Курс Материаловедение

работы: 17 часов (4 раза х 2 л/р)
Домашнее задание: сдача/защита

на лабораторном практикуме
Самостоятельная проработка курса: 30 часов

Лектор: Минаков Александр Александрович
101 ауд. ГУК, УДЦ «Физико-механические свойства материалов»
электронная почта: labmatved@yandex.ru
моб. телефон: 8-915-344-72-70

= Оц1 =Оц2
(0-14 –

«2»; 15-17 – «3»; 18-20 – «4»; 21-25 – «5»)

Если:
«2» – незачёт+данные модули выносятся на экзамен;
от «3» до «5» – зачёт+данные модули не выносятся на экзамен.

Лабораторный практикум
4 раза х 2 л/р = 8 л/р (выполнение+защита)
Домашнее задание (выполнение+защита)

0...20 баллов
<12 баллов – незачёт по лаб-му практикуму+недопуск до экзамена
(0-11 – «2»; 12-13 – «3»; 14-16 – «4»; 17-20 – «5»)

Экзамен
по II части курса
0...30 баллов

0...20 + 0...30 = 0...50 баллов = Оц3
(0-29 – «2»; 30-33 – «3»; 34-41 – «4»; 42-50 – «5»)

Если:
«2» – незачёт по II части курса => экзамен на пересдачу;
от «3» до «5» – зачёт по II части курса.

Итог по экзамену (при успешной сдаче всего перечисленного)

Оценка за экзамен = ( Оц1 + Оц2 + Оц3 ) / 3

(0-17 – «2»; 18-20– «3»; 21-25 – «4»; 26-30 – «5»)

вверх по лестнице над сбербанком).
Номер кабинета НЕ совпадает с номером

л/р, найти кабинет поможет дежурный инженер из кабинета № 13)
На л/р приходить подготовленными по теории!
Верхнюю одежду перед л/р сдавать в гардероб.

(будут присланы мной старосте Вашей группы)

материалов и закономерности их изменения под воздействием внешних факторов (механических,

тепловых, химических, радиоактивных, электромагнитных)
Какие материалы изучает?

Что дала природа?

Что создал человек?

Множество деталей и конструкций
определённые требования (механические, эксплуатационные и т.д.)

металлы (Ме)

не металлы (неМе)

(различные руды)

отвечают ли требованиям?

чаще всего нет

потребность в создании материалов

каких материалов?

виды конструкций и деталей машин, воспринимающих силовые нагрузки.
Основные конструкционные материалы:
~

90 % от всех
сплавы на основе Fe («чёрные металлы») – сталь и чугун;
сплавы на основе Al, Cu, Ti и т.д. («цветные металлы»).

Новые классы конструкционных материалов:
~ 10 % от всех
- полупроводники;
- пластические массы;
- композиционные материалы;
- аморфные сплавы;
- металлокерамики;
- сверхпроводящие керамики;
- наноматериалы;
- материалы с памятью формы и т.д.

Конструкционные материалы обладают комплексом свойств и характеристик, отвечающих заданным требованиям

А как получить эти свойства и повлиять на них?

технологии металлов:
I – Металлургия – получение металла заданного состава (косвенно

и формы)
II – Механическая технология – получение из металла изделий заданной внешней формы
III – Термическая обработка (Т.О.) или химико-термическая обработка (Х.Т.О.) – получение заданных (!!!) свойств

Изменение структуры на всех этапах

Содержание курса

I часть курса – «Закономерности формирования структуры и способы управления свойствами материалов»
(32 часа = 16 лекций ~ 10,5 недель  2 модуля)
II часть курса – «Материалы, применяемые в машиностроении»
(19 часов = 9,5 лекций ~ 6,5 недель  модуль-экзамен)

главы
( I модуль )
3 главы
( II модуль )
Глава I «Кристаллическое

строение материалов»

Глава II «Формирование структуры металла в процессе литья»

Глава III «Формирование структуры металла при деформировании»

Глава IV «Сплавы. Влияние химического состава сплава на структуру сплавов»

Глава V «Влияние термической обработки на структуру и свойства сплавов»

Глава VI «Влияние химико-термической обработки и поверхностной термической обработки на структуру и свойства сплавов»

материалах
Агрегатные состояния вещества
газообразное
жидкое
твёрдое
Твёрдое состояние = кристаллическое состояние, для которого характерно

закономерное расположение атомов в пространстве

А почему именно закономерное расположение?

нет закономерности расположения частиц; частицы хаотично двигаются, отталкиваясь одна от другой

частицы сохраняют ближний порядок (неустойчив, то возникает, то пропадает под действием энергетических тепловых колебаний, т.е. небольшое кол-во частиц закономерно расположено в пространстве)

частицы сохраняют дальний порядок, т.е. во всём объёме материала частицы закономерно расположены в пространстве

ядер соседних атомов
Fприт(кул)
Fотт
При a´ Fприт = Fотт ; Eвзаим =

Emin  система максимально устойчива

А всегда ли твёрдое состояние является синонимом кристаллическому состоянию?

Устойчивость материала с кристаллическим состоянием зависит от сил притяжения и отталкивания между частицами (атомами) в твёрдом теле

стекло; ситаллы (стеклокристаллические материалы)
постепенно
густеет
постепенно
размягчается
В отличие от металлов у

аморфных
материалов отсутствует определённая температура плавления. Также строение аморфных материалов неупорядоченное и неоднородное, а самое главное оно нестабильно (повторный нагрев, длительная выдержка при tкомн, деформация приводят к частичному или полному переходу в твёрдое состояние [например, помутнение органических стёкол]). Как получить аморфные материалы смотри в главе II.

Итог по § 1+2 – Все металлы (а также сплавы) тела кристаллические, имеющие высокую Eсвязи между атомами (для полного разделения атомов требуется высокая энергия сублимации E∞ - Emin)

Какая же бывает связь между частицами в кристаллических материалах?

Ван-дер-Ваальса):

- между атомами/молекулами/ионами (H2, Y2, Cl2, H2O, CO2, органические

вещества);
- образование диполей при поляризации;
- связь ненаправленная, т.к. соседние частицы равноценны;
- укладка частиц компактная;
- связь слабая (Eсвязи ~ 0,1-1 кДж/моль)

Свойства кристаллов: низкая tплавл, диэлектрики.

K - 1e  K(+)
1e + F  F (-)
- электростатическое притяжение между
разноимённо-заряженными ионами;
- связь ненаправленная;
- укладка частиц компактная;
- связь сильная (Eсвязи ~ 10-100 кДж/моль)

Свойства кристаллов: высокая tплавл, низкий коэффициент линейного расширения, полупроводники или диэлектрики.

KF;

F

K

Si, Ge, т.е. металлоиды и полупроводники, алмаз);
- создание валентной

зоны при обобществлении (обмене) валентных электронов соседних атомов;
- связь направленная;
- укладка частиц неплотная (у Ge всего 4 соседа);
- связь сильная (Eсвязи ~ 100 кДж/моль)

Свойства кристаллов: полупроводники/диэлектрики, высокая твёрдость (=> высокая хрупкость).

Ge32 1s22s22p63s23p63d104s24p2

IB-IIIB);
- обобществление (коллективизация) валентных электронов;
- связь ненаправленная;
-

наиплотнейшая укладка частиц;
- связь средняя (Eсвязи ~ 10 кДж/моль)

«электронный газ»

Итог: для металлов (кроме переходных) характерен металлический тип связи, что придаёт им характерные свойства металлического состояния вещества

электропроводность (т.к. есть свободные электроны)
положительный температурный коэффициент электросопротивления
(т.к. с

↑t  увеличивается колебания атомов, нарушается периодичность потенциального поля  ↓ подвижность электронов  ↑ R)

явление сверхпроводимости (т.к. при низких температурах образуются пары электронов  R→ 0)

термоэлектронная эмиссия (т.е. способность испускать электроны при нагреве)

хорошая отражательная способность (Ме блестит и непрозрачен)

высокая теплопроводность (т.к. высокая подвижность свободных электронов)

Так что же из себя представляет компактное кристаллическое строение?

взаимное расположение атомов (т.е. ионов) в кристалле.
Кристалл – это совокупность

атомов (т.е. ионов), расположенных в определённой последовательности, повторяющаяся периодически в пространстве и имеющая правильную геометрическую форму.
Для описания атомно-кристаллической структуры используется понятие кристаллическая решётка (КР).
КР – воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы (т.е. ионы), образующие Ме.
Для описания любой КР вводится понятие элементарной кристаллической ячейки (ЭЯ).
ЭЯ – наименьший объём кристалла, последовательным перемещением которого в пространстве вдоль 3-х осей может быть построена вся КР.

осями α,β,γ.
Возможны семь кристаллографических систем:
1) триклинная a≠b≠c и α ≠

β ≠ γ ≠90°;
2) моноклинная a≠b≠c и α = γ = 90° , β ≠90°;
3) ромбическая a≠b≠c и α = β =γ = 90°;
4) гексагональная a=b≠c и α = β = 90°, γ = 120°;
5) ромбоэдрическая a=b=c и α = β = γ ≠90°;
6) тетрагональная a=b≠c и α = β = γ = 90°;
7) кубическая a=b=c и α = β = γ = 90°;