Презентация Машиностроительные материалы онлайн

Содержание слайда: МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СЕМИНАР № 1

Содержание слайда: Черные металлы Для них характерны: темно-серый цвет; большая плотность; высокая температура плавления; во многих случаях - полиморфизм. Наиболее типичный представитель этой группы металлов – железо.

Содержание слайда: ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ Железные металлы: Fe; Co; Ni; Mn… Тугоплавкие металлы: W; V; Cr… РЗМ: La; Ce; Nd… Урановые металлы – актиниды. Щелочноземельные металлы.

Содержание слайда: ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ Для них характерны: определенная окраска; высокая пластичность; малая твердость; относительно низкая температура плавления; отсутствие полиморфизма. Наиболее типичный представитель этой группы – медь.

Содержание слайда: ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ Легкие металлы: Be; Mg; Al. Благородные металлы: Ag; Au; металлы платиновой группы; полублагородная медь. Легкоплавкие металлы: Zn; Hg; Sn; Pb…

Содержание слайда: Реальное строение металлических кристаллов Строение металлов является поликристаллическим. Кристаллы неправильной формы в металле называют зернами. Ориентация кристаллической решетки в зерне случайна. При холодной обработке давлением возникает текстура – преимущественная ориентировка зерен.

Содержание слайда: Форма кристаллических образований Схема дендрита (древовидного кристалла) Д.К. Чернова.

Содержание слайда: Превращения в твердом состоянии: аллотропия Существование одного металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии.

Содержание слайда: Диаграмма состояния Диаграмма состояния показывает изменение состояния в зависимости от температуры и концентрации (давление постоянно для всех рассматриваемых случаев). Для построения диаграмм состояния пользуются результатами термического анализа: строят кривые охлаждения и по остановкам и перегибами на этих кривых, определяют температуры фазовых превращений. Линиями соединяют точки аналогичных превращений. Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре.

Содержание слайда: Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (1 рода)

Содержание слайда: Диаграмма железо – углерод. Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны. Стали содержат < 2,14% углерода; чугуны содержат > 2,14% углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение – цементит Fe3C. Устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент, а диаграмму при этом можно рассматривать по частям от железа до Fe3C (6,67%С). Это оправдано еще и тем, что на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода не более 5%.

Содержание слайда: Свойства и строение компонентов диаграммы железо - углерод Железо – Fe: Тпл =1539° С; в твердом состоянии может находиться в двух модификациях: α (δ – высокотемпературная модификация) - решетка о.ц.к. и γ –решетка г.ц.к.; при 768°С происходит магнитное превращение; с углеродом железо образует растворы внедрения; твердый раствор углерода в α-железе называют ферритом, а в γ-железе – аустенитом. Цементит – химическое соединение углерода с железом (карбид железа) Fe3C: Тпл = 1250°С; кристаллическая решетка крайне сложна; аллотропических превращений не испытывает; магнитные свойства теряет при 217°С; имеет практически нулевую пластичность; при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода (графита); твердый раствор металлов на базе решетки цементита называют легированным цементитом.

Содержание слайда: Обозначения, принятые для дальнейшего изложения. L – жидкость (жидкий раствор углерода в железе), существует выше линии ликвидус ABCD. Ц – цементит, соответствует линии DFKL. Ф – феррит – структурная составляющая, незначительный раствор углерода в α-железе, на диаграмме располагается левее линий GPQ и AHN. А – аустенит – структурная составляющая, твердый раствор углерода в γ-железе, область на диаграмме NJESG/

Содержание слайда: Процессы кристаллизации сплавов с содержанием углерода более 2,14%

Содержание слайда: Вторичная кристаллизация весьма малоуглеродистых сплавов

Содержание слайда: Вторичная кристаллизация сталей

Содержание слайда: Превращения при вторичной кристаллизации в высокоуглеродистых сплавах - чугунах

Содержание слайда: Классификация сталей По составу: углеродистые и легированные (никелевые, хромистые, хромоникелевые и т.д.). По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные. По структуре после охлаждения на воздухе: перлитные, мартенситные, аустенитные. И т. д. По назначению: конструкционные инструментальные, стали и сплавы с особыми свойствами.

Содержание слайда: Углеродистые стали Основной металлический материал промышленности – углеродистая сталь. Углерод вводится в простую углеродистую сталь специально. Технологические примеси: марганец, кремний. Постоянные примеси: сера, фосфор, кислород, азот, водород. Случайные примеси: хром, никель, медь и др..

Содержание слайда: Конструкционная углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения Химический состав:

Содержание слайда: Маркировка различных групп углеродистых сталей обыкновенного качества Группа А – с гарантируемыми механическими свойствами (сталь не подвергается горячей обработке у потребителя): маркируется буквами Ст и цифрами от1 до 7, являющимися порядковым номером. Например, Ст 3. Группа Б – с гарантируемым химическим составом (подвергается горячей обработке у потребителя): маркируется аналогично группе А, но с дополнительными буквами М, К, Б, что характеризует способ производства – мартеновский, конверторный, бессемеровский соответственно. Например, МСт3, БСт4, КСт5. Группа В – с гарантируемыми механическими свойствами и химическим составом (подвергается сварке у потребителя)маркируется аналогично группе А, но с добавлением буквы В. Например, ВСт5.

Содержание слайда: Маркировка углеродистых сталей обычного качества разных способов раскисления В зависимости от способа раскисления (с целью удаления кислорода) предлагаемые стали маркируют следующим образом: Кипящая сталь - раскисленная только марганцем, содержит в марке буквы кп. Например, МСт1кп. Кипящие стали имеют наиболее низкое качество. Спокойная сталь – раскисленная марганцем, кремнием и алюминием, содержит в марке буквы сп. Например, ВСт3сп. Спокойные стали имеют наиболее высокое качество. Полуспокойная сталь – раскисленная марганцем и алюминием, содержит в марке буквы пс. Например, МСт4пс. Промежуточный вариант качества между кипящей и спокойной сталью.

Содержание слайда: Влияние углерода на свойства сталей

Содержание слайда: Влияние постоянных примесей на свойства стали Марганец – вводится в любую сталь для ракскисления, поэтому его влияние на сталь различного состава остается примерно одинаковым; оказывает положительное воздействие на свойства стали (прежде всего повышает прочность). Кремний – вводится в сталь для раскисления, структурно не обнаруживается. Фосфор – попадает в сталь из руды, топлива и флюсов; вызывает хладноломкость стали (склонность к хрупкому разрушению при понижении температуры); облегчает обрабатываемость стали резанием (в автоматных сталях содержание фосфора до 0,15%). Сера – попадает в сталь из руды и печных газов; вызывает явление красноломкости стали (охрупчивание стали при температуре красного каления ≈ 800°С); облегчает обрабатываемость стали резанием (в автоматных сталях содержание серы до 0,3%). Газы – содержание в стали зависит от способа производства; при большом количестве водорода могут образоваться опасные флокены; кислород и азот образуют неметаллические включения (соответственно оксиды и нитриды).

Содержание слайда: Применение конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества

Содержание слайда: Конструкционные углеродистые качественные стали общего назначения 08; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60 Цифры в обозначении марки стали показывают содержание углерода в сотых долях процента.

Содержание слайда: Применение конструкционных углеродистых качественных сталей общего назначения

Содержание слайда: Углеродистые инструментальные стали У7; У7А; У8; У8А; У9; У9А; У10; У10А; У12; У12А. Цифра в марке – содержание С в десятых долях %

Содержание слайда: Быстрорежущие стали Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания, должны обладать горячей твердостью и красностойкостью (устойчивым сохранением твердости в нагретом состоянии при 500-600°С).Красностойкость создается легированием стали элементами, образующими специальные карбиды, которые не растворяются до высоких температур. Износостойкость режущего инструмента в первом приближении характеризуется твердостью в нагретом состоянии. Быстрорежущие стали – износостойкий материал. Буква Р в марке стали от слова рапид (скорость).

Содержание слайда: Твердые сплавы

Содержание слайда: Конструкционные легированные стали Система маркировки по ГОСТу Обозначения состоят из цифр и букв, указывающих на примерный состав стали. Каждый легирующий элемент обозначается буквой. Например, Н – никель, Х – хром, М – молибден, Г – марганец, С – кремний, Ю – алюминий и т.д. Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высокоуглеродистых инструментальных сталей в десятых долях процента). Цифры, идущие после буквы, указывают на примерное содержание данного легирующего элемента в процентах ( при содержании элемента менее 1% цифра отсутствует). Примеры: 30ХМА; 10ГН2МФА; 20Х2Н4; 30ГСЛ и т.д. Буква А в конце марки стали показывает, что в ней ограничено содержание серы и фосфора, а в середине марки – азот; буква Л в конце марки стали – литейная сталь (точнее - улучшенные литейные свойства).

Содержание слайда: Примеры применения конструкционных легированных сталей

Содержание слайда: Чугуны Белый чугун – название получил по матово-белому цвету излома; структура в не нагретом состоянии: Ц + П(Ф + Г); т.е. весь углерод находится в форме цементита; свойства: высокая твердость и износостойкость, хрупкость, практически не поддается обработке режущим инструментом; марки: ИЧХ3, ИЧХ5, ИЧХ15… (износостойкий хромистый чугун с содержанием хрома 3%, 5%, 15% соответственно…); применение: детали, работающие в условиях интенсивного износа без ударных нагрузок(например, линейки направляющих, детали шаровых мельниц).

Содержание слайда: Серые чугуны Излом такого чугуна имеет серый цвет. Обладает хорошими литейными свойствами. В структуре присутствует графит, количество, форма и размеры которого изменяются в широких пределах. По строению металлической основы серые чугуны разделяют на: серый перлитный чугун (1) ; серый феррито-перлитный чугун (2); серый ферритный чугун (3). В обычном сером чугуне графит имеет пластинчатую форму (1 – 3).

Содержание слайда: Серые чугуны В высокопрочном сером чугуне графит находится в форме шаровидного графита, который принимает такую форму благодаря присадке магния или церия (модификаторов) (1). В ковком сером чугуне углерод находится в форме хлопьевидного графита (углерода отжига)(2), который образуется в процессе отжига белого чугуна.

Содержание слайда: Марки серых чугунов

Содержание слайда: Механические свойства металлических материалов и методы их определения Аспекты выбора материалов для изготовления деталей машин и механизмов: Механические (конструкционные) свойства материалов. Технологические свойства материалов. Это часть общих физико-химических свойств, по которым на основании практического опыта проектируют и реализуют процесс получения узлов и деталей макшин с наилучшими служебными свойствами. Методы определения технологических свойств стандартизованы.К числу важнейших относятся: свариваемость, паяемость, упрочняемость, обрабатываемость резанием, литейные свойства и технологическая деформируемость. Экономические параметры, связанные с изготовлением деталей.

Содержание слайда: Механические свойства металлических материалов и методы их определения Детали должны выдерживать (передавать) различные нагрузки: статические, динамические, циклические, тепловые и др. Способность материала в конструкции сопротивляться внешним воздействиям, (т.е. свойства материала), принято оценивать механическими характеристиками. Один и тот же материал при различных внешних условиях (температура, скорость нагружения и т.д.) может иметь различные механические свойства. Количественная оценка механических свойств материалов производится путем испытаний образцов в специальных испытательных машинах при определенных условиях. Размеры образцов и методики проведения испытаний стандартизованы.

Содержание слайда: Испытание на растяжение Разрушение образца из пластичного материала

Содержание слайда: Диаграмма растяжения с площадкой текучести σпц, σуп и σт– пределы пропорциональности, упругости и текучести; σв – временное сопротивление; σр – напряжение в момент разрыва.

Содержание слайда: Диаграмма растяжения без площадки текучести σ0,2 – условный предел текучести σр,ист – истинное напряжение в момент разрыва

Содержание слайда: Испытание на сжатие

Содержание слайда: Диаграммы растяжения и сжатия пластичного и хрупкого материалов

Содержание слайда: Испытания на изгиб

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Методы определения твердости материалов. Измерение твердости – упрощенный метод определения прочности. Твердость – одна из характеристик сопротивления деформации. Метод Бринелля: в испытуемый материал под действием силы Р внедряется шарик (индентор) диаметром D; число твердости по Бринеллю – НВ = Р / S, где S – сферическая поверхность отпечатка с диаметром d. Метод Роквелла: индентор – алмазный конус или стальной шарик; числом твердости считают величину обратную глубине вдавливания h; прибор имеет три шкалы: HRB – при вдавливании стального шарика; HRA и HRC при вдавливании алмазного конуса ( с различной нагрузкой). Метод Виккерса: индентор – алмазная пирамида; критерий числа твердости HV – диагональ отпечатка d.

Содержание слайда: Методы определения твердости материалов. Методы HB и HRB применяют для мягких материалов; HRC - для твердых материалов (например, закаленных сталей); методы HV и HRA - для тонких слоев (листов). Между различными методами существует примерная корреляция. По соответствующим таблицам можно перевести значение твердости, полученное одним из методов в значения твердости соответствующие другим методам. Число твердости по Бринеллю приблизительно в три раза больше чем предел прочности: НВ ≈ σв / 3. Метод определения микротвердости Н применим для определения твердости отдельных структурных составляющих. Индентор – алмазная пирамида при очень небольшой нагрузке (до 100г). Метод Шора - экспресс-метод определения твердости (HSD) крупных изделий в условиях производства по отскоку стального шарика

Содержание слайда: Сплавы меди Латуни – сплавы меди с цинком – при содержании цинка до 45%. Свойства латуней: Сплав обладает высокой пластичностью, которая достигает максимального значения при 30% Zn. Латуни легко поддаются пластической деформации. Литейные свойства латуней: малая склонность к ликвации; хорошая жидкотекучесть; склонность к образованию концентрированной усадочной раковины. Механические свойства латуней: невысокая прочность – σв = 300 – 350 МПа при δ% = 40% - 20%. Марки латуней: Двойные латуни: Л62 (62%Cu; 38% Zn) Л68; Л70; в том числе ювелирные латуни (томпаки): Л80; Л85; Л96. Специальные латуни: ЛС59-1 – автоматная латунь (59%Cu;1% Pb; 40% Zn); морская латунь – ЛО60-1 (60%Cu; 1%Sn; 39% Zn); латунь с повышенной прочностью – ЛАН59-3-2 (59%Cu; 3%Al; 2%Ni; 36%Zn).

Содержание слайда: Сплавы меди Оловянистые бронзы – сплавы меди с оловом. Свойства оловянистых бронз: Бронзы, содержащие более 5% – 6% Sn обладают низкой пластичностью, их не куют и не прокатывают, а применяют в литом виде. Высокие литейные свойства бронз определяются прежде всего малой усадкой (менее 1%) при довольно низкой жидкотекучести. Бронзы обеспечивают высокую стойкость против истирания; бронза с 10% олова - наилучший антифрикционный материал. Высокая химическая стойкость. Применение: Отливки сложной формы, в т.ч. художественное литье. Вкладыши подшипников качения. Арматура (паровая, водяная и др.)

Содержание слайда: Сплавы меди Сплавы меди с алюминием, кремнием, бериллием и др. элементами также называют бронзами: алюминиевыми, кремнистыми, бериллиевыми и т.д. Эти бронзы не имеют такой низкой усадки как оловянистая бронза, но превосходят ее по механическим свойствам (алюминиевая, кремнистая), по химической стойкости (алюминиевая), по жидкотекучести (кремнистая), по твердости и упругости (бериллиевая). Марки бронз БрО10 90%Cu; 10%Sn БрОЦСН 3-7-5-1 84%Cu; 3%Sn; 7%Zn; 5%Pb; 1%Ni БрАЖН 10-4-4 82%Cu; 10%Al; 4%Fe; 4%Ni

Содержание слайда: Четыре основных превращения в стали Превращение перлита в аустенит при нагреве: П→А. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении: А→П. Превращение аустенита в мартенсит при закалке: А→М. (Мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Превращение мартенсита в перлит (феррито – карбидную смесь) чаще всего при нагреве: М→П. Представленные фазовые превращения используются при термообработке и обусловлены изменением температуры.

Содержание слайда: Отжиг пластически деформированного металла

Содержание слайда: Влияние температуры отпуска на свойства закаленной стали 40