- •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
1.2. Кристаллизация
Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией. Для каждого металла имеется своя температура, при которой жидкость находится в термодинамическом равновесии с твердым веществом. Каждый чистый металл (не сплав) кристаллизуется при строго индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания металла температура его снова понижается.
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллитов (зародышей или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава ниже температуры плавления Тпл на многих участках жидкого металла под воздействием различных факторов образуются способные к росту зародыши. (Рис.1.3.). Образовавшиеся в расплаве вначале центры кристаллизации (Рис.1.3. а) растут сначала свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму. Затем возникают элементарные ячейки (Рис.1.3. б), вслед за этим начинается процесс разрастания элементарных ячеек (Рис.1.3. в), причем при соприкосновении растущих кристаллитов их правильная форма нарушается, так как на этих участках рост граней прекращается.
а. б. в г.
Рис.1.3. Последовательные этапы процесса кристаллизации металла
Рост кристаллов продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. И, наконец, при затвердевании образуются кристаллиты (Рис.1.3. г), т.е. определенная структура металла. После затвердевания кристаллиты будут иметь неправильную форму. Материал, состоящий из множества кристаллитов (зерен) называется поликристаллическим.
Каждый кристаллит может иметь правильную структуру, а друг по отношению к другу они могут быть расположены различным способом. Здесь играют роль и дефекты, и примеси, и др.
При определенных условиях можно получить материал с единой кристаллической решеткой – монокристалл.
Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем меньше зерна металла. Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственные центры кристал-лизации, Для этого в расплавленный металл вводят специальные вещества, называемые модификаторами. Модификаторами могут быть тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды, иногда, например, при производстве стали добавляют титан, марганец, ванадий) В качестве модификаторов могут использоваться и поверхностно-активные вещества. Они растворяются в жидком металле и оседают на поверхности растущих кристаллов, образуя тонкий слой, что препятствует дальнейшему росту кристаллитов. Таким образом, форма растущих кристаллитов определяется составом сплава, наличием примесей, режимом охлаждения, а также условиями их касания друг с другом.
В металлах обычно механизм образования кристаллов носит дендритный характер (древовидный) характер (Рис.1.4.).
Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с различной скоростью.
Рис.1.4.. Схема дендритного роста металла. 1,2,3, - направления роста (оси первого, второго и третьего порядка)
После образования зародышей их развитие идет в тех плоскостях и направлениях решетки, которые имеют наибольшую плотность упаковки и минимальное расстояние между ними (оси первого, второго и третьего порядка).
В этом направлении образуются длинные ветви кристалла. Затем от них начинается рост в других направлениях.