Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра металлургии цветных металлов

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Программа, методические указания и контрольные вопросы

для студентов заочной формы обучения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

ДК 669.017; 621.7 (075.84)

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ: Программа, методические указания и контрольные вопросы / Санкт-Петербургский государственный горный ун-т.; Сост. проф. Доливо-Добровольская Г.И. СПГГУ, 2012. 19 с.

Представлена программа курса, даны методические указания к его самостоятельному изучению, контрольные работы.

Предназначена для студентов заочной формы обучения специальности 280202 "Инженерная защита окружающей среды".

Библиогр.: 7 назв.

Научный редактор: зав.кафедрой, д.т.н., проф. Сизяков В.М.

© Санкт-Петербургский государственный

г

орный университет, 2012 г.

Введение

Целью и задачей курса является ознакомление студентов с основами материаловедения и конструкционных материалов, об их составе, структуре и свойствах о применении их в промышленности.

В результате освоения дисциплины студент должен получить знания о важнейших металлах и конструкционных материалах, способах их получения, об их обработке различными методами с целью управления их физическими свойствами.

Раздел 1. Обзор свойств металлов

Программа. Важнейшие физические свойства металлов: плотность, температура плавления, магнитные и механические свойства.

Методические указания. Физические свойства металлов определяются их положением в периодической системе Д.И. Менделеева, а также их кристаллической структурой, структурными дефектами, способами их термической, механической и химико-термической обработки. Набор свойств металлов и сплавов очень широк: существуют легкоплавкие и тугоплавкие металлы, легкие и тяжелые, пластичные и хрупкие. Очень большое влияние на свойства имеют кристаллические структуры, их упорядоченность и симметрия. Искажения в кристаллической структуре – структурные дефекты – очень сильно влияют на свойства металлов. Заданные воздействия на структуру, повышающие либо понижающие количество дефектов, позволяют изменять (управлять) свойствами металлов. Введение примесей – легирование – также позволяет существенно влиять на свойства металлов.

Вопросы

1. Назовите самый тяжелый и самый легких металл.

2. Какие металлы являются магнитными?

3. Какой металл наиболее распространен в земной коре?

4. Назовите пластичные и хрупкие металлы.

Раздел 2. Кристаллическая структура металлов

Программа. Важнейшие типы кристаллической структуры на симметрии кристаллов. Параметры и объем элементарной ячейки. Величина симметрии кристаллов.

Методические указания. Типы кристаллической структуры металлов: объемно-центрированная, гранецентрированная, гексагональная структура. Симметрия кристаллов, открытие акад. Е.С. Федорова, пространственные группы симметрии. Величина симметрии как количественная мера упорядоченности структуры. Симметрийный потенциал. Симметрийные реакции как дискретное изменение физических и химических свойств кристаллических веществ.

Набор типов кристаллических структур для металлов невелик, в отличие от минералов. Многие металлы кристаллизуются с одинаковым типом кристаллической структуры. Медь, алюминий, золото, -железо, свинец, никель, серебро, платина характеризуются одинаковым типом решетки – гранецентрированной структурой. Вольфрам, молибден, хром, -железо, ванадий, калий имеют объемно-центрированную решетку. Бериллий, магний, цинк, -кобальт кристаллизуются в гексагональной решетке. Между собой разные металлы, имеющие одинаковый тип решетки, различаются параметром ₀ или а₀, и с₀ – линейными размерами элементарной ячейки кристаллической структуры.

Очень многие металлы могут кристаллизоваться в разных типах структуры, в зависимости от температуры кристаллизации. Это свойство называется полиморфизмом. Известны разные полиморфные модификации железа (-, - , - , - Fe), кобальта (- и -Со), титана (- и -Ti), марганца (-, - , - , - Mn). Такие металлы как Cu, Al, Au, Ag, Pt не имеют полиморфных модификаций.

Вопросы

1. Чем отличаются между собой ГЦК, ОЦК и ГПУ типы кристаллической структуры?

2. Приведите примеры металлов с разными типами решеток.

3. Чем отличаются между собой кристаллические структуры Al и Be? Pb и Au? -Fe и -Fe?

4. Какая решетка обладает большей примесной емкостью: -Fe или -Fe?