Материаловедение и технология конструкционных материалов

С. В. Давыдов, Р. А. Богданов








МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ




Учебное пособие












Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК ББК

620.22 30.3
Д13

                         Утверждено редакционно-издательским советом Брянского государственного технического университета в качестве учебного пособия















      Давыдов, С. В.
Д13       Материаловедение и технология конструкционных материалов : учеб-
      ное пособие / С. В. Давыдов, Р. А. Богданов. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2020. - 256 с. : ил., табл.
          ISBN978-5-9729-0416-7

     Рассмотрены природа и свойства металлических материалов, основы их термической обработки и поверхностного упрочнения. Дана общая характеристика неметаллических материалов, их свойств и способов получения. Описаны основные технологические процессы формообразования и обработки заготовок при изготовлении деталей заданной формы и качества с учетом принципов рационального использования материалов.
     Для студентов бакалавриата технических специальностей.

УДК 620.22
                                                          ББК30.3






ISBN 978-5-9729-0416-7 © Давыдов С. В., Богданов Р. А., 2020
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

            ОГЛАВЛЕНИЕ



ПРЕДИСЛОВИЕ.................................................8
ВВЕДЕНИЕ....................................................9
ЧАСТЬ I. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ...............................10
ГЛАВА1. ОБЩИЕСВЕДЕНИЯОМЕТАЛЛАХ...........................13
      1.1. Механические свойства металлов и методы их определения ....15
         1.1.1. Статические испытания, нарастяжение........16
         1.1.2. Испытания приударном (динамическом) нагружении.19
         1.1.3. Испытания на усталость.....................20
         1.1.4. Определение твердости......................20
         1.1.5. Технологические свойства металлов..........21
         1.1.6. Эксплуатационные или служебные свойства....21
         1.1.7. Физические свойства........................21
         1.1.8. Химические свойства........................21
Контрольные вопросы к главе 1............................23
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ........................24
      2.1. Типы кристаллических решеток. Полиморфизм.....24
      2.2. Теоретическая прочность металлов с идеальной кристаллической решеткой............................26
      2.3. Дефекты кристаллического строения и их влияние на прочность........................................27
Контрольные вопросы к главе 2..............................30
ГЛАВА 3. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ И ИХ СВОЙСТВА................31
      3.1. Формирование структур сплавов при затвердевании.32
         3.1.1. Кристаллизация металлов....................32
         3.1.2. Кристаллизация и формирование структур в сплавах, компоненты которых в твердом состоянии нерастворяются друг в друге......................33
         3.1.3. Кристаллизация и формирование структур в сплавах, компоненты которых образуют твердыерастворы с неограниченнойрастворимостью....................35
Контрольные вопросы к главе 3..................................36
ГЛАВА 4. ЖЕЛЕЗО И СПЛАВЫ НА ЕГО ОСНОВЕ.....................37
      4.1. Диаграмма железо - цементит (Ее-ЕеэС)...............37

3

         4.1.1.  Кристаллизация, (затвердевание) железоуглеродистых сплавов..............................................38
         4.1.2.  Фазовые и структурные превращения в сплавах после затвердевания..................................39
      4.2. Основные способы производства стали................40
          4.2.1. Металлургические основы плавки...............40
          4.2.2. Основные способы производства стали..........41
      4.3. Сплавы на основе железа............................43
          4.3.1. Конструкционныеуглеродистые стали............44
          4.3.2. Легированные конструкционные стали...........50
      4.4. Чугуны.............................................59
          4.3.1. Белые чугуны.................................61
          4.3.2. Серые чугуны.................................61
          4.3.3. Ковкие чугуны................................63
          4.3.4. Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом...64
Контрольные вопросы к главе 4.................................65
ГЛАВА 5. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
          КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ..............................66
      5.1. Основные виды термической обработки................67
          5.1.1. Отжиг для фазовой перекристаллизации.........69
          5.1.2. Нормализация.................................69
          5.1.3. Закалка......................................70
          5.1.4. Закаливаемость и прокаливаемость стали.......74
      5.2. Поверхностная закалка и химико-термическая обработка.76
          5.2.1. Поверхностная закалка........................76
          5.2.2. Химико-термическая обработка.................77
Контрольные вопросы к главе 5.................................81
ГЛАВА 6. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ...............................82
      6.1. Алюминий и алюминиевые сплавы......................82
          6.1.1. Производство алюминия........................83
          6.1.2. Сплавы алюминия и их классификация...........83
          6.1.3. Термическая обработка алюминиевых сплавов....88
      6.2. Титаниегосплавы....................................89
          6.2.1. Деформируемые титановые сплавы...............92
          6.2.2. Литейные титановые сплавы....................95
          6.2.3. Область применения титана и его сплавов......97
      6.3. Магний и его сплавы................................99
          6.3.1. Свойствамагния...............................99
          6.3.2. Деформируемые магниевые сплавы..............101

4

           6.3.3. Литейные магниевые сплавы........................104
           6.3.4. Магниевые сплавы со специальными свойствами......106
      6.4. Медь   и её сплавы......................................106
           6.4.1. Марки медных сплавов.............................108
           6.4.2. Латуни...........................................108
           6.4.3. Литейные латуни..................................113
           6.4.4. Область применения, латуней......................113
           6.4.5. Бронзы...........................................114
           6.4.6. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной,

свинцовой, цинковой и алюминиевой основе....123
Контрольные вопросы к главе 6...............................125
ГЛАВА 7. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ...........................126
     7.1. Сущность технологических процессов производства полимерных материалов..................................129
      7.2. Пластмассы.......................................130
      7.3. Химические волокна...............................136
      7.4. Каучуки..........................................137
      7.5. Резины...........................................138
      7.6. Клеящиеся материалы и герметики..................140
          7.6.1. Конструкционные смоляные клеи..............140
          7.6.2. Неорганические клеи........................141
          7.6.3. Герметики..................................141
      7.7. Неорганические материалы..........................141
          7.7.1. Графит.....................................141
          7.7.2. Неорганическое стекло......................142
          7.7.3. Керамические материалы.....................142
Контрольные вопросы к главе 7................................143

ЧАСТЬ II. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ

         МАШИН..........................................144
ГЛАВА 8. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО..........................144
     8.1. Понятие об элементах литейной формы...........145
     8.2. Основныевидылитья.............................151
         8.2.1. Литье в песчано-глинистые формы.........151
         8.2.2. Специальные виды литья..................153
     8.3. Сравнительная оценка способов литья...........157
Контрольные вопросы к главе 8...........................158

5

ГЛАВА 9. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ МАШИН МЕТОДОМ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ........................159
      9.1. Понятие о процессе пластического деформирования..159
      9.2. Прокаткаметаллов.................................161
      9.3. Свободная ковка..................................164
      9.4. Горячая объемная штамповка.......................166
      9.5. Холодная штамповка...............................167
          9.5.1. Холодная объемная штамповка................167
          9.5.2. Холодная листовая штамповка................169
Контрольные вопросы к главе 9...............................173
ГЛАВА 10. СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО............................174
      10.1. Классы сварочных процессов......................175
      10.2. Сварочные процессы термического класса..........175
          10.2.1. Электродуговаясварка......................175
          10.2.2. Ручная дуговая сварка.....................177
          10.2.3. Автоматическая дуговая сварка под флюсом..178
          10.2.4. Сварка всреде защитных газов..............180
      10.3. Сварочные процессы механического класса.........181
          10.3.1. Холоднаясварка............................181
          10.3.2. Сварка трением............................182
      10.4. Сварочные процессы термомеханического класса....183
          10.4.1. Стыковая сварка...........................183
          10.4.2. Точечная сварка...........................184
          10.4.3. Шовная (роликовая) сварка.................185
      10.5. Основные виды сварных соединений................186
Контрольные вопросы к главе 10..............................189
ГЛАВА 11. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ.......................190
      11.1. Общие положения.................................190
      11.2. Параметры (элементы) процесса резания...........191
      11.3. Обработка заготовок на станках токарной группы...193
      11.4. Обработка заготовок на фрезерных станках........195
      11.5. Обработка на сверлильных станках................199
      11.6. Обработка на шлифовальных станках...............201
      11.7. Другие методы обработки поверхностей заготовок..204
          11.7.1. Отделочныеметоды обработки................204
          11.7.2. Методы обработки без снятия стружки.......205
         11.7.3. Электрофизические и электрохимические методы обработки..........................................206
Контрольные вопросы к главе 11..............................207

6

ГЛАВА 12. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.............................208
      12.1. Общее представление о композитах...................209
      12.2. Основные классы композитов.........................210
      12.3. Геометрия наполнителя..............................210
      12.4. Матричные материалы................................212
      12.5. Армирующие материалы...............................214
      12.6. Основные труппы композитов.........................216
         12.6.1. Композиты с полимерной и углеродной матрицей..216
         12.6.2. Дисперсно-упрочненные композиты (ДУКМ)........217
         12.6.3. Волокнистые (ВКМ) и слоистые (СКМ) композиты..220
         12.6.4. Эвтектические композиционные материалы (естественные волокнистые композиты)..................222
         12.6.5. Монокристаллические материалы.................224
         12.6.6. Аморфныематериалы.............................226
         12.6.7. Сверхравновесные (аномальные) твердыерастворы (СТР,АТР).............................................227
         12.6.8. Ультрадисперсные материалы (УДМ)..............228
         12.6.9. Функциональные порошковые материалы...........231
         12.6.10. Интерметаллиды...............................233
         12.6.11. Сверхпрочные материалы.......................234
         12.6.12. Материалы, содержащиередкиеметаллы...........235
         12.6.13. Материалы диссоциации металлорганических соединений............................................236
         12.6.14. Материалы порошковой металлургии.............238
      12.7. Процессы получения композиционных материалов.......243
         12.7.1. Способы получения. КМиз полимерных материалов.243
         12.7.2. Способы получения КМ из металлических сплавов.245
Контрольные вопросы к тлаве 12.................................249
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................250
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ И РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА......................251

7

            ПРЕДИСЛОВИЕ



     Учебник «Материаловедение и технология конструкционных материалов» предназначен для самостоятельного изучения данной дисциплины студентами очной и заочной формы обучения для всех направлений и профилей технических специальностей.
     Потребность в разработке такого учебного пособия возникла в связи со спецификой дисциплины и тем, что существующие учебники имеют большой объем и сложны для изучения студентами 1-го курса. Авторы в своем учебнике преследовали цель сосредоточить внимание обучающихся только на общенаучных элементах основных положений дисциплины и старались не перегружать учебник излишней информацией, которую можно легко найти в других источниках и технической литературе данной направленности.
     В пособии излагаются сведения, необходимые бакалаврам для организации рационального использования материалов и способов формообразования заготовок.
     Пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены природа и свойства металлических материалов, основы их термической обработки и поверхностного упрочнения, общая характеристика неметаллических материалов, их свойств и способов получения. Во второй части изложены основные технологические процессы формообразования и обработки заготовок при изготовлении деталей заданной формы и качества. Приоритет по объему информации отдан металлическим материалам, так как доля их потребления в современном машиностроении значительно превышает долю неметаллических материалов. Такая тенденция, очевидно, сохранится и в обозримом будущем, поскольку конструкционными материалами в основном служат металлические материалы.
     Приводимые после каждой главы контрольные вопросы позволят студенту выявить (оценить) качество усвоения материала. В конце книги приведен список использованной при разработке пособия и рекомендуемой студентам литературы.

8

            ВВЕДЕНИЕ



     Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предопределяющим их широкое использование в технике. Для рационального применения материалов необходимы знание их механических, физических, химических и других свойств, понимание закономерностей изменения этих свойств при изменении условий получения материалов и в процессе их эксплуатации.
     Правильный выбор материала способствует улучшению качества изделия, уменьшению процента брака, увеличению производительности. Неправильный выбор приводит к снижению эффективности труда, увеличению брака, а нередко и к авариям.
     Эксплуатационные свойства машин и механизмов в значительной мере определяются также точностью изготовления деталей, качеством их рабочих поверхностей. Несоблюдение заданных требований по точности и качеству деталей может стать причиной снижения эксплуатационных свойств, надежности и преждевременного выхода изделий из строя.
     Предметами изучения дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» являются анализ закономерностей, определяющих строение и свойства материалов в зависимости от их химического состава, условий получения и методов упрочнения, а также способы формирования заготовок, сварки и механической обработки их резанием.
     Несмотря на то, что за последние годы создан ряд принципиально новых материалов, решающая роль в технике продолжает принадлежать металлическим материалам и, прежде всего, сплавам на основе железа: сталям и чугунам. На долю сталей приходится до 90 % производимых металлических материалов вместе взятых. Самой весомой группой сталей являются конструкционные стали (их доля в общем объеме металлических конструкционных материалов около 75 %). В общем объеме конструкционных сталей удельный вес углеродистых сталей составляет 85 %, а легированных -15%.
     Важнейшей частью материаловедения и технологии конструкционных материалов является учение о прочности и о путях ее повышения, а теоретической основой - соответствующие разделы физики и химии.

9

                ЧАСТЬ I





            МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ


     Одной из наиболее характерных особенностей цивилизации XX в. является громадное, все увеличивающееся производство и потребление различных металлов.
     Другой характерной особенностью современной цивилизации является всестороннее и многоцелевое развитие машиностроения, обеспечивающего рост работоспособности машин в обычных и особых условиях эксплуатации (космос, глубокий вакуум, большие перепады температур и давлений, высокие скорости, агрессивные среды, радиация и т. д.) и увеличение ресурса их быстроходности, мощности, производительности, грузоподьемности.
     В этой связи металловедение является основной базой развития машиностроения, обеспечивая прочность, жаропрочность, долговечность, износостойкость, трещиностойкость и надежность деталей машин и конструкций на основе гарантированной оценки структурного состояния металлов.
     Металловедение - наука, изучающая, зависимости между химическим составом, строением, структурой и свойствами металлов и закономерности их изменения под воздействием внешних факторов: тепловых, химических, механических, электромагнитных,радиоактивных и пр.
     Металловедение - наука, базирующаяся на основных положениях физики твердого тела, физической химии, термодинамики, электрохимии, атомной физики, исследует и направленно использует взаимосвязь структуры и свойств с целью улучшения параметров применяемых сплавов и для создания новых материалов с требуемым комплексом свойств.
     Главная задача металловедения - это научно обоснованно предсказывать поведение применяемых в технике сплавов на основе изучения их структуры и свойств.
     С одной стороны, объекты металловедения изучаются с позиций «вещь в себе», т. е. исследуется структура и состав сплава; внутренние процессы, протекающие в сплаве; как зависят свойства от структуры и состава сплава и т. д.
     С другой стороны, после того как мы познали «вещь в себе», сплав изучается с позиций «вещь для нас», т. е. исследуются изменения в сплаве как результат воздействия на него различных внешних факторов и решается вопрос об использовании полученных изменений для практических нужд человека.
     Насколько сложна проблема создания последовательной физической теории механического поведения металлов в деталях машин от их структуры показывает следующий пример. Известно теоретическое количество (10²³)

10

возможных комбинаций металлических элементов Периодической системы между собой, а также с неметаллами. В настоящее время используется всего лишь около 2000 сплавов. С учетом возможных структурных модификаций их количество может возрасти на несколько порядков.
     Задача изучения свойств сплава резко усложняется с учетом их чувствительности к типу кристаллической структуры, уровню межатомных связей, неизбежно присутствующей дефектности атомного, суб-, микро-, макромасштаба, непостоянству химического состава, плотности и подвижности точечных и линейных дефектов, проявлению фазовых превращений, распаду метастабильных структур, возникновению различных напряженных состояний ит.д. В настоящее время, благодаря успехам металловедения, прогнозируется «живучесть» структур сплавов, обеспечивается требуемый уровень работоспособности конструкции при разнообразных нагрузках и условиях эксплуатации.
     Металловедение и связанные с ней смежные науки создают базу знаний о строении и свойствах машиностроительных сплавов как объектах не сплошных, не однородных, не изотропных, способных изменять во времени свое структурно-энергетическое состояние, а следовательно, и свойства.
     Зачинателем науки о металлах на Руси по праву считается наш великий соотечественник М.В. Ломоносов (1711-1765 гг.). Ему принадлежит первый в России учебник горнозаводского дела - «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.), который стал настольной книгой нескольких поколений русских инженеров-металлургов.
     Основоположниками металловедения являются русские ученые П. П. Аносов (1799-1851 гг.), Д.К.Чернов (1839-1921 гг.), А.А.Ржешотарский (18471904 гг.), Н. И. Беляев (1877-1920 гг.), Н. С. Курнаков (1860-1941 гг.).
     П. П. Аносов заложил основы учения о стали, установив связь между строением стали и ее свойствами; впервые использовал микроскоп для исследования внутреннего строения стали; открыл тайну утерянных секретов булатной стали; разработал основы получения высококачественных сталей.
     Д. К. Чернов открыл внутренние структурные превращения в стали при нагревании и охлаждении, заложив основы теории кристаллизации стали и построения диаграммы железо - цементит. Его работы создали фундамент современного металловедения и теории термической обработки. Д. К. Чернов развил новую отрасль науки о металлах - металлографию.
     А. А. Ржешотарский является первым русским металловедом. В 1895 г. на Обуховском заводе создает первую в России металлографическую лабораторию. Его труд «Микроскопические исследования железа, стали и чугуна» (1898 г.) стал фундаментальным классическим трудом мирового значения. А. А. Ржешотарский впервые получил в 1893 г. броневую никелевую сталь для военно-морских судов.
     Н. И. Беляев развил методы металлографических исследований при производстве стали. В своем труде «Макроструктура стали в связи с кристаллизацией» (1910 г.) ученый раскрыл многие закономерности кристаллизации стали. В годы первой мировой войны Н. И. Беляев разработал высококачественные марки быстрорежущих сталей с минимальным содержанием вольфрама.

11

     Н. С. Курнаков для исследования сплавов применил методы физикохимического анализа. Результатом его работ стало построение диаграмм состояния сплавов, устанавливающих зависимости между составом, структурой и свойствами сплавов. Н. С. Курнаков изобрел прибор для регистрации температур фазовых превращений, принцип которого используется в современных приборах термического анализа.
     С открытием рентгеновских лучей появилась возможность изучения атомнокристаллического строения металлов, сплавов и фаз в сплавах, а также анализа характера их изменений от вида обработки. Эти исследования выполнили М. Лауэ и П. Дебай (Германия), У. Г. Брегг и У. Л. Брегг (Англия). Теорию фазовых превращений разрабатывали С. С. Штейнберг (Россия), Э. Бейн и Р. Мейл (США). Базовые исследования в металлофизике выполнили Г. В. Курдюмов, А. А. Бочвар, С. Т. Конобеевский (Россия), Юм-Розери и Н. Митта (Англия).
     Металловедение - наука об управлении жизнью металлов и сплавов, ибо, по теории В. ИВернадского, на земле нет мертвого («косного») вещества. Каждое вещество, любой вид материи, в том числе и металлы, живет и развивается в своих пространственно-временныхрамках.

12

                ГЛАВА 1





            ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ.
            АТОМНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ


     Большинство используемых в технике материалов являются металлическими.
     Металлы как твердые, так и жидкие характеризуются рядом свойств:
     о металлическим блеском;
     о высокой тепло- и электропроводностью;
     о легкой деформируемостью;
     о способностью переходить в сверхпроводящее состояние при снижении температуры;
     о при нагревании испускать электроны;
     о кристаллическим строением.
     Металлы в периодической системе Д. И. Менделеева составляют около 80 % всех элементов. Из всего ряда свойств характеристикой, наиболее присущей металлам, является электропроводность, которая у металлов значительно более высока.
     Причем, у металлов электропроводность с ростом температуры понижается, а у неметаллов она растет.
     Отмеченные выше отличия свойств металлов от неметаллов обусловлены различным характером межатомной связи в этих материалах.
     Известно четыре основных типа межатомных связей:
     о металлическая;
     о ионная;
     о ковалентная;
     о межмолекулярная (вандерваальсова).
     Металлический тип связи характеризуется тем, что при сближении атомов валентные электроны теряют принадлежность к отдельным атомам и становятся общими, образуя так называемый «электронный газ».
     Связь в этом случае определяется электростатическим притяжением между положительно заряженным ионным скелетом и отрицательно заряженным электронным газом.
     Этот тип связи в металлах и обусловливает комплекс отличительных свойств.
     Описание физических свойств металлов основано на понимании особенностей их кристаллического строения.

13

     Под кристаллическим строением понимают закономерное трехмерное периодическое расположение атомов в кристалле, описываемое кристаллической решеткой.
     Большинство металлов кристаллизуется в трех типах решеток:
     о гранецентрированной кубической;
     о объемно-центрированной кубической;
     о гексагональной (более подробно в курсе «Металловедение»).
     Противоположность кристаллического строения - аморфное строение.
     Металлы подразделяются на черные ¹ и цветные. К черным относят железо и его сплавы с углеродом и другими элементами (стали, чугуны), а к цветным -все остальные металлы.
     Металлы - основа технического прогресса нашей цивилизации. Применяют металлы в зависимости от их свойств. Однако важным и целесообразным фактором применения металлов является их стоимость (табл. 1.1). Данные таблицы по стоимости являются ориентировочными, так как не учитывают конъюнктурных ² обстоятельств.
     Способность металлов растворяться друг в друге и образовывать многочисленные химические соединения разного типа создает благоприятные условия для получения разнообразных сплавов, характеризующихся требуемым сочетанием полезных свойств.



Таблица 1.1

Относительная стоимость некоторых простых веществ (за единицу стоимости принята стоимость железа)


  Материал    Относительная   Материал    Относительная
                стоимость                   стоимость  
 Железо (Fe)        1       Вольфрам (W)       120     
Кремний (Si)       3,5       Титан (Ti)        160     
Алюминий (А1)       6       Молибден (Мо)      170     
  Медь (Си)        7,5      Серебро (Ag)       290     
 Магний (Mg)        8       Ванадий (V)        750     
Марганец (Mn)      10       Ниобий (Nb)        800     
 Никель (Ni)       17        Тантал (Ta)      1500     
 Олово (Sn)        22       Золото (Аи)      11 000    
  Хром (Сг)        25       Платина (Pt)     27 000    
Кобальт (Со)       35        Родий (Ph)      45 000    

     Металлы отличаются друг от друга внутренним строением и свойствами -механическими, физическими, химическими, технологическими и др.

      ¹ На их долю приходится около 95 % производимой в мире металлопродукции.

      ² Конъюнктура - стечение обстоятельств, способных повлиять на ход и исход какого-либо дела.

14

1.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
     И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

     К основным свойствам металлов и сплавов относятся:
     о  механические;
     о  физико-химические;
     о  эксплуатационные;
     о технологические.
     Механические свойства - это характеристики поведения твердых кристаллических тел под действием различных механических напряжений. Механические свойства не являются «чистыми» константами материалов, но существенно зависят от формы и размеров тела, скорости нагружения, состояния поверхности, температуры и т. д.
     Механические свойства:
     о  прочность;
     о  пластичность;
     о  твердость;
     о вязкость.
     Прочность - это способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок.
     Различают:
     о  прочность теоретическую - Сттеорет. Она вычисляется через силы межатомного сцепления;
     о  прочность техническую - сттехн. Достигается в реальных материалах и определяется через испытания стандартных образцов;
     о прочность конструкционную - стконстр. Прочность конкретных конструкционных элементов и деталей (болты, гайки, лопатки турбин, сварные конструкции).
     Стконстр. < Сттехн. из-за различных типов напряжений (микротрещины после ТО, напряжения галтелей, канавок и пр. конструкционных элементов, остаточные термические напряжения и т. д.).
     В целом прочности связаны соотношением СТконстр. < СТтехн. < СТтеорет.
     Для определения технической прочности при статических нагрузках образцы испытывают на: о растяжение;
     о  сжатие;
     о  изгиб;
     о кручение.
     Прочность при динамических нагрузках определяют по испытаниям на:
     о  ударную вязкость (KCV, KCU, КСТ);
     о  предел выносливости (стуст.);
     о предел ползучести (стпл.).

15