- •Н.В. Храмцов Основы материаловедения
- •Введение
- •Общие понятия о материалах
- •Исходные понятия
- •1.2. Классификация материалов
- •1. 3. Качество материалов
- •2. Свойства материалов
- •2.1. Химический состав. Макро и микроструктура металлов
- •2.2. Физические свойства материалов
- •Значения плотности некоторых материалов*
- •Взаимосвязь плотности с другими показателями
- •Где ф и o - прочность пористого (фактического) и беспористого материала;
- •Следовательно, более пористые материалы имеют более низкую прочность (рис. 2.2) по сравнению с материалами, имеющими меньше пор. Температурные характеристики
- •Т аблица 2.4 Некоторые температурные характеристики материалов
- •Коэффициенты теплопроводности материалов
- •Теплота плавления
- •Коэффициенты теплоемкости материалов
- •Коэффициенты линейного расширения материалов
- •Характеристики взаимодействия материалов с жидкостями и газами
- •Коэффициенты водопоглащения материалов
- •Электромагнитные свойства
- •Магнитные свойства материалов
- •2.3. Механические характеристики материалов
- •У сталостные испытания
- •2.4. Технологические свойства
- •Потребительские показатели качества материалов
- •Влияние воздуха и воды на свойства материалов
- •Влажность воздуха
- •Точка росы
- •2.7. Экологическая безопасность строительных материалов
- •Средние затраты энергии на производство единицы продукции
- •3. Металлы и сплавы
- •3.1. Кристаллическая структура металлов
- •3.2. Чугуны и стали
- •Сравнительные показатели чугунов и сталей
- •3.3. Углеродистые и легированные стали
- •Легированные стали
- •Арматурные стали
- •3.4. Жаростойкие и тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.5. Термообработка сталей
- •Закалка сталей
- •3.6. Общие свойства цветных металлов и сплавов
- •Свойства цветных металлов
- •3.7. Алюминиевые сплавы
- •3.8. Медные сплавы
- •3.9. Свинец, олово, серебро и цинк
- •3.10. Титан и его сплавы
- •4. Каменные строительные материалы
- •4.1. Природные каменные материалы
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы
- •Определение марки цемента в результате испытаний
- •4.3. Искусственные каменные материалы
- •Классификация бетонов
- •Классификация керамики
- •Основные различия между силикатными и керамическими кирпичами
- •4.3. Современные стеновые строительные материалы
- •5. Органические материалы
- •5.1. Лесоматериалы
- •Защита древесины от гниения и возгорания
- •5.2. Строительные изделия из древесины
- •Изделия из древесины
- •5.3. Использования древесных отходов
- •5.4. Органические вяжущие
- •5.5. Современные технологии деревянного домостроения
- •Клееные брусья
- •Термодревесина
- •6. Порошковые и композиционные материалы
- •6.1. Классификация порошковых материалов
- •Классификация порошковых материалов
- •Конструкционные металлические порошковые материалы по назначению могут быть:
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей
- •6.3. Композиционные материалы
- •Примерами композиционных материалов являются:
- •7. Полимерные и пластические материалы
- •7.1. Общие свойства
- •Классификация полимерных материалов
- •Достоинства пластмасс:
- •Недостатки пластмасс:
- •7.2. Термопластичные полимеры
- •Группы полимерных материалов
- •Классификация наполнителей полимерных материалов
- •7.3. Изготовление и ремонт деталей
- •Сварка полимерных материалов
- •Способы сварки пластмасс
- •Клеевые составы на основе эпоксидных смол
- •7.5. Резиновые материалы
- •8. Основы получения сырья, обработки материалов, изготовления деталей и сборки конструкций
- •8.1. Добыча сырья
- •8.2. Изготовление материалов
- •Поризация строительных материалов
- •8.3. Обработка камня
- •8.4. Обработка древесины
- •8.5. Литье и прокатка металлов
- •Технология изготовления бесшовных труб
- •8.6. Резка металлов
- •Причины затрудненной резки некоторых сплавов
- •8.7. Антикоррозионная защита металлов и сплавов
- •8.8. Механическая обработка металлов
- •8.9. Сборка деталей
- •9. Сварка металлов
- •9.1. Классификация способов сварки
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.3. Основы электродуговой сварки и наплавки
- •9.4. Ручная электродуговая сварка и наплавка
- •9. 5. Особенности сварки чугуна и алюминия
- •9.7. Газовая сварка и наплавка
- •9.8. Оценка качества сварки
- •Методы контроля с разрушением сварного соединения
- •10. Перспективные технологии
- •10.1. Нанотехнологии
- •Размерные приставки для единиц измерения
- •Фуллерены
- •Нанотрубки
- •Шунгиты
- •Шунгит имеет следующие замечательные свойства:
- •Нанобетоны и наноасфальты
- •Полимерцементогрунт
- •Области применения наноматериалов
- •Научные перспективы
- •10.2. Фаббер-технологии в производстве деталей и строительных конструкций
- •10.3. Лазерные технологии
- •Характеристики резки материалов лазером мощностью 1,5 кВт
- •Литература
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы -82
- •5. Органические материалы -102
- •6. Порошковые и композиционные материалы - 111
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей -115
- •7. Полимерные и пластические материалы -120
- •9. Сварка металлов - 163
- •Механические свойства арматурной стали по классам
6.1. Классификация порошковых материалов
Порошковые материалы по пористости делятся (табл.6.1) на компактные и пористые. У последних после спекания остается 10…30 % остаточной пористости. Эти материалы используются для изготовления фильтров, антифрикционных (подшипники скольжения) и фрикционных (накладки тормозов и муфт сцепления) деталей.
Таблица 6.1.
Классификация порошковых материалов
№ |
Признак классификации |
Группы |
Применение |
1 |
Пористость
|
Компактные Пористые |
Детали машин Фильтры, подшипники |
2 |
Область применения |
Конструкционные Инструментальные Специального назначения |
Детали машин Сверла, резцы, фрезы,… Накладки тормозов, фильтра,.. |
3 |
Назначение |
Антифрикционные (железо - бронзо гранит) Фрикционные Жаро- и высокопрочные Фильтрационные Капиллярно-пористые Со специальными свойствами
Специального назначения с особыми свойствами (ферриты, магнитодиэлектрики) |
Подшипники скольжения Накладки тормозов Детали котлов, турбин Фильтры, фазоразделители Испарители, конденсаторы Пластины аккумуляторов, аноды Антенны, сердечники, контакты |
Широко используются в машиностроении сплавы на основе железа, никеля, алюминия (САП - спеченная алюминиевая пудра, САС - спеченный алюминиевый сплав), меди и других элементов. Эти материалы характеризуются повышенной жаропрочностью и жаростойкостью.
По области применения металлические порошковые материалы могут быть:
- конструкционные, применяемые для изготовления деталей;
- инструментальные, используемые для механической обработки материалов (сверла, резцы, шлифовальные круги и т.д.);
- сплавы специального назначения с особыми свойствами (фильтра, тормозные накладки, …).
Конструкционные металлические порошковые материалы по назначению могут быть:
- антифрикционными и фрикционными;
- жаро- и высокопрочные;
-фильтрующие (фильтры, фазоразделители, глушители звуковых и механических колебаний и др.);
-капиллярно - пористые (испарители, конденсаторы,…);
-со специальными свойствами (пластины аккумуляторных батарей, пористые аноды, заменители костной ткани,…).
Антифрикционные материалы (железографит, бронзографит и др.) имеют низкий коэффициент трения и высокую износостойкость, выдерживают значительные нагрузки и могут работать без смазки. Цифра в марке железографитатов ЖГр1, ЖГр2,…ЖГр7 означает соответственно содержание 1…7% графита.
Бронзографит состоит из частиц графита (1,5…3,0 %) равномерно расположенных между частицами оловянистой бронзы, содержащей до 9% олова, а остальное – медь. Он используется, в основном, для изготовления втулок. В марке бронзографита (БрОГр 10-2; БрОГр 8-4) указывается содержание олова и графита. Так в первом из них содержится 10% олова и 2% графита.
Фрикционные материалы имеют большой коэффициент трения и высокую износостойкость, изготовляются на железной основе с добавками кроме меди легирующих компонентов (карбидов кремния, бора, тугоплавких окислов и др.) и используются для изготовления накладок тормозных колодок и ведомых дисков муфт сцепления.
Наиболее используемый в практике фрикционный материал ФМК-11 содержит 15% меди, 3 % асбеста, 3 % SiO2, 9% графита и 6% барита (барит - это минерал, по химическому составу являющийся сульфатом бария).
Жаропрочные и высокопрочные порошковые материалы изготовляют на основе никеля, алюминия, железа, титана, хрома, титана, а так же карбидов вольфрама, молибдена, циркония и др. Эти материалы используются тогда, когда литьем нельзя получить сплавы данного химического состава. Фильтры из металлических порошковых материалов являются весьма пористыми (пористость до 45…50%), прочными, химически – и жаростойкими, способными к регенерации.
Инструментальные порошковые материалы изготовляются из порошков прессованием и спеканием, они применяются для обработки резанием материалов весьма высокой твердости (до НRС 65…69).
По содержанию вольфрама они делятся на две группы:
1- вольфрамовые;
2 - безвольфрамовые.
Материалы первой группы изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана других химических элементов с использованием кобальтовой связки (мягкая эвтектика), причем с увеличением содержания кобальта снижаются твердость и износостойкость, но возрастает прочность.
Режущий инструмент, изготовленный из этих материалов, по основным свойствам (твердости, температуре эксплуатации) превосходит инструмент, изготовленный из быстрорежущих сталей, но уступает ему по прочности. Так как эти материалы нельзя механически обрабатывать, то инструмент чаще всего делают в виде пластин, которые пайкой или винтами крепят к инструменту. Штампы из твердых сплавов в 50…100 раз более стойкие, чем стальные и поэтому выдерживают до миллиона операций.
Первым отечественным металлокерамическим материалом был знаменитый «Победит», представляющий собой твердый сплав из карбида вольфрама (90 %) и кобальта (10 %). Инструментом из этого материала с успехом обрабатывают металл, стекло, фарфор и камень.
Ферриты – искусственные материалы, получаемые спеканием при 1100…1300 С мелких порошков оксидов железа Fe O и других окислов (MnO, MgO, ZnO, NiO и др.).
Ферриты являются магнитными полупроводниками, их эффективно применяют в магнитных полях высокой частоты т. к. потери у них незначительны. Ферриты широко используются в радиотехнике (ферритовые антенны, сердечники радиочастотных контуров), в СВЧ-технике (вентили и циркуляторы), в вычислительной технике (элементы оперативной памяти), в магнитофонах и видеомагнитофонах (покрытия пленок и дисков). Ферриты применяют также для изготовления небольших постоянных магнитов.
Сложным в изготовлении деталей из них является то, что ферриты обрабатываются только абразивным инструментом.
Материалы порошковые с высокой коррозийной стойкостью изготовляют:
- на основе вольфрама и молибдена с медью, серебром и применяются для контактов в различных приборах и устройствах (высокая прочность и электропроводность, электрокоррозийная стойкость);
- на основе меди или серебра с графитом (углем) и применяются для токосъемников (щетки генераторов и электромоторов).