херсонська державна морська академія

Кафедра технічної механіки, інженерної і комп’ютерної графіки

Моісеєнко Л. Л.

технологія матеріалів

тексти лекцій (20 год.)

Для напряму: 6.070104 – „Морський та річковий транспорт”

Професійне спрямування: Судноводіння

Курс: 1-й – на основі повної загальної середньої освіти

Херсон – ХДМА – 2014

тексти лекцій

з навчальної дисципліни технологія матеріалів

пояснювальна записка

Тексти лекцій загальним обсягом 20 год. складені доцентом кафедри Моісеєнко Леонтієм Леонідовичем на 2014 – 2015 навчальний рік.

Змістові тексти лекцій складено згідно до робочої програми навчальної дисципліни «Технологія матеріалів» у відповідності до кодексу з підготовки і дипломування моряків та несення вахти та IMO MODEL COURSE 7.03 пункти 3.2.1, 3.2.2.

Загалом, мета і завдання дисципліни – дати загальне уявлення:

• про конструкційні матеріали (КМ) та промислові технології;

• їх способи виробництва та обробки;

• про існуючі методи і можливості оцінки та формування властивостей матеріалів;

• поведінки матеріалів в умовах експлуатації;

• про актуальні проблеми в експлуатації, про актуальні економічні аспекти використання тих чи інших КМ в транспортній галузі.

Мету професійної підготовки сучасного фахівця формулюють як очікуваний результат – формування професійної компетентності. Професійну компетентність фахівця розглядають як інтегральну характеристику, яка визначає здатність розв’язувати професійні проблеми і типові професійні завдання, які виникають у реальних ситуаціях фахової діяльності з використанням знань, професійного і життєвого досвіду, цінностей і нахилів.

Компетентнісний підхід у підготовці фахівців для напряму: 6.070104 – „Морський та річковий транспорт” дозволяє:

• готувати кадри відповідно до динамічних змін ринку, його вимог, що зумовлює мету та зміст професійної підготовки фахівця;

• розглядати та деталізувати спільну мету – професійну компетентність як суму певних компетентностей, що до неї ходять;

• змістовно, продуктивно та інструментально пов’язує мету, зміст і процес підготовки фахівців.

Компетентність – це, насамперед, підготовленість особистості до розв’язування проблемних задач за реальних нестандартних умов, які можуть бути щоразу іншими. Тобто розвиток компетентності нерозривно пов’язаний з проблемністю навчання та активною діяльністю курсанта. Важливим при цьому є те, що рівень складності завдань повинен відповідати можливостям курсанта, тобто завдання мають бути помірно складними. В інших випадках відбувається втрата курсантом інтересу і сформувати компетентність не вдається.

Насамкінець слід пам’ятати, що розвиток компетентності курсанта відбувається лише у процесі його активної навчальної діяльності.

Структура кожного тексту лекції передбачає: тему лекції, її мету, орієнтовний план, за яким будується зміст програмного матеріалу лекції та стислий текст за темою лекції. До лекції зазначається рекомендована література для самостійної роботи курсантів.

В процесі озвучення текстового матеріалу лекцій можливі коментарі викладача, уточнюючі пояснення та тлумачення, демонстрація наочності та промислових зразків виробів та обладнання, використання набору слайдів-презентацій, навчальних планшетів та плакатів, графічного матеріалу на паперових та електронних носіях тощо.

Лекція 1. Вступ. Історія розвитку науки про метали, їх кристалічна будова. Кристалізація металів.

Мета: Мета: Ознайомити курсантів із завданням навчальної дисципліни та її місцем і роллю у підготовці фахівців морського та річкового транспорту, сформувати компетенції з основних положень науки про матеріалознавство, сформувати у них компетентність з питань будови кристалічних матеріалів (металів), з’ясувати роль вітчизняних та зарубіжних вчених у розвитку матеріалознавства.

1. Предмет і зміст курсу, його місце у підготовці фахівців.

2. Знайомство з рекомендованими джерелами.

3. Поняття про матеріалознавство, як науку, та його основні положення.

4. Роль вітчизняних та зарубіжних вчених у розвитку матеріалознавства.

5. Міжпредметні зв’язки курсу матеріалознавства з навчальними дисциплінами за фахом підготовки.

Рекомендована література

[1. с. 66 – 94, 103 - 114; 2. с. 5 – 15, 66 – 80, 82 – 88; 3. с. 3 – 6; 4. с. 5 – 20; 5. с. 11 – 50; 6. с. 5 – 8, 53 – 55; 7. с. 4 – 6; 8. с. 6 - 9]

Вступ. Предмет і зміст курсу

Навчальна дисципліна “Технологія матеріалів”, яка вивчає закономірності, що визначають будову і властивості металів і сплавів залежно від їх складу та умов обробки, а також технологію одержання і обробку матеріалів тиском, зварюванням, різанням, – одна з основних у переліку загально-технічних дисциплін, що формують підготовку фахівців з морського і річкового транспорту.

За навчальним планом для спеціальності «Судноводіння» передбачено для вивчення зазначеної навчальної дисципліни 72 годин, серед них: лекцій – 20 год., лабораторних робіт – 20 год., самостійна робота – 32 год.; кінцева форма контролю – диференційований залік.

“Технологія матеріалів” ґрунтується на знаннях з фундаментальних дисциплін: фізики, хімії та математики і є підґрунтям для вивчення інших загально-технічних та спеціальних дисциплін, зокрема, технічна механіка; опір матеріалів, деталі машин, теорія машин і механізмів; теорія та будова судна, Стандарти Міжнародної морської організації тощо.

Оволодіння програмного матеріалу з матеріалознавства та технології матеріалів передбачає застосування компетентнісного підходу до підготовки фахівців, що припускає усвідомлення всіма суб'єктами освітнього процесу кінцевої мети своєї діяльності: підготовку фахівця, що володіє як ключовими, так і спеціальними професійними компетенціями, здатного вирішувати різноманітні задачі професійної практики, готового до інноваційної діяльності у фаховій сфері, має високу мотиваційну спрямованість на високопродуктивну працю, усвідомлює суспільну значущість своєї професії.

Компетентність – це здатність встановлювати і реалізувати зв'язок між "знанням - умінням" і ситуацією, тобто це – інтегрована характеристика якостей особистості, результат підготовки випускника академії для виконання діяльності в певних професійних та соціально-особистісних предметних областях (компетенціях), який визначається необхідним обсягом і рівнем знань та досвіду у певному виді діяльності.

Знання з матеріалознавства та технології матеріалів допоможуть майбутнім фахівцям свідомо виконувати експлуатацію суднових енергетичних систем, проводити професійно технічне обслуговування та ремонт суднових машин і обладнання.

Матеріалознавство та технологія матеріалів – комплексна навчальна дисципліна, яку можна розглядати як органічно поєднані дві частини:

1 Основи матеріалознавства (будова та властивості металів і сплавів, їх виробництво та термічна обробка).

2 Технологія конструкційних матеріалів (обробка матеріалів тиском, технологія зварювання, обробка матеріалів різанням).

Матеріалознавство як наука встановлює закономірності, що визначають зв’язок між складом, структурою і властивостями металів і сплавів, та вивчає закономірності їх зміни при механічних, теплових, хімічних, електромагнітних та ін. впливах.

Вперше існування такого зв’язку між будовою сталі і її властивостями (основний закон металознавства: властивості металу визначаються його внутрішньою будовою – структурою) встановив відомий російський гірничий інженер, металург і вчений Павло Петрович Аносов (1799-1851).

Основи наукового матеріалознавства були закладені іншим видатним російським металургом, вченим, «батьком металографії» Дмитром Костянтиновичем Черновим – (1839-1921).

Заслуговує на значну увагу термічна та хіміко-термічна обробка металів і сплавів, як така, що суттєво змінює властивості як матеріалу в цілому, так і готових виробів зокрема.

Технологія конструкційних матеріалів включає в себе поняття металургії (способи виробництва і переробки) та механічної обробки матеріалів, що використовуються у всіх галузях народного господарства і, зокрема, у суднобудуванні.

До металургії відносяться виробничі процеси одержання металів, очистки їх від небажаних домішок (рафінування), виробництво сплавів, порошкова металургія, обробка тиском, ливарна справа, зварювання та пайка металів, покриття металів шаром іншого металу тощо.

До механічної обробки відносять обробку зі зняттям стружки різальними інструментами (різання різцями, свердлами, фрезами, абразивна обробка) та без різальних інструментів (лазерна, плазмова, ультразвукова, електроіскрова обробка).

Металами є більшість хімічних елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва (приблизно 80 % елементів). Це прості речовини, що складаються із однакових атомів одного сорту і розташованих у певному порядку.

У матеріалознавстві прийнято поділяти всі метали і сплави умовно на дві групи. Залізо і його сплави, а також кобальт, нікель і марганець (за А. П. Гуляєвим) відносять до чорних металів (іноді включають і хром). Чорні метали складають понад 90 % всього обсягу, що використовуються в народному господарстві; основна частина з них – різні сталі. Кольорові метали утворюють сплави на основі алюмінію, магнію, міді, титану, цинку, олова, свинцю та ін.

Аналіз таблиці 1.1 свідчить, що найпоширенішим хімічним елементом (металом) у земній корі є алюміній.

Таблиця 1.1 – Вміст металів у земній корі

Метали	% маси земної кори	Метали	% маси земної кори
Алюміній	8,8	Магній	2,1
Залізо	5,1	Титан	0,6
Кальцій	3,6	Марганець	0,09
Натрій	2,6	Мідь	0,01
Калій	2,6	Інші метали (разом)	менше 2,0

Навчальна дисципліна «Технології матеріалів» для спеціальності «Судноводіння» передбачає вивчення основних програмних питань, зокрема:

• будова та основні механічні властивості металів, основні методи їх визначення;

• види сплавів, їх будова, маркування, використання;

• поняття про діаграму стану бінарних сплавів, зокрема, залізо-вуглець та використання діаграми для практичних цілей;

• виробництво чавуну, сталі та інших сплавів;

- основи теорії та технологія термічної обробки металів;

- поверхневе зміцнення сталі;

- вивчення технології зварювання металів;

- обробка металів тиском;

- технологія обробки металів різанням;

• кольорові метали і їх сплави і застосування;

• неметалеві матеріали та їх використання.

Знайомство з рекомендованою літературою

Перелік літературних джерел досить значний. Та все ж доцільно використати, в основному, наступні підручники та посібники:

1. Сологуб М.А. Технологія конструкційних матеріалів. – К.: Вища школа, 2002. – 374 с.

2. Прейс Г.А. Технология конструкционных материалов. – К.: Выща школа, 1991. – 391 с.

3. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. – Л.: Машиностроение, 1987. – 363 с.

4. Лахтин Ю.М. Основы металловедения. – М.: Металлургия, 1988. – 320 с.

5. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционных материалов. – М.: Высшая школа, 2006. – 276 с.

6. Кондратюк С.Е. Металознавство та обробка металів. – К.: ВІКТОРІЯ, 2000. – 372 с.

7. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 542 с.

8. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. – М.: Машиностроение. 2005. – 592 с.

9. Моісеєнко Л.Л. Матеріалознавство та технологія матеріалів. – Херсон, ХДМА, 2013 – 340 с.

Посібник [9] написаний згідно з діючою програмою однойменної навчальної дисципліни та відображає сучасний стан вітчизняної і зарубіжної науки і виробництва в галузі матеріалознавства, металургії та технології конструкційних матеріалів.

На нашу думку, досягнення мети свідомого і глибокого опанування знань із зазначеної навчальної дисципліни можливе шляхом усвідомлення теоретичних положень з матеріалознавства та технології матеріалів, виконання циклу лабораторних робіт і систематичної самостійної роботи. Тому і структуру посібника представлено із трьох розділів: основи теорії, лабораторний практикум та індивідуальні творчі завдання, контроль за виконанням яких дасть змогу виявити рівень якості підготовки фахівців.

Необхідність написання навчального посібника вищеозначеної структури, де представлені різні форми засвоєння знань – через теоретичний програмний матеріал, лабораторний практикум та організацію самостійної роботи – обумовлена відсутністю такого для вищих морських навчальних закладів і, зокрема, українською мовою.

Особливістю посібника є наявність тестів до лабораторних робіт та додатків у його складі відповідно до змісту, зокрема, «Тлумачний словник», «Короткий металографічний атлас», «Короткі довідкові дані про матеріали», які суттєво допоможуть курсантам мобільно та свідомо засвоїти основні поняття з матеріалознавства та технології матеріалів.

Поняття про матеріалознавство, як науку, та її виникнення. Роль вітчизняних та зарубіжних вчених у розвитку цієї науки

Як уже зазначалося, матеріалознавство – наука, що встановлює зв’язок між складом, структурою та властивостями металів і сплавів та вивчає закономірності їх змін при теплових, хімічних, механічних і інших впливах.

Люди познайомились з металами ще в глибоку давнину (золото, срібло, мідь). В середньовіччя були відомі сім металів (золото, срібло, мідь, залізо, свинець, олово, ртуть). До того ж, слід пам’ятати, що рівнем виробництва металів та інших конструкційних матеріалів визначається могутність держави.

Важливим етапом у розвитку матеріалознавства стало відкриття Д. І. Менделєєвим у 1869 році періодичного закону хімічних елементів.

Великий внесок у галузь про матеріали внесли відкриття Д. К. Чернова, Н. С. Курнікова, А. М. Бутлерова, А. Ледебура та ін. вчених.

Історія розвитку матеріалів діалектично пов'язана з розвитком суспільства. Найменування історичних епох (найдавніший, середній і новий кам'яні віки, мідно-кам'яний, бронзовий, залізний) відповідають значенню розроблених матеріалів у розвитку людства. Камінь і кість були першими матеріалами, які використовували у природному вигляді. Технічними досягненнями епохи стали потім мідь, кольорова кераміка, залізо та ін.

Вперше існування зв’язку між будовою сталі і її властивостями було встановлене П. П. Аносовим (1799-1851).

Ім’я П. П. Аносова пов’язане з відкриттям секрету виготовлення булатних клинків, гнучких і в’язких і в той же час здатних рубати сталь. Він вперше в 1831 році застосував мікроскоп для дослідження сталі. П. П. Аносов відкрив газову цементацію, заклав основи металургії легованих сталей.

Основи наукового матеріалознавства були закладені відомим російським металургом, вченим Д. К. Черновим (1839-1921) та розвинуті академіком Н. С. Курнаковим. Д. К. Чернов відкрив критичні точки та їх зв'язок із змінами в структурі і властивостях сталі, створив вчення про центри кристалізації та закони росту кристалів на значних об’ємах сталі, відкрив загартування в гарячих середовищах, ступінчасте загартування.

Значний вклад у розвиток матеріалознавства внесли наукові роботи відомих зарубіжних вчених Осмонда (Франція), Юм-Розери і Н. Мотта (Англія), Ф. Зейтца, Е. Бейна і Р. Мейла (США), Таммана і Ганемана (Німеччина) і ін.

Міжпредметні зв’язки курсу технології матеріалів з навчальними дисциплінами за фахом підготовки

Курс матеріалознавства та технології матеріалів разом з іншими загальнотехнічними дисциплінами дає можливість курсантам всіх спеціальностей одержати необхідну загальноінженерну підготовку, забезпечує одержання міцного фундаменту знань, необхідних для практичної фахової роботи.

Для засвоєння програмного матеріалу досить суттєвим є навчальна підготовка з фізики, хімії, математики та інженерної графіки. Основні положення та закони з розділів механіки та теплоти курсу фізики є вкрай необхідними знаннями в процесі вивчення матеріалознавства та технології матеріалів, бо саме на підставі цих розділів визначаються механічні властивості та теплові зміни конструкційних матеріалів. Вкрай необхідні знання і з хімії: періодична таблиця елементів Д. І. Мендєлєєва, взаємодія металів з агресивним середовищем, корозія тощо.

Кристалічні і аморфні тіла

Всі речовини в твердому стані мають кристалічну або аморфну будову. В аморфних речовинах (кварцове скло, різного роду смоли, янтар, бітуми тощо) атоми розташовані хаотично. При нагріванні аморфні речовини поступово розм'якшуються і переходять у рідкий стан в широкому інтервалі температур – на кривій нагріву цей перехід не виражений (конкретної температури плавлення немає).

Переважна більшість мінералів, всі метали і сплави мають кристалічну будову. Ці речовини при нагріванні залишаються в твердому стані і переходять у рідкий при певній температурі.

Кристалічна будова металів. Поняття про анізотропію

Метали – кристалічні тіла. Їх атоми розташовані тим чи іншим способом в геометрично правильному порядку і утворюють кристали. У просторі атоми металів утворюють кристалічну решітку. Тип кристалічної решітки залежить від хімічної природи і фазового стану металу.

Найбільш розповсюдженими високосиметричними кристалічними решітками із щільної упаковкою атомів (іонів) є: проста кубічна решітка, об’ємноцентрована кубічна (ОЦК), гранецентрована кубічна (ГЦК) та гексагональна щільно-упакована (ГЩУ). У вузлах зазначених решіток розташовані атоми (іони) металів.

Атоми (іони) металів розташовуються у вузлах зазначених решіток, зокрема: в системі ОЦК просторової гратки (решітки) кристалізуються α-залізо, калій, натрій, α-титан, молібден, вольфрам, ванадій, хром та ін.; в системі ГЦК – алюміній, мідь, нікель, свинець, срібло і ін.; в системі ГЩУ – магній, цинк, берилій і ін. [1].

Рисунок 1.1 – Типи кристалічних решіток металів

В різних площинах кристалічної решітки (ґратки) атоми розташовані з різною щільністю і тому певні властивості кристалів в різних напрямках можуть бути неоднакові. Ця різниця властивостей кристалів зветься анізотропією властивостей. На відміну від кристалів, аморфні тіла (скажімо, смоли) мають однакові властивості у всіх напрямках, і тому є ізотропними.

Поняття про агрегатні стани речовин

Речовина в залежності від змін зовнішніх умов – температура, тиск – може переходити з одного агрегатного стану в інший.

Агрегатний стан – термодинамічний стан речовини, що суттєво відмінний за своїми фізичними властивостями від інших станів цієї ж речовини. Переходи між агрегатними станами однієї і тієї ж речовини супроводжуються стрибкоподібними змінами вільної енергії, густини і інших фізичних властивостей. Як правило, серед агрегатних станів виділяють тверде тіло, рідину, газ та плазму. Відрізняються вони, в першу чергу, характером руху молекул та порядком симетрії.

Поняття «агрегатний стан» досить розмите. Так, майже всі речовини в твердому агрегатному стані можуть мати, залежно від тиску і температури, декілька різних термодинамічних фаз. Термодинамічні ж фази можуть відрізнятися «непомітними оку» величинами, такими як теплоємність, структура кристалічних ґраток тощо.

Алотропні перетворення в металах

Здатність металів у твердому стані мати різну кристалічну будову і, як наслідок, різні властивості при різних температурах, називається алотропією або поліморфізмом. Процес переходу із однієї кристалічної форми в іншу зветься алотропним (поліморфним) перетворенням.

Алотропні (поліморфні) перетворення в металах наочно прослідкувати можна на кривих охолодження в системі координат температура – час.

В процесі алотропного перетворення (при охолодженні) виділяється прихована теплота кристалізації і тому на кривій охолодження (рисунок 1.2) це алотропне перетворення характеризується горизонтальною ділянкою, що відповідає певній температурі T_s. При цій температурі обидві фази (рідка і тверда) існують з однаковою ймовірністю. Поки не закінчиться фазовий перехід температура з часом залишається незмінною за рахунок вивільнення або поглинання енергії.

Рисунок 1.2 – Крива охолодження металу

Температура, що відповідає певному поліморфному перетворенню в металі, називається критичною температурою (температурою фазового перетворення T_s). Це теоретична температура фазового перетворення. Але для того, щоб здійснювався процес поліморфного перетворення, необхідно щоб температура T_n була дещо відмінною за теоретичну, тобто рідина повинна бути переохолодженою або тверда фаза – перегрітою. Так, на кривій охолодження заліза (рисунок 1.3), горизонтальні ділянки саме і характеризують незмінність температури протягом часу фазових перетворень при охолодженні.

Рисунок 1.3 – Крива охолодження заліза

Це свідчить про те, скажімо, що при кристалізації металів виділяється прихована теплова енергія.

Плавлення металів. Механізм кристалізації металів

Плавлення металів – це процес переходу їх із твердого стану у рідкий при нагріванні. Кожен метал має свою температуру плавлення t_п, при якій стійкому термодинамічному стану відповідає найменша енергія Гіббса (вільна енергія). При цій температурі T_s значення вільної енергії в рідкому і твердому станах рівні і обидві фази (рідка і тверда) можуть існувати одночасно. Вище температури T_s більш стійкий метал у рідкому стані, а нижче – у твердому.

Як зазначалося, всім металам притаманна кристалічна решітка. З підвищенням температури у металів зростає внутрішня енергія, що приводить до підвищення рухливості атомів, а це в свою чергу спонукає збільшення міжатомних відстаней і руйнування міжатомних зв’язків. Кристалічна решітка втрачає сенс. Отже процес плавлення завжди відбувається із поглинанням зовнішньої енергії.

Заслуговує на увагу і зворотній процес – процес переходу металів із рідкого стану в твердий.

При переході з рідкого стану в твердий (кристалічний) утворюється кристалічна решітка, виникають кристали. Такий процес і називається кристалізацією.

У 1878 р. відомий російський вчений Д. К. Чернов встановив, що процес кристалізації складається із двох стадій: зародження центрів кристалізації і росту кристалів з цих центрів.

Утворення кристалів в металах і сплавах – первинна кристалізація, а також перекристалізація у твердому стані – вторинна кристалізація відбувається при їх поступовому охолодженні. Процес кристалізації може відбуватися лише при переохолодженні металу нижче температури T_s (рисунок 1.2.3).

Досягши температури кристалізації на кривій температура - час з'являється горизонтальна ділянка (крива 1), оскільки відведення тепла компенсується прихованою теплотою кристалізації, що виділяється при кристалізації. Рідина безперервно охолоджується до температури переохолодження T_n, що лежить нижче теоретичної температури кристалізації T_s. При охолодженні нижче температури T_s створюються енергетичні умови, необхідні для протікання процесу кристалізації. Після закінчення кристалізації, тобто після повного переходу в твердий стан, температура знову починає знижуватися, і тверда кристалічна речовина охолоджується. Теоретично процес кристалізації зображується кривою 1. Крива 2 показує реальний процес кристалізації.

На кривій охолодження заліза (рисунок 1.2) спостерігається поява горизонтальних ділянок при температурах 1392 та 911 ºС, що свідчить про можливі поліморфні перетворення у твердому стані, які пов’язані із зміною кристалічної решітки заліза при цих температурах. В процесі охолодження при 1392 ºС відбувається перехід α-Fe → γ-Fe внаслідок зміни кристалічної решітки з ОЦК на ГЦК, а при 911 ºС – перехід γ-Fe → α-Fe внаслідок наступної зміни кристалічної решітки з ГЦК на ОЦК.

Можливість регулювання процесу кристалізації з метою одержання необхідних структури і властивостей

З метою одержання необхідної структури і потрібних властивостей металу процес кристалізації можна регулювати. Процес кристалізації, як вперше встановив Д.К. Чернов, починається з утворення кристалічних зародків (центрів кристалізації). При утворенні центрів кристалізації – а ними можуть бути неметалеві включення – від них ростуть первинні осі майбутніх кристалів. Ріст зародків кристалізації відбувається в результаті переходу атомів із переохолодженого розплаву до кристалів.

Первинні кристали нагадують структуру дерева і одержали назву дендритів (рисунок 1.4). Поки кристали ростуть вільно, вони можуть мати правильну геометричну форму. При дотику окремих кристалів між собою їх правильна форма порушується. В процесі зростання кристали в певний момент зіштовхуються (торкаються один одного), заважаючи росту один одного в різних напрямках, внаслідок чого одержують випадкову зовнішню форму. Після затвердіння кристали одержують неправильну зовнішню форму; і їх називають кристалітами або зернами, які повернуті один відносно іншого на певний кут. Розмір зерен впливає на механічні властивості металу.

Дендритна структура кристалу

Послідовні етапи кристалізації металу

Рисунок 1.4 – Кристалізація металів

Величина зерен і їх кількість в кінці кристалізації залежать від швидкості зародження (кількості центрів) і росту кристалів, які в свою чергу, визначають швидкість охолодження металу, що затвердів. З підвищенням швидкості охолодження число зародків зростає у більшій степені, ніж швидкість їх росту, тому розмір зерен в металі зменшується, чим і пояснюється зміна механічних властивостей.

Отже, створення необхідних властивостей металу можна здійснювати шляхом регулювання процесу кристалізації, тобто за рахунок зміни швидкості його охолодження.

Кристалічна будова металів, будова і властивості реальних кристалів.

Метали – кристалічні тіла. Їх атоми розташовані в геометрично правильному порядку і утворюють кристали. В просторі атоми металів утворюють кристалічну гратку (слайд).

Найбільш розповсюдженими кришталевими братками є: кубічна, кубічна об’ємноцентрована (ОЦК), кубічна гранецентрована (ГЦК) та гексагональна щільно-упакована (ГПУ). У вузлах зазначених ґраток розташовані атоми металів. В реальних умовах геометрична правильність розташування атомів може бути дещо порушеною (структурна недосконалість).

В різних площинах кристалічної ґратки атоми розташовані з різною щільністю і тому певні властивості кристалів в різних напрямках неоднакові. Ця різниця властивостей кристалів зветься анізотропією властивостей. На відміну від кристалів аморфні тіла (скажімо, смоли) мають однакові властивості у всіх напрямках, і тому є ізотропними.

Метали представляють собою полікристалічні тіла, що складаються з великої кількості мілких (1000-0,1 мкм), по різному орієнтованих, кристалів.

Лекція 2 Механічні властивості металів та методи їх визначення

Мета: Ознайомити курсантів та сформувати у них компетентність з основних механічних властивостей металів і сплавів та методів їх експериментального визначення.

1. Характеристика основних груп властивостей металів: фізичні, хімічні, механічні і технологічні.

2. Поняття про напруги, що виникають у металах при дії на них навантаження і величин, що їх характеризують.

3. Поняття про пружну і пластичну деформацію.

4. Визначення межі міцності металів випробуванням на розтяг.

5. Особливості різних методів визначення твердості металів.

6. Способи визначення технологічних властивостей металів.