Курс лекций по дисциплине "Материаловедение"

ОГОБУ СПО

«Иркутский техникум транспорта и строительства»

Е.В. Иринчеева

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ сборник лекций

ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ	ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ	ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ	НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ	ХРЕСТОМАТИЙНЫЙ МАТЕРИАЛ	ПРАКТИКУМ ГЛОССАРИЙ	МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ОГОБУ СПО

ИРКУТСКИЙ ТЕХНИКУМ ТРАНСПОРТА И СТРОИТЕЛЬСТВА

Утверждаю: ___________________________

Заместитель директора по учебно-производственной работе

«____»__________ 201_ г.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Материаловедение 

Разработан на основе программы учебной дисциплины Материаловедение, составленной  на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности 190631 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог» для заочной формы обучения

Преподаватель: Е.В. Иринчеева

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Материаловедение 

1.Классификация материалов. Основные свойства материалов: физические, химические, механичес­кие и технологические.

2.Определение и обозначение твердости материалов. Определение прочностных и пластических характеристик ме­таллов при испытании на растяжение.

3.Кристаллическое строение металлов. Дефекты кристаллических решеток, методы их определения. Кристаллизация металлов, железа.

4.Чугуны, их состав, свойства, применение, классификация, маркировка. Расшифровать СЧ 12-28, ВЧ 42-12, КЧ 35-10. Общие сведения о произ­водстве чугунов.

5.Углеродистые конструкционные стали, их классификация, маркировка, применение. Расшифровать: Ст3, БСт2, ВСт5, Сталь 45, Сталь 60Г.

6.Углеродистые инструментальные стали, их классификация, маркировка, применение. Расшифровать: У7, У13А.

7.Легированные стали, достоинства их применения, состав, классифи­кация, маркировка. Расшифровать: 40ХНЗМА, 9ХГ, ШХ6, ХГА, Р6М5, А20.

8.Легированные конструкционные стали, достоинства их применения, состав, классифи­кация, маркировка.

9.Легированные инструментальные стали, достоинства их применения, состав, классифи­кация, маркировка.

10.Легированные стали  с особыми свойствами.  Достоинства их применения, состав, классифи­кация, маркировка.

11.Твердые сплавы, их   применение, маркировка. Твердые    материалы. Антифрикционные сплавы. Расшифровать: ВКЗ, Т15К6, ТТ7К12, Б16.

12.Алюминий,  его свойства, применение. Сплавы на основе    алюминия. Расшифровать: АЛ2, АМг, АМц, Д16.

13.Медь, ее свойства, применение. Медные сплавы. Расшифровать: Л96, ЛМцС 58-2-2, БрОЦСН 3-7-5-1, БрАМц10-2.

14.Строение и структура, свойства пластмасс. Термопластичные, термо­реактивные пластмассы, их свойства, применение. Резина.

15. Конструкционные и ремонтные материалы: лакокрасочные и защитные материалы. Уплотнительные, обивочные, прокладочные, электроизоляционные материалы, клеи.

16. Литейное производство, стержневые и формовочные материалы.

17. Литейные сплавы, их применение на ж/д транспорте.

18. Способы сварки, пайка и резка металлов.

19. Применение различных видов сварки, пайки и резки металлов на ж/д транспорте.

20. Обработка металлов давлением, виды.

21. Виды топлива, свойства и применение на ж/д транспорте.

22.Смазочные материалы, виды.

23. Композиционные материалы: назначение, виды, свойства.

24. Защитные материалы: назначение, виды, свойства.

Преподаватель: Иринчеева Елена Владимировна

СБОРНИК ЛЕКЦИЙ (ОТВЕТЫ)

§1.Физические, химические и эксплуатационные

свойства материалов

Свойство - отличительная сторона предмета (материала), обуславливающая его отличие от других и проявляющаяся в их отношении к ним. В табл.1 обозначены основные свойства материалов, а в табл. 2 – свойства некоторых металлов.

Таблица 1

 Основные свойства металлов

Физические	Химические	Механические	Технологические
Цвет Блеск Плотность Температура плавления Электропроводность Теплопроводность Намагничиваемость и др.	Коррозионная стойкость Окисляемость Жаростойкость Жаропрочность Растворимость Кислото-щелоче-упорность и др.	Пластичность Упругость Вязкость Хрупкость Твердость Прочность и др.	Обрабатываемость резанием Свариваемость Жидкотекучесть (литейные свойства) Обрабатываемость давлением (н-ер, ковкость) и др.

Таблица 2

 Свойства некоторых  металлов

Металл	Плотность (кг/м3)	T плав-ления	Удельная теплоем-кость	Теплопро-водность	НВ	Предел прочности при растяжении
Алюминий	2700	660	879	20096	20…37	8…11
Вольфрам	19300	3377	133,98	15909	160	110
Железо	7860	1539	460	5861	50	25…33
Кобальт	8900	1480	418	6698	125	70
Магний	1740	651	1046	15491	25	17…20
Медь	8920	1083	376	41030	35	22
Никель	8900	1455	460	50241	60	40…50
Олово	7310	232	230	6698	5…10	2…4
Свинец	11300	327	129	3516	4…6	1,8
Титан	4500	1660	460	1507	-	30…45
Хром	7100	1800	464	2930	108	-
Цинк	7140	420	389	11304	30…42	1,1…15

К физическим свойствам материалов относится плотность, тем­пература плавления, электропроводность, теплопроводность, магнит­ные свойства, коэффициент температурного расширения и др.

Плотностью называется отношение массы однородного матери­ала к единице его объема. Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые конструкции должны быть легкими и прочными.

Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления металла, тем легче протекают процессы его плав­ления, сварки и тем они дешевле.

Электропроводностью называется способность материала хоро­шо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, осо­бенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важ­ным свойством, используемом в электроизоляционных материалах.

Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

Магнитными свойствами т.е. способностью хорошо намагничи­ваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы.

Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризу­ют способность материала расширяться при нагревании. Это свой­ство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке желез­нодорожных и трамвайных путей и т.д.

Химические свойства характеризуют склонность материалов к взаимодействию с различными веществами и связаны со способнос­тью материалов противостоять вредному действию этих веществ. Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различ­ных агрессивных сред называется коррозионной стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаро­стойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического ма­териала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость — это способность материала сопротивлять­ся разрушению его поверхностных слоев при трении.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

§2.Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют способность материа­лов сопротивляться действию внешних сил. К основным механичес­ким свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуе­мый образец твердого наконечника различной формы.

рис. 2.Приборы для определения ударной(а) и статической (б) твердости: 1 – направляющая трубка; б – груз; в – боек; 4 – винт; 5 – испытуемый образец; 6 – штатив; 7 – станина; 8 – рукоятка; 9 – маточная гайка; 10 – стальной  наконечник4 11 – испытуемый образец; 12 – столик; 13 – шкала; 14 – стрелка.

Рис. 3.Прибор Роквелла: 1 – вращающийся маховик; 2 – столик; 3 – стальной шарик или алмазный конус; 4 – циферблат; рукоятка

рис. 4.Методы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу.

Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердо­сти по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действую­щей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы Аи С). Вдавли­вание производится под действием двух нагрузок — предваритель­ной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000, 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка.

При статических испытаниях на растяжение определяют вели­чины, характеризующие прочность, пластичность и упругость мате­риала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной £ „ и диа­метром d_Q. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 5 ,а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию.

рис. 5. Образец для испытания на растяжение (а) и диаграмма растяжения (б)

рис. 6.Разрывная машина для испытания на растяжение (а) и диаграмма растяжения (б): 1 -  коробка скоростей; 2 – электродвигатель; 3 – самозаписыващий прибор; 4 – рычаг; 5 – верхний захват; 6 – нижний захват (между 5 и 6  закрепляется образец); 7 – ходовой винт.

Напряжение σ— это отношение силы Р к площади поперечного сечения F, МПа:

                                                 

Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:

                                        

где: — длина растянутого образца. Деформация может быть упру­гой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остаю­щейся после снятия нагрузки).

При испытаниях стоится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 1,6 приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения ис­пытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости — это максимальное напряжение при кото­ром в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести— это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1,6). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести О₀₂ — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2%.

Предел прочности (или временное сопротивление) — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва   — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине ₀, %:

                                    

где к   — длина образца после разрыва.

Относительным сужением после разрыва  называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца,  %:

                                 

где Fк — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Ударная вязкость определяется работой А, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечного сече­ния F; Дж/м²:

                                                        

Испытания проводятся ударом специального маятникового коп­ра. Для испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне противоположной надрезу.

рис. 7.Маятниковый копр для испытания на ударную вязкость: 1 – маятник; 2 – образец; 3 – шкала; 4 – стрелка

§3.Технология материалов и технологические свойства

Технология материалов представляет собой совокупность совре­менных знаний о способах производства материалов и средствах их переработки в целях изготовления изделий различного назначе­ния. Металлы и сплавы производят путем выплавки при высоких температурах из различных металлических руд. Отрасль промыш­ленности, занимающаяся производством металлов и сплавов, называется металлургией. Полимеры (пластмассы, резина, синтетические волокна) изготовляются чаще всего с помощью процессов органического синтеза. Исходным сырьем при этом служат нефть, газ, каменный уголь.

рис. 8.Схема основных способов обработки металлов давлением: прокатка; прессование; волочение; ковка; листовая штамповка; объемная штамповка.

рис. 9.Профили сортовой стали: а – квадрат; б – круг; в – полоса; г – шестигранник; д – неравнополочный угольник; е – тавр; ж – двутавр; з – швеллер; и – рельс.

Таблица 2.1

Прокат сортовой (сортамент) из углеродистой стали обыкновенного качества

Вид проката	Обозначения на чертежах
Круглый	ГОСТ 2590-88
Квадратный	ГОСТ 2591-88
Полосовой	ГОСТ 103-76
Шестигранный	ГОСТ 2879-88
Угловой равнополочный	ГОСТ 8509-93
Угловой неравнополочный	ГОСТ 8510-86
Балок двутавровый	ГОСТ 8239-89
Швеллер	ГОСТ 8240-89
Круг 30 ГОСТ 2590/Ст5 ГОСТ 535-88
Квадрат 15 ГОСТ 2591/Ст5 ГОСТ 535-88
Шестигранник 19 ГОСТ 2879/Ст5 ГОСТ 535-88

Рис. 10. Схема электродуговой сварки: а – по методу Бенардоса: ток возникает между угольным  электродом 2 и свариваемым  изделием 3; 1 – присадочный материал; б – сварка по методу Славянова:  дуга между металлическим электродом 2 в держателе 4 и изделием 3.

Рис.11. Схема изготовления литейной формы по разъ­емной модели:

а — формовка нижней опоки; б — формовка верхней опоки; в — установка стержня; г—готовая форма

Готовые изделия и заготовки для дальнейшей обработки из ме­таллов и сплавов производятся путем литья или обработки давлени­ем. Литейное производство занимается изготовлением изделий пу­тем заливки расплавленного металла в специальную форму, внутренняя полость которой имеет конфигурацию изделия. Различают литье в песчаные формы (в землю) и специальные способы литья. Песчаные литейные формы изготовляются путем уплотнения формовочных смесей, основой которых является кварцевый песок. К специальным способам относится литье в кокиль, литье под давлением, центро­бежное литье, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям. Кокиль — это специальная металлическая форма. При литье под давлением заливка металла в металлическую форму и его засты­вание происходит под избыточным давлением. При центробежном литье металл заливается во вращающуюся металлическую форму. Оболочковые формы состоят из мелкого леска со связующим. При литье по выплавляемым моделям керамическая форма изготовляется путем погружения модели из легкоплавкого материала (парафина, стеарина) в керамическую суспензию и последующей выплавки мо­дели из формы. Сплавы, предназначенные дня получения деталей литьем, называются литейными.

Обработкой металлов давлением называют изменение формы заготовки под воздействием внешних сил. К. видам обработки метал­лов давлением относятся прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка. Прокатка заключается в обжатии заготовки между вра­щающимися валками. При прессовании металл выдавливается из зам­кнутого объема через отверстие. Волочение заключается в протягива­нии заготовки через отверстие. Ковкой называется процесс свободного деформирования металла ударами молота или давлением пресса. Штамповкой получают детали с помощью специального инструмен­та — штампа, представляющего собой металлическую разъемную фор­му, внутри которой расположена полость, соответствующая конфигу­рации детали. Сплавы, предназначенные дня получения деталей обработкой давлением, называют деформируемыми.

Сравнительно новым направлением производства металлических деталей является порошковая металлургия, которая занимается про­изводством деталей из металлических порошков путем прессования и спекания.

Изделия из пластмасс получают путем прессования, литья или выдавливания. Резиновые изделия получают обработкой между вала­ми (каландрированием), выдавливанием, прессованием или литьем с последующей вулканизацией. Изделия из керами­ческих материалов получают путем формования и обжига или прес­сования и спекания.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъ­емных соединений материалов путем установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве или пластическом де­формировании или совместном действии того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, метал­лы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, гра­фитом, стеклом), а также пластмассы.

Заключительной стадией изготовления изделий часто является обработка резанием, заключающаяся в снятии с заготовки режущим инструментом слоя материала в виде стружки. В результате этого заготовка приобретает правильную форму, точные размеры, необхо­димое качество поверхности.

Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видом обработки. Литейные свойства харак­теризуются способностью металлов и сплавов в расплавленном состоя­нии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизво­дить ее очертания (жидкотекучестью), величиной уменьшения объема при затвердевании (усадкой), склонностью к образованию трещин и пор, склонностью к поглощению газов в расплавленном состоянии. Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться различ­ным видам обработки давлением без разрушения. Свариваемость опре­деляется способностью материалов образовывать прочные сварные сое­динения. Обрабатываемость резанием определяется способностью материалов поддаваться обработке режущим инструментом.

Контрольные вопросы.

1.Назовите предмет изучения дисциплины материаловедение, ее цели и задачи. Обозначьте место данной дисциплины в системе подготовки учителя технологии.

2.Качество материалов и его оценка

3.Назовите физические, химические и эксплуатационные свойства материалов

4.Механические свойства материалов

5.Какими способами определить  механические свойства материалов?

6.Технология материалов и технологические свойства

§4. Строение металлов

В технике под металлами понимают вещества, обладающие ком­плексов металлических свойств: характерным металлическим блес­ком, высокой электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью.

Кристаллические решетки. Все вещества в твердом состоянии могут иметь кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе атомы расположены хаотично, а в кристаллическом — в строго определенном порядке. Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение.

Для описания кристаллической структуры металлов пользуются понятием кристаллической решетки. Кристаллическая решетка — это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой распо­ложены атомы. Наименьшая часть кристаллической решетки, опре­деляющая структуру металла, называется элементарной кристалли­ческой ячейкой.

рис. 12.Элементарные кристаллические ячейки: а – кубическая объемно-центрированная (ОЦК); б – кубическая гранецентрированная (ГЦК); в – гексагональная ячейка плотноупакованная.

На рис. 12 изображены элементарные ячейки для наиболее рас­пространенных кристаллических решеток. В кубической объемно-центрированной решетке (рис. 12,а) атомы расположены в узлах ячейки и один атом в центре куба. Такую решетку имеют хром, вольфрам, молибден и др. В кубической гранецентрированной решетке (рис. 12,6) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Эту решетку имеют алюминий, медь, никель и другие металлы. В гекса­гональной плотноупакованной решетке (рис. 12,в) атомы расположе­ны в вершинах и центрах оснований шестигранной призмы и три атома в середине призмы. Такой тип решетки имеют магний, цинк и некоторые другие металлы.

Кристаллизация металлов. Процесс образования в металлах кристаллической решетки называется кристаллизацией. Для изуче­ния процесса кристаллизации строят кривые охлаждения металлов, которые показывают изменение температуры (t) во времени (X). На рис. 3 приведены кривые охлаждения аморфного и кристаллическо­го веществ. Затвердевание аморфного вещества (рис. 13,а) происхо­дит постепенно, без резко выраженной границы между жидким и твердым состоянием. На кривой охлаждения кристаллического ве­щества (рис. 13,6) имеется горизонтальный участок с температурой t , называемой температурой кристаллизации. Наличие этого участ­ка говорит о том, что процесс сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации. Длина горизонтального участка — это время кристаллизации.

рис. 13.Кривые охлаждения расплавов  веществ: 1 – аморфного; 2 – кристаллического (теоретическая);

Кристаллизация металла происходит постепенно. Она объеди­няет два процесса, происходящих одновременно: возникновение цен­тров кристаллизации и рост кристаллов. В процессе кристаллиза­ции когда растущий кристалл окружен жидкостью, он имеет правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кри­сталлов их правильная форма нарушается.

                      или

рис. 14.Последовательные этапы процесса кристаллизации металлов: а – образование зародышей или центров кристаллизации; б – д  – появление новых  центров кристаллизации и их быстрый рост;  е – образование кристаллитов (зерен).

рис. 15. Схема определения температуры плавления металла: 1 – градуированная шкала; 2 – гальванометр; 3 – термопара; 4 – расплавленный металл; 5 – огнеупорный тигель.

После окончания кристаллизации образуются кристаллы неправиль­ной формы, которые называются зернами или кристаллитами. Внутри каждого зерна имеется определенная ориентация кристаллической ре­шетки, отличающаяся от ориентации решеток соседних зерен.

Полиморфизм. Некоторые металлы в зависимости от темпера­туры могут существовать в различных кристаллических формах. Это явление называется полиморфизм или аллотропия, а различные кри­сталлические формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Процесс перехода от одной кристаллической фор­мы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения протекают при определенной температуре.

Полиморфные модификации обозначают строчными гречески­ми буквами и т. д., причем  соответствует модификации, существующей при наиболее низкой температуре. Полиморфизм ха­рактерен для железа, олова, кобальта, марганца, титана и некоторых других металлов.

Важное значение имеет полиморфизм железа. На рис. 16 изобра­жена кривая охлаждения железа. Полиморфные превращения ха­рактеризуются горизонтальными участками на кривой охлаждения, так как при них происходи! полная перекристаллизация металла. До 911^QC устойчиво Fe, имеющее кубическую объемно-центрированную решетку. В интервале 911-1392°С существует Fe с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. При 1392-1539°С вновь устойчиво Fe. Часто высокотемпературную модификацию Fe обо­значают Fe₈. Остановка на кривой охлаждения при 768°С связана не с полиморфным превращением, а с изменением магнитных свойств. До 768^ООС железо магнитно, а выше — немагнитно.

рис. 16.График кристаллизации железа и его аллотропических превращений.

Дефекты кристаллического строения. Реальный металлический кристалл всегда имеет дефекты кристаллического строения. Они подразделяются на точечные, линейные и поверхностные.

Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К точечным дефектам относятся вакансии, представляющие собой узлы кристал­лической решетки в которых отсутствуют атомы (рис. 17), а также замещенные атомы примеси   и внедренные атомы   которые могут быть как примесными, так и атомами основно­го металла. Точечные дефекты вызывают местные искажения кри­сталлической решетки, которые затухают достаточно быстро по мере удаления от дефекта.

рис. 17. Дефекты кристаллической решетки: а – вакансия; б – межузельный атом; в – атом замещения; г – краевая дислокация.

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Эти дефекты называют дислока­циями. Краевая дислокация представляет собой искажение кристаллической решетки, вызванное наличием «лишней» атомной полуплоскости.

Поверхностные дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся, например, границы между отдельными зернами или группами зерен.

§5.Чугуны, их классификация.

Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67% углерода. Но это теоретическое определение. На практике содержание углерода в чугунах находится в пределах 2,5-4,5%. В качестве примесей чугун содержит Si, Mn, S и Р.

Классификация чугунов. В зависимости от того, в какой форме содержится углерод в чугунах, различают следующие их виды. В бе­лом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде це­ментита. Структура белого чугуна соответствует диаграмме Fe-Fe₃C. В сером чугуне большая часть углерода находится в виде графита, вклю­чения которого имеют пластинчатую форму. В высокопрочном чугуне графитные включения имеют шаровидную форму, а в ковком — хлопь­евидную. Содержание углерода в виде цементита в сером, высоко­прочном и ковком чугунах может составлять не более 0,8%.

Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и очень плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий он не ис­пользуется и применяется как передельный чугун, т.е. идет на произ­водство стали. Для деталей с высокой износостойкостью использу­ется чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого чугуна. Машиностроительными чугунами, идущими на изго­товление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугу­ны. Детали из них изготовляются литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства. Благодаря графитным включени­ям эти чугуны хорошо обрабатываются, имеют высокую износостой­кость, гасят колебания и вибрации. Но графитные включения умень­шают прочность.

Таким образом, структура машиностроительных чугунов состо­ит из металлической основы и графитных включений. По металли­ческой основе они классифицируются на ферритный чугун (весь углерод содержится в виде графита), феррито-перлитный и перлит­ный (содержит 0,8% углерода в виде цементита). Характер ме­таллической основы влияет на механические свойства чугунов: проч­ность и твердость выше у перлитных, а пластичность — у ферритных.

Серый чугун имеет пластинчатые графитные включения. Струк­тура серого чугуна схематически изображена на рис. 31,а. Получают серый чугун путем первичной кристаллизации из жидкого сплава.

На графитизацию (процесс выделения графита) влияют скорость охлаждения и химический состав чугуна. При быстром охлаждении графитизации не происходит и получается белый чугун. По мере уменьшения скорости охлаждения получаются, соответственно, пер­литный, феррито-перлитный и ферритный серые чугуны. Способ­ствуют графитизации углерод и кремний. Кремния содержится в чу­гуне от 0,5 до 5%. Иногда его вводят специально. Марганец и сера препятствуют графитизации. Кроме того, сера ухудшает механичес­кие и литейные свойства. Фосфор не влияет на графитизацию, но улучшает литейные свойства.

Механические свойства серого чугуна зависят от количества и размера графитных включений. По сравнению с металлической ос­новой графит имеет низкую прочность. Поэтому графитные включе­ния можно считать нарушениями сплошности, ослабляющими ме­таллическую основу. Так как пластинчатые включения наиболее сильно ослабляют металлическую основу, серый чугун имеет наибо­лее низкие характеристики, как прочности, так и пластичности сре­ди всех машиностроительных чугунов. Уменьшение размера графит­ных включений улучшает механические свойства. Измельчению графитных включений способствует кремний.

рис. 31.Микроструктуры чугунов: а – серого, б – высокопрочного, в – ковкого

Маркируется серый чугун буквами СЧ и числом, показывающем предел прочности в десятых долях мегапаскаля. Так, чугун СЧ 35 имеет О_в=350 МПа. Имеются следующие марки серых чугунов: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20, ..., СЧ 45.

Высокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включе­ния. Структура высокопрочного чугуна изображена на рис. 14,6. Получают высокопрочный чугун добавкой в жидкий чугун неболь­шого количества щелочных или щелочноземельных металлов, кото­рые округляют графитные включения в чугуне, что объясняется уве­личением поверхностного натяжения графита. Чаще всего для этой цели применяют магний в количестве 0,03-0,07%. По содержанию других элементов высокопрочный чугун не отличается от серого.

Шаровидные графитные включения в наименьшей степени ос­лабляют металлическую основу. Именно поэтому высокопрочный чугун имеет более высокие механические свойства, чем серый. При этом он сохраняет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации и т.д.

Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности в десятых долях мегапаскаля. Например, чугун ВЧ 60 имеет σв = 600 МПа. Существуют следующие марки высокопрочных чугунов: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Применяются высокопрочные чугуны для изготовления ответственных деталей — зубчатых колес, валов и др.

Ковкий чугун имеет хлопьевидные графитные включения (рис. 14,в). Его получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига, ко­торый заключается в длительной (до 2 суток) выдержке при темпера­туре 950-970°С. Если после этого чугун охладить, то получается ков­кий перлитный чугун, металлическая основа которого состоит из перлита и небольшого количества (до 20%) феррита. Такой чугун называют также светлосердечным. Если в области эвтектоидного пре­вращения (720-760°С) проводить очень медленное охлаждение или даже дать выдержку, то получится ковкий ферритный чугун, металли­ческая основа которого состоит из феррита и очень небольшого ко­личества перлита (до 10%). Этот чугун называют черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.

Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и двумя числами, пока­зывающими предел прочности в десятых долях мегапаскаля и от­носительное удлинение в %>. Так, чугун КЧ 45-7 имеет σв = 450 МПа и 8= 7%. Ферритные ковкие чугуны (КЧ 33-8, КЧ 37-12) имеют более высокую пластичность, а перлитные (КЧ 50-4, КЧ 60-3) более высокую прочность. Применяют ковкий чугун для деталей неболь­шого сечения, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Итак, маркировки по ГОСТ некоторых чугунов:

Серый чугун СЧ 20 ГОСТ 1412-85

Высокопрочный чугун ВЧ ГОСТ 7293-85

Жаростойкий чугун ЧХ 22 ГОСТ 7769-82

Антифрикционный серый чугун АЧС-2 ГОСТ 1585-85

Антифрикционный высокопрочный АЧВ-1 ГОСТ 1585-85

Антифрикционный ковкий АЧК-2 ГОСТ 1585-85

§6. Классификация сталей

По химическому составу стали могут быть углеродистыми, содержащими железо, углерод и примеси и легированными, содержащими дополнительно легирующие элемен­ты, введенные в сталь с целью изменения ее свойств.

По содержанию углерода стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25 — 0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С).

По назначению различают стали конструкционные, идущие на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений, инстру­ментальные, идущие на изготовление различного инструмента, а также стали специального назначения с особыми свойствами: нержавею­щие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, с особыми элект­рическими и магнитными свойствами и др..

По показателям качества стали классифицируются на обыкно­венного качества, качественные, высококачественные и особо высо­кокачественные. Качество стали характеризуется совокупностью свойств, определяемых процессом производства, химическим соста­вом, содержанием газов и вредных примесей (серы и фосфора). В соответствии с ГОСТом Стали обыкновенного качества должны со­держать не более 0,045% Р И 0,05% S, качественные — не более 0,035%  и 0,01% S, высококачественные — не более 0,025% Р и 0,025% S и особовысококачественные не более 0,025% Р и 0,015% S. Углероди­стые конструкционные стали могут быть только обыкновенного ка­чества и качественными.

Таблица 4

Классификация сталей

По производству	По химическому составу	По назначению	По качеству
Кислородно-конвертерная Мартеновская Электропечного переплава и др.	Углеродистые (Fe+C) Легированные (Fe+C+легирующие компоненты)	Конструкционные Инструментальные С особыми свойствами	Обыкновенного качества Качественные Высококачественные Особо высококачественные

Таблица 5

Стали, их маркировка, применение

Группа сталей , марки	Применение	Обозначение
Углеродистая конструкционная обыкновенного качества: Ст0 –Ст6 Ст 3 ГОСТ 380-94	Строительные конструкции, крепежные детали. Листовой прокат,  заклепки, трубы, арматура, проволока	Цифра – порядковый № марки
Углеродистая конструкционная качественная: Сталь 20, 25,30,35,40,45,45,50,55, 60,65,70,75,80, 60Г,65Г,70Г Сталь 25 ГОСТ 1050-88	Шатуны, шпиндели, зубчатые колеса, валы, оси и т.д.	Углерод в 100-х долях % Г – повышенное содержание марганца (примерно 1%)
Углеродистая инструментальная сталь: У7-У13, У7-У13А Сталь У10 ГОСТ 1435-90	Зубила, молотки, ножи, ножницы, отвертки, ножовочные полотна, напильники	Углерод в 10-х долях А- высокое качество
Легированная конструкционная сталь 15Х, 20Х, 38ХА, 40Х, 40ХФА, 18ХГТ, 30ХГТ	Валы, кулачки. Зубчатые колеса, болты, шпильки, рессоры, пружины,  пальцы, втулки и т.д.	Первые 2 цифры – углерод в 100-х долях %, буквы – хим. Элемент, цифра после нее – его содержание в %
Легированная инструментальная сталь 9ХС, ХВСГ, ХВ5, ХГ Сталь 35ХГ ГОСТ 4543-90	Фрезы, зенкеры, развертки. Напильники и т.д.	Цифра впереди – углерод в 10-х долях %
Быстрорежущая сталь: Р6М5, Р18, Р12, Р12Ф3	Резцы. Фрезы, долбяки, протяжки	Р-быстрорежущая, цифра после нее - % вольфрама
Шарикоподшипниковая сталь:ШХ6, ШХ9, ШХ15 Сталь ШХ 15 ГОСТ 801-71	Тела качения, кольца шарикоподшипников	Ш-шарикоподшипниковая, 6=% хрома
Отливка из конструкционной стали		Отливка Сталь 25Л ГОСТ 977-88
Проволока (для пружин) марки А, класса 1, диаметром 2 мм		Проволока А-1-1,00 ГОСТ 9389-75

§7. Углеродистые стали

Таблица 6

Классификация углеродистых конструкционных  сталей, их маркировка

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества	Углеродистые конструкционные качественные
По назначению: Стали группы А имеют гарантируемые механические свойства. Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6. Стали группы Б имеют гарантируемый химический состав. БСт0, БСт1, БСт2,..., БСт6. Стали группы В имеют гарантируемые механические свойства и химический состав. ВСт1, ВСт2,..., ВСт5. Цифра в маркировке – порядковый номер марки	Сталь 08, 10, 15, 20, 25, ..., 85 Число означает среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от назначения и гарантируемых свойств делятся па три группы: А, Б и В.

Стали группы А имеют гарантируемые механические свойства. Они используются в состоянии поставки без горячей обработки или сварки. Эти стали маркируются буквами Ст и цифрами, обозначаю­щими порядковый номер марки. Выпускается семь марок сталей группы Л: Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6. Чем выше номер марки, тем боль­ше содержание yглерода и, соответственно, выше прочность и ниже пластичность.

Стали группы Б имеют гарантируемый химический состав. Эти стали подвергаются горячей обработке. При этом их механические свойства не сохраняются, а химический состав важен для определе­ния режима обработки. Маркируются они гак же, как стали группы А, но перед буквами Ст ставится буква Б. Чем выше номер марки, чем больше содержание в стали углерода, марганца и кремния.

Стали группы В имеют гарантируемые механические свойства и химический состав,Эти стали используются для сварки, так как для выбора режима сварки надо man. химический состав, а механичес­кие свойства частей изделий, не подвергшихся тепловому воздей­ствию, остаются без изменений. В марках сталей этой группы на первое место ставится буква В. При этом механические свойства соответствуют свойствам аналогичной марки из группы А, а хими­ческий состав — составу аналогичной марки из группы Б.

Качественные конструкционные углеродистые стали маркируют­ся цифрами08, 10, 15, 20, 25, ..., 85, которые обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Эти стали отличаются от сталей обыкновенного качества большей прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Если для сталей обыкновенного качества макси­мальная прочность составляет 700 МПа, то для качественной она достигает 1100 МПа. Более подробно они будут рассмотрены совместно с конструкционными легированными сталями.

§8. Легированные стали

Легированной называют сталь, содержащую специально введенные в нее с целью изменения строения и свойств легирующие элементы.

Легированные стали имеют целый ряд преимуществ перед углеро­дистыми. Они имеют более высокие механические свойства, прежде всего, прочность. Легированные стали обеспечивают большую прокаливаемость, а также возможность получения структуры мартенсита при закалке в масле, что уменьшает опасность появления трещин и короб­ления деталей. С помощью легирования можно придать стали различ­ные специальные свойства (коррозионную стойкость, жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, магнитные и электрические свойства).

Классификация сталей по различным признакам была рассмот­рена ранее. Отметим только, что стали обыкновен­ного качества могут быть только углеродистыми, т.е. легированные стали, как минимум, являются качественными.

Маркируются легированные стали с помощью цифр и букв, ука­зывающих примерный химический состав стали. Первые цифры в марке показывают среднее содержание углерода в сотых долях про­цента. Далее показывается содержание легирующих элементов. Каж­дый элемент обозначается своей буквой: Н — никель, Г — марга­нец, Ц — цирконий, Т — титан, X — хром, Д — медь, С — кремний, А — азот, К — кобальт, Р — бор, П — фосфор, Ф — ванадий, М — молибден, Б — ниобий, В — вольфрам, Ю — алюминий. Цифры, идущие после буквы, указывают примерное содержание данного ле­гирующего элемента в процентах. При содержании элемента менее 1% цифра отсутствует. Например, сталь 12Х18Н10Т содержит при­близительно 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, менее 1% титана. Для некоторых групп статей применяют другую маркировку, которая будет указана при рассмотрении этих сталей.

Конструкционные стали

Конструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений. Они должны обеспечивать длительную и надежную работу деталей и конструкций в условиях эксплуатации. Поэтому основное требование к конструкционным сталям — комп­лекс высоких механических свойств.

Строительные стали содержат малые количества углерода (0,1-0,3%). Это объясняется тем, что детали строительных конструкций обычно соединяются сваркой. Низкое содержание углерода обеспе­чивает хорошую свариваемость.

В качестве строительных используются углеродистые стали Ст2 и СтЗ, имеющие предел текучести σ0,2 = 240 МПа. В низколегирован­ных строительных сталях при содержании около 1,5% Мп и 0,7% Si предел текучести увеличивается до 360 МПа. К этим сталям относят­ся 14Г2, 17ГС, 14ХГС. Дополнительное легирование небольшими коли­чествами ванадия и ниобия (до 0,1%) повышает предел текучести до 450 МПа за счет уменьшения величины зерна. К сталям такого типа относятся 14Г2АФ, 17Г2АФБ.

Приведенные стали применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефтепроводов и газо­проводов.

Цементуемые стали содержат 0,1-0,3% углерода. Они подверга­ются цементации, закалке и низкому отпуску. После этой обработки твердость поверхности составляет HRC 60, а сердцевины HRC 15 — 40. Упрочнение сердцевины в этих сталях тем сильнее, чем больше содержание легирующих элементов. В зависимости от степени уп­рочнения сердцевины цементуемые стали можно разделить на три группы.

К сталям с неупрочняемой сердцевиной относятся углеродистые цементуемые стали 10, 15, 20. Их сердцевина имеет феррито-перлитную структуру. Эти стали имеют высокую износостойкость, но малую прочность (σв = 400-500 МПа). Поэтому они применяются для малоответственных деталей небольших размеров.

К сталям со слабо упрочняемой сердцевиной относятся низколеги­рованные стали 15Х, 15ХР, 20ХН и др. Сердцевина имеет структуру бейнит. Эти стали имеют повышенную прочность (σв = 750-850 МПа).

К сталям с сильно упрочняемой сердцевиной относятся стали 20ХГР, 18ХГТ, 30ХГТ, 12ХНЗ, 18Х2Н4В и др. Сердцевина имеет мартенситную структуру. Стали этой группы имеют высокую проч­ность (σв = 1200-1600 МПа) и применяются для крупных деталей, испытывающих значительные нагрузки.

Улучшаемые стали содержат 0,3-0,5% углерода и небольшое количество легирующих элементов (до 3-5%). Эти стали подверга­ются улучшению, состоящему из закалки в масле и высокого отпуска.

После термообработки имеют структуру сорбита. Механические свой­ства разных марок улучшаемой стали в случае сквозной прокалива­емости близки (σв = 900-1200 МПа). Поэтому прокаливаемость оп­ределяет выбор стали. Чем больше легирующих элементов, тем выше прокаливаемость. Следовательно, чем больше сечение детали, тем более легированную сталь следует использовать. По прокаливаемости улучшаемые стали могут быть условно разбиты на пять групп.

В первую группу входят углеродистые стали 35, 40, 45, имеющие критический диаметр D_кр = 10 мм. Эти стали под­вергаются нормализации вместо улучшения.

Ко второй группе относятся стали, легированные хромом ЗОХ, 40Х, Для них критический диаметр составляет D_кр= 15-20 мм.

Третью группу составляют хромистые стали, дополнительно ле­гированные еще одним двумя элементами (кроме никеля) 30ХМ, 40ХГ, 30ХГС и др. Для этих сталей D_кр = 20-30 мм.

Четвертая группа представлена хромоникелевыми сталями, со­держащими около 1% никеля: 40ХН, 40ХНМ и др. Их критический диаметр D_кр = 40 мм.

В пятую группу входят стали, легированные рядом элементов, причем содержание никеля доходит до 3-4%: 38ХНЗ, 38ХНЗМФ (D = 100 мм). Это лучшие марки улучшаемых сталей, хотя они сравнительно дороги.

Высокопрочные стали. Новейшая техника предъявляет высо­кие требования к прочности стали (σв = 1500-2500 МПа). Этим тре­бованиям соответствуют мартенситностареющие стали, сочетаю­щие высокую прочность с достаточной вязкостью и пластичностью. Они представляют собой практически безуглеродистые (до 0,03% С) сплавы железа с никелем (17-26% Ni), дополнительно легированные титаном, алюминием, молибденом, ниобием и кобальтом. Широкое распространение получила сталь Н18К9М5Т. Она подвергается за­калке на воздухе с 800-850°С. Высокую прочность мартенситноста­реющие стали получают в результате старения, представляющего собой отпуск, производимый при температуре 450-50О°С. В резуль­тате такой термообработки сталь Н18К9М5Т имеет предел прочно­сти

σв = 2000 МПа.

Кроме упомянутой выше стали нашли применение стали Н12К8МЗГ2, Ml0X11М2Т, Н12К8М4Г2 и другие. Мартенситностаре­ющие стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, судостроении и т. д. Они обладают хорошей свариваемостью и обрабатываемостью. Эти стали являются достаточно дорогостоящими.

Пружинные стали. В пружинах и рессорах используются толь­ко упругие свойства стали. Возникновение пластической деформа­ции в них недопустимо, поэтому высоких требований к пластичнос­ти и вязкости не предъявляется. Основное требование к пружинной стали — высокий предел упругости а (см. раздел 1.2). Хорошие упругие свойства стали достигаются при повышенном содержании углерода (0,5 0,7%) и применении термообработки, состоящей из закалки и среднею отпуска при температуре 350-450°С. После та­кой термообработки сталь имеет троститную структуру.

Углеродистые пружинные стали (65, 70, 75) вследствие низкой прокаливаемости используются для пружин небольшого сечения. Они могут работать при температуре до 100° С. Стали, легированные кремнием и марганцем (60С2, 60СГ и др.) предназначены для боль­ших по размеру упругих элементов и обеспечивают их длительную и надежную работу. Для ответственных пружин применяют высокока­чественные стали легированные хромом и ванадием (50ХФА, 50ХГФА). Эти стали могут работать при температуре до 300° С. Из них изготавливают, например, рессоры легковых автомобилей.

Износостойкие стали способны сопротивляться процессу изна­шивания. Изнашивание — это процесс постепенного разрушения поверхностных слоев трущихся деталей, который приводит к умень­шению их размеров (износу). Износостойкие стали можно разделить на три группы.

В первую группу входят стали, износостойкость которых дости­гается высокой твердостью поверхности. Они подвергаются закалке и низкому отпуску или химико-термической обработке. Имеют струк­туру мартенсита или мартенсита с карбидными включениями. К этой ipynne относятся подшипниковые стали, из которых изготавливают­ся шарики и ролики подшипников качения. Они маркируются бук­вами ШХ и цифрой показывающей содержание хрома в десятых долях процента, содержат также марганец и кремний (ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ). Содержание углерода в них около 1%.

Ко второй группе относятся стали, износостойкость которых достигается смазывающим действием графита. Эти стали имеют в структуре графитные включения, которые в процессе изнашивания выходят на поверхность и выполняют роль сухой смазки. Эти стали имеют высокое содержание углерода (-1,5%) и кремния (~1%), что повышает способность к графитизации. Эти стали подвергаются графитизирующему отжигу, который аналогичен отжигу ковкого чугуна (см. раздел 3.3.).

Третью группу составляют стали износостойкость которых дос­тигается повышенной склонностью к наклепу. Это, прежде всего, сталь 110Г13. Она имеет невысокую твердость, которая при дей­ствии давления и ударов резко повышается, за счет чего и достигает­ся износостойкость. Эта сталь подвергается закалке от 1100°С в воде, после чет получает аустенитную структуру. Плохо обрабаты­вается резанием, поэтому применяется влитом состоянии.

Инструментальные стали.

По назначению инструментальные стали делятся на стали для ре­жущего, измерительного и штампового инструмента. Кроме сталей, для изготовления режущего инструмента применяются металлокерамические твердые сплавы и минералокерамические материалы. Режу­щий инструмент работает в сложных условиях, подвержен интенсив­ному износу, при работе часто разогревается. Поэтому материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твер­достью, износостойкостью и теплостойкостью. Теплостойкость — это способность сохранять высокую твердость и режущие свойства при длительном нагреве.

Таблица 7

Классификация углеродистых инструментальных  сталей,

их маркировка

Углеродистые инструментальные качественные	Углеродистые инструментальные высококачественные (А)
У7, У8, У9, ..., У13 Буква У и цифра, показывающая со­держание углерода в десятых долях процента	У7А, У8А, У9А, ..., У13А Буква У и цифра, показывающая со­держание углерода в десятых долях процента Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная

Углеродистые инструментальные стали содержат 0,7-1,3% уг­лерода. Они маркируются буквой У и цифрой, показывающих со­держание углерода в десятых долях процента (У7, У8, У9, ..., У13). Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная (У7А, У8А,..., У13А). Предварительная термообработка этих сталей — отжиг на зернистый 'перлит, окончательная — закалка в воде или растворе соли и низкий отпуск. После этого структура стали представляет со­бой мартенсит с включениями зернистого цементита. Твердость ле­жит в интервале HRC 56-64.

Для углеродистых инструментальных сталей характерны низкая теплостойкость (до 200°С) и низкая прокаливаемость (до 10-12 мм). Однако вязкая незакаленная сердцевина повышает устойчивость инструмента против поломок при вибрациях и ударах. Кроме того, эти стали достаточно дешевы и в незакаленном состоянии сами хо­рошо обрабатываются.

Стали У7-У9 применяются для изготовления инструмента, ис­пытывающего ударные нагрузки (зубила, молотки, топоры). Стали У10-У13 идут на изготовление инструмента, обладающего высокой твердостью (напильники, хирургический инструмент). Стали У8-У12 применяются также для измерительного инструмента.

Низколегированные инструментальные стали содержат в сум­ме около 1-3% легирующих элементов. Они обладают повышенной но сравнению с углеродистыми сталями прокаливаемостью, но теп­лостойкость их невелика — до 400°С. Основные легирующие эле­менты — хром, кремний, вольфрам, ванадий. Маркируются эти ста­ли так же, как конструкционные, но содержание углерода дается в десятых долях процента. Если первая цифра в марке отсутствует, то содержание углерода превышает 1%. Например 9ХС, ХВГ, ХВ5.

Термообработка низколегированных инструментальных сталей — закалка в масле и отпуск при температуре 150-200°С. При этом обычно достигается сквозная прокаливаемость. Твердость после термообра­ботки составляет HRC 62-64.

Благодаря большей прокаливаемости и закалке в масле низколлегированные стали используются для изготовления инструмента боль­шой длины и крупного сечения (например, сверл диаметром до 60 мм). 11рименяются для ручного инструмента по металлу и измерительного инструмента.

Быстрорежущие стали предназначены для работы при высоких скоростях резания. Главное их достоинство — высокая теплостой­кость (до 650°С). Это достигается за счет большого количества ле­гирующих элементов — вольфрама, хрома, молибдена, ванадия, ко­бальта. Маркируются быстрорежущие стали буквой Р, число после которой показывает среднее содержание вольфрама в %. Далее идут обозначения и содержание других легирующих элементов. Содержа­ние углерода во всех быстрорежущих сталях приблизительно 1 %, а хрома 4%. Поэтому эти элементы в марке не указываются. Напри­мер, Р18, Р9, Р6М5, Р6М5Ф2К8.

Термообработка быстрорежущих сталей заключается закалке от высоких температур (1200-1300°С) и трехкратном отпуске при 550-570°С. Трехкратный отпуск применяется для тою, чтобы избавиться от остаточного аустенита, который присутствует после закалки в ко­личестве приблизительно 30% и снижает режущие свойства. После термообработки сталь имеет мартенситную структуру с карбидными включениями. Твердость после термообработки составляет HRC 64-65.

Быстрорежущие стали применяются для инструмента, использу­емого для обработки металла на металлорежущих станках (резцы, фрезы, сверла). Для экономии дорогих быстрорежущих сталей ре­жущий инструмент часто изготавливается сборным или сварным. Рабочую часть из быстрорежущей стали приваривают к основной части инструмента из конструкционной стали.

§9.Стали со специальными свойствами

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. Коррозией называет­ся разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействия. Различают химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл сухих газов и неэлектролитов (например, нефтепродуктов) и электро­химическую, возникающую под действием жидких электролитов или влажного воздуха. По характеру коррозионного разрушения различают сплошную и местную коррозию. Сплошная коррозия захватывает всю поверхность металла. Ее делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинаковая ли глубина коррозионного разруше­ния на разных участках. При местной коррозии поражения локальны. В зависимости от степени локализации различают пятнистую, язвен­ную, точечную, межкристаллитную и др. виды местной коррозии.

Самый надежный способ защиты от коррозии — применение коррозионностойких сталей. Коррозионная стойкость достигается при введении в сталь элементов, образующих на ее поверхности тонкие и прочные оксидные пленки. Наилучший из этих элементов — хром. При введении в сталь 12-14% хрома она становится устойчивой про­тив коррозии в атмосфере, воде, ряде кислот, щелочей и солей. Ста­ли, содержащие меньшее количество хрома, подвержены коррозии точно так же, как и углеродистые стали. В технике применяют хроми­стые и хромоникелевые коррозионностойкие стали.

Хромистые коррозионностойкие стали могут содержать 13, 17 или 25-27% хрома. Стали марок 08X13, 12X13, 20X13 подвергают­ся закалке от 1000°С и отпуску при 60О-7О0°С. Их применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, работающих в слабоагрессивных средах. Стали 30X13, 40X13 подвергаются закал­ке и отпуску при 200-300°С. Из них изготавливают режущий, мери­тельный и хирургический инструмент.

Стали 12X17, 15X28 имеют более высокую коррозионную стой­кость. Подвергаются отжигу при температуре 700-780°С. Используются для оборудования заводов легкой и пищевой промышленности, труб, работающих в агрессивных средах, для кухонной посуды.

Хромоникелевые стали обычно содержат 18% хрома и 9-12% никеля (04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т и др.). Они имеют бо­лее высокую коррозионную стойкость по сравнению с хромистыми сталями, лучшие механические свойства, хорошо свариваются. Эти стали имеют аустенитную структуру. Их термообработка состоит из закалки от температуры 1100-1150°С в воде без отпуска.

Хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии. Она быстро распространяется по границам зерен без заметных вне­шних признаков. Это происходит вследствие образования карбидов хрома по границам зерен, что приводит к уменьшению содержания хрома в поверхностном слое зерна. Чтобы карбиды хрома не обра­зовывались, надо либо использовать стали с пониженным содержа­нием углерода (до 0,04%), либо дополнительно легировать сталь ти­таном, связывающим углерод в карбид титана.

Используются хромоникелевые стали в пищевой и химической промышленности, в холодильной технике. Поскольку никель доро­гостоящий элемент, иногда его частично заменяют марганцем и ис­пользуют сталь 10Х14Г14Н4Т.

Другие методы защиты от коррозии. Распространенным средством защиты от коррозии является нанесение на защищаемый металл раз­личных покрытий. Металлические покрытия наносятся различными способами. При погружении в расплавленный металл поверхность из­делия покрывается тонким и плотным слоем, затвердевающим после извлечения изделия. Этот способ применяется для нанесения покрытий цинком, оловом, свинцом и алюминием, температура плавления кото­рых ниже, чем у защищаемого металла. При диффузионной металлиза­ции изделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдержи­вают при высокой температуре. При напылении поверхность изделия покрывают слоем расплавленного металла (цинка, алюминия, кадмия и др.) с помощью воздушной струи. При плакировании защищаемый ме­талл подвергают совместной прокатке с защищающим (алюминием, титаном, нержавеющей сталью). Гальванический способ нанесения по­крытий основан на осаждении под действием электрического тока тон­кого слоя защитного металла (хрома, никеля, меди, кадмия) при погру­жении защищаемого изделия в раствор электролита.

Неметаллические покрытия подразделяются на лакокрасочные и эмалевые, смоляные, покрытия пленочными полимерными мате­риалами, резиной, смазочными материалами, керамические покрытия и др. Покрытия, получаемые химической и электрохимической обработкой, превращают поверхностный слой изделия в химическое соединение, образующее сплошную защитную пленку. Наибольшее распространение имеют оксидные и фосфатные защитные пленки.

Протекторная защита основана на подсоединении к защищае­мому изделию протектора с более отрицательным электрохимичес­ким потенциалом. В агрессивной среде протектор будет являться анодом и разрушаться, а защищаемое изделие — катодом и разру­шаться не будет.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды в нее вво­дят добавки, называемые ингибиторами коррозии. Они значитель­но снижают скорость коррозии. Условием использования ингиби­торов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава.

Жаростойкие и жаропрочные стали. Под жаростойкими сталя­ми понимают стали, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности при высокой температуре (свыше 550°С) . При нагреве стали происходит окисление поверхности и образуется оксидная пленка (окалина). Дальнейшее окисление определяется ско­ростью проникновения атомов кислорода через эту пленку. Через пленку оксидов железа они проникают очень легко. Для повышения жаростойкости сталь легируют элементами, образующими плотную пленку, через которую атомы кислорода не проникают. Эти элемен­ты — хром, алюминий, кремний. Так как алюминий и кремний по­вышают хрупкость стали, чаще всего применяют хром. Чем больше его содержание, тем более жаропрочной является сталь. Сталь 15X5 выдерживает до 600°С, 40Х9С2 — до 800°С, рассмотренные ранее 12X17 —до 900°С и 15X28 —до 1050°С.

Жаропрочные материалы способны противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах. Жаропрочные стали класси­фицируются по структуре.

Перлитные стали содержат малое количество углерода, легиру­ются хромом молибденом, ванадием (12ХМ, 12Х1МФ). Используют для изготовления труб, паропроводов и др. деталей, длительно рабо­тающих при температуре 500-550°С.

Мартенситные стали в большом количестве легированы хро­мом (15X11МФ, 15Х12ВНМФ). Они используются для деталей энер­гетического оборудования, длительно работающего при температу­ре 600-620°С. Особую группу мартенситных сталей составляют сильхромы, применяемые для клапанов двигателей внутреннего сгорания. Они дополнительно легированы кремнием (40Х9С2, 40X10С2М).

Аустенитные стали легированы большим количеством хрома и никеля а также другими элементами (09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР). Из этих сталей изготавливают детали газовых турбин, работающих при температуре 600-700°С.

Для работы при более высоких температурах (70()-900°С) слу­жат сплавы на основе никеля, называемые нимониками. Примером нимоника является сплав ХН77ТЮР, содержащий кроме никеля приблизительно 20% Сг, 2,5% Ti, 1% А1.

Для работы при температурах свыше 1000°С используют тугоп­лавкие металлы и их сплавы. Это — хром, ниобий, молибден, тан­тал, вольфрам. Они используются в атомной энергетике и в косми­ческой технике.

Температуры 1500-1700°С выдерживают жаропрочные керами­ческие материалы на основе карбида и нитрида кремния.

Сплавы с «памятью»

Обычные стали и сплавы после пластической деформации не вос­станавливают свою форму. Особенностью сплавов, обладающих эф­фектом «памяти», является то, что нагрев, выполненный после хо­лодной пластической деформации, восстанавливает форму, кото­рую имело изделие при высоких температурах. Эта форма сохраняется и после охлаждения. Так, если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре, а при низкой выпрямить (т.е. раскрутить), то повторный нагрев вызывает изменение формы — проволока вновь приобретает форму спирали и сохраняет эту форму при охлаждении.

В настоящее время известно большое количество таких сплавов. Наибольшее распространение получили сплавы типа «нитинол» на основе NiTi. Эффект памяти в них повторяется в течение многих тысяч циклов. Нитинол применяют в автоматических прерывателях тока, запоминающих устройствах, температурно-чувствительных датчиках. Имеются данные, что из него изготавливают антенны спутников. Антенну скручивают в маленький бунт, в космосе она восстанавливает свою форму при нагреве.

Аморфные сплавы (металлические стекла)

Металлы и сплавы в аморфном состоянии, т. е. металлические стекла, впервые были получены в 1959-1960 гг. Свойства металли­ческих сплавов в аморфном и кристаллическом состояниях имеют существенные отличия. Металлические стекла обладают сочетани­ем высоких механических, магнитных, антикоррозионных свойств.

Аморфная структура образуется при сверхвысоких скоростях ох­лаждения — 10⁶ К/с и выше (скорость охлаждения при получении отливок традиционными методами около 1К/с). Существует ряд методов достижения таких скоростей.

1. Высокоскоростное ионно-плазменное и термическое распы­ление материала с последующей конденсацией паров на охлаждае­мую жидким азотом подложку. Скорость охлаждения около 10¹³ К/с.

2. Оплавление тонких поверхностных слоев де­талей лазерным лучом, при этом высокая скорость охлаждения обеспечивается быстрым отводом теп­лоты в глубьлежащие слои металла. Скорость ох­лаждения 10⁷-10⁹ К/с.

3. Закалка из жидкого состояния. Скорость охлаждения 10⁶—10⁹ К/с.

Закалка из жидкого состояния — основной метод получения ме­таллических стекол. 

Аморфная структура металлических стекол нестабильна, она стре­мится перейти в более равновесную, т.е. кристаллическую. Это про­исходит при нагреве до температуры выше температуры кристалли­зации Т_кр = (0,4...0,65) Т_пл, где Т_пл — температура плавления.

Маркировка аморфных сплавов отличается от принятой для ста­лей и сплавов. Они обозначаются аналогично химическим соедине­ниям. Цифры показывают содержание элемента в атомных процен­тах, например Fe₈₀B₂₀.

Металлические стекла обладают особыми электрическими и магнитными свойствами. Так, удельное электросопротивление спла­ва Ni₆₇Si₇B₂₆ в 1,5 раза больше, чем у нихрома (традиционный сплав с высоким сопротивлением), — для них значения р·Кг⁴ соответ­ственно равны 1,55 и 1,08 Ом·см.

Железокобальтовые сплавы обладают высокой магнитной проница­емостью и малой коэрцитивной силой, что важно для магнитомягких материалов. Коэрцитивная сила тем меньше, чем крупнее зерно, струк­тура аморфных сплавов представляет собой как бы одно зерно.

Применение этих материалов ограничено температурой. Свои свой­ства они сохраняют лишь ниже Т_кр . Кроме того, сортамент их выпус­ка ограничен — это тонкие фольги, ленты, нити, так как в больших сечениях невозможно добиться сверхвысоких скоростей охлаждения. Основная область применения — микроэлектроника, радиоэлектро­ника, где используются фольги и тонкие пленки.

§10.Стали и сплавы с магнитными и электрическими свойствами

Стали и сплавы с магнитными свойствами. Магнитные стали и сплавы делятся на две группы: магнитотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые стали и сплавы обладают высоким значением коэрцитивной силы Н_с и остаточной индукции В_r. Они применяются для изготовления постоянных магнитов. Постоянные магниты небольших размеров делают из углеродистых заэвтектоидных сталей УЮ-У12.

Коэрцитивная сила углеродистых сталей резко возрастает после закалки на мартенсит вследствие появления больших напряжений.

У стали У12 после закалки в воде Н_с = 4800 А/м, В_r = 0,8 Тл. Однако низкая прокаливаемость, малая стабильность остаточной ин­дукции привели к вытеснению углеродистых сталей легированными.

Легирование металла вызывает повышение магнитной твердо­сти (т.е. коэрцитивной силы). Коэрцитивная сила возрастает при образовании в твердом растворе второй фазы, с повышением дис­кретности второй фазы, при возникновении напряжений в крис­таллической решетке, при из­мельчении зерна.

В настоящее время для из­готовления постоянных маг­нитов широко используют стали, легированные хромом, вольфрамом, кобальтом или совместно несколькими эле­ментами (ЕХЗ, ЕХ7В6, ЕХ5К5). Буквой Е обозначает­ся магнитная сталь.

Для получения высоких магнитных свойств стали подвергают сложной термической обработке, состоящей из нормализации, за­калки в масле или в воде и низкотемпературного отпуска (при 100°С в течение 10-24 ч).

Высокое содержание углерода и легирующих элементов в этих сталях придает им повышенную твердость, поэтому перед холодной механической обработкой их подвергают смягчающему отжигу при 700—850 °С. При отжиге происходит образование карбидов, что ухуд­шает магнитные свойства («магнитная порча»). Поэтому перед за­калкой для устранения «магнитной порчи» проводят нормализацию, при которой происходит растворение крупных карбидных фаз.

Во избежание «магнитной порчи» при закалке нагрев должен быть кратковременным (не более 15 мин). Охлаждение можно про­водить в воде или в масле, но обычно охлаждают в масле, чтобы избежать коробления и образования трещин, хотя при этом не­сколько снижаются магнитные свойства.

Обработка холодом повышает магнитные свойства, так как ус­траняет немагнитный (парамагнитный) аустенит.

Отпуск несколько снижает коэрцитивную силу, но обеспечива­ет стабильность магнитных свойств в процессе эксплуатации.

Высокие магнитные свойства имеют железоникелькобальтовые сплавы, в частности магнит (8% А1, 24% Со, 14% Ni, 3% Си, остальное железо).

Магниты из этого сплава получают литьем, так как сплав не под­дается деформации и обработке резанием. Сплав подвергают закалке в магнитном поле. Сущность закалки в следующем. Нагретый до 1300°С сплав помещают между полюсами электромагнита напряженностью 160 А/м и охлаждают до температуры ниже 500°С, дальнейшее ох­лаждение проводят на воздухе. После такой обработки сплав облада­ет анизотропией магнитных свойств.

Магнитные свойства достигают высокого уровня в том направ­лении, в котором действовало внешнее магнитное поле при закал­ке. Затем сплав подвергают отпуску при 600 °С. Магнитные свой­ства: Я = 40 000 А/м, В_г = 1,2 Тл.

Последнее время находят применение сплавы на основе кобаль­та (52% Со, 14% V, остальное железо). Сплав поставляется в виде лент, полос и т.д.

Магнитомягкие сплавы и стали имеют низкую коэрцитивную силу и высокую магнитную проницаемость. Их применя­ют для изготовления сердечников, магнитных устройств, работаю­щих в переменных магнитных полях. Магнитомягкие материалы дол­жны иметь однородную (гомогенную) структуру, крупное зерно.

Незначительный наклеп сильно снижает магнитную проницае­мость и повышает коэрцитивную силу. Поэтому магнитомягкие сплавы для снятия напряжений и искажений структуры подверга­ют рекристаллизационному отжигу.

Широкое применение получило чистое железо, в котором со­держание углерода и всех примесей строго ограничено. Железо при­меняют для изготовления сердечников реле, электромагнитов постоянного тока, полюсов электрических машин и др.

Широкое применение в промышленности нашла электротех­ническая сталь — сплав железа с кремнием (0,05—0,005% С, 1,0— 1,8% Si). Легирование кремнием повышает электросопротивление стали и тем самым уменьшает потери на вихревые токи, повыша­ет магнитную проницаемость, снижает коэрцитивную силу и по­тери на гистерезис, способствует росту зерна, улучшает магнит­ные свойства за счет графитизирующего действия.

Маркируют электротехнические стали следующим образом: пер­вая цифра означает вид проката и структурное состояние (1 — го­рячекатаная, 2 — холоднокатаная изотропная, 3 — холоднокатаная анизотропная); вторая — содержание кремния: 0 — до 0,4%; 1 — 0,4- 0,8%; 2 - 0,8-1,8%; 3 - 1,8-2,8%; 4 - 2,8-3,8%; 5 - 3,8-4,8%; третья — основную нормируемую характеристику (0, 1 и 2 — удельные потери при различных значениях магнитной индукции и частоты, 6 и 7 — магнитная индукция соответственно в слабых и средних полях). Вместе первые три цифры обозначают тип стали; четвертая — порядковый номер типа стали. Чем он выше, тем меньше удельные потери, тем больше магнитная индукция.

Электротехническую сталь для снятия наклепа после прокатки и для укрупнения зерна подвергают отжигу при 1100-1200 °С в атмосфере водорода.

При рубке листов, резке, штамповке, гибке магнитные свойства ухудшаются. Для восстановления магнитных свойств электротехни­ческой стали рекомендуется отжиг при 750—800 °С в течение 2 ч с медленным (- 50 град/ч) охлаждением до 400 °С. При этом необхо­димо исключить окисление и науглероживание стали.

Электротехническую сталь изготавливают в виде листов толщи­ной от 1 до 0,05 мм.

Железоникелевые сплавы (от 40 до 80% Ni) — пермаллои — имеют высокую магнитную проницаемость, что очень важно для прибо­ров, работающих в слабых полях (радио, телефон, телеграф). Маг­нитные свойства пермаллоя сильно зависят от термической обра­ботки.

Для улучшения магнитных свойств после механической обра­ботки пермаллои подвергают отжигу при 1100—1200 "С в вакууме или атмосфере водорода. При этом укрупняется зерно, устраняют­ся остаточные напряжения и удаляются примеси углерода.

Охлаждение в магнитном поле также ведет к повышению маг­нитных свойств.

Немагнитные стали. В электромашиностроении и приборост­роении многие детали изготавливают из немагнитных сталей. Рань­ше для этой цели применяли цветные металлы, а теперь широко используют немагнитные аустенитные стали. Применение этих сталей резко снижает стоимость деталей, а также повышает ме­ханические свойства и уменьшает потери на вихревые токи в элек­троаппаратуре.

Применение марганцовистой аустенитной             износоустойчивой стали (11ОГ13Л) в качестве немагнитной ограничивается ее пло­хой обрабатываемостью резанием, что обусловлено высокой склон­ностью ее к наклепу, а также нестабильностью прочностных свойств.

Широкое применение находят аустенитные коррозионно-стой­кие стали 12Х18Н9, 12Х18Н9Т. Желательно, чтобы содержание ни­келя в них соответствовало верхнему пределу, так как в противном случае при больших степенях холодной деформации возможно ча­стичное протекание                           γ→α - превращения, ведущего к появлению фер­рита, обладающего ферромагнитными свойствами.

Кроме того, применяются более дешевые стали 55Г9Н9ХЗ и 45Г17ЮЗ, в которых никель частично или полностью заменен мар­ганцем.

Стали и сплавы с электрическими свойствами. Элементы электросопротивления должны иметь низкую электропроводность или вы­сокое электросопротивление. Так как образование твердых раство­ров при легировании сопровождается повышением электросопро­тивления, то все сплавы высокого сопротивления, как правило, представляют собой твердые растворы.

Различают сплавы реостатные (для изготовления реостатов) и окалиностойкие сплавы высокого электросопротивления (для нагре­вательных элементов печей и электроприборов).

Сплавы высокого электросопротивления должны удовлетворять следующим требованиям:

иметь большое удельное электросопротивление;

иметь малый температурный коэффициент электросопротивле­ния (т.е. электросопротивление должно мало изменяться при изме­нении температуры);

обладать высокой окалиностойкостью, т.е. способностью проти­востоять образованию окалины при высоких температурах.

В качестве реостатных сплавов широкое применение нашли спла­вы меди с никелем — константан и никелин. Константан содер­жит 40% Ni, 1—2% Мn, остальное медь; никелин — 45% Ni, ос­тальное медь.

В качестве сплавов высокого электросопротивления применяют сплавы Ni — Сг (нихромы), Fe — Ni — Cr (ферронихромы) и Fe — Cr — А1 (фехраль) и др.

На свойства сплавов высокого электросопротивления вредное влияние оказывают такие примеси, как углерод, сера, фосфор и т.д. Примеси способствуют окислению границ зерен и тем самым уменьшают окаливаемость и повышают хрупкость.

В приборостроении часто требуются сплавы с определенным ко­эффициентом линейного расширения, например таким же, как у стекла, равным нулю. Для удовлетворения этих требований в каж­дом конкретном случае изготавливают сплавы строго определен­ного состава.

Износостойкие стали. Износ деталей в процессе эксплуатации может быть вызван двумя причинами: трением деталей друг о друга и царапанием твердых частиц о поверхность деталей (абразивный износ).

При обычном трении поверхность металла наклёпывается и со­противление износу возрастает. Следовательно, износостойкость определяется способностью металла к наклепу.

В случае абразивного износа, когда твердые частицы, абразивы, вырывают мельчайшие кусочки металла, стойкость против износа определяется сопротивлением металла отрыву и твердостью.

Для изготовления деталей, работающих на износ в условиях тре­ния и высоких давлений и ударов, применяют высокомарганцовис­тую аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 1,0-1,3% С и 11,5-14,5% Мn. Сталь применяют в литом и реже в горячедеформированном состоянии. Структура литой стали состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe, Mn)₃C, выделяющихся по границам зе­рен и снижающих прочность и вязкость стали. Для повышения проч­ности и вязкости сталь подвергают закалке с температуры 1050— 1100°С в воде. При такой температуре карбиды растворяются, а быс­трое охлаждение в воде полностью задерживает их выделение. После закалки сталь имеет аустенитную структуру и обладает следующими механическими свойствами:     σ_в= 800-900 МПа, σ_0,2 = 310...350 МПа, δ=15 ... 25%, ψ= 20 ... 30%, 180 ... 220 НВ.

Высокая износостойкость стали 110Г13Л при трении с давлени­ем и ударами объясняется повышенной способностью к наклепу.

Если при эксплуатации наблюдается только абразивный износ без значительного давления и ударов, вызывающих наклеп, то сталь не обнаруживает повышенной износостойкости.

Таблица 8

Механические свойства некоторых черных и  цветных  металлов и сплавов  

Марка	Предел прочности при растяжении, σв, МПа	Относительное удлинение, δ, %	НВ
Ст0	310	20
Ст6	600	12
Сталь 10	340	31	-
Сталь 45	610	197	16
Сталь 75	1100	241	7
15Х	700	12	179
50Х	1100	9	229
40ХС	1260	12	255
У7.У8			187
ХГ			58
Д1	410	15
Д16	520	11
Д20	400	12
Л96	240	50
Л80	320	52
ЛА77-2	400	55
ЛмцА57-3-1	550	25
Бр ОЦ 10-2	250-350	10-20
Бр А7	600	10
Бр Б2	500	30
СЧ12-28	120		143-229
СЧ28-48	280		170-241
СЧ38-60	380		207-269
ВЧ 45-0	450	-	187-255
ВЧ 40-10	400	10	156-197
КЧ 30-6	300	6	163
КЧ 45-6	450	6	241

§11. Алюминий и его сплавы

Алюминий — металл серебристого цвета, характеризующийся низкой плотностью (2,7 г/см³), высокой пластичностью (8 = 40%), низкими прочностью (σв= 80МПа) и твердостью (НВ 25). Темпера­тура плавления — 659°С. Обладает высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью. Кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке и полиморфных превращений не имеет. Мар­кируется буквой А. В зависимости от количества примесей различа­ют алюминий особой чистоты А999 (99,999% А1), высокой чистоты А995, А99, А97 и технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, АО. Применяется алюминий для производства фольги, электрических про­водов. Как конструкционный материал используется редко вслед­ствие малой прочности. Сплавы алюминия делятся на литейные и деформируемые.

Литейные сплавы алюминия маркируются буквами АЛ и чис­лом, показывающим условный номер сплава. Чтобы сплав обладал хорошими литейными свойствами, он должен иметь низкий темпе­ратурный интервал кристаллизации. Кроме того, желательно, чтобы он имел низкую температуру плавления. Этим требованиям удовлет­воряют эвтектические сплавы. Наибольшее распространение полу­чили сплавы алюминия с кремнием, образующие эвтектику при со­держании 11,6% кремния. Эти сплавы называются силуминами.

Широко применяется силумин эвтектического состава АЛ2, со­держащий 10-12% кремния. Он имеет очень хорошие литейные свой­ства, НО малую прочность (σв = 180 МПа). Уменьшение содержания кремния и добавка меди, магния и марганца ухудшает литейные свой­ства силуминов, но улучшает механические. Кроме силуминов ис­пользуются литейные сплавы алюминия с медью (АЛ7) и магнием (АЛ8), не содержащие кремния. Они обладают значительно боль­шей прочностью, чем силумины, по их литейные свойства хуже.

Деформируемые сплавы алюминия делятся на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. К сплавам, не упрочняемым термической обработкой относятся сплавы алюминия с марганцем (маркируется АМц) и магнием (маркируются AMгl, ..., АМг7). Эти сплавы имеют низкую прочность, но высокую пластичность и кор­розионную стойкость.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой относятся дюра­люминий, ковочные сплавы, высокопрочные сплавы алюминия. Дюра­люминий (дуралюмин) представляет собой сплав алюминия с медью (до 5%), марганцем (до 1,8%) и магнием (до 0,9%). Маркируется буквой Д и цифрой, показывающей порядковый номер (Д1, Д16 и др.). Подверга­ется термической обработке, которая состоит из закалки от температу­ры 500°С и естественного старения, заключающегося в выдержке при комнатной температуре в течение нескольких суток. В результате та­кой обработки прочность повышается в два раза (с 200-240 МПа до 450-500 МПа), а пластичность практически не меняется. Достоинством дюралюминия является высокая удельная прочность (отношение преде­ла прочности к плотности), что особенно важно в самолетостроении. Дюралюминий выпускается в виде листов и прутков.

Высокопрочные сплавы алюминия содержат кроме меди и магния дополнительно цинк (до 10%). Эти сплавы маркируются буквой В (В95, В96). Подвергаются термообработке, аналогичной термообработке дю­ралюминия, но естественное старение заменяется искусственным ста­рением, заключающимся в выдержке при температуре 120-140°С в те­чение 16-24ч. В результате предел прочности доходит до 600-700 МПа.

Ковочные сплавы алюминии предназначены для производства деталей ковкой и штамповкой. Маркируются буквами АК и числом, показывающим порядковый номер. По химическому составу близки к дюралюминию (сплав АК1 совпадает по составу с Д1), иногда отличаясь более высоким содержанием кремния (АК6, АК8). Подвер­гаются аналогичной термообработке.

Малая плотность и высокая удельная прочность обусловили ши­рокое применение алюминиевых сплавов в самолетостроении. Они составляют до 75% массы пассажирских самолетов. Из дюралюминия изготовляются обшивки,, каркасы, из высокопрочных сплавов — тяжелонагруженные детали, из ковочных — кованые и штампованные детали (например, лопасти винта).

Алюминий — самый распространенный на Земле металл — называют летающим ме­таллом. Из него, вернее из его сплавов, самый известный из которых дуралюмин (сплав алюминия с медью, магнием и марганцем) делают фюзеляжи и крылья самолетов. Из сплавов алюминия была изготовлена оболочка нашего первого в мире искусственного спутника Земли.

Алюминий широко применяют в различных отраслях промышленности  и в строительст­ве. Многие детали самых разных машин, пе­рекрытия, наружная облицовка и оконные ра­мы высотных зданий,  аппаратура для про­изводства кислот и многих органических ве­ществ, резервуары для хранения жидкого ки­слорода, моторные и весельные лодки, посу­да, мебель — все это делается из алюминия. Во Франции построен целиком алюминие­вый океанский лайнер длиной свыше 300 м. Не только его корпус, но и внутренние пере­борки,  стены  кают,  даже  мебель — алюми­ниевые.

 

Рис.52. Применение алюминия

§12. Медь и ее сплавы

Медь — металл красно-розового цвета. Плотность меди 8,94 г/см³, температура плавления — 1О83°С. Кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке и полиморфных превращений не имеет.

Характеризуется невысокими прочностью (а = 150-250 МПа) и твер­достью (НВ 60) и хорошей пластичностью (8= 25% в литом состоянии и 8= 50% в горячедеформированном). Обладает высокой электропро­водностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью в пресной и морской воде. Благодаря высокой электропроводности около полови­ны производимой меди используется в электро- и радиопромышленно­сти. Как конструкционный материал медь не используется из-за высо­кой стоимости и низких механических свойств. Маркируется буквой М и цифрами, зависящими от содержания примесей. Медь марок М00 (0,01 % примесей), МО (0,5%) и М1 (0,1 %) используется для изготовле­ния проводников электрического тока, медь М2 (0,3%) — для произ­водства высококачественных сплавов меди, МЗ (0,5%) — для сплавов обыкновенного качества. Основные сплавы меди — латуни и бронзы.

Латунями называют сплавы меди с цинком. Цинк повышает проч­ность и пластичность сплава, но до определенных пределов. Наи­большей пластичностью обладают латуни, содержащие 30% цинка, а наибольшей прочностью — 45%. Поэтому более 45% цинка в латунях содержаться не может. Кроме того, цинк удешевляет сплав, так как он дешевле меди. Латуни характеризуются высокой электро­проводностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хо­рошо обрабатываются резанием.

По технологическому признаку латуни делятся на деформируе­мые и литейные. По химическому составу латуни делятся на простые (двойные), в которых присутствуют только медь и цинк и сложные (многокомпонентные), в которые для улучшения различных свойств добавлены другие элементы. Наиболее распространены добавки алю­миния, олова, кремния, никеля и др.

Латуни маркируются буквой Л. В деформируемых латунях ука­зывается содержание меди и легирующих элементов, которые обо­значаются соответствующими буквами (О — олово, А — алюминий, К кремний, Н — никель, Мц — марганец, Ж — железо и т.д.). Содержание элементов дается в % после всех буквенных обозначе­нии. Например, латунь Л63 содержит 63% меди и 37% цинка. Ла­тунь ЛАЖ 60 1-1 содержит 60% меди, 1% алюминия, 1% железа и 38% цинка. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество легирующих элементов (в %) ставится после букв их обозначающих. Например, литейная латунь ЛЦ40Мц3А со­держит 40% цинка, 3% марганца, менее 1% алюминия и 56% меди.

Бронзами называются сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом и другими элементами, среди которых цинк не является основным. Бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатываются давлением и реза­нием. По названию основного легирующего элемента бронзы делят­ся на оловянные, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, свинцо­вые и др.

По технологическому признаку бронзы делят на деформируемые и литейные. Маркируются бронзы буквами Бр, за которыми показывает­ся содержание легирующих элементов в %. Обозначения легирующих элементов и отличия в марках деформируемых и литейных сплавов у бронз такие же, как у латуней. Например, деформируемая бронза БрОФ 6,5-0,4 содержит 6,5% олова и 0,4% фосфора, а литейная бронза Бр03Ц7С5Н — 3% олова, 7% цинка, 5% свинца, менее J % никеля.

Особенно широкое применение в машиностроении имеют оло­вянные бронзы. Деформируемые оловянные бронзы обладают высо­кой пластичностью и упругостью. Из них изготовляют прутки, трубы, ленты. Литейные оловянные бронзы имеют хорошие литейные свой­ства, высокую коррозионную стойкость. Из них изготовляют армату­ру, работающую в условиях пресной и морской воды. Олово — относительно дорогой металл, поэтому его стремятся частично или полностью имении, в составе бронз другими.

Алюминиевые бронзы (БрА7, БрАЖН 10-4-4) обладают более высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью по сравнению с оловянными. Кремнистые бронзы (БрКМц 3-1) име­ют хорошую упругость и поэтому используются для изготовления пружинящих деталей. Свинцовые бронзы (БрСЗО) обладают высоки­ми антифрикционными свойствами и применяются в подшипниках скольжения. Бериллиевые бронзы (БрБ2) отличаются высокой твер­достью, прочностью, упругостью и износостойкостью.

Медь имеет самую высокую (после сереб­ра) электрическую проводимость. Из нее делают обмотки трансформаторов и генерато­ров, линии электропередачи (ЛЭП), элек­трические провода внутри машин и зданий и многие другие электротехнические изделия, а также коррозионностойкую химическую аппаратуру. Широко используют в технике и медные сплавы — латунь, бронзу и др.

Таблица

Обозначение марок деформируемых и литейных  бронз и латуней

Обозначение марок деформируемых латуней и бронз	Обозначение марок литейных латуней и бронз
Латуни маркируются буквой Л. В деформируемых латунях ука­зывается содержание меди и легирующих элементов, которые обо­значаются соответствующими буквами (О — олово, А — алюминий, К кремний, Н — никель, Мц — марганец, Ж — железо и т.д.). Содержание элементов дается в % после всех буквенных обозначе­нии. Например, латунь Л63 содержит 63% меди и 37% цинка. Ла­тунь ЛАЖ 60 1-1 содержит 60% меди, 1% алюминия, 1%	В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество легирующих элементов (в %) ставится после букв их обозначающих. Например, литейная латунь ЛЦ40Мц3А со­держит 40% цинка, 3% марганца, менее 1% алюминия и 56% меди.
Деформируемая бронза БрОФ 6,5-0,4 содержит 6,5% олова и 0,4% фосфора,	Литейная бронза Бр03Ц7С5Н — 3% олова, 7% цинка, 5% свинца, менее J % никеля.

Применение меди

 

Рис.53. Применение латуни, бронзы

§13. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы.

Баббиты

Баббиты — это легкоплавкие подшипниковые сплавы, применя­емые для вкладышей подшипников скольжения. Металл вкладыша должен обладать малым коэффициентом трения, достаточной изно­состойкостью и хорошей прирабатываемостью. Второе и третье тре­бования противоречат друг другу. Высокая износостойкость обеспе­чивается высокой твердостью, а прирабатываемость достигается при низкой. Оба эти требования удовлетворяются, если в структуре име­ются твердая и мягкая фазы. В этом случае после непродолжительной работы (приработки) происходит износ мягкой фазы — основы, а на поверхность выступают твердые частицы, обеспечивающие изно­состойкость. При этом между валом и вкладышем образуются пусто­ты, в которых удерживается смазка.

В качестве баббитов используют сплавы систем «Pb—Sb», «Sn-Sb» и др., а также сплавы на основе цинка, легированные алюми­нием и медью.

В сплавах системы «Pb—Sb» роль мягкой фазы играет свинец (его твердость ЗНВ), а роль твердой — сурьма (30НВ). Используют заэвтектические сплавы с содержанием 16—18% Sb. Помимо названных в состав баббитов могут входить и некоторые легирующие элемен­ты, например медь. Баббиты (не на цинковой основе) маркируют­ся буквой «Б» и порядковым номером или дополнительной буквой (например, Б6, БН).

Цинковые сплавы обозначают буквами «ЦАМ» и цифрами, по­казывающими содержание алюминия и меди, например, ЦАМ-10-5 (10% А1, 5% Си, основа - Zn).

§14.Металлокерамические твердые сплавы

Они представляют собой спеченные порошковые материалы, основой которых служат карби­ды тугоплавких металлов, а связующим — кобальт. Их теплостой­кость доходит до 900-1000°С, а твердость HRA 80-97.

Твердые сплавы делятся на три группы. Вольфрамовые изготов­ляются на основе карбида вольфрама и кобальта. Маркируются бук­вами ВК и цифрой показывающей содержание кобальта в % (ВК2, ВК6, ВК10). Титановольфрамовые твердые сплавы содержат допол­нительно карбид титана. Они маркируются буквами Т, К и цифрами. После буквы Т указывается содержание карбида титана в %, а после буквы К кобальта (Т15К10, Т15К6). Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы содержат ддополнительно карбид титана. Маркируются буквами ТТ, после которых указывается суммарное содержание карбидов титана и тантала в % и буквой К, после которой указывается содер­жание кобальта (TT7KI2, ТТ10К8).

Твердые сплавы изготавливаются в виде пластин которые при­паиваются к державке из углеродистой стали. Применяют твердые сплавы для резцов, сверл, фрез и другого инструмента. Главный не­достаток твердых сплавов — высокая хрупкость.

Таблица 10

Твердые металлокерамические сплавы, их маркировка, применение

Группа , марки	Применение	Обозначение
Твердые сплавы А)вольфрамовая группа ВК3, ВК4, ВК8	Режущий инструмент для обработки чугуна, цв.мет.	В-вольфрамовая группа, к –колбольт с его содержанием (цифра)
Твердые сплавы Б)титано-вольфрамовая группа Т5К10, Т15К6	Режущий инструмент для обработки стали	Т-титано-вольфрамовая группа, 5 - %карбид титана, К10-105кобальта, остальное – карбид вольфрама
Твердые сплавы В)титано-тантано-вольфрамовая группа ТТ7К12	Режущий инструмент	ТТ7-7%карбидов титана и тантала, 125кобальта, остальное- карбид вольфрама

§ 15. Пластические массы

Свойства, состав и классификация пластмасс. Пластическими массами (пластмассами) называются материалы, получаемые на ос­нове природных или синтетических полимеров. Пластмассы являют­ся важнейшими современными конструкционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств: малой плотностью (до 2 г/см³), высокой удельной прочностью, низкой теплопроводностью, хими­ческой стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, звукоизоляционными свойствами. Некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, фрикционными и антифрикционными качествами, стойкостью к истиранию и др. Кроме того, пластмассы имеют хорошие технологические свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать. Недостатками пластмасс являются низкая теплостойкость, низкая ударная вязкость, склонность к старению дня ряда пластмасс.

Основой пластмасс являются полимерные связующие вещества. Кроме связующих в состав пластмасс входят: наполнители для повы­шения прочности и придания специальных свойств; пластификаторы для повышения пластичности, что необходимо при изготовлении из­делий из пластмасс; отвердители, ускоряющие переход пластмасс в неплавкое, твердое и нерастворимое состояние; стабилизаторы, пре­дотвращающие или замедляющие процесс старения; красители.

По поведению при нагреве все пластмассы делятся на термопла­стичные и термореактивные. Термопластичные при неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают. Термореактивные при нагревании размягчаются, затем еще до ох­лаждения затвердевают (вследствие протекания химических реак­ций) и при повторном нагревании остаются твердыми.

По виду наполнителя пластмассы делятся на порошковые, волок­нистые, слоистые, газонаполненные и пластмассы без наполнителя.

По способу переработки в изделия пластмассы подразделяются на литьевые и прессовочные. Литьевые перерабатываются в изделия методами литьевого прессования и являются термопластичными. Прессовочные перерабатываются в изделия методами горячего прес­сования и являются термореактивными.

По назначению пластмассы делятся на конструкционные, хими­чески стойкие, прокладочные и уплотнительные, фрикционные и антифрикционные, теплоизоляционные и теплозащитные, электро­изоляционные, оптически прозрачные, облицовочно-декоративные и отделочные.

Классификация пластмасс

Слоистые пластмассы получают прессованием (или намоткой) слоистых наполнителей, пропитанных смолой. Они обычно выпус­каются в виде листов, плит, труб, из которых механической обра­боткой получают различные детали.

Текстолит — это материал, полученный прессованием пакета кусков хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой. Обладает хо­рошей способностью поглощать вибрационные нагрузки, электро­изоляционными свойствами. Теплостоек до 80°С. Стеклотекстолит отличается от текстолита тем, что в качестве наполнителя используется стеклоткань. Более прочен и теплостоек, чем текстолит, имеет лучшие электроизоляционные свойства. В асботекстолите напол­ни ivjicm является асбестовая ткань. Кроме электроизоляционных, ни имеет хорошие теплоизоляционные и фрикционные свойства. Гетинакс представляет собой материал, полученный прессованием нескольких слоев бумаги, пропитанной смолой. Он обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию химикатов, может применяться при температуре до 120-140°С. Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) получают прессованием листов стеклошпона, пропитанных смолой. Стеклошпон изготовляется из стеклянных нитей, которые склеиваются между собой сразу после изготовления. Листы стеклошпона располагаются в материале так, чтобы волокна соседних листов располагались под углом 90°. СВАМ обладает высокой прочностью, хорошими электроизоляци­онными свойствами, теплостоек до 200-400°.

Волокнистые пластмассы представляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного смолой. Они делятся на волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты.

В волокнитах в качестве наполнителя применяется хлопковое подокно. Они используются для относительно крупных деталей обще-технического назначения с Повышенной стойкостью к ударным нагрузкам. Асбоволокниты имеют наполнителем асбест — волокнистый минерал, расщепляющийся на тонкое волокно диаметром 0,5 мкм. Обладают теплостойкостью до 200°С, устойчивостью к ударным воздействиям, химической стойкостью, электроизоляционными и фрикционными свойствами. Стекловолокниты имеют в качестве наполнителя короткое стекловолокно или стеклонити. Прочность, электроизоляционные свойства и водостойкость стекловолокнитов выше, чем у волокнитов. Применяются для изготовления деталей, обладающих повышенной прочностью.

Порошковые пластмассы в качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюло­за) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит). Эти пластмассы обладают невысокой прочностью, низкой ударной вязкостью, электроизоляционными свойствами. Пластмассы с органи­ческими наполнителями применяются для ненагруженных деталей общетехнического назначения — корпусов приборов, рукояток, кно­пок. Минеральные наполнители придают порошковым пластмассам химическую стойкость, водостойкость, повышенные электроизоляци­онные свойства.

Рассмотренные выше пластмассы со слоистыми, волокнистыми и порошковыми Наполнителями имеют чаще всего термореактивные свя­зующие, ХОТЯ имеются пластмассы с термопластичными связующими.

Пластмассы без наполнителя чаще всего являются термоплас­тичными материалами. Рассмотрим наиболее важные из них.

Полиэтилен (-СН₂-СН,-)_n - продукт полимеризации бесцветно­го газа — этилена. Один из самых легких материалов (плотность 0,92 г/см³), имеет высокую эластичность, химически стоек, морозостоек. 11едостатки — склонность к старению и невысокая теплостойкость (до 6ОС). Используется для изготовления пленки, изоляции проводов, изготовления коррозионно-стойких труб, уплотнительных деталей. Занимав! норное место в общем объеме производства пластмасс.

Полипропилен (-CH₂-CHC₆H5-)_n — продукт полимеризации газа пропилена. По свойствам и применению аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до 150°С) и менее морозостоек (до -10°С).

Поливинилхлорид (-СН₂-СНС1-)_n используется для производства винипласта и пластиката. Винипласт представляем' собой твердый листовой материал, полученный из поливинилхлорида без добавки пластификаторов. Обладает высокой прочностью, химической стой­костью, электроизоляционными свойствами. Пластикат получают при добавлении в поливинилхлорид пластификаторов, повышающих его пластичность и морозостойкость.

Полистирол (-СН₂-СНС₆Н₅-)_n — твердый, жесткий, прозрачный полимер. Имеет очень хорошие электроизоляционные свойства. Его недостатки — низкая теплостойкость, склонность к старению и рас­трескиванию. Используется в электротехнической промышленности.

Органическое стекло — прозрачный термопластичный матери­ал на основе полиакриловой смолы. Отличается высокой оптичес­кой прозрачностью, в 2 раза легче минеральных стекол, обладает химической стойкостью. Недостатки — низкая твердость и низкая теплостойкость. Используется для остекления в автомобиле- и само­летостроении, для прозрачных деталей в приборостроении.

Фторопласты имеют наибольшую термическую и химическую стой­кость из всех термопластичных полимеров. Фторопласт-4 (-CF₂-CF₂-)_n водостоек, не горит, не растворяется в обычных растворителях, обла­чает электроизоляционными и антифрикционными свойствами. При­меняется для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах при высокой температуре, электроизоляции и др. Фторопласт-3 (-CF₂-CFCl-)_n по свойствам и применению аналогичен фторопласту-4, уступая ему по термо- и химической стойкости и превосходя по прочности и твердости.

Газонаполненные пластмассы представляют собой материалы на основе синтетических смол, содержащие газовые включения. В винипластах поры, заполненные газом, не соединяются друг с другом и образуют замкнутые объемы. Они отличаются малой плотностью (0,02-0,2 г/см³), высокими тепло-, звуко- и электроизоляцион­ными свойствами, водостойкостью. Недостатки пенопластов — низкая прочность и низкая теплостойкость (до 60°С). Используются для теплоизоляции и звукоизоляции, изготовления непотопляемых плавательных средств, в качестве легкого заполнителя различных конструк­ции. Мягкие виды пенопластов используются для изготовления мебели, амортизаторов и т.п.

Поропласты это газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой. Их плотность составляет 0,02-0,5 г/см³. Они представляют собой мягкие эластичные материалы, обладающие водопоглощением.

§16. Резиновые  материалы

Резина представляет собой искусственный материал, получае­мый в результате специальной обработки резиновой смеси, основ­ным компонентом которой является каучук. Каучук — это полимер, отличительной особенностью которого является способность к очень большим обратимым деформациям при небольших нагрузках. Это свойство объясняется строением каучука. Его макромолекулы име­ют вытянутую извилистую форму. При нагрузке происходит выпрям­ление макромолекул, что и объясняет большие деформации. При разгрузке макромолекулы принимают исходную форму. Различают натуральный и синтетический каучук. Натуральный каучук добыва­ют из некоторых видов тропических растений в незначительных количествах. Поэтому производство резины основано на примене­нии синтетических каучуков. Сырьем для производства синтетичес­кого каучука служит спирт, на смену которому приходит нефтехи­мическое сырье.

Резину получают из каучука путем вулканизации, т.е. в процессе химического взаимодействия каучука с вулканизатором при высокой температуре. Вулканизатором чаще всего является сера. В процессе вулканизации сера соединяет нитевидные молекулы каучука и образу­ется пространственная сетчатая структура. В зависимости от количества серы получается различная частота сетки. При введении 1-5% серы образуется редкая сетка и резина получается мягкой. С увеличе­нием                                                                                                                                                                     содержания серы сетка становится все более частой, а резина более твердой. Приблизительно при 30% серы получается твердый материал, называемый эбонитом.

Кроме каучука и вулканизатора в состав резины входит ряд дру­гих веществ. Наполнители вводят в состав резины от 15 до 50% к массе каучука. Активные наполнители (сажа, оксид цинка и др.) слу­жат для повышения механических свойств реши. Неактивные напол­нители (мел, тальк и др.) снижают стоимость резиновых изделий. Пластификаторы (парафин, вазелин, стеариновая кислота, мазут, канифоль, и др.) предназначены для облегчения переработки резиновой смеси, повышения пластичности и морозостойкости резины. Противостарители служат для замедления процесса старения резины, при­водящего к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Красители слу­жат для придания резине нужного цвета. В резину также добавляются регенераты — продукты переработки старых резиновых изделий и отходы резинового производства. Они снижают стоимость резин.

Основное свойство резины — очень высокая эластичность. Рези­на способна к большим деформациям, которые почти полностью об­ратимы. Кроме того, резина характеризуется высоким сопротивлени­ем разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, неболь­шой плотностью, малой сжимаемостью, низкой теплопроводностью.

По назначению резины подразделяются на резины общего и спе­циального назначения. Из резин общего назначения изготовляются автомобильные шины, транспортерные ленты, ремни ременных пе­редач, изоляция кабелей, рукава и шланги, уплотнительные и амор­тизационные детали, обувь и др. Резины общего назначения могут использоваться в горячей воде, слабых растворах щелочей и кислот, а также на воздухе при температуре от -10 до +150°С.

Резины специального назначения подразделяются на теплостой­кие, которые могут работать при температуре до 250-350°С; моро­зостойкие, выдерживающие температуру до -70°С; маслобензостойкие, работающие в среде бензина, других топлив, масел и нефтепродуктов; светоозоностойкие, не разрушающиеся при работе и атмосферных условиях в течении нескольких лет, стойкие к дей­ствию сильных окислителей; электроизоляционные, применяемые для изоляции проводов и кабелей; электропроводящие, способные проводить электрический ток.

Обозначение неметаллических материалов:

Текстолит марки ПТК, толщиной 20 мм – Текстолит ПТК-20 ГОСТ 5-78

Литьевой сополимер полиамида – Сополимер полиамида литьевой АК-80/20 ГОСТ 19459-87

Фторопласт  - Фторопласт-4П ГОСТ 10007-80

Резиновые (тип 1) и резинотканевые (тип 11)

пластины  тип 1 толщиной 3 мм – Пластина 1Ф-1-ТМКЩ-С-3 ГОСТ 7338-90

                                                        -Пластина 1Ф-11-АМК-С-25 ГОСТ 7338-90

§17. Стекло

Полтораста лет назад стекло варили только в огнеупорных горшках. В них засыпали вру­чную шихту, состоящую из кварцевого песка, соды, мела, доломита и других материалов. Шихта при высокой температуре превраща­лась в прозрачную массу. Из жидкой стекло­массы стеклодувы выдували различные сосу­ды, бутылки, посуду, цилиндры, из которых затем получали листы стекла. Это был тяже­лейший труд. В 30-х гг. прошлого столе­тия в России появились первые ванные печи для промышленного производства стек­ла. Потребность в нем росла очень быстро. Один за другим возводились стеклоделатель­ные заводы. И на каждом — одна или несколь­ко ванных печей, выпускающих за сутки не­сколько тонн стекла.

Современные ванные печи — большие соору­жения. Длина печи для производства оконного стекла — несколько десятков метров. Шихту в печь загружают непрерывно по 10—15 т в час с помощью механических устройств. Печь вмещает более 2500 т стекломассы и дает в сут­ки 350 т стекла и больше.

Даже при высокой температуре стекломасса обладает очень большой вязкостью, в десятки тысяч раз большей, чем вода. Поэтому в ней надолго задерживаются пузырьки газов, выде­ляемых содой, мелом и другими компонентами шихты. Кроме того, сотни тонн вязкой стекло­массы трудно перемешать и сделать одно­родной. Все эти процессы требуют много времени.

Чем больше ванная печь и чем выше темпера­тура варки стекла, тем производительнее ра­ботает печь. Повысить температуру варки стек­ла можно, если не только обогревать печь газом или жидким топливом, но и использовать еще и электротермический эффект в самой стекломассе. Ведь расплав стекла при высокой темпера­туре проводит электрический ток. Сейчас темпе­ратуру ванных печей повышают до 1580— 1600° С и широко применяют электрообогрев.

Каждый год мы выпускаем сотни миллионов квадратных метров оконного стекла. Мало того, из стекла научились делать прочные трубы, стекловолокно, стеклопластик, бронестекло пустотелые строительные блоки, сложную, тер­мостойкую лабораторную посуду. Стекло ус­пешно конкурирует с металлом. Это очень пер­спективный материал в самых различных от­раслях народного хозяйства.

Огромно значение Стекла и в нашем быту — это различная посуда, вазы, зеркала... Да раз­ве все перечислишь. Можно только сказать, что почти каждый из нас знакомится со стеклом еще с пеленок, с бутылочки, в которой дают наш первый «обед».

           Стекло — это не только раз­личная посуда, вазы, зеркала, но и прочные трубы, изоляторы, строительные блоки, витраж

Рис. 64. Изделия из стекла

§18. Керамика

Керамика — это и фарфор, и фаянс, и майоли­ка, и многие другие материалы и изделия из них. Что же такое керамика? Что же объеди­няет все эти материалы и изделия? В современ­ном понимании керамика — изделия и мате­риалы, получаемые спеканием до камневидного состояния природные глин и их смесей с мине­ральными добавками, а также оксидов и дру­гих неорганических соединений (слово «керамика» происходит от греческого «керамикос»— «глиняный», «гончарный»).

Пластичность глины была известна челове­ку еще на заре его существования. Обжиг, который придает глиняной массе твердость, водостойкость, жаропрочность, начал приме­няться человеком около 7 тыс. лет тому назад.

Широкому распространению керамики спо­собствовала относительная простота ее произ­водства: глины, которые имеются почти повсю­ду, обжигают на огне. Первоначально керамику использовали в основном для изготовления посуды и делали ее вручную. Около 6 тыс. лет назад в Шумере появился гончарный круг, что облегчило процесс формования посуды. Около 5 тыс. лет назад в Египте, Вавилонии и странах Ближнего Востока керамику научи­лись покрывать глазурью (тонкий слой специальных составов, которые при обжиге приобретают вид стекла и защищают керамику от размокания, делают изделия более кра­сочными). В это же время и там же научились делать кирпич.

В зависимости от требований к будущему изделию в состав глинистой массы вводят кварц, оксиды алюминия, титана и других металлов. Наибольшее распространение в керамической промышленности получил метод пластического формования. Заключается jh в следующем. Глину дробят и перемешива­ют с добавками (если в них есть необходи­мость), добавляют воду и «проминают» полу­ченную массу до получения однородного пластичного теста требуемой густоты. Затем либо формуют изделия на специальных прессах (см. Ковка, штамповка, прессование), либо раз­ливают тесто в гипсовые формы. Далее массу обрабатывают в вакууме для удаления из нее воздуха, что улучшает пластические свойства массы и качество получаемой керамики. После этого массу сушат и обжигают.

В процессе обжига из массы удаляется вода и происходит разложение глинистого вещества с образованием стекловидного расплава, кото­рый при остывании связывает частицы более тугоплавких составных частей в прочное камневидное тело. В зависимости от того, какие исходные материалы используются и какое изделие требуется получить, обжиг ведется при температуре от 900° С (например, для изготов­ления строительного кирпича) до 2000° С (при производстве огнеупорных изделий). Про­должительность обжига составляет от 2—3 ч для мелких изделий до нескольких суток для крупных.

«Обычная», не имеющая специального наз­вания керамика — это и обычный кирпич, и кирпич огнеупорный, и покрытые химически стойкими глазурями канализационные трубы, ' и плитка для полов, в том числе так называемая метлахская плитка, и электрические изоляторы, и многое другое. Свойства, исход­ный состав, режимы обжига «обычной» кера­мики очень разнообразны. Неглазурованная, пористая керамика, так называемая терра­кота, используется в основном для отделки зданий и изготовления художественных изде­лий; покрытая особыми прозрачными или непрозрачными (глухими) глазурями майо­лика используется для декоративной отделки.

Из других разновидностей керамики наибо­льшей известностью пользуется фарфор — изделия из керамики, имеющие непроницаемый для воды, белый, звонкий, просвечивающий в тонком слое черепок без пор.

Фарфор впервые появился в Китае в VI—VII вв.. Объясняется это скорее всего тем, что составной частью фарфора является као­лин — глинистый материал, впервые найден­ный в местности Китая Каолин.

В Европе долгое время не могли разгадать секрета фарфора. Только в конце XVI в. в Италии был получен «мягкий» фарфор (без каолина), и лишь в начале XVIII в. был создан твердый фарфор.

В России еще Петр I положил начало дли­тельным поискам секрета фарфора. Над загад­кой фарфора работал М.В.Ломоносов, но лишь в 1744 г. Д. И. Виноградову удалось определить состав фарфора и научно обосно­вать его технологию.

По составу и условиям обжига различают 2 вида фарфора: твердый и мягкий (отметим, что слова «мягкий» и «твердый» характеризуют не твердость фарфора — мягкий может быть тверже,— а температуру обжига). Наиболее ценен твердый. В его состав входят лишь глинистые вещества (беложгущиеся глины и каолин), кварц и полевой шпат и в виде исклю­чения оксид кальция. Обжигается он при тем­пературе до 1450° С. Мягкий фарфор более разнообразен по составу, а температура его обжига ниже— 1300° С. Технология подго­товки массы обычная для керамики, но для получения фарфора высокого качества массу перед формованием выдерживают в темном сыром помещении. Раньше эта выдержка дли­лась годами, внедрение вакуумной обработки массы позволило сократить этот срок до двух недель. Как и любая керамика, фарфор бывает глазурованный и неглазурованный (в этом случае его называют бисквитом).

Многие из нас любовались в музеях посудой и художественными изделиями из фарфора (см. рис.). Но кроме этого, фарфор, облада­ющий химической стойкостью, твердостью, хо­рошими диэлектрическими свойствами, исполь­зуется во многих областях науки и техники — в химии, электротехнике, электронике и др.

           

Рис. 65. Изделия из керамики

Близкий родственник фарфора — фаянс. Он отличается от фарфора в основном пористо­стью, из-за чего его выпускают лишь глазу­рованным. История возникновения фаянса относится к Древнему Египту. Фаянс исполь­зуется для изготовления столовой и чайной посуды, а в строительстве — для изготовления облицовочных плиток, умывальников и другого санитарно-технического оборудования.

Трудно найти область человеческой жизни и деятельности, где керамика не используется. В быту и ракетостроении, радиотехнике и ме­таллообработке, медицине, химии, физике,— наверное, всюду. Изделия из керамики укра­шают наш быт — приятно пить чай из легкой, почти прозрачной фарфоровой чашки, а кера­мические резцы успешно конкурируют и часто превосходят резцы, изготовленные из самых жаропрочных и твердых сплавов. Керамика позволяет укротить высокие температуры и не боится самых агрессивных химических веществ.

ГЛОССАРИЙ

1. Материаловедение — наука о связях между составом, строени­ем и свойствами материалов и закономерностях их изменений при внешних физико-химических воздействиях.
2. Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67% углерода.
3. Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором углеро­да содержится не более 2,14%.
4. Легированной называют сталь, содержащую специально введенные в нее с целью изменения строения и свойств легирующие элементы.
5. Конструкционные стали – стали, идущие на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений.
6. Теплостойкость — это способность сохранять высокую твердость и режущие свойства при длительном нагреве.
7. Быстрорежущие стали – стали, предназначенные для работы при высоких скоростях резания.
8. Металлокерамические твердые сплавы представляют собой спеченные порошковые материалы, основой которых служат карби­ды тугоплавких металлов, а связующим — кобальт.
9. Коррозией называет­ся разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействия.
10. Жаростойкими стали - стали, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности при высокой температуре (свыше 550°С).
11. Доменная печь, или, как ее часто называют, домна, предназначена для выплавки железа из железной руды.
12. Кислородный конвертор - стальной сосуд, отдаленно на­поминающий грущу, выложен внутри огнеупор­ным кирпичом.
13. Мартеновская печь - предназначена для выплавки стали из доменного чугуна.
14. Алюминий — металл серебристого цвета, характеризующийся низкой плотностью (2,7 г/см³), высокой пластичностью (8 = 40%), низкими прочностью (σв= 80МПа) и твердостью (НВ 25).
15. Медь — металл красно-розового цвета, плотностью 8,94 г/см³, температурой плавления — 1О83°С.
16. Латунями называют сплавы меди с цинком.
17. Бронзами называются сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом и другими элементами, среди которых цинк не является основным.
18. Магний — самый легкий металл, использу­емый в промышленности (плотность - 1,74 г/см³).
19. Титан — легкий (плотность 4,5 г/см³) и пластичный металл серебристо-белого цвета.
20. Баббиты — это легкоплавкие подшипниковые сплавы, применя­емые для вкладышей подшипников скольжения.
21. Пластическими массами (пластмассами) называются материалы, получаемые на ос­нове природных или синтетических полимеров.
22. Текстолит — это материал, полученный прессованием пакета кусков хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой.
23. Гетинакс представляет собой материал, полученный прессованием нескольких слоев бумаги, пропитанной смолой.
24. Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) получают прессованием листов стеклошпона, пропитанных смолой.
25. Волокнистые пластмассы представляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного смолой.
26. Порошковые пластмассы - в качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюло­за) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит).
27. Полиэтилен (-СН₂-СН,-)_n - продукт полимеризации бесцветно­го газа — этилена.
28. Полипропилен (-CH₂-CHC₆H5-)_n — продукт полимеризации газа пропилена. По свойствам и применению аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до 150°С) и менее морозостоек (до -10°С).
29. Поливинилхлорид (-СН₂-СНС1-)_n используется для производства винипласта и пластиката.
30. Винипласт представляет собой твердый листовой материал, полученный из поливинилхлорида без добавки пластификаторов.
31. Пластикат получают при добавлении в поливинилхлорид пластификаторов, повышающих его пластичность и морозостойкость.
32. Полистирол (-СН₂-СНС₆Н₅-)_n — твердый, жесткий, прозрачный полимер.
33. Органическое стекло — прозрачный термопластичный матери­ал на основе полиакриловой смолы.
34. Фторопласты имеют наибольшую термическую и химическую стой­кость из всех термопластичных полимеров.
35. Газонаполненные пластмассы представляют собой материалы на основе синтетических смол, содержащие газовые включения.
36. Поропласты это газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой.
37. Резина представляет собой искусственный материал, получае­мый в результате специальной обработки резиновой смеси, основ­ным компонентом которой является каучук.
38. Каучук — это полимер, отличительной особенностью которого является способность к очень большим обратимым деформациям при небольших нагрузках.
39. Древесина — это органический материал растительного проис­хождения, представляющий собой сложную ткань древесных расте­ний.
40. Древесный шпон — это широкая ровная стружка древесины, получаемая путем лущения.
41. Древесноволокнистые плиты изготовляют путем прес­сования древесных волокон при высокой температуре, иногда с до­бавлением связующих веществ.
42. Модифицированная древесина представляет собой материал, полученный при обработке древесины каким-либо химическим веществам (смолой, аммиаком и др.) с целью повыше­ния механических свойств и придания водостойкости.
43. Древесност­ружечные плиты изготовляют прессованием древесной стружки со связующим.
44. Прессованная дре­весина — это материал, получаемый при горячем прессовании брус­ков, досок и других заготовок поперек волокон под давлением до 30 МПа.
45. Текстурой называется естественный рисунок на об­работанной поверхности древесины, который получается вследст­вие перерезания ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лу­чей.
46. Теплопроводность — теплообмен, при котором перенос энергии в форме теплоты в неравномерно нагретой среде имеет атомно-молекулярный. характер (не связан с макроскопическим движением среды).
47. Усушка - уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании.
48. Разбуханием древесины называют увеличение ее размеров и объема при увлажнении.
49. Коробление - изменение заданной формы пиломатериалами и за­готовками при сушке, а также выпиловке и хранении.
50. Деформация - изменение формы и размеров тел под действием внешних сил.
51. Твердостью древесины называют ее способность сопротивляться проникновению другого твердого тела.
52. Упругостью древесины называют ее способность принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия силы.
53. Прочностью древесины называется ее способность сопротивляться разрушению от механических усилий.
54. Керамика — это и фарфор, и фаянс, и майоли­ка, и многие другие материалы и изделия из них.

ИТОГОВЫЙ ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ

Тесты закрытого типа

Задание: Запишите на индивидуальном бланке  правильный ответ (а,б или в) напротив соответствующего вопроса.

Варианты: 1 и 2.

Количество вопросов: 130

Время ответа: 90 минут.

Критерии оценки:

90-100% правильных ответов – «5»

80-89%                                          - «4»

70-79%                                          -«3»

Менее 69%                                   -«2»

Индивидуальный бланк ответа на тест

Дисциплина: Материаловедение

Курс (класс): _____ , форма обучения: ---очная

ФИО учащегося _____________________________

Дата тестирования: «____»___________200__г.

Поставь знак «Х» или «*» в колонку правильного ответа 

	А	Б	В
1
2
3
...
…
129
130
Итого

ИТОГИ

Всего вопросов: 130

Всего правильных ответов:_____, неправильных:______

% качества: _______%

Оценка: ____________

Преподаватель:._______

ВАРИАНТ № 1. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Самый, самый!!!

		А	Б	В
1	Самая низкая tº плавления (=-38,8º)	Ртуть	Свинец	Осмий
2	Самый «плотный»  металл (ρ=22,6 г/куб.см)	Вольфрам	Свинец	Осмий
3	Самый «легкий» металл (ρ=0,53 г/куб.см)	Литий	Алюминий	Пенопласт
4	Самая высокая tº плавления (=3410º)	Тантал	Титан	Вольфрам
5	Лучший проводник электрич. тока	Медь	Серебро	Алюминий
6	Самый коррозионно-стойкий металл	Нержавеющая сталь	Иридий	Золото
7	Самый пластичный металл (из 1 г можно вытянуть нить в 2,4 км)	Золото	Серебро	Медь
8	Этот металл на некоторых древних языках  именовался «небесным» камнем	Золото	Медь	Железо
9	Стойкий, твердый, пластичный металл получил свое название  по имени детей неба и земли, боровшихся с Зевсом	Титан	Ванадий	Никель
10	Самый «легкий» из семейства пластмасс	Полиэтилен	Оргстекло	Пенопласт
11	Правильная триада веков	Бронзовый  железный каменный век	Каменный бронзовый железный век	Каменный железный бронзовый век
12	Термин «каучук» берет начало от индейских слов, «кау» -«дерево», что означает «учу»?	Плакать	Резина	Гудьир

Основы материаловедения

		А		Б	В
13	Баббит относят к…	Цветным металлам и сплавам		Черным металлам и сплавам	Антифрик-ционным сплавам
14	Обозначить физические свойства металлов	Цвет, блеск, плотность и др.		Ковкость, сваривае-мость и др.	Прочность, хрупкость, твердость…
15	К какой группе свойств относят жидкотекучесть?	Технологи-ческие		Химические	Механические
16	Способность материала принимать форму под нагрузкой и сохранять ее	Прочность		Пластичность	Вязкость
17	Какими свойствами должна обладать  сталь для  изготовления пружины?	Твердость		Упругость	Пластичность
18	Какое строение имеют  металлы?	Аморфное		Кристалличе-ское	Аллотропиче-ское
19	Физическое свойство, характерное только  древесине	Влажность		Цвет	Плотность
20	Вид определения твердости материалов	Определение твердости по Бринеллю		Определение твердости по Роквеллу	Определение твердости по Виккерсу
21	Обозначение числа твердости по Роквеллу	НВ		НR	НV
22	Вид кристаллической решетки металлов	Гранецентри-рованный куб		Гексагональ-ная ячейка	Объемно-центрирован-ный куб
23	Название кристаллической решетки с 14 атомами	Гранецентри-рованный куб		Гексагональ-ная ячейка	Объемно-центрирован-ный куб
24	Несовершенство кристаллического строения	Дефект		Нарушение	Ячейка
25	Вид дефекта кристаллической решетки металлов	Вакансия		Межузельный атом	Краевая дислокация
26	Переход металла из жидкого состояния в твердое	Аллотропия		Модификация	Кристаллиза-ция
27	Свойство менять кристаллическую решетку при изменении температуры tº	Аллотропия		Модификация	Кристаллиза-ция
28	Укажите значение  относительного удлинения при   растяжении	σв= Fк / S		δ=(lк – lо)/ lо	σс= Fс / S
29	Изучение структуры  металлов с использованием микроскопа	Микроанализ		Макроанализ	Рентгеновский анализ
30	Механическое напряжение, отвечающее мах нагрузке, которую выдерживает образец при растяжении	Предел прочности		Предел текучести	Относительное сужение
31	Разрушение металлов под действием внешней среды	Коррозия		Аллотропия	Деформация
32	Соединение двух или несколько элементов		Сплав	Компонент		Металл
33	Элемент, входящий в сплав		Металл	Компонент		Неметалл

Чугуны

		А	Б	В
34	Где производят чугун?	Мартеновских печах	Доменных печах	Кислородных конверторах
35	Исходный материал для производства чугуна	Железные руды	Известняки	Стали
36	Служат для ошлакования	Известняки	Уголь	Железные руды
37	Продукты доменного производства	Чугуны, шлаки, доменный газ	Стали, шлаки, доменный газ	Твердые сплавы, шлаки
38	Назначение литейных чугунов	Для чугунных отливок	Для производства стали	Для производства разных чугунов
39	В чугуне СЧ 12-28 что означает первое число 12 ?	σв = Fк / S	δ =(lк – lо)/ lо	σс= Fс / S
40	Составь марку ковкого чугуна, где относительное удлинение (δ) 5%,, предел прочности при растяжении (σв) 450 МПа?	КЧ 45-5	КЧ 5 - 45	КЧ 450-5
41	Что означает второе число в марке высокопрочного чугуна ВЧ?	Относительное удлинение	Предел прочности при растяжении	Предел прочности при изгибе
42	Какой из высокопрочных чугунов пластичнее: ВЧ 42-12 или ВЧ 45-10	ВЧ 42-12	ВЧ 45-10	Пластичность одинакова
43	Какой чугун прочнее?	ВЧ 35	ВЧ 40	ВЧ 60

Углеродистые стали

		А	Б	В
44	Название сплава железа (Fе) с углеродом (С=0-2,14%)	Сталь	Чугун	Железо
45	Где производится сталь?	Доменных печах	Электропечах	Гидролизных ваннах
46	В чем состоит сущность производства стали из чугуна?	Уменьшении углерода	Увеличении углерода	Изменении свойств
47	Название стали с основным компонентом – углеродом (С)?	Углеродистые	Легированные	Инструмен-тальные
48	Стали, идущие на изготовление иструментов	Конструкцион-ные	Инструмента-льные	С особыми свойствами
49	Расшифровать: БСт3	Углеродистая конструкцион- ная  обыкнове-нного качества группа Б, 3 –0,3% углерода	Углеродистая конструкцион- ная  качествен-ная, группа Б, 3 –порядковый номер	Углеродистая конструкцион- ная  обыкнове-нного качества группа Б, 3 –порядковый номер
50	Найти марку стали: углеродистая конструкцион- ная  качествен-ная, 0,60% углерода	Сталь 6,0	Сталь 60	Ст60
51	Какие доли углерода в марке У12?	В сотых	В десятых	В нормальных
52	Расшифровать марку стали: У11А	Углеродистая инструментальная сталь высококачественная с 1,1% углерода	Легированная инструментальная сталь высококачественная с 1,1% углерода	Углеродистая инструментальная сталь качественная с 1,1% углерода
53	Какая сталь содержит больше углерода?	Сталь 60	У8А	40ХГ2
54	Назовите марку стали: Углеродистая инструментальная сталь качественная с 0,9% углерода (С)?	У9А	У9	У0,9
55	Укажите марку стали : Углеродистая конструкцион- ная  обыкнове-нного качества группа В,  где 4 –порядковый номер	ВСт4	Ст4	Сталь 4
56	Укажите марку стали, идущей для изготовления молотков	У7А	У17А	Ст7
57	Какая сталь тверже?	У7	У10	У13
58	Укажите марку стали для изготовления болтов, винтов	Ст3	У3	Сталь3

Легированные стали

		А	Б	В
59	Сталь, в состав которых введены дополнительные элементы для изменения ее свойств	Углеродистые	Легированные	С особыми свойствами
60	Какой химический элемент в марке легированной стали  обозначается буквой «Г»?	Марганец	Магний	Вольфрам
61	Что означает число 12 в марке стали 12Х18?	0,12%С	1,2%С	0,12%Fе
62	Найти марку стали  с 1% углерода (С).	ХГ2	10Н2Т3А	1ХГ2
63	Укажите марку легированной конструкционной качественной стали с 0,17% углерода (С), 1% марганца (Мn), 1% кремния (Si).	17ГС	17Г1С1	1,7ГС
64	Найти марку стали: 38ХН3	Легированная конструкционная качественная сталь с 0,38%С, 1%Сr, 3% Ni	Легированная конструкцио-нная качественная сталь с  3,8%С, 1%Сr, 3% Ni	Легирова-нная конструк-ционная качестве-нная сталь с 0,38%С, 1%Сr, 0,3% Ni
65	Указать марку шарикоподшип-никовой стали?	ШХ15СГ	Х15СГШ	Ш15
66	Значение числа 110 в износостойкой стали 110Г13	1,1%С	0,11%С	11%С
67	Найти марку: 1%Сr+2%Мn+ 0,18%С	1,8ХГ2	ХГ2-18	18ХГ2
68	В марке ШХ6 цифра 6 означает	6% хрома	0,6% хрома	6% углеро-да
69	Где марка быстрорежущей стали?	Б16	Р18	БрОФ
70	Значение числа 18 в марке стали Р18?	18% углерода	18%вольф-рама	18% железа
71	Марка стали для режущих инструментов	Х12Ф1	Р6М5	Т15К6
72	Что за сталь Х20Н80?	Нихромовая сталь	Хромаль	Фехраль
73	Стали устойчивые к коррозии	12Х18Н10	А12	Э11
74	Вид стального проката	Швеллер	Двутавр	Тавр
75	Вид обработки стали	Волочение	Прокатка	Прессование
76	Вид обработки стали	Прокатка	Ковка	Волочение
77	Какая сталь тверже?	15Х	30ХГС	08
78	Материал шариков и колец шарикоподшипника	18ХГ2Ш	ШХ15	Ш15Х

Цветные металлы и сплавы

		А	Б	В
79	Назовите температуру плавления алюминия	1083º	3370º	660º
80	Как классифицируются сплавы алюминия в зависимости по способу производства из них изделий	литейные и деформируемые	упрочняемые и неупрочня-емые термо-обработкой	литейные и высокопрочные
81	Как классифицируются деформируемые сплавы алюминия	литейные и высокопро-чные	упрочняемые и неупрочня-емые термообра-боткой	силумины и дюралюмины
82	Какие сплавы алюминия относятся к деформируемым неупрочняемым термообработкой	АМг, АМц	Д16, АК-6, В95	АЛ4, АЛ9
83	Какие сплавы алюминия относятся к деформируемым упрочняемым термообработкой	АМг, АМц	Д16, АК-6, В95	АЛ4, АЛ9
84	Марки  дюралюминов	Д1, Д16	ДМ12, ДМц12	В95, В96
85	Исходные материалы для производства меди	Алюминиевых	халькопирит, халькозин	красный железняк, бурый железняк
86	К группе каких сплавов относятся латуни и бронзы?	алюминиевых	медных	железных
87	Сплав меди с цинком?	Баббит	Бронза	Латунь
88	Расшифруйте марку ЛЦ32 (новый ГОСТ)?	латунь простая, 68% латуни, 32% меди	латунь простая, 68% цинка, 32% меди	латунь простая, 68% меди, 32% цинка
89	Найдите марку «Латунь специальная, содержит 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, 2% марганца, остальное – цинк	ЛАЖМц 23-6-3-2	ЛАЖМц 66-6-3-2	ЛАЖМц 66-3-6-2
90	От какого элемента главным образом зависят  свойства латуни?	цинка	меди	алюминия
91	Расшифруйте марку БрО4Ц4С3 (новый ГОСТ).	бронза оловянно- цинко- свинцовая, 4% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное - бронза	баббит, 4% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное - медь	бронза оловянно-  цинко- свинцовая, 4% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное – медь
92	Найдите по описанию марку (по старому ГОСТ) «Бронза, 82% меди, 10% алюминия, 4% железа, 4% никеля»	БрАЖН 82-10-4-4	БрАЖН 10-4-4	БАЖН 10-4-4
93	Назовите материалы, представля-ющие собой  твердый раствор  карбидов вольфрама, титана, тантала в металлическом кобальте	Металлоке-рамические твердые сплавы	Минерало-керамические твердые сплавы	Антифрик- ционные (подшипниковые) сплавы
94	Двухкарбидный твердый сплав титановольфрамовой группы, где 10% кобальта, 85% карбида вольфрама и 5% карбида титана	Т5К10	Т5В85К10	В85К10
95	Марка однокарбидного сплава ВК6	твердый минерало-керамический сплав, вольфрамовая группа, 6% кобаьта, остальное – карбид вольфрама	твердый металло-керамический сплав, титано-вольфрамовая группа, 94% карбида вольфрама, 6% кобальта	твердый металло- керамический сплав, вольфрамовая группа, 94% карбида вольфрама, 6% кобальта
96	Область применения твердых металлокерамических сплавов	изготовление вкладышей подшипников скольжения	изготовление пластин к режущим инструментам, буров, кромок фильеров и др.	изготовление хирургического инструмента, гидравлических прессов и др.
97	Область применения сплава Б83	изготовление вкладышей подшипников скольжения	изготовление пластин к режущим инструментам, буров, кромок фильеров и др.	изготовление хирургического инструмента, гидравлических прессов и др.

Пластмассы и резиновые материалы

		А	Б	В
98	Основу пластических масс сотавляют…	Природные и синтетические смолы	Наполни-тели	Пластифи-каторы
99	Предназначены для повышения прочности и придания спец. свойств пластмасс	Пластифика- торы	Наполни-тели	Стабили- заторы
100	Служат для повышения пластичности пласт-масс	Пластифика-торы	Наполни-тели	Отверди- тели
101	При неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают	Термо-реактивные пластмассы	Термо Пласти-чные	Термо стабиль-ные
102	Текстолит относится к группе..	Волокнистых	Слоистых	Порошко-вых
103	Полиэтилен по поведению при нагреве  относится к	Термо-реактивным	Термо Пласти-чным	Термо стаби-льным
104	Наполнителем в гетинаксе служит…	Х/б ткань	Волокно	Бумага
105	Пластмассами без наполнителя являются	Стеклово-локно	Пено-пласт	Поли-этилен
106	Основным компоне-нтом резиновой смеси является	Каучук	Сера	Сажа, оксид цинка
107	Вулканизатором резиновой смеси служит	Каучук	Сера	Наполни-тели

Древесные материалы

		А	Б	В
108	Свойство вдоль и поперек волокон различны	Анизотропность	Изотроп-ность	Аллотропия
109	Рисунок на разрезах древесины при перерезании ее волокон	Текстура	Рисунок	Разрез
110	Степень насыщения древесины влагой	Плотность	Влажность	Влагопро-водность
111	Древесины с малой плотностью	Березы	Осины	Белой акации
112	Скорость высыхания древесины	Влажность	Влагопро-водность	Водопогло-щение
113	Уменьшение размеров и объема при высыхании	Усушка	Разбухание	Коробление
114	«Мягкие» породы древесины	Береза, дуб	Груша, белая акация	Сосна, липа
115	Для рукояток ударных инструментов важна?	Вязкость	Влажность	Текстура
116	разрез 2	Радиальный	Тангенсаль-ный	Поперечный
117	Ствол поваленного дерева без корней и сучьев	Бревно	Хлыст	Кряж
118	Элемент 3 доски	Пласть	Торец	Ребро
119	Вид материала на основе древесины	Шпон	Фанера	Столярная плита
120	Процесс получения шпона, показанный на рисунке.	Лущение	Строгание	Пиление
121	Процесс получения шпона, показанный на рисунке.	Лущение	Строгание	Пиление
122	Материал из смеси стружек со смолой, полученный прессованием при t	ДВП	ДСП	Фанера
123	Тонкие листы древесины для получения  фанеры	Фанера	Шпон	Плита столярная
124	Материал из трех реек, оклеенных со сторон шпоном	Фанера	Столярная плита	Лигностон
125	Пиломатериал с шириной и толщиной менее 10 см	Доска	Брус	Брусок
126	Вид пиломатериала	Брус трехкантный	Брус однокант-ный	Брусок
127	Вид пиломатериала	Доска обрезная	Горбыль	Доска необрезная
128	Вид пиломатериала	Доска обрезная с острым обзолом	Доска обрезная с тупым обзолом	Доска необрезная
129	Вид пиломатериала	Доска обрезная с острым обзолом	Доска обрезная с тупым обзолом	Доска необрезная
130	Вид пиломатериала	Доска необрезная	Горбыль	Доска необрезная с тупым обзолом

ЛИТЕРАТУРА

Использованная  литература

1.Пейсахов А.М. Материаловедение: конспект лекций/А.М. Пейсахов. –СПб: Изд-во Михайлова А.В., 2000. -73 с.

2.Титов С.В. Альбом иллюстраций: материаловедение/С.В. Титов. –Мензелинск, 2005. – 24 с.

3.Энциклопедический словарь юного техника/ Сост. Б.В Зубков, С.В. Чумаков. –М., 1987.

4.Юдицкий Ю.А. Ребусы в подготовке школьников к труду/ Ю.А. Юдицкий//Школа и производство. –2002. -№1. –с.71-75.

5.Юдицкий Ю.А. Технические загадки на уроках технологии/ Ю.А. Юдицкий//Школа и производство. –2002. -№3. –с.19-21.

Рекомендуемая литература

1.Геллер Ю. А. Материаловедение/ Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт.—М.: Метал­лургия, 1983.

2.Горбунов Б. И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки/Б.И. Горбунов. — М.: Машиностроение, 1981.

3.Гуляев А. П. Металловедение/А.П. Гуляев .—М.: Металлургия, 1986.

4.Геллер Ю.А. Материаловедение/ Ю.А. Геллер. –М., 1983.

 5.Дриц М. Е.Технология  конструкционных материалов и материаловедение/М.Е. Дриц, М.А. Москалев. –М., 1990.

6.Ефименко Г. Г.Металлургия чугуна/Г.Г. Ефименко. — Киев: Вища школа, 1981.

7.Жадан В. Т.. Гринберг Б. Г., Никонов В. Я. Технология металлов и других конструкционных материалов/Под ред. П. И. Полухина — М.: Высшая школа, 1970.

8.Жуков А.П. Основы металловедения и теории коррозии/ А.П. Жуков, А.И. Малахов. –М., 1991.

9.Кузьмин Б.А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы/Б.А. Кузьмин. –М., 1977.

10.Кнорозов Б.В. Технология металлов/Б.В. Кнорозин. –М., 1978.

11.Колачев Б. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов/Б. Колачев.—М.: Металлургия, 1981.

12.Кудрин В. А. Металлургия стали/В.А. Кудрин.—М.: Металлургия, 1981.

13.Казаков  Н.С. Технология металлов и других конструкционных материалов/Н.С. Казаков. –М., 1975.

14.Лахтин Ю.М. Материаловедение/Ю.М. Лахтин. –М., 1980.

15.Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка метал­лов/Ю.М. Лахтин. — М.: Металлургия, 1985.

16.Никифоров В.М. Технология металлов и другие конструкционные материалы/В.М. Никифоров. –М.. 1975.

ОЧЕНЬ УДОБНАЯ ШПАРГАЛКА

ШПАРГАЛКА –МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ

И ИХ СПЛАВЫ (СТАЛИ И ЧУГУНЫ)

Чугун =железо + углерод (2,14-6,67%) из железных руд, в доменных печах

Марка чугуна	Расшифровка	1 число	2 число
СЧ 12-28	Серый чугун	Предел прочности при растяжении (12= 12х10= 120МПа	Предел прочности при изгибе
КЧ 35-10	Ковкий чугун	Предел прочности при растяжении (35= 35х10= 350МПа	Относите-льное удлинение % (10%)
ВЧ 42-12	Высоко-прочный чугун	Предел прочности при растяжении (12= 12х10= 120МПа	Относите-льное удлинение % (12%)

Сталь =железо + углерод (0-2,14%) из передельных чугунов, стального лома; в мартеновских, электропечах, кислородных конвертерах и т.д. Суть – уменьшить лишний углерод из чугуна, соединяя его с кислородом (н-р, кислорода)

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

Углеродистая конструкционная сталь (по качеству)
Обыкновенного качества	Качественная
Ст0-Ст6 – группа А, поставляется по механическим свойствам БСт0-Бст6 – группа Б, поставляется с учетом химического состава ВСт1-ВСт5 –группа В, поставляется с учетом механических свойств и химического состава !!! Цифры (0-6) означают порядковый № марки, хим. Состав можно узнать п таблицам	Сталь 45 Сталь 45Г !!!Цифра означает %ое содержание углерода в сотых долях % Сталь 45= 45:100%=0,45% Г – наличие марганца (примерно 1%)

Углеродистая инструментальная  сталь (по качеству)
Качественная	Высококачественная
У7-У13 У-углеродистая (инструментальная) !!!Цифры (7-13) означает содержание углерода в десятых долях % У7 (7:10= 0,7% углерода)	У7А-У13А У-углеродистая (инструментальная) !!!Цифры (7-13) означает содержание углерода в десятых долях % У7А (7:10= 0,7% углерода) А - высококачественная

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

(по назначению)

Конструк-ционные	Инструменталь-ные	С особыми свойствами
48ХН3МГА 48- углерод в сотых долях% (0,48%) Х-хром (1%) Н3 – никель 3% М-молибден (1%) Г-марганец (1%) А-высокое качество ШХ9 Шарикоподшипни-ковая сталь  (Ш) Х – хром 9=0,9% хрома А20 –автоматная сталь	9ХГ 9-углерод в десятых долях% Х- хром 1% Г-марганец 1% ХГ Углерода примерно 1% Х- хром 1% Г-марганец 1% Р18 Быстрорежущая сталь (Р) 18-% вольфрама	40Х13, 20Х20Н12 –нержавеющая Э12 –электро-техническая И др.

АЛЮМИНИЙ (А99 и др.) И ЕГО СПЛАВЫ

(по назначению)

Литейные	Деформируемые
	Не упрочняемые термообра-боткой	Упрочняемые термообра-боткой
АЛ2 и др - силумины	АМг–магналий= алюмиий +магний АМц=алюминий+ марганец	Д1, Д16-дюралю-миний ВК96- АК10-

МЕДЬ (М и др.) и ЕЕ СПЛАВЫ

Латунь	=медь+цинк	Бронза	=медь+другие, где цинк – не основной
Марки по старому ГОСТ	Марки по новому ГОСТ	Марки по старому ГОСТ	Марки по новому ГОСТ
Л68 Л-латунь простая 68=68% медь, остаток (32%)-цинк	ЛЦ32 Л-латунь простая Ц32=32% цинка Остаток (68%)- медь	БрОЦС 4-3-2 Бр-бронза О4=олова 4% Ц3=цинка 3% С2=свинца 2% Остаток – медь (91%)	БрО4Ц3С2 Состав тот же самый
ЛС72-3 Латунь составная 72=72% меди С3=3% свинца Остаток- цинк (25%)	ЛЦ25С3 Латунь составная Ц25=25% цинка С№=3% свинца Остаток – медь (72%)

ТВЕРДЫЕ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ =

сплавы  карбидов вольфрама (В), титана (Т), тантала (Та) со связующим кобальтом (К)=

для  пластин режущих инструментов, фильер для волочения, армирования штампов и др.

Вольфрамовая группа	Титано-вольфрамовая группа	Титано-тантало-вольфрамо-вая группа
ВК6 Твердый металоокерамиче-ский твердый сплав  вольфрамовой группы, где К6 =6% кобальта, остаток  (94%) – карбид вольфрама	Т15К6 Т15=15% карбида титана К6=6% кобальта Остаток (79%)= карбид вольфрама	ТТ7К10 ТТ7=7% карбидов титана и тантала К10=10% кобальта Остаток = карбид вольфрама

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ (ПОДШИПНИКОВЫЕ) –

ДЛЯ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Б16 - БАББИТЫ