Материаловедение специальных отраслей машиностроения
Покупка
Тематика:
Материаловедение
Издательство:
Химиздат
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 784
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-93808-476-6
Артикул: 829747.01.99
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину
Изложены основы металловедения черных и цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены фундаментальные положения технологии термической обработки сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Приведены основные закономерности формирования структуры и свойств всех групп промышленных сталей и сплавов, неметаллических материалов на основе полимеров, керамических и композиционных материалов. Даны рекомендации по их применению в ряде специальных отраслей машиностроения. Рассмотрены марки и области применения высокопрочных конструкционных сталей, хладостойких сталей и сталей криогенной техники, композиционных и порошковых материалов, судостроительных корпусных сталей и сталей для ледовых платформ, керамических и износостойких материалов, материалов для пищевой промышленности. Приведены методы оценки конструкционной прочности металлов и пути ее повышения. Рассмотрены свойства и области применения материалов специального назначения: магнитных и электротехнических, сверхпроводящих, с особыми тепловыми и упругими свойствами, металлов с памятью формы, радиационностойких и аморфных материалов. Изложены методология и принципы выбора материалов для конкретных изделий с учетом рабочих условий их применения. Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов и аспирантов машиностроительных и общетехнических вузов. Может быть полезно студентам, обучающимся по смежным специальностям, а также преподавателям, инженерно-техническим работникам заводов, научно-исследовательских и проектных организаций.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.33: Материаловедение
- 15.03.01: Машиностроение
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Ю. Я. Солнцев В. Ю. Яирайнен С. А Вологжанина МАТЕРИАЛА ВЕДЕНИЕ специальных отраслей МАШИНОСТРОЕНИЯ Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РФ, проф., д-ра техн. наук Ю. П. Солнцева Рекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 140400 — Техническая физика Санкт-Петербург ХИМИЗДАТ • 2024
УДК 620.22 С 601
Издание выпущено при поддержке Комитета по печати и взаимодействию со средствами массовой информации Санкт-Петербурга
Рецензенты:
1. Начальник 18 кафедры Военно-космической академии им.
А. Ф. Можайского д-р техн. наук профессор М. М. Пеньков
2. Начальник сектора ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей" д-р техн. наук В. В. Цуканов
Солнцев Ю. П., Пирайнен В. Ю., Вологжанина С. А.
С 601 Материаловедение специальных отраслей машиностроения:
Учебное пособие. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2024, изд. 5-е, стереот. - 784 с.: ил. ISBN 978-5-93808-476-6
Изложены основы металловедения черных и цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены фундаментальные положения технологии термической обработки сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Приведены основные закономерности формирования структуры и свойств всех групп промышленных сталей и сплавов, неметаллических материалов на основе полимеров, керамических и композиционных материалов. Даны рекомендации по их применению в ряде специальных отраслей машиностроения.
Рассмотрены марки и области применения высокопрочных конструкционных сталей, хладостойких сталей и сталей криогенной техники, композиционных и порошковых материалов, судостроительных корпусных сталей и сталей для ледовых платформ, керамических и износостойких материалов, материалов для пищевой промышленности. Приведены методы оценки конструкционной прочности металлов и пути ее повышения. Рассмотрены свойства и области применения материалов специального назначения: магнитных и электротехнических, сверхпроводящих, с особыми тепловыми и упругими свойствами, металлов с памятью формы, радиационно-стойких и аморфных материалов. Изложены методология и принципы выбора материалов для конкретных изделий с учетом рабочих условий их применения.
Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов и аспирантов машиностроительных и общетехнических вузов. Может быть полезно студентам, обучающимся по смежным специальностям, а также преподавателям, инженерно-техническим работникам заводов, научноисследовательских и проектных организаций.
2703000000—015
050(01)—24
Без объявл.
ISBN 978-5-93808-476-6
© Солнцев Ю. П., Пирайнен В. Ю., Вологжанина С. А.
© ХИМИЗДАТ, 2007, 2024
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 11
Глава 1. ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ 17
1.1. Общая характеристика металлов и сплавов 17
1.2. Дефекты строения кристаллических тел 19
1.3. Диаграмма состояния системы железо-углерод 27
1.4. Влияние углерода и примесей на свойства сталей 35
1.4.1. Влияние углерода 35
1.4.2. Влияние примесей 36
1.4.3. Классификация углеродистых сталей 38
1.5. Влияние легирующих элементов на превращения 39
и свойства сталей
1.5.1. Классификация легированных сталей 41
1.5.2. Маркировка сталей по российским 42
и международным стандартам
1.6. Чугуны 54
Глава 2. ОСНОВЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 58
2.1. Классификация видов термической обработки стали 58
2.2. Превращения в стали при нагреве. Образование 60 аустенита
2.3. Диффузионные превращения аустенита 63
при охлаждении стали
2.4. Мартенситное превращение аустенита 65
2.5. Промежуточное (бейнитное) превращение 67
аустенита
2.6. Технология термической обработки стали 69
2.6.1. Отжиг стали 69
2.6.2. Закалка стали 73
2.6.3. Отпуск стали 78
2.7. Поверхностное упрочнение стальных изделий 80
2.7.1. Упрочнение поверхности методом 80
пластического деформирования
2.7.2. Поверхностная закалка 81
2.7.3. Химико-термическая обработка 82
Глава 3. РАЗРУШЕНИЕ И КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ 86 МАТЕРИАЛОВ
3.1. Упругая и пластическая деформация 86
3.2. Хрупкое и вязкое разрушение 89
3.3. Факторы, определяющие характер разрушения 95
3.4. Испытания механических свойств материалов 99
3.5. Особенности испытаний механических свойств 106
при низких температурах
3.6. Испытания долговечности материалов 113
3.6.1. Усталостные испытания 113
3
3.6.2. Испытания на ползучесть 116
3.6.3. Трибологические испытания 120
3.7. Оценка конструкционной прочности методами 122
механики разрушения
3.7.1. Трещиностойкость (cracking resistance) 122
металлов и коэффициент интенсивности напряжений
3.7.2. Испытания на вязкость разрушения 126
3.7.3. Примеры практического использования 132
параметров вязкости разрушения
3.8. Специальные методы испытаний 135
3.9. Неразрушающие методы контроля 140
Глава 4. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОПРОЧНОГО 157
СОСТОЯНИЯ
4.1. Современная концепция высокопрочного 157
состояния
4.2. Механизмы упрочнения и процессы упрочнения 159
4.2.1. Напряжение трения решетки 160
4.2.2. Твердорастворное упрочнение 161
4.2.3. Дислокационное упрочнение 163
4.2.4. Упрочнение выделениями дисперсных 164
частиц (дисперсионное твердение)
4.2.5. Зернограничное упрочнение 166
4.2.6. Влияние фазовых превращений 168
на упрочнение
Глава 5. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ 170
ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
5.1. Технология производства чистой стали 170
5.1.1. Способы массового производства 170
5.1.2. Электрорафинирующие переплавы 174
5.1.3. Управление природой неметаллических 175
включений
5.1.4. Снижение содержания углерода и других 179
элементов
5.2. Формирование структуры дисперсными 180
выделениями
5.3. Комбинированное термомеханическое воздействие 185
5.4. Регулирование размеров зерна термоциклированием 188
5.5. Перспективы космического материаловедения 190
5.6. Двухфазные стали с высокой деформационной 194 способностью
Глава 6. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ 199
6.1. Особенности требований к высокопрочным 199
конструкционным сталям
6.2. Легированные низкоотпущенные стали 201
6.3. Дисперсионно-твердеющие стали 203
4
6.4. Мартенситно-стареющие стали 207
6.5. ПНП-стали 211
6.6. Стали со сверхмелким зерном 213
Глава 7. КОРРОЗИЯ И КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ 217
МАТЕРИАЛЫ
7.1. Общие сведения 217
7.2. Виды электрохимической коррозии 219
7.3. Оценка коррозионной стойкости 225
7.4. Методы защиты от коррозии 229
7.5. Коррозионностойкие стали 232
7.5.1. Требования к механическим 232
и технологическим свойствам
7.5.2. Влияние легирующих элементов 237
на коррозионную стойкость
7.6. Хромистые стали мартенситного, мартенситно- 240 ферритного и ферритного классов
7.7. Аустенитные, аустенитно-ферритные 242
и аустенитно-мартенситные стали
7.8. Железоникелевые сплавы 248
Глава 8. ИЗНОС И ИЗНОСОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ 250
8.1. Общие сведения 250
8.2. Смазочные материалы 250
8.3. Классификация и виды износа 254
8.4. Закономерности изнашивания сопряженных 258
деталей, образующих пары трения
8.5. Износостойкие стали 263
8.5.1. Влияние химического состава 263
на структурные составляющие, определяющие износостойкость
8.5.2. Подшипниковые стали 265
8.5.3. Графитизированные стали 268
8.5.4. Высокомарганцовистые аустенитные стали 269
8.5.5. Метастабильные хромомарганцевые 270
аустенитные стали
8.6. Металлокерамические твердые сплавы 271
8.6.1. Твердые сплавы в качестве износостойких 272
материалов
8.6.2. Применение твердых сплавов 276
8.7. Антифрикционные материалы 278
8.7.1. Металлические материалы 279
8.7.2. Неметаллические и комбинированные 284
материалы
8.7.3. Минералы 287
8.7.4. Керамические материалы 287
8.8. Трибологические наноструктурные покрытия 288
8.9. Металлические износостойкие покрытия 291
5
Глава 9. ПОКРЫТИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ 299
9.1. Общая характеристика покрытий и способов их 299
нанесения
9.2. Нанесение металлических покрытий 302
9.2.1. Нанесение металлических покрытий 302
погружением в расплав
9.2.2. Гальванические покрытия 305
9.2.3. Осаждение покрытий из газовой фазы 308
в вакууме
9.2.4. Напыление покрытий 310
9.3. Виды металлических покрытий 313
9.3.1. Цинковые покрытия 313
9.3.2. Алюминиевые покрытия 314
9.3.3. Оловянные и хромсодержащие покрытия 315
9.3.4. Покрытия плакированием 316
9.3.5. Осаждение в вакууме или из газовой фазы 316
9.3.6. Наноструктурные покрытия, обладающие 317
стойкостью к высокотемпературному
окислению
9.4. Неметаллические покрытия 318
9.4.1. Неорганические покрытия и способы их 318
нанесения
9.4.2. Органические полимерные покрытия 319
и способы их нанесения
9.4.3. Лакокрасочные покрытия 332
9.4.4. Наноструктурные покрытия для медицины 335
Глава 10. ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ 337
10.1. Технологические процессы порошковой 337
металлургии
10.2. Конструкционные материалы 345
10.3. Антифрикционные материалы 350
10.4. Фрикционные материалы 353
10.5. Пористые фильтрующие элементы 354
10.6. Инструментальные стали 356
10.7. Карбидостали 358
Глава 11. МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ 360
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
11.1. Сверхпроводимость и сверхпроводящие 360
материалы
11.1.1. Сверхпроводимость 360
11.1.2. Сверхпроводящие материалы 362
и технология их производства
11.1.3. Перспективы использования 367
сверхпроводящих материалов
11.2. Сплавы с особыми тепловыми и упругими 372
свойствами
6
11.2.1 . Общие сведения 372
11.2.2 . Сплавы с регламентируемым 375
температурным коэффициентом
линейного расширения
11.2.3 . Сплавы с постоянным модулем упругости 378
11.3. Металлы с памятью формы 379
11.3.1. Механизм эффекта памяти формы 379
11.3.2. Технология производства и свойства 383 сплавов с эффектом памяти формы
11.3.3. Применение сплавов с эффектом памяти 386 формы
11.4. Магнитные и электротехнические стали и сплавы 395
11.4.1. Магнитотвердые материалы 396
11.4.2. Магнитомягкие материалы 399
11.4.3. Электротехнические стали 403
11.4.4. Электротехнические сплавы 408
Глава 12. РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ 410
12.1. Основные компоненты современного ядерного 410 реактора
12.2. Радиационная повреждаемость конструкционных 412 материалов
12.3. Состав и свойства реакторных материалов 418
Глава 13. СУДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ СТАЛИ 427
13.1. Условия работы судостроительных сталей 427
и сталей для буровых платформ
13.2. Марки и сортамент 428
13.3. Основные технические требования 430
к судостроительным сталям
13.4. Состав и свойства сталей для судостроения 437
13.5. Хладостойкие морские буровые платформы 446 и трубы для магистральных трубопроводов морского шельфа
13.5.1. Основные требования к материалам 446
13.5.2. Оценка сопротивления трубопроводов 448
хрупкому разрушению
13.5.3. Влияние длительности эксплуатации 449
на остаточный ресурс прочности трубопроводов
13.5.4. Технология производства газо- 450
и нефтепроводов
13.5.5. Характеристика необходимых свойств 452
13.5.6. Металловедческие приемы получения 454
требуемых свойств сталей
13.5.7. Методика контроля повреждений 459
магистральных и промысловых газопроводов
13.6. Материалы для судовых валов и баллеров рулей 462
7
Глава 14. ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ 464
14.1. Жаростойкие стали (heat resistant steel) 464
14.2. Критерии жаропрочности материалов 470
14.3. Влияние структуры на жаропрочность сплавов 473
14.4. Жаропрочность сплавов цветных металлов 475
и сталей 478
14.5. Стали для котлостроения и трубопроводов пара 483
и горячей воды 485
14.6. Суперсплавы 487
14.6.1. Требования к материалам газовых турбин 495
14.6.2. Никелевые и кобальтовые суперсплавы 497
14.6.3. Металлургическая технология 498
жаропрочных суперсплавов
14.6.4. Перспективы применения жаропрочных
суперсплавов
14.7. Тугоплавкие металлы
Глава 15. АМОРФНЫЕ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ 507
СПЛАВЫ
15.1. Аморфные сплавы 507
15.1.1. Условия образования аморфной 507
структуры 508
15.1.2. Методы получения аморфных металлов 512
15.1.3. Свойства и применение аморфных сплавов 521
15.2. Наноструктурированные материалы 521
15.2.1. Общие сведения 523
15.2.2. Методы получения 525
наноструктурированных материалов 526
15.2.3. Получение объемных наноструктурных 528
материалов 532
15.2.4. Особенности наноструктурных материалов 532
15.2.5. Свойства и применение наноструктурных
материалов в технике
15.2.6. Использование наноматериалов в медицине
15.3. Фуллерены и нанотрубки --- материалы будущего
Глава 16. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ 538
УДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
16.1. Титан и его сплавы 538
16.1.1. Основные свойства титана 538
16.1.2. Классификация титановых сплавов 541
16.1.3. Деформируемые титановые сплавы 542
16.1.4. Литейные титановые сплавы 551
16.1.5. Применение титана и его сплавов 552
16.2. Алюминий и его сплавы 558
16.2.1. Основные свойства алюминия 558
16.2.2. Классификация алюминиевых сплавов 560
16.2.3. Деформируемые алюминиевые сплавы 562
8
16.2.4 . Литейные алюминиевые сплавы 574
16.3. Магний и его сплавы 576
16.3.1. Основные свойства магния 576
16.3.2. Классификация магниевых сплавов 578
16.3.3. Деформируемые магниевые сплавы 580
16.3.4. Литейные магниевые сплавы 584
16.3.5. Применение магниевых сплавов 585
16.4. Бериллий и бериллиевые сплавы 586
16.4.1. Основные свойства и технологии 586
получения бериллия
16.4.2. Сплавы бериллия 588
16.4.3. Применение бериллия и его сплавов 593
Глава 17. ХЛАДОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ 597
17.1. Введение 597
17.2. Хладостойкие стали климатического холода 600
17.2.1. Состав и марки сталей 600
17.2.2. Влияние технологии производства на 608
хладостойкость сталей климатического холода
17.2.3. Особенности разрушения литых 615
хладостойких сталей
17.3. Стали криогенной техники 617
17.3.1. Никелевые низкоуглеродистые стали 618
17.3.2. Аустенитные стали 619
17.3.3. Метастабильные аустенитные стали 630
17.3.4. Высокопрочные мартенситно-стареющие 632 стали
17.3.5. Литейные стали 634
17.3.6. Железоникелевые сплавы 636
17.4. Сплавы цветных металлов для криогенной 637
техники
17.4.1. Алюминий и его сплавы 637
17.4.2. Титан и его сплавы 640
17.4.3. Медь и ее сплавы 641
17.5. Основы выбора конструкционных материалов 643
для работы при низких температурах
17.6. Хладостойкие неметаллические материалы 650
17.6.1. Общие сведения 650
17.6.2. Пластмассы 652
17.6.3. Клеящие материалы 658
17.6.4. Резины 663
Глава 18. СТАЛИ И СПЛАВЫ ДЛЯ ПИЩЕВОГО 664
МАШИНОСТРОЕНИЯ
18.1. Условия работы оборудования в пищевой 664
промышленности
18.2. Требования к материалам для оборудования 671 пищевых производств
9
18.2.1. Химические свойства материалов 671
18.2.2. Санитарно-гигиенические требования 673
18.2.3. Материалы, применяемые в пищевом 675
машиностроении
18.2.4. Особенности изготовления рабочих 680
органов пищевых машин
Глава 19. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 689
19.1. Керамическая технология и классификация 689 керамики
19.2. Свойства и применение керамических материалов 696
Глава 20. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 707
20.1. Общая характеристика и классификация 707
20.2. Дисперсноупрочненные композиционные 710
материалы
20.3. Матрицы и армирующие волокна 713
20.4. Волокнистые композиционные материалы 720
20.5. Слоистые композиты 733
20.6. Композиционные износостойкие материалы 736
20.7. Керамические композиционные материалы 736
Глава 21. ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА И ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 740
21.1. Общие принципы выбора материалов 740
21.1.1. Технические условия и стандарты 745
21.1.2. Долговечность конструкций и виды 747
отказов
21.1.3. Технологические свойства 756
21.2. Свойства и применение конструкционных 761
материалов
21.2.1. Сплавы на основе железа 761
21.2.2. Алюминий, магний и цинк 765
21.2.3. Титан 769
21.2.4. Тугоплавкие металлы 770
21.2.5. Суперсплавы 771
21.2.6. Бериллий и медь 773
21.2.7. Керамические материалы 774
21.2.8. Композиционные материалы 776
Библиографический список 779
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину