Дисциплина Материаловедение и ТКМ, лекция 1.1

технология конструкционных материалов: учебник для студентов высших учебных заведений –

М., Издательский центр «Академия», 2009 г., 448 с. С.7-20.
Валуев Н.П., Муров В.А., Пушкин И.А. Материаловедение и безопасность материалов. Структура и свойства материалов. Металлические материалы. – Учебник. - Химки: АГЗ МЧС России, 2012 г., 181 с. С. 15-48.
https://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=445841 Конструкционные электротехнические материалы: учебное пособие. Москва, Под редакцией: Горелов В.П. Берлин: Директ-Медиа, 2016, 341 с. С. 20-37.

температуры кристаллизации на многих участках жидкого металла.

стадии (процесса), которые протекают, не имея зависимости, друг от друга.

Это процесс образования зародышей и процесс роста кристаллов.
В зависимости от того, какая составляющая процесса кристаллизации идет более интенсивно, возникает та или иная структура. Соответственно и свойства материала, образовавшегося в процессе кристаллизации, в значи-тельной степени зависят от размера и формы кристаллов. Рассмотрим некото-рые конкретные случаи:

сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее

45 % железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14 %, причём содержанию от 0,6 % до 2,14 % соответствует высокоуглеродистая сталь. Если содержание углерода в сплаве превышает 2,14 %, то такой сплав называется чугуном.
Углерод придаёт этим сплавам прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость..

кгс/м³ в системе МКГСС).
Удельная теплоёмкость при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C)

(110 кал/(кг·°C)).
Температура плавления: 1450—1520 °C.
Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг).

ковкий чугун, является доэвтектическим и имеет структуру ледебурит + цементит

(вторичный) + перлит. Для получения структуры феррит + углерод отжига в процессе отжига должен быть разложен цементит ледебурита, вторичный цементит и цементит эвтектоидный, то есть входящий в перлит. Разложение цементита ледебурита и цементита вторичного (частично) происходит на первой стадии графитизации, которую проводят при температуре выше критической (950—1000 °С); разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации, которую проводят путём выдержки при температуре ниже критической (740—720 °C), или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760—720 °C).
Серый чугун. Маркируется серый чугун буквами СЧ, после которых указывают гарантированное значение предела прочности в кг/мм², например СЧ30. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.
Ковкий чугун
Высокопрочный чугун. Высокопрочные чугуны маркируются буквами ВЧ, после которых указывают прочность и, через тире, относительное удлинение в %, например ВЧ60-2.

— сталь, которая, кроме обычных примесей, содержит элементы, специально вводимые

в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств.
Легированную сталь по степени легирования разделяют на:
низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %),
среднелегированную (от 2,5 до 10 %)
высоколегированную (от 10 до 50 %)
Примеры:
сталь 18ХГТ — 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi;
сталь 38ХН3МФА — 0,38 % С, 0,8-1,2 % Сr; 3-3,5 % Ni, 0,35—0,45 % Мо, 0,1—0,18 % V;
сталь 30ХГСА — 0,30 % С, 0,8—1,1 % Сr, 0,9—1,2 % Мn, 0,8—1,25 % Si;
сталь 03Х13АГ19 — 0,03 % С, 13 % Сr, 0,2—0,3 % N, 19 % Мn

алюминия, меди, титана, вольфрама. Области применения
Алюминий и его сплавы
В

качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе[23]. Обозначение серий сплавов в данной статье приведена для США (стандарт H35.1 ANSI) и согласно ГОСТ России. В России основные стандарты — это ГОСТ 1583 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия» и ГОСТ 4784 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки». Существует также UNS[en] маркировка и международный стандарт алюминиевых сплавов и их маркировки ISO R209 b.
Алюминиевый прокат
Алюминиево-магниевые Al-Mg (ANSI: серия 5ххх у деформируемых сплавов и 5xx.x у сплавов для изделий фасонного литья; ГОСТ: АМг). Сплавы системы Al-Mg характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости[24]. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.
В сплавах этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая система соединения Al3Mg2 c твёрдым раствором на основе алюминия. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5 %.

кремнеземом (оксидом кремния), в которых он играет роль кислоты. Структурным элементом

силикатов является тетраэдрическая ортогруппа [SiO4]-4 с атомом кремния Si+4 в центре и атомами кислорода O-2 в вершинах тетраэдра. Тетраэдры в силикатах соединены через общие кислородные вершины в кремнекислородные комплексы различной сложности в виде замкнутых колец, цепочек, сеток и слоев. В алюмосиликатах, помимо силикатных тетраэдров, содержатся тетраэдры состава [АlО4]-5 с атомами алюминия Аl+3, образующие с силикатными тетраэдрами алюминий-кремнийкислородные комплексы.
Силикатными материалами называются материалы из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов. Это твердые кристаллические или аморфные материалы, и к силикатам иногда относятся материалы, не содержащие в своем составе оксидов кремния

ячеистую структуру в которую включаются катионы различных металлов, определяющие цвет

стекла. Обычное стекло – результат сплавления смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и карбоната кальция(CaCO3). В результате получается соединение состава Na2O·CaO·6SiO2.
Керамика - (др.-греч. κέραμος - глина) - изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.
Цемент и др. вяжущие материалы -  (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов.При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. Имеет наименьшее содержание диоксида кремния.

— много и μέρος — часть) — неорганические и органические,

аморфные и кристаллические вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико (в ином случае соединение будет называться олигомером: от 10 до 100 звеньев). Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются. Как правило, полимеры — вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов.
Гетерополимеры (сополимеры) - полимеры, которые содержат в структуре насколько различных видов мономерных звеньев. (С упорядоченной или неупорядоченной структурой).

материалов с ВМС относятся к органическим соединениям, имеющим углеводородный скелет.

Полимеры по структуре бывают линейными (полиэтилен, натуральный каучук, целлюлоза), разветвлёнными (крахмал, полипропилен, полиэтилен высокого давления) и сетчатыми (резина, шерсть, армированные пластики).
Аморфные полимеры имеют только ближний порядок, а кристаллоподобные полимеры и ближний , и дальний порядок.
Для аморфных полимеров характерно образование упорядоченных областей - доменов. Домены соединяются между собой с помощью проходных цепей. Междоменные области состоят из звеньев неупорядоченно расположенных цепей, а также включают в себя проходные цепи и свободные концы цепей, не вошедшие в домены. Различают три возможных вида доменов: складчатые (гофрированные), снопообразные (мицеллорные) и глобулярные. Это простейшие надмолекулярные структуры в аморфных материалах

между макромолекулами осуществляется с помощью слабых (10—20 кДж/моль) сил Ван-Дер-Ваальса.

(После цикла нагрев – охлаждение. св-ва восстанавливаются)
Реактопласты - связь между макромолекулами осуществляется с помощью химических связей. (После цикла нагрев – охлаждение св-ва не восстанавливаются)
Реакция полимеризации - процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Механизм полимеризации обычно включает в себя ряд связанных стадий:
инициирование — зарождение активных центров полимеризации;
рост (продолжение) цепи — процесс последовательного присоединения молекул мономеров к центрам;
передача цепи — переход активного центра на другую молекулу;
разветвление цепи — образование нескольких активных центров из одного;
обрыв цепи — гибель активных центров.
Реакция поликонденсации - процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

6 и 7 (поликарбонат) – следует избегать

как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой

прочностью, жёсткостью и т. д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.

По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты.
По химическому составу выделяют:
Полимерные композитные материалы (ПКМ) - стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики, полимеры, заполненные порошками, текстолиты – слоистые поастики, армированные волокнами
КМ с металлической матрицей
КМ на основе керамики

частиц или более крупных зерен, дискретных или непрерывных волокон наполнителя

в сплошное твердое тело, а также в восприятии и равномерном перераспределении внешней нагрузки на элементы наполнителя. Для выполнения указанных функций матричный материал должен быть пластичным и обла­дать достаточно высокой прочностью контактного взаимодействия с поверхностью наполнителя.

По агрегатному состоянию все известные наполнители делятся
-газообразные
-жидкие
- твердые.
По своей природе

они делятся
- органические
-неорганические;
По источнику получения - нарастительные, синтетические, минеральные;
По назначению - на армирующие, упрочняющие, усиливающие, нейтральные;
По размерам, форме частиц и структуре - на четыре основных вида:
-дисперсные (порошкообразные);
- волокнистые (волокна, нити, жгуты);
-листовые (пленочные) с заданной структурой (ткани, бумага, листы, ленты, сетки, пленки);
-объёмные (каркасные) с непрерывной трехмерной структурой (объемные ткани, войлок, скелетные и пористые каркасы).