Машиностроительные материалы

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Машиностроительные материалы

Содержание

2. Черные металлы Для них характерны: темно-серый цвет; большая плотность; высокая температура плавления; во многих случаях -
3. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ Железные металлы: Fe; Co; Ni; Mn… Тугоплавкие металлы: W; V; Cr… РЗМ: La; Ce;
4. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ Для них характерны: определенная окраска; высокая пластичность; малая твердость; относительно низкая температура плавления; отсутствие
5. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ Легкие металлы: Be; Mg; Al. Благородные металлы: Ag; Au; металлы платиновой группы; полублагородная медь.
6. Реальное строение металлических кристаллов Строение металлов является поликристаллическим. Кристаллы неправильной формы в металле называют зернами. Ориентация
7. Форма кристаллических образований Схема дендрита (древовидного кристалла) Д.К. Чернова.
8. Превращения в твердом состоянии: аллотропия Существование одного металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма или
9. Диаграмма состояния Диаграмма состояния показывает изменение состояния в зависимости от температуры и концентрации (давление постоянно для
10. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (1 рода) 1 Компоненты: вещества А
11. Диаграмма железо – углерод. Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны. Стали содержат 2,14% углерода. Железо образует
12. Свойства и строение компонентов диаграммы железо - углерод Железо – Fe: Тпл =1539° С; в твердом
13. Обозначения, принятые для дальнейшего изложения. L – жидкость (жидкий раствор углерода в железе), существует выше линии
14. Процессы кристаллизации сплавов с содержанием углерода более 2,14% t°С 5' сплав К2 Первичная кристаллизация заканчивается эвтектической
15. Вторичная кристаллизация весьма малоуглеродистых сплавов Сплав типа К1 (содержание углерода 0,01 Сплав типа К2 (содержание углерода
16. Вторичная кристаллизация сталей t°С Заэвтектоидный сплав К2 Сплав 1:в точке S (727°С) происходит эвтектоидная реакция -
17. Превращения при вторичной кристаллизации в высокоуглеродистых сплавах - чугунах С% Ф t° Эвтектический сплав (4,3%С): после
18. Классификация сталей По составу: углеродистые и легированные (никелевые, хромистые, хромоникелевые и т.д.). По равновесной структуре: доэвтектоидные,
19. Углеродистые стали Основной металлический материал промышленности – углеродистая сталь. Углерод вводится в простую углеродистую сталь специально.
20. Конструкционная углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения Химический состав:
21. Маркировка различных групп углеродистых сталей обыкновенного качества Группа А – с гарантируемыми механическими свойствами (сталь не
22. Маркировка углеродистых сталей обычного качества разных способов раскисления В зависимости от способа раскисления (с целью удаления
23. Влияние углерода на свойства сталей δ% 0 10 20 30 40 50 60 0,2 0,4 0,6
24. Влияние постоянных примесей на свойства стали Марганец – вводится в любую сталь для ракскисления, поэтому его
25. Применение конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества
26. Конструкционные углеродистые качественные стали общего назначения 08; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50;
27. Применение конструкционных углеродистых качественных сталей общего назначения
28. Углеродистые инструментальные стали У7; У7А; У8; У8А; У9; У9А; У10; У10А; У12; У12А. Цифра в марке
29. Быстрорежущие стали Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания, должны обладать горячей
30. Твердые сплавы Твердый сплав является металлокерамическим. Для его изготовления порошки карбидов вольфрама и титана смешивают со
31. Конструкционные легированные стали Система маркировки по ГОСТу Обозначения состоят из цифр и букв, указывающих на примерный
32. Примеры применения конструкционных легированных сталей
33. Чугуны Белый чугун – название получил по матово-белому цвету излома; структура в не нагретом состоянии: Ц
34. Серые чугуны Излом такого чугуна имеет серый цвет. Обладает хорошими литейными свойствами. В структуре присутствует графит,
35. Серые чугуны В высокопрочном сером чугуне графит находится в форме шаровидного графита, который принимает такую форму
36. Марки серых чугунов σв- предел прочности при растяжении; δ% - относительное удлинение после разрыва; σи –
37. Механические свойства металлических материалов и методы их определения Аспекты выбора материалов для изготовления деталей машин и
38. Механические свойства металлических материалов и методы их определения Детали должны выдерживать (передавать) различные нагрузки: статические, динамические,
39. Испытание на растяжение Разрушение образца из пластичного материала Образец для испытаний Относительное удлинение сужение
40. Диаграмма растяжения с площадкой текучести σпц, σуп и σт– пределы пропорциональности, упругости и текучести; σв –
41. Диаграмма растяжения без площадки текучести σ0,2 – условный предел текучести σр,ист – истинное напряжение в момент
42. Испытание на сжатие d0 h0 Образец для испытаний Деформация образца из пластичного материала из хрупкого материала
43. Диаграммы растяжения и сжатия пластичного и хрупкого материалов σ σВС > σВР F Разрушение образца из
44. Испытания на изгиб σи – предел прочности при изгибе σи = Fкр / А А –
45. асимметричный Переменные циклы напряжений
46. симметричный
47. отнулевой (пульсирующий)
48. Кривая усталости σr - предел выносливости - максимальное значение напряжения цикла, при котором разрушение не происходит
49. Методы определения твердости материалов. Измерение твердости – упрощенный метод определения прочности. Твердость – одна из характеристик
50. Методы определения твердости материалов. Методы HB и HRB применяют для мягких материалов; HRC - для твердых
51. Сплавы меди Латуни – сплавы меди с цинком – при содержании цинка до 45%. Свойства латуней:
52. Сплавы меди Оловянистые бронзы – сплавы меди с оловом. Свойства оловянистых бронз: Бронзы, содержащие более 5%
53. Сплавы меди Сплавы меди с алюминием, кремнием, бериллием и др. элементами также называют бронзами: алюминиевыми, кремнистыми,
54. Четыре основных превращения в стали Превращение перлита в аустенит при нагреве: П→А. Превращение аустенита в перлит
55. Отжиг пластически деформированного металла Пластическая деформация приводит металл в структурно неустойчивое состояние. Искажается кристаллическая решетка, появляется
57. Скачать презентацию

Слайд 2

Черные металлы
Для них характерны:
темно-серый цвет;
большая плотность;
высокая температура плавления;
во многих случаях -

полиморфизм.
Наиболее типичный представитель этой группы металлов – железо.

Слайд 3

ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Железные металлы: Fe; Co; Ni; Mn…
Тугоплавкие металлы: W; V; Cr…
РЗМ:

La; Ce; Nd…
Урановые металлы – актиниды.
Щелочноземельные металлы.

Слайд 4

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Для них характерны:
определенная окраска;
высокая пластичность;
малая твердость;
относительно низкая температура плавления;
отсутствие полиморфизма.

Наиболее типичный представитель этой группы – медь.

Слайд 5

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Легкие металлы: Be; Mg; Al.
Благородные металлы: Ag; Au; металлы платиновой

группы; полублагородная медь.
Легкоплавкие металлы: Zn; Hg; Sn; Pb…

Слайд 6

Реальное строение металлических кристаллов
Строение металлов является поликристаллическим.
Кристаллы неправильной формы в металле

называют зернами. Ориентация кристаллической решетки в зерне случайна. При холодной обработке давлением возникает текстура – преимущественная ориентировка зерен.

Слайд 7

Форма кристаллических образований
Схема дендрита (древовидного кристалла) Д.К. Чернова.

Слайд 8

Превращения в твердом состоянии: аллотропия
Существование одного металла в нескольких кристаллических

формах носит название полиморфизма или аллотропии.

ΔТ –гистерезис превращений

Температура полиморфного
превращения

Слайд 9

Диаграмма состояния
Диаграмма состояния показывает изменение состояния в зависимости от температуры и

концентрации (давление постоянно для всех рассматриваемых случаев).
Для построения диаграмм состояния пользуются результатами термического анализа: строят кривые охлаждения и по остановкам и перегибами на этих кривых, определяют температуры фазовых превращений. Линиями соединяют точки аналогичных превращений.
Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре.

Слайд 10

Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (1

рода)

Компоненты: вещества А и В (k=2).
Фазы: жидкость L, кристаллы А и кристаллы В (максимальное значение f=3).
C = k – f + 1
Эвтектика – механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости.

A + B

Слайд 11

Диаграмма железо – углерод.
Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны.
Стали

содержат < 2,14% углерода; чугуны содержат > 2,14% углерода.
Железо образует с углеродом химическое соединение – цементит Fe3C. Устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент, а диаграмму при этом можно рассматривать по частям от железа до Fe3C (6,67%С). Это оправдано еще и тем, что на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода не более 5%.

Слайд 12

Свойства и строение компонентов диаграммы железо - углерод
Железо – Fe: Тпл

=1539° С; в твердом состоянии может находиться в двух модификациях: α (δ – высокотемпературная модификация) - решетка о.ц.к. и γ –решетка г.ц.к.; при 768°С происходит магнитное превращение; с углеродом железо образует растворы внедрения; твердый раствор углерода в α-железе называют ферритом, а в γ-железе – аустенитом.
Цементит – химическое соединение углерода с железом (карбид железа) Fe3C: Тпл = 1250°С; кристаллическая решетка крайне сложна; аллотропических превращений не испытывает; магнитные свойства теряет при 217°С; имеет практически нулевую пластичность; при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода (графита); твердый раствор металлов на базе решетки цементита называют легированным цементитом.

Слайд 13

Обозначения, принятые для дальнейшего изложения.
L – жидкость (жидкий раствор углерода в

железе), существует выше линии ликвидус ABCD.
Ц – цементит, соответствует линии DFKL.
Ф – феррит – структурная составляющая, незначительный раствор углерода в α-железе, на диаграмме располагается левее линий GPQ и AHN.
А – аустенит – структурная составляющая, твердый раствор углерода в γ-железе, область на диаграмме NJESG/

Слайд 14

Процессы кристаллизации сплавов с содержанием углерода более 2,14%
t°С
5'
сплав К2
Первичная кристаллизация

заканчивается эвтектической реакцией: L(4,3%С)→А(2,14%С)+Ц(6,67%С); в сплаве, содержащем 4,3%С происходит только эта реакция, структура в результате первичной кристаллизации – ледебурит.
В доэвтектическом сплаве К2 сначала идет выделение первичного аустенита; в точке а количество фаз определяется соотношением L(состава b) / А(состава с)=са / аb; структура в результате первичной кристаллизации – ледебурит + аустенит.
В заэвтектическом сплаве К2 первоначально выделяется первичный цементит; соотношение фаз в точке d определяется аналогично; структура в результате первичной кристаллизации – ледебурит + цементит.

Слайд 15

Вторичная кристаллизация весьма малоуглеродистых сплавов
Сплав типа К1 (содержание углерода 0,01 <С%<0,02)

: при охлаждении в интервале температур 1 – 2 происходит превращение А→Ф; ниже точки 2 сплав состоит из однородного α-твердого раствора феррита (Ф).
Сплав типа К2 (содержание углерода 0,01<С%<0,02): этот сплав отличается от сплава К1 тем, что вертикаль данного сплава пересекает линию РQ в точке 5. Ниже точки 5 происходит выделение из сплава высокоуглеродистой фазы – цементита (Ц), который называют третичным цементитом в отличие от первичного цементита, выделяющегося из жидкости, и вторичного цементита, выделяющегося из аустенита (А).

Слайд 16

Вторичная кристаллизация сталей
t°С
Заэвтектоидный
сплав К2
Сплав 1:в точке S (727°С) происходит эвтектоидная реакция

- А→Ф+Ц; образовавшуюся эвтектоидную смесь называют перлитом (П); перлит не фаза, а структурная составляющая, представляющая собой чередующиеся пластинки феррита и цементита.
Сплав К1: имеет избыток Fe по сравнению с эвтектоидной концентрацией 0,8%С; выделение Ф при охлаждении обогащает А углеродом и при 727°С происходит эвтектоидная реакция; после окончания превращения структура будет состоять из П и зерен Ф.
Сплав К2: при охлаждении в интервале 5 – 6 из А выделяется Ц, при этом А обедняется углеродом и при 727°С происходит эвтектоидная реакция; в результате получается структура, состоящая из Ц, выделяющегося по границам зерен в виде сетки и П.

Слайд 17

Превращения при вторичной кристаллизации в высокоуглеродистых сплавах - чугунах
С%
Ф
t°
Эвтектический сплав (4,3%С):

после затвердевания сплав имеет чисто ледебуритную структуру; при охлаждении от 1147°С до 727°С из А, входящего в состав эвтектики, выделяется вторичный Ц, который обычно структурно не обнаруживается; при 727°С А эвтектики имеет концентрацию 0,8%С и происходит перлитное превращение А→Ф+Ц; следовательно ниже 727°С ледебурит это смесь перлита и цементита.
Сплав К1: первичные кристаллы А изменяют свою концентрацию при охлаждении от точки 3 до точки 4 от 2,14 до 0,8%с и в точке 4 происходит перлитное превращение; структура такого чугуна ниже 727°С состоит из перлита, ледебурита и вторичного Ц.
Сплав К2: первичный Ц в заэвтектических чугунах не имеет превращений,поэтому в нем происходят превращения как в эвтектическом сплаве; структура ниже 727°С состоит из ледебурита и Ц

6,67

Заэвтектический
сплав К2

Слайд 18

Классификация сталей
По составу: углеродистые и легированные (никелевые, хромистые, хромоникелевые и

т.д.).
По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
По структуре после охлаждения на воздухе: перлитные, мартенситные, аустенитные.
И т. д.
По назначению: конструкционные инструментальные, стали и сплавы с особыми свойствами.

Слайд 19

Углеродистые стали
Основной металлический материал промышленности – углеродистая сталь.
Углерод вводится в простую

углеродистую сталь специально.
Технологические примеси: марганец, кремний.
Постоянные примеси: сера, фосфор, кислород, азот, водород.
Случайные примеси: хром, никель, медь и др..

Слайд 20

Конструкционная углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения
Химический состав:

Слайд 21

Маркировка различных групп углеродистых сталей обыкновенного качества
Группа А – с гарантируемыми

механическими свойствами (сталь не подвергается горячей обработке у потребителя): маркируется буквами Ст и цифрами от1 до 7, являющимися порядковым номером. Например, Ст 3.
Группа Б – с гарантируемым химическим составом (подвергается горячей обработке у потребителя): маркируется аналогично группе А, но с дополнительными буквами М, К, Б, что характеризует способ производства – мартеновский, конверторный, бессемеровский соответственно. Например, МСт3, БСт4, КСт5.
Группа В – с гарантируемыми механическими свойствами и химическим составом (подвергается сварке у потребителя)маркируется аналогично группе А, но с добавлением буквы В. Например, ВСт5.

Слайд 22

Маркировка углеродистых сталей обычного качества разных способов раскисления
В зависимости

от способа раскисления (с целью удаления кислорода) предлагаемые стали маркируют следующим образом:
Кипящая сталь - раскисленная только марганцем, содержит в марке буквы кп. Например, МСт1кп. Кипящие стали имеют наиболее низкое качество.
Спокойная сталь – раскисленная марганцем, кремнием и алюминием, содержит в марке буквы сп. Например, ВСт3сп. Спокойные стали имеют наиболее высокое качество.
Полуспокойная сталь – раскисленная марганцем и алюминием, содержит в марке буквы пс. Например, МСт4пс. Промежуточный вариант качества между кипящей и спокойной сталью.

Слайд 23

Влияние углерода на свойства сталей
δ%
0
10
20
30
40
50
60
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
С%
HB – твердость по Бринеллю – одна

из характеристик прочности стали (или сопротивления деформации).
δ% – относительное удлинение после разрыва - одна из характеристик пластичности стали.
Увеличение соде5ржания углерода приводит к повышению прочности и снижению пластичности стали.

Слайд 24

Влияние постоянных примесей на свойства стали
Марганец – вводится в любую сталь

для ракскисления, поэтому его влияние на сталь различного состава остается примерно одинаковым; оказывает положительное воздействие на свойства стали (прежде всего повышает прочность).
Кремний – вводится в сталь для раскисления, структурно не обнаруживается.
Фосфор – попадает в сталь из руды, топлива и флюсов; вызывает хладноломкость стали (склонность к хрупкому разрушению при понижении температуры); облегчает обрабатываемость стали резанием (в автоматных сталях содержание фосфора до 0,15%).
Сера – попадает в сталь из руды и печных газов; вызывает явление красноломкости стали (охрупчивание стали при температуре красного каления ≈ 800°С); облегчает обрабатываемость стали резанием (в автоматных сталях содержание серы до 0,3%).
Газы – содержание в стали зависит от способа производства; при большом количестве водорода могут образоваться опасные флокены; кислород и азот образуют неметаллические включения (соответственно оксиды и нитриды).

Слайд 25

Применение конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества

Слайд 26

Конструкционные углеродистые качественные стали общего назначения
08; 10; 15; 20; 25; 30;

35; 40; 45; 50; 55; 60
Цифры в обозначении марки стали показывают содержание углерода в сотых долях процента.

Химический состав, %

Слайд 27

Применение конструкционных углеродистых качественных сталей общего назначения

Слайд 28

Углеродистые инструментальные стали
У7; У7А; У8; У8А; У9; У9А; У10; У10А; У12;

У12А.
Цифра в марке – содержание С в десятых долях %

Применение: инструмент, который работает в условиях не вызывающих разогрев рабочей кромки – зубила, молотки, ножницы по металлу… (У7); фрезы, пилы продольные и дисковые, отвертки, стамески…(У8); слесарно-монтажный инструмент…(У9); метчики ручные, матрицы для холодной штамповки…(У10); метчики машинные, измерительный инструмент простой формы…(У12).
Твердость углеродистых инструментальных сталей резко уменьшается при нагреве выше 200°С.

Слайд 29

Быстрорежущие стали
Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях

резания, должны обладать горячей твердостью и красностойкостью (устойчивым сохранением твердости в нагретом состоянии при 500-600°С).Красностойкость создается легированием стали элементами, образующими специальные карбиды, которые не растворяются до высоких температур.
Износостойкость режущего инструмента в первом приближении характеризуется твердостью в нагретом состоянии. Быстрорежущие стали – износостойкий материал.
Буква Р в марке стали от слова рапид (скорость).

Слайд 30

Твердые сплавы
Твердый сплав является металлокерамическим. Для его изготовления порошки карбидов вольфрама

и титана смешивают со связующим веществом (кобальтом) и спекают при Т = 1500-2000°С. Твердость полученного материала настолько высока, что его можно только шлифовать. Инструмент не изготавливают целиком, а лишь режущую его часть, которую прикрепляют к державке из конструкционной стали. При высокой твердости и износостойкости сплав очень хрупок и не сопротивляется растягивающим напряжениям. Рабочая температура резания может составить 800-1000°С.
Применение: металлорежущий инструмент высокой производительности (резцы, фрезы, сверла и др.)

Слайд 31

Конструкционные легированные стали Система маркировки по ГОСТу
Обозначения состоят из цифр и

букв, указывающих на примерный состав стали.
Каждый легирующий элемент обозначается буквой. Например, Н – никель, Х – хром, М – молибден, Г – марганец, С – кремний, Ю – алюминий и т.д.
Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высокоуглеродистых инструментальных сталей в десятых долях процента).
Цифры, идущие после буквы, указывают на примерное содержание данного легирующего элемента в процентах ( при содержании элемента менее 1% цифра отсутствует).
Примеры: 30ХМА; 10ГН2МФА; 20Х2Н4; 30ГСЛ и т.д.
Буква А в конце марки стали показывает, что в ней ограничено содержание серы и фосфора, а в середине марки – азот; буква Л в конце марки стали – литейная сталь (точнее - улучшенные литейные свойства).

Слайд 32

Примеры применения конструкционных легированных сталей

Слайд 33

Чугуны
Белый чугун – название получил по матово-белому цвету излома;
структура в

не нагретом состоянии: Ц + П(Ф + Г); т.е. весь углерод находится в форме цементита;
свойства: высокая твердость и износостойкость, хрупкость, практически не поддается обработке режущим инструментом;
марки: ИЧХ3, ИЧХ5, ИЧХ15… (износостойкий хромистый чугун с содержанием хрома 3%, 5%, 15% соответственно…);
применение: детали, работающие в условиях интенсивного износа без ударных нагрузок(например, линейки направляющих, детали шаровых мельниц).

Слайд 34

Серые чугуны
Излом такого чугуна имеет серый цвет. Обладает хорошими литейными свойствами.

В структуре присутствует графит, количество, форма и размеры которого изменяются в широких пределах. По строению металлической основы серые чугуны разделяют на: серый перлитный чугун (1) ; серый феррито-перлитный чугун (2); серый ферритный чугун (3). В обычном сером чугуне графит имеет пластинчатую форму (1 – 3).

Слайд 35

Серые чугуны
В высокопрочном сером чугуне графит находится в форме шаровидного

графита, который принимает такую форму благодаря присадке магния или церия (модификаторов) (1). В ковком сером чугуне углерод находится в форме хлопьевидного графита (углерода отжига)(2), который образуется в процессе отжига белого чугуна.

Слайд 36

Марки серых чугунов
σв- предел прочности при растяжении; δ% - относительное удлинение

после разрыва; σи – предел прочности при изгибе.

Слайд 37

Механические свойства металлических материалов и методы их определения
Аспекты выбора материалов для

изготовления деталей машин и механизмов:
Механические (конструкционные) свойства материалов.
Технологические свойства материалов. Это часть общих физико-химических свойств, по которым на основании практического опыта проектируют и реализуют процесс получения узлов и деталей макшин с наилучшими служебными свойствами. Методы определения технологических свойств стандартизованы.К числу важнейших относятся: свариваемость, паяемость, упрочняемость, обрабатываемость резанием, литейные свойства и технологическая деформируемость.
Экономические параметры, связанные с изготовлением деталей.

Слайд 38

Механические свойства металлических материалов и методы их определения
Детали должны выдерживать (передавать)

различные нагрузки: статические, динамические, циклические, тепловые и др.
Способность материала в конструкции сопротивляться внешним воздействиям, (т.е. свойства материала), принято оценивать механическими характеристиками. Один и тот же материал при различных внешних условиях (температура, скорость нагружения и т.д.) может иметь различные механические свойства.
Количественная оценка механических свойств материалов производится путем испытаний образцов в специальных испытательных машинах при определенных условиях. Размеры образцов и методики проведения испытаний стандартизованы.

Слайд 39

Испытание на растяжение
Разрушение образца из пластичного материала
Образец для испытаний
Относительное
удлинение

сужение

Слайд 40

Диаграмма растяжения с площадкой текучести
σпц, σуп и σт– пределы пропорциональности,

упругости и текучести;
σв – временное сопротивление;
σр – напряжение в момент разрыва.

Закон Гука σ = E·ε

Слайд 41

Диаграмма растяжения без площадки текучести
σ0,2 – условный предел
текучести
σр,ист – истинное

напряжение в момент разрыва

σ0,2

0,2%

Слайд 42

Испытание на сжатие
d0
h0
Образец для испытаний
Деформация образца
из пластичного материала
из хрупкого материала

Слайд 43

Диаграммы растяжения и сжатия пластичного и хрупкого материалов
σ
σВС > σВР
F
Разрушение

образца из хрупкого материала

σвс

σТС ≈σТР

Слайд 44

Испытания на изгиб
σи – предел прочности при изгибе
σи = Fкр /

А – площадь поперечного сечения образца

Слайд 45

асимметричный
Переменные циклы напряжений

Слайд 46

симметричный

Слайд 47

отнулевой (пульсирующий)

Слайд 48

Кривая усталости
σr - предел выносливости - максимальное значение напряжения цикла,

при котором разрушение не происходит после практически неограниченного числа циклов изменения напряжений.
Цикл изменения напряжений – совокупность последовательных значений переменных напряжений за один период их изменения.

Слайд 49

Методы определения твердости материалов.
Измерение твердости – упрощенный метод определения прочности. Твердость

– одна из характеристик сопротивления деформации.
Метод Бринелля: в испытуемый материал под действием силы Р внедряется шарик (индентор) диаметром D; число твердости по Бринеллю – НВ = Р / S, где S – сферическая поверхность отпечатка с диаметром d.
Метод Роквелла: индентор – алмазный конус или стальной шарик; числом твердости считают величину обратную глубине вдавливания h; прибор имеет три шкалы: HRB – при вдавливании стального шарика; HRA и HRC при вдавливании алмазного конуса ( с различной нагрузкой).
Метод Виккерса: индентор – алмазная пирамида; критерий числа твердости HV – диагональ отпечатка d.

Слайд 50

Методы определения твердости материалов.
Методы HB и HRB применяют для мягких материалов;

HRC - для твердых материалов (например, закаленных сталей); методы HV и HRA - для тонких слоев (листов).
Между различными методами существует примерная корреляция. По соответствующим таблицам можно перевести значение твердости, полученное одним из методов в значения твердости соответствующие другим методам.
Число твердости по Бринеллю приблизительно в три раза больше чем предел прочности: НВ ≈ σв / 3.
Метод определения микротвердости Н применим для определения твердости отдельных структурных составляющих. Индентор – алмазная пирамида при очень небольшой нагрузке (до 100г).
Метод Шора - экспресс-метод определения твердости (HSD) крупных изделий в условиях производства по отскоку стального шарика

Слайд 51

Сплавы меди
Латуни – сплавы меди с цинком – при содержании цинка

до 45%.
Свойства латуней:
Сплав обладает высокой пластичностью, которая достигает максимального значения при 30% Zn. Латуни легко поддаются пластической деформации.
Литейные свойства латуней: малая склонность к ликвации; хорошая жидкотекучесть; склонность к образованию концентрированной усадочной раковины.
Механические свойства латуней: невысокая прочность – σв = 300 – 350 МПа при δ% = 40% - 20%.
Марки латуней:
Двойные латуни: Л62 (62%Cu; 38% Zn) Л68; Л70; в том числе ювелирные латуни (томпаки): Л80; Л85; Л96.
Специальные латуни: ЛС59-1 – автоматная латунь (59%Cu;1% Pb; 40% Zn); морская латунь – ЛО60-1 (60%Cu; 1%Sn; 39% Zn); латунь с повышенной прочностью – ЛАН59-3-2 (59%Cu; 3%Al; 2%Ni; 36%Zn).

Слайд 52

Сплавы меди
Оловянистые бронзы – сплавы меди с оловом.
Свойства оловянистых бронз:
Бронзы,

содержащие более 5% – 6% Sn обладают низкой пластичностью, их не куют и не прокатывают, а применяют в литом виде.
Высокие литейные свойства бронз определяются прежде всего малой усадкой (менее 1%) при довольно низкой жидкотекучести.
Бронзы обеспечивают высокую стойкость против истирания; бронза с 10% олова - наилучший антифрикционный материал.
Высокая химическая стойкость.
Применение:
Отливки сложной формы, в т.ч. художественное литье.
Вкладыши подшипников качения.
Арматура (паровая, водяная и др.)

Слайд 53

Сплавы меди
Сплавы меди с алюминием, кремнием, бериллием и др. элементами также

называют бронзами: алюминиевыми, кремнистыми, бериллиевыми и т.д.
Эти бронзы не имеют такой низкой усадки как оловянистая бронза, но превосходят ее по механическим свойствам (алюминиевая, кремнистая), по химической стойкости (алюминиевая), по жидкотекучести (кремнистая), по твердости и упругости (бериллиевая).
Марки бронз
БрО10 90%Cu; 10%Sn
БрОЦСН 3-7-5-1 84%Cu; 3%Sn; 7%Zn; 5%Pb; 1%Ni
БрАЖН 10-4-4 82%Cu; 10%Al; 4%Fe; 4%Ni

Слайд 54

Четыре основных превращения в стали
Превращение перлита в аустенит при нагреве: П→А.
Превращение

аустенита в перлит при медленном охлаждении: А→П.
Превращение аустенита в мартенсит при закалке: А→М. (Мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе.
Превращение мартенсита в перлит (феррито – карбидную смесь) чаще всего при нагреве: М→П.
Представленные фазовые превращения используются при термообработке и обусловлены изменением температуры.

Слайд 55

Отжиг пластически деформированного металла
Пластическая деформация приводит металл в структурно неустойчивое состояние.

Искажается кристаллическая решетка, появляется текстура (определенная ориентировка зерен).
Возврат (отдых) – снятие искажений кристаллической решетки в процессе нагрева до 300° – 400°С. Твердость и прочность несколько понижаются, а пластичность возрастает.
Рекристаллизация (первая стадия) – образование новых зерен протекает при более высокой температуре (для сплавов Т рекристаллизации ≈ 0,8Т плавления). Свойства металла становятся прежними.
4, 5. Рекристаллизационный отжиг – вторая стадия рекристаллизации – образование и рост равноосных зерен. Происходит при более высоких температурах.( Вторичная или собирательная рекристаллизация).

Машиностроительные материалы

Содержание

Черные металлыДля них характерны:темно-серый цвет;большая плотность;высокая температура плавления;во многих случаях -

ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫЖелезные металлы: Fe; Co; Ni; Mn…Тугоплавкие металлы: W; V; Cr…РЗМ:

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫЛегкие металлы: Be; Mg; Al.Благородные металлы: Ag; Au; металлы платиновой

Реальное строение металлических кристалловСтроение металлов является поликристаллическим.Кристаллы неправильной формы в металле

Форма кристаллических образованийСхема дендрита (древовидного кристалла) Д.К. Чернова.

Превращения в твердом состоянии: аллотропия Существование одного металла в нескольких кристаллических

Диаграмма состоянияДиаграмма состояния показывает изменение состояния в зависимости от температуры и

Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (1

Диаграмма железо – углерод. Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны. Стали

Свойства и строение компонентов диаграммы железо - углеродЖелезо – Fe: Тпл

Обозначения, принятые для дальнейшего изложения.L – жидкость (жидкий раствор углерода в

Процессы кристаллизации сплавов с содержанием углерода более 2,14% t°С5'сплав К2Первичная кристаллизация

Вторичная кристаллизация весьма малоуглеродистых сплавовСплав типа К1 (содержание углерода 0,01 <С%<0,02)

Вторичная кристаллизация сталейt°СЗаэвтектоидныйсплав К2Сплав 1:в точке S (727°С) происходит эвтектоидная реакция

Превращения при вторичной кристаллизации в высокоуглеродистых сплавах - чугунахС%Фt°Эвтектический сплав (4,3%С):

Классификация сталей По составу: углеродистые и легированные (никелевые, хромистые, хромоникелевые и

Углеродистые сталиОсновной металлический материал промышленности – углеродистая сталь.Углерод вводится в простую

Конструкционная углеродистые стали обыкновенного качества общего назначенияХимический состав:

Маркировка различных групп углеродистых сталей обыкновенного качестваГруппа А – с гарантируемыми

Маркировка углеродистых сталей обычного качества разных способов раскисления В зависимости

Влияние углерода на свойства сталейδ%01020304050600,20,40,60,81,01,21,4С%HB – твердость по Бринеллю – одна

Влияние постоянных примесей на свойства сталиМарганец – вводится в любую сталь

Применение конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества

Конструкционные углеродистые качественные стали общего назначения08; 10; 15; 20; 25; 30;

Применение конструкционных углеродистых качественных сталей общего назначения

Углеродистые инструментальные сталиУ7; У7А; У8; У8А; У9; У9А; У10; У10А; У12;

Быстрорежущие сталиСтали, предназначенные для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях

Твердые сплавыТвердый сплав является металлокерамическим. Для его изготовления порошки карбидов вольфрама

Конструкционные легированные стали Система маркировки по ГОСТуОбозначения состоят из цифр и

Примеры применения конструкционных легированных сталей

Чугуны Белый чугун – название получил по матово-белому цвету излома;структура в

Серые чугуныИзлом такого чугуна имеет серый цвет. Обладает хорошими литейными свойствами.

Серые чугуны В высокопрочном сером чугуне графит находится в форме шаровидного

Марки серых чугуновσв- предел прочности при растяжении; δ% - относительное удлинение

Механические свойства металлических материалов и методы их определенияАспекты выбора материалов для

Механические свойства металлических материалов и методы их определенияДетали должны выдерживать (передавать)

Испытание на растяжение Разрушение образца из пластичного материалаОбразец для испытанийОтносительное удлинение

Диаграмма растяжения с площадкой текучести σпц, σуп и σт– пределы пропорциональности,

Диаграмма растяжения без площадки текучестиσ0,2 – условный предел текучестиσр,ист – истинное

Испытание на сжатие d0h0Образец для испытанийДеформация образцаиз пластичного материалаиз хрупкого материала

Диаграммы растяжения и сжатия пластичного и хрупкого материаловσσВС > σВРF Разрушение

Испытания на изгибσи – предел прочности при изгибеσи = Fкр /

асимметричныйПеременные циклы напряжений