Глава 3. Основы термической и химико-термической обра-

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