Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Учебник
Под редакцией доктора технических наук, профессора В. С. Кушнера
Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМОАМ)
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Омск 2008
УДК 620.22(075) ББК 30.3я73 К96
Рецензенты:
Б. А. Калачевский, докт. техн. наук, проф., СИБАДИ А. А. Рауба, докт. техн. наук, проф., ОмГУПС
Кушнер, В. С.
К96 Материаловедение: учеб. для студентов вузов /В. С. Кушнер, А. С. Верещака, А. Г. Схиртлаздзе, Д. А. Негров, О. Ю. Бургонова.; под ред. В. С. Кушнера. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 232 с.
В учебнике рассмотрено кристаллическое строение металлов, процессы кристаллизации, пластической деформации, диаграммы состояния двойных систем, механические свойства металлов и сплавов. Большое внимание уделено теории и технологии термической и химикотермической обработки стали. Приведены необходимые сведения о конструкционных, инструментальных, коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких сталях и сплавах, а также сплавах на основе титана, меди, алюминия, магния. Дано описание неметаллических материалов: пластмасс, керамики, стекла, композиционных и других.
Учебник предназначен для студентов машиностроительных направлений и специальностей всех форм обучения.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета
© Авторы, 2008 © Омский государственный технический университет, 2008
2
ВВЕДЕНИЕ
Раздел I. Строение и свойства материалов
1.СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
1.1.Металлы, их классификация и основные физические свой-
ства……………………………………………………………..
1.2.Различные агрегатные состояния и кристаллическое
строение |
метал- |
лов…………………………………………………... |
|
1.3.Реальное строение металлов и дефекты кристаллических решеток………………………………………………………...
1.4.Строение сплавов……………………………………………..
2.КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТРУКТУРА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
2.1Энергетические и температурные условия процесса кри-
сталлизации……………………………………………………
2.2.Механизм и основные закономерности процесса кристал-
лизации…………………………………………………………
2.3.Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм………...
3.МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ.
3.1.Механические свойства материалов…………………………
3.2.Деформации и напряжения……………………………………
3.3.Испытания материалов на растяжение и на ударную вяз-
кость……………………………………………………………
3.4.Испытания на твердость……………………………………...
3.5.Упругая и пластическая деформации, разрушение…………
3.6.Упрочнение и разупрочнение материалов, наклеп и рекри-
сталлизация……………………………………………………
4.ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ
4.1.Правило фаз, построение диаграмм состояния……………..
4.2.Диаграмма состояния для сплавов, образующих смеси из чистых компонентов………………………………………….
4.3.Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии…………………………..
4.4.Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с эвтектикой ……………...
4.5.Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с перитектикой……………
4.6.Диаграмма состояния для сплавов, образующих химиче-
ские соединения ………………………………………………
4.7.Диаграмма состояния для сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов………………………….
4.8.Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превра-
3
щениями компонентов и эвтектоидным превращением……
Тесты для контроля текущих знаний……………………….
Раздел II. Структура, свойства и термическая обработка железоуглеродистых сплавов
5.ДИАГРАММА «ЖЕЛЕЗО– УГЛЕРОД (ЦЕМЕНТИТ)»
5.1Компоненты, фазы и структурные составляющие железо-
углеродистых сплавов……………………………………….
5.2.Изменения структуры сталей при охлаждении…………….
5.3.Изменения структуры чугунов при охлаждении…………..
6.ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
6.1.Классификация и свойства углеродистых сталей………...
6.2.Классификация и свойства чугунов ……………………….
7.ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
7.1.Влияние нагрева и скорости охлаждения углеродистой стали на ее структуру………………………………………..
7.2.Отжиг углеродистых сталей………………………………..
7.3.Нормализация углеродистых сталей………………………..
8.ЗАКАЛКА И ОТПУСК УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
8.1.Закалка углеродистых сталей……………………………….
8.2.Поверхностная закалка………………………………………
8.3.Отпуск закаленных углеродистых сталей…………………..
Тесты для контроля текущих знаний………..………………….
Раздел III. Конструкционные и инструментальные стали и сплавы
9.ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ……………………………………...
9.1.Назначение легирования……………………………………..
9.2.Влияние легирующих элементов на структуру и механические свойства сталей………………………………………
9.3.Влияние легирования на превращения при термообра-
ботке…………………………………………………………..
9.4.Маркировка и классификация легированных сталей……...
10.УПРОЧНЕНИЕ СПЛАВОВ
10.1.Упрочнение легированием…………………………………..
10.2.Упрочнение пластическим деформированием……………..
10.3.Упрочнение термическими методами………………………
10.4.Цементация стали…………………………………………….
10.5.Азотирование стали………………………………………….
10.6.Нитроцементация…………………………………………….
10.7.Физическое упрочнение……………………………………..
11.КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ
11.1Строительные стали………………………………………….
4
11.2Цементуемые (нитроцементуемые) стали………………….
11.3Улучшаемые стали…………………………………………...
11.4Рессорно-пружинные стали……………………………….…
11.5Шарико-подшипниковые стали…………….……………….
11.6Износостойкие стали…………………………………………
12.КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ, ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ
12.1.Коррозионная стойкость стали……………………………...
12.2.Жаростойкие стали и сплавы………………………………..
12.3.Коррозионностойкие стали и сплавы……………………….
12.4.Жаропрочные стали и сплавы……………………………….
13.ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
13.1.Условия работы деформирующих и режущих инструментов, требования к инструментальным материалам………...
13.2 Инструментальные легированные (штамповые стали)…… 13.3. Классификация режущих инструментальных материалов..
13.4Режущие инструментальные и быстрорежущие стали…….
14.ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ, РЕЖУЩАЯ КЕРАМИКА, СВЕРХТВЕРДЫЕ И АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
14.1Классификация и свойства твердых сплавов………………
14.2Режущая керамика……………………………………………
14.3Сверхтвердые инструментальные материалы……………...
14.4Абразивные материалы………………………………………
Раздел IV. Цветные металлы и неметаллические материалы
15.ТИТАНОВЫЕ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
15.1Титан и его сплавы…………………………………………...
15.2Медь и ее сплавы……………………………………………..
16.АЛЮМИНЕВЫЕ И МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
16.1Алюминий и его сплавы……………………………………..
16.2Магний и его сплавы…………………………………………
17.НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
17.1Полимеры и пластмассы…………….……………………….
17.2Резиновые и клеящие материалы……………………….…...
17.3Стекло, ситаллы, графит……………………………………..
17.4Композиционные материалы и их строение………………..
17.5Композиционные материалы с металлической матрицей…
17.6Композиционные материалы с неметаллической матрицей
Тесты для контроля текущих знаний……………………….
Библиографический список…………………………………...
5