Классификация сталей. Углеродистые конструкционные стали. ГОСТ.
РОЛЬ И МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Материаловедение – это наука о строении, свойствах и методах определения свойств материалов, способов обработки материалов и применения материалов.
Студент должен уметь выбирать материалы на основе анализа их свойств для применения в производственной деятельности.
Должен знать:
- свойства металлов, сплавов, способов их обработки;
- свойства и область применения электротехнических неметаллических и композиционных материалов;
- виды и свойства топлива, смазочных и защитных материалов.
В результате изучения дисциплины Материаловедение должны быть сформированы:
- общие компетенции ОК1- ОК9;
- профессиональные компетенции: ПК 1.2; ПК 1.3; ПК 2.3; ПК 3.1; ПК 3.2.
Дисциплина Материаловедение обеспечивает основы профессиональных знаний для освоения междисциплинарных курсов:
- МДК.01.01 Конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава (по видам подвижного состава);
- МДК.01.02 Эксплуатация подвижного состава (по видам подвижного состава) и обеспечение безопасности движения поездов;
- МДК 02.01 Организация работы и управление подразделением организации.
Классификация металлов
Все материалы делятся на две большие группы:
- металлы
- неметаллы.
Металлы:
- черные – железо, кобальт, никель;
- цветные – алюминий, медь, цинк, хром;
- щелочные – литий, натрий, калий;
|
|
|
- щелочно- земельные – в свободном состоянии применяются в особых случаях
- тугоплавкие – молибден, тантал, вольфрам;
- легкоплавкие – цинк, кадмий, ртуть, олово, свинец
- урановые – актиноиды;
- редкоземельные - лантаноиды
- благородные – золото, серебро, платина.
Все металлы имеют упорядоченное кристаллическое строение. Современной науке известно 9 типов кристаллической решетки.
Типы кристаллических решеток
1. Кубическая объемноцентрированная кристаллическая решетка.
| 9 атомов (Молибден, вольфрам, ванадий, железо α) |
2. Кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка.
| 14 атомов (Алюминий, медь, золото, серебро, железо γ) |
3. Решетка гексагональная плотноупакованная.
| 17 атомов (Магний, кобальт α, цинк, титан α, кадмий) |
Дефекты кристаллической решетки
1. Точечные:
а) вакансия (узел кристаллической решетки, незанятый атомом);
- возникают при сварке (недовар или непровар сварного шва);
б) Межузельный атом (атом, расположенный в межузельном пространстве кристаллической решетки)
- возникают при поверхностной закалке (остаточные внутренние напряжения)
Дефекты исправимые
2. Линейные
|
|
|
- сдвиг кристаллической решетки в продольном направлении; возникают при обработке металлов давлением (при продольной прокатке). Дефекты исправимые.
3. Поверхностные (смещение верхнего слоя; возникают при свободной ковке)
Дефекты исправимые
- Объемные дефекты (литейный брак; неисправим)
СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
- физические (цвет, блеск, тепло и – электропроводность, температура плавления)
- химические (взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды; с водой – гидроксиды; со щелочами – основания; с кислотами – соли;
- механические (твердость, прочность, пластичность, упругость, ударная вязкость)
- технологические (свариваемость, обрабатываемость резанием, ковкость, жидкотекучесть, усадка).
|
|
|
Механические свойства металлов и методы определения.
Твердость – способность металлов сопротивляться кратковременным внешним нагрузкам и выдерживать их, не разрушаясь.
Прочность – способность металлов сопротивляться длительным внешним нагрузкам и выдерживать их, не разрушаясь.
Пластичность – способность металлов изменять форму под воздействием внешних сил, не разрушаясь.
Упругость – способность металлов восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки.
Ударная вязкость – способность металлов сопротивляться динамическим нагрузкам, т.е. ударам.
Испытание твердости:
-методом Бринелля;
-методом Роквелла;
- методом Виккерса.
Испытание твердости металлов методом Бринелля
Суть метода: в поверхность испытуемого образца вдавливается стальной закаленный шарик диаметром D , под действием нагрузки Р, приложенной в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют d - диаметр отпечатка, оставленного на поверхности .
Индентор – стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2.5 мм (твердостью 450 НВ)
Нагрузка – от 2,5D2 до 30D2 (кгс).
Время выдержки под нагрузкой – 10, 30, 60с.
|
|
|
| Р D d |
|
Испытание твердости металлов по методу Роквелла
Единица измерения твердости по Роквеллу – это условная величина, соответствующая осевому перемещению наконечника, при отклонении стрелки на 0,002.
Индентор – алмазный конус с углом при вершине 1200 или стальной закаленный шарик диаметром 1/16 дюйма (что соответствует 1,588мм).
Р0 – предварительная нагрузка
Р1 – основная нагрузка
Р0 + Р1
Р0 Р0
1200 1200 1200
h H
| Обозначение твердости | Индентор | Шкала | Основная нагрузка | Формула |
| HRC | Алмазный конус | A | 1400 H | 100- |
| HRA | C | 500 H | ||
| HRB | Стальной шарик | B | 900 H | 130- 
|
Показания при испытании на приборе Роквелла определяют по двум двум шкалам: при испытании алмазным конусом показания определяют по черной шкале, при испытании стальным шариком – по красной шкале.
Прочность материалов зависит от твердости и рассчитывается по формулам:
для стали σв ст = 0,34 НВ ст
для чугуна σв ч = 0,1 НВ ч
для бронзы σв бр = 0,55 НВ бр
Определение твердости методом Виккерса
| Используется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев |
Основные характеристики пластичности
- относительное удлинение и относительное сужение
Относительное удлинение σ = 
Относительное сужение ψ = 
Испытание на ударную вязкость
Ударная вязкость обозначается буквами KCU, KCV или КСТ. Первые две буквы КС - обозначают символ ударной вязкости; Третья буква U, V или Т - вид концентратора (U - радиус концентратора 1 ± 0, 07мм; V - 0.25 ± 0, 025 мм и Т - трещина);
Размерность КС, Дж/ м2.
Образец устанавливают на двух опорах, затем наносят удар по его середине со стороны, противоположной надрезу.
Работу считают по формуле (1.), затем по формуле (2.) определяют ударную вязкость.
|
|
Дать определение ударной вязкости
Рисунок - Схема маятникового копра (а) и образца (б)
1 – маятник; 2 – образец; 3 – шкала; 4 – стрела; 5 – тормоз.
К = Рh (cosβ – cosα) – формула для определения работы, затраченной на разрушение образца;
КС = К/F = Рh (cosβ – cosα) /F – формула
Аллотропия – способность металлов изменять кристаллическую решетку при изменении температуры.
Feα (железо альфа) - образуется при 7270C, имеет объемоцентрированную кристаллическую решетку и называется феррит.
Feγ (железо гамма) – образуется при 9110C, имеет гранецентрировнную кристаллическую решетку и называется аустенит.
Анизотропия – различие свойств металлов в различных направлениях
НВ
δ σв
В продольном направлении металлы имеют повышенную пластичность.
В поперечном направлении металлы имеют повышенную твердость и прочность.
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
|
Практическое значение диаграммы
- показывает процессы, происходящие в сплавах
- можно определить критические точки- дает определения понятиям: сталь, чугун
- дает возможность определить температурный режим термообработки- дает возможность определить температурный режим обработки металлов давлением
Сталь – сплав железа с углеродом, содержание углерода 0,02 до 2,14%
Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода 2,14 до 6.67%
| т.А (15390С) – наивысшая точка диаграммы - температура плавления чистого железа |
| АСD – ликвидус (жидкость) - первичная кристаллизация (переход из жидкого состояния в твердое) |
| AECF – солидус (твердый раствор) |
| т.Е (2,14%С, 11470С) – делит диаграмму на две части - сталь и чугун Сталь – это сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 0,02 до 2,14 % углерода Чугун – это сплав, железа с углеродом, содержащая углерода от 2,14 до 6, 67 % |
| т.S (0,8%С, 7270С) – критическая для стали. В этой точке образуется эвтектоид (перлит). Стали, содержащие углерода 0.02 – 0.8% -доэвтектоидные (обрабатываемые). Стали, содержащие углерода 0.8 – 2.14% -заэвтектоидные (обрабатывающие). |
| т.C (4.3%С, 11470С) – критическая для чугуна. В этой точке образуется эвтектика (ледебурит). Чугуны, содержащие углерода от 2.14 до 4.3% -доэвтектические. Чугуны, содержащие углерода от 4.3 до 6.62% -заэвтектические. |
Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
Ф – Ц – А – П – Л
(фазан, цапля, аист - птицы летающие)
Ф – феррит (твердый раствор углерода в Feα)
Ц – цементит (химическое соединение карбид железа Fe3C)
А – аустенит (твердый раствор углерода в Feγ)
П – перлит (механическая смесь феррита и цементита)
Л – ледебурит (тонкая механическая смесь аустенита и цементита)
Компонент – вещества, образующие систему (могут быть чистые металлы, неметаллы, устойчивые химические соединения)
Система – группа сплавов , выд. для изучения
Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав меняется.
Пример оформления практической работы.
Провести анализ сплава с углеродосодержанием 3,6% с описанием процесса при медленном охлаждении.
При процентном содержании углерода 3,6% сплав – чугун доэвтектический.
Первичная кристаллизация доэвтектического чугуна происходит при t0 12500C – образуется аустенит.
Вторичная кристаллизация - при t0 11470C – образуется цементит вторичный и ледебурит, расп. Аустенит.
Окончательная структура образуется при t0 7270C - образуется перлит, ледебурит, цементит вторичный.
| Примесь | Влияние | |
| + | - | |
| Углерод | Возрастает твердость | Уменьшается сопротивление разрыву |
| Кремний | Повышает предел текучести | Уменьшение пластичности |
| Марганец | Повышает прочность | Уменьшает красноломкость стали |
| Сера | Снижает развитие трещины | Ухудшает свариваемость |
| Фосфор | Увеличивает временное сопротивление разрыву | Уменьшает пластичность и вязкость |
Классификация сталей. Углеродистые конструкционные стали. ГОСТ.
Сталь – сплав железа с углеродом, содержание углерода 0.02-2.14%
По назначению: - конструкционные
- инструментальные
По составу: - углеродистые( Fe,C)
- легированные (Fe,C,лег.элемент)
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 278; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!