Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)

ФАКУЛЬТЕТ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

КАФЕДРА № 60

ФИЗИКА ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

по курсу

«Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Разработчик:

Профессор, д.ф.-м.н. В.М.Чернов

Москва 2010 г.

Структура и содержание методических указаний для студентов

1. Содержание курса «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

Цель занятий - получение знаний, их понимание и применение:

- «материал», классификация материалов по типам межатомных связей, состояниям (газы-жидкость-твердое тело-плазма), по основным физическим свойствам (диэлектрики-полупроводники-металлы»), структурно-фазовым состояниям (монокристаллы, поликристаллы, аморфные), по назначениям (конструкционные, топливные, теплоносители, электротехнические, элетронной и фотонной техники, систем управления и защиты).

- «материаловедение» как наука о материалах, их микроструктуре и свойствах, методах изменений микроструктуры и свойств.

- «микроструктура», кристаллическая решетка, дефекты кристаллической решетки (0Р-точечные, 1Р-линейные, 2Р-двухмерные, 3Р-трехмерные), кристаллические решетки, трансляционная и поворотная симметрии решеток, элементарные кристаллические ячейки, количество атомов в элементарных ячейках, плотноупакованные направления и плоскости, индексация направлений и плоскостей, индексы Миллера.

- «физико-механические», «тепло-физические», «ядерно-физические» и «коррозионные (окисление)» свойства материалов, зависимости структуры и свойств от типа материалов, композиционных составов, кристаллических решеток, температуры, окружающей среды, облучения.

- «фазовые диаграммы металлов и сплавов», полиморфизм, ликвидус, солидус, эвтектика, феррит, мартенсит, аустенит, перлит, чугун.

- основные методы изменений микроструктуры металлов (сталей и сплавов) – термо-механическая обработка, химико-термическая обработка, закалка, отжиг, отпуск, рекристаллизация, деформация.

- основные методы наблюдения и исследования микроструктуры материалов (металлографические, оптические, рентгеновские, синхротронные, нейтронографические, электронно-микроскопические, автоионные, атомнозондовые, акустические),

- методы подготовки образцов материалов, в том числе радиоактивных, для исследований.

- выделение свойств «материала» из свойств «образца» в системе «испытательная машина-образец».

- Особенности работы с облученными образцами. Активационный анализ.

На самостоятельных (аудиторных и домашних) и промежуточном (семестровый контроль СК-8) контролях закрепляются основные понятия курса «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», разбираются решения домашних заданий и даются конкретные примеры применения полученных знаний в практическом материаловедении, технике и промышленности.

Содержание курса

Тема 1.

Понятие «материал» и «материаловедение». Назначение материалов, требования к материалам. Типы материалов (определения): газ, жидкость, твёрдое тело, плазма (определения). Металлы, полупроводники, сверхпроводники, диэлектрики. Стёкла. Металлические стёкла. Керамика, композитные материалы. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, точка Кюри. Материалы с памятью формы.

Получение и применение материалов. Конструкционные, топливные, теплоносители, функциональные. Материалы электротехнические, микроэлектроники, машиностроении, оптические, фотоники, систем управления и защиты.

Тема 2.

Состояние и свойства твёрдых материалов. Строение твердых материалов, микроструктура. Кристаллические и аморфные (определения, примеры). Идеальный и реальный кристаллы. Анизотропия, показатели упругой анизотропии кристаллов (кубических, гексагональных). Дефекты, микроструктура. Монокристаллы. Поликристаллы. Текстура. Наноматериалы.

Кристаллические материалы, межатомные взаимодействия, металлическая, ионная и ковалентная связи (примеры). Классификация твердых тел и типы химической связи. Кристаллические решетки. Кристаллографические системы. Элементы симметрии. Группа трансляций. Группа поворотов. Возможные типы осей симметрии. Элементарные ячейки в ПК, ГЦК, ОЦК и ГПУ кристаллах. Индексы Миллера (примеры). Атомные (ионные) радиусы, коэффициенты компактности, координационные числа (ПК, ОЦК, ГЦК, ГПУ). Плотноупакованные плоскости и направления, системы скольжения (ОЦК, ГЦК, ГПУ). Идеальная прочность (сдвиг, разрыв). Дефекты кристаллической решетки. Точечные (0Р), линейные (1Р), поверхностные (2Р), объемные дефекты. (3Р). Влияние дефектов на прочность.

Тема 3.

Физико-механические, тепло-физические и коррозионные свойства материалов, зависимости от температуры, микроструктуры и механических напряжений. Прочность. Пластичность. Хрупкое и пластическое разрушения. Жаростойкость. Жаропрочность. Хладостойкость. Усталость. Износостойкость. Теплоемкость. Теплопроводность. Температуропроводность. Электропроводность. Плавление и затвердевание. Диффузия. Самодиффузия. Окисление, коррозия.

Тема 4.

Сопротивление сдвигу в монокристаллах. Критические напряжение при сдвиге и при растяжении (оценки) идеальных монокристаллов. Идеальная прочность, влияние дефектов.

Равновесные диаграммы состояния металлов и сплавов, полиморфизм, ликвидус, солидус, эвтектики. Твёрдые растворы замещения и внедрения. Распад твёрдых растворов, когерентные и некогерентные выделения. Диаграммы состояния двойных сплавов полностью растворимых в жидком и твёрдом состояниях, ограниченно растворимых в твёрдом состоянии, образующих эвтектики и перитектики, с полиморфными превращениями одной из компонент.

Тема 5.

Твердые материалы. Технологические методы получения материалов (металлургический процесс, кристаллизация, выращивание монокристаллов, др.). Порошковая металлургия. Жидкие кристаллы. Стёкла, металлические стёкла. Керамика.

Технологические методы получения изделий. Прокат. Сварка. Резание. Экструзия.