Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

И.З. ШАРИПОВ

Физика металлов

Учебное пособие

Уфа 2005

УДК 669: 661.3 (07)

ББК 34.2 (я7)

Ш25

Ш25 Шарипов И.З. Физика металлов: Учебное пособие/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т.– Уфа, 2005.– 89 с.

ISBN5–86911–503–5

Изложены основы строения и физики явлений, происходящих в металлических материалах. Рассмотрено влияние структуры, химического состава на их свойства. Пособие рассчитано на студентов, обучающихся по заочной и вечерней форме по направлению подготовки дипломированных специалистов 657800 - «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных процессов», специальность 120100 «Технология машиностроения», и по направлению подготовки бакалавров 552900 - «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства».

Табл. 10. Ил. 42. Библиогр. 15 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Уфимского государственного авиационного технического университета.

Рецензенты:

Д-р физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. ИПСМ РАН Пшеничнюк А.И.

Канд. физ.-мат. наук, Балапанов М.Х.

доц. каф. общей физики БашГУ

ББК 34.2 (я7)

ISBN5–86911–503–5 ©  И.З. Шарипов, 2005

©  Уфимский государственный авиационный

технический университет, 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Федеральное агентство по образованию 1

Введение 4

I. строение веществ 7

II. Кристаллизация металлов 48

III. Проводниковые материалы 58

IV. Магнитные материалы 70

Список литературы 93

Введение

Умение получать необходимые материалы из имеющихся в окружающем мире ресурсов является необходимой предпосылкой развития цивилизации. В древние времена для создания орудия и инструмента человек применял только те материалы, которые ему предлагала природа: дерево, камень, так или иначе отвечающие требованиям твердости, прочности.

Около 6-7 тысяч лет назад человек начал использовать самородные металлы: золото, серебро, медь, добыча которых не требовала больших знаний и техники. В 4-3-м тысячелетии до н. э. научились выплавлять металл из руды: медь, олово, свинец. Благодаря добавлению относительно легко получаемого олова к меди получили новый материал – сплав бронзу. В сплаве удалось снизить точку плавления по сравнению с медью (медь Т_пл – 1083^оС, бронза Т_пл ниже 415^оС), что значительно облегчило обработку этого сплава. Началась бронзовая эра. Применение железа началось во II тысячелетии в Египте и Малой Азии, затем распространилось в Европу. Железо тверже , прочнее меди и бронзы, поэтому народы, овладевшие новой технологией, становились лидерами в развитии цивилизации. Это открыло железный век - эпоху железного меча, а также железного плуга и топора. К XVII - XVIII вв. железо стало наиболее употребляемым металлом.

Рассмотрим табл. В1:

Таблица В1

Металл	Au1+	Ag1+	Cu2+	Sn2+	Fe2+	Zn2+	Al3+	Mg3+
Электро-химич. потенциал	+1,5	+0,81	+0,34	 0,14	 0,44	 0,76	 1,67	 2,34
Начало освоения	4 тыс. лет до н.э.	4 тыс. лет до н.э.	3 тыс .лет до н.э.	2 тыс. лет до н.э.	1 тыс. лет до н.э.	15 век н.э	1850 н.э	1850 н.э

Мы видим, что положение металла в электрохимическом ряду напряжений определяет время его освоения, что, в свою очередь, оказало значительно большее влияние на развитие человечества, чем события и личности, которые историки выдвигают на передний план. Человек начинал активно использовать тот или иной металл лишь после накопления определенной суммы знаний, овладев достаточным мастерством. Так, железо или цинк требовали более высокоразвитой технологии по сравнению с благородными металлами, а металлы, как алюминий и магний, освоены совсем недавно. Титан как элемент был открыт в 1791 году, а получить первые тонны промышленного металла смогли лишь в 1948 году.

Уже в ранние исторические времена были развиты технические приемы по регулированию свойств материалов. Применением различных технологических приемов можно задавать материалу различные свойства, как прочность, жаростойкость, коррозионная стойкость, получать комбинации или соединения материалов, которые обычными способами достичь нельзя. С развитием технологии стало возможным массовое производство микролегированных сталей, материалов с направленной кристаллизацией, монокристаллов, аморфных сплавов, композиционных материалов, металлов с памятью формы и др.

Обратившись к истории техники, мы можем увидеть тесную связь между техническим прогрессом и наличием подходящих материалов. Например, в 1820 году в Англии была запатентована прокатка сортового металла, что дало толчок строительству железных дорог, так как стало возможным изготавливать рельсы в большом количестве и с высокой точностью. Сегодня новые технологии и специальные сплавы с уникальными свойствами позволяют создавать компьютеры, мощные самолеты, космическую и ядерную технику. Поэтому для современного специалиста крайне важно знание многообразия применяемых металлических материалов и умение сделать выбор наиболее эффективного материала для конкретной цели.

В учебном пособии даются представления об основных процессах и явлениях, происходящих в металлических материалах при различных физических воздействиях и технологических операциях. Более подробные сведения можно почерпнуть из учебников и пособий перечисленных в списке литературы [1-9]. Некоторые более специальные вопросы освещены в [10-11]. В [12-15] рассмотрены материалы, применяемые в электронной промышленности и технике.