- •Материаловедение и технология конструкционых материалов
- •Часть I Материаловедение. Металлургия и литейное производство
- •Введение
- •Раздел I. Строение и свойства материалов
- •1. Строение, структура и свойства металлов и сплавов
- •1.1. Агрегатные состояния
- •1.2. Металлы и их кристаллическое строение.
- •1.3. Реальное строение металлов и дефекты кристаллических решеток
- •1.4. Строение сплавов
- •1.5. Основные закономерности процесса кристаллизации, превращения в твердом состоянии, полиморфизм
- •1.6. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм
- •2. Механические, физические и технологические свойства материалов
- •2.1. Свойства материалов
- •2.2. Деформации и напряжения
- •2.3. Испытание материалов на растяжение и ударную вязкость
- •2.4. Определение твердости
- •2.5. Упругая и пластическая деформации, наклеп и рекристаллизация
- •Раздел II. Структура, свойства и термическая обработка железоуглеродистых сплавов
- •3. Диаграмма «железо – углерод (цементит)»
- •3.1. Общий обзор диаграмм состояния
- •5. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения.
- •7. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением.
- •3.2. Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Изменения структуры сталей при охлаждении
- •3.4. Изменение структуры чугунов при охлаждении
- •3.5. Классификация и свойства углеродистых сталей
- •3.6. Классификация и свойства чугунов
- •4. Термическая и химико-термическая обработка углеродистых сталей
- •4.1. Влияние нагрева и скорости охлаждения углеродистой стали на ее структуру
- •4.2. Отжиг углеродистых сталей
- •4.3. Закалка углеродистых сталей
- •4.4. Отпуск закаленных углеродистых сплавов
- •4.5. Химико-термическая обработка сталей
- •Раздел III. Конструкционные и инструментальные стали и сплавы
- •5. Конструкционные стаЛи и сплавы
- •5.1. Влияние легирующих элементов на структуру, механические свойства сталей и превращения при термообработке
- •5.2. Маркировка и классификация легированных сталей
- •5.3. Конструкционные стали
- •5.4. Коррозионно-стойкие стали
- •5.5. Жаропрочные стали и сплавы
- •5.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •5.7. Инструментальные стали и сплавы для обработки материалов резанием
- •5.8. Инструментальные стали для обработки давлением
- •6. Титановые. Медные и алюминиевые сплавы
- •6.1. Титан и его сплавы
- •6.2. Медь и её сплавы
- •6.3. Алюминий и его сплавы
- •7. Неметаллические материалы
- •7.1. Полимеры и пластмассы
- •7.2. Резиновые и клеящие материалы
- •7.3. Стекло, ситаллы, графит
- •7.4. Композиционные материалы.
- •Раздел IV. Способы литья в металлургии и в машиностроении
- •8. Производство чугуна и стали
- •8.1. Производство чугуна
- •8.2. Сущность процесса выплавки стали
- •8.3. Производство стали в мартеновских печах и конвертерах
- •8.4. Производство и повышение качества сталей и сплавов в электропечах
- •9. Способы литья
- •9.1. Изготовление песчаных литейных форм
- •9.2. Основные операции получения отливок в песчаных формах
- •9.3. Закономерности охлаждения отливок в литейных формах
- •9.4. Литье в оболочковые формы и по выплавляемым моделям
- •9.5. Литье в металлические формы, под давлением, центробежное литье
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»
Материаловедение и технология конструкционых материалов
Часть I Материаловедение. Металлургия и литейное производство
Учебник
Под редакцией доктора технических наук, профессора В. С. Кушнера
Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМОАМ) в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Омск 2008
УДК 669.01(075)+620.22(075)
ББК 30.3я73
К 96
Рецензенты:
Б. А. Калачевский, д-р техн. наук, проф., СИБАДИ,
А. А. Рауба, д-р техн. наук, проф., ОмГУПС
Кушнер, В. С.
К96 Материаловедение и технология конструкционных материалов (Часть I): Материаловедение. Металлургия и литейное производство: учеб. для студентов вузов /В. С. Кушнер, А. С. Верещака, А. Г. Схиртладзе, Д. А. Негров, О. Ю. Бургонова.; под ред. В. С. Кушнера. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 223 с.
В учебнике рассмотрено кристаллическое строение металлов, процессы кристаллизации, пластической деформации, диаграммы состояния двойных систем, механические свойства металлов и сплавов. Большое внимание уделено теории и технологии термической и химико-термической обработки стали. Приведены необходимые сведения о конструкционных, инструментальных и специальных сталях и сплавах, а также сплавах на основе титана, меди, алюминия. Дано описание неметаллических материалов: пластмасс, керамики, стекла, композиционных и других.
Приведены основы металлургического производства чугуна и стали, способы формообразования заготовок в литейном производстве.
Учебник предназначен для студентов машиностроительных направлений и специальностей всех форм обучения.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета
© Авторы, 2008
© Омский государственный
технический университет, 2008
|
|
ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|||||||||||||
|
|
Раздел I. Строение и свойства материалов |
|
|
|||||||||||||
|
1. |
СТРОЕНИЕ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ |
|
|
|||||||||||||
|
1.1. |
Агрегатные состояния |
7 |
|
|||||||||||||
|
1.2. |
Металлы и их кристаллическое строение |
9 |
|
|||||||||||||
|
1.3. |
Реальное строение металлов и дефекты кристаллических решеток |
13 |
|
|||||||||||||
|
1.4. |
Строение сплавов |
16 |
|
|||||||||||||
|
1.5. |
Основные закономерности процесса кристаллизации, превращения в твердом состоянии, полиморфизм |
18 |
|
|||||||||||||
|
1.6. |
Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм |
22 |
|
|||||||||||||
|
2. |
МЕХАНИЧЕСКИЕ, физические и ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ |
|
|
|||||||||||||
|
2.1. |
Свойства материалов |
24 |
|
|||||||||||||
|
2.2. |
Деформации и напряжения |
27 |
|
|||||||||||||
|
2.3. |
Испытание материалов на растяжение и ударную вязкость |
30 |
|
|||||||||||||
|
2.4. |
Определение твердости |
34 |
|
|||||||||||||
|
2.5. |
Упругая и пластическая деформации, наклеп и рекристаллизация |
36 |
|
|||||||||||||
|
|
Тесты для контроля текущих знаний |
40 |
|
|||||||||||||
|
|
Раздел II. Структура, свойства и термическая обработка железоуглеродистых сплавов |
|
||||||||||||||
|
3. |
ДИАГРАММА «ЖЕЛЕЗО–УГЛЕРОД (ЦЕМЕНТИТ)» |
|
|
|||||||||||||
|
3.1 |
Общий обзор диаграмм состояния |
47 |
|
|||||||||||||
|
3.2. |
Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов |
51 |
|
|||||||||||||
|
3.3. |
Изменения структуры сталей при охлаждении |
55 |
|
|||||||||||||
|
3.4. |
Изменения структуры чугунов при охлаждении |
57 |
|
|||||||||||||
|
3.5. |
Классификация и свойства углеродистых сталей |
58 |
|
|||||||||||||
|
3.6. |
Классификация и свойства чугунов |
62 |
|
|||||||||||||
|
4. |
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ |
|
|
|||||||||||||
|
4.1. |
Влияние нагрева и скорости охлаждения углеродистой стали на ее структуру |
69 |
|
|||||||||||||
|
4.2. |
Отжиг углеродистых сталей |
77 |
|
|||||||||||||
|
4.3. |
Закалка углеродистых сталей |
80 |
|
|||||||||||||
|
4.4. |
Отпуск закаленных углеродистых сталей |
86 |
|
|||||||||||||
|
4.5. |
Химико-термическая обработка сталей |
88 |
|
|||||||||||||
|
|
Тесты для контроля текущих знаний |
92 |
|
|||||||||||||
|
|
Раздел III. Конструкционные и инструментальные материалы |
|
||||||||||||||
|
5. |
Конструкционные СТАЛи и сплавы |
|
|
|||||||||||||
|
5.1. |
Влияние легирующих элементов на структуру, механические свойства сталей и превращения при термообработке |
100
|
|
|||||||||||||
|
5.2. |
Маркировка и классификация легированных сталей |
105 |
|
|||||||||||||
|
5.3. |
Конструкционные стали |
107 |
|
|||||||||||||
|
5.4. |
Коррозионно-стойкие стали |
113 |
|
|||||||||||||
|
5.5. |
Жаропрочные стали и сплавы |
119 |
|
|||||||||||||
|
5.6. |
Жаростойкие стали и сплавы |
125 |
|
|||||||||||||
|
5.7. |
Инструментальные стали и сплавы для обработки материалов резанием |
127 |
|
|||||||||||||
|
5.8. |
Инструментальные стали для обработки давлением |
131 |
|
|||||||||||||
|
|
Тесты для контроля текущих знаний 137 |
|
||||||||||||||
|
6. |
ТИТАНОВЫЕ, МЕДНЫЕ и алюминиевые СПЛАВЫ |
|
||||||||||||||
|
6.1. |
Титан и его сплавы |
144 |
|
|||||||||||||
|
6.2. |
Медь и ее сплавы |
152 |
|
|||||||||||||
|
6.3. |
Алюминий и его сплавы |
156 |
|
|||||||||||||
|
7. |
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ |
|||||||||||||||
|
7.1 |
Полимеры и пластмассы |
164 |
|
|||||||||||||
|
7.2 |
Резиновые и клеящие материалы |
169 |
|
|||||||||||||
|
7.3 |
Стекло, ситаллы, графит |
170 |
|
|||||||||||||
|
7.4 |
Композиционные материалы |
173 |
|
|||||||||||||
|
|
Тесты для контроля текущих знаний |
|
||||||||||||||
|
|
Раздел IV. Способы литья в металлургии и в машиностроении |
|
||||||||||||||
|
8. |
Производство чугуна и стали |
|
||||||||||||||
|
8.1. |
Производство чугуна |
181 |
|
|||||||||||||
|
8.2. |
Сущность процесса выплавки стали |
186 |
|
|||||||||||||
|
8.3. |
Производство стали в мартеновских печах и конвертерах |
188 |
|
|||||||||||||
|
8.4. |
Производство и повышение качества сталей и сплавов в электропечах |
190 |
|
|||||||||||||
|
9. |
Способы литья |
|
|
|||||||||||||
|
9.1. |
Изготовление песчаных литейных форм |
194 |
|
|||||||||||||
|
9.2. |
Основные операции получения отливок в песчаных формах |
198 |
|
|||||||||||||
|
9.3. |
Закономерности охлаждения отливок в литейных формах |
200 |
|
|||||||||||||
|
9.4. |
Литье в оболочковые формы и по выплавляемым моделям |
206 |
|
|||||||||||||
|
9.5. |
Литье в металлические формы, под давлением, центробежное литье |
209 |
|
|||||||||||||
|
|
Тесты для контроля текущих знаний |
217 |
|
|||||||||||||
|
|
Библиографический список |
|
||||||||||||||