Слайд 1
Материаловедение
Программа подготовки бакалавров по направлению
«Дизайн»
Никитин И.В..
Доцент кафедры высшей математики
и естественнонаучных дисциплин
Кандидат технических наук, доцент
Кафедра Экономики и управления
Слайд 2ТЕМЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение.
Тема 1. Свойства материалов.
Тема 2. Металлы и сплавы.
Слайд 4Учебные вопросы
В.1. Предмет и задачи материаловедения.
В.2. Место материаловедения в системе
естественных наук.
Слайд 5В.1. Предмет и задачи материаловедения
Слайд 6Материаловедение – наука, изучающая материалы, связь между их составом, структурой
и свойствами, а также закономерности их изменения при различных воздействиях..
В.1.
Предмет и задачи материаловедения
Слайд 7Задачи материаловедения – изучение строения и свойств материалов и их
совместного поведения в конструкциях и изделиях.
В.1. Предмет и задачи материаловедения
Слайд 9Учебные вопросы
1.1. Общие свойства материалов.
1.2. Классификация конструкционных материалов.
1.3. Основные механические
свойства конструкционных материалов.
Слайд 101.1. Основные свойства материалов
Слайд 11ФИЗИЧЕСКИЕ;
ХИМИЧЕСКИЕ;
МЕХАНИЧЕСКИЕ;
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ;
СПЕЦИАЛЬНЫЕ.
1.1. Общие свойства материалов
Слайд 121.2. Классификация конструкционных материалов
Слайд 13МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ;
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ;
КОМПОЗИЦИОННЫЕ;
НАНОМАТЕРИАЛЫ.
1.2. Классификация конструкционных материалов
Слайд 14МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ:
ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ;
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ.
1.2. Классификация конструкционных материалов
Слайд 15ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ:
ЛЁГКИЕ;
ЛЕГКОПЛАВКИЕ;
ТУГОПЛАВКИЕ;
БЛАГОРОДНЫЕ;
УРАНОВЫЕ;
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ;
ЩЕЛОЧНО-ЗЕМЕЛЬНЫЕ.
1.2. Классификация конструкционных материалов
Слайд 161.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 17Механические свойства – параметры, характеризующие поведение материалов под действием механических
нагрузок.
. Механические характеристики – численные выражения механических свойств.
1.3. Основные механические
свойства конструкционных материалов
Слайд 18Напряжение – приложенная нагрузка, отнесённая к единице площади сечения.
истинное S
= P / F;
условное σ = P / F0;
нормальное σ
= R / F1;
касательное (скалывающее)
τ = Q / F1
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 19НАПРЯЖЕНИЯ
временные – действующие только при наличии внешней нагрузки и исчезающие
при её снятии;
внутренние – возникающие и уравновешивающиеся внутри тела без
приложения нагрузки.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 20Релаксация – самопроизвольное уменьшение внутренних напряжений.
1.3. Основные механические свойства конструкционных
материалов
Слайд 21ДЕФОРМАЦИИ
упругие – исчезающие после удаления нагрузки;
остаточные – остающиеся после удаления
нагрузки.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 22ДИАГРАММА РАСТЯЖЕНИЯ
0-1 – упругая деформация;
1-3 – пластическая деформация.
1.3. Основные механические
свойства конструкционных материалов
Слайд 23Упругость – свойство материала внутренними силами восстанавливать первоначальную форму, искажённую
внешним воздействием, после прекращения этого воздействия.
1.3. Основные механические свойства конструкционных
материалов
Слайд 24ЗАКОН ГУКА
σ = Е ⋅ ε
– напряжение;
– деформация;
Е – модуль
нормальной упругости (модуль Юнга).
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 25Жёсткость – свойство материала сопротивляться упругим деформациям.
Теоретическая прочность – напряжение,
при котором металл деформируется только упруго без проявления пластичности.
1.3. Основные
механические свойства конструкционных материалов
Слайд 26Пластическая деформация – остаточное изменение формы или размеров нагруженного тела,
не сопровождающееся нарушением сплошности.
Пластичность – свойство материала претерпевать большую пластическую
деформацию без разрушения.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 27Разрушение – разделение материала на части, связанное с образованием и
распространением трещин под действием напряжений.
Надёжность – свойство материала сопротивляться разрушению.
1.3.
Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 28ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ
по характеру силового воздействия – кратковременное однократное статическое, длительное
однократное статическое, усталостное разрушение;
по ориентации макроскопической поверхности разрушения – отрыв,
срез;
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 29ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ
по структурному расположению поверхности разрушения – внутризёренное (транскристаллитное); межзерённое
(интеркристаллитное); смешанное;
по пластической деформации, предшествующей разрушению – хрупкое, пластично-вязкое.
1.3. Основные
механические свойства конструкционных материалов
Слайд 30ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ
предел упругости σ 0,05 – условное напряжение, соответствующее
появлению остаточных деформаций, равных 0,05 % от первоначальной длины образца;
предел
пропорциональности σ ПП – напряжение, при котором нарушается линейная зависимость между нагрузкой и удлинением.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 31ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ
предел текучести (физический) σ Т – наименьшее напряжение, при
котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки;
временное сопротивление разрыву (предел
прочности) σ В – условное напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 32ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАСТИЧНОСТИ
относительное удлинение δ;
относительное сужение ϕ.
1.3. Основные механические свойства конструкционных
материалов
Слайд 33Динамическое нагружение – нагружение, при котором нагрузка прилагается с большой
скоростью, ударом.
Усталость – постепенное накопление повреждений металла под действием повторно-переменных
напряжений.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 34Выносливость – свойство металла противостоять усталости.
Циклическая долговечность – число циклов
нагружений до образования усталостной трещины определённой длины или до усталостного
разрушения.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 35Предел выносливости – максимальное по абсолютной величине напряжение цикла, под
действием которого не происходит усталостного разрушения после неограниченно большого количества
циклов.
Предел ограниченной выносливости – наибольшее значение максимального по абсолютной величине напряжения цикла, под действием которого не происходит разрушение материала после заданного числа циклов нагружений.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 36МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ
зарождение трещин;
медленное подрастание микротрещин;
ускоренный нестабильный рост трещин.
1.3. Основные
механические свойства конструкционных материалов
Слайд 37Твёрдость – свойство материала сопротивляться внедрению в него другого более
твёрдого тела.
Методы измерения твёрдости:
Бринеля;
Роквелла;
Виккерса.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 38
Твёрдость по Бринеллю, НВ – отношение приложенной нагрузки Р к
площади F поверхности сферического отпечатка
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 39
Твёрдость по Роквеллу, НR —разница между условной глубиной внедрения h0
и глубиной проникновения h1 под действием дополнительной нагрузки P1 (после
снятия этой нагрузки), при сохранении предварительной нагрузки Р0
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 40
Твёрдость по Виккерсу, HV – отношение испытательной нагрузки Р к
площади боковой поверхности отпечатка в виде правильной четырёхгранной пирамиды с
квадратной основой
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 41Жаропрочность – свойство материала сопротивляться деформации и разрушению под действием
внешних нагрузок при высоких температурах.
Ползучесть – свойство медленно деформироваться под
влиянием даже небольшой постоянной нагрузки (низкотемпературная – t<0,5TПЛ; высокотемпературная – t>TПЛ).
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 42Условный предел ползучести – напряжение, которое при данной температуре за
установленное время испытания вызывает заданное удлинение образца.
Предел длительной прочности –
напряжение, вызывающее разрушение материала через заданное время при постоянной температуре.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 43Термическая усталость – разрушение, вызываемое термическими напряжениями, возникающими вследствие периодических
изменений температуры.
Термическая стойкость – свойство материала сопротивляться разрушению от термической
усталости.
1.3. Основные механические свойства конструкционных материалов
Слайд 44Хладноломкость – резкое уменьшение ударной вязкости с понижением температуры .
Порог
хладноломкости – температурный интервал, в котором изменяется характер разрушения.
1.3. Основные
механические свойства конструкционных материалов
Слайд 46Учебные вопросы
2.1. Строение и свойства чистых металлов.
2.2. Простейшие сплавы на
основе железа.
2.3. Углеродистые стали и чугуны.
2.4. Закалка и отпуск стали.
Слайд 472.1. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 48ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЁТОК
а) – ОБЪЁМНОЦЕНТРИРОВАННАЯ;
б) – ГРАНЕЦЕНТРИРОВАННАЯ;
в) – ГЕКСАГОНАЛЬНАЯ.
2.1.
Строение и свойства чистых металлов
Слайд 49Текстура – преимущественная ориентация кристаллов в поликристаллических материалах, обеспечивающая анизотропию
свойств.
Полиморфизм – свойство металлов образовывать различные кристаллические структуры при изменении
внешних условий с сохранением химического состава.
2.1. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 50ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЁТОК
ТОЧЕЧНЫЕ;
ЛИНЕЙНЫЕ;
ПОВЕРХНОСТНЫЕ;
ОБЪЁМНЫЕ.
.
2.1. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 51ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ
ВАКАНСИИ;
МЕЖУЗЕЛЬНЫЕ АТОМЫ;
ПРИМЕСНЫЕ АТОМЫ ВНЕДРЕНИЯ, ЗАМЕЩЕНИЯ И ИХ КОМПЛЕКСЫ.
.
2.1. Строение
и свойства чистых металлов
Слайд 52
ВАКАНСИЯ
МЕЖУЗЕЛЬНЫЙ АТОМ
.
2.1. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 53ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ
Дислокации – дефекты, движение которых вызывает пластическую деформацию кристаллов
при напряжениях, существенно меньших теоретической прочности на сдвиг.
краевые;
винтовые;
смешанные.
.
2.1. Строение и
свойства чистых металлов
Слайд 54СДВИГ В КРИСТАЛЛЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДИСЛОКАЦИИ
а) – краевой; б) –
винтовой; в) – смешанной.
2.1. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 552.2. Понятие металлического сплава
Слайд 56Сплав – сложное вещество, состоящее из двух или нескольких простых
веществ-компонентов.
Металлический сплав – сплав, основой которого являются металлические компоненты, и
обладающий металлическими свойствами.
.
2.2. Понятие металлического сплава
Слайд 57ФАЗЫ СПЛАВОВ
жидкие и твёрдые растворы;
химические соединения.
.
2.2. Строение и свойства чистых
металлов
Слайд 58ТВЁРДЫЕ РАСТВОРЫ
ЗАМЕЩЕНИЯ:
ОГРАНИЧЕННЫЕ;
НЕОГРАНИЧЕННЫЕ;
ВНЕДРЕНИЯ.
.
2.2. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 59ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ;
ФАЗЫ ВНЕДРЕНИЯ;
ЭЛЕКТРОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.
.
2.2. Строение и свойства чистых металлов
Слайд 602.3. Простейшие сплавы на основе железа
Слайд 61ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ СПЛАВЫ Fe-C
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЖЕЛЕЗО
(до 0,09 % С);
СТАЛИ (0,03-2,14 % С);
ЧУГУНЫ
(более 2,14 % С).
.
2.3. Простейшие сплавы на основе железа
Слайд 62УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА;
КАЧЕСТВЕННЫЕ.
.
2.3. Простейшие сплавы на основе железа
Слайд 63ГРАФИТИЗИРОВАННЫЕ ЧУГУНЫ
БЕЛЫЕ;
СЕРЫЕ (СЧ);
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ
(ВЧШГ, ЧВГ);
КОВКИЕ (КЧ).
.
2.3. Простейшие сплавы на основе железа
Слайд 64Легирующие элементы – элементы, специально вводимые в стали и чугуны
для повышения их свойств.
.
2.3. Простейшие сплавы на основе железа
Слайд 65Обозначение легирующих элементов сталей:
2.3. Простейшие сплавы на основе железа
Слайд 67ОХЛАЖДАЮЩИЕ СРЕДЫ
ВОДА И ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ;
МАСЛА;
РАСПЛАВЫ СОЛЕЙ И ЩЕЛОЧЕЙ;
ВОДОВОЗДУШНЫЕ СМЕСИ;
РАСПЛАВЛЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
И СПЛАВЫ;
СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЗАКАЛОЧНЫЕ СРЕДЫ;
БЫСТРОДВИЖУЩИЕСЯ ПОТОКИ ОХЛАЖДАЮЩИХ ВЕЩЕСТВ.
.
2.4. Закалка и отпуск
стали
Слайд 68СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЗАКАЛКИ
ПРЕРЫВИСТАЯ ЗАКАЛКА (В ДВУХ СРЕДАХ);
ЗАКАЛКА САМООТПУСКОМ;
СТУПЕНЧАТАЯ ЗАКАЛКА;
ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ЗАКАЛКА.
.
2.4.
Закалка и отпуск стали
Слайд 69ОТПУСК
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ (НИЗКИЙ);
СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНЫЙ (СРЕДНИЙ);
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ (ВЫСОКИЙ).
http://prezentacija.biz/http://prezentacija.biz/
Отличные http://prezentacija.biz/
всех
Отличные ИСКУССТВО ПРЕЗЕНТАЦИИ для всех
.
2.4. Закалка
и отпуск стали