Материаловедение в машиностроении в схемах и таблицах
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Материаловедение
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Алексеенко Елена Алексеевна
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 152
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-9729-1592-7
Артикул: 842781.01.99
Представлены сведения об основах металловедения и термической обработки металлов; рассмотрены вопросы производства черных металлов и сварочного производства; описаны конструкционные материалы, цветные металлы и сплавы. Материал изложен в доступной, понятной форме, удобной для усвоения обучающимися. Для учащихся профессионально-технических, средних специальных, высших учебных заведений, обучающихся по специальностям машиностроительного профиля. Будет полезно для преподавателей всех типов учебных заведений при организации учебного процесса.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.33: Материаловедение
- 15.03.01: Машиностроение
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Е. А. Алексеенко МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ В СХЕМАХ И ТАБЛИЦАХ Учебное пособие Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024 1
УДК 621.791 ББК 34.641 А47 Рецензенты: преподаватель высшей квалификационной категории учреждения образования «Гомельский государственный колледж строителей» (Республика Беларусь) Левочкина Галина Александровна; преподаватель высшей квалификационной категории учреждения образования «Гомельский государственный автомеханический колледж» (Республика Беларусь) Афанасьева Елена Николаевна Алексеенко, Е. А. А47 Материаловедение в машиностроении в схемах и таблицах : учебное пособие / Е. А. Алексеенко. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 152 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1592-7 Представлены сведения об основах металловедения и термической обработки металлов; рассмотрены вопросы производства черных металлов и сварочного производства; описаны конструкционные материалы, цветные металлы и сплавы. Материал изложен в доступной, понятной форме, удобной для усвоения обучающимися. Для учащихся профессионально-технических, средних специальных, высших учебных заведений, обучающихся по специальностям машиностроительного профиля. Будет полезно для преподавателей всех типов учебных заведений при организации учебного процесса. УДК 621.791 ББК 34.641 ISBN 978-5-9729-1592-7 Алексеенко Е. А., 2024 Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 2
Оглавление Глава 1. Основы металловедения и термической обработки металлов ........ 5 1.1. Основные свойства металлов и сплавов ......................................................... 5 1.2. Строение металлов .......................................................................................... 13 1.3. Общие сведения из теории сплавов .............................................................. 15 1.4. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов .................................. 18 1.5. Основы термической обработки .................................................................... 19 1.5.1. Термическая обработка стали .................................................................. 20 1.5.2. Термомеханическая обработка (ТМО) и упрочнение методом пластической деформации ................................................................................. 29 1.5.3. Термическая обработка чугуна ................................................................ 31 1.5.4. Термическая обработка цветных металлов и сплавов .......................... 32 1.6. Основы химико-термической обработки (ХТО) .......................................... 32 1.7. Коррозия металлов .......................................................................................... 37 Контрольные вопросы ........................................................................................... 46 Глава 2. Производство черных металлов ........................................................... 51 2.1. Производство чугуна ...................................................................................... 51 2.2. Производство стали......................................................................................... 56 Контрольные вопросы ........................................................................................... 58 Глава 3. Конструкционные материалы .............................................................. 60 3.1. Стали ................................................................................................................. 62 3.2. Чугуны .............................................................................................................. 70 Контрольные вопросы ........................................................................................... 76 Глава 4. Твердые сплавы. Минералокерамика. Абразивные материалы .... 78 4.1. Твердые сплавы ............................................................................................... 78 4.2. Минералокерамика .......................................................................................... 80 4.3. Вольфрамовые, титановольфрамовые, титанотанталовольфрамовые и безвольфрамовые твердые сплавы .................................................................... 81 4.4. Абразивные материалы .................................................................................. 82 Контрольные вопросы ........................................................................................... 87 Глава 5. Сварочное производство ........................................................................ 89 5.1. Сварка металлов .............................................................................................. 89 5.1.1. Сварка металлов ........................................................................................ 89 5.1.2. Сварные швы и соединения ..................................................................... 92 5.1.3. Сварочные материалы .............................................................................. 94 5.1.4. Виды сварки ............................................................................................. 102 5.1.5. Сварка стали, чугуна, цветных металлов и пластмасс ........................ 108 5.1.6. Сварные швы ........................................................................................... 110 Контрольные вопросы ......................................................................................... 112 3
5.2. Резка металлов ............................................................................................... 116 5.2.1. Кислородная резка .................................................................................. 116 5.2.2. Дуговая резка ........................................................................................... 119 5.2.3. Подводная резка металлов ..................................................................... 120 5.3. Пайка металлов .............................................................................................. 121 5.4. Наплавка ......................................................................................................... 122 5.5. Газотермическое напыление ........................................................................ 123 Контрольные вопросы ......................................................................................... 124 Глава 6. Цветные металлы и сплавы ................................................................ 127 6.1. Медь и ее сплавы ........................................................................................... 127 6.2. Алюминий и его сплавы ............................................................................... 130 6.3. Магний и его сплавы ..................................................................................... 133 6.4. Титан и его сплавы ........................................................................................ 133 6.5. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы ........................................... 134 Контрольные вопросы ......................................................................................... 135 Ответы на контрольные вопросы .......................................................................... 138 Список литературы ................................................................................................. 148 4
Глава 1. ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ Цель материаловедения Создание материалов с заданными свойствами Задачи материаловедения Рекомендация выбора материала для конкретного назначения Изучение связи химического состава и структуры материалов с их свойствами Разработка методов направленного изменения состава и строения материалов с целью улучшения комплекса эксплуатационных характеристик изделий 1.1. Основные свойства металлов и сплавов Материаловедение – наука, устанавливающая связь между составом, структурой и свойствами материалов и изучающая закономерности их изме- нения при тепловых, химических, механических, электрических и других воздействиях. 5
Физические свойства цвет плотность магнитная проницаемость теплопроводность электропроводность линейное расширение температура плавления 9 8 2 3 4 5 Легкие Тяжелые 7 6 1 Физические свойства Физические явления – изменение металлов, при которых состав не нарушается (например, из твердого в жидкое). Физические свойства играют важную роль при выборе металлов для изготовления тех или иных деталей машин и механизмов. 1. Определяется отношением массы к единице объема. 2. Температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие (вольфрам – 3416 °С, тантал – 2950 °С и др.) и легкоплавкие (олово – 232 °С, свинец – 327 °С). В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К). 3. Способность изменять свои размеры при повышенных температурах. 4. Способность металлов проводить электрический ток оценивают дву- мя противоположными характеристиками – электрической проводимостью и электрическим сопротивлением. Электропроводность оценивается в системе СИ в сименсах (См). Электросопротивление выражают в омах (Ом). Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (их изготавливают из меди, алюминия). При изготовлении электронагреватель6
ных приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (из нихрома, константана, манганина). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением – увеличивается. Магнитные свойства выражаются в способности металлов намагничиваться. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, которые называют ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов. 5. Заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энер- гии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета. Способность передавать или сохранять тепловую энергию позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования. 6. Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т. е. возможность металлов препятствовать такой передаче – сопротивляться. 7. Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К) называют коэффи- циентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м·град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому. 8. Физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе. 9. Цвет – способность металлов отражать излучения с определенной длиной волны. Например, медь имеет розовато-красный цвет, алюминий – серебристо-белый. 7
Механические свойства упругость твердость прочность пластичность жаропрочность износостойкость Способность не разрушаться под действием нагрузок в условиях высоких температур (ракетные двигатели) Способность сохранять изначальные формы и размеры в ходе стабильного воздействия трением со стороны других изделий или сред Способность не разрушаться под действием нагрузок (стрела автокрана) Способность, не разрушаясь, изменять под действием внешних сил свою форму и сохранять измененную форму после прекращения действия сил (гнутье труб, изготовление кронштейнов) Способность сопротивляться вдавливанию в материал какого-либо тела Способность изменять свою форму под действием внешних сил и восстанавливать ее после прекращения действия этих сил (сталь для пружин) Механические свойства металлов и сплавов – характеризуют работоспособность, т. е. способность не разрушаться под нагрузкой и вместе с тем хорошо деформироваться (изменять форму и размеры). 8
Химические свойства Окисляемость Коррозионная стойкость Способность сопротивляться коррозии Способность вступать в реакцию с кислородом под воздействием окислителей Химические свойства металлов и сплавов – способность сопротивлять- ся различным химическим воздействиям, в частности, коррозионному воздействию различных активных сред (атмосферы, воды, кислот и т. п.). Химические свойства учитывают, в первую очередь, для изделий или деталей, работающих в химически агрессивных средах: – емкости для перевозки химических реактивов; – трубопроводы химических веществ; – приборы и инструменты в химической промышленности. Технологические свойства металлов и сплавов Технологические свойства металлов – способность металлов подвергаться той или иной обработке жидкотекучесть усадка свариваемость (литейные свойства) ковкость обрабатываемость резанием Способность прочно соединяться путем расплавления места соединения Способность в расплавленном виде уменьшать свой объем при остывании Способность расплава заполнять линейные формы, после охлаждения представляя собой плотную однородную отливку Способность материала подвергаться обработке режущими инструментами Способность не разрушаться, принимать нужную форму под действием внешних сил 9
Механические испытания металлов и сплавов для изготовления технологического оборудования на твердость на износ на растяжение на усталость на ударную вязкость Разрушения при многократном действии нагрузки или трения Образцы строго определенной формы Образцы различной формы и размеров Напряжение Квадратный образец разрушают на маятниковом копре Метод Бринелля: вдавливание в испытуемый металл стального закаленного шарика Метод Виккерса: вдавливание по величине отпечатка правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136 Метод Роквелла: вдавливание стального шарика, алмазного или твердосплавного конуса Нагрузка на единицу площади поперечного сечения Проводят на специальных машинах, создающих в металле напряжения переменного изгиба при вращении стального образца, заложенного в машину, где число циклов (оборотов) испытуемых образцов до разрушения регистрируется специальным счетчиком При испытании на растяжение одного образца можно определить характеристики механических свойств: - предел упругости; - предел текучести; - предел прочности; - относительное удлинение; - относительное сужение 10