- •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
4.7. Физико-химические методы размерной обработки
4.7.1. Электрофизические методы
Электроискровая, электроимпульсная и электроконтактно-дуговая обработки основана на использовании кратковременных искровых разрядов разрушающих металл.
Ультразвуковая обработка для тех же целей использует зерна абразивных материалов (карбида бора или электрокорунда), находящиеся в воде или керосине.
Светолучевая (лазерная) обработка основана на использовании квантов света с большой плотностью энергии, способных не только расплавить, но даже испарить любой материал. Лазерные установки позволяют производить не только резку, но и сложную размерную обработку заготовок, а также за счет изменения структуры материала повышать в 2 раза износостойкость режущих кромок инструментов.
Электронно-лучевая обработка аналогична лазерной, с ее помощью, в частности, получают отверстия и пазы малых размеров (от 0,005 мм и выше) в труднообрабатываемых материалах.
4.7.2. Электрохимические методы
Электрохимическая обработка металлов основана на анодном растворении металла (анода) при пропускании через раствор электролита постоянного тока.
Электрохимическое травление используют для очистки поверхности металлов и сплавов от оксидов, ржавчины, жировых пленок и др. загрязнений.
Электрохимическое полирование и глянцевание используют как окончательную чистовую обработку при изготовлении режущих инструментов, зубьев, колес, клапанов и др. деталей сложной конфигурации.
Размерная электрохимическая обработка производится при очень высоких плотностях тока и быстром потоке электролита. Способ используется, например, для формообразования паротурбинных лопаток и др. деталей сложной формы.
Электрохимико-механическую обработку осуществляют токопроводящим шлифовальным кругом.
Химико-механическую обработку производят с помощью паст или суспензий за счет химических реакций в зоне обработки.
4.8. Технологии обработки пластмасс
Методы обработки пластмасс определяются их структурой и свойствами. Основными методами размерной обработки являются экструзия, литье, литьевое прессование, вакуумное и пневматическое формование, вальцевание, вспенивание, сварка, горячее напыление, строгание в листы, обработка на станках со снятием стружки.
Экструзия заключается в выдавливании расплава через калиброванное отверстие мундштука. Сечение отверстия определяет поперечную форму изделия. Этим методом получают стержни разного профиля, трубы, листы и пленки.
Прессование представляет собой формообразование изделия в закрытой полости (ручье) специального инструмента – металлической пресс-формы. При горячем прессовании нагретую композицию (гранулы, ткани, пропитанные смолой) помещают в нагретую пресс-форму. При смыкании половинок пресс-формы композиция заполняет всю полость ручья. Изделие выдерживают в пресс-форме до затвердения. Подогрев композиции и пресс-формы осуществляется токами высокой частоты (ТВЧ), паром, перегретой водой и т.п. Горячим прессованием перерабатывают композиции на основе фенолформальдегидных смол, аминопластов и армированных полиэфирных пластиков. Метод применяется для получения корпусных и мелких деталей. При холодном прессовании операцию проводят при комнатной температуре и давлении 14–120 МПа, после чего полученную заготовку для отверждения нагревают до 80...260оС. Данным способом перерабатывают асфальтопековые пластмассы и композиции на основе фенолформальдегидных смол. Метод применяется для получения неглубоких корпусных деталей.
При литьевом прессовании композицию в расплавленном состоянии выдавливают в ручей пресс-формы и выдерживают до затвердевания. Метод позволяет получать сложные изделия из термореактивных смол и высоковязких термопластов с развитыми ребрами, резьбами, выступами и выемками.
Штамповкой обрабатывают листовые материалы из термопластов (полистирол, полиамиды, фторопласты). Формообразование изделий способом направленной вытяжки проводится силовым воздействием на нагретый лист, установленный между пуансоном и матрицей. При формообразовании способом свободной вытяжки пуансон отсутствует, а лист прижимается к матрице или воздействием на наружную сторону листа избыточного давления, или воздействием на внутреннюю сторону листа разрежением.
Вспенивание применяется для получения ячеистых конструкций с очень низкой объемной массой. Для вспенивания используют фенолформальдегидные, мочевиноальдегидные смолы, полистирол, поливинилхлорид, ацетат целлюлозы и каучуки. Метод заключается в введении в пластик газов (газообразующих наполнителей) и применяется при изготовлении изделий с высокими тепло-, шумо- и виброизоляционными свойствами.
Сварка пластмасс, в зависимости от их свойств, производится разнообразными методами – термическим (нагретым газом, экструдируемой присадкой – расплавом, лазером и т.п.), термомеханическом (контактная тепловая сварка с использованием ТВЧ или ИК-лучей) или механическим (ультразвуком, трением, вибротрением).
Полимеры нередко используются для нанесения покрытий на металл, дерево, бумагу, пластмассу с целью защиты от коррозии, эрозии и в декоративных целях. Возможно нанесение на обрабатываемую поверхность жидкой композиции, которая высыхает при испарении растворителя. Часто покрытия наносят способом горячего напыления пластика, прошедшего через воздушно-ацетиленовое пламя.
Механическая обработка пластмассовых деталей чаще всего сводится к удалению литниковой системы, облоя, заусенцев, а также получению фасок и отверстий.