- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •Лахтин ю.М., Леонтьева в.П. Материаловедение. – м.: ид Альянс, 2009. – 528 с.
- •Сапунов с.В. Материаловедение: Текст лекций. – сПб.: сПбГиэу, 2006. – 66 с.
- •Сапунов с.В. Основы материаловедения: Учеб. Пособие. – сПб.: сПбГиэу, 2010. – 155 с.
- •1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2(2). Мировое производство основных материалов
- •3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал
- •5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов
- •6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
- •7(12). Механические испытания материалов
- •8(13). Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10(14). Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11(15). Определение ударной вязкости при изгибе
- •12. Испытание на вязкость разрушения
- •13. Испытание на усталость. Живучесть
- •14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов
- •15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования
- •16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20(10). Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22(17). Полиморфные превращения
- •23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
- •24. Диаграммы фазового равновесия
- •25. Правило фаз и правило отрезков
- •26. Ликвация в сплавах
- •27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31(22). Структурные классы легированных сталей
- •32(23). Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35(25). Виды отжига и их назначение
- •36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37(27). Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42(30). Классификация сталей
- •43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •5 9. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения
- •60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения
- •61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения
- •62. Наноматериалы
- •63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
- •64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль
- •65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Приложение в Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса
6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
В зависимости от стадии производства, контроль материалов подразделяют на входной, операционный (технологический) и выходной.
Входной контроль осуществляется при поступлении материала на предприятие и при запуске его в производство с целью уточнения, проверки или установления марки материала, химического состава, свойств и состояния исходного сырья (измельченности, влажности, содержания примесей и т. п.).
В процессе обработки материала производится его технологический (пооперационный) контроль, в результате которого выявляются дефекты и отступления от нормы, возникающие в процессе технологического передела (раковины при литье, трещины при обработке давлением и сварке и т. п.).
Выходной контроль связан с оценкой качества материала готовых деталей и изделий. Результаты такого контроля позволяют дать аттестацию изделия и отражаются в сопроводительной документации (сертификате) на изделие при его отпуске заказчику.
Существует большое разнообразие методов оценки качества материалов, регламентированных соответствующими ГОСТ и ТУ. В частности, в зависимости от методики получения данных и их обработки, эти методы подразделяются на точечные и статистические, в зависимости от методики проведения – на неразрушающие и разрушающие и т. д. В результате оценки качества материала получают количественные характеристики тех или иных его параметров, которые характеризуют основные эксплуатационные свойства материалов. Например, для конструкционных материалов наиболее важными являются химический анализ и испытания механических свойств, позволяющие оценить состав, прочностные и пластические характеристики при статических и динамических воздействиях и т. п. Для материалов специального назначения используются физико-химические методы, например, оценка коррозионной стойкости, магнитных свойств и т. д.
Качество структуры материала изучают визуально, а также с помощью оптических7 и электронных микроскопов8. Для наблюдения структуры на атомном уровне используют сканирующие туннельные микроскопы (СТМ) и атомно-силовые микроскопы (АСМ)9. Кристаллографическая структура, а также ее искажения под действием внутренних напряжений исследуются с помощью рентгеноструктурных и электронографических методов.
7(12). Механические испытания материалов
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам относят сопротивление материала деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность не разрушаться при наличии трещин). Механические свойства относятся к важнейшим потребительским свойствам конструкционных материалов.
Существуют десятки видов механических испытаний и технологических проб. В зависимости от способа приложения внешней нагрузки различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, растяжение с кручением и т. д. В зависимости от скорости приложения нагрузки испытания подразделяют на статические (когда нагрузка прикладывается очень медленно) и динамические (когда нагрузка прикладывается быстро). Результаты статических испытаний используются при оценке эксплуатационных свойств материалов при неизменных или медленно изменяющихся нагрузках, а динамических – при быстро изменяющихся циклических или ударных нагрузках. Для обеспечения воспроизводимости результатов все испытания проводят по стандартизованным методикам.
Самыми распространенными механическими испытаниями являются испытание на растяжение, определение твердости и определение ударной вязкости при изгибе.
Испытания на вязкость разрушения, усталость, живучесть используют в основном только для материалов, идущих на изготовление самых ответственных конструкций.