От пространственного расположения элементарных частиц,

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Материаловедение – это наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между составом, строением и свойствами

Цель изучения данной дисциплины-познание природы и свойств материалов, используемых в различных областях техники.

Знания, полученные при изучении данной дисциплины необходимы вам для успешного изучения других дисциплин, выполнения курсовых и дипломных проектов, а также в практической деятельности инженера.

Имея дело с машинами, аппаратами. станками, нельзя не знать материалов, из которых они изготовлены.

Эффективность любых конструкций- автомашин, самолетов, оборудования пищевой промышленности, машиностроения и т.п. в значительной степени определяются свойствами материалов, из которых они изготовлены.

Революционную роль сыграли полученные новые материалы – проводниковые материалы, жидкие кристаллы в электронике, композиционные материалы в авиации и ракетостроении, аморфные сплавы в радиотехнике и электронике.

Курс Материаловедения состоит из 3-х неравных частей.

1.Теория металлов и сплавов

2.Технические сплавы

3.Неметаллические материалы

Изучив дисциплину Материаловедение, студент должен знать строение и свойства чистых металлов, теоретические вопросы процессов кристаллизации металлов и сплавов, виды взаимодействия компонентов в сплаве, виды диаграмм состояния.

Главная часть курса - Технические сплавы- мы начнем с изучения железоуглеродистых сплавов- сталей и чугунов. Изучим диаграмму состояния железо-углерод, значение которой для материаловедения также велико как периодическая таблица Менделеева для химиков.

В процессе изучения материала мы будем многократно говорить о структуре металлов и ее влиянии на свойства сплавов.

Также мы изучим различные виды термической и химико-термической обработок, легированные стали, сплавы меди, алюминия, титана, магния.

Завершающий раздел курса- неметаллические материалы-пластмассы и резины.

Появление новых материалов вызывало целую революцию в ряде отраслей.

Так более 100 лет тому назад различные резцы для обработки материалов на металлорежущих станках изготавливались из обыкновенной углеродистой стали термически обработанной, но стойкость их была невелика и скорость резания не превышала 5м/мин.

Но вот появились быстрорежущие стали с добавками 8-18 % вольфрама и скорости увеличились до 35 м/мин. Это привело к необходимости замены металлорежущих станков на более быстроходные.

В 1933 году был получен новый инструментальный материал т.н. победит- твердый сплав, скорости резания опять возросли и необходима была полная замена металлорежущих станков.

Большой вклад в развитие науки о металлах –материаловедения- внесли русские ученые П.П. Аносов (1799-1815 гг), он впервые установил связь между строением стали и ее свойствами, впервые применил микроскоп для изучения структуры стали.

Д.К.Чернов (1839-1921гг)- отец металоведения, так называют его в ученом мире- открыл полиморфизм стали, он признан во всем мире – основоположником материаловедения.

Среди зарубежных ученых большой вклад в изучение железо-углеродистых сплавов внесли Ле-Шателье (Франция), Аустен (Англия), Осмонд (Франция) и др.

О той огромной роли, которую играют металлы в нашей жизни, писал еще Георг Агриколла , немецкий мыслитель 16 века- в его трудах о металлургии есть такие строчки-« Человек не может обойтись без металлов… если бы не было металлов люди влачили бы самую омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей»

Не случайно этапы в жизни человечества история назвала по преобладающим в то время металлическим материалам: эпоха меди, бронзовый век, железный век.

Богат и разнообразен мир металлов, удивительны и разнообразны их свойства. Ртуть не замерзает даже на морозе, вольфрам не боится самых жарких объятий пламени, серебро и медь отлично проводят электрический ток, а у висмута или олова это дело явно не клеится. Самый легкий металл-литий, а осмий- самый тяжелый, камнем пойдет ко дну, его плотность в 20 с лишним раз выше, чем у воды. Алюминием богата наша планета, а франций настолько редок, что его содержание в земной коре измеряется буквально граммами.

Трудно даже представить, что произошло, если бы исчезло железо, алюминий, медь.

Первыми свойствами, с которыми познакомились наши предки, были твердость и прочность, пластичность и металлический блеск.

Важнейшее свойство- прочность- способность сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Благодаря этому свойству успешно выдерживают огромные нагрузки и мосты и ж/д составы и самолеты.

Многие узлы современных машин и агрегатов работают в условиях высоких температур и должны обладать такими свойствами как Жаростойкость.При создании жаростойких материалов большая роль принадлежит никелю. Когда одного из металловедов. Занимающихся разработкой большого количества жаростойких сплавов, спросили как это ему удается, он ответил, я просто заменяю в сталях железо на никель.

Важную роль играет ПЛАСТИЧНОСТЬ- способность необратимо изменять свою форму под действием механических нагрузок. На пластической деформации основана обработка металлов давлением. Прокатка, ковка, штамповка, прессование- все эти технологические процессы возможны потому, что медь, алюминий сталь, свинец и др обладают пластичностью.

Важная характеристика металлов –ТВЕРДОСТЬ-способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Чем тверже металл, тем он прочнее. Эталоном твердости служит алмаз.

Основная литература

1. Материаловедение и технология металлов: учеб. для вузов по машиностроит. спец./ [Фетисов Г.П. и др.]; по ред. Г.П. Фетисова. – Изд. 6-е, доп. – М.: Высш. шк., 2008. – 877 с.

2. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник/ В.Б.Арзамасов, А.Н.Волчков. – М.:, Академия, 2009.- 448 с.

3. Сильман Г.И. Материаловедение: учеб. пособие для вузов по спец. напр. «Металлургия, машиностроение и материалоперераб.»/. – М.: Академия, 2008 .- 335 с.

4. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1990.- 541 с.

5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с.

Лекция 1

«Строение и свойства чистых металлов»

Почти 3/4 всех существующих в природе элементов являются металлами. Разумеется, не все они находят широкое применение в технике. Некоторые из них встречаются очень редко, они чрезвычайно дороги. Это и редкие - бериллий, ванадий, уран, драгоценные – серебро, золото, платина и др. Многие металлы малопригодны к применению, т.к. обладают большой хрупкостью и твердостью (хром, марганец, сурьма),их используют в качестве добавок к другим металлам.

Металлы, из которых изготавливают детали машин, приборов, называют конструкционными илимашиностроительными.

Аморфные тела – это такие тела, в которых атомы расположены беспорядочно, хаотически. В отличие от жидкостей они имеют пониженную подвижность частиц.

Примерами аморфных тел могут служить стекло, смолы, воск.

Кристаллические тела – это такие тела, в которых атомы расположены в строго определенном порядке, в строго определенной последовательности.

Кристаллические тела остаются твердыми, т.е. сохраняют приданную им форму до вполне определенной температуры, при которой он переходит в жидкое состояние.

Все металлы – тела кристаллические

Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов и характера взаимодействия их в кристалле,

от пространственного расположения элементарных частиц,