Цели и задачи дисциплины

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………….……….4

Рабочая программа……………………………………………………………..4

1. Введение………………………………………………………………………9

Раздел 1. МЕТАЛЛОВЕДЕHИЕ………………………………………………28

2.Строение металлов…………………………………………………………..28

3. Структура металлических материалов………………………….………....38

4. Формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации……51

5. Напряжения и деформация………..………………………………………..60

6. Железо и его сплавы…………………………………………………..……84

7. Стали. Классификация и марки……………………………………………91

8. Чугуны. Классификация чугунов……………………………………..…..96

9. Теория термической обработки стали…………………………………...103

10. Технология термической обработки стали…………………………..…117

11. Химико-термическая обработка……………………………………..….135

12. Стали……………………………………………………………………...143

13. Конструкционные коррозионно-стойкие и жаростойкие стали……....156

14. Конструкционные жаропрочные стали и сплавы…………………..…161

15. Инструментальные стали и сплавы………………………………….…166

16. Алюминий и магний………………………………………………….…173

17. Титан и его свойства……………………………………………………..177

18. Медь и ее сплавы………………………………………………………..180

Раздел 2. HЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ…………………………186

19. Пластмассы…………………………………………………………….….186

20. Резина, стекла, керамика………………………………………………...195

Раздел 3. КОМПОЗИЦИОННЫЕ И ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ…....206

21. Композиционные и порошковые материалы……………………………206

Рейтинговый контроль……………………………………………………….200

Лабораторные работы………………………………………………..……….216

Литература…………………………………………………………………..…239

Приложение………………………………………..…………..………...........240

ВВЕДЕНИЕ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Цели и задачи дисциплины

1.1. Цель преподавания дисциплины

Цель изучения дисциплины "Материаловедение" — приобретение студентами знаний о природе и свойствах материалов, а также о методах их упрочнения достаточных для наиболее эффективного использования на практике.

1.2. Задачи изучения дисциплины

Поставленная цель достигается путем изучения физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и показать их влияние на свойства материалов. Установлением зависимости между составом, строением и свойствами материалов. Изучения теории и практики различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий. Изучения основных групп современных металлических и неметаллических материалов, их свойств и областей применения.

1.3. В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

– физическую сущность явлений, происходящих в материалах и их взаимосвязь со свойствами

1.4.В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:

– оценить поведение материала под воздействием различных факторов,

– правильно выбирать материал, назначать его обработку в целях получения заданной структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин и инструмента;

– иметь представление о перспективах развития материаловедения.

2. ВИДЫ ЗАНЯТИЙ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

3. ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЧЯ

5. УПРАВЛЯЕМАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

Темы для выполнения самостоятельной работы студента выдаются преподавателем.

Задание выполняется по примеру и методике, изложенным в учебном пособии Р.H.Худокормовой, Ф.И.Пантелеенко. Материаловедение. Лабораторный практикум./Под ред. Л.С.Ляховича. - Выш.шк., 1988, 224 с.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

1 Введение

Значение и задачи курса "Материаловедение". Роль материалов в современной технике. Значение современного материаловедения в народном хозяйстве, в ускорении научно-технического прогресса. Историческая справка развития материаловедения. Роль отечественных и зарубежных ученых в создании основ материаловедения. Прогрессивные тенденции создания и рационального выбора новых и существующих материалов, оценка перспектив их применения на основе экономического анализа.

Материаловедение - это наука о взаимосвязи электронного строения, структуры материалов с их составом, физическими, химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Создание научных основ металловедения по праву принадлежит Чернову Д.К., который установил критические температуры фазовых превращений в сталях и их связь с количеством углерода в сталях. Этим были заложены основы для важнейшей в металловедении диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

Открытием аллотропических превращений в стали, Чернов заложил фундамент термической обработки стали. Учет критических точек в стали позволил рационально выбирать температуру ее закалки, отпуска и пластической деформации в производственных условиях.

В своих работах по кристаллизации стали, и строению слитка Чернов изложил основные положения теории литья, не утратившие своего научного и практического значения в настоящее время.

Великий русский металлург Аносов П.П. впервые применил микроскоп для исследования структуры металлов. Ему принадлежит приоритет в создании легированных сталей. Разработал теорию и технологию изготовления клинков из булатной стали. Из его работ стало ясно, что так называемый булатный узор на поверхности стали, непосредственно зависит от ее внутренней структуры.

В 1873-1876 г.г Гиббс изложил основные законы фазового равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах термодинамики. Для решения практических задач знание фазового равновесия в той или иной системе необходимо, но не достаточно для определения состава и относительного количества фаз. Обязательно знать структуру сплавов, то есть атомное строение фаз, составляющих сплав, а также распределение, размер и форму кристаллов каждой фазы.

Определение атомного строения фаз стало возможным после открытия Лауэ (1912 г), показавшего, что атомы в кристалле регулярно заполняют пространство, образуя пространственную дифракционную решетку, и что рентгеновские лучи имеют волновую природу. Дифракция рентгеновских лучей на такой решетке дает возможность исследовать строение кристаллов.

В последнее время для структурного анализа, кроме рентгеновских лучей, используют электроны и нейтроны. Соответствующие методы исследования называются электронографией и нейтронографией. Электронная оптика позволила усовершенствовать микроскопию. В настоящее время на электронных микроскопах полезное максимальное увеличение доведено до 100000 раз.

В пятидесятых годах, когда началось исследование природы свойств металлических материалов, было показано, что большинство наиболее важных свойств, в том числе сопротивление пластической деформации и разрушению в различных условиях нагружения, зависит от особенностей тонкого кристаллического строения. Этот вывод способствовал привлечению физических теорий о строении реальных металлов для объяснения многих непонятных явлений и для конструирования сплавов с заданными механическими свойствами. Благодаря теории дислокаций, удалось получить достоверные сведения об изменениях в металлах при их пластической деформации.

Особенно интенсивно развивается металловедение в последние десятилетия. Это объясняется потребностью в новых материалах для исследования космоса, развития электроники, атомной энергетики.

Основными направлениями в развитии металловедения является разработка способов производства чистых и сверхчистых металлов, свойства которых сильно отличаются от свойств металлов технической чистоты, с которыми преимущественно работают. Генеральной задачей материаловедения является создание материалов с заранее рассчитанными свойствами применительно к заданным параметрам и условиям работы. Большое внимание уделяется изучению металлов в экстремальных условиях (низкие и высокие температуры и давление).

До настоящего времени основной материальной базой машиностроения служит черная металлургия, производящая стали и чугуны. Эти материалы имеют много положительных качеств и, в первую очередь, обеспечивают высокую конструкционную прочность деталей машин. Однако эти классические материалы имеют такие недостатки как большая плотность, низкая коррозионная стойкость. Потери от коррозии составляют 20% годового производства стали и чугуна. Поэтому, по данным научных исследований, через 20…40 лет все развитые страны перестроятся на массовое использование металлических сплавов на базе титана, магния, алюминия. Эти легкие и прочные сплавы позволяют в 2-3раза облегчить станки и машины, в 10 раз уменьшить расходы на ремонт.

Важное значение имеет устранение отставания нашей страны в области использования новых материалов взамен традиционных (металлических) – пластмасс, керамики, материалов порошковой металлургии, особенно композиционных материалов, что экономит дефицитные металлы, снижает затраты энергии на производство материалов, уменьшает массу изделий.

Расчетами установлено, что замена ряда металлических деталей легкового автомобиля на углепластики из эпоксидной смолы, армированной углеродными волокнами, позволит уменьшить массу машины на 40%; она станет более прочной; уменьшится расход топлива, резко возрастет стойкость против коррозии.

2 Раздел 1. МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ

2. Строение металлов

Металловедение как наука. Металлические материалы. Металлический тип связи. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток. Основные характеристики решеток. Анизотропия металлов. Строение реальных кристаллов. Дефекты кристаллического строения (точечные, линейные, поверхностные, объемные) и их влияние на физико-механические свойства металлов (диаграмма прочность-плотность дефектов