Материаловедение металлы и сплавы - OXFORDST.RU

Материаловедение металлы и сплавы

Лекции по материаловедению

Лекции по материаловедению скачать бесплатно

ВВЕДЕНИЕ

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МАТЕРИАЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ

2. АТОМНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

2.1. Строение реальных кристаллов
2.2. Дефекты кристаллического строения
2.3. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм

3. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

3.1. Энергетические условия процесса кристаллизации
3.2. Механизм процесса кристаллизации
3.3. Аморфное состояние металлов
3.4. Реальная форма кристаллических образований
3.5. Получение монокристаллов
3.6. Жидкие кристаллы
3.7. Строение стального слитка
3.8. Методы исследования структуры

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

4.1. Упругая и пластическая деформация. Несовершенства решетки и прочность металлов
4.2. Методы испытания металлов и сплавов
4.3. Конструкционная прочность металлов и сплавов
4.4. Пути повышения прочности металлов

5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЛАВОВ

5.1. Строение сплавов
5.2. Химические соединения
5.3. Электронные соединения (фазы Юм – Розари)
5.4. Механические смеси

6. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ

6.1. Построение диаграмм состояния (равновесия)
6.2. Правило отрезков или правило рычага
6.3. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов ( I рода)
6.4. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)
6.5. Диаграмма с перитектикой
6.6. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химическое соединение (IV рода)
6.7. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения
6.8. Связь диаграммы состояния сплава с его свойствами

7 АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ «ЖЕЛЕЗО — УГЛЕРОД»

7.1. Характеристика линий и точек диаграммы Fe – Fe3C
7.2. Практическое применение диаграммы Fe – Fe3C
7.3. Классификация сплавов системы Fe – Fe3C

8. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

8.1. Четыре основные превращения в сталях
8.3. Превращения в стали при охлаждении (II превращение)
8.4. Перлитное превращение
8.5. Бейнитное превращение
8.6. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении
8.7. Мартенситное превращение ( III превращение)
8.8. Превращения в закаленной стали при нагреве (IV превращение)

9. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

9.1. Основные составляющие технологического процесса термической обработки
9.2. Классификация видов термической обработки
9.3. Способы закалки
9.4. Закаливаемость и прокаливаемость

10. ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

11. ОТПУСК

12. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО)

12.1. Цементация стали
12.2. Азотирование стали

13. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

14. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

14.1. Влияние легирующих элементов на превращения в сталях
14.2. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита
14.3 Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение
14.4. Классификация легированных сталей
14.5. Принципы комплексного легирования
14.6. Технологические особенности термической обработки легированной стали
14.7. Особенности отпуска легированной стали

15. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

15.1. Классификация конструкционных сталей

16. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

16.1. Режущие стали
16.2. Быстрорежущие стали
16.3. Твердые peжyщие сплавы
16.4. Штамповые стали
16.5. Стали для измерительных инструментов

17. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

17.1. Нержавеющие (коррозионностойкие) стали
17.2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы
17.3. Криогенные стали и сплавы
17.4. Магнитные стали и сплавы
17.5. Сплавы с особенностями электросопротивления
17.6. Сплавы с высоким электросопротивлением
17.8. Сплавы с заданными упругими свойствами

18. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

18.1. Медные сплавы
18.2. Алюминиевые сплавы
18.3. Магниевые сплавы
18.4. Титан и его сплавы.
18.5. Антифрикционные сплавы

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Лекции по материаловедению скачать бесплатно

Автор: Максим
Или погугли хотя бы, а то выпендриваться понтов до фига. И выходит ты сама доказала, что ты ТП (ТУПАЯ ПИЗДА, а то вдруг и этого не знаешь).
Размещено: 2 Июня 2013 г.
Автор: Максим
Да ладно умная Вы наша!! Fe – железо, С — углерод согласен, но умная Вы наша диаграмма на языке формул состоит не из Fe — C, а из Fe — Fe3C, и для такого умного человека, как Вы хочу сообщить, что между С и Fe3C есть небольшая разница, первое — углерод, а второе как раз цементит. Для большей убедительности Fe3C — соединение трех атомов Fe с одним атомом С, называемое ЦЕМЕНТИТОМ или карбидом железа. Лекции то сама открой эти и посмотри на рисунок 7.1. Умная ТП.
Размещено: 2 Июня 2013 г.
Автор: Ольк
для дебила Максима — Fe — железо, C- углерод. угадай как должна называться диаграмма? железо-углерод и железо-цементит — одно и то же. недоразвитый ты наш) ещё и капс локом. ай малацца. прокричал о своей глупости)
Размещено: 15 Мая 2013 г.
Автор: Максим
7 АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ «ЖЕЛЕЗО — УГЛЕРОД».

Джигурда. Может коменты хорошие, потому что люди благодарны за то, что мы кому-то помогли?

Учебные материалы

Данный учебно-методический комплекс составлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом профессионального высшего образования РФ по дисциплине «Материаловедение».

  1. Введение
  2. Атомно-кристаллическая структура металлов
  3. Полиморфные превращения
  4. Строение реальных металлов
  5. Формирование структуры металлов при первичной кристаллизации
    1. Энергетические условия и механизм процесса кристаллизации
    2. Строение металлического слитка
    3. Модификаторы
  1. Упругая и пластическая деформация
  2. Теоретическая и техническая прочность металлов
  3. Наклеп
  4. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
  5. Холодная и горячая деформация
  6. Основы теории сплавов
  7. Диаграммы состояния сплавов
    1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода)
    2. Правило отрезков
    3. Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы неограниченной растворимости (II рода)
    4. Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы ограниченной растворимости (III рода)
    5. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения (IV рода)
    6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
  8. Диаграмма «Железо-углерод»
    1. Критические точки на диаграмме «Железо-углерод»
  9. Фазовые превращения в сплавах железа
    1. Аустенитное превращение
    2. Рост зерна аустенита при нагреве
    3. Превращения переохлажденного аустенита
    4. Перлитное превращение
    5. Мартенситное превращение
    6. Промежуточное (бейнитное) превращение
    7. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении
  10. Чугун
    1. Углеродистый чугун
    2. Легированный чугун
  11. Термическая обработка стали
    1. Отжиг I рода
    2. Отжиг II рода
    3. Нормализация
    4. Закалка
    5. Поверхностная закалка
    6. Дефекты, возникающие при термической обработке стали
    7. Нагрев и охлаждение в соляных ваннах
    8. Отпуск
  12. Термомеханическая обработка
  13. Химико-термическая обработка стали
    1. Цементация
    2. Азотирование
    3. Нитроцементация
    4. Цианирование
    5. Борирование
  14. Углеродистые стали
    1. Влияние углерода на свойства стали
    2. Влияние постоянных примесей на свойства стали
    3. Классификация углеродистых сталей
    4. Стали обыкновенного качества
    5. Качественные углеродистые стали
    6. Углеродистые инструментальные стали
  15. Легированные стали
    1. Взаимодействие легирующих элементов с углеродом
    2. Классификация легированных сталей
    3. Маркировка легированных сталей
    4. Особенности термической обработки легированных сталей
    5. Влияние хрома на свойства сталей
  16. Конструкционные легированные стали
    1. Строительные низколегированные стали
    2. Цементуемые стали
    3. Улучшаемые стали
    4. Пружинно — рессорные стали
  17. Нержавеющие стали и сплавы
    1. Хромистые стали
    2. Хромоникелевые стали
  18. Жаропрочные стали
    1. Жаропрочные сплавы
  19. Инструментальные легированные стали
  20. Металлокерамические твердые сплавы
  21. Твердые и сверхтвердые сплавы
  22. Медь и ее сплавы
  23. Алюминий и его сплавы
  24. Подшипниковые сплавы
  25. Неметаллические материалы
    1. Полимерные материалы
    2. Слоистые термореактивные пластмассы
    3. Термопластичные пластмассы
    4. Газонаполненные пластмассы
    5. Стеклообразные материалы
    6. Керамические материалы
    7. Углеграфитовые материалы
    8. Теплоизоляционные материалы
    9. Сухие теплоизоляционные смеси и порошки
    10. Волокнистые и гибкие материалы и изделия
    11. Формованные жесткие теплоизоляционные изделия
  • Приложения
  • Рекомендуемая литература
  • Контрольные работы
  • Тесты

Уважаемые студенты!
Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Материаловедение: металлы и сплавы

Формирование структуры и методы исследования свойств металлов; диаграмма состояния «железо-цементит». Железоуглеродистые сплавы; термическая обработка металлов и сплавов. Сплавы, применяемые в промышленности; выбор сплава на основе цветного металла.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 13.01.2010
Размер файла 780,1 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Федеральное агентство по образованию

ГОУ СПО «Череповецкий металлургический колледж»

Специальность:


150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования»


Материаловедение: металлы и сплавы


САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА


Выполнил: Леликов А.П.


студент группы ЗО — 3ТО


Преподаватель: Мальцева О.И.


Череповец


Оглавление


1. Самостоятельная работа №1


«Формирование структуры и методы исследования свойств металлов»


2. Самостоятельная работа № 2


«Диаграмма состояния “железо-цементит”


3. Самостоятельная работа №3


«Железоуглеродистые сплавы»


4. Самостоятельная работа № 4


«Термическая обработка металлов и сплавов»


5. Самостоятельная работа № 5


«Сплавы, применяемые в промышленности»


Самостоятельная работа 1


Вариант задания № 9


1. Объясните, к какой деформации (холодной или горячей), следует отнести прокатку низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре.


Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям — точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование как в черной, так и в цветной металлургии.


В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов.


2. Напишите, каким способом надо измерять твёрдость листовой мягкой стали толщиной 1мм.

Твёрдость в большинстве случаев испытывается при статическом характере вдавливания индентора в виде шарика, конуса или пирамиды в тело исследуемого объекта или царапанием поверхностного слоя пирамидой из твёрдого материала (склерометрический метод).

Для определения твёрдости тонких слоёв или мелких образцов используют прибор “Супер-Роквелл”, отличающийся от обычного прибора “ТК” меньшими нагрузками.

3. Объясните, когда процесс кристаллизации протекает быстрее — при небольшой, большой и очень большой степени переохлаждения? (ответ обосновать).

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.

Процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Тп (температура плавления).

На рис.1. изображены термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации металлов при охлаждении с разной скоростью. При очень медленном охлаждении степень переохлаждения невелика (рис.1 кривая ?Т). В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения (кривые ?Т1, ?Т2) число зародышей возрастает в большей мере, чем скорость их роста, и размер зерна в металле уменьшается.

Зерно металла сильно влияет на механические свойства: чем мельче зерно, тем выше вязкость и пластичность.

При увеличении степени переохлаждения скорость образования кристаллов и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются.

Самостоятельная работа 2

Вариант Задания № 9


1. Построить диаграмму «железо-цементит» с обозначением линий, точек и областей.

Рис..1. Диаграмма состояния железо — цементит

К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом с массовой долей углерода от 0,02 до 2,14 %.

Основными компонентами углеродистых сталей являются железо и углерод.

Железо является полиморфным металлом. При температурах ниже 910° С, железо существует в ? -модификации. Эта аллотропическая модификация железа называется ? -железом. В интервале температур от 910° С до 1392° С существует ? -железо с гранецентрированной кубической решеткой.

Углерод является неметаллическим элементом. В углеродистых сталях эти компоненты взаимодействуют, образуя, и зависимости от их количественного соотношения и температуры, разные фазы, представляющие собой однородные части сплава. Углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. В углеродистых сталях различают следующие фазы (рис.1): жидкий сплав (Ж), твердые растворы -феррит (Ф) и аустенит (А) и химическое соединение цементит (Ц),

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в ? -железе. Содержит при нормальной температуре 0,006 % углерода. У феррита низкие твердость (HB = 790 МПа) и прочность (?6 = 245МПа), высокие пластичность (? = 50%, ? = 85%) и ударная вязкость (KCU = 2940кДж/м 2 ).

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в ? -железе, при нормальной температуре в углеродистых сталях в равновесном состоянии не существует.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fc3C. Содержит 6,67 % углерода. Для цементита характерна высокая твердость (НV = 9800 МПа) и очень низкая пластичность.

Перлит — эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727° С и содержит 0,8% С.

2. Определить вид углеродистой стали и белого чугуна по заданному содержанию углерода, отметить эти точки на своей диаграмме.

Сплав содержащий до 2,14 % С — сталь. По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0,02 % o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного

При 1147°С протекает эвтектическая реакция Lc-AE+Ц.

Жидкость, состав которой соответствует точке С, превращается в эвтектическую смесь аустенита, состав которого соответствует точке Е, и цементита, называемую ледебуритом.

При 727°С протекает эвтектическая реакция A — Фр+Ц.

В отличие от эвтектики, образующейся из жидкости, эвтектоид возникает из твердых фаз. Продукт превращения — эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом.

Показывает предельную растворимость углерода в аустените.

Показывает предельную растворимость углерода в феррите.

Таблица 5 — Точки диаграммы Fe — Fe3С

Контрольная работа: Материаловедение металлы и сплавы

ГОУ СПО «Череповецкий металлургический колледж»

Специальность:

150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования»

Материаловедение: металлы и сплавы

Выполнил: Леликов А.П.

студент группы ЗО — 3ТО

Преподаватель: Мальцева О.И.

1. Самостоятельная работа №1

«Формирование структуры и методы исследования свойств металлов»

2. Самостоятельная работа № 2

«Диаграмма состояния “железо-цементит”

3. Самостоятельная работа №3

4. Самостоятельная работа № 4

«Термическая обработка металлов и сплавов»

5. Самостоятельная работа № 5

«Сплавы, применяемые в промышленности»

Самостоятельная работа 1

«Формирование структуры и методы исследования свойств металлов»

Вариант задания № 9

1. Объясните, к какой деформации (холодной или горячей), следует отнести прокатку низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре.

Горячая деформация производится при температуре выше температуры рекристаллизации для получения полностью рекристаллизованной структуры. Холодная прокатка производится ниже температуры рекристаллизации, сопровождается упрочнением (наклепом) металла. Прокатка низкоуглеродистой стали, свинца и вольфрама при комнатной температуре следует отнести к холодной деформации.

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям — точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование как в черной, так и в цветной металлургии.

В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов.

2. Напишите, каким способом надо измерять твёрдость листовой мягкой стали толщиной 1мм.

Твёрдость в большинстве случаев испытывается при статическом характере вдавливания индентора в виде шарика, конуса или пирамиды в тело исследуемого объекта или царапанием поверхностного слоя пирамидой из твёрдого материала (склерометрический метод).

Для определения твёрдости тонких слоёв или мелких образцов используют прибор “Супер-Роквелл”, отличающийся от обычного прибора “ТК” меньшими нагрузками.

3. Объясните, когда процесс кристаллизации протекает быстрее – при небольшой, большой и очень большой степени переохлаждения? (ответ обосновать).

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.

Процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Тп (температура плавления).

На рис.1. изображены термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации металлов при охлаждении с разной скоростью. При очень медленном охлаждении степень переохлаждения невелика (рис.1 кривая ∆Т). В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения (кривые ∆Т1 , ∆Т2 ) число зародышей возрастает в большей мере, чем скорость их роста, и размер зерна в металле уменьшается.

Зерно металла сильно влияет на механические свойства: чем мельче зерно, тем выше вязкость и пластичность.

При увеличении степени переохлаждения скорость образования кристаллов и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются.

Самостоятельная работа 2

«Диаграмма состояния “Железо-цементит”»

Вариант Задания № 9

1. Построить диаграмму «железо-цементит» с обозначением линий, точек и областей.

Рис..1. Диаграмма состояния железо – цементит

К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом с массовой долей углерода от 0,02 до 2,14 %.

Основными компонентами углеродистых сталей являются железо и углерод.

Железо является полиморфным металлом. При температурах ниже 910° С, железо существует в  -модификации. Эта аллотропическая модификация железа называется  -железом. В интервале температур от 910° С до 1392° С существует  -железо с гранецентрированной кубической решеткой.

Углерод является неметаллическим элементом. В углеродистых сталях эти компоненты взаимодействуют, образуя, и зависимости от их количественного соотношения и температуры, разные фазы, представляющие собой однородные части сплава. Углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. В углеродистых сталях различают следующие фазы (рис.1): жидкий сплав (Ж), твердые растворы -феррит (Ф) и аустенит (А) и химическое соединение цементит (Ц),

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в  -железе. Содержит при нормальной температуре 0,006 % углерода. У феррита низкие твердость (HB = 790 МПа) и прочность (6 = 245МПа), высокие пластичность ( = 50%,  = 85%) и ударная вязкость (KCU = 2940кДж/м 2 ).

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в  -железе, при нормальной температуре в углеродистых сталях в равновесном состоянии не существует.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fc3 C. Содержит 6,67 % углерода. Для цементита характерна высокая твердость (НV = 9800 МПа) и очень низкая пластичность.

Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727° С и содержит 0,8% С.

2. Определить вид углеродистой стали и белого чугуна по заданному содержанию углерода, отметить эти точки на своей диаграмме.

Сплав содержащий до 2,14 % С – сталь. По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0,02 % o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного

При 1147°С протекает эвтектическая реакция Lc-AE +Ц.

Жидкость, состав которой соответствует точке С, превращается в эвтектическую смесь аустенита, состав которого соответствует точке Е, и цементита, называемую ледебуритом.

При 727°С протекает эвтектическая реакция A — Фр+Ц.

В отличие от эвтектики, образующейся из жидкости, эвтектоид возникает из твердых фаз. Продукт превращения – эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом.

Показывает предельную растворимость углерода в аустените.

Показывает предельную растворимость углерода в феррите.

Таблица 5 – Точки диаграммы Fe – Fe3 С

Механические свойства металлов и сплавов: общий взгляд

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость и упругость. Большинство показателей механических свойств определяют экспериментально растяжением стандартных образцов на испытательных машинах.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Пластичность — способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ () , а после закалки — 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость — способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см2 или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость — способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм2), который равен отношению напряжения а к вызванной им . Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

Сталь малоуглеродистая (мягкая)

Котельное железо трубы, котлы

Сталь среднеуглеродистая (средней твердости)

Оси, шатуны, валы, рельсы

Сталь твердая после закалки и отпуска

Инструмент ударный и режущий

Детали, работающие на истирание и подверженные коррозии

Детали, изготовленные горячей штамповкой

Детали в авиастроении и автостроении

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

  1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
  2. Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
  3. Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

  • критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
  • критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина , дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

Как определить механические свойства?

Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:

— испытания на растяжение;

— метод вдавливания по Бринеллю;

— определение твердости металла по Роквеллу;

— оценка твердости по Виккерсу;

— определение вязкости с помощью маятникового копра;

Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: