Вопросы по курсу «Материаловедение»

1. Роль материалов в современной технике. Об истории развития материаловедения как науки.

2. Металловедение. Классификация металлов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы решеток и их характеристики.

3. Реальное строение металла. Анизотропия. Полиморфизм

4. Виды дефектов кристаллической решетки. Диаграмма прочность-плотность дефектов.

5. Строение металлических сплавов (химические соединения, твердые растворы, механические смеси).

6. Диаграмма состояния и ее построение (метод термического анализа). Правило фаз.

7. Диаграмма состояния системы с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии (с эвтектикой).

8. Диаграмма состояния системы с полной (неограниченной) растворимостью компонентов в твердом состоянии.

9. Диаграмма состояния системы с неполной (ограниченной) растворимостью компонентов в твердом состоянии (с эвтектикой).

10. Диаграмма состояния системы с образованием химического соединения. Диаграмма состав-свойства двойных сплавов (по Н.С.Курнакову).

11. Примеси, фазы и структуры в железоуглеродистых сталях. Качество стали.

12. Диаграмма состояния Fe-Fe₃C, значение ее линий, классификация сплавов.

13. Углеродистые стали, их маркировка, классификация по равновесной структуре, качеству, назначению.

14. Автоматные стали (состав, структура, маркировка, применение).

15. Чугуны белые и серые. Процесс графитизации. Диаграмма железо-графит.

16. Процесс графитизации при отжиге белого чугуна.

17. Серые, ковкие, высокопрочные чугуны (получение, маркировка, структура, применение).

18. Упругая и пластическая деформация. Влияние пластической деформации на структуры и свойства металлов. Текстура. Наклеп.

19. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Рекристаллизация. Холодная и горячая пластическая деформация.

20. Стандартные механические свойства и методы их определения.

21. Основные виды термической обработки и их классификация. Критические точки для сталей.

22. Образование аустенита и рост его зерна при нагреве. Перегрев и пережог.

23. Перлитное превращение переохлажденного аустенита. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита.

24. Мартенситное превращение. Мартенсит, его строение и свойства.

25. Превращение при нагреве закаленной стали. Виды отпуска, строение и свойства стали после закалки и различных видов отпуска. Применение.

26. Отжиг, его виды (технология, применение).

27. Закалка, ее виды (технология, применение).

28. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Дефекты закалки.

29. Поверхностное упрочнение стали (закалка, наклеп).

30. Химико-термическая обработка. Твердая и газовая цементация (науглероживание).

31. Процесс формирования цементованного слоя и его строение.

32. Стали для цементации. Термическая обработка после цементации.

33. Азотирование стали. Стали для азотирования.

34. Нитроцементация стали. Азотонауглероживание.

35. Легирующие элементы в стали. Их влияние на основные превращения и свойства.

36. Классификация и маркировка легированных сталей.

37. Конструкционные цементуемые легированные стали.

38. Конструкционные улучшаемые легированные стали.

39. Рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые стали.

40. Материалы для режущего инструмента, быстрорежущие стали (маркировка, состав, структура, термическая обработка, применение).

41. Стали для измерительного инструмента, штамповые стали для деформирования металлов в холодном и горячем состоянии.

42. Твердые сплавы для режущего инструмента.

43. Виды коррозия. Хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали.

44. Жаростойкость и жаропрочность. Жаростойкие и жаропрочные стали.

45. Алюминий и его сплавы (деформируемые и литейные).

46. Медь и ее сплавы. Латунь, бронза.

47. Классификация полимеров по методам получения и поведению при нагревании.

48. Неорганические неметаллические материалы, применяемые в технике. Стекло, ситаллы, техническая керамика.

ОТВЕТЫ

1. Роль материалов в современной технике. Об истории развития материаловедения как науки

Материаловедение можно отнести к тем разделам физики и химии, которые занимаются изучением свойств материалов. Кроме того, эта наука использует целый ряд методов, позволяющих исследовать структуру материалов. При изготовлении наукоемких изделий в промышленности, особенно при работе с объектами микро- и нано- размеров необходимо детально знать характеристику, свойства и строение материалов. Решить эти задачи и призвана наука – материаловедение.

Началом развития материаловедения можно считать тот момент, когда человек впервые начал выбирать, что ему взять в руку - палку или камень, то есть зарождение материаловедения совпадает с началом каменного века.

Следовательно материаловедение - это одна из старейших форм прикладной науки, прошедшая вместе с человечеством долгий путь от примитивной обработки камня и изготовления простейшей керамики и заканчивая современными сверхпопулярными нанотехнологиями. Долгое время металлургия и металловедение превалировали в материаловедении, то есть наука о материалах приравнивалась фактически к науке о металлах.

Современное материаловедение также базируется на металловедении, однако помимо металлов и сплавов материаловедение изучает множество других разнообразных материалов как по назначению (пластики, полупроводники, биоматериалы), так и по составу (углеродные материалы, керамика, полимеры и т.д.)

2. Материаловедение. Классификация металлов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы решеток и их характеристики.

2.1. Материаловедение - научная дисциплина о структуре, свойствах и назначении материалов. Свойства технических материалов формируются в процессе их изготовления. При одинаковом химическом составе, но разной технологии изготовления, образуется разная структура, и вследствие - свойства.

Целью материаловедения является изучение закономерностей формирования структуры и свойств материалов методами их упрочнения для эффективного использования в технике.

Основная задача материаловедения - установить зависимость между составом, строением и свойствами, изучить термическую, химико-термическую обработку и другие способы упрочнения, сформировать знания о свойствах основных разновидностей материалов.

2.2. Все металлы условно поделены на черные и цветные. Черные металл обычно имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Некоторые из них (железо, титан, кобальт, марганец, цирконий, уран и др.), обладают полиморфизмом (аллотропией). Наиболее типичным черным металлом является железо.

Цветные металлы имеют красную, желтую, белую окраску. Они обладаю большой пластичностью, малой твердостью, низкой температурой плавления. Известно, что олово имеет полиморфизм. Типичный представитель – медь.

К черным металлам относятся:

− железные металлы – железо, кобальт, никель, марганец;

− тугоплавкие металлы; имеют температуру плавления выше чем у железа, т.е. более 15390С

- титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, технеций, гафний, рений;

− урановые металлы (актиноиды) – торий, актиний, уран, нептуний, плутоний и др. (с 89 до 103 элемента);

− редкоземельные металлы (с 57 -71 элементы), лантан, церий, ниодим и д.р.;

− щелочноземельные металлы

- литий, натрий, кальций, калий, рубидий, стронций, цезий, барий, франций, родий, скандий.

К цветным металлам относятся:

− легкие – бериллий, магний, алюминий;

− благородные металлы

- рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платина, золото, серебро и полублогородная медь;

− легкоплавкие металлы – цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, талий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут.

К металлам и сплавам относятся вещества получаемые порошковой металлургией.

Классификация неметаллических материалов:

− органические и неорганические полимеры;

− пластмассы;

− композиционные материалы;

− каучуки и резины;

− клеящие материалы и герметики;

− лакокрасочные покрытия;

− графит;

− стекло;

− керамика.