- •Министерство образования и науки украины
- •1. Строение атома
- •1.2. Некоторые сведения из квантовой механики
- •1.3. Уравнение Шредингера для атома водорода
- •1.4. Спин электрона
- •1.5. Атомная орбиталь
- •1.6. Принцип Паули
- •1.7. Многоэлектронные атомы
- •2. Химическая связь
- •2.1. Основные характеристики химической связи
- •2.1. Составление химических уравнений
- •2.3. Стехиометрические расчеты в химии
- •2.5. Номенклатура неорганических соединений
- •2.5. Скорость химических реакций.
- •3. Кристаллохимия
- •3.1. Ионные кристаллы
- •3.2. Ковалентные связи в кристаллах
- •3.3. Металлическая связь
- •3.4. Слабая (ван-дер-ваальсовая) связь в кристаллах
- •3.5. Кристаллохимические параметры
- •4. Кристаллография (1 часть)
- •4.1. Предмет кристаллографии
- •4.4. Сетка Вульфа. Сферические координаты
- •4.5. Элементы симметрии кристалла
- •5. Кристаллография (2 часть)
- •5.1. Сингонии. Решетки Бравэ
- •5.2. Некоторые наиболее распространенные типы решеток
- •5.3. Пространственная решетка
- •5.4. Индицирование направления
- •5.5. Индицирование плоскостей (hkl)
- •5.6. Индицирование гексагональных кристаллов (граней)
- •5.7. Термины в кристаллографии
- •6. Дефекты кристаллической решетки
- •6.1. Точечные дефекты
- •6.2. Миграция точечных дефектов
- •6.3. Диффузия в твердых телах
- •6.4. Дислокации в кристаллах
- •7. Макро-, микро- и наноструктура материалов
- •7.1. Макроскопический анализ
- •7.2. Микроскопический анализ
- •7.3. Принцип работы металлографического микроскопа
- •7.4. Определение балла зерна
- •7.5 Фазовый анализ
- •7.6. Наноструктура
- •7.7. Рентгеноструктурный анализ материалов
- •8. Механические свойства твердых материалов
- •8.1. Разновидности механических свойств материалов
- •8.3. Упругая линейная продольная деформация
- •8.4. Сдвиг. Упругая деформация сдвига
- •8.5. Взаимосвязь между деформациями растяжения (сжатия) и сдвига
- •9. Всесторонняя деформация сжатия
- •9.1. Закон Гука для всесторонней деформации
- •9.2. Закон Гука для деформации вдоль одной стороны
- •9.3. Связь между модулем всестороннего сжатия и
- •9.4. Напряжения при ударе
- •9.5. Упругое последствие
- •10. Изгиб и кручение материалов
- •10.1. Изгиб. Упругая изгибная деформация
- •10.2. Прогиб и поворот сечения балки
- •10.3. Прогиб балки на двух опорах
- •10.4. Кручение материалов. Деформация кручения
- •11. Пластичность. Твердость. Ударная вязкость
- •11.1. Пластическая деформация твердых тел
- •11.2. Физическая сущность пластической деформации
- •11.3. Пластическая деформация поликристаллов
- •11.4. Основные характеристики деформации и разрушения
- •11.5. Твердость материалов
- •12. Разрушение материалов. Пути повышения прочности
- •12.1. Прочность. Виды разрушений
- •12.2. Ползучесть материалов
- •12.3. Другие механические свойства
- •12.4. Пути повышения прочности материалов
- •13. Тепловые свойства твердых тел
- •13.1. Колебания атомов в кристаллах
- •13.2. Теплоемкость твердых тел
- •13.3. Теплопроводность твердых тел
- •13.4. Тепловое расширение твердых тел
- •13.5. Зависимость механических напряжений от температуры
- •13.6. Повышение механических свойств материалов под действием температуры
- •14. Жидкое состояние вещества
- •14.3. Вязкость жидкостей
- •14.4. Поверхностное натяжение
- •14.5. Явления смачивания
- •14.6. Жидкие растворы
- •14.9. Осмотическое давление
- •15. Структура полимеров
- •15.1. Молекулярное строение полимеров
- •15.2. Классификация полимеров
- •15.3. Превращения в полимерах
- •15.4. Надмолекулярная структура полимеров
- •16. Механические свойства полимеров
- •16.1 Высокоэластическое состояние полимеров
- •16.2. Модель Максвелла для линейных полимеров
- •16.3. Модель Кельвина-Фогта для сетчатых полимеров
- •17. Термодинамика фазовых превращений
- •17.1. Фазовые превращения. Правило фаз
- •17.2. Термодинамические функции и параметры
- •Свойства термодинамических функций:
- •17.3. Связь между основными термодинамическими функциями и параметрами
- •17.4. Химический потенциал
- •18. Фазовые переходы I рода. Плавление и
- •18.1. Фазовые переходы I рода
- •18.2. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
- •18.3. Плавление и кристаллизация
- •18.4. Термический анализ
- •19. Фазовые превращения в твердом состоянии
- •19.1. Изоморфизм и полиморфизм вещества
- •19.2. Полиморфные превращения
- •19.3. Бездиффузионные и диффузионные превращения
- •19.4 Кинетика твердофазных превращений
- •19. 5 Упорядочение и разупорядочение в сплавах
- •19.6. Диаграмма состояния сплавов с учетом твердофазных превращений
- •19.7. Эвтектоидные превращения
- •19. 8. Рекристаллизация
- •20. Сплавы
- •20.1. Классификация сплавов
- •20.2. Зависимость свободной энергии Гиббса от температуры и
- •20.3. Система с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях
- •20.4. Построение диаграмм состояния методом термического
- •21. Диаграммы состояния бинарных систем
- •21.1. Система с ограниченной взаимной растворимостью
- •21.2. Анализ диаграммы состояния для сплавов с эвтектическим
- •21.3. Анализ диаграммы состояния для сплавов с перитектическим превращением.
- •21.4. Диаграммы состояния для сплавов, когда компоненты образуют химические соединения
- •22. Изучение диаграмм состояния
- •22.1. Построение и расшифровка диаграмм состояния тройных сплавов
- •22.2. Основные типы диаграмм состояния трехкомпонентных
- •II. Изотермические и политермические сечения тройных диаграмм.
- •23. Определение концентрации компонентов
- •Бинарные сплавы
- •Найти молярную массу бинарного раствора м при известных ,,м1 и м2.
- •24.2. Неорганическое стекло
- •24.3. Механические и тепловые свойства стекла
- •24.6. Оптические свойства стекла
- •24.5. Применение технических стекол.
- •25. Дисперсные системы
- •25.1. Введение
- •25.2. Свойства малых частиц
- •25.3. Коагуляция частиц
- •26. Электрические свойства материалов
- •26.1. Элементы зонной теории твердого тела
- •26.2. Электропроводность твердых тел
- •26.2. Поляризация диэлектрика
- •26.4. Сверхпроводники
- •26.5. Электрический ток в жидкостях
- •27. Магнитные свойства твердых тел
- •27.1. Магнитные моменты атомов
- •27.2. Намагничивание. Диа- и парамагнетики
- •27.3. Ферромагнетики
12.2. Ползучесть материалов
До сих пор при изучении пластической деформации предполагалось, что деформация возникает одновременно с приложением напряжений и если =Сonst, то дальнейшего деформирования не происходит.
На самом деле кроме параметров и необходимо учитывать время t.
С учетом временного фактора строят кривые =f(,t) при пластической деформации при следующих условиях:
а) при постоянной скорости деформации
;
б) при постоянной нагрузке
;
в) при постоянной деформации
.
На практике, в основном, изучают кривые при.
Процесс деформирования материала во времени при постоянной нагрузке получил наименование ползучести.
При малых скоростях нагружения формула ползучести имеет вид
.
12.3. Другие механические свойства
Усталость – уменьшение прочностных свойств в результате длительной эксплуатации.
Выносливость – это сопротивление усталости.
Предел выносливости – в – максимальное напряжение, которое может выдержать материал без разрушения при произвольном числе перемен нагрузки.
Предел выносливости находят из графика зависимости от числа N циклов нагрузки до разрушения
Старение – изменение свойств стали с течением времени без заметного изменения микроструктуры.
Живучесть – долговечность материала от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 1мм до окончательного разрушения.
Износ (изнашивание) – процесс отделения материала с поверхности твердого тела (или увеличение его остаточной деформации при трении), проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела.
Износостойкость – свойство материалов оказывать сопротивление износу. К механическому износу относят абразивное, гидроабразивное, эрозионное, электроэрозионное, кавитационное, усталостное изнашивание и др.
Инженерная характеристика износа – это интенсивность линейного изнашивания
,
где h – линейный износ,
LT – путь трения.
Относительная износостойкость равна
,
где и– абсолютные линейные износы эталонного (э) и испытываемого (п) образцов, мм;
dэ и dп – диаметры эталонного (э) и испытываемого (п) образцов.
12.4. Пути повышения прочности материалов
Увеличение прочности сопротивления усталости металлов и сплавов при сохранении достаточно высоких значениях пластичности, вязкости и трещиностойкости повышает надежность и долговечность машин (конструкций) и понижает расход металла на их изготовление.
Повышение прочности достигается путем:
а) создания бездефектной структуры;
б) повышением плотности дефектов, затрудняющих движение дислокаций и развитие микротрещин.
Эти варианты приведены на графике зависимости прочности от плотности дислокаций п.
Плотность дислокаций в недеформированном кристалле составляет
п 103106 1/см2,
а в сильно деформированном
п 1012 1/см2.
Связь между пределом текучести тек и плотностью дислокаций п описывается уравнением
,
где 0 – напряжение сдвига до упрочнения; b – вектор Бюргера; - коэффициент, зависящий от природы вещества, его структуры и решетки; G – модуль сдвига.
Деформационное упрочнение (наклёп).
Наклёп – явление повышения свойств материала, характеризующее сопротивление деформации (max, 0,2, HV и др.) и уменьшения пластических свойств при увеличении степени деформации тела.
Твердорастворное упрочнение – упрочнение при образовании твердых растворов, когда атомы второго компонента затрудняют подвижность точечных и линейных дефектов.
Упрочнение при образовании твердого раствора определяют по формуле
,
где G – модуль сдвига;
С – атомная концентрация растворенного компонента;
,
r, r0 – радиусы растворенного (r) компонента и растворителя (r0).
Зернограничное упрочнение – затруднение подвижности дислокаций и микротрещины за счет увеличения числа зерен и уменьшения их размеров, что приводит к росту межзёренных границ.
Чем меньше зерно, тем выше предел выносливости
,
где d – средний размер зерна,
0 и А – постоянная величина.
Дисперсное упрочнение – упрочнение за счет выделения внутри зерен упрочняющих мелкозернистых фаз, которые также приводят к затруднению подвижности дислокаций и микротрещин.
Уравнение прочности в этом случае имеет вид
,
где 0 – напряжение сдвига;
d, f – размеры и объемная доля выделяющихся дисперсных частиц;
– коэффициент, зависящий от вектора Бюргера и модуля сдвига G.