Литература лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение Москва: Машиностроение, 1990 Пятов В. В., Бровко С. В. Материаловедение: конспект лекций Витебск, 2011 Пятов В. В., Бровко С. В. Материаловедение: лабораторный практикум. Витебск, 2012


НазваниеЛитература лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение Москва: Машиностроение, 1990 Пятов В. В., Бровко С. В. Материаловедение: конспект лекций Витебск, 2011 Пятов В. В., Бровко С. В. Материаловедение: лабораторный практикум. Витебск, 2012
страница1/8
Дата публикации24.11.2013
Размер0.94 Mb.
ТипЛитература
referatdb.ru > Физика > Литература
  1   2   3   4   5   6   7   8
ЛИТЕРАТУРА

  1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение — Москва: Машиностроение, 1990

  2. Пятов В.В., Бровко С.В. Материаловедение: конспект лекций — Витебск, 2011

  3. Пятов В.В., Бровко С.В. Материаловедение: лабораторный практикум. — Витебск, 2012

  4. Пятов В.В., Бровко С.В. Материаловедение: метод. указ. по тестам. — Витебск, 2013

  5. Материаловедение: метод. указ. для заочников / Н. Е. Гарбузова и др. — Москва, 1988

  6. Материаловедение: страница на сайте кафедры МТВПО / http://mtvpo.vstu.by/

ВВЕДЕНИЕ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ изучает связь между свойствами, составом и структурой материалов; при проектировании нового изделия конструктор по заданным свойствам выбирает материал нужного состава и назначает термическую обработку, обеспечивающую ему оптимальную структуру

ЗАВИСИМОСТЬ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ОТ МАТЕРИАЛОВ отражена в названиях основных этапов развития общества; наша цивилизация прошла через каменный, бронзовый и железный века; непростой путь становления научного материаловедения от каменных орудий до космических кораблей и ядерных реакторов нам помогли пройти выдающиеся русские ученые-металловеды:

ЛОМОНОСОВ Михаил Васильевич (1711–1765) издал первый в России учебник горнозаводского дела, в котором изложил, как надо добывать руду и извлекать из нее металл

АНОСОВ Павел Петрович (1797–1851) разработал научные основы литья легированной стали и применил микроскоп для исследования ее структуры; мировую известность принес ему труд «О булатах» (1841 год), в котором был раскрыт утерянный секрет изготовления булатных сталей

ЧЕРНОВ Дмитрий Константинович (1839–1921) — основоположник научного металловедения; он открыл фазовые превращения стали и изучил влияние термообработки на ее структуру

КУРНАКОВ Николай Семенович (1860–1941) основал отечественную школу физико-химического анализа сплавов, оказавшую огромное влияние на дальнейшее развитие мировой металлургии

БАЙКОВ Александр Александрович (1870–1946) разработал теорию структурных превращений металлов; он известен фундаментальными трудами по теории металлургических процессов

Достижения современного материаловедения

ОСВОЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ началось в 1908 году с открытия процесса деления атома британским физиком Эрнестом Резерфордом; уже в 1945 году США взорвали атомные бомбы, в 1954 году в СССР (г. Обнинск, Калужская обл.) была запущена первая атомная станция, а в 1955 году появились атомные подводные лодки; путь освоения радиации был усеян не только победами: в 1986 году произошла авария на Чернобыльской АЭС, а в 2011 — на АЭС Фукусима-1

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА пока является единственной реальной альтернативой углеводородной, ее необходимо развивать, не забывая о безопасности; для полной замены тепловой энергии атомной необходимо решить две важнейшие задачи: организовать массовое производство радиоактивных материалов нужного качества и разработать технологию безопасного захоронения радиоактивных отходов; надо работать также над упрощением и миниатюризацией ядерных реакторов; мобильные атомные реакторы позволят отказаться от использования промежуточной электроэнергии, половина которой теряется при передаче от атомных станций к потребителям

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ широко используют в технике с середины прошлого века; сейчас кремниевая электроника находится на пике своего развития; мы научились выращивать огромные монокристаллы сверхчистого кремния, необходимые для производства больших интегральных микросхем (микропроцессоров, модулей памяти, мощных графических процессоров); в природе таких чистых материалов с совершенной кристаллической структурой нет

НАСТУПАЮЩАЯ ЭПОХА КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ требует глубочайшего проникновения в тайны материи; классическая физика, лежащая в основе современных компьютеров, в микромире не работает; квантовая механика позволит нам построить принципиально новые компьютеры невиданной мощности и создать искусственный интеллект, возможно, превосходящий человеческий

ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ пока нам не покорился; сегодня мы умеем лишь запустить неуправляемую термоядерную реакцию (взорвать бомбу), но не можем удерживать и контролировать этот процесс; овладение энергией термоядерного синтеза избавит человечество от энергетической проблемы: запасы водорода, содержащиеся в воде океанов, огромны; пока же ближайшим к нам термоядерным реактором остается Солнце…

НАНОТЕХНОЛОГИИ позволяют физическими методами собирать материалы из очень мелких (менее 100 нм) объектов; ранее манипуляции со столь малыми частицами вещества осуществлялись посредством химических технологий, возможности которых принципиально ограничены; наноматериалы открывают удивительные перспективы в различных областях науки и техники

СОЗДАНИЕ СВЕРХПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ было и остается приоритетным направлением материаловедения; в ХХ веке прочность конструкционных сплавов выросла в 10 раз; металлы уступили первенство значительно более прочным волокнам и нитевидным монокристаллам, рекордной прочностью обладают некоторые углеродные наноструктуры (например, углеродные нанотрубки)

СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ обладают огромной износостойкостью, они незаменимы при производстве металлорежущего инструмента; рекорд твердости все еще принадлежит алмазу, но синтетические материалы, такие как кубический нитрид бора, уже конкурируют с ним

ЛЕГКИЕ И ПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ необходимы как для освоения космоса, так и при покорении океанских глубин; мы освоили сплавы титана, алюминия, магния и бериллия; металлы постепенно уступают место легким композиционным материалам, армированным чрезвычайно прочными углеродными волокнами и нитевидными монокристаллами карбида кремния

ЖАРОПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ нужны, прежде всего, в турбинах и реактивных двигателях; сейчас все чаще металлы, резервы жаропрочности которых уже исчерпаны, заменяют керамикой; если мы сумеем избавить жаропрочную керамику от присущей ей хрупкости и ненадежности, то совершим еще один прорыв в развитии авиации и ракетной техники

Проблемы, порождаемые материальной деятельностью людей

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ принято делить на локальные и глобальные

ЛОКАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ сказываются на экологии отдельных регионов, они ухудшают качество и сокращают продолжительность жизни местного населения; локальные экологические проблемы могут быть вызваны как естественными, так и искусственными причинами; часто проблемы возникают при наличии в регионе химического производства, целлюлозно-бумажного или металлургического комбината, энергетических предприятий; большую проблему создают техногенные катастрофы, такие как разрывы продуктопроводов, аварии на морском и железнодорожном транспорте, на предприятиях тепловой и атомной энергетики

ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ связаны с истощением природных ресурсов и ухудшением экологии в масштабах всей планеты, эти проблемы можно решить только совместными усилиями всех стран

ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ бывают возобновляемые и невозобновляемые

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ РЕСУРСЫ — чистый воздух, пресная вода, естественная пища, древесина; эти ресурсы природа восстанавливает самостоятельно, однако скорость возобновления часто не соответствует нашим потребностям; так, в мегаполисах постоянно не хватает чистого воздуха, а в пустынных районах — воды, пищи и древесины; природе можно и нужно помогать, не следует пассивно ожидать, пока она восстановится сама: однажды может не успеть…

НЕВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ РЕСУРСЫ — нефть, газ, уголь, металлы; богатства недр велики, но когда-то и они закончатся; сейчас человечество существует в основном за счёт невозобновляемых ресурсов; наша численность на порядок превосходит ту, которую планета может поддерживать; в критических ситуациях возможны войны за дефицитные ресурсы, что только усугубит проблему

УГЛЕВОДОРОДЫ по прогнозам закончатся уже в этом веке, а альтернативная энергетика все еще слаба; углеводородную энергетику на первых порах заменит атомная, но дефицит урана также нарастает; кроме того, мобильных атомных реакторов для транспорта пока нет, зато уже есть проблемы захоронения радиоактивных отходов; надо развивать возобновляемые источники энергии (вода, ветер, солнце, тепло планеты), сейчас они дают всего около 1% потребляемой энергии

Глава 1.СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

ВЫБОР МАТЕРИАЛА для нового изделия начинается с определения свойств, которыми он должен обладать; отдельные требования могут содержаться в техническом задании на разработку

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ — экономические, экологические, технологические и эксплуатационные

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА — физические, химические и механические

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА — прочность, упругость, твердость, надежность, долговечность…

1.1.Технологические свойства

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА указывают на возможность обработки материала литьем, резанием, давлением, сваркой; технологические свойства: жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, технологическая пластичность, свариваемость, закаливаемость, прокаливаемость и др.

ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ — способность жидкого металла качественно заполнять литейную форму; металлы с хорошей жидкотекучестью (например, чугуны) позволяют получать крупные фасонные отливки (станины, коленчатые валы); из металлов с плохой жидкотекучестью (например, сталей) можно получить только простые отливки, которые затем обрабатывают резанием или давлением

ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ РЕЗАНИЕМ определяется стойкостью металлорежущего инструмента, легкостью отвода стружки из зоны резания и чистотой получаемой поверхности

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ — комплексная характеристика, определяющая способность металла к деформированию в конкретных условиях (температура, напряженное состояние)

СВАРИВАЕМОСТЬ определяется прочностью сварного шва; у металлов с хорошей свариваемостью (строительные стали) прочность шва высокая, сваривать их легко; у металлов с плохой свариваемостью (чугуны) шов непрочный, сваривать их трудно

ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ — способность сплава увеличивать прочность и твердость при закалке; сплавы с плохой закаливаемостью (низкоуглеродистые стали) при закалке не упрочняются; сплавы с хорошей закаливаемостью (высокоуглеродистые стали) при закалке упрочняются сильно

ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ — способность сплава закаляться на определенную глубину; прокаливаемость углеродистых сталей не превышает 12 мм, у легированные сталей она намного больше

1.2.Физические свойства

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА — плотность, температура плавления, удельное электросопротивление…

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ металлы делят на лёгкие (до 5 т/м³) и тяжёлые; лёгкие металлы: Li (0,5 т/м³), Mg (1,7 т/м³), Be (1,85 т/м³), Al (2,7 т/м³); тяжёлые металлы: Au и W (> 19 т/м3), Re и Pt (> 21 т/м3) Os и Ir (> 22 т/м³)

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ металлы делят на легкоплавкие и тугоплавкие; легкоплавкие металлы: Hg (−39°С), Sn (232°С), Pb (327°С), Zn (419°С); тугоплавкие металлы: Pt (1769°С), Mo (2623°С), Os (3027°С), Re (3170°С), W (3380°С)

УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — сопротивление образца длиной 1 м и площадью 1 м2; у проводников  < 10−5 Ом×м, у полупроводников  = 10−5–108 Ом×м, у диэлектриков  > 108 Ом×м; малое удельное сопротивление имеют Ag, Cu, Au, Al

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА — магнитная проницаемость, величина магнитострикционного эффекта…

^ НАМАГНИЧЕННОСТЬ МАТЕРИАЛА J= (µ − 1) H, где Hнапряженность внешнего магнитного поля, µ — магнитная проницаемость материала; в зависимости от величины µ материалы делят на диамагнитные (µ ≤ 1 — медь, золото), парамагнитные (µ ≥ 1 — алюминий, платина), ферромагнитные (µ >> 1 — железо, никель, кобальт), ферримагнитные (µ >> 1 — ферриты) и антиферромагнитные (µ ≥ 1 — хром); в отсутствие поля намагниченность сохраняют только ферро- и ферримагнетики

МАГНИТОСТРИКЦИЯ — изменение размеров ферромагнетика при намагничивании; используется для преобразования изменений магнитного поля в механические колебания и наоборот; это основной метод получения гиперзвуковых колебаний; большая магнитострикция у никеля

1.3.Химические свойства

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА — коррозионная стойкость, жаростойкость, кислотостойкость…

КОРРОЗИЯ — разрушение металлов окружающей средой; электрохимическая коррозия возникает под воздействием электролитов (растворов солей, кислот или щелочей); химическая коррозия вызывается воздействием раскаленных газов и нефтепродуктов

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ зависит от электрохимического потенциала металла и от его склонности к пассивации; наиболее устойчивы электроположительные благородные металлы и медь

ПАССИВАЦИЯ — образование на поверхности металла окисной пленки, защищающей его от дальнейшего окисления; на воздухе пассивируются титан, алюминий, никель и другие металлы

ЖАРОСТОЙКОСТЬ или ОКАЛИНОСТОЙКОСТЬ — способность металла сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах; образование окалины (окислов) особенно неприятно в трубах

1.4.Прочность

ПРОЧНОСТЬ — способность материала противостоять разрушению; различают статическую, динамическую, удельную, усталостную и конструкционную прочность, а также жаропрочность

РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛА может быть вязким, хрупким, смешанным и усталостным; вязкий излом волокнистый, ему предшествует пластическая деформация; хрупкий излом кристаллический, он развивается внезапно; смешанный излом имеет зону как вязкого, так и хрупкого разрушения; усталостный излом вызывается циклическими нагрузками, в металле развивается трещина

СПОСОБНОСТЬ МЕТАЛЛА ПРОТИВОСТОЯТЬ ХРУПКОМУ РАЗРУШЕНИЮ определяет его надежность; одним из критериев надежности является порог хладноломкости (температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому); ниже этой температуры металл становится хрупким и ненадежным

СТАТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ характеризует сопротивление материала постоянным или медленно изменяющимся нагрузкам; показатели: временное сопротивление и предел текучести материала

ВРЕМЕННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — напряжение, разрушающее материал; его называют также пределом прочности, оно зависит от напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб)

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ бывает физический и условный; физический предел текучести — напряжение, при котором начинается неограниченная пластическая деформация материала; условный предел текучести — напряжение, после снятия которого остаточная деформация образца 0,2%

ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ характеризует сопротивление материала ударным нагрузкам; критерии динамической прочности — ударная вязкость и относительное удлинение (пластичность)

УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ — удельная работа разрушения образца ударом; ее обозначают KCU, KCV или KCT; чем больше ударная вязкость, тем надежнее материал; прочные, но хрупкие материалы (закаленные стали, керамика, стекло) имеют низкую вязкость, они ненадежны в эксплуатации

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ УДЛИНЕНИЕ определяют при испытаниях материала на растяжение; образец из пластичного металла сильно удлиняется перед разрывом, такой металл надежен в эксплуатации

УДЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ — свободная длина стержня, при которой он разрывается под действием собственного веса; равна временному сопротивлению материала, деленному на его удельный вес; основной критерий при выборе легких и прочных материалов для авиации и космоса

УСТАЛОСТНАЯ ПРОЧНОСТЬ характеризует сопротивление металла циклическим нагрузкам; многократно повторяющиеся нагрузки вызывают усталость металла, проявляющуюся в деградации его структуры и свойств; критерий усталостной прочности — предел выносливости металла

ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ — напряжение, которое металл может выдержать базовое число циклов; стандартное базовое число для черных металлов 107, а для цветных — 108; чем больший ресурс конструктор закладывает в деталь, тем меньшее допустимое напряжение он задает в расчетах

КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ — комплексная характеристика, учитывающая как свойства материала, так и условия эксплуатации изделия: особенности его нагружения, влияние среды

ЖАРОПРОЧНОСТЬ — способность металла сохранять прочность при нагреве; критерии жаропрочности — условный предел ползучести и предел длительной прочности материала

ПОЛЗУЧЕСТЬ — медленная деформация нагретого металла под действием статической нагрузки, разрушающая материал; вынуждает ограничивать не только нагрузку, но и время ее воздействия

УСЛОВНЫЙ ПРЕДЕЛ ПОЛЗУЧЕСТИ — напряжение, вызывающее определенное удлинение образца за некоторое время при заданной температуре

ПРЕДЕЛ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ — напряжение, разрушающее образец за определенное время при заданной температуре; при отсутствии ползучести равно временному сопротивлению металла

1.5.Упругость и жесткость

УПРУГОСТЬ — способность материала восстанавливать форму (для твердых тел) или объем (для жидкостей и газов) после снятия нагрузки; критерии упругости материала: предел упругости, модуль упругости, величина упругой деформации

ПРЕДЕЛ УПРУГОСТИ — напряжение, после снятия которого остаточная деформация образца равна 0,002%; предел упругости определяют при испытаниях материала на растяжение

УПРУГАЯ ДЕФОРМАЦИЯ — часть общей деформации, исчезающая после снятия нагрузки; у упругих материалов (например, у некоторых резин) упругая деформация может достигать 500%

ЖЕСТКОСТЬ — способность противостоять упругим деформациям; определяется модулем упругости материала; жесткость конструкции зависит не только от материала, но и от ее особенностей

УДЕЛЬНАЯ ЖЕСТКОСТЬ — модуль упругости, деленный на удельный вес материала; эта характеристика используется там, где важно получить не только жесткую, но и легкую конструкцию

1.6.Твердость

ТВЕРДОСТЬЮ называют способность материала противостоять внедрению стального или алмазного индентора (когда-то за неимением других средств измерения в металл вдавливали собственный зуб); твердые материалы обладают высокой износостойкостью при трении, из них делают режущий инструмент; твердость материала можно приблизительно оценить по шкале Мооса или измерить более точно на специальных твердомерах статическими и динамическими методами

МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА ТВЁРДОСТИ МООСА представляет собой набор эталонных минералов (от талька до алмаза) для определения твёрдости методом царапания; графит — 1; золото и серебро — 3, вольфрам (самый твердый металл) — 6; сапфир и карбид вольфрама — 9; эльбор — 10

СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ основаны на вдавливании различных по форме инденторов в образец и измерении размеров полученного отпечатка: чем меньше отпечаток, тем тверже материал; испытания материалов на статическую твердость проводят методами Бринелля (HB, внедряют стальной закаленный шарик), Роквелла (HRC, внедряют алмазный конус) или Виккерса (HV, внедряют алмазную пирамидку)

ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ основаны на измерении высоты отскока падающего бойка от исследуемого образца (метод Шора) или регистрации процесса затухания ультразвуковых колебаний в материале (в твердых материалах звук распространяется дальше и быстрее); динамические методы не оставляют отпечатка на образце

1.7.Износостойкость

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ характеризует сопротивление материала отрыву частиц с его поверхности; она зависит от состава, структуры, твердости, чистоты поверхности, наличия смазки и триботехнических свойств контактной пары; меньше изнашиваются пары с хорошей прирабатываемостью

ПРИРАБАТЫВАЕМОСТЬ трущихся поверхностей представляет собой начальную стадию износа; она определяется временем, необходимым для снижения коэффициента трения между контактирующими материалами; обычно хорошо прирабатывается мягкий металл к твердому (например, пара чугун–бронза), а вот два твердых металла (например, пара чугун–сталь) прирабатываются плохо, такой контакт нежелателен, грамотный конструктор его избегает

  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие рефераты:

Литература основная
Лахтин Ю. М., Материаловедение: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб и доп. / Ю. М. Лахтин, В. П леонтьева. – М.: Машиностроение,...
Справочник по конструкционным материалам: Справочник / Б. Н. Арзамасов...
Лахтин, Ю. М. Материаловедение: учебник для вузов / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтье­ва; 2-е изд., перераб и доп. М.: Машиностроение,...
Справочник по конструкционным материалам: Справочник / Б. Н. Арзамасов...
Лахтин, Ю. М. Материаловедение: учебник для вузов / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтье­ва; 2-е изд., перераб и доп. М.: Машиностроение,...
Методы исследования материалов
Лабораторный практикум по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студентов химических и технологических...
Методы исследования материалов
Лабораторный практикум по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студентов химических и технологических...
Бюллетень новых поступлений включает сведения о книгах и статьях из
Бровко, Ю. К. Ход реформ в некоторых европейских странах: Германия / Ю. К. Бровко // Вагонный парк. – 2013. – № – С. 38-48
Дисциплина «Современное материаловедение»
Введение в современное материаловедение. Цели и задачи материаловедения. Классификация материалов, сведения об объектах и методах...
Программа дисциплины «Текстильное материаловедение» для преподавателя Редакция №1 от «18»
«Текстильное материаловедение» для специальности 5В072600 «Технология и конструирование изделий легкой промышленности»
Программа дисциплины «Текстильное материаловедение» для преподавателя Редакция №1 от «18»
«Текстильное материаловедение» для специальности 5В072600 «Технология и конструирование изделий легкой промышленности»
Программа дисциплины «Текстильное материаловедение» для преподавателя Редакция №1 от «18»
«Текстильное материаловедение» для специальности 5В072600 «Технология и конструирование изделий легкой промышленности»

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза