Разработка и создание высокоэффективных машин, механизмов и агрегатов в значительной степени зависит от материалов, применяемых для изготовления деталей. Структура и свойства конструкционных материалов определяют надежность и ресурс работы многих ответственных деталей машин, а также существенно влияют на работоспособность различных узлов и механизмов. Определение целесообразности применения того или иного металла (сплава) в производстве изделий машиностроения позволяет обеспечить их высокие эксплуатационные характеристики, повысить долговечность, придать поверхности повышенные характеристики износостойкости и необходимые функциональные качества.
Исследование свойств и функциональных характеристик материалов осуществляется широким спектром аналитических приборов и контрольно-измерительной аппаратуры. В настоящем учебном пособии рассматриваются некоторые из современных методов исследования конструкционных металлических материалов после различных технологических воздействий, раскрываются особенности данных методов, описываются конструкции и принцип работы приборов, приводятся основные характеристики структуры и свойств поверхности изделий машиностроения.
В данном пособии изложены особенности наиболее распространенных методов исследования характеристик конструкционных металлических материалов. Приведена методика макро- и микроанализа структуры металлов и сплавов, представлены особенности измерения шероховатости поверхности изделий машиностроения, описаны способы определения твердости металлов и сплавов. Материалы пособия содержат комплекс методических рекомендаций для проведения лабораторного практикума по дисциплинам «Основы технологии машиностроения» и «Методы исследования материалов».
Пособие предназначено для студентов машиностроительных специальностей и направлений подготовки высших учебных заведений и может быть использовано специалистами, работающими в области исследования различных свойств и характеристик конструкционных машиностроительных материалов.
Данное учебное пособие состоит из двух частей, аннотации, введения, заключения и содержит 124 страницы машинописного текста.
Первая часть «Исследование структуры и физико-механических свойств материалов» состоит из четырех разделов, в каждом из которых имеется список рекомендованной литературы.
В первом разделе «Исследование микроструктуры материалов с использованием оптической микроскопии и программно-аппаратного комплекса для анализа геометрических параметров микрообъектов» представлены данные структурных характеристик конструкционных и функциональных материалов, описана методика их исследования с использованием оптической микроскопии и современных программно-аппаратных средств. Подробно описан состав, устройство и работа металлографических оптических микроскопов, а также рассмотрены основы использования программы «Микрошлиф», входящей в состав программно-аппаратного комплекса «Анализатор геометрических параметров микрообъектов».
Второй раздел «Исследование морфологии упрочняющих термооксидных покрытий металлических изделий машиностроения» содержит методику исследования морфологии поверхности высокопрочных термооксидных покрытий машиностроительных металлоизделий, которые применяются для мало- и средненагруженных редукторов и червячных передач, вариаторов, зубчатых муфт, подшипниковых узлов, направляющих скольжения и качения и в других узлах и механизмах, где требуется, чтобы поверхность изделий обладала улучшенными механическими характеристиками и повышенными противоизносными свойствами. Раздел направлен на изучение характера морфологического строения упрочняющих термооксидных покрытий: распределения структурных микроэлементов поверхности (частиц, пор и трещин), определения структурной гомо- либо гетерогенности, установления размерных параметров морфологических элементов для выявления структуры поверхности, способствующей снижению механического износа металлоизделий и обеспечивающей их повышенную стойкость к изнашиванию в узлах и системах трения. Данный раздел также предусматривает изучение методики, технических и контрольно-измерительных средств экспериментального исследования морфологии и анализа микрорельефа поверхности, включая ознакомление с конструкцией и принципом работы оптических микроскопов, а также типового профилографа-профилометра для измерения параметров шероховатости поверхности.
В третьем разделе «Исследование шероховатости поверхности изделий при различных технологических операциях их изготовления» приводится методика исследования параметров шероховатости поверхностей изделий машино- и приборостроения, подвергнутых определенным видам технологических воздействий. Особое внимание уделено исследованию параметров микрорельефа после механического и электроэрозионного формообразования, пескоструйной обработки и газотермического напыления. Подробно описывается конструкция и принцип действия профилографа-профилометра «Калибр 171011», предназначенного для изучения микрорельефа поверхностей различных изделий.
Четвертый раздел «Исследование микротвердости плазменнонапыленных покрытий» содержит описание методики исследования микротвердости материалов, включая общую характеристику твердости и существующих методов ее определения, а также характеристику конструкции и работы прибора «ПМТ-3» для измерения твердости тонких приповерхностных слоев изделий, пленок и покрытий, единичных микрометровых зерен и ультрамелкозернистых фаз.
Вторая часть «Исследование процессов формообразования и обработки поверхности конструкционных и функциональных материалов» состоит из двух разделов, в каждом из которых также имеется список рекомендованной литературы.
Первый раздел «Исследование процесса электроискрового формообразования многогранных полостей» раскрывает физическую сущность и технологические особенности электроэрозионной обработки, успешно применяемой при изготовлении изделий точного машиностроения. Подробно рассматривается методика и техника проведения эксперимента, описываются работы по наладке и настройке электроэрозионного копировально-прошивочного станка на заданные режимы обработки образцов. Представлены данные по исследованию показателей качества обработанной поверхности, определению производительности процесса формообразования и величине износа электрода-инструмента, обработке результатов проведенного исследования, их анализ и выводы и др.
Во втором разделе «Технология лазерной обработки изделий машино- и приборостроения с использованием установки LRS-50» приводится подробная классификация, описывается принцип действия твердотельных оптических квантовых генераторов, особенности конструкции и назначение лазеров, а также приводится подробное описание технологической установки «LRS-50». В разделе подробно рассматриваются технологические режимы и условия лазерной обработки, в частности сварки, пайки, резки, наплавки, получения отверстий и термообработки металлических материалов. Подробно описаны особенности обработки изделий из конструкционных и нержавеющих сталей, титана и его сплавов, никеля и кобальта, меди и благородных металлов. Описываются принципы выбора энергетических параметров импульсной обработки и необходимых подготовительных операций при лазерной сварке, устанавливается взаимосвязь плотности мощности и длительности воздействия лазерного излучения на происходящие процессы в металлах и сплавах, в частности закалки, отжига, рекристаллизации и др.