Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

М. В. Шкаруба

Материаловедение.

Технология конструкционных материалов

Конспект лекций

Омск – 2005

УДК 620.22

ББК 30.3

Ш 66

Рецензенты:

В. К.Федоров, д-р. техн. наук, профессор кафедры «Физика» СибАДИ;

И. И. Семенов, канд. техн. наук, ведущ. науч. сотрудник ОНИИП.

Ш 66 Шкаруба М. В.

Материаловедение. Технология конструкционных материалов:

Конспект лекций. Омск: Из-во ОмГТУ, 2005. 60c.

В конспекте лекций кратко изложены основы строения материалов и приведена их классификация.

Рассмотрена физика явлений, имеющих место в электротехнических материалах: диэлектриках, проводниках, полупроводниках и магнитных материалах. Описываются электрические и физико-механические свойства этих материалов.

Рассмотрено строение и механические свойства конструкционных материалов, приведены основные способы технологической обработки металлов.

Предназначен для студентов дневного, вечернего и заочного обучения специальности 100400 при изучении дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

УДК 620.22

ББК 30.3

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского

государственного технического университета

© М. В. Шкаруба, 2005

© Омский госуд. техн. ун., 2005

ЛЕКЦИЯ №1

Введение

Дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» относится к числу основополагающих учебных дисциплин для многих специальностей. Однако содержание этого курса лекций зависит от специальности, для которой он предназначен. Данный конспект предназначен для студентов Электротехнического факультета, поэтому разделу «Электротехнические материалы» уделено больше времени.

Основополагающие термины дисциплины.

Материалы – это совокупность предметов труда, которые человек преобразует в трудовом процессе, превращая в продукты труда (предметы потребления и средства производства).

Материаловедение – наука, изучающая строение, свойства материалов, связь между строением и свойствами, а также влияние на них внешних воздействий (теплового, механического, химического и т. д.).

Технология – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства.

I. Основы строения и свойств материалов

1.1. Классификация материалов

Существует несколько классификаций материалов. Например, по агрегатному состоянию все материалы подразделяются на следующие типы:

– твёрдые материалы;

– жидкости;

– газы;

– плазма.

Газ – это состояние вещества, в котором атомы и молекулы не связаны или слабо связаны силами взаимодействия и, хаотически двигаясь, заполняют весь объём. Если силами взаимодействия молекул в газе пренебречь, то такой газ называется идеальным.

Жидкости – вещества, сочетающие свойства газов и твёрдых тел. Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых колебаний около положения равновесия и перескоков из одного положения в другое.

Твёрдое тело характеризуется стабильностью формы. У него атомы могут совершать лишь малые (тепловые) колебания вокруг фиксированных положений равновесия.

Плазма – это особое состояние вещества, здесь оно не рассматривается.

Для данного курса больше подходит классификация технических материалов по назначению:

1) конструкционные;

2) электротехнические;

3) триботехнические;

4) инструментальные;

5) рабочие тела;

6) топливо;

7) технологические.

В курсе лекций рассматриваются только конструкционные и электротехнические материалы.

Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механическому нагружению.

Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии.

1.2. Общие сведения о строении вещества Строение атома

Атом – это наименьшая частица химического элемента, обладающая его свойствами.

Атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и т. д. Электрон имеет массу покоя me = 9,1·10^-28г, является носителем наименьшего электрического заряда (кванта электричества)

е = 1,6·10^-19 Кл. Основные характеристики электрона, протона и нейтрона приведены в табл.1.

Таблица 1

Характеристики элементарных частиц

Характеристика	Электрон	Нейтрон	Протон
Масса покоя me	1	1838,5	1836
Заряд е	–1	0	+1

В данном курсе рассматривается простейшая планетарная модель атома, в которой протоны и нейтроны составляют положительно заряженное ядро атома, а электроны движутся по орбитам вокруг ядра. Ядро атома и окружающие его электроны образуют устойчивую пространственную систему. Электроны могут вращаться не по произвольным, а только по строго определенным орбитам, соответствующим устойчивому состоянию атома.

Количество протонов в ядре и порядок заполнения электронами оболочек можно определить по таблице Д. И. Менделеева.

Самые ближние орбиты электронов называются основными, на них электроны могут находиться очень долго, а более удаленные – возбужденными. Здесь электрон долго находиться не может.

Электрон при поглощении фотона (кванта электромагнитного поля) может переходить с основной орбиты на более удаленную (неустойчивую, возбужденную орбиту). Но через некоторое время электрон испускает фотон и возвращается на основную устойчивую орбиту.

Каждой орбите электрона соответствует определённый уровень энергии. Совокупность уровней энергии образует энергетический спектр атома. Они несут информацию об атомной структуре вещества.