- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2(2). Мировое производство основных материалов
- •3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал
- •5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов
- •6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
- •7(12). Механические испытания материалов
- •8(13). Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10(14). Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11(15). Определение ударной вязкости при изгибе
- •12. Испытание на вязкость разрушения
- •13. Испытание на усталость. Живучесть
- •14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов
- •15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования
- •16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20(10). Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22(17). Полиморфные превращения
- •23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
- •24. Диаграммы фазового равновесия
- •25. Правило фаз и правило отрезков
- •26. Ликвация в сплавах
- •27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31(22). Структурные классы легированных сталей
- •32(23). Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35(25). Виды отжига и их назначение
- •36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37(27). Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42(30). Классификация сталей
- •43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •59. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения
- •60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения
- •61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения
- •62. Наноматериалы
- •63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
- •64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль
- •65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Приложение в Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса
- •Содержание
1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
Материаловедение– прикладная наука о связи состава, строения и свойств материалов. Решение важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надежности и работоспособности механизмов и приборов во многом зависит от развития материаловедения. Непрерывный процесс создания новых материалов для современной техники обогащает науку о материалах, которая стимулирует появление новых технических идей.
Как наука материаловедение насчитывает около 200 лет, несмотря на то, что человек начал активно использовать металлические и неметаллические материалы еще за несколько тысячелетий до нашей эры. Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако, наука о материалах в основном развивается экспериментальным путем. Изучение физических (плотность, электропроводимость, теплопроводность, магнитная проницаемость и др.), механических (прочность, пластичность, твердость, модуль упругости и др.), технологических (жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием и др.) и эксплуатационных свойств (сопротивление коррозии, изнашиванию и усталости, жаропрочность, хладостойкость и др.) позволяет определить области рационального использования различных материалов с учетом экономических требований. Совокупность свойств, которыми должен обладать тот или иной материал, обобщает понятие «качество» – степень соответствия присущих характеристик требованиям. Материаловедение среди различных видов обеспечения качества промышленных материалов (информационного, материально-технического, организационного, метрологического и т. п.) играет роль научной основы.
Большой вклад в развитие науки о материалах внесли отечественные ученые. В России первым, кто начал научно осмысливать проблемы материаловедения и внедрять результаты в практику, был М.В. Ломоносов (1711–1765 гг.). П.П. Аносов (1799–1851 гг.) применил микроскоп и впервые установил связь между строением стали и ее свойствами. Горный инженер-металлург Обухов П.М. (1820–1869 гг.) и видный предприниматель Н.И. Путилов (1820–1880 гг.) в середине ХIХ в. на организованных ими в Санкт-Петербурге предприятиях наладили производство высококачественной стали, покончив с зависимостью в этом вопросе от Англии. А.С. Лавров и Н.В. Калакуцкий открыли в 1868 г. явление ликвации в сталях. Великий русский ученый Д.К. Чернов (1839–1921 гг.) открыл полиморфизм стали, развил теорию термической обработки и признан основоположником научного металловедения. Существенное значение в развитие физико-химических исследований и классификацию сложных фаз в металлических сплавах внесли работы Н.С. Курнакова (1860–1941 гг.) и его учеников. Значительный вклад в развитие металловедения и производства высококачественных сталей до и после II-ой мировой войны сделали С.С. Штейнберг, Н.А. Минкевич, С.Т. Конобеевский, А.А. Байков, И.А. Одинг, С.И. Губкин, М.А. Павлов, И.П. Бардин, Г.В. Курдюмов, В.Д. Садовский, А.А. Бочвар и многих др. советские ученые.
Над технологией получения алюминия во второй половине ХIХ в. работал физико-химик Н.Н. Бекетов (1827–1911 гг.). Мировое признание в области создания легких высокопрочных сплавов для авиации и ракетной техники получил И.Н. Фридляндер (р. в 1913 г.).
А.М. Бутлеров (1828–1886 гг.) создал теорию химического строения органических соединений, послужившую научной основой для получения синтетических полимерных материалов. Величайший вклад в создание периодической системы элементов, а, следовательно, и в научное материаловедение внес Д.И. Менделеев (1834–1907 гг.). На основе работ С.В. Лебедева (1874–1934 гг.) впервые в мире было организовано промышленное производство синтетического каучука. Выдающиеся советские химики Н.Н. Семенов (1896–1986 гг.) и А.Н. Несмеянов (1899–1980 гг.) заложили научные основы создания многих полимерных материалов.
Среди известнейших зарубежных ученых и инженеров-металлургов, внесших существенный вклад в развитие теоретических исследований, создание и изучение различных материалов, необходимо отметить А. Ле-Шателье, Ф. Осмонда и П. Мартена (Франция); Г. Бессемера, У. Юм-Розери, Н. Мотта, У.Г. и У.Л. Брэггов (Англия); А. Мартенса, П. Геренса, М. Лауэ, П. Дебайя и Ф. Вёлера (Германия); Дж. В. Гиббса, Э. Бейна, Р. Мейла и Ф. Зейтца (США). В создание полимерных материалов крупный научный и технологический вклад внесли К. Циглер (Германия) и Д. Натта (Италия).