Краткие исторические сведения о развитии материаловедения.

Оглавление

Введение. 6

Тема 1: Строение и свойства машиностроительных материалов. 10

Занятие 1. Особенности строения металлов и сплавов: кристаллическое строение металлических материалов. 10

Занятие 2. Кристаллизация металлов и сплавов. Методы изучения структуры металлов и сплавов. 18

Тема 2. Методы оценки свойств машиностроительных материалов. 23

Занятие 3. Свойства металлов и сплавов, характеристика, способы испытаний, определение свойств. 23

Занятие 4. Лабораторная работа №1: «Испытание металлов на растяжение». 29

Занятие 5. Лабораторная работа №2: «Определение твердости методом Бринелля». 31

Занятие 6. Лабораторная работа №3: «Определение твёрдости методом Роквелла» 34

Тема 3: Основы теории сплавов. 35

Занятие 7. Общая характеристика сплавов. Виды диаграмм состояния. 35

Занятие 8. Диаграмма состояния «Железо – цементит»: линии диаграммы, структурные составляющие. 39

Занятие 9. Практическая работа № 1 «Изучение диаграммы состояния «Железо-цементит». 43

Занятие 10. Практическая работа № 2 «Исследование микро и макроструктуры стали». 49

Тема 4: Формирование структуры деформируемых сплавов. 51

Занятие 11. Особенности пластической деформации металлов и сплавов, возврат и рекристаллизация. Формирование структуры. 52

Тема 5: Термическая и химико-термическая обработка. 58

Занятие 12. Термическая обработка: отжиг, закалка, отпуск стали. Технология, получаемые свойства. 58

Занятие 13. Химико-термическая обработка: виды, технология, применение. 65

Занятие 15. Практическая работа № 3: «Термическая обработка углеродистых сталей». 84

Тема 6: Область применения материалов. 87

Занятие 16. Применение чугуна, стали, сплавов цветных металлов, неметаллических материалов для изготовления деталей в автомобилестроении. 87

Тема 7: Классификация и маркировка основных материалов. 97

Занятие 17. Чугуны. Углеродистые конструкционные стали: классификация, назначение, маркировка. 97

Занятие 18. Легированные конструкционные стали: назначение, маркировка. 102

Занятие 19. Инструментальные стали: углеродистые, легированные стали, маркировка, назначение. 106

Занятие 20. Сплавы цветных металлов: сплавы алюминия, сплавы меди, титановые, магниевые сплавы, основные свойства, назначение, маркировка. 108

Занятие 21. Сплавы цветных металлов: сплавы алюминия, сплавы меди, титановые, магниевые сплавы, основные свойства, назначение, маркировка. 111

Занятие 22. Практическая работа № 4 (часть 1): «Расшифровка марок конструкционных материалов». Стали, чугуны. 113

Занятие 24. Практическая работа № 4(часть 2): «Расшифровка марок конструкционных материалов». Сплавы цветных металлов. 121

Занятие 25. Практическая работа № 5: «Выбор материала для изготовления деталей». 124

Занятие 26. Практическая работа № 6: «Изучение микроструктуры чугунов». 126

Занятие 27. Порошковые материалы: получение порошков, технология получения изделий из них, применение. Твердые сплавы. 128

Занятие 28. Порошковые материалы: получение порошков, технология получения изделий из них, применение. Твердые сплавы. 132

Занятие 29. Композиционные материалы: классификация и способы получения композиционных материалов. 137

Занятие 30. Стали и сплавы с особыми свойствам: износостойкие, жаростойкие, жаропрочные, коррозионостойкие, магнитные, электротехнические. Маркировка их по ГОСТ, свойства, область применения. 146

Занятие 31. Практическая работа № 7: «Выбор способов соединения деталей». 150

Занятие 32. Пластические массы: свойства, виды, применение. 165

Занятие 33. Резина, стекло, защитные материалы и другие неметаллические материалы. 176

Занятие 34. Резина, стекло, защитные материалы и другие неметаллические материалы. 179

Тема 8: Методы защиты от коррозии. 185

Занятие 35. Классификация коррозии: химическая и электрохимическая, по характеру разрушения. Потери от коррозионных разрушений. Методы защиты: легирование, защитные покрытия, электрохимическая защита и другие. 185

Тема 9: Способы обработки материалов. 186

Занятие 36. Сущность литейного производства. Технология получения отливок. Виды литья. 186

Занятие 37. Сущность процесса обработки давлением: виды обработки, технология, оборудование. 210

Занятие 38. Обработка резанием: понятие о допусках, посадках, шероховатости поверхности. 242

Занятие 39. Процесс резания металла: режимы резания, методы обработки. Точение, сверление, фрезерование, шлифование. 253

Занятие 40. Процесс резания металла: режимы резания, методы обработки. Точение, сверление, фрезерование, шлифование. 255

Занятие 41. Сущность сварки: классификация способов, виды сварных соединений и швов. 270

Занятие 42. Практическая работа № 8: «Выбор способа и режимов обработки деталей» 284

Литература. 292

Введение.

Материаловедение относится к числу основополагающих дисциплин для машиностроительных специальностей. Это связано с тем, что получение, разработка новых материалов, способы их обработки являются основой современного производства и во многом определяют уровнем своего развития научно-технический и экономический потенциал страны. Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения.

Материаловедение является основой для изучения многих специальных дисциплин.

Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предопределяющим их широкое применение в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. В связи с этим материаловедение как наука занимается изучением строения материала в тесной связи с их свойствами. Основные свойства материалов можно подразделить на физические, механические, технологические и эксплуатационные.

От физических и механических свойств зависят технологические и эксплуатационные свойства материалов.

Среди механических свойств прочность занимает особое место, так как прежде всего от нее зависит неразрушаемость изделий под воздействием эксплуатационных нагрузок. Учение о прочности и разрушении является одной из важнейших составных частей материаловедения. Оно является теоретической основой для выбора подходящих конструкционных материалов для деталей различного целевого назначения и поиска рациональных способов формирования в них требуемых прочностных свойств для обеспечения надежности и долговечности изделий.

Основными материалами, используемыми в машиностроении, являются и еще долго будут оставаться металлы и их сплавы. Поэтому основной частью материаловедения является металловедение, в развитии которого, ведущую роль сыграли российские ученые: Аносов П.П., Чернов Д.К., Курнаков Н.С., Гуляев А.П. и другие.

В настоящих лекциях рассмотрены физические основы строения и свойств конструкционных материалов, приводятся широко используемые методы определения механических свойств материалов при различных видах нагружения, излагаются основы термической обработки и поверхностного упрочнения деталей, даются характеристики основных групп конструкционных материалов.

Краткие исторические сведения о развитии материаловедения.

Материаловедение - прикладная наука, изучающая взаимосвязи между составом, строением и свойствами металлов и сплавов в различных условиях. Изучение этой дисциплины позволяет осуществить рациональный выбор материалов для конкретного применения. Металловедение - постоянно развивающаяся наука, непрерывно обогащающаяся за счёт разработки новых сталей и сплавов, в свою очередь стимулирующих прогресс во всех областях науки и техники.

Как наука материаловедение насчитывает около 200 лет, несмотря на то, что человек начал использовать металлы и сплавы ещё за несколько тысячелетий до нашей эры. Только в 18 веке появились отдельные научные результаты, позволяющие говорить о начале осмысленного изучения всего того, что накопило человечество за всё время использования металлов.

Заметную роль в изучении природы металлов сыграли исследования французского учёного Реомюра (1683-1757). Ещё в 1722 году он провёл исследование строения зёрен в металлах. Англичанин Григнон ещё в 1775 году обратил внимание на то, что при затвердевании железа образуется столбчатая структура. Ему принадлежит известный рисунок дендрита, полученного при медленном затвердевании литого железа.

В России первым, кто начал научно осмысливать проблемы металлургии и литейного дела, был М.В. Ломоносов (1711-1765). Им написано учебное руководство «Первые основания металлургии рудных дел», в котором он, описывая металлургические процессы, постарался открыть их физико-химическую сущность.

Заметных успехов металловедение достигло лишь в 19 веке, что связано в первую очередь с использованием новых методов исследования структуры металла. В 1831 году П.П. Аносов (1799-1851) провёл исследование металла на полированных и протравленных шлифах, впервые применив микроскоп для исследования стали. Значительный вклад в развитие металловедения внесли работы русского учёного-металлурга П. П. Аносова (1799-1851), английских ученых Сорби и Роберта Аустена (1843-1902), немца А. Мартенса (1850-1914), Трооста и американца Э. Бейна (1891-1974), которые, каждый в своё время, рассматривая под микроскопом и фотографируя структуры, установили существование структурных превращений в сталях при их непрерывном охлаждении.

В 1873-1876 г.г Гиббс изложил основные законы фазового равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах термодинамики. Для решения практических задач знание фазового равновесия в той или иной системе необходимо, но не достаточно для определения состава и относительного количества фаз. Обязательно знать структуру сплавов, то есть атомное строение фаз, составляющих сплав, а также распределение, размер и форму кристаллов каждой фазы.

Создание научных основ металловедения по праву принадлежит Чернову Д.К. (1839 – 1903), который установил критические температуры фазовых превращений в сталях и их связь с количеством углерода в сталях. Этим были заложены основы для важнейшей в металловедении диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

Открытием аллотропических превращений в стали, Чернов заложил фундамент термической обработки стали. Критические точки в стали, позволили рационально выбирать температуру ее закалки, отпуска и пластической деформации в производственных условиях.

В своих работах по кристаллизации стали, и строению слитка Чернов изложил основные положения теории литья, не утратившие своего научного и практического значения в настоящее время.

Разработка в 1902 году американскими учёными Ф. Тейлором и М. Уайтом быстрорежущей стали произвела переворот в машиностроении. Резко возросла производительность механической обработки, появились новые быстроходные станки и автоматы.

В 1906 году немецкий исследователь А. Вильм создал высокопрочный сплав алюминия с медью – дуралюмин, прочность которого в результате старения в несколько раз превышала прочность технического алюминия и других алюминиевых сплавов при сохранении достаточного запаса пластичности. Использование дуралюмина в самолётостроении на многие годы определило прогресс в этой области техники.

Немецким инженером заводов Круппа Мауэром и профессором Штраусом в 1912 году была получена хромоникелевая аустенитная нержавеющая сталь, а в 1912году Бренли – ферритная нержавеющая сталь.

20 век ознаменовался крупными достижениями в теории и практике материаловедения: были созданы высокопрочные материалы для деталей и инструментов, разработаны композиционные материалы, открыты сверхпроводники, применяющиеся в энергетике и других отраслях техники, открыты и использованы свойства полупроводников. Одновременно совершенствовались способы упрочнения деталей термической и химикотермической обработкой. Огромное значение для развития отечественного материаловедения в наше время имели работы А.А. Бочарова, Г.В. Курдюмова, В. Д. Садовского и В. А. Каргина.

Определение атомного строения фаз стало возможным после открытия Лауэ (1912 г), показавшего, что атомы в кристалле регулярно заполняют пространство, образуя пространственную дифракционную решетку, и что рентгеновские лучи имеют волновую природу. Дифракция рентгеновских лучей на такой решетке дает возможность исследовать строение кристаллов.

В последнее время для структурного анализа, кроме рентгеновских лучей, используют электроны и нейтроны. Соответствующие методы исследования называются электронографией и нейтронографией. Электронная оптика позволила усовершенствовать микроскопию. В настоящее время на электронных микроскопах полезное максимальное увеличение доведено до 100 000 раз.

В пятидесятых годах, когда началось исследование природы свойств металлических материалов, было показано, что большинство наиболее важных свойств, в том числе сопротивление пластической деформации и разрушению в различных условиях нагружения, зависит от особенностей тонкого кристаллического строения. Этот вывод способствовал привлечению физических теорий о строении реальных металлов для объяснения многих непонятных явлений и для конструирования сплавов с заданными механическими свойствами. Благодаря теории дислокаций, удалось получить достоверные сведения об изменениях в металлах при их пластической деформации.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: