; г – сетчатое;
д – паркетное и пространственное
5. По полярности молекул:
полярные полимеры обладают повышенной жесткостью и теплостойкостью;
неполярные полимеры (на основе углеводородов) являются хорошими диэлектриками и более морозостойки, чем полярные.
6. По отношению к нагреву:
термопластичные полимеры размягчаются при каждом последующем нагреве; они наиболее дешевы, технологичны (литье под давлением), допускают повторную переработку, однако обладают довольно низкой прочностью и теплостойкостью;
термореактивные полимеры получают в результате химической реакции, проходящей при повышенной температуре; повторный нагрев не может их размягчить; отличаются повышенными механическими свойствами и теплостойкостью.
Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих (синтетических смол, эфиров, целлюлозы). Многие пластмассы, главным образом термопласты, состоят из одного полимерного связующего (капрон, полиэтилен, тефлон – фторопласт-4).
В состав пластмасс могут входить:
наполнители (порошки – костная мука, графит; отдельные волокна – стекловолокно, очесы хлопчатобумажных тканей, асбестовые волокна; ткани – текстолит, стеклотекстолит), которые повышают механические свойства и удешевляют материал;
пластификаторы, повышающие ударопрочность и морозостойкость;
отвердители или катализаторы, позволяющие отверждать пластмассы при изготовлении;
красители (пигменты);
специальные вещества, придающие определенные физические свойства (графит и алюминиевая пудра придают электропроводность, графит повышает износостойкость и т. д.).
Пластмассы классифицируют по следующим признакам.
1. По составу связующего и отношению к нагреву:
термопласты готовят на основе термопластичных полимеров;
реактопласты готовят на основе термореактивных полимеров.
2. По виду наполнителя: порошковые, волокнистые, слоистые, газонаполненные.
3. По применению:
силовые (конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные и т. д.);
несиловые (оптически-прозрачные, химически стойкие, термоизоляционные, декоративные и т. д.).
Положительными сторонами пластмасс являются их технологичность (хорошо льются, клеятся); малая плотность (1–2 г/см3); высокая удельная прочность; низкая теплопроводность и хорошие тепло- и электроизоляционные свойства; высокая химическая стойкость; фрикционные и антифрикционные свойства.
Недостатками пластмасс являются невысокая тепло- и светостойкость; низкие модуль упругости и ударная вязкость по сравнению с металлами; значительное тепловое расширение, в 10–30 раз большее, чем у стали; склонность к старению (охрупчиванию) и в большинстве случаев невозможность повторной переработки.