Илья Чалкин
Лабораторный практикум по материаловедению
Условные обозначения и сокращения
δв – временное сопротивление (предел прочности при разрыве)
δв° – предел прочности при сжатии
δи – предел прочности при изгибе
τпч – предел прочности при кручении
δх – предел текучести физический (нижний предел текучести)
δ 0,05 – условный предел упругости с допуском на остаточную деформацию 0,05 %
δ 0,2 – предел текучести условный с допуском на величину пластической деформации при нагружении 0,2 %
δр – относительное равномерное удлинение
δ – относительное удлинение после разрыва
ψ – относительное сужение после разрыва
КСU – ударная вязкость, определенная на образцах с концентратором вида U
KCV – ударная вязкость, определенная на образцах с концентратором вида V
Тк – критическая температура хрупкости
НВ – твёрдость по Бринеллю
d10 – диаметр отпечатка по Бринеллю при диаметре шарика 10 мм и испытательной нагрузке 2943 Н
HRA – твёрдость по Роквеллу (шкала А, конусный наконечник с общей нагрузкой 588,4 Н)
HRB– твёрдость по Роквеллу (шкала В, сферический наконечник с общей нагрузкой 980,7 Н)
HRC – твёрдость по Роквеллу (шкала С, конусный наконечник с общей нагрузкой 1471 Н)
HV– твёрдость по Виккерсу при нагрузке 294,2 Н и времени выдержки от 10 до 15 с
HSD– твёрдость по Шору
Та– заданный ресурс
δ'дп,Тэ – условный предел длительной прочности (величина напряжений, вызывающая разрушение при температуре и заданном ресурсе)
δ-1 – предел выносливости при симметричном цикле (растяжение – сжатие)
τ-1 – предел выносливости при симметричном цикле (кручение)
δа – наибольшее положительное значение переменной составляющей цикла напряжений
∆ε – размах упруго-пластической деформации цикла при испытании на термическую усталость
N – число циклов напряжений или деформаций, выдержанных нагруженным объектом до образования усталостной трещины определённой протяжённости или до усталостного разрушения
δ0 – начальное нормальное напряжение при релаксации
δх – остаточное нормальное напряжение при релаксации
Кс– коэффициент интенсивности напряжений
Ac1 – температура начала превращения при нагреве (нижняя критическая точка)
Ас3 – температура конца превращения при нагреве (верхняя критическая точка)
An – температура конца превращения при охлаждении (нижняя критическая точка)
Аr3 – температура начала превращения при охлаждении (верхняя критическая точка)
Мн – температура начала мартенситного превращения
Мк – температура конца мартенситного превращения
G – модуль сдвига
v – коэффициент Пуассона
γ – плотность
С – удельная теплоёмкость
λ – теплопроводность
α – коэффициент линейного расширения
H – напряженность магнитного поля
μ – магнитная проницаемость
В – магнитная индукция
Bs – индукция насыщения
∆В – разброс магнитной индукции вдоль и поперек направления прокатки
PB – удельные магнитные потери
Нс – коэрцитивная сила
р – удельное электросопротивление
Кр – красностойкость
tлик –температура полного расплавления металла
tсол – температура начала плавления металла
d0 – начальный диаметр образца
l0 – длина расчётной части образца
V – скорость деформирования образца
έ – скорость деформации образца
d – толщина оправки при испытании листов на изгиб
S – толщина стенки
Сl' – хлор-ион
F' – фтор-ион
Ʃ – коэффициент износостойкости при абразивном износе
Ʃг – коэффициент износостойкости при гидроабразивном износе
v – скорость резания
Kv– коэффициент относительной обрабатываемости
Т – время
t – температура
tотп – температура отпуска
tисп – температура испытания
АЭУ – атомная энергетическая установка
АЭС – атомная энергетическая станция
ТЭС – тепловая электростанция
ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор
ВТГР – высокотемпературный гелиево- охлаждаемый реактор
ГТЭ – газотурбинные энергетические установки
ГТН – газотурбинный насос
ВДП – вакуумнодуговой переплав
ЭШП – электрошлаковый переплав
ЭТС – электротехнические стали
ТРС – транспортные стали
ТВЧ – ток высокой частоты
ТПЧ – ток промышленной частоты
КП – категория прочности
КР – коррозионное растрескивание
ПК – питтинговая коррозия
PI – питтинговый индекс
МКК – межкристаллитная коррозия
AM, АМУ, ВУ, ДУ – условные обозначения методов определения стойкости к межкристаллитной коррозии по ГОСТ 6032–89
Гелий ВЧ – гелий высокочистый
НД – нормативная документация
ГСССД – государственная служба стандартных справочных данных
ГОСТ – государственный стандарт
ОСТ – отраслевой стандарт
ТУ – технические условия
РТМ – руководящие технические материалы
ДЦ – данные НИИТМАШ
АДБ – автоматизированый банк данных.
Введение
Материаловедением называют науку, изучающую взаимосвязь между составом, строением и свойствами материалов.
Развитие материаловедения необходимо для решения важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надежности и работоспособности механизмов и приборов.
Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако наука о материалах в основном развивается экспериментальным путем. Поэтому разработка новых методов исследования строения (структуры) и физико-механических свойств материалов способствует дальнейшему развитию материаловедения.
Курс «Материаловедение» включает две самостоятельные части:
1) металловедение и термическая обработка металлов;
2) неметаллические материалы (полимеры, керамика, стекло, резина, древесина и т. д).
В книге приведены лабораторные работы по курсу «Материаловедение» для студентов машиностроительных специальностей.
Цель практикума – научить будущих специалистов лучше ориентироваться в выборе материалов для деталей машин и конструкций.
Нормы и стандарты
Стандартом называется документ, в котором устанавливаются характеристики продукции, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации, выполнения работ. Работа по стандартизации проходит на различных уровнях. Это в основном международные организации по стандартизации, например ASTM (Американское общество по испытанию и материалам), AFNOR (Французская ассоциация по стандартизации), DIN-норма (Немецкий институт стандартизации). Следует различать стандарты качества, испытаний и понятий.
Стандарты качества. С помощью стандартов качества обеспечиваются одинаковые свойства материалов независимо от времени и места их изготовления. Большая часть работы по стандартизации осуществляется специально основанными международными и национальными организациями. Наряду с этим нормы качества устанавливают научно-технические объединения, экономические организации, а также учреждения (ведомства). Эти нормы называются предписаниями, директивами или бюллетенями. Заводские стандарты и согласования между изготовителем и потребителем имеют цель специфицировать определенные свойства.
Обозначение материалов цифрами и буквами. Обозначение стали (деформируемые сплавы железа), а также материалов из чугунного литья происходит в основном по правилам бюллетеня стандартов DIN 17006. Подобное обозначение материала включает данные об изготовлении (вид плавки, особые свойства), химическом составе и обработке (гарантийный объем, состояние обработки и достигаемая прочность). Обозначение цветных металлов осуществляется по правилам бюллетеня стандартов DIN 1700.
Обозначение стали. Подразделение сталей может происходить по степени их чистоты, а также цели применения. По степени чистоты различаются сталь для профилей широкого применения, качественные и высококачественные (специальные) стали.
Качественные и высококачественные стали подвергаются, как правило, термообработке (закалка, дисперсионное твердение), направленной на получение определенных значений прочности. Высококачественная сталь отличается от качественной стали дополнительными признаками качества (меньшее содержание серы и фосфора).
По цели применения стали делятся на конструкционные и инструментальные. Конструкционная сталь, в свою очередь, подразделяется на общую конструкционную, для термообработки, а также автоматную, рессорно-пружинную, клапанную, подшипниковую, для болтов, коррозионно-стойкую, нестареющую, листовую (для глубокой вытяжки, окантовки, пробивки) и т. д. Инструментальная сталь подразделяется на нелегированную, легированную, высоколегированную инструментальную сталь, инструментальную сталь для обработки резанием и давлением, жаропрочную, быстротвердеющую и твердые сплавы.
Обозначение сталей происходит по трем главным группам: нелегированная, легированная и высоколегированная сталь.
Нелегированные стали. К нелегированным сталям относятся все виды сталей, у которых содержание примесей не превышает следующие установленные максимальные границы, %:
Нелегированная конструкционная сталь (конструкционная сталь профилей широкого применения). Конструкционные стали подразделяются по наименьшему пределу прочности при растяжении.
Обозначение
П ример
У мелкозернистых сталей подразделение происходит по минимальному пределу текучести. Характеристика мелкозернистых сталей происходит путем вставки буквы "Е" после сокращения St.
Обозначение
группа материала
Сталь для специальных целей, например сталь для динамомашин и для трансформаторов, термобиметаллы (ТВ), сплавы для постоянных магнитов и материалы для реле (R) маркируются специально.
Нелегированная качественная сталь. Нелегированные качественные стали отличаются особыми свойствами, например способностью к глубокой вытяжке, пригодностью к обработке на автоматах или нечувствительностью к хрупкому излому.
Обозначение
группа материала
Обозначение
Пример
C80W1
Для областей специального использования существуют характеристики, отличающиеся от систематики. Для проволоки заменяется, например, С на D, листы для котлов будут обозначаться от HI до HIV.
Нелегированная высококачественная сталь. Эти виды стали отличаются по сравнению с качественной сталью более высокой чистотой. Особые признаки качества выражаются маленькими буквами после знака С.
Обозначение
Пример
Легированная сталь. Легированной сталью называется сталь, у которой общее содержание легирующих элементов составляет < 5 %.
Обозначение
Химический символ для углерода отпадает. Химические символы приведенных легирующих элементов расположены в последовательности их содержания (при одинаковом содержании в алфавитном порядке). Для обозначения стали приведены только элементы и нумерация, которые необходимы для определенной характеристики и отличия от других видов стали. Соответствующая последующая цифра о содержании легирующих элементов относится к соответствующему легирующему элементу. Если отсутствует данное число (цифра), то содержание легирующего элемента незначительно. Для определения содержания легирующих элементов в процентах (по массе) цифра умножается на определенный коэффициент:
Со, Cr, Mo, Ni, Si, W ............................................................................... 1/4
Al, Be, Cu, Mo, Nb, Та, Ti, V, Zr, Pb....................................................... 1/10
P, S, N, C, Ce............................................................................................. 1/100
Пример
Высоколегированная сталь. Высоколегированной сталью называется сталь, у которой общее содержание легирующих элементов составляет > 5%.
Характеристика происходит аналогично характеристике легированной стали за исключением того, что, кроме углерода, указываются все легирующие элементы с их фактическим содержанием. Чтобы избежать ошибки, перед характеристикой стоит знак X.
Примеры
Дополнительные характеристики стали.
Данным о химическом составе и прочности может предшествовать производственная часть и затем следовать часть по обработке.
Обозначение
Производственная часть может содержать данные о видах плавки, а также возникающих при этом свойствах. При современном производстве стали практически учитывается только еще способ продувки кислородом и производство в электропечи (преимущественно в электродуговой печи). Сталь, изготовленная продувкой кислородом сверху (LD-способ) и сквозной продувкой кислородом (ОВМ-способ), соответствует SM-качеству с обозначением М. Особые обозначения стали применяются еще только для электростали (Е) и стали, выплавленной в вакуумной печи (V) (табл. 1). Ради полноты упомянем дополнительные обозначения, содержащиеся еще в стандарте, хотя они частично очень устарели, например пудлинговая и сварочная стали, которые практически не применяются с прошлого века.
Таблица 1
Группы материалов
Часть по обработке включает гарантийный объем, обеспечиваемый изготовителем, состояние обработки, а также достигнутую при этом прочность (табл. 2). Если при этом должна быть указана минимальная величина прочности без указания определенного состояния обработки, то перед прочностью ставится буква F.
