Введение Вопросы

1. Содержание, цели и порядок изучения предмета.

2. Классификация конструкционных материалов, их роль в народном хозяйстве, производство и потребление в настоящее время и в перспективе.

3. Задачи, стоящие перед обществом по сохранению окружающей среды, рациональному использованию материалов, энергоресурсов и вторичного сырья.

1. Содержание, цели и порядок изучения предмета.

Предмет «Материаловедение» предусматривает изучение важнейших конструкционных¹ и инструментальных² материалов: их строение, свойства, способы изменения свойств, маркировку по ГОСТу, их применение.

Изучаются современные рациональные технологические методы формообразования заготовок и деталей машин: литье, обработка давлением, сварка, порошковая металлургия, обработка резанием, электрические методы.

Рассматриваются также вопросы борьбы с коррозией металлов, рационального использования вторичного сырья, экономической целесообразности выбора материалов и технологии.

Знание свойств материалов необходимо не только для создания машин, но и для их эксплуатации. Надежность и долговечность машин определяется, с одной стороны, правильным конструированием, расчетом деталей, передовыми методами изготовления, с другой стороны, высокой культурой эксплуатации. Знание свойств материалов - путь к повышению надежности и эффективности машин, продлению их срока службы.

¹Конструкционные материалы – это материалы, из которых изготавливаются детали машин, конструкций, механизмов.

²Инструментальные материалы – это материалы, из которых изготавливаются различные инструменты.

2. Классификация конструкционных материалов, их роль в народном хозяйстве, производство и потребление в настоящее время и в перспективе.

Вся история человечества связана с развитием материалов. Именно материалы дали название целым эпохам: каменный век, бронзовый век, железный век.

Все материалы по химической основе делятся на две основные группы -металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и

их сплавы. Металлы составляют около всех известных химических

элементов. Большинство металлов находится в земной коре в виде окислов, сульфидов и других химических соединений, часто сложного состава, реже они встречаются в самородном виде³. Самыми распространенными в природе металлами являются алюминий и железо (таблица 1).

Таблица 1

элементы	%	элементы	%	элементы	%
кислород	47,2	марганец	0,09	молибден	3∙10^-4
кремний	27,6	хром	0,02	уран	3∙10^-4
алюминий	8,8	цирконий	0,02	вольфрам	1∙10^-4
железо	5,1	ванадий	0,015	сурьма	4∙10^-5
кальций	3,6	медь	0,010	серебро	1∙10^-5
натрий	2,6	никель	0,008	ртуть	7∙10^-6
калий	2,6	цинк	0,005	золото	5∙10^-7
магний	2,1	олово	0,004	платина	5∙10^-7
титан	0,6	кобальт	0,003	радий	1∙10^-10
водород	0,15	свинец	0,0016	полоний	2∙10^-14
углерод	0,10	германий	7∙10^-4	рений	7∙10^-18

Некоторые металлы находят широкое применение в технически чистом виде, т.е. с малым содержанием примесей, например железо, медь и алюминий в электротехнике и радиотехнике. Другие металлы, например тантал, ниобий, гафний, цирконий, кремний используют в сверхчистом виде, т.е. с миллионными долями процента всех примесей или даже на уровне отдельных атомов примесей, в приборостроении, атомной технике, вычислительной технике.

³Самородное железо делится на метеорное (космическое) и теллурическое (земное). В отличие от метеорного железа, всегда содержащего значительное количество никеля (Ni от 5 до 30 %), теллурическое железо обычно без примесей; в нём не более 2 % Ni, иногда до 0,3 % кобальта Co, около 0,4 % меди Cu и до 0,1 % платины Pt. Твёрдость железа самородного по шкале Мооса 4-5. Обычно железо самородное наблюдается в виде мельчайших, неправильной формы зёрен, реже в виде губчатых или сплошных масс, рассеянных в базальтовых породах. Удельный вес 7-7,8 г/см³ (зависит от примесей). Сильно магнитно. Образование теллурического железа в земной коре связанно с процессами застывания основных и ультраосновных магм. Выделяется оно из окислов или сульфидов железа в результате восстановительных процессов, протекающих при наличии в магме углерода.

Несравненно шире и разнообразнее применение металлических сплавов, которых насчитывается десятки тысяч марок. Металлические сплавы имеют более высокие механические характеристики по сравнению с чистыми металлами и поэтому получили большее распространение.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в чистом виде и в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов. К черным металлам относятся: железо, сталь, чугун и ферросплавы⁴. Из общего числа выплавляемых в мире металлов и сплавов около 94% приходится на черные. Они представляют главный конструкционный материал в машино - и приборостроении и один из главных в стройиндустрии, транспорте и связи.

Все остальные металлы и их сплавы относят к группе цветных металлов; их принято делить на легкие (плотность до 3 г/см³) и тяжелые. Выделяют также благородные (золото, серебро, платина) и редкие металлы (рений, полоний, радий).

Из цветных металлов важное промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, свинец, цинк, олово, титан, хром, никель, марганец, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам, цирконий, тантал.

Из цветных металлов в мировом масштабе быстрее всего возрастает выплавка алюминия, но его доля в сравнении со сталью по весу пока составляет только 1,4%, а по объему 4,2%. Некоторые цветные металлы производятся в небольшом количестве, но по своим свойствам они во многих случаях незаменимы.

Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы - пластмассы, керамика, резина, стекло и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами.

Использование их как конструкционных вместо металла, по мнению ученых, может возрасти в будущем до 7,5% (против 5,1 в настоящее время), а 92,5% и в дальнейшем останется за черными металлами и сплавами цветных металлов.