Гадалов В. Н. и др.
Рассмотрены вопросы о строении металлов и сплавов, физические основы изменения строения и свойств конструкционных материалов. Приводятся широко используемые методы определения механических свойств материалов при различных видах нагружения. Описаны виды термической обработки и методы упрочнения металла. Дана классификация конструкционных сталей. Представлены сведения по наноматериалам и технологиям их получения. Приводятся сведения о неметаллических материалах, их свойствах. Описаны основы металловедения сварки и термической обработки сварных соединений; предложены лабораторные работы. Для студентов и аспирантов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям. Может быть полезно преподавателям, научно-техническим работникам, технологам, инженерам, работающим в различных отраслях машиностроения, металлургии и др.
Скачать электронные приложения
Предисловие 12
Введение 13
1. Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов 14
1.1. Металлы, особенности атомно-кристаллического строения 16
1.2. Понятие об изотропии и анизотропии 18
1.3. Аллотропия или полиморфные превращения 20
1.4. Магнитные превращения 20
2. Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения 21
2.1. Точечные дефекты 21
2.2. Линейные дефекты 22
2.3. Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые 22
2.4. Кристаллизация металлов. Методы исследования металлов 27
2.4.1. Механизм и закономерности кристаллизации металлов 29
2.4.2. Условия получения мелкозернистой структуры 31
2.4.3. Строение металлического слитка 32
2.5. Методы исследования металлов 33
2.5.1. Определение химического состава 33
2.5.2. Изучение структуры 34
2.5.3. Физические методы исследования 35
3. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния 36
3.1. Понятия о сплавах 36
3.2. Основные понятия в теории сплавов 36
3.3. Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей; твёрдых растворов; химических соединений 37
3.3.1. Классификация твёрдых растворов 38
3.4. Кристаллизация сплавов 40
3.5. Диаграмма состояния 40
4. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов 42
4.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии (сплавы – твёрдые растворы с неограниченной растворимостью) 42
4.2. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твёрдом состоянии (механические смеси) 44
4.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии 46
4.4. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения 47
4.5. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твёрдом состоянии (переменная растворимость) 48
4.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния 49
5. Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства 51
5.1. Физическая природа деформации металлов 51
5.2. Природа пластической деформации 53
5.3. Дислокационный механизм пластической деформации 54
5.4. Разрушение металлов 56
5.5. Механические свойства и способы определения их количественных характеристик 56
6. Механические свойства (продолжение). Технические и эксплуатационные свойства 61
6.1. Механические свойства и способы определения их количественных характеристик: твёрдость, вязкость, усталостная прочность 61
6.2. Твёрдость по Бринеллю 61
6.3. Метод Роквелла 62
6.4. Метод Виккерса 63
6.5. Метод царапания 63
6.6. Динамический метод (по Шору) 63
6.6.1. Влияние температуры на вязкость 64
6.6.2. Способы оценки вязкости 64
6.6.3. Оценка вязкости по виду изюма 66
6.7. Основные характеристики выносливости 67
6.7.1. Технологические свойства 68
6.7.2. Эксплуатационные свойства 68
7. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация 70
7.1. Конструкционная прочность материалов 70
7.2. Особенности деформации поликристаллических тел 71
7.3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла. Наклеп 72
7.4. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Возврат и рекристаллизация 73
8. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо – углерод 77
8.1. Структуры железоуглеродистых сплавов 77
8.2. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов 78
8.3. Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов 80
8.4. Структуры железоуглеродистых сплавов 81
8.5. Стали. Влияние углерода примесей на свойства сталей 83
8.5.1. Влияние углерода 84
8.5.2. Влияние примесей 84
8.6. Назначение легирующих элементов 86
8.7. Распределение легирующих элементов в стали 87
9. Классификация и маркировка сталей 88
9.1. Классификация сталей 88
9.2. Маркировка сталей 88
9.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества 88
9.2.2. Качественные углеродистые стали 89
9.2.3. Качественные и высококачественные легированные стали 89
9.2.4. Легированные конструкционные стали 89
9.2.5. Легированные инструментальные стали 90
9.2.6. Быстрорежущие инструментальные стали 90
9.2.7. Шарикоподшипниковые стали 90
10. Чугуны. Диаграмма состояния железо – графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов 91
10.1. Классификация чугунов 91
10.2. Диаграмма состояния железо – графит 91
10.3. Процесс графитизации 92
10.4. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов 93
10.5. Влияние состава чугуна на процесс графитизации 94
10.6. Влияние графита на механические свойства обливок. Положительные стороны наличия графита 95
10.7. Серый чугун 95
10.8. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом 96
10.9. Ковкий чугун 97
10.10. Отбеленные и другие чугуны 98
11. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали (часть 1) 99
11.1. Виды термической обработки металлов 99
11.2. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении 100
11.3. Механизм основных превращений 101
11.3.1. Превращение перлита в аустенит 101
11.3.2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении 103
11.3.3. Закономерности превращения 103
11.3.4. Промежуточное превращение 106
12. Основы теории термической обработки стали (часть 2). Технические особенности и возможности отжига и нормализации 107
12.1. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения 107
12.2. Превращения мартенсита в перлит 109
12.3. Технические возможности и особенности отжига, нормализации закалки и отпуска 110
12.4. Отжиг и нормализация. Назначение и режимы. Отжиг первого рода 112
13. Технологические особенности и возможности закалки и отпуска 115
13.1. Закалка 115
13.2. Способы закалки 117
13.3. Отпуск. Отпускная хрупкость 119
14. Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация 121
14.1. Химико-термическая обработка стали (общие сведения) 121
14.2. Назначение и технология видов химико-термической обработки 122
14.2.1. Цементация 122
14.2.2. Цементация в твёрдом карбюризаторе 122
14.2.3. Газовая цементация 123
14.2.4. Структура цементованного слоя 123
14.2.5. Термическая обработка после цементации 123
14.2.6. Азотирование 125
14.2.7. Цианирование и нитроцементации 126
14.2.8. Диффузионная металлизация 127
15. Методы упрочнения металла 128
15.1. Термомеханическая обработка стали 128
15.2. Поверхностное упрочнение стальных деталей. Закалка токами высокой частоты 130
15.3. Газопламенная закалка 131
15.4. Старение 131
15.5. Обработка стали холодом 133
15.6. Упрочнение методом пластической деформации 133
16. Конструкционные материалы. Легированные стали 135
16.1. Конструкционные стали 135
16.2. Легированные стали 135
16.2.1. Достоинства легированных сталей 136
16.2.2. Недостатки 136
16.3. Влияние элементов на полиморфизм железа 136
16.4. Влияние легирующих элементов на превращения в стали 137
16.4.1. Влияние легирующих элементов на превращения перлита в аустенит 137
16.4.2. Влияние легирующих элементов на превращения переохлаждённого аустенита 138
16.4.3. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение 139
16.4.4. Влияние легирующих элементов на превращение при отпуске 139
16.5. Классификация легированных сталей 139
17. Конструкционные стали. Классификация конструкционных сталей 142
17.1. Классификация конструкционных сталей 142
17.2. Углеродистые стали 142
17.3. Цементуемые и улучшаемые стали 142
17.3.1. Цементуемые стали 142
17.3.2. Улучшаемые стали 144
17.3.3. Улучшаемые легированные стали 144
17.4. Высокопрочные, пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие и автоматные стали 145
17.4.1. Высокопрочные стали 145
17.4.2. Пружинные стали 146
17.4.3. Шарикоподшипниковые стали 147
17.4.4. Стали для изделий, работающих при низких температурах 147
17.4.5. Износостойкие стали 148
17.4.6. Автоматные стали 148
18. Инструментальные стали 149
18.1. Стали для режущего инструмента 149
18.2. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435) 149
18.3. Легированные инструментальные стали 150
18.4. Быстрорежущие стали 151
18.5. Стали для измерительных инструментов 152
18.6. Штамповые стали 153
18.6.1. Стали для штампов холодного деформирования 153
18.6.2. Стали для штампов горячего деформирования 153
18.7. Твердые сплавы 154
18.8. Алмаз как материал для изготовления инструментов 154
19. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы 156
19.1. Коррозия электрохимическая и химическая 156
19.2. Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов 157
19.3. Хромистые стали 158
19.4. Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы 160
19.5. Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы 161
19.6. Классификация жаропрочных сталей и сплавов 162
20. Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь и ее сплавы 165
20.1. Цветные металлы 165
20.2. Титан и его сплавы 165
20.3. Алюминий и его сплавы 167
20.3.1. Алюминиевые сплавы 167
20.3.2. Литейные алюминиевые сплавы 169
20.4. Магний и его сплавы 169
20.4.1. Деформируемые магниевые сплавы 169
20.4.2. Литейные магниевые сплавы 169
20.5. Медь и ее сплавы 170
20.5.1. Латуни 170
20.5.2. Бронзы 171
21. Композиционные материалы. Материалы порошковой металлургии: пористые, конструкционные, электротехнические 174
21.1. Композиционные материалы 174
21.2. Материалы порошковой металлургии 177
21.2.1. Пористые порошковые материалы 178
21.2.2. Прочие пористые изделия 179
21.2.3. Конструкционные порошковые материалы 179
21.2.4. Спеченные цветные металлы 180
21.2.5. Электротехнические порошковые материалы 181
21.2.6. Магнитные порошковые материалы 181
22. Модифицирование – метод управления структурой и свойствами металлов, сплавов и покрытий 183
Библиографический список 189
23. Наноматериалы 191
23.1. Нанопорошки 191
23.2. Объемные наноструктурные материалы 194
23.3. Аморфные тела. Нанокристаллические материалы 196
23.3.1. Аморфные тела 196
23.3.2. Нанокристаллические материалы 199
23.4. Нанотехнологии 203
23.4.1. Применение в медицине 208
23.4.2. Создание конкурентоспособных ионно-плазменного кластерного оборудования, средств нанотехнологического контроля и процессов двойного применения 209
23.4.3. Рынок сбыта, конкуренция, маркетинг 213
23.5. Основные направления развития нанотехнологий 214
23.6. Перспективы использования нанотехнологий и наноматериалов 216
23.7. Ключевые проблемы развития нанотехнологий 220
23.8. Практический опыт наноструктурного изменения свойств материалов при ионно-лучевой обработке, как базового метода создания кластерного оборудования 223
23.8.1. Изменение структурно-химических свойств материалов 223
23.8.2. Влияние ионно-лучевой обработки на металлы 226
24. Основные неметаллические материалы, их свойства 228
24.1. Классификация и свойства пластмасс 228
25. Резиновые материалы. Состав и классификация резин 243
25.1. Резины общего назначения 245
Библиографический список 250
26. Основы металловедения сварки 253
26.1. Испытания сварных соединений и изделий 254
26.1.1. Способы испытания при растягивающем нагружении 254
26.1.2. Испытание на прочность сварного соединения на изгиб 255
26.2. Технологичность сварных соединений 256
26.2.1. Понятие о технологичности сварных конструкций 256
26.2.2. Выбор основного металла 256
26.2.2.1. Свариваемость сталей 260
26.2.2.2. Свариваемость алюминия и алюминиевых сплавов 262
26.2.2.3. Свариваемость титана и его сплавов 262
26.2.2.4. Свариваемость меди и её сплавов 263
26.2.3. Типы и рациональная форма сварных соединений 263
26.2.4. Выбор формы свариваемых элементов и рационального распределения сварных соединений в конструкции 267
26.2.5. Выбор способа сварки 270
26.2.6. Выбор способа уменьшения сварочных деформаций и напряжений 272
26.2.7. Выбор баз под сварку и простановка размеров на чертежах сварных сборочных единиц и конструкций 274
26.2.8. Выбор термической обработки после сварки 275
26.2.9. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений 276
26.3. Термическая обработка сварных соединений 279
26.3.1. Виды термической обработки 281
26.3.2. Режимы термической обработки 283
26.3.3. Способы нагрева при термической обработке 284
26.3.4. Влияние отклонений от режимов термической обработки на качество сварных соединений 287
26.3.5. Контроль качества термической обработки 288
Библиографический список 290
Заключение 292
Библиографический список 293
Электронные материалы:
https://infra-e.ru/products/materialsandmetalscienceofwelding пароль: infra-e
27. Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ
27.1. Лабораторная работа № 1. Изготовление отливок в песчаных формах
27.2. Лабораторная работа № 2. Изучение геометрии и конструкции
токарных резцов
27.3. Лабораторная работа № 3. Анализ кинематической схемы цепи главного движения токарного станка
27.4. Лабораторная работа № 4. Обработка наружной резьбы и определение штучного времени
27.5. Лабораторная работа № 5. Холодная листовая штамповка
27.6. Лабораторная работа № 6. Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием
27.7. Лабораторная работа № 7. Определение коэффициентов расплавления, наплавки и потерь на угар и разбрызгивание при ручной дуговой сварке
27.8. Лабораторная работа № 8. Дуговая сварка в среде защитных газов
27.9. Лабораторная работа № 9. Электроискровое легирование и измерение шероховатости покрытий
27.10. Лабораторная работа № 10. Определение характеристик сопротивления сварного соединения разрушению при наличии трещиноподобных концентратов
27.11. Лабораторная работа № 11. Определение работы распространения трещин в соединениях, полученных диффузионной сваркой
27.12. Лабораторная работа № 12. Исследование влияния механической неоднородности на прочность и пластичность сварного соединения
27.13. Лабораторная работа № 13. Выявление окисных включений в металле швов алюминиевых сплавов
27.14. Лабораторная работа № 14. Количественная оценка содержания газов в металле шва
27.15. Лабораторная работа № 15. Коррозионные испытания сварных соединений
27.16. Лабораторная работа № 16. Контроль качества сварных соединений внешним осмотром и обмеры сварных швов
27.17. Лабораторная работа № 17. Методы контроля качества сварных швов течеисканием
27.18. Лабораторная работа № 18. Аппаратура и параметры ультразвукового контроля сварных соединений
27.19. Лабораторная работа № 19. Методы магнитного контроля сварных соединений
27.20. Контрольная работа
27.20.1. Общие указания к выполнению задания
27.20.2. Рекомендации по выбору режимов сварки
27.20.3. Контрольные варианты к заданию по металловедению сварки.
Варианты (1–24)
27.20.4. Варианты (1–24)
Библиографический список
28. Специальные методы сварки и пайки
28.1. Лабораторная работа № 1. Микроплазменная сварка
28.2. Лабораторная работа № 2. Диффузионная сварка титановых сплавов
28.3. Лабораторная работа № 3. Пайка металлов
Библиографический список
29. Тесты
29.1. Структура теста
29.2. Вопросы к тестам
29.3. Ответы к тестам
29.4. Задания к контрольной работе