ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Классификация конструкционных материалов.

Курс «Технология конструкционных материалов» вместе с другими общетехническими дисциплинами дает студентам необходимую общеинженерную технологическую подготовку, закладывает основы знаний, необходимых в работе как на производстве, так и в научно-исследовательских и проектных институтах. При проектировании конструкций, организации их эксплуатации и ремонте инженер-машиностроитель в повседневной работе сталкивается с конструкционными материалами, технологией изготовления деталей и их использованием, выбором того или иного типа инструмента для их обработки. Для успешного решения многих практических задач необходимы сведения о современных способах получения и обработки материалов, рациональных областях их применения.

Технология конструкционных материалов является комплексной дисциплиной, в которой рассматриваются основные сведения и способах производства этих материалов и их обработке с целью получения деталей с заданными свойствами и конфигурациях.

Различают две основные группы материалов: металлы и их сплавы и неметаллические материалы.

Металлы и сплавы разделяют на черные и цветные. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе: сталь и чугун. К цветным относятся все остальные металлы: алюминий, медь, титан, магний, свинец, олово, никель и т.д. В современной технике используется не менее 65 наименований цветных металлов. Из всех металлов и сплавов наиболее важную роль в машиностроении играет сталь. Широкая распространенность стали обусловлена тем, что она обладает редким сочетанием свойств. При сравнительно низкой стоимости сталь характеризуется высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами.

Неметаллические материалы – это органические, и неорганические полимерные материалы: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика. В качестве конструкционных материалов они служат важным дополнением к металлам, в некоторых случаях с успехом заменяют их, а иногда сами являются незаменимыми. Достоинством неметаллических материалов являются такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Также следует отметить их технологичность и эффективность при использовании. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5–6 раз ниже, они в 4–5 раз дешевле по сравнению с металлическими. В связи с этим непрерывно возрастает использование неметаллических материалов в машиностроении автомобилестроении, авиационной, пищевой, холодильной и криогенной технике и др.

Композиционные материалы – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Знакомство человека с металлами началось с золота, серебра и меди, то есть с металлов, встречающихся в свободном состоянии на земной поверхности; впоследствии к ним присоединились металлы, значительно распространенные в природе и легко выделяемые из их соединений: олово, свинец, железо и ртуть. Эти семь металлов были знакомы человечеству в глубокой древности. Среди древнеегипетских артефактов встречаются золотые и медные изделия, которые, по некоторым данным, относятся к эпохе, удаленной на 3000—4000 лет от н. э.

К семи известным металлам уже только в средние века прибавились цинк, висмут, сурьма и в начале XVIII столетия мышьяк. С середины XVIII века число открытых металлов быстро возрастает и к началу XX столетия доходит до 65, а к началу XXI века- до 96.

Ни одно из химических производств не способствовало столько развитию химических знаний, как процессы, связанные с получением и обработкой металлов; с историей их связаны важнейшие моменты истории химии. Свойства металлов так характерны, что уже в самую раннюю эпоху золото, серебро, медь, свинец, олово, железо и ртуть составляли одну естественную группу однородных веществ, и понятие о «металле» относится к древнейшим химическим понятиям. Однако воззрения на их натуру в более или менее определенной форме появляются только в средние века у алхимиков. Правда, идеи Аристотеля о природе: образования всего существующего из четырёх элементов (огня, земли, воды и воздуха) уже тем самым указывали на сложность металлов; но эти идеи были слишком туманны и абстрактны. У алхимиков понятие о сложности металлов и, как результат этого, вера в возможность превращать одни металлы в другие, создавать их искусственно, является основным понятием их миросозерцания.

Лишь Лавуазье выяснил роль воздуха при горении и показал, что прибыль в весе металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно. Металлы были отнесены к простым химическим элементам, в силу основной идеи Лавуазье, что простые тела суть те, из которых не удалось выделить других тел. С созданием периодической системы химических элементов Менделеевым элементы металлов заняли в ней своё законное место.

Тема 1.2. Конструкционные материалы Железо и его сплавы. Классификация сталей. Классификация чугунов. Классификация цветных металлов и сплавов. Твердые сплавы. Режущая керамика. Сверхтвердые материалы. Материалы абразивных инструментов. Общие сведения о неметаллических материалах.

Сталь и чугун – основные материалы в машиностроении. Они составляют 95 % всех используемых в технике сплавов.

Сталь – это сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий до 2,14 % углерода. Углерод – важнейшая примесь стали. От его содержания зависят прочность, твердость и пластичность стали. Кроме железа и углерода, в состав стали входят кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси попадают в сталь в процессе выплавки и являются ее неизбежными спутниками. По химическому составу сталь разделяется на углеродистую и легированную. По качеству сталь бывает качественная, повышенного качества, высококачественная.

Углеродистыми сталями называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 0,05 до 1,35 % углерода. Углеродистые стали подразделяются на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали содержат до 0,65% С, инструментальные – более 0,65% С. Кроме вышеуказанной классификации, углеродистые стали подразделяются по содержанию углерода, по структуре, по назначению, качеству, способу производства.

По содержанию углерода углеродистые стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,5 % С), высокоуглеродистые (более 0,50 % С). По структуре стали подразделяются на доэвтектоидные при содержании углерода до 0,8 % С, эвтектоидные – 0,8 % С и заэвтектоидные – более 0,8 % С. Углеродистые стали, как наиболее дешевые, технологичные и имеющие достаточно высокий комплекс механических свойств, применяются для металлоконструкций общего назначения, используются в строительных конструкциях, для изготовления деталей в машиностроении и т.д. Стали углеродистые поставляются по ГОСТ 380-94 (стали обыкновенного качества), ГОСТ 1050-88 (прокат из углеродистой качественной конструкционной стали).

По назначению стали подразделяются на стали общего и специального применения. К сталям специального назначения относятся автоматные, котельные, строительные, стали для глубокой вытяжки.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

По способу производства стали подразделяют на деформируемые стали и на литейные.

По металлургическому качеству в зависимости от содержания вредных примесей стали подразделяются на категории: стали обыкновенного качества, (ГОСТ 380-94), качественные (ГОСТ 1050-88 и др.), высококачественные, особо высококачественные.

Чугун – сплав на железной основе. Отличие чугуна от стали заключается в более высоком содержании в нем углерода – более 2,14 %. Наибольшее распространение получили чугуны, содержащие 3–3,5 % углерода. В состав чугунов входят те же примеси, что и в стали, т. е. кремний, марганец, сера и фосфор. Чугуны, у которых весь углерод находится в химическом соединении с железом, называют белыми (по виду излома), а чугуны, весь углерод которых или большая его часть представляет графит, получили название серых. В белых чугунах всегда имеется еще одна структурная составляющая – ледебурит. Это эвтектика, т. е. равномерная механическая смесь зерен аустенита и цементита, получающаяся в процессе кристаллизации, в ней 4,3 % углерода. Ледебурит образуется при температуре +1147 °C.

Феррит – твердый раствор небольшого количества углерода (до 0,04 %) и других примесей в железе. Практически это чистое железо. Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа.

Перлит – равномерная механическая смесь в сплаве феррита и цементита. Такое название эта смесь получила потому, что шлиф при ее травлении имеет перламутровый оттенок. Так как перлит образуется в результате процессов вторичной кристаллизации, его называют эвтектоидом. Он образуется при температуре +727 °C. В нем содержится 0,8 % углерода.

Перлит имеет две разновидности. Если цементит в нем расположен в виде пластинок, его называют пластинчатым, если же цементит расположен в виде зерен, перлит называют зернистым. Под микроскопом пластинки цементита кажутся блестящими, потому что обладают большой твердостью, хорошо полируются и при травлении кислотами разъедаются меньше, чем пластинки мягкого феррита.

Если железоуглеродистые сплавы нагреть до определенных температур, произойдет аллотропическое превращение и образуется структурная составляющая, которая называется аустенитом.

Какая имеется классификация цветных металлов? Бывают следующие группы, разделение которых идет сразу по нескольким признакам: легкие и тяжелые, благородные, рассеянные и тугоплавкие, радиоактивные и редкоземельные разновидности.

Многие из цветных металлов вообще относятся к категории редких, так как их общее количество на нашей планете сравнительно невелико. Особняком стоит классификация тяжелых металлов. Впрочем, как таковой ее нет, но в состав этой группы входит медь, никель, кобальт, а также цинк, кадмий, ртуть и свинец. Из них в промышленных масштабах используется только Cu и Zn. Алюминий и сплавы на его основе. Алюминий, «крылатый металл». Различают три его вида (в зависимости от степени химической чистоты): Высшая проба (особая чистота) (99,999 %). Высокая чистота. Техническая проба. Последний вид присутствует на рынке в виде листов, разнообразного профиля и проволоки с разным сечением. Обозначается в торговле как АД0 и АД1. Учтите, что даже в алюминии высокой пробы нередко присутствуют вкрапления Fe, Si, Gu, Mn, Zn. Сплавы Что представляет собой классификация цветных металлов в этом случае? Существуют: Дюралюмины. Авиали. Дюралюминами называются сплавы, в которые добавляют медь и магний. Кроме того, бывают материалы, где в качестве присадок используется медь и магний. Авиалями также называются сплавы, но они содержат намного больше добавок. Основными являются магний и кремний, а также железо, медь и даже титан. Медь. На сегодняшний день различают медь бескислородную (содержание чистого вещества 97,97 %) и особо чистую, вакуумную (99,99 %). Сплавы делятся на две большие группы. Материалы эти, к слову, известны человечеству уже не одну тысячу лет: Латунь. Так называется соединение меди и цинка. Бронза. Медный сплав, в состав которого входит уже не цинк, а олово. Впрочем, бывают и такие бронзы, в которых насчитывается до десяти присадок. Титан Металл этот редкий и весьма дорогой. Отличается низким весом, невероятной прочностью, малой вязкостью. Титановые сплавы этого материала делятся на два вида: деформируемые и линейные. Кроме того, различают особые их подвиды: жаростойкие, повышенной пластичности. Бывают еще упрочняемые и не упрочняемые разновидности (зависит от термической обработки).

Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлокерамические материалы, полученные методами порошковой металлургии, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвёрдых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома,связанныекобальтовой или никелевой металлической связкой, при различном содержании компонентов.

Режущая керамика по сравнению с твердыми сплавами имеет более высокую твердость (95HRA), повышенную теплостойкость (до 1400 С’), высокую износостойкость, обладает химической инертностью к металлам. Кроме того, минералокерамика является весьма экономичным материалом, так как не содержит дорогостоящих и дефицитных элементов. Недостатками минералокерамики являются низкая ударная вязкость и пластичность, а также не высокая сопротивляемость циклическим силовым и тепловым нагрузкам.

Сверхтвёрдые материалы — группа веществ, обладающих высочайшей твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана с кобальтовой связкой карбидотитановых сплавов на никель-молибденовой связке. Широко применяемые сверхтвердые материалы: электрокорунд, победит, оксид циркония, карбид кремния, карбид бора, алмаз. Сверхтвёрдые материалы часто применяются в качестве материалов для абразивной обработки.

Абразивные материалы - это материалы, обладающие высокой твердостью и используемые для обработки поверхности различных материалов: металлов, керамических материалов, горных пород, минералов, стекла, кожи, резины и других. Абразивные материалыиспользуютсяпроцессах шлифования, полирования, хонингования, разрезания материалов и широко применяются в заготовительном производстве и окончательной обработке различных металлических и неметаллических материалов.

С давних пор использовались естественные абразивные материалы (кремень, наждак, пемза, корунд, алмаз), с конца XIX века применяются искусственные (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, монокорунд, синтетический алмаз и другие).

Неметаллические материалы – это органические, и неорганические полимерные материалы: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика. В качестве конструкционных материалов они служат важным дополнением к металлам, в некоторых случаях с успехом заменяют их, а иногда сами являются незаменимыми.