- •Материаловедение
- •1. Атомно-кристаллическое строение материалов
- •1.1 Агрегатные состояния вещества
- •1.2 Аморфное и кристаллическое состояние твёрдых тел
- •1.3 Понятие кристаллической решётки
- •1.4 Структура кристаллов
- •1.5 Поликристаллическое (зернистое) строение материалов
- •1.6 Анизотропия кристаллов
- •1.7 Дефекты кристаллической структуры
- •2. Структура и свойства металлов
- •2.1 Общая характеристика и классификация металлов
- •2.2 Металлическая межатомная связь и модель «электронного газа»
- •2.3 Кристаллическая структура металлов
- •2.4 Полиморфизм металлов
- •3. Формирование микроструктуры металлов
- •3.1 Энергетические причины процесса кристаллизации
- •3.2 Кривые охлаждения металлов
- •3.3 Механизм процесса кристаллизации
- •3.4 Строение слитка металла
- •4. Деформация и механические свойства материалов
- •4.1 Упругая и пластическая деформация материалов
- •4.2 Методы механических испытаний материалов
- •4.3 Испытания материалов на одноосное растяжение. Диаграмма растяжения.
- •4.4 Механизм упругой и пластической деформации.
- •4.5 Наклёп или упрочнение металлов под воздействием
- •4.6 Возврат и рекристаллизация деформированных металлов
- •4.7 Разрушение материалов
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н.Туполева – КАИ»
Набережночелнинский филиал
Кафедра КТМП
Материаловедение
Конспект лекций
для студентов заочной формы обучения
Набережные Челны, 2011 г.
ВВЕДЕНИЕ
Материаловедение – это наука о различных материалах, широко используемых в настоящее время для производства разнообразных деталей, механизмов, приборов и конструкций, а также для иных целей. Успех эксплуатации вышеназванных изделий во многом зависит от качеств (свойств) используемых в них материалов. Кроме того, свойства материалов во многом определяют и саму возможность получения из их различных изделий.
Материаловедение своей основной задачей считает установление взаимосвязи между свойствами изучаемых материалов их химическим составом и структурой. Получаемые материаловедением знания составляют основу для научного прогнозирования и управления свойствами материалов. Они помогают совершенствовать уже известные материалы и разрабатывать принципиально новые, уникальные материалы. За счёт применения этих, более совершенных материалов могут быть повышены точность, надёжность и долговечность выпускаемых приборов, механизмов и конструкций, а также созданы принципиально новые изделия и устройства, отвечающие современным высоким требованиям.
Среди всех материалов, используемых в настоящее время, лидирующее положение по объёму производства и потребления занимают металлы и сплавы. Поэтому важнейшей составной частью материаловедения является металловедение – наука о металлах и сплавах.
1. Атомно-кристаллическое строение материалов
1.1 Агрегатные состояния вещества
Как известно, любое вещество может находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Это зависит от температуры, давления, а также от того, как сильно взаимодействуют частицы вещества. Выражаясь точнее, реализация того или иного агрегатного состояния вещества определяется соотношением средней энергии движения его атомов или молекул (Екин) и средней энергии их взаимодействия (Епот). Если Екин Епот , вещество находиться в газообразном состоянии. При этом частицы вещества располагаются на относительно больших расстояниях друг от друга и практически не взаимодействуют, за исключением случайных столкновений, в которых они разлетаются подобно биллиардным шарам. Двигаясь почти свободно, частицы газа занимают весь предоставленный им объём, и этим объясняется самое общее свойство всех газов – их летучесть.
С понижением температуры уменьшается энергия движения частиц вещества, и всё заметнее начинают проявляться силы межатомного или межмолекулярного взаимодействия. Частицы при случайном столкновении уже не отскакивают друг от друга подобно биллиардным шарам, а как бы «прилипают» друг к другу. Это приводит к переходу вещества в более плотное, конденсированное состояние – сначала в жидкое, а затем и в твёрдое.
В жидком состоянии энергия движения частиц вещества сравнима с энергией их взаимодействия (Екин Епот). В результате связи между частицами оказываются неустойчивыми, легко нарушаемыми тепловым движением. Частицы часто меняют своих ближайших соседей, совершая так называемые перескоки с места на место, чем и объясняется текучесть жидкостей.
В твёрдом состоянии средняя энергия движения частиц вещества не превышает энергию межатомных или межмолекулярных связей (Екин < Епот). Перескоки частиц совершаются крайне редко, и вещество длительное время сохраняет свою форму, т.е. остаётся твёрдым.
С изменением температуры или давления изменяется соотношение между энергией движения частиц вещества и энергией их взаимодействия. Повышение температуры приводит к возрастанию Екин , а повышение давления – к возрастанию Епот , и наоборот. Следствием изменения соотношения энергий является переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.
Как показывает опыт, чаще на практике находят применение материалы, находящиеся в твёрдом состоянии.