ТехИнфо

Технологическая   информация

Материаловедение


Металловедение — наука, изучающая зависимость между составом, строением и свойствами металлов и сплавов и закономерности их изменения под воздействием внешних факторов: тепловых, химических, механических, электромагнитных и радиоактивных.

Впервые связь между строением стали и ее свойствами была установлена П. П. Аносовым (1799—1855 гг).

Важнейшие положения научного металловедения были заложены русским металлургом Д. К. Черновым (1839—1921 гг.), который в 1868 г. открыл внутренние структурные превращения в стали при нагреве и охлаждении. В 1878 г. им были изложены основы современной теории кристаллизации металлов. Эти и последующие работы Д. К. Чернова создали фундамент современного металловедения и термической обработки стали.

В начале XX в. большую роль в развитии металловедения сыграли работы Н С. Курнакова, применившего для исследования металлов методы физико-химического анализа (электрический, дилатометрический, магнитный и др.). Н. С. Курнаковым и его учениками было изучено большое число металлических систем, построены диаграммы состояния и установлены зависимости между составом, структурой и свойствами сплавов.

Начиная с 1928—1930 гг. большое внимание уделяется теории фазовых превращений в сплавах. Это дало возможность определить механизм превращений и разработать теорию и практические вопросы термической обработки стали, дуралюмина и ряда других тех нически важных сплавов. В числе работ, выполнявшихся в этом направлении, следует прежде всего отметить исследования С. С. Штейнберга и его школы (СССР), Э. Бэйна и Р. Мейла (США) и Велера (Германия).

Металловедение в связи с непрерывным ростом уровня современной техники, усложнением и расширением требований, предъявляемых к свойствам и качеству металлических сплавов, продолжает успешно развиваться и в настоящее время.

Выбор материалов для конкретных условий эксплуатации машин и механизмов является одной из основных задач инженерной практики. Следствием неправильного выбора материалов является низкая эксплуатационная стойкость деталей, машин и оборудования. Поэтому при выборе материалов должно быть проведено определение комплекса необходимых свойств, которые обеспечивают высокую конструкционную прочность в заданных условиях эксплуатации.

Основой выбора материалов для создания надежной и работоспособной техники являются их механические свойства, которые определяются при проведении соответствующих испытаний.

Прочность металлов является комплексной характеристикой, включающей сочетание критериев прочности, жесткости, надежности и долговечности.

Критерии прочности материала выбирают в зависимости от условий его работы. При статических нагрузках критериями прочности являются временное сопротивление и предел текучести, характеризующие сопротивление пластической деформации. Поскольку для большинства деталей в процессе эксплуатации пластическая деформация недопустима, то в качестве расчетной характеристики их несущей способности используют предел текучести. Если же в процессе эксплуатации деталь испытывает длительные циклические нагрузки, то в качестве критерия их прочности используют предел выносливости.

По значениям выбранных критериев прочности рассчитывают допустимые рабочие напряжения. Чем больше прочность материала, тем выше допустимые рабочие напряжения и меньше размеры и масса детали. Однако повышение уровня прочности материала и, как следствие, рабочих напряжений сопровождается увеличением упругих деформаций, для ограничения которых материал должен обладать высоким модулем упругости (или сдвига), являющимся критерием его жесткости. Именно критерии жесткости, а не прочности определяют размеры деталей, от которых требуется сохранение точных размеров и формы.

Надежность – свойство материала противостоять разрушению. Для предупреждения хрупкого разрушения конструкционные материалы должны обладать достаточной пластичностью и ударной вязкостью.

Для оценки надежности материала используют также температурный порог хладноломкости, который характеризует влияние снижения температуры на склонность материала к хрупкому разрушению. Чем ниже температура перехода в хрупкое состояние по отношению к температуре эксплуатации, тем больше температурный запас сохранения вязкости и меньшая вероятность хрупкого разрушения материала.

Долговечность – способность материала обеспечивать работоспособность детали в течение заданного времени, оказывая сопротивление развитию постепенного разрушения, обусловленного процессами усталости, изнашивания, ползучести, коррозии, радиационного разбухания и др.

В большинстве случаев долговечность определяется сопротивлением материала усталостным разрушениям (циклическая долговечность) или изнашиванию (износостойкость).

Долговечность деталей, работающих при высоких температурах, определяется скоростью ползучести, ограничение которой достигается применением жаропрочных материалов.

Долговечность деталей, работающих в атмосфере сухих газов или жидких электролитов, зависит от сопротивления материала газовой или электрохимической коррозии. Работоспособность в этих условиях эксплуатации сохраняют жаростойкие и коррозионно-стойкие материалы.

Содержание раздела:


Классификация и маркировка конструкционных сталей

Классификация и маркировка чугунов

Классификация и маркировка цветных сплавов

Система железо-углерод

Влияние углерода, постоянных примесей и легирующих элементов на свойства стали

Механические свойства металлов и способы их определения

Преобразование значений твердости