Рассмотрены неметаллические материалы: полимеры, керамики и композиционные материалы с волокнистым упрочнителем. <...> Различают 4 типа межатомных связей: 1) связь Ван-дер-Ваальса; 2) ионную связь; 3) ковалентную связь; 4) металлическую связь. <...> Ковалентная связь Ковалентной называется такая межатомная связь, при которой происходит обобществление электронов незаполненных электронных оболочек разных атомов с образованием стабильных электронных конфигураций типа инертных газов. <...> Кристаллические вещества при нагреве переходят из твердого состояния в жидкое при строго определенной температуре, так же как и при охлаждении – из жидкого состояния в твердое (рис. <...> Микроструктура готового изделия состоит из кристаллов тугоплавких компонентов, окруженных стеклообразной матрицей. <...> Композиционные материалы Композиционными называют материалы, представляющие собой композицию (в большинстве случаев искусственно получаемую) из двух и более разнородных материалов с резко отличающимися свойствами. <...> КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ Как уже было сказано в гл. <...> 2, наиболее широко применяемые в технике материалы имеют кристаллическое строение. <...> Это и определяет форму, твердое состояние и основные свойства кристаллического вещества. <...> Кристаллическое строение в плоскости можно представить как расположение атомов (ионов), показанное на рис. <...> Дефекты кристаллического строения и их влияние на свойства материала В реальном строении технических материалов имеется целый ряд дефектов, которые значительно влияют на многие их свойства. <...> Эти дефекты кристаллического строения можно разделить на 4 группы, в зависимости от геометрических размеров: 1. <...> Точечные дефекты кристаллического строения К точечным дефектам относятся прежде всего несовершенства, называемые вакансиями (рис. <...> Векторы Бюргерса деформации, и в сильно деформированном металле плотность дислокаций может достигать значений 1012 см-2. <...> Поверхностные дефекты <...>
Материаловедение.pdf
УДК 620.22(075.8)
ББК 30.3-3я73
Е30
Егоров Ю.П.
Е30
Материаловедение: учебное пособие / Ю.П. Егоров, Ю.М. Лозинский,
И.А. Хворова; Томский политехнический университет. – 2-е
изд., испр. и доп. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2013. – 199 с.
В пособии изложены вопросы формирования структуры и свойств материалов,
используемых в машиностроении. Большое внимание уделено фундаментальным
основам прочности металлических материалов. Рассмотрены неметаллические материалы:
полимеры, керамики и композиционные материалы с волокнистым упрочнителем.
Предназначено
для студентов, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение».
УДК
620.22(075.8)
ББК 30.3-3я7
Рецензенты
Председатель НМС по материаловедению и технологии
конструкционных материалов при Минобрнауки РФ,
заведующий кафедрой технологии
конструкционных материалов МАИ (ГТУ), профессор
Г.П. Фетисов
Доктор физико-математических наук
заведующий лабораторией ФНБ ИФПМ СО РАН профессор
Ю.П. Шаркеев
© Томский политехнический
университет, 1999
© Егоров Ю.П., гл. 2, 4, 5, 7, 15, 1999
© Лозинский Ю.М., гл. 1, 3, 6,
10–12, 16, 1999
© Хворова И.А., гл. 8, 9, 13, 14, 1999
© Егоров Ю.П., Хворова И.А.,
иллюстрации, 1999
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2013
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................ 2
1. МЕЖАТОМНЫЕ СВЯЗИ В МАТЕРИАЛАХ ......................................................... 4
1.1. Связь Ван-дер-Ваальса ................................................................................. 4
1.2. Ионная связь .................................................................................................. 5
1.3. Ковалентная связь ......................................................................................... 6
1.4. Металлическая связь ..................................................................................... 7
2. КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ..................................................................... 9
2.1. Кристаллы ...................................................................................................... 9
2.2. Стекла ........................................................................................................... 10
2.3. Керамики ...................................................................................................... 10
2.4. Полимеры ..................................................................................................... 11
2.5. Композиционные материалы ..................................................................... 11
3. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ....................................... 13
3.1. Кристаллические решетки металлов ......................................................... 13
3.2. Дефекты кристаллического строения и их влияние
на свойства материала ....................................................................................... 16
4. ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ В МЕТАЛЛАХ ........................................... 23
4.1. Упругая деформация .................................................................................. 24
4.2. Пластическая деформация ......................................................................... 25
4.3. Разрушение .................................................................................................. 26
4.4. Способы упрочнения металлов ................................................................. 28
5. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДЕФОРМИРОВАННОГО
МЕТАЛЛА ....................................................................................................................... 32
5.1. Пластическая деформация поликристаллических металлов .................. 32
5.2. Влияние пластической деформации на свойства металлов .................... 33
5.3. Влияние нагрева на структуру и свойства
деформированного металла .............................................................................. 34
5.3.1. Возврат .................................................................................................. 34
5.3.2. Рекристаллизация ................................................................................ 36
5.4. Холодная и горячая деформация металлов .............................................. 39
6. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ............................ 41
7. СПЛАВЫ ...................................................................................................................... 47
7.1. Строение сплавов ........................................................................................ 47
7.1.1. Механические смеси компонентов .................................................... 48
7.1.2. Твердые растворы компонентов ........................................................ 49
7.1.3. Химические соединения компонентов .............................................. 52
7.2. Диаграммы состояния сплавов .................................................................. 53
7.3. Диаграмма с полной нерастворимостью компонентов в твердом
состоянии (с образованием механических смесей компонентов) ................. 55
7.3.1. Превращения в сплаве эвтектического состава ................................ 56
196
Стр.196
7.3.2. Превращения в доэвтектическом сплаве .......................................... 56
7.3.3. Превращения в заэвтектическом сплаве ........................................... 58
7.4. Диаграмма с неограниченной растворимостью компонентов
в твердом состоянии .......................................................................................... 60
7.5. Диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов
в твердом состоянии .......................................................................................... 62
7.6. Диаграмма состояния для сплавов с устойчивым химическим
соединением компонентов ................................................................................ 69
7.7. Диаграмма состояния для сплавов с полиморфным
превращением компонентов ............................................................................. 70
7.8. Закономерности изменения свойств сплавов в зависимости
от вида диаграммы состояния (правила Н.С. Курнакова) ............................ 71
8. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ ....... 73
8.1. Компоненты и фазы .................................................................................... 73
8.2. Превращения в сплавах системы Fe–Fe3C ............................................... 75
8.3. Структура сплавов Fe–Fe3C ....................................................................... 78
8.4. Примеры анализа превращений в сплавах Fe–Fe3C ................................ 81
8.5. Диаграмма состояния железо-графит ....................................................... 84
8.6. Влияние легирующих элементов на превращения
в сплавах железо-углерод .................................................................................. 86
8.7. Чугуны ......................................................................................................... 88
8.7.1. Белые чугуны ....................................................................................... 88
8.7.2. Серые чугуны ....................................................................................... 89
8.7.3. Высокопрочные чугуны ...................................................................... 92
8.7.4. Ковкие чугуны ..................................................................................... 93
9. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ .............................................................. 97
9.1. Превращения в стали при нагреве ............................................................. 97
9.2. Зерно аустенита и свойства стали ............................................................. 99
9.3. Превращения аустенита при охлаждении .............................................. 100
9.3.1. Диффузионное (перлитное) превращение
переохлажденного аустенита ..................................................................... 101
9.3.2. Бездиффузионное (мартенситное) превращение
переохлажденного аустенита ..................................................................... 103
9.3.3. Промежуточное (бейнитное) превращение
переохлажденного аустенита ..................................................................... 107
9.3.4. Диаграмма изотермического превращения для дои
заэвтектоидных сталей ............................................................................. 107
9.4. Превращения при нагреве мартенсита ................................................... 108
9.5. Операции термической обработки стали ............................................... 109
9.5.1. Отжиг стали ........................................................................................ 109
9.5.2. Закалка стали ...................................................................................... 111
9.6. Отпуск стали .............................................................................................. 118
10. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ...................................................... 121
197
Стр.197
10.1. Цементация .............................................................................................. 121
10.2. Азотирование .......................................................................................... 123
10.3. Нитроцементация .................................................................................... 124
11. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ .................................................................................. 127
11.1. Влияние углерода на свойства стали .................................................... 127
11.2. Влияние металлургических примесей на свойства стали ................... 128
11.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей .......................... 130
11.3.1. Классификация сталей по качеству ............................................... 130
11.3.2. Классификация сталей по назначению .......................................... 132
12. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ................................................................................. 135
12.1. Классификация и обозначение легированных сталей ......................... 137
12.1.1. Конструкционные стали ................................................................. 137
12.1.2. Инструментальные стали ................................................................ 141
12.1.3 Стали с особыми свойствами .......................................................... 144
13. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ................................................................. 150
13.1. Алюминий и его сплавы ......................................................................... 150
13.2. Медь и ее сплавы .................................................................................... 156
13.2.1. Латуни ............................................................................................... 157
13.2.2. Бронзы .............................................................................................. 159
13.2. Титан и его сплавы ................................................................................. 161
14. ПЛАСТМАССЫ ..................................................................................................... 165
14.1. Классификация и строение пластмасс .................................................. 166
14.2. Механические свойства пластмасс ....................................................... 169
14.3. Примеры применения пластмасс........................................................... 170
15. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ............................................................ 174
15.1. Свойства и структура композиционных материалов .......................... 176
15.2. Виды армирующих материалов ............................................................. 179
15.3. Композиционные материалы с металлической матрицей .................. 181
15.4. Композиционные материалы с неметаллической матрицей .............. 183
15.5. Применение композиционных материалов .......................................... 185
16. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ..................................................................... 187
16.1. Свойства керамических материалов ..................................................... 187
16.2. Классификация и характеристика керамики ........................................ 189
ЛИТЕРАТУРА .............................................................................................................. 194
ОГЛАВЛЕНИЕ ............................................................................................................. 195
198
Стр.198