Материаловедение и технология металлов
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлообработка
Издательство:
Оникс
Год издания: 2007
Кол-во страниц: 624
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-488-00930-1
Артикул: 616925.01.99
В учебнике рассмотрены структура, строение и свойства металлических и неметаллических материалов, механические характеристики этих материалов и методы их оценки, термической и химико-термической обработки; изложены основы теории и технологии получения заготовок литьем, давлением, механической обработкой, сваркой и пайкой.
Учебник предназначен для студентов учреждений среднего технического образования, может быть использован инженерно-техническими работниками.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 22.01.04: Контролер металлургического производства
- 22.01.06: Оператор-обработчик цветных металлов
- 22.01.10: Оператор в производстве огнеупоров
- 22.01.11: Оператор металлургического производства
- Среднее профессиональное образование
- 15.02.19: Сварочное производство
- 22.02.08: Металлургическое производство (по видам производства)
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ДЛЯ СРЕДНЕГО ПРОФ ЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Г.П. Ф етисов, Ф .А . Гариф уллин МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ Учебник Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов учреждений среднего профессионального образования Москва ОНИКС
УДК 620 ББК 30.3;34 Ф45 Издано при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы «Культура России» Р е ц е н з е н т ы : заведующий кафедрой «Технология металлов* Московского энергетического института (ТУ) д-р техн. наук, профессор В.ММатютин\ заведующий кафедрой «Материаловедение и технология новых материалов* Нижегородского государственного технического университета д-р техн. наук, профессор Г.Н.Гаврилов © Фетисов Г.П., Гарифуллин Ф.А., 2007 © ООО «Издательство Оникс*, 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие.................................................................................■'...................... 12 Часть 1. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Раздел I. СТРУКТУРА МАТЕРИАЛОВ Глава 1. Введение в науку о материалах.................................................. 14 1.1. Наука о материалах........................................................................... 14 1.2. Конструкционные материалы........................................................... 16 Глава 2. Кристаллическое строение твердых тел................................... 20 2.1. Кристаллы............................................................................................. 20 2.2. Типы связей......................................................................................... 21 2.3. Виды кристаллов .............................................................................. 23 2.4. Анизотропия кристаллов.................................................................. 24 2.5. Характеристики кристаллических структур.................................. 26 2.6. Полиморфизм (аллотропия).............................................................. 29 2.7. Аморфные структуры......................................................................... 30 2.8. Структура неметаллических твердых т е л ..................................... 31 2.9. Прочность и структура материалов................................................ 33 Глава 3. Дефекты кристаллической решетки............................................ 34 3.1. Реальное строение металлических кристаллов . ...................... 36 3.2. Точечные дефекты...................................................,.......................... 36 3.3. Линейные дефекты.............................................................................. 37 3.4. Поверхностные, или плоские, дефекты.......................................... 40 3.5. Объемные дефекты.............................................................................. 40 3.6. Влияние облучения на свойства металлов.................................. 41 Глава 4. Кристаллизация................................................................................ 42 4.1. Энергетические условия процесса кристаллизации.................... 42 4.2. Механизм процесса кристаллизации.............................................. 45 4.3. Форма кристаллических образований............................................ 48 4.4. Строение слитка.................................................................................. 49
4.5. Вторичная кристаллизация............................................................. 51 4.6. Получение монокристаллов............................................................. 53 Глава 5. Строение сплавов............................................................................. 54 5.1. Определение сплава.................................................................. 54 5.2. Механическая смесь......................................................................... 55 5.3. Твердые растворы.......................................................................... . 56 5.4. Химические соединения.................................................................. 57 5.5. Промежуточные фазы....................................................................... 58 Глава 6. Диаграммы состояния.................................................................. 60 6.1. Определение диаграммы состояния........................................... 60 6.2. Правило ф аз....................................................................................... 61 6.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы ..................... 63 6.4. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси чистых компонентов 67 6.5. Диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии.................. 69 6.6. Диаграмма состояния сплавов для случая перитектического превращения................................ 70 6.7. Диаграмма состояния сплавов для случая образования химического соединения........................................ 70 6.8. Диаграмма состояния трехкомпонентного сплава.................... 71 6.9. Зависимость между свойствами сплавов и их диаграммами состояния .................................................... 72 Раздел II. ПЛАСТИЧН О СТЬ И П РО ЧН О С ТЬ МЕТАЛЛОВ Глава 7. Физические основы пластичности и прочности металлов 74 7.1. Общая характеристика механических свойств......................... 74 7.2. Физическая природа деформации металлов............................. 75 7.3. Пластическая деформация кристаллов....................................... 78 7.4. Характеристики прочности и пластичности.............................. 82 7.5. Твердость........................................................................................... 86 Глава 8. Пластичное и хрупкое состояние металлов ........................ 88 8.1. Разрушение металлов....................................................................... 88 8.2. Факторы, влияющие на пластичное и хрупкое состояние . . . 91 8.3. Усталость металлов......................................................................... 95 8.4. Изнашивание металлов.................................................................. 96 8.5. Остаточные напряжения.................................................................. 99 8.6. Влияние нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных металлов............................................. 101 8.7. Холодная и горячая деформация.................................................. 106
Раздел III. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ Глава 9. Железоуглеродистые сплавы....................................................... 108 9.1. Введение ........................................................................................... 108 9.2. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом ........... 108 9.3. Диаграмма состояния «железо—цементит»................................ 112 9.4. Диаграмма состояния «железо—графит»..................................... 116 9.5. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей................................................. 118 Глава 10. Общие положения термической обработки ................ 120 10.1. Температура и время..................................................................... 121 10.2. Классификация видов термообработки..................................... 122 10.3. Термообработка и диаграммы состояния .............................. 123 10.4. Основные виды термообработки стали..................................... 125 Глава 11. Технология термической обработки сталей ..................... 128 11.1. Нагрев и охлаждение.................................................................... 128 11.2. Отжиг и нормализация.................................................................. 129 11.3. Дефекты отжига и нормализации.............................................. 135 11.4. Закалка............................................................................................. 137 11.5. Выбор температуры закалки.................. 138 11.6. Закалочные среды........................................................................... 139 11.7. Закаливаемость и прокаливаемость стали................................ 141 11.8. Внутренние напряжения в закаленной стали......................... 142 11.9. Способы закалки............................................................................. 143 11.10. Дефекты, возникающие при закалке....................................... 145 11.11. Отлуск............................................................................................. 146 11.12. Старение......................................................................................... 148 11.13. Обработка холодом....................................................................... 150 11.14. Термомеханическая обработка (ТМО) стали......................... 152 Глава 12. Химико-термическая обработка стали.................................. 155 12.1. Определение химико-термической обработки ....................... 155 12.2. Цементация....................................................................................... 158 12.3. Азотирование.................................................................................. 161 12.4. Нитроцементация (цианирование).............................................. 164 12.5. Борирование .................................................................................. 166 12.6. Диффузионная металлизация (насыщение металлами) . . . 166 Раздел IV. СТАЛИ И ЧУГУНЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Глава 13. Конструкционные стали.............................................................. 171 13.1. Общая классификация сталей .................................................. 171 13.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей......................................................................... 174
13.3. Маркировка сталей........................................................................... 177 13.4. Конструкционные стали.................................................................. 180 13.5. Углеродистые конструкционные стали...................................... 180 13.6. Углеродистые стали для фасонного л и тья............................... 184 Глава 14. Легированные конструкционные стали................................... 186 14.1. Влияние легирующих элементов на свойства конструкционных сталей......................................... 186 14.2. Улучшаемые легированные стали............................................... 191 14.3. Высокопрочные легированные стали........................................... 192 14.4. Рессорно-пружинные легированные стали.................................. 195 14.5. Конструкционные (строительные) низколегированные стали............................................................... 197 14.6. Шарикоподшипниковые стали.................................................... 198 14.7. Износостойкие стали...................................................................... 199 14.8. Легированные стали для фасонного литья.............................. 200 Глава 15. Инструментальные стали и сплавы..................................... 204 15.1. Углеродистые инструментальные стали.............................. 204 15.2. Легированные инструментальные стали . . . .•......................... 206 15.3. Быстрорежущие стали .................................................................... 208 15.4. Твердые сплавы ............................................................................. 211 15.5. Стали для измерительного инструмента.................................... 213 15.6. Штамповые стали............................................................................. 214 Глава 16. Конструкционные легированные стали и сплавы с особыми свойствами.................................................................. 220 16.1. Коррозиестойкие стали.................................................................... 220 16.2. Кислотостойкие стали и сплавы .................................................. 225 16.3. Коррозиестойкие чугуны............................................................... 226 16.4. Жаропрочные стали........................................................................ 227 16.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов.................................................................. 230 16.6. Жаростойкие стали........................................................................... 232 Глава 17. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. . . . 234 17.1. Магнитные стали и сплавы........................................................... 234 17.2. Стали и сплавы с высоким электрическим сопротивлением 20 17.3. Сплавы с заданным значением коэффициента теплового расширения.................................................................... 244 17.4. Сплавы с малым температурным коэффициентом модуля упругости........................................................................... 246 17.5. Сплавы с особыми упругими свойствами................................ 248 17.6. Сплавы с эффектом памяти формы........................................... 250 17.7. Сплавы для криогенной техники................................................ 252
Глава 18. Ч угуны ........................................................................................... 256 18.1. Структура и свойства чугунов .................................................. 256 18.2. Влияние примесей......................................................................... 258 18.3. Серые чугуны.................................................................................. 259 18.4. Антифрикционные чугуны........................................................... 263 18.5. Белый и отбеленные чугуны.................. 264 18.6. Высокопрочные чугуны................................................................ 264 18.7. Ковкие чугуны.................. 265 18.8. Легированные чугуны.................................................................... 266 18.9. Термообработка чугунов................................................................ 269 Раздел V. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ Глава 19. Алюминий и его сплавы.............................................................. 273 19.1. Характеристика алюминия ....................................................... 273 19.2. Классификация сплавов алюминия....................................• ■ • • 274 19.3. Термообработка алюминиевых сплавов..................................... 276 19.4. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой..................................................... 279 19.5. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой.............................................. 282 19.6. Литейные алюминиевые сплавы ............... 283 19.7. Спеченные алюминиевые сплавы................................................ 286 19.8. Алюминиевые подшипниковые сплавы..................................... 287 Глава 20. Сплавы на основе меди.............................................................. 288 20.1. Свойства меди .................................................................... 288 20.2. Медные сплавы............................................................... 291 20.3 Латуни................................................................................................ 291 20.4. Бронзы ............................................................................................. 295 20.5. Медно-никелевые сплавы ........................................................... 300 Глава 21. Сплавы на основе титана........................................................... 303 21.1. Свойства титана............................. 303 21.2. Промышленные титановые сплавы........................................... 305 21.3. Термическая обработка титановых сплавов ............. 309 Глава 22. Сплавы на основе магния......................................................... 310 22.1. Свойства магния............................................................................. 310 22.2. Общая характеристика и классификация магниевых сплавов ....................................................................... 312 22.3. Промышленные магниевые сплавы........................................... 313
Глава 23. Сплавы на основе никеля, бериллия и свинца.................. 319 23.1. Никель и его сплавы.................................................................... 319 23.2. Бериллий и его сплавы ................................................................ 325 23.3. Антифрикционные сплавы на свинцовой основе.................. 330 Раздел VI. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Глава 24. Композиционные материалы................................................ . 334 24.1. Определение композиционных материалов ........................... 334 24.2. Структура и свойства композиционных материалов.............. 335 24.3. Дисперсно-упрочнеиные композиционные материалы 338 24.4. Композиты, армированные волокнами....................................... 340 24.5. Нанокомпозиты................................................................................ 343 Глава 25. Пластические массы ................................................................ 348 25.1. Назначение, состав и классификация пластмасс..................... 348 25.2. Свойства пластмасс........................................................ 352 25.3. Классификация пластмасс........................................................... 359 25.4. Пластмассы, применяемые в промышленности ..................... 360 Глава 26. Р ези н ы ........................................................................................... 365 26.1. Основные свойства резины ......................................................... 365 26.2. Приготовление резиновых смесей ........................................... 368 Часть 2. ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ Раздел VII. ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА Глава 27. Физическая природа и условия кристаллизации................ 372 27.1. Общие сведения............................................................................. 372 27.2. Развитие отечественного литейного производства................ 373 27.3. Физическая природа кристаллизации металлов.................... 375 27.4. Литейные свойства......................................................................... 379 Глава 28. Литье в песчаные ф орм ы ......................................................... 385 28.1. Литейная технологическая оснастка ....................................... 385 28.2. Формовочные смеси....................................................................... 395 28.3. Стержневые см еси......................................................................... 400 28.4. Специальные формовочные смеси............................................. 401 Глава 29. Специальные виды литья ....................................................... 407 29.1. Литье по выплавляемым моделям............................................. 407 29.2. Литье в оболочковые формы .................................................. 412
29.3. Литье в металлические формы (кокили).................................. 414 29.4. Литье под давлением..................................................................... 417 29.5. Центробежное литье....................................................................... 420 29.6. Специальные способы литья....................................................... 422 Раздел VIII. ОБРАБОТКА М ЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ Глава 30. Физико-механические основы обработки металлов давлением..................................................................... 427 30.1. Сущность обработки металлов давлением .............................. 427 30.2. Прокатное производство................................................................ 435 30.3. Волочение ....................................................................................... 440 30.4. Прессование..................................................................................... 442 Глава 31. Получение машиностроительных заготовок....................... 445 31.1. Ковка.................................................................................................. 445 31.2. Объемная штамповка..................................................................... 447 Глава 32. Листовая штамповка.................................................................. 451 32.1. Листовая штамповка — определение......................................... 451 32.2. Разновидности листовой штамповки......................................... 451 Раздел IX. ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА Глава 33. Общая характеристика сварочного производства.............. 458 33.1. Физические основы получения сварного соединения 459 33.2. Свариваемость.................................................................................. 464 Глава 34. Термические виды сварки ....................................................... 465 34.1. Ручная дуговая сварка ................................................................. 465 34.2. Понятие об электрической дуге и ее свойствах .................... 466 34.3. Электроды для ручной сварки.................................................... 471 34.4. Основные виды сварных соединений и металлургические процессы при сварке .............................. 473 34.5. Оборудование для ручной электродуговой сварки .............. 477 34.6. Автоматическая сварка под флюсом......................................... 481 34.7. Электрошлаковая сварка.............................................................. 486 34.8. Электродуговая сварка в среде защитных газов .................. 487 34.9. Электронно-лучевая сварка......................................................... 491 34.10. Сварка лазерным лучом.............................................................. 494 34.11. Газовая сварка металлов.............................................................. 495 34.12. Специальные термические процессы в сварочном производстве......................................................... 501