- •Белгородский государственный университет Экономический факультет Кафедра экономики и управления на предприятии
- •Рабочая программа исциплины «материаловедение»
- •Цели и задачи дисциплины
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •3. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •Содержание разделов дисциплины
- •Использования материалов
- •4.1. Темы семинарских занятий
- •Тема: Неметаллические материалы
- •Экзаменационные вопросы по дисциплине «Материаловедение»:
- •7. Учебно-методическое обеспечение курса
- •7.1. Рекомендуемая литература (основная):
- •8. Форма итогового контроля
- •9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
- •Учебно-практическое пособие Введение
- •Глава 1. Строение и основные свойства металлов
- •1.1.Кристаллическое строение твердых тел
- •1.2. Кристаллизация
- •1.3. Дефекты кристаллической решетки
- •1.3.1. Точечные дефекты
- •1.3.2. Линейные дефекты кристаллической решетки
- •1.3.3. Поверхностные дефекты
- •1.4. Методы изучения структуры металлов
- •Контрольные вопросы:
- •1.5. Свойства металлов и сплавов
- •1.5.1. Физические свойства
- •1.5.2. Химические свойства
- •1.5.3. Методы защиты от коррозии
- •1.5.4. Биокоррозия
- •Контрольные вопросы:
- •1.5.5. Механические свойства
- •1.5.6.Теоретическая и техническая прочность
- •1.5.7.Технологические и эксплутационные свойства
- •Эксплуатационные свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 2. Классификация материалов
- •Металлический тип связи характерен для более чем 80 элементов таблицы Менделеева.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 3. Черные металлы и сплавы
- •3.1. Строение и свойства сплавов
- •Сплавы на основе железа. Компоненты и фазы системы железо - углерод
- •3.3. Основные типы диаграмм состояния
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 4. Углеродистые и легированные стали и чугуны
- •4.1.Конструкционные стали
- •4.1.1. Конструкционные углеродистые стали
- •4.1.2. Конструкционные легированные стали
- •4.1.3. Специальные легированные конструкционные стали
- •4.2. Инструментальные стали
- •4.3.Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •4.3. Чугуны
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 5. Термическая и химико-термическая обработка сплавов
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6. Цветные металлы и сплавы
- •6.1.Алюминий и его сплавы
- •Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.
- •Контрольные вопросы:
- •6.2. Медь и ее сплавы
- •Медно-никелевые сплавы - это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель - это куанали, мельхиор, нейзильбер, манганин, копель и т.Д.
- •Контрольные вопросы:
- •6.3. Никель и его сплавы
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 7. Неметаллические материалы
- •7.1.Высокомолекулярные соединения (Полимеры)
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.1. Пластмассы или пластики
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.2. Эластомеры (каучуки и резины)
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.3.Химические волокна
- •Контрольные вопросы:
- •Полимерные покрытия (пленкообразующие): лаки, эмали, краски, компаунды
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.5. Пленкообразующие материалы: клеи и герметики
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 8. Керамические материалы
- •8.1.Строительная керамика
- •8.2. Огнеупорные керамические материалы
- •8.3. Кислотоупорные керамические соединения
- •8.4. Тонкая керамика
- •8.5. Керамика как облицовочный строительный материал
- •8.5.1.Керамические изделия, используемые в декоративной отделке зданий и сооружений
- •8.5.2. Виды керамической плитки
- •8.6. Керамическая черепица
- •8.7. Вяжущие вещества
- •Кислотоcтойкие вяжущие вещества. Эти вещества разделяются на кислотоупорные цементы и замазки.
- •8.8. Стекло
- •8.8.1. Ситаллы
- •Глава 9. Композиционные материалы
- •9.1. Композиционные материалы с металлической матрицей
- •9.2.Композиционные материалы с неметаллической матрицей
- •9.3. Композиционные материалы в строительстве.
- •Глоссарий
- •Глава 1. Строение и основные свойства металлов
- •1.1.Кристаллическое строение твердых тел 12
- •1.2. Кристаллизация 14
- •Глава 2 . Классификация материалов 40
- •Глава 3 . Черные металлы и сплавы 45
- •Глава 4. Углеродистые и легированные стали и чугуны 57
- •7.1.1.Пластмассы или пластики 115
- •7.1.5 Пленкообразующие материалы: клеи и герметики 148
- •8.5. Керамика как облицовочный строительный материал 166
- •Глава 9. Композиционные материалы. 188
Глава 1. Строение и основные свойства металлов
1.1.Кристаллическое строение твердых тел
Для описания атомно-кристаллической структуры материалов пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки. Она представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой расположены атомы (ионы) образующие кристалл. Т.е. атомы располагаются в определенном порядке, который периодически повторяется в 3-х измерениях и составляют пространственную решетку. Следует отметить, что атомы (частицы) твердого тела стремятся к такому расположению в пространстве, чтобы энергия их взаимодействия была минимальна.
В кристаллической решетке можно выделить элемент объема (рис.1.1.), состоящий из минимального количества частиц, многократным переносом (трансляцией) которого можно построить весь кристалл. Этот элементарный объем называется элементарной ячейкой. Имеется относительно небольшое количество типов кристаллических решеток.
Рис.1.1. Элементарная ячейка
кристаллической решетки
Наиболее часто встречающиеся: объемноцентрированная – Fe- α, Cr, W (на одну ячейку приходится 9 атомов); гранецентрированная – Fe- γ, Al, Cu (14 атомов на ячейку); гексагональная - Mg, Zn (17 атомов на ячейку) (Рис.1.2.). Существуют также ромбоэдрическая, тетрагональная и т.д.
Соответствующая структура кристаллических решеток объясняется типом связей между частицами, т.е. природой сил удерживающих частицы в узлах кристаллической решетки.
Связь между атомами осуществляется электростатическими силами, т.е. по природе связь едина – имеет электрическую природу, но в разных кристаллах может осуществляться различный тип связи: ионная, ковалентная, полярная, металлическая.
Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных кристаллографических направлениях (число атомов, приходящееся на то или иное плоское сечение кристаллической решетки, неодинаково) у кристаллов возникает свойство анизотропии, т.е. многие свойства (физические, механические) будут различными в разных направлениях. Анизотропными являются практически все кристаллы, изотропными можно считать стекло, пластмассу.
Кристаллическая решетка характеризуется следующими величинами:
Период решетки – расстояние между центрами соседних частиц. Для кубической решетки – а;для гексагональной а и с (Рис.1.2.)
Рис.1.2. Элементарные кристаллические ячейки:
а - кубическая объемноцентрированная;
б - кубическая гранецентрированная;
в – гексагональная плотноупакованная
Координационное число – показывает количество атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от любого выбранного атома в решетке.
Атомный радиус – расстояние между центрами ближайших атомов (он может меняться в зависимости от различных факторов).
Следует отметить еще одну важную особенность кристаллической структуры некоторых материалов. Для некоторых элементов периодической системы характерно наличие двух или трех типов кристаллических решеток.
Это объясняется тем, что у этих элементов происходит перекристаллизация в твердом состоянии, которая называется вторичной кристаллизацией. Наличие разного кристаллического строения вещества при различных температурах называется полиформизмом или аллотропией. Полиморфные превращения сопровождаются выделением или поглощением тепла, а также изменением свойств металла, изменением его объема и растворимости (например углерода в железе). Различные аллотропические состояния называют модификациями. Каждой модификации свойственно оставаться устойчивой лишь в пределах определенного для данного металла интервала температур. Кристаллические модификации обозначаются малыми буквами греческого алфавита a, b, g, которые в виде индекса добавляются к символу обозначающему элемент Fe-a, Fe-g, Ti-a, Ti-g. Буква a обозначает модификацию существующую при самой низкой температуре.
Явление полиформизма в металлах имеет большое практическое значение. Благодаря полиформизму железа, например, имеется возможность широкого изменения свойства сплавов на основе железа (сталей) посредством термической обработки (закалки, отжига).