Утверждаю
Ректор университета
____________О.Н. Федонин
«___»___________ 2017 г.
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Методические указания
К выполнению лабораторной работы № 1
Для студентов очной и заочной формы обучения
Всех направлений подготовки
Издание 3-е, исправленное и дополненное
Брянск 2017
УДК 621.914.04
Технология конструкционных материалов. Металлические конструкционные материал, определение их механических свойств: методические указания к выполнению лабораторной работы № 1 для студентов очной и заочной формы обучения всех направлений подготовки. - 3-е изд. испр. и доп. - Брянск: БГТУ, 2017. - 21 с. Методические указания публикуются в авторской редакции.
Разработал: Е.В. Ковалева
канд. техн. наук, доц.
Рекомендовано кафедрой "Триботехническое материаловедение и технологии материалов" БГТУ (протокол № 2 от 28.04.17г.)
Печатается по изданию: Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов. Металлические конструкционные материал, определение их механических свойств: методические указания к выполнению лабораторной работы № 1 для студентов всех форм обучения и специальностей. - Брянск: БГТУ, 2008.
Методические указания публикуются в авторской редакции.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Цель работы - изучение классификаций металлических конструкционных материалов, обозначения марок конструкционных материалов, нашедших наибольшее применение в машиностроении, их основных свойств.
Задачами работы являются:
1. Освоение основных понятий и определений, относящихся к конструкционным материалам.
2. Изучение видов классификаций по разным признакам.
3. Изучение особенностей в обозначении марок сплавов одинакового химического состава, отличающихся по технологическому исполнению и качеству.
4. Получение практических навыков определения твердости основных видов металлических конструкционных материалов, их прочностных и пластических свойств.
Лабораторная работа является практической частью раздела "Конструкционные материалы, их классификация и свойства" дисциплин "Технология конструкционных материалов" и «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
Лабораторная работа предусматривает самостоятельное выполнение каждым студентом индивидуального задания.
Продолжительность работы - 2 часа.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ
Конструкционные материалы - это металлические, неметаллические и композиционные материалы, обладающие комплексом свойств, позволяющих использовать их для изготовления деталей машин, механизмов и сооружений.
Основные свойства металлических конструкционных
Материалов
При выборе материалов для деталей машин конструктор прежде всего учитывает условия их эксплуатации, заданный ресурс времени безотказной работы, технологичность материала и экономическую целесообразность применения. В зависимости от этого конструктор подбирает материал с учетом его механических, физических, химических, технологических и эксплуатационных свойств.
К основным механическим свойствам относятся прочность, пластичность, вязкость, упругость, твердость, хрупкость.
Прочность - способность материала сопротивляться пластической деформации и разрушению под действием внешних нагрузок.
Пластичность - способность материала необратимо изменять форму и размеры без разрушения в следствии пластической деформации.
Деформация - изменение формы и размеров тела под действием внешних сил или в результате процессов, протекающих в самом теле.
Вязкость - способность материала, пластически деформируясь, необратимо поглощать энергию внешних сил. Кроме понятия вязкости в технике и науке используют понятие вязкость разрушения.
Упругость - способность материала восстанавливать форму и размеры тела после снятия нагрузки, вызвавшей деформацию. От упругости зависит жесткость конструкции - способность сопротивляться деформации.
Твердость - способность материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела, не получающего остаточной деформации при местном контактном воздействии.
Хрупкость - способность материала разрушаться под воздействием внешних сил без видимой пластической деформации.
Физические свойства - это свойства материала, зависящие от внутреннего строения вещества, его атомно-электронной структуры. К физическим свойствам относятся плотность, тепло и электропроводность, коэффициент линейного разрушения, теплоемкость, температура плавления.
Химические свойства материала зависят от химического состава вещества и атомно-электронного строения. Они проявляются в его способности к химическому взаимодействию с окружающей средой, в возможности образования химических соединений, химических превращений в зоне контакта сочлененных пар или на поверхности изделия при взаимодействии с агрессивной средой. В результате такого взаимодействия происходит поверхностное окисление металла, насыщение его газами, образование ржавчины и т.п.
Технологические свойства - это свойства материала поддаваться различным способам горячей и холодной обработки. К технологическим свойствам относят деформируемость (ковкость), свариваемость, обрабатываемость режущим инструментом, склонность к термической обработке, литейные свойства. Эти свойства материала позволяют производить формоизменяющую обработку, получать заготовки, а из заготовок - детали машин. Технологические свойства определяются способностью материала заготовки воспринимать воздействие различных методов горячей и холодной обработки с целью формоизменения заготовки или достижения требуемого комплекса свойств.
Ковкость – технологическое свойство металла подвергаться деформированию в горячем или холодном состоянии при наименьшем сопротивлении и принимать требуемую форму, под внешним воздействием не разрушаясь.
Свариваемость – способность металлов и сплавов образовывать неразъемное соединение (сварочный шов) с другими сплавами и материалами, обладающее требуемым уровнем прочностных и эксплуатационных свойств.
Обработка резанием – способность металлов и сплавов в отделении поверхностных слоев материала в виде стружки под воздействием режущего инструмента. Критериями обрабатываемости являются режимы резания и качество (шероховатость) обработанной поверхности.
Термическая обработка – способность сплавов изменять свою структуру под влиянием различных воздействий (тепло, давление, излучения и поля различной природы) с приобретением требуемого комплекса свойств.
Литейные свойства – определяются способностью материала:
– обладать в расплавленном состоянии технологической жидкотекучестью или способностью заполнять литейную форму и воспроизводить требуемую геометрию и форму литой заготовки (отливки);
– обладать минимальной склонности к ликвации (неоднородное химическое и структурное состояние сплава) в процессе кристаллизации;
– обладать минимальной объемной и (или) линейной усадкой при затвердевании отливки (слитка).
Полная объемная усадка εv включает объемную усадку в жидком состоянии εvж, объемную усадку при затвердевании εvз, и объемную усадку в твердом состоянии εvт
εv = εvж + εvз+ εvт. (1)
Эксплуатационные (служебные) свойства - это свойства материала, которые проявляются при эксплуатации изделия в различных условиях работы. К эксплуатационным свойствам относят износостойкость, коррозионную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность и т.п.
Классификация металлических конструкционных
Материалов
Классифицируют металлические конструкционные материалы по различным признакам: по технологическому исполнению, по основным эксплуатационным характеристикам и назначению, по виду сплава и т.п. На первом этапе изучения металлов и сплавов важно уметь определить по марке, к какой группе сплавов они относятся и в каком виде поступают и используются (прокат, отливки и т.п.).
По технологическому исполнению металлические конструкционные материалы подразделяют на деформируемые, литейные и спеченные, что находит отражение в обозначении их марок.
По виду сплава различают черные металлы и сплавы цветных металлов. Черные металлы - стали и чугуны.
.