Рекомендації щодо написання та оформлення контрольної роботи

Після вивчення курсу кожен студент повинен виконати і захистити контрольну роботу.

Академічна група студентів розділяється викладачем на шість підгруп. Кожна підгрупа виконує контрольну роботу за однією з тем, які наведені у методичних вказівках.

Структура контрольної роботи:

1. Титульна сторінка.

2. Відповіді на питання до контрольної роботи.

3. Відповіді на тести.

4. Список літератури.

Після теоретичних розділів методичних вказівок є теоретичні питання до контрольної роботи, на які студент повинен дати розгорнуту відповідь обсягом 23 сторінки друкованого тексту на кожне запитання. Спочатку пишеться запитання, а потім, відступаючи 3 інтервали – відповідь на нього і т.д.

Відповіді на тести (номер тесту вибирають з додатка А відповідно до номера студента у списку академічної групи) розташовують після відповідей на питання. Усі питання і варіанти відповідей тесту переписуються, а правильний варіант підкреслюється.

Контрольну роботу виконують на аркушах форматом А4 (297х210 мм). З усіх боків аркуша повинні бути залишені поля розміром 20 мм, заповненість сторінки має становити 75 % від її загального обсягу.

Текст виконують комп'ютерним способом, шрифтом гарнітурою Times New Roman, розміром 14 пунктів через півтора міжрядкових інтервалуа. Зразок оформлення титульної сторінки подано у додатку Б.

Зміст дисципліни

1 Структура й властивості матеріалів

1.1 Структура матеріалів

Структурою називають особливості внутрішньої будови матеріалів. За цією ознакою всі матеріали поділяють на аморфні й кристалічні.

Аморфними називають матеріали, у яких розташування елементарних частинок (атомів або молекул) – хаотичне, тобто невпорядковане.

До числа таких матеріалів відносяться пластмаси, скло, кераміки, гуми.

Більшість металевих матеріалів є кристалічними. Для кристалічного стану характерно, перш за все, певне закономірне розташування атомів у просторі. Кожен атом (іон) у кристалі оточений певною кількістю найближчих атомів (сусідів), розташованих на однаковій відстані від нього, які утворюють просторову кристалічну ґратку. Кристалічні ґратки характеризуються:

1) симетрією;

2) параметрами або періодами ґратки;

3) координаційними числами;

4) базисом ґратки (комірки).

Періоди кристалічних ґраток виміряються в нанометрах (10⁹ м, коротке позначення нм), або в ангстремах (10¹⁰ м, позначається Å, 1 нм =10 Å).

У ряді кристалічних комірок атоми розташовані не тільки у вузлах (місцях перетинання осей), але також і в інших частинах обсягу комірок, наприклад, у його центрі або в центрах граней. Тоді перший тип ґратки називається об'ємноцентрованою, а другий – гранецентрованою ґратками.

Переважна більшість металів має об'ємноцентровані ґратки, гранецентровані кубічні ґратки, або гексагональні щільного пакування. Короткі позначення цих типів ґраток ОЦК, ГПУ й ГЩП, відповідно.

Координаційним числом (Z) називається число атомів, що перебувають на

найбільш близьких і однакових відстанях від довільно обраного будь-якого атома в ґратках. Для ОЦК ґраток Z = 8, для ГЦК і ГЩП – 12.

Базисом ґраток називається кількість атомів в одній елементарній комірці. Для ОЦК ґраток базис дорівнює 2, для ГЦК – 4, для ГЩП – 6.

Масивні об'єми матеріалу можуть складатися як з одного кристала  монокристала, так і з безлічі зерен, що утворюють полікристали.

Окремі зерна в полікристалі відрізняються одне від одного орієнтуванням у просторі. Властивості кристалічних матеріалів залежать і від розмірів зерен, і від їх орієнтування у зразку. Якщо має місце хаотично реалізоване орієнтування зерен, то говорять, що матеріал ізотропний. Якщо ж спостерігається переважне орієнтування зерен, у будь-якому напрямку, то таке орієнтування називається текстурою і матеріал називається текстурований, а властивості його є анізотропними.

Для характеристики орієнтації кристалів застосовується спеціальна система позначень розташування ребер і граней в елементарній комірці, а також інших напрямків у ній, які називаються системою індексів Міллера: площини позначаються індексами в круглих дужках (h, k, ℓ), де h, k і ℓ  числа пов'язані з орієнтацією площин. Напрямки в кристалічній ґратці позначаються великими літерами у квадратних дужках – [H, K, L].

У кубічних ґратках грані куба позначаються як (100), (010) і (001), а ребра куба як [100], [010], [001], відповідно осям X, Y, Z.

Більшість властивостей металевих матеріалів залежать від напрямків у кристалічних ґратках. Така залежність називається анізотропією.

В одній і тій же підгрупі елементів періодичної системи Менделєєва метали часто характеризуються з тим самим типом кристалічних ґраток. Але, є ряд металів, які змінюють тип ґратки при переході від одних зовнішніх умов до інших (тиск, температура). До таких металів відносяться залізо, титан, цирконій та ін. Зазначена перебудова одного типу ґратки в іншій називається поліморфізмом. Завдяки тому, що швидкість поліморфних перетворень обмежена, виникає принципова можливість значно змінювати властивості різних металевих матеріалів, які використовуються у техніці.

Більшість конструкційних матеріалів є сплавами двох або більше хімічних елементів, які називаються компонентами. У сплавах при розплавленні утворюються однорідні ділянки їхнього обсягу, які називаються фазами. Фази можуть бути наступними: рідкі розчини, тверді розчини, хімічні сполуки. Тверді розчини діляться на тверді розчини заміщення й втілення.

У твердому розчині заміщення частина вузлів атомів основного компонента (розчинника) заміщається атомами іншого елемента. При цьому тип кристалічних ґраток розчинника залишається незмінним. Тверді розчини втілення утворюються при розчиненні в ґратках металевого розчинника неметалічних атомів відносно малого розміру (H, B, C, N, O). Атоми неметалічних елементів розташовуються між атомами ґраток розчинника в спеціальних порожнечах ґраток (порах).

До хімічних сполук відносяться інтерметаліди (Ni₃Al, TiAl, Fe₂Mo та ін.), карбіди – з'єднання металів з вуглецем (Fe₃C, TiC, WC, Mo₂C та ін.) нітриди – з'єднання з азотом (FeN, TiN, Fe₄N) та ін.

Вище, описуючи кристалічну будову матеріалів, ми негласно мали на увазі, що весь обсяг кристала має ідеальну будову. Однак варто враховувати, що в реальних кристалах завжди існує велике число місць, у яких ідеальна будова кристала порушена. Такі місця називаються дефектами кристалічної будови. Звичайно, дефекти в кристалах характеризують розмірністю:

1) нуль вимірні (або точкові) – вакансії, міжвузлові атоми;

2) лінійні – дислокації;

3) поверхневі – дефекти упакування площин, двійники;

4) об'ємні – пори. Крім того, існують об'ємні дефекти, що багаторазово перевищують міжатомні відстані (тріщини, усадочні раковини й ін.).

Тип зазначених дефектів і їхня кількість у матеріалах утворюють значний вплив на властивості матеріалів.