Підручник призначений для студентів машинобудівних спеціальностей. У підручнику викладені основні теоретичні і практичні положення структурної будови матеріалів, термічної, хіміко-термічної та термомеханічної обробки. Наведені основні теоретичні положення, які пов'язані з фізико-механічними властивостями металічних, неметалічних і композиційних матеріалів, та характеристики, необхідні для проведення розрахунків при виборі конструкційних матеріалів. Зміст Передмова……………………………………………………..........................................…………………………………..5 Вступ………………………………………………………………….....................................………………………………………….5 Частина 1. Металознавство …………………………………………………………………...………..............……...14 Розділ 1, Основи теорії будови і структуроутворення металів і сплавів..…………14 1.1.Загальні положення …………………………………………………...................…………………………………….14 1.2.Кристалічна будова металів і її основні характеристики…….……..............……..15 1.3.Форми кристалічних утворень ……………………………………………………….....…………………….18 1.4.Дефекти реальної кристалічної будови металів і сплавів...........……………......23 1.5.Термодинамічні умови протікання процесу кристалізації 1.6.Особливості формувань структури металевих сплавів…………….………………………..31 1.7. Діаграми фазового рівноважного стану сплавів і їх аналіз…………………………...34 1.8. Типи діаграм і їх зв'язок з властивостями сплавів..........…………………………………39 Запитання для самоконтролю.......................……………………………………………………………………..42 Розділ 2. Фізичні основи міцності і надійності металів і сплаві………………………….....43 2.1.Загальні положення............................……………………………………………………………………………..43 2.2.Фізичні основи процесу деформування................……………………………………………………44 2.3.Характеристики пружного деформуванн..…………………………………………………………….…...52 2.3.1 Непружність………………………………….......................……………………………………………………….…....54 2.3.2.Пружна післядія..............................…………………………………………………………………………………55 2.3.3.Внутрішнє тертя і гістерезис…………………………………………………………………………….............60 2.4.Руйнування…………………………………………………………………………............................……………………..65 2.4.1.Загальні положення …………………………………………................…………………………………………...65 2.4.2.Механізм розвитку і розповсюдження тріщин при крихкому і в'язкому руйнуванні…………................................................................................................………67 2.5.Втомленість ……………………………………...........................…………………………………………………...72 2.6.Конструкційна міцність матеріалів і способи її підвищення.…………………………...77 2.7.Класифікація і методи визначення механічних властивостей…..…………………….78 2.7.1. Механічні властивості, які визначають при статичному навантаженні.…79 2.7.2. Механічні властивості, які визначають при динамічному навантаженні………………………................................................................................……….86 2. 7.3. Вплив особливих умов експлуатації на поведінку металевих конструкційних матеріалів……………....................................................................................................88 Запитання для самоконтролю………………………………………..............………………………………………..92 Розділ 3. Залізовуглецеві і леговані сплави………………………………………………….………………….93 3.1.Характеристика компонентів і фазових складових залізовуглецевих сплавів………………...........................................................................................…………...93 3.2.Діаграма стану залізовуглецевих сплавів…………………………………………………………………95 3.3.Вплив вуглецю, постійних і легуючих домішок на властивості залізовуглецевих сплавів………….....................................................................................................….104 3.4. Класифікація і маркірування залізовуглецевих і легованих сплавів…...109 Запитання для самоконтролю................................………………………………………………………115 Розділ 4. Термічна обробка металів і сплавів……………………………………………………………….116 4.1. Загальні визначення…………………………………………………………….…............………………….......117 4.2. Основні теоретичні положення ……………………………………………......……………..……………...117 4.2.1. Перетворення в сталях при нагріванні до аустенітного стану (перше основне перетворення)……..............................................................................................…123 Вплив швидкості нагрівання і температури на хід перлітноаустенітного перетворення…………………......................................................................................129 4.2.2.Перетворення аустеніту при охолодженні ………………………………………......………..131 Вплив швидкості охолодження на процес розпаду аустеніту........………………...134 4.2.3.Перетворення при вторинному нагріванні загартованих сталей (відпуск)……………......................................................................................………….....141 Вплив легуючих елементів на процес відпуску ……………..........…………………………...143 4.3.Технологія і режими термічної обробки Загальні положення....…………....145 4.3.1. Гартівні середовища ………………………………………………………………………………...........…..147 4.3.2. Загартовуваність і прогартовуваність………………………………………………………….....149 4.3.3. Способи і режими різних видів термообробки вості термічної обробки чавунів....................……………………………………………………………...175 4.5. Термомеханічна обробка металів і сплавів………………………………………………….…..177 4.6 Хіміко-термічна обробка металів і сплавів…………………………………… ...…………………179 4.6.1 Цементація ………………………………………………………………….........................................181 4.6.2 Азотування …………………………………………………....................................................186 4.6.3 Ціанування (нітроцементація) сталей………………………………………………………………….188 4.6.3 Дифузійне насичення сплавів металами і неметалами……………………...190 4.6.4 Дефект і брак при термічній обробці ………………………………………………………………….192 Запитання для самоконтролю............…………………………………………………………………………… 193 Розділ 5, Конструкційні сталі…………………………………...………………….....……………………..195 5.1 Загальна характеристика і основні вимоги …………………….…………………...………… 195 5.2 Будівельні сталі......................…………………………………...………………………………………………...197 5.3 Машинобудівні конструкційні сталі …………………………………………………….....……………….208 5.3.1 Цементуємі, нітроцементуємі і азотуемі сталі........……….......………………....208 5.3.2 Штампуємі сталі……………………………………………………………………………...................………….205 5.3.3 Поліпшуємі сталі……………………………………………………………………...................…………………207 5.3.4 Сталі з підвищеною оброблюванністю різанням (автоматні)....…..………209 5.3.5 Пружинно - ресорні сталі і сплави…………………………………………………….…..……………..212 5.3.6 Шарикопідшипникові сталі…………………………………………………………………...........………..215 5.3.7 Зносостійкі сталі і сплави………………………………………………………………………..........………217 5.3.8 Корозійностійкі (нержавіючі) та жаростійкі сталі і сплави.…………….……….219 5.3.9 Жароміцні сталі і сплави……………………………………………………………………..........…………..225 5.3.10.Вигокоміцністалі ………………………………………………………………..........……….…………..227 5.3.11 Кріогенні (холодостійкі) сталі і сплави…………………………………………………….……...228 Запитання для самоконтролю………………………………………………………........………………….……..230 Розділ 6. Інструментальні сталі і сплави……………………………………………………………….………231 6.1Основні вимоги до інструментальних матеріалів.........…………………………….…..231 6.2Інструментальні матеріали для механічної обробки заголовок різання……………………………...................................................................................…….233 6.2.1Вуглецеві і леговані сталі для ріжучого інструменту ........………….…………..233 6.2.2Швидкорізальні сталі……………………………………………....…………………............……….…………235 6.2.3Тверді металокерамічні сплави ………………………………………………………………….….…...238 6.2.4Мінералокерамічні сплави………………….........…………………………………………………….….…..241 6.2.5Надтверді ріжучі матеріали……………………………….........…………………………………………..….241 6.3Інструментальні матеріали для механічної обробки заготовок тиском………………………………...................................................................................…..243 6.3.1Загальні положення…………………………………………………………………………………................….243 6.3.2Сталі для штампів холодного деформування.............…………………………..…….245 6.3.3Сталі для штампів гарячого деформування........………………………………………..…249 6.4Сталі для вимірювального інструменту..……………………………………………………………....253 Запитання для самоконтролю........……………………………………………………………………..………….254 Розділ 7. Конструкційні чавуни.....………………………………………………………………….………..……...255 7.1 Загальні положення..............................…………………………………………….……………..…….255 7.2 Білі чавуни.........................…………………………………………………………………………………………..….256 7.3 Сірі чавуни з пластинчастим графітом………………………………………………………………....256 7.4 Високоміцні чавуни………………………………………………………………………..............………………...258 7.5 Ковкі чавуни…………………………………………………………………………………....................……………..260 7.6 Чавуни леговані із спеціальними властивостями .………..…………………………….282 Запитання для самоконтролю..........…………………….…………………………..………………………...264 Розділ 8. Кольорові метали і сплави ………………..………………………………..……………………...265 8.1Загальні відомості …………………………………………………….............………………..…………………….265 8.2Мідь і сплави на її основі…………………………………………….......……………………..………………...266 8.2.1.Латуні...............................…………………………………………………………………………..….………… 266 8.2.2.Бронзи………………………………………………………………………......................………………………….…270 8.3Алюміній та сплави на його основі ……………………………….………………………………….....275 8.3.1.Загальні відомості.................................…………………………………………………………...275 8.3.2.Термічна обробка, алюмінієвих сплаві.в...…………………………………………………...277 8.3.3.Деформуємі алюмінієві сплави ……………….………………………………………………………..280 8.3.4.Ливарні алюмінієві сплави…………………………….………………………………………………....….284 8.3.5.Спеціальні алюмінієві сплави: (спечені алюмінієві порошки - САП і сплави-САС)………………….....................................................................................288 8.4Титан та сплатна його основі………………………………...…………………………...……………………290 8.5 Магній та сплави на його основі.............................……………………………………...294 Запитання для самоконтролю....………………………………………..………………………………………...296 Частина 2. Неметалічні конструкційні матеріали………..……………………………………….297 Розділ 9. Основи теорії будови і структуроутворення неметалічних конструкційних матеріалів…………….............................................................................................297 9.1 Будова і класифікація полімерів……………………………………………...……………………..………297 9.2 Фізико-механічні властивості полімерів………………...………….…………………………….300 9.3 Пластмаси......................……………………………………………………...……………………………………..303 9.3.1 Термопластичні пластмаси (термопласти).............………………………………..304 9.3.2 Термореактивні пластмаси (реактопласти).……………...……….…………………….308 9.4 Резинотехнічні матеріали..............................………………………....……………………...312 9.4.1 Загальні відомості....................……………………………………………………..…………………...312 9.4.2 Механічні властивості і застосування резин..………………………………….......313 9.4.3 Призначення і застосування резин………………..........................…….........315 9.5 Клеї і герметики...........………………………………………………………………...………………….……...316 9.6 Силікатні матеріали……………………………………………………………………………………...........……320 9.6.1 Неорганічне скло……………………………………………………………………………….........……….…..320 9.6.2 Технічна кераміка………………………………………………………….............…………………..….….323 Запитання для самоконтролю…………………………………………………………………….........……..326 Розділ 10. Композиційні конструкційні матеріали.………………………………...........327 10.1Загальні положення.…………………………………………………………………………………......……....327 10.2Теоретичні основи структуроутворення і властивості композиційних матеріалів…………………….....................................................................................328 10.2.1 Характеристика структурної будови КМ……………………………………………………328 10.2.2 Вимоги до волокон і матриці……………………………………………………………………………..331 10.2.3 Міжфазова взаємодія в КМ……………………………………………………………………………..…333 10.2.4 Пружні постійні КМ ........................................................................335 10.2.5 Міцність КМ……………………………………………...............………………………………………………...339 10.2.6 В'язкість руйнування КМ……………………………………...…………………………………………...344 10.3 Композиційні матеріали з металевою матрицею....................…………..348 10.4 Дисперснозміцнені композиційні матеріали(ДКМ)….....................……354 10.5 Псевдосплави...............................…………………………………………………………………………357 10.6 Полімерні композиційні матеріали (ПКМ)……………………………………………………...361 10.6.1 Вуглепластики......................……………………………………………………………………………….382 10.6.2 Органопластики...............................................………………………………………...364 10.6.3 Боропластики…………………………………………………………………….............……………………….366 10.6.4 Області застосування полімерних КМ…………………………….………………………...367 10.6.5 Вуглець-вуглецеві і керамічні КМ…………………………………………………………………….371 Запитання ля самоконтролю…………………………………………………………………………………........375 Розділ 11. Антифрикційні підшипникові матеріали…………………………….……………...376 11.1.Загальні положення……………………………………………………………………………………...........…376 11.2.Металічні антифрикційні матеріали…………………………………………………………………...377 11.3.Неметалічні антифрикційні матеріали……………………………………………………………...384 Запитання для самоконтролю…………………………………………………………………………………......386 Список літератури…………………………………………………...............…………………………………………...390