Введение

Материаловедение изучает зависимость между составом, строением и свойствами конструкционных материалов. Кроме металлов и сплавов в программу этой дисциплины входит изучение полимерных, электрических и других материалов.

Железнодорожный транспорт, транспортное машиностроение и транспортное строительство являются крупнейшими потребителями материалов (в первую очередь металлов и сплавов), поэтому основными вопросами «Материаловедения» остаются изучение зависимости между составом, строением, свойствами и применением металлов и сплавов.

Авторы конспекта лекций не ставили перед собой задачи полностью охватить все вопросы металловедения, а стремились последовательно, в доступной форме изложить учебный материал, предусмотренный рабочими программами дисциплины «Материаловедение» для студентов различных специальностей нашего вуза.

Материал конспекта поделен на пять разделов. В первом рассмотрены краткая классификация металлов и законы их кристаллизации. Приведены типы кристаллических решеток и строение кристаллов. Во втором разделе указаны основные свойства металлов. Главное внимание уделено механическим свойствам. В третьем разделе рассмотрены типы металлических сплавов. Выполнен разбор диаграммы состояний железоуглеродистых сплавов с характеристикой структуры в каждой области, указаны критические точки сталей. В четвертом разделе даны классификация, маркировка и применение углеродистых сталей и чугунов. Раздел пятый посвящен термической обработке стали. Кратко рассмотрены превращения в стали при нагреве и охлаждении с характеристикой образующихся структур. Указаны назначение и режимы проведения основных операций термической обработки: отжига, нормализации, закалки и отпуска.

При изучении дисциплины «Материаловедение» необходимо усвоить большое количество специальных терминов и определений, а на ее изучение в нашем вузе по существующим учебным планам отводится один семестр. Объем информации в учебной литературе значителен и не укладывается в рамки часов аудиторных занятий. Помочь студентам, изучающим «Материаловедение», разобраться в большом объеме новой для них информации и предназначен данный конспект лекций.

1. Металлы

Металлы – это химические элементы, отличительными признаками которых являются непрозрачность, специфический блеск, электро- и теплопроводность, хорошая ковкость. Все металлы делятся на две большие группы – черные и цветные. Черные металлы имеют большую плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Основным представителем этой группы является железо.

Железные металлы: железо, кобальт, никель (ферромагнетики) и марганец. Кобальт, никель, марганец часто применяют в качестве добавок (легирующих элементов) к сплавам железа (сталям). К группе черных металлов относятся также урановые, редкоземельные (РЗМ) и тугоплавкие температура плавления которых выше, чем у железа, – 1539С.

Цветные металлы обычно имеют характерный цвет, большую пластичность, малую твердость, относительно низкую температуру плавления. Наиболее типичными цветными металлами являются медь и алюминий. Цветные металлы подразделяются на легкие – с малой плотностью (менее 3 г/см³): магний, бериллий, алюминий; легкоплавкие: цинк, олово, свинец, висмут, сурьма и т. п., температура их плавления – менее 1000С. К этой же группе относятся и благородные металлы: серебро, золото, платина, палладий, иридий, осмий и др.

Часто под словом «металл» понимают не только чистый химический элемент, но и сплав, состоящий из химического элемента – металла с другим металлом или неметаллом. Сплавы обладают разнообразными свойствами, которых нет у чистых металлов. Входящие в сплав химические элементы называются компонентами сплава. Большинство сплавов получают сплавлением компонентов в жидком состоянии. Металлокерамические сплавы получают путем спекания порошков металлов (например, порошковый дюралюмин Д16П).

Металл – твердое поликристаллическое тело, он состоит из кристаллов различной формы и величины. После окончания процесса плавки жидкий металл из печи выпускают в ковш. Из ковша металл разливают по изложницам, где он кристаллизуется – переходит в твердое состояние, остывает, образуя слиток (пять, восемь, десять тонн и более).