3. Классификация материалов

Все материалы, используемые в промышленности, машино- и приборостроении, строительстве, быту и т.д., можно разделить на 3 группы: металлические, композиционные ( сочетают свойства металлов и неметаллов ) и неметаллические.

I. К металлическим материалам относятся чистые металлы и металлические сплавы, которые, в свою очередь, делятся на чёрные и цветные.

К чёрным относят железо и его сплавы: чугун, сталь, ферросплавы. Они составляют ~ 90% металлических материалов.

К цветным относятся все остальные металлы и их сплавы. В современной технике используется около 65 цветных металлов и очень большое число их сплавов (>10000).

Цветные металлы можно подразделить на:

а) легкие, чья плотность < 5000 кг/м³ (Mg, Be, Al, Ti );

б) легкоплавкие, с t_пл <500^оС :Ga (29,8^oC), In (156,4^oC), Sn (232^oC), Pb (327^oC), Zn (419,5^oC);

в) тугоплавкие, с t_пл выше, чем у железа (1539^оС): W, V, Mo, Nb, Ta, Cr .

г) благородные, с высокой коррозионной стойкостью: Ag, Au, Pt, Ir, Os.

II. Композиционные материалы можно подразделить на материалы с металлической матрицей и с неметаллической матрицей.

III. Неметаллические материалы: древесные материалы, полимеры и материалы на их основе, резиновые, клеящие и лакокрасочные материалы, стекло и керамика.

4. Вклад отечественных учёных в развитие материаловедения

Российские учёные сыграли ведущую роль в развитии материаловедения.

Основы научного металловедения были заложены такими учеными как:

1. Михаил Васильевич Ломоносов (1711 – 1765 гг.). Создал научно-техническую терминологию, опубликовал руководство по металлургии, выделил общее свойство металлов – ковкость.

2. Павел Петрович Аносов (1799 – 1851 гг.). В 1831 г. впервые применил микроскоп при исследовании строения стального слитка, заложив таким образом основы микроструктурного анализа; раскрыл секрет булатной стали и опубликовал в 1841 году книгу «О булате».

3. Дмитрий Константинович Чернов (1839 – 1921 гг.). В 1868 г. открыл структурные превращения в сталях при определённых температурах, что позволило создать теорию термической обработки; впервые изучил процесс кристаллизации стального слитка.

4. Дмитрий Иванович Менделеев (1834 – 1907 гг.). В 1869 г.открыл периодический закон химических элементов, без которого было бы немыслимо понимание структуры и свойств металлов и сплавов.

5. Николай Семёнович Курнаков (1860-1941 гг.). Разработал методы физико-химического анализа, изучил с учениками большое число металлических систем, построил их диаграммы состояния.

1. Строение и свойства металлов

1.1. Химические, физические, механические и технологические свойства металлов

Химические свойства характеризуют способность металлов взаимодействовать или не взаимодействовать с определёнными веществами. Мы выделяем для металлических материалов, используемых в промышленности и быту, такие свойства как коррозионная стойкость, кислотоупорность, химическая инертность ( все эти слова, в какой-то мере, синонимы).

Физические свойства характеризуют природу материала. Это – цвет, блеск, плотность, температура плавления, электро- и теплопроводность, теплоёмкость, линейное и объёмное расширения, термоэлектронная эмиссия (способность к испусканию электронов при нагреве), магнетизм, кристаллическое строение.

Механические свойства характеризуют поведение материала под действием приложенных внешних механических сил. К ним относятся прочность, твёрдость, хрупкость, упругость, пластичность, вязкость (способность материала поглощать механическую энергию внешних сил за счет пластической деформации), усталость (разрушение металла под действием повторных или знакопеременных нагрузок), выносливость (сопротивление усталости), ползучесть или текучесть (непрерывная медленная пластическая деформация, развивающаяся под длительным действием постоянных механических и термических нагрузок) и др.

Технологические свойства характеризуют способность материалов подвергаться различным видам обработки. К ним относятся литейные свойства (характеризуются жидкотекучестью и усадкой), свариваемость, прокаливаемость, ковкость, обрабатываемость резанием и др.

Эксплуатационные (служебные) свойства характеризуют способность материалов сохранять свои химические, физические, механические свойства при длительной эксплуатации. К ним относятся жаростойкость или окалиностойкость (способность металла сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре); жаропрочность (способность материала сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах); износостойкость (способность материала сопротивляться разрушению его поверхностных слоев при трении) и др.

Методы изучения механических свойств. К ним относятся статические испытания, характеризующиеся медленным приложением и плавным возрастанием нагрузки от 0 до неко

торого максимального значения (определение твердости, испытания на растяжение, сжатие, кручение, изгиб и т.п.); динамические испытания, характеризующиеся приложением нагрузки с большой скоростью – ударом (определение ударной вязкости КС и т.п.); длительные испытания, позволяющие определить долговечность материала (испытания на ползучесть, длительную прочность, износ, действие циклических нагрузок и т.п.).