Учреждение образования
«Гомельский государственный технический университет
Имени П.О.Сухого»
Кафедра «Материаловедение в машиностроении»
М.М. Рыженко, И.Н. Степанкин,
И.А.Панкратов, Е.П.Поздняков
КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ
МАТЕРИАЛЫ
Курс лекций
по одноименной дисциплине для студентов
электротехнических специальностей
дневной формы обучения
Гомель 2012
УДК 620.1
ББК 31.23
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом механико-технологического факультета ГГТУ им. П.О.Сухого
(протокол № от 2010г.)
Рецензент: зав. каф. химия УО «Белорусский государственный университет транспорта», д.т.н, проф. А.С.Неверов;
проф. Белорусского торгово-экономического университета потребительской кооперации д-р техн. наук, проф. Л.С.Корецкая
Рыженко М.М.
Конструкционные и электротехнические материалы: курс лекций по одноим. дисциплине для студентов электротех. специальностей дневн. и заочной формы обучения / М.М.Рыженко – Гомель: ГГТУ им. П.О.Сухого, 2010. – с.
|
|
ISBN
Изложены основы процессов получения материалов, формирования их структуры при переходе из жидкого или вязко-текучего состояния в твердое. Приведены данные о механических, электрических тепловых и физико-химических характеристиках конструкционных и электротехнических материалов в связи с их строением и внешними условиями эксплуатации. Рассмотрены методы их переработки, эксплуатации и контроля изменения свойств под воздействием внешних факторов. Подробно рассмотрены основы материаловедения и способы обработки материалов: литьем, давлением, сварка и резка металлов, обработка металлов резанием, а также обработка неметаллических, как конструкционных, так и электротехнических материалов: пластмассы, резины, лаки, эмали, компаунды, слюды, стекло, керамика, волокнистые материалы: провода, шины, кабели, полупроводниковые и электромагнитные материалы.
Курс лекций подготовлен для студентов электротехнических специальностей в соответствии с учебной программой и учетом нормативных документов, регламентирующих объем учебных изданий.
УДК 620.1
ББК 31.23
ISBN © Рыженко М.М., 2010
© Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого», 2010
Оглавление
Предисловие …………………………………………………………...…..6
Часть I. Конструкционные материалы и материаловедение ……....7
Глава I. Общие сведения о свойствах металлов ……………..………7
1.1. Кристаллическое строение металлов………………………...……...7
1.2. Дефекты кристаллической решетки………………………….....….10
1.3. Формирование структуры металла при кристаллизации………....12
|
|
1.4. Свойства металлов и способы их определения…………………....14
1.5. Зависимость свойств сплавов от типа диаграмм состояния
сплавов………................................................................................….20
Глава 2. Производство черных металлов …………………………....24
2.1. Сплав железа с углеродом………………………………….……….24
2.2. Выплавка чугуна……………………………………………..………27
2.3. Чугуны……………………………………………………….……….28
2.4. Производство стали…………………………………………….……31
2.5. Влияние углерода и примесей на свойства стали…………………33
2.6. Конструкционные стали……………………………………….……34
2.7. Инструментальные углеродистые стали…………………….……..35
2.8. Легированные стали…………………………………………….…...36
2.9. Твердые сплавы……………………………………………….……..38
Глава 3. Основы термической и химико-термической обра-
ботки стали ………………………………………………………………39
3.1. Технология термической обработки стали………………..………39
3.2. Виды термической обработки………………………………………42
3.2.1. Отжиг. Отжиг I рода………………………………………………43
3.2.2. Отжиг II рода………………………………………………………43
3.2.3. Закалка……………………………………………………...………45
3.2.4. Отпуск………………………………………………………………48
3.2.5. Поверхностная закалка……………………………………………50
3.3. Химико-термическая обработка стали……………………..………51
3.3.1. Цементация…………………………………………………………51
3.3.2. Азотирование………………………………………………………52
3.3.3. Цианирование………………………………………………………53
3.3.4. Диффузионная металлизация………………………….….………54
Глава 4. Способы обработки металлов ………………………………59
4.1. Общие сведения о литейном производстве…………………..……59
4.1.1. Элементы литейной формы………………………………….……59
4.1.2. Основные виды литья…………………………………….….……60
4.1.3. Специальные виды литья………………………………….………61
4.2. Сварка металлов……………………………………………...………65
4.2.1. Термический класс сварки……………………………………..…66
4.2.1.1. Общие сведения о дуговой сварке………………………...……66
4.2.1.2. Источники сварочного тока………………………………..……67
4.2.1.3. Ручная дуговая сварка (РДС)……………………………………71
4.2.1.4. Электроды для ручной дуговой сварки……………………..…72
4.2.1.5. Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса (АДСФ)…75
4.2.1.6. Дуговая сварка в защитных газах……………………………….77
4.2.1.7. Сварка и обработка материалов плазменной струей…………78
4.2.1.8. Электрошлаковая сварка…………………………………...……80
4.2.1.9. Газовая сварка……………………………………………………81
4.2.1.10. Резка металлов…………………………………………….……81
4.2.2. Термомеханический класс сварки………………………….……82
4.2.2.1. Контактная сварка (КС)…………………………………………82
4.2.2.2. Точечная сварка…………………………………………………83
4.2.2.3. Шовная (роликовая) сварка……………………………….……83
4.2.2.4. Стыковая сварка…………………………………………………84
4.2.2.5. Особые способы сварки. Термитная сварка (ТС)……….……84
4.2.3. Механический класс сварки………………………………………85
4.2.3.1. Холодная сварка давлением……………………………………85
4.2.3.2. Сварка трением……………………………………………..……86
4.2.3.3. Сварка взрывом…………………………………………….……86
4.3. Обработка металлов давлением (ОМД)……………………………87
4.3.1. Прокатка……………………………………………………………88
4.3.2. Ковка и штамповка……………………………………………...…91
4.4. Обработка металлов резанием (ОМР)…………………………...…93
4.4.1. Общие сведения о механической обработке резанием…………93
4.4.2. Инструментальные материалы……………………………………97
4.4.3. Основы процесса резания…………………………………………98
4.4.4. Обработка на токарных станках…………………………………100
4.4.5. Обработка на сверлильных станках……………………….……102
|
|
4.4.6. Обработка на фрезерных станках…………………………….…103
4.4.7. Обработка шлифованием……………………………………...…105
4.4.8. Станки с числовым программным управлением………………107
4.4.9. Промышленные роботы и роботизированные технологи-
ческие комплексы (РТК)……………………………………...…...……109
4.4.10. Гибкие производственные системы……………………………109
Глава 5. Электротехнические материалы …………………………110
5.1. Магнитные материалы………………………………………..……113
5.1.1. Общие сведения……………………………………………..……113
5.1.2. Процессы технического намагничивания и перемагни-
чивания магнитных материалов………………………………………115
5.1.3. Магнитотвердые стали и сплавы………………………..………118
5.1.4. Магнитомягкие стали……………………………………………120
Глава 6. Проводниковые материалы …………………………….…129
6.1. Общие сведения о проводниковых материалах…………….……129
6.1.1. Проводниковые материалы………………………………………136
Глава 7. Физика диэлектрических материалов ……………………150
7.1. Электропроводность диэлектриков………………………….……151
7.2. Поляризация диэлектриков……………………………………..…165
7.3. Диэлектрические потери………………………………………..…176
7.4. Электрическая прочность диэлектриков…………………………182
7.5. Механические, термические и физико-химические
свойства диэлектриков…………………………………………………196
Глава 8. Диэлектрические материалы …………………………..…205
8.1. Газообразные диэлектрики………………………………………..205
8.2. Жидкие диэлектрики……………………………………………....206
8.3. Полимеры……………………………………………………...……212
8.4. Пластмассы и пленочные материалы………………………..……228
8.5. Резины………………………………………………………….……233
8.6. Лаки, эмали, компаунды………………………………………...…238
8.7. Волокнистые материалы………………………………………...…242
8.8. Слюда и слюдяные материалы………………………………….…246
8.9. Стекло и керамика……………………………………………….…251
8.10. Активные диэлектрики……………………………………………258
Глава 9. Провода, шины, кабели ………………………………….…264
9.1. Провода и шины………………………………………………….…264
|
|
9.2. Кабели……………………………………………………………….271
Глава 10. Полупроводниковые материалы ……………………..…280
10.1. Общие сведения и классификация проводников……………….280
10.2. Электропроводность полупроводников…………………………284
10.3. Фотопроводимость полупроводников…………………………...289
10.4. Термоэлектрические явления в полупроводниках……………...291
10.5. Гальваномагнитный эффект в полупроводниках……………….293
10.6. Электронно-дырочный переход (p-n-переход)…………………295
10.7. Простые полупроводники………………………………………...297
Литература……………………………………………………………….309