Введение. Общее представление о технологии конструкционных материалов (ТКМ) ТКМ – научная дисциплина, предметом которой являются теоретические и технологические основы методов и способов получения конструкционных материалов и изготовления из них заготовок и деталей машин с заданными свойствами. Технология -совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности, а также научное описание способов производства. Технологический процесс — это часть производственного процесса, включающая в себя последовательное изменение размеров, формы, внешнего вида или внутренних свойств предмета производства (изделия) и их контроль. Технологическая операция — это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими изделиями одновременно, одним или несколькими рабочими.
Технологическая последовательность производства изделий машиностроения Сырьё – природные или искусственные вещества, прошедшие первичную переработку и подлежащие дальнейшей более сложной переработке, принципиально меняющей их исходные характеристики. Материалы – вещества, необходимые для изготовления изделий Полуфабрикат – продукт переработки материалов, который должен пройти несколько стадий обработки, прежде чем стать изделием Заготовка – изделие, требующее дополнительной обработки для получения детали заданной формы и размеров. Имеет дополнительный слой материала – припуск, который снимается в ходе последующей (размерной) обработки. Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.
Тема: Материалы, применяемые в машиностроении Общая характеристика материалов Материалами называются вещества, обладающие комплексом свойств, позволяющих выполнять им определенные функции. Материалами являются исходные вещества преобразующиеся в ходе производства в изделия (продукцию), а также вещества, обеспечивающие протекание технологических процессов изготовления изделий и их нормальное функционирование при эксплуатации.
Классификация материалов по назначению Конструкционные, предназначены для изготовления деталей машин и элементов других конструкций, испытывающих при работе действие внешних сил (механическое нагружение). Обладают необходимым сочетанием механических, технологических свойств и экономических показателей Инструментальные, предназначены для изготовления различного инструмента (режущего, штампового, измерительного и др. ). Обладают высокой твердостью. Электротехнические, предназначены для изготовления изделий, используемых при производстве, передаче, преобразовании и потреблении электроэнергии. Обладают особыми электрическими и магнитными свойствами. Технологические, предназначены для обеспечения нормального протекания технологических процессов переработки основных технических материалов в изделия (клеи, герметики, припои, сварочные материалы и др. ). Эксплуатационные, предназначены для обеспечения нормального функционирования изделий (машин) при эксплуатации (горючесмазочные материалы, охлаждающие жидкости, рабочие тела гидравлических и газовых систем и др. )
Конструкционные материалы – материалы, предназначенные для изготовления изделий, которые работают в условиях механического нагружения (под действием внешних сил). Они должны обладать : - механическими свойствами, характеризующие способность материалов воспринимать действие внешних сил (механических нагрузок): прочность, твердость, пластичность, упругость, вязкость и др. ; - технологическими свойствами, , характеризующие способность материалов поддаваться различным видам обработки (литейные свойства, обрабатываемость давлением, обрабатываемость резанием, свариваемость и др. ) и обеспечивающими минимальные затраты на производство изделий; - особыми (специальными) свойствами , характеризующие особенности поведения материалов при воздействии определенных факторов (коррозионная стойкость, жаропрочность, жаростойкость и др. )
Химический состав и структура материалов Свойства материалов зависят от их химического состава и структуры n Химический состав определяет какими химическими элементами и в каком количественном соотношении образован материал. Химический состав является одним из классификационных признаков материалов: металлические (основой являются металлы) и неметаллические (полимерные, стекло, керамика, древесина); металлы делятся на черные (железо) и цветные (все остальные) и т. д. n Структура (строение) определяется пространственным расположением и характером взаимодействия атомов (ионов, молекул), образующих материал. Структурные признаки материалов: агрегатное состояние: твердые, жидкие, газы, плазма; степень упорядоченности расположения частиц: кристаллические и некристаллические; степень однородности: простые (один химический элемент или химическое соединение), сплавы (однородная макроструктура и неоднородная микроструктура), композиционные материалы (неоднородная макроструктура, сочетание разнородных материалов)
Металлы – непрозрачные вещества, обладающие специфическим блеском, пластичностью, высокой электро- и теплопроводностью n Особенности строения металлов: • все металлы имеют кристаллическую структуру, т. е. их атомы расположены в пространстве строго упорядоченно и образуют пространственную кристаллическую решетку; • между атомами металлов действует особый тип связи, которая называется металлической
Строение реальных металлов n n Реальные металлы имеют поликристаллическую структуру, т. е. состоят из множества мелких кристаллов (0, 01 -0, 1 мм), называемых кристаллитами или зернами, различным образом ориентированных в пространстве. Зерна имеют мозаичную структуру, т. е. состоят из еще более мелких блоков мозаики или субзерен (0, 0001 -0, 001 мм) Кристаллические решетки зерен и субзерен имеют дефекты: точечные (вакансии, дислоцированные атомы, примесные атомы); линейные (дислокации, цепочки вакансий); поверхностные (межзеренные границы); объемные (микропустоты, микровключения).
Сплавы представляют собой сложные вещества, полученные путем сплаваления двух и более простых веществ (химических элементов), которые называются компонентами сплава. Сплавление – процесс совместной кристаллизации (затвердевания) компонентов из расплава. Компонентами сплавов могут быть металлы и неметаллы. Если массовая доля металлов в сплаве превышает 50%, то такой сплав называется металлическим. Спекание – процесс получения сплавов из порошков компонентов при воздействии высокой температуры и давления, причем температура спекания ниже температуры плавления компонентов (или основного из них). Такие сплавы называют порошковыми или спеченными. n
Основные конструкционные металлические сплавы Черными называют железоуглеродистые сплавы: стали и чугуны. Стали – железоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых не превышает 2, 14%. Делятся на: углеродистые (Fe + C + пост. примеси) и легированные (Fe + C + пост. примеси + легир. элем. ) Чугуны - железоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых более 2, 14% (не превышает 6, 67%). Делятся на белые и графитные (серые, ковкие, высокопрочные) n Цветными называют сплавы на основе цветных металлов. Медные: латуни(Cu+Zn) и бронзы(Cu+Al+Pb+Sn+Fe+др. ), коррозионностойкие, высокая технологичность Алюминиевые: литейные(Al+Si) и деформируемые (дюралюмины Al+Cu+Mg), легкие, коррозионностойкие, высокая технологичность Магниевые: самые легкие конструкционные металлические материалы, отличающиеся высокой удельной прочностью. Титановые: имеют высокую удельную прочность, жаропрочность, значительную коррозионную стойкость. n
Неметаллические и композиционные материалы n Неметаллические материалы: полимерные (пластмассы и резины), древесина, неорганические стекло, бумага и др. n Композиционные материалы представляют собой неоднородные системы, состоящие из связующего (матрицы) и наполнителя (армирующего компонента) По типу матрицы могут быть: с металлической и полимерной матрицей. По виду армирующего компонента: • дисперсно-упрочненные (армирующий компонент в виде очень мелких частиц, порошка) • волокнистые (армирующий компонент в виде волокон из различных, как правило очень прочных материалов)
Нанокристаллические материалы Материалы со структурой, состоящей из кристаллических зерен размером 1 - 15 нм (1 нм=10 -9 м), называют нанокристаллическими материалами. На долю межзеренных границ приходится до 50% объема, что приводит к существенному изменению свойств по сравнению с обычной поликристаллической структурой. Такая структура неустойчива n
Скачать презентацию Введение. Общее представление о технологии конструкционных материалов (ТКМ)
Л1Введение.Общее представление о ТКМ.ppt