Файл: Шпора листовая2.doc

1. Классификация и основные понятия материалов.

Классификация КМ:

1. Металлы и сплавы:

а) черные:

1) чугуны:

- передельные /используются как сырье при производстве стали/;

- литейные /используются как исходный материал при производстве чугунных отливок/.

2) стали:

- углеродистые;

- легированные.

3) ферросплавы;

б) цветные.

2. Неметаллические материалы:

а) чистые;

б) композиционные.

Сталь – сплав железа с углеродом, где содержание углерода не более 2,14%. Стали могут содержать постоянные примеси и легирующие добавки.

Ферросплав – сплав железа с одним или несколькими химическими элементами. Ферросплавы применяются как сырье при производстве стали.

Чугун – сплав железа с углеродом и другими элементами, где содержание углерода может быть от 2,14% до 6,67%. Чугуны делятся на графитовые и белые.

Для различного типа втулок, колец применяются биметаллы: чугун+бронза, сталь+бронза и т. д.

2. Кристаллическое строение металлов. Виды кристалличестких решеток.

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядоченно и образуют кристаллические решетки. Расстояния между атомами называют параметрами решеток и измеряют в нанометрах. С повышением температуры или давления параметры решеток могут изменяться. Некоторые металлы в твердом состоянии в различных температурных интервалах приобретают различную кристаллическую решетку, что всегда приводит к изменению их физико-химических свойств.

Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии. Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные модификации обозначаются греческими буквами α, β, γ и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента. Полиморфную модификацию при самой низкой температуре обозначают буквой α, при более высокой β и т. д.

Виды кристаллических решеток:

1. ОЦК /объемно-центрированная кубическая/;

2. ГЦК /гранецентрированная кубическая/;

3. гексагональная плотноупакованная.

---

Базис /Б/ кристаллической решетки – целое число атомов, полностью принадлежащих данной элементарной ячейке.

Координационное число /к/ - количество атомов, равноудаленных от атома, принятого за точку отсчета.

Плотность упаковки атомами – отношение количества атомов к элементарному объему или какой-то взятой отдельно плоскости.

В пространстве положение атомов или узлов решетки задается тремя координатами. Выделяют кристаллографические плоскости и кристаллографические направления, наиболее характерные для данной ячейки. Для обозначения плоскостей и направлений в пространстве используются кристаллографические индексы. Для нахождения кристаллографических индексов в плоскости необходимо найти отрезки, которые эта плоскость отсекает от осей координат, найти обратные значения отрезков и записать в виде целых чисел в круглых скобках. Для нахождения индексов направлений нужно выбрать на заданном направлении два соседних атома, один из которых будет началом вектора, а другой – концом, затем найти координату начала и конца вектора, вычесть из координат конца координаты начала и полученные значения записать в квадратные скобки, а если они /координаты/ получились дробные, то привести к общему знаменателю и записать в виде целых чисел.

---

3. Свойства металлов и сплавов. Понятие твердости. Методы определения твердости.

К основным свойствам металлов и сплавов относятся механические, физические, химические, технологические и эксплуатационные.

Физические свойства. К физическим свойствам металлов и сплавов относятся температура плавления, плотность, температурный коэффициент, электросопротивление и теплопроводность. Физические св-ва сплавов обусловлены их составом и структурой.

Химические св-ва. К ним относится способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.

Технологические св-ва. Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим св-вам.

Литейные св-ва определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации.

Деформируемость – способность принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке.

Свариваемость – способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения требуемого качества.

Эксплуатационные, или служебные св-ва.

Коррозионная стойкость – сопротивление сплава действию агрессивных кислотных и щелочных сред.

Хладостойкость – способность сплава сохранять свои эксплуатационные св-ва при температурах ниже 0^о С.

Жаропрочность – способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Антифракционность – способность сплава прирабатываться к другому сплаву.

Эти условия определяются в зависимости от условий работы машины или конструкции спец. испытаниями.

Механические свойства. Основные из них – прочность, пластичность и ударная вязкость. Внешняя нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию. Напряжение – сила, отнесенная к площади поперечного сечения.

Деформация – изменение формы, размеров тела под влиянием воздействия внешних сил или в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле. Деформация может быть упругая/исчезающая после снятия нагрузки/ и пластическая/остающаяся после снятия нагрузки/. При увеличении нагрузки упругая деформация переходит в пластическую; при дальнейшем повышении нагрузки происходит разрушение тела.

Прочность – способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Для определения прочности при статических нагрузках образцы испытывают на растяжение, сжатие, изгиб, кручение. Испытания на растяжение обязательны. Прочность при динамических нагрузках оценивают по ударной вязкости.

---

Пластичность – способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения. Пластичность характеризуется относительным удлинением.

Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого, тела, не получающего остаточных деформаций.

Для испытания на твердость исп-ся спец. приборы – твердомеры. Инструмент для испытания наз-ся индентор. Нагрузка выбирается в зависимости от материала и размеров образца.

Метод Бринелля.

По методу Бринелля можно измерять твердость мягких материалов, сталей и чугунов /HB ≤ 450  HB=HV/. В качестве индентора исп-ся стальной закаленный шарик, диаметром 2,5; 5; 10 мм. Нагрузка 3 тонны.

Метод Роквелла.

Применяется для определения твердости у высокопрочных материалов /материалов с большой твердостью/. Определяется по глубине отпечатка при полной нагрузке. В качестве индентора исп-ся алмазный конус с углом при вершине 120^о или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм.

Метод Виккерса.

Применяется для измерения макротвердости массивных изделий и микротвердости отдельных частиц. Индентор – алмазная четырехгранная пирамида, суглом при вершине 136^о. Твердость определяется по размеру диагонали отпечатка.

---

4. Испытание металлов на растяжение, ударную вязкость.

Испытания на растяжение. Проводятся на разрывной машине Р 20. В зависимости от материала выбирается длина. По результатам испытаний на растяжение строятся индикаторные диаграммы в координатах нагрузка (удлинение).

ТКМ – дисциплина, изучающая способы получения металлов и сплавов, методы обработки заготовок при условии экономичности процесса.

Конструкционные материалы /км/.

Классификация КМ:

2. Металлы и сплавы:

а) черные:

1) чугуны:

- передельные /используются как сырье при производстве стали/;

- литейные /используются как исходный материал при производстве чугунных отливок/.

2) стали:

- углеродистые;

- легированные.

3) ферросплавы;

б) цветные.

2. Неметаллические материалы:

а) чистые;

б) композиционные.

Сталь – сплав железа с углеродом, где содержание углерода не более 2,14%. Стали могут содержать постоянные примеси и легирующие добавки. Постоянные примеси в стали:

- Si до 0,37%

- Mn до 0,80%

- S до 0,07%

- P до 0,07%.

В сталях могут быть скрытые примеси, такие как кислород в составе FeO, MnO, азот в виде нитратов или нитритов. Реже – водород. Все эти материалы портят сталь.

Чугун – сплав железа с углеродом и другими элементами, где содержание углерода может быть от 2,14% до 6,67%. В чугунах также как в сталях присутствуют постоянные примеси:

- Si до 3%

- Mn до 5%

- S до 0,5%

- P до 0,5%.

Ферросплав – сплав железа с одним или несколькими химическими элементами. Ферросплавы применяются как сырье при производстве стали.

Медь и сплавы на ее основе.

Чистая медь обозначается М.

М1 – 99,9% меди и 0,1% примесей.

М2 – 99,8% меди и 0,2% примесей.

М0 – 99,99% меди и 0,01% примесей.

М00 – 99,999% меди и 0,001% примесей.

Сплавы на основе меди:

- латуни /Cu + Zn/ - обозначаются Л.

- бронзы /Cu + один или несколько легирующих элементов, среди которых может присутствовать Zn в качестве легирующей добавки/ - обозначаются Бр.

---