СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………...………….…14
1. КАЧЕСТВО И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ…………………………………14
1.1. Качество материалов и его оценка………………………………...................14
1.2. Механические свойства материалов………………………………………….16
1.3. Технология материалов и технологические свойства………………………18
1.4. Физические, химические и эксплуатационные свойства материалов………………………………………………...………………………..20
2. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ…...……………………………………………..……..21
2.1. Строение металлов………………..…………………………………………...21
2.2. Металлические сплавы……………………………………...………………...25
3. СПЛАВЫ ЖЕЛЕЗА С УГЛЕРОДОМ ……………………….……………….29
3.1. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов………….....................29
3.2. Стали………..………………………………………………………………….31
3.3. Чугуны………………..………………………………………………………..32
4. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ……………………………………………………………….......................35
4.1. Отжиг…….………………………………………………………......................35
4.2.Закалка и отпуск стали………………………………..…………...37
4.3 Поверхностное упрочнение стали…………………..………….......................40
5. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ………………..……………………………………42
5.1. Конструкционные стали…………………………..…………………………..42
5.2. Стали со специальными свойствами…………………..…………………….48
6. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ………………………...…………………50
6.1. Алюминий и его сплавы……………………..………………………………..50
6.2. Медь и ее сплавы……………………………..………………………………..52
6.3. Сплавы других цветных металлов……………..……………………………..53
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ…………………………………………..54
7.1. Пластические массы…………………………………………………………..54
7.2. Резиновые материалы………………………………………………………….57
7.3. Древесные материалы…………………………………………………………59
7.4. Неорганические материалы…………………………………………………...61
7.5 Композиционное материалы...………………………………………………..61
8.ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИ-АЛОВ…………………………………………………………………………….…63
8.1. Экономически обоснованный выбор материала………………....................63
8.2.Основные направления экономии материалов………………………………65
ВВЕДЕНИЕ
Материаловедение — наука о связях между составом, строением и свойствами материалов и закономерностях их изменений при внешних физико-химических воздействиях.
Все материалы по химической основе делятся на две основные группы — металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов.
В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе — стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).
Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90 % всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.
Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы — пластмассы, керамика, резина и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико (до 10 %) и предсказание тридцатилетней давности о том, что неметаллические материалы к концу века существенно потеснят металлические, не оправдалось.
КАЧЕСТВО И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
Качество материалов и его оценка
Качеством материала называется совокупность его свойств, удовлетворяющих определенные потребности в соответствии с назначением. Уровень качества определяется соответствующими показателями, представляющими собой количественную характеристику одного или нескольких свойств материалов, которые определяют их качество применительно к конкретным условиям изготовления и использования. По количеству характеризуемых свойств показатели качества подразделяются на единичные и комплексные. Единичный показатель качества характеризуется только одним свойством (например, твердость стали). Комплексный показатель характеризуется несколькими свойствами продукции. При этом продукция считается качественной только в том случае, если весь комплекс оцениваемых свойств удовлетворяет установленным требованиям качества. Примером комплексного показателя качества стали могут служить оценка химического состава, механических свойств, микро- и макроструктуры. Комплексные показатели качества устанавливаются государственными стандартами.
Методы контроля качества могут быть самые разнообразные: визуальный осмотр, органолептический анализ и инструментальный контроль. По стадии определения качества различают контроль предварительный, промежуточный и окончательный. При предварительном контроле оценивается качество исходного сырья, при промежуточном — соблюдение установленного технологического процесса. Окон чательный контроль определяет качество готовой продукции, ее годность и соответствие стандартам. Годной считается продукция, полностью отвечающая требованиям стандартов и технических условий. Продукция, имеющая дефекты и отклонения от стандартов, считается браком.
Качество материала определяется главным образом его свойствами, химическим составом и структурой. Причем свойства материала зависят от структуры, которая, в свою очередь, зависит от химического состава.
Поэтому при оценке качества могут определяться свойства, состав и оцениваться структура материала. Свойства материалов и методы определения некоторых из них изложены в следующих разделах. Химический состав может определяться химическим анализом или спектральным анализом.
Существуют различные методы изучения структуры материалов. С помощью макроанализа изучают структуру, видимую невооруженным глазом или при небольшом увеличении с помощью лупы. Макроанализ позволяет выявить различные особенности строения и дефекты (трещины, пористость, раковины и др.). Микроанализом называется изучение структуры с помощью оптического микроскопа при увеличении до 3000 раз. Электронный микроскоп позволяет изучать структуру при увеличении до 25000 раз. Рентгеновский анализ применяют для выявления внутренних дефектов. Он основан на том, что рентгеновские лучи, проходящие через материал и через дефекты, ослабляются в разной степени. Глубина проникновения рентгеновских лучей в сталь составляет 80 мм. Эту же физическую основу имеет просвечивание гамма-лучами, но они способны проникать на большую глубину (для стали — до 300мм). Просвечивание радиолучами сантиметрового и миллиметрового диапазона позволяет обнаружить дефекты в поверхностном слое неметаллических материалов, так как проникающая способность радиоволн в металлических материалах невелика. Магнитная дефектоскопия позволяет выявить дефекты в поверхностном слое (до 2 мм) металлических материалов, обладающих магнитными свойствами и основана на искажении магнитного поля в местах дефектов. Ультразвуковая дефектоскопия позволяет осуществлять эффективный контроль качества на большой глубине. Она основана на том, что при наличии дефекта интенсивность проходящего через материал ультразвука меняется. Капиллярная дефектоскопия служит для выявления невидимых глазом тонких трещин. Она использует эффект заполнения этих трещин легко смачивающими материал жидкостями.
