korotkih (Коротких М. Т. - Технология конструкционных материалов и материаловедение - учебное пособие.)

Министерство образования Российской Федерации_____________САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ___________________________________________________Коротких М. Т.Технология конструкционных материалов иматериаловедение: учебное пособиеСанкт-Петербург2004АннотацияПособие по курсу «Технология конструкционных материалов иматериаловедение» предназначено для студентов заочной и дистанционнойформы обучения экономических специальностей. Может быть использованопри изучении курса Технология важнейших отраслей промышленности.Пособие в краткой, конспективной форме освещает основные разделыкурса и сопровождается вопросами для самопроверки и образцами карттестового контроля.Ключевые слова: технология конструкционных материалов, технологияважнейших отраслей промышленности, материаловедение, методыобработки материалов, методы формообразования, обработка давлением,литье, сварка, обработка резанием, абразивная обработка, электрофизическая обработка.Содержание1.

Основные характеристики объектов производства1.1 Свойства материала1.2 Форма поверхностей деталей1.3 Размеры поверхностей1.4 Точность размеров и форм ы поверхностей деталей1.5 Качество поверхности2. Машиностроительные материалы2.1 Сплавы на основе железа2.1.1 Сталь2.1.2 Чугун2.2. Цветные металлы и сплавы2.2.1 Медь и медные сплавы2.2.2 Алюминий и сплавы на его основе2.2.3 Магний и сплавы на его основе2.2.4 Титан и сплавы на его основе2.2.5 Тугоплавкие металлы и их сплавы2.2.6 Композиционные материалы с металлической матрицей2.3 Конструкционные порошковые материалы2.3.1 Инструментальные порошковые материалы2.4 Общие сведения о неметаллических материалах2.4.1 Пластические массы2.4.2 Резиновые материалы3. Получение металлов3.1 Добыча руды3.2 Обогащение руды3.3 Восстановление металла3.3.1 Термохимическое восстановление металла3.3.2 Восстановление металла электролизом3.3.3 Физическое отделение металла3.4 Рафинирование4.

Основы литейного производства4.1 Литье в песчано-глинистые формы4.2 Специальные виды литья4.2.1 Литье в кокиль4.2.2 Центробежное литьё4.2.3 Литье в оболочковые формы4.2.4 Литьё по выплавляемым моделям4.2.5 Литье под давлением5. Методы обработки металлов давлением5.1 Прокатка5.2 Прессование5.3 Волочение5.4 Ковка5.5 Горячая объемная штамповка5.6 Листовая штамповка6. Сварка6.1 Сварка плавлением6.2 Термомеханическая сварка7. Обработка металлов резанием7.1 Физические основы резания металлов7.2 Оборудование для обработки резанием7.3 Основные процессы обработки материалов резанием7.3.1 Токарная обработка7.3.2 Фрезерная обработка7.3.3 Обработка отверстий резанием7.3.4 Способы обработки резанием8.

Абразивная обработка9. Электрофизические и электрохимическиеметоды обработки материалов9.1 Электроэрозионная обработка9.2 Химическая и электрохимическая обработка материалов9.3 Ультразвуковая обработка материалов9.4 Лучевые методы размерной обработкиЛитератураТехнология конструкционных материалов и материаловедениеПособие для экономических специальностей заочной и дистанционнойформы обучения.Автор: проф. Коротких М.Т.1. Основные характеристики объектов производстваОснова современнойцивилизации состоит в целенаправленномвоздействии человека на природу с целью преобразования природныхпродуктов в изделия, удовлетворяющие те или иные потребности человека.Причем, эти изделия в настоящее время настолько отличаются от природныхпродуктов, что иногда даже трудно представить те исходные природныематериалы, из которых они получены (например, компьютер).Если ранее человек непосредственно мог воздействовать на природныепродукты с помощью своих органов и своей энергии, то современноепроизводство основано на применении различного рода машин, агрегатов,которые, преобразуя различные виды энергии, могут осуществлять воздействиена природные продукты значительно более эффективно.Машина - механическое устройство, выполняющее движения дляпреобразования энергии, материалов илиинформации.Основноеназначение машин - частичная или полная замена производственных функцийчеловека с целью облегчения труда и повышения его производительности.Машины образуют основу созданной человеком ноосферы,являютсяпродуктом человеческого мышления и могут рассматриваться как отражениечеловеческой мысли, материальное воплощение человеческой психологии.Достижения всех отраслейпроизводства базируется на достижениях вразвитии соответствующих машин.Поэтому наша Цивилизация иногдахарактеризуется как машиннаяЦивилизация, а машиностроениеявляется важнейшей отрасльюпромышленности.Машины, применяемые человеком для преобразования природы делятся на...Технологические: металлорежущие станки, прессы, оборудование пищевойпромышленности (диспергаторы, смесители и т.д.), сельскохозяйственныемашины и т.д.Транспортные: поезда, автомобили, суда, самолеты, конвейеры,промышленные роботы и т.д.Энергетические: генераторы, турбины, двигатели внутреннего сгорани,электродвигатели, и т.д.Кроме машин, человечество использует для воздействия на природуустройства, в которых преобразование вещества, энергии происходит не засчет механического движения, а за счет других физических, химических илибиологических процессов.

Такие устройства называются реакторами,агрегатами, аппаратами, и т.д.Например: атомный реактор, химические аппараты для синтеза различныхвеществ, биологические реакторы для получения дрожжевых бактерий...Если устройство предназначено для получения ипреобразованияинформации, то оно относится к категории ПРИБОРОВ.(ЭВМ - конечно не машина, а прибор. Такая терминология сохранилась с техвремен, когда вычислительные устройства былиоснованы чисто намеханическом принципе).Каждая машина, агрегат, прибор обладают существенными для человекасвойствами, среди которых имеются как полезные, таки вредные свойства.История развития этих средств отражает попытки максимизировать полезныесвойства этих искусственных объектов при минимизации их отрицательноговлияния на человека непосредственно или окружающую среду.Так, скорость транспорта постоянно увеличивается, производительностьтехнологического оборудования растет, мощность и КПД энергетическихмашин повышается.

Набор свойств этихтехнических средств настолькоширок, что сравнение их возможно только при сопоставлении близких,предназначенных для выполнения одной цели устройств. Невозможно,например, сравнение легкового и грузового автомобиля, хотя сравнениелегковых автомобилей может производиться по одним и тем же техническимкритериям. (Максимальная скорость, вместимость, потребление топлива на100 км пути и т.д.).Уровень развития цивилизации в настоящее время определяетсятехническим прогрессом, именно достигнутыми характеристиками (илитехническими критериями) машин, приборов и т.д.От достигнутых характеристик этих устройств зависит эффективность любойотрасли общественного производства, что непосредственно отражается накачествежизниобщества.Поэтомуважнейшимиотраслямипромышленности следует считать именно производство средств производства.Свойства машин возникают при сборке из отдельных элементов- деталей.Деталь - изделие, изготовленное без применения сборочныхопераций.Если свойства машин чрезвычайно разнообразны, то свойства деталей можноразделить на 5 основных, несводимых друг к другу категорий, которыеуниверсальны и могут быть оценены с единых позиций.К таким свойствам относятся:Свойства материалов, форма, размеры, точность, свойства поверхности.1.1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА:МеханическиеПрочность,твердость, ударнаявязкость,пластичность,упругость и т.д.Таблица 1ФизическиеХимическиеТеплопроводность, Химическаяэлектропроводност активность,коррозионнаяь, плотность,стойкость,температуракаталитическиеплавления,свойства,магнитныеокалиностойкость исвойства и т.д.т.д.БиологическиеАлергеннаяактивность,токсичность и т.д.Свойства материала деталей могут во многомопределять свойства (технические критерии) производимых изделий.Так, прочность стали, наряду с другими факторами, определяетгрузоподьемность моста, защитные свойства брони, мощность передаваемую ротором турбины...Рис.1.1Прочность материалов обычно оценивается по предельному напряжению (удельной нагрузке) в поперечном сеченииобъекта при егоразрушении.

Такая величина называется пределом прочности на растяжение и у современных конструкционных материалов составляет:конструкционные стали - 600...3000 н/мм2,алюминиевые сплавы - 200...900 н/мм2,титановые сплавы- 600...1600 н/мм2,композиционные материалы - 300...20000н/мм2.Испытание на растяжение позволяет также оценить пластичность материала,которая измеряется относительным пластическим удлинением образца впроцессе растяжения в момент разрушения.Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в неготвердого тела оценивается при стандартных условиях испытания внедрениемзакаленного шарика (твердость по Бринелю), алмазной пирамидки или конуса(твердость по Виккерсу, Роквеллу).

Твердость во многом определяетизносостойкость деталей машин, воспринимаемые ими без разрушенияконтактные нагрузки, таким образом существенно влияя на техническиекритерии самой машины.1.2 ФОРМА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙРис.1.2Форма поверхностей деталей может во многом определять техническиехарактеристики изделия.Так, поиск наиболее эффективных форм крыласамолета продолжается до сих пор и определяет такие характеристики, какгрузоподъемность, расход топлива, планирующую способность. Формалопаток турбины определяет КПД преобразования энергии; форма снаряда,ракеты определяет сопротивление воздуха, а следовательно дальность полета ит.д.Форма профиля строительных элементов (балок, колонн...) определяетэффективность использованияматериала,т.е.призаданнойгрузоподъемности , при правильном выборе формы строительных элементов,мост может быть построен более легкий, а следовательно и более дешевый.Профиль лопастей гидротурбины достаточно сложен, но именно он определяетКПД турбины, профиль обтекателя головной части ракеты минимизируетсопротивление воздуха при ее движении, а, следовательно, влияет надостижимую скорость, расход топлива и т.д.Форма кузова автомобиля не только определяет эстетическое восприятие, нои существенно влияет на сопротивление воздуха его движению, т.е.