Материаловедение

Введение

 

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 и заложил основы для важнейшей в металловедении диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.

Открытием аллотропических превращений в стали, Чернов заложил фундамент термической обработки стали.

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. 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.

Установлено, что большинство наиболее важных свойств, в том числе сопротивление пластической деформации и разрушению в различных условиях нагружения, зависит от особенностей тонкого кристаллическо строения. Этот вывод способствовал привлечению физических теорий о строении реальных металлов 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. До настоящего времени основной материальной базой машиностроения служит черная металлургия, производящая стали и чугуны. Достоинствами этих материалов в первую очередь является высокая конструкционная прочность деталей машин. Основные недостатки - большая плотность, низкая коррозионная стойкость. Потери от коррозии составляют 20% годового производства стали и чугуна.

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.

Предполагается 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. Использование углепластиков ряда металлических деталей легкового автомобиля позволит уменьшить массу машины на 40%; увеличить прочность; уменьшить расход топлива; резко увеличить стойкость против коррозии.

В природе существую две разновидности твердых тел, различающиеся по своим свойствам, - кристаллические и аморфные

Кристаллические тела имеют фиксированную температуру плавления и затвердевания, характеризуются упорядоченным расположением в пространстве элементарных частиц (имеют ближний и дальний порядок).

Аморфные тела имеют только ближний порядок в расположении элементарных частиц, при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими

Существует семь кристаллических систем элементов (семь сингоний):

Триклинная;

Моноклинная;

Ромбическая;

Ромбоэдрическая;

Гексагональная;

Тетрогональная;
Кубическая.

Системы отличаются размерами ребер (параметров решетки) и углами между ребрами.

Лекция 1

Особенности атомно-кристаллического строения металлов.

 

1. Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

2. Понятие об изотропии и анизотропии

3. Аллотропия или полиморфные превращения.

4. Магнитные превращения

Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали… Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся… · «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);

Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения

2. Линейные дефекты: 3. Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые.  

Точечные дефекты

Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей.…   Рис.2.1. Точечные дефекты

Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния.

Понятие о сплавах и методах их получения   Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны другие способы приготовления…