- •С. В. Сапунов
- •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
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Содержание
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет»
С. В. Сапунов
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2012
Раздел 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
1.1. Предмет материаловедения
Материаловедение – прикладная наука о связи состава, строения и свойств материалов. Решение важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надежности и работоспособности механизмов и приборов во многом зависит от развития материаловедения. Непрерывный процесс создания новых материалов для современной техники обогащает науку о материалах, которая стимулирует появление новых технических идей.
Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако наука о материалах в основном развивается экспериментальным путем. Изучение физических (плотность, электропроводимость, теплопроводность, магнитная проницаемость и др.), механических (прочность, пластичность, твердость, модуль упругости и др.), технологических (жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием и др.) и эксплуатационных свойств (сопротивление коррозии, изнашиванию и усталости, жаропрочность, хладостойкость и др.) позволяет определить области рационального использования различных материалов с учетом экономических требований.
Большой вклад в развитие науки о материалах внесли отечественные ученые. В России первым, кто начал научно осмысливать проблемы материаловедения и внедрять результаты в практику, был М.В. Ломоносов (1711–1765 гг.). П.П. Аносов (1799–1851 гг.) применил микроскоп и впервые установил связь между строением стали и ее свойствами. Горный инженер-металлург Обухов П.М. (1820–1869 гг.) и видный предприниматель Н.И. Путилов (1820–1880 гг.) в середине ХIХ в. на организованных ими в Санкт-Петербурге предприятиях наладили производство высококачественной стали, покончив с зависимостью в этом вопросе от Англии. А.С. Лавров и Н.В. Калакуцкий открыли в 1868 г. явление ликвации в сталях. Великий русский ученый Д.К. Чернов (1839–1921 гг.) открыл полиморфизм стали, развил теорию термической обработки и признан основоположником научного металловедения. Существенное значение в развитие физико-химических исследований и классификацию сложных фаз в металлических сплавах внесли работы Н.С. Курнакова (1860–1941 гг.) и его учеников. Значительный вклад в развитие металловедения и производства высококачественных сталей до и после II-ой мировой войны сделали С.С. Штейнберг, Н.А. Минкевич, С.Т. Конобеевский, А.А. Байков, И.А. Одинг, С.И. Губкин, М.А. Павлов, И.П. Бардин, Г.В. Курдюмов, В.Д. Садовский, А.А. Бочвар и многих др. советские ученые.
Над технологией получения алюминия во второй половине ХIХ в. работал физико-химик Н.Н. Бекетов (1827–1911 гг.). Мировое признание в области создания легких высокопрочных сплавов для авиации и ракетной техники получил И.Н. Фридляндер (р. в 1913 г.).
А.М. Бутлеров (1828–1886 гг.) создал теорию химического строения органических соединений, послужившую научной основой для получения синтетических полимерных материалов. Величайший вклад в создание периодической системы элементов, а, следовательно, и в научное материаловедение внес Д.И. Менделеев (1834–1907 гг.). На основе работ С.В. Лебедева (1874–1934 гг.) впервые в мире было организовано промышленное производство синтетического каучука. Выдающиеся советские химики Н.Н. Семенов (1896–1986 гг.) и А.Н. Несмеянов (1899–1980 гг.) заложили научные основы создания многих полимерных материалов.
Среди известнейших зарубежных ученых и инженеров-металлургов, внесших существенный вклад в развитие теоретических исследований, создание и изучение различных материалов, необходимо отметить А. Ле-Шателье, Ф. Осмонда и П. Мартена (Франция); Г. Бессемера, У. Юм-Розери, Н. Мотта, У.Г. и У.Л. Брэггов (Англия); А. Мартенса, П. Геренса, М. Лауэ, П. Дебайя и Ф. Вёлера (Германия); Дж. В. Гиббса, Э. Бейна, Р. Мейла и Ф. Зейтца (США). В создание полимерных материалов крупный научный и технологический вклад внесли К. Циглер (Германия) и Д. Натта (Италия).