Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

Введение в материаловедение

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Материаловедение – научная дисциплина, изучающая взаимосвязь между составом, строением и свойствами материалов.

Назначение материала определяется требованиями конструкции (конструкционные критерии – прочность, долговечность, коррозийные свойства и т.п.) и возможностью переработки в изделие (технологические критерии – коэффициент обрабатываемости резанием, сварки и обработки давлением и т.п.).

Разновидности материалов:

  • металлические материалы;
  • неметаллические материалы (резина, керамика, стекло, пластические массы, ситаллы);
  • композиционные материалы (составы из разнородных материалов).

Металлические материалы – твёрдые кристаллические вещества, характерной особенностью которых является правильное периодическое строение, расположение атомов в пространстве.

Сплавы – многокомпонентные металлические системы.

По основному компоненту различают чёрную и цветную металлургию. К чёрным металлам относят железо и сплавы на его основе (чугуны, стали, в том числе легированные, и ферросплавы). К цветной металлурги относят цветные металлы (алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово) и сплавы на их основе.

Металлы находятся в Земной коре в виде окислов, нитридов, карбидов, гидридов и гидратов, хлоридов и т.п. Для превращения минерального сырья в полуфабрикакты необходимы значительные затраты энергии и дополнительных видов минералов и веществ. Наименьшими потерями среди технических материалов обладает производство чугуна и стали, что положительно сказывается на их относительной стоимости.

Помимо определения механических свойств (временное сопротивление разрушению, прочность на сжатие, твёрдость и т.п.), а также химического состава, для изучения материалов важно иметь представление о его структурном строении.

Методы изучения строения материалов

  1. Макроскопический анализ – изучение структуры материалов визуально или с помощью простейших оптических приборов с увеличением до пятидесяти крат. Выявляются крупные дефекты (трещины, усадочные раковины, газовые пузыри и т.д., а также неравномерность распределения примесей в материале). Макроструктуру определяют по изломам и по макрошлифам, которые предварительно шлифуют, обезжиривают и протравливают. Это позволяет установить размер зерна, кристаллическую структуру, глубину поверхностной обработки, неоднородность материала. Макроанализ сварного шва даёт возможность выявить места непровара, пузыри, зону термического влияния, трещины и т.п.
  2. Микроскопический анализ – производится с помощью оптических микроскопов (увеличение до тысячи крат), электронных микроскопов (увеличение до миллиона крат), электронных проекторов (увеличение в несколько миллионов раз). Исследование проводится на предварительно полированной зеркальной поверхности шлифа или слепка с неё (для электронного микроскопа). Шлифы исследуют до и после травления. Травление металлической поверхности растворами кислот выявляет рельеф границ кристаллов, контуры отдельных элементов структуры. Данные исследований – размер и форма зёрен получают количественную и качественную оценку. Также определяются структурные составляющие, неметаллические включения и их характер (трещины, пористость), качество термической обработки. Знание микроструктуры позволяет определить причины изменения свойств материала.
  3. Методы неразрушающей дефектоскопии:
    • рентгеновский анализ – основан на дифракции рентгеновских лучей рядами атомов кристаллической решётки. Позволяет изучать атомную структуру металлов, типы и параметры кристаллических решёток, а также дефекты, лежащие в глубине (пористость, трещины, газовые пузыри, шлаковые включения и т.д.). В местах дефектов рентгеновские лучи поглощаются в меньшей степени, чем в сплошном материале, и поэтому на фотоплёнке лучи образуют тёмные пятна, соответствующие форме дефекта. Разновидностью метода является применение гамма-лучей, которые проникают в изделие на большую глубину;
    • магнитный метод – применяют для исследования дефектов в магнитных материалах (сталь, никель др.) на глубине до 2 мм (трещины различного происхождения, неметаллические включения и т.д.). Для этого испытуемое изделие намагничивают, покрывают его поверхность порошком железа, осматривают поверхность и размагничивают изделие. Вокруг дефекта образуется неоднородное поле, вследствие чего магнитный порошок повторяет очертания дефекта. Метод используют также для оценки полноты структурных превращений в сплавах после их термической обработки;
    • ультразвуковой метод – позволяет осуществлять эффективный контроль качества материала изделий и заготовок практически любых размеров и форм. Ультразвуковая волна от излучателя распространяется в тестируемом изделии и при встрече с каким-либо дефектом отражается от него. Отражённые волны принимаются, усиливаются и передаются на показывающий индикатор. Ультразвук используют для контроля качества роторов, рельс, поковок, проката и других изделий при необходимости сохранения целостности изделий.

Список литературы

  1. Мальцев И.М. Лекции по курсу “Материаловедение”. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет , 1995. – 103 с.
  2. Сажин В.Б. Иллюстрации к началам курса “Основы материаловедения”. – М.: ТЕИС, 2005. – 156 с.
Содержание Основные понятия теории сплавов >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • Основные понятия теории сплавов материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Сплав – макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов. Сплавы получают путём: плавления – процесса перехода материалов из твёрдого состояния в жидкое при повышенных температурах; спекания – процесса получения твёрдых и пористых материалов из мелких порошкообразных или пылевидных материалов при повышенных температурах; осаждения из газовой фазы – процесса [...]
  • Свойства конструкционных материалов материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Механические свойства определяются по результатам механических испытаний, при которых материалы подвергаются воздействию внешних (статических, динамических, циклических) сил, вызывающих напряжение и деформацию. Напряжение – величина нагрузки, отнесённая к единице площади поперечного сечения испытуемого образца. Деформация – изменение формы и размеров твёрдого тела под влиянием внешних сил. Различают деформации растяжения, сжатия, изгиба, [...]
  • Цветные сплавы материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Алюминиевые сплавы Алюминий (Al) – лёгкий металл серебристо-белого цвета. Плотность – 2,7 т/м3, температура плавления – 660 °С, временное сопротивление разрыву – 80 МПа, относительное удлинение – 45%, твёрдость – 20 НВ. Обладает высокой удельной прочностью (отношением предела прочности к плотности), пластичностью, хорошими тепло- и электропроводимостью, коррозионной стойкостью благодаря образованию [...]
  • Стали материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Сталь – сплав железа (не менее 45%) с углеродом (0,022-2,14%) и другими элементами. Обычно сталь имеет плотность 7,6-7,9 т/м3, временное сопротивление растяжению – 800-3000 МПа, относительное удлинение – 5-12%. Сталь является важнейшим конструкционным материалом для тяжёлой промышленности, строительства и прочих отраслей. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей Углерод [...]
  • Чугуны материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Чугун – сплав железа с углеродом с содержанием последнего более 2,14%. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Чугуны дешевле сталей, широко применяются в машиностроении, обладают [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики