Основы материаловедения, есдп, технические измерения, техническое черчение.
Основы материаловедения.
Металловедение - наука, которая изучает строение, свойства металлов, устанавливает связь между химическим составом, структурой и свойствами металлов, а также закономерности изменения структуры и свойств под воздействием внешних факторов.
Основана на теоретическом и экспериментальном изучении физики металлов, химически-структурных методах анализа твёрдого тела, а также на термодинамических и кинетических концепциях.
Материальное тело построено из молекул, состоящих из атомов. Атом состоит из ядра и электронной оболочки. В состав ядра входят протоны и нейтроны (ядро атома водорода не имеет нейтронов). Электронная оболочка атома содержит электроны, которые вращаются вокруг ядра. Протон является элементарным зарядом положительного электричества, электрон - элементарным зарядом отрицательного электричества, в то время как нейтрон электрически нейтрален.
Химические элементы - это вещества, состоящие из атомов одного вида. При использовании обычных химических методов эти вещества разложить нельзя. Химическими элементами являются, например, железо, цинк, свинец, олово, ртуть, алюминий, кислород, сера, радий, водород и т. д. В настоящее время известно 104 химических элемента.
Основные физические свойства материалов.
Чугун. Классификация, область применения, основные свойства, примеры маркировки и стандартов на марки чугунов.
Чугун - это сплав железа с углеродом, количество которого составляет от 2 до 5,6%. Кроме того, в чугуне имеются примеси кремния, марганца, фосфора и серы.
Классификация чугуна.
Легированный чугун - это чугун, в состав которого входят специальные добавки, такие как хром, никель и молибден. Легированный чугун отличается высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью, а также имеет хорошие механические свойства.
Белый чугун - твердый и хрупкий материал. Поэтому его механическая обработка затруднена. Это передельный чугун, используемый для получения стали и ковкого чугуна. В небольших количествах белый чугун используется для литья дорожных катков, где большое значение имеет твердость и отсутствует ударная нагрузка. Так как белый чугун содержит карбид железа, то на изломе он имеет белую окраску.
Серый чугун (литейный) из-за малой усадки при литье и хорошей текучести применяется для литья. Серый чугун характеризуется большой прочностью на сжатие, однако плохо сопротивляется ударам. Его нельзя подвергать растяжению, скручиванию и гибке. В отличие от белого чугуна, серый чугун мягкий и хорошо обрабатывается. В зависимости от условий и режима плавки получают белый или серый чугуны.
Основные свойства.
К химическим элементам, которые входят в состав чугуна и оказывают влияние на его свойства, относятся: сера – ухудшает текучесть и вызывает плохое заполнение форм, тормозит выделение графита, повышая из-за этого твердость чугуна; фосфор – дополнительно снижает текучесть чугуна, тормозит растворение цементита в железе, повышая твердость и хрупкость чугуна; кремний – интенсифицирует разложение цементита в чугуне и освобождение графита (при получении в доменной печи серого чугуна), улучшает литейные свойства и повышает мягкость чугуна; марганец – способствует образованию белого чугуна, причем незначительный процент марганца в сером чугуне увеличивает его механическую выносливость, а, в общем, способствует удалению серы из чугуна.
Примеры маркировки и стандартов на марки чугунов.
Маркировка серого чугуна определена ГОСТ 1412-85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки». Согласно стандарта, такой чугун маркируется буквами «СЧ» и двумя цифрами, которые показывают минимально допустимое временное сопротивление чугуна в кгс/мм2 (0,1*Н/мм2). Например, обозначение чугуна СЧ 30 означает, что он относится к серым чугунам с пластинчатым графитом и его =300 Н/мм2 (30 кгс/мм2). Всего стандартом предусмотрен следующий ряд марок чугунов - от СЧ 10 до СЧ 35.
Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293-85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки». Марку высокопрочного чугуна обозначают буквами «ВЧ» и двумя цифрами, которые показывают его минимальное временное сопротивление в кгс/мм2. Например, маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его =500 Н/мм2 (50 кгс/мм2).
Марки ковкого чугуна определены в ГОСТ 1215-79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия». Он обозначается буквами «КЧ» и двумя группами цифр, которые определяют минимальное временное сопротивление в кгс/мм2 и относительное удлинение при растяжении в процентах - КЧ –b. Например, КЧ 37-12 означает, что эта марка ковкого чугуна с
=370 Н/мм2 (37 кгс/мм2) и относительным удлинением 12%.
В промышленности широко применяют изделия из легированных чугунов с особыми свойствами. Обычно их маркировка начинается с буквы, указывающей на область применения чугуна.
Например, по ГОСТ 1585-85 «Чугун антифрикционный для отливок» чугун маркируют буквами «АЧ» (антифрикционный чугун), затем указывают тип чугуна (С - серый с пластинчатым графитом, В – высокопрочный с шаровидным графитом, К – ковкий чугун с компактным графитом), далее число, обозначающее порядковый номер марки: АЧС-5, АЧК-2. Очень широко легированные чугуны применяют для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного износа (мелющие тела, прокатные валки, формы для прессования огнеупоров и т.п.). Такие чугуны в структуре содержат значительное количество твердой и износостойкой карбидной фазы и по структурному типу их относят к белым чугунам. В этом случае легирующие элементы и их содержание обозначают так же, как и для сталей. Впереди указывают буквы «ИЧ» - износостойкий чугун, далее содержание легирующих элементов, начиная с основного - хрома. Содержание углерода в чугуне зависит от содержания основных элементов и в марке не указывается. Например, марка ИЧХ4Г7Д соответствует износостойкому чугуну с содержанием хрома (в среднем) 4 %, 7 % Mn, < 0,7 % Cu.
По ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки» выпускают изделия из коррозионно-стойких чугунов. Первая буква «Ч» (чугун), далее буква и цифра, показывающие содержание легирующего элемента, например, ЧГ6С3 (6 % марганца, 3 % кремния).
Международные стандарты маркировки чугунов построены по тому же принципу - основным классификационным признаком является форма углерода, которая определяет уровень механических и эксплуатационных свойств. Наличие большого числа стандартов для описания аналогичных материалов затрудняет сравнение маркировок, поэтому многие производители изделий из чугунов в спецификации перечисляют несколько стандартов, которым соответствует используемый материал.
Во многих странах для маркировки чугунов используют английскую систему стандартизации BS, стандарты Германии DIN, на базе которых были разработаны соответствующие стандарты EN.СЧ10 - серый чугун с пластинчатым графитом, временное сопротивление при испытаниях на растяжение 100 МПа; ВЧ35 - высокопрочный чугун с шаровидным графитом, временное сопротивление растяжению 350 МПа; КЧ33-8 - ковкий чугун с хлопьевидным графитом, временное сопротивление растяжению 330 МПа, относительное удлинение 8%.
Таблица 1.2.1. Маркировка серого чугуна в стандартах ведущих стран мира.
Область применения чугуна.Принято считать, что чугун сегодня используются, в основном, в бытовых целях. Из него отливают посуду и формы для выпечки, а также всевозможныедетали декора помещений. Чугун обладает достаточно большой массой, но при этом легко крошится, поэтому в чистом виде применять этот сплав для промышленных нужд нецелесообразно.
Между тем, различные химические добавки позволяют значительно улучшить физико-механические свойства чугуна, и одним из таких компонентов на сегодняшний день является кремний. Благодаря его присутствию в сплавах такие марки чугуна, как СЧ10,СЧ15,СЧ18,СЧ20, СЧ21,СЧ24,СЧ25,СЧ30и СЧ35 сегодня с успехом применяются не только в быту, но и для изготовлениякорпусов для оборудования, различных противовесов и контргрузов, станин и опор. В таких марках чугуна,
как ВЧ35,ВЧ40,ВЧ45,ВЧ50,ВЧ60,ВЧ70,ВЧ80,ВЧ100 содержатся добавки хрома и марганца, благодаря чему изделия из этих сплавов выдерживают не только повышенные механические нагрузки, но и обладают стойкостью к температурным перепадам. В свою очередь, марки чугуна ЧХ1,ЧХ2 и ЧХ3 имеют в составе сплавов не только хром и марганец, но и серу с фосфором, что делает их нечувствительными к высокой температуре и надежно защищает от коррозии.