Презентация - Курс «Материаловедение»

Курс «Материаловедение» Лекции: 51 час (16 раз 1 (2) лекции) Лабораторные работы: 17 часов (4 раза х 2 л р) Домашнее задание: сдача защита на лабораторном практикуме Самостоятельная проработка курса: 30 часов Лектор: Минаков Александр Александрович 101 ауд. ГУК, УДЦ «Физико-механические свойства материалов» электронная почта: labmatved yandex.ru моб. телефон: 8-915-344-72-70

Как найти 101 ауд. ?

Модули I II III IV Лабораторный практикум 1-ая часть курса Экзамен 4 раза х 2 л р 8 л р по II части 0...25 баллов 0...25 баллов (выполнение защита) курса Оц1 Оц2 Домашнее задание 0...30 баллов (0-14 «2»; 15-17 «3»; (выполнение защита) (0-17 «2»; 18-20 18-20 «4»; 21-25 «5») 0...20 баллов «3»; 21-25 «4»; <12 баллов незачёт по лаб-му Если: 26-30 «5») «2» незачёт данные практикуму недопуск до модули выносятся на экзамена экзамен; (0-11 «2»; 12-13 «3»; 14-16 от «3» до «5» «4»; 17-20 «5») зачёт данные модули не 0...20 0...30 0...50 баллов Оц3 выносятся на экзамен. (0-29 «2»; 30-33 «3»; 34-41 «4»; 42-50 «5») Если: «2» незачёт по II части курса > экзамен на пересдачу; от «3» до «5» зачёт по II части курса. Итог по экзамену (при успешной сдаче всего перечисленного) Оценка за экзамен ( Оц1 Оц2 Оц3 ) 3

Лабораторные работы проходят на кафедре МТ-8 в ГУК (3-ий этаж вверх по лестнице над сбербанком). Номер кабинета НЕ совпадает с номером л р, найти кабинет поможет дежурный инженер из кабинета № 13) На л р приходить подготовленными по теории! Верхнюю одежду перед л р сдавать в гардероб. номера лабораторных работ группа преподаватели 2,3 7,8 5,6 9,10 РК 4 51; РК 4 59 вторник Фахуртдинов Р. С. 24 сентября 8 октября 22 октября 5 ноября (8-30 11-50) Карпухин С. Д. РК 4 52 вторник Мохова А. С. Смирнов А. Е. 29 октября 12 ноября 26 ноября 10 декабря (12-00 15-25) - названия лабораторных работ смотри с методических указаниях (будут присланы мной старосте Вашей группы)

Введение Материаловедение наука, изучающая зависимость между составом, строением и свойствами материалов и закономерности их изменения под воздействием внешних факторов (механических, тепловых, химических, радиоактивных, электромагнитных) Какие материалы изучает? Что дала природа? Что создал человек? металлы (Ме) не металлы (не Ме) Множество деталей и конструкций определённые требования (различные руды) (механические, эксплуатационные и т.д.) отвечают ли требованиям? чаще всего нет потребность в создании материалов каких материалов?

Конструкционные материалы это такие материалы, из которых изготавливаются различные виды конструкций и деталей машин, воспринимающих силовые нагрузки. Основные конструкционные материалы: Новые классы конструкционных 90 % от всех материалов: 1) сплавы на основе Fe («чёрные 10 % от всех металлы») сталь и чугун; - полупроводники; 2) сплавы на основе Al, Cu, Ti и т.д. - пластические массы; («цветные металлы»). - композиционные материалы; - аморфные сплавы; - металлокерамики; - сверхпроводящие керамики; - наноматериалы; - материалы с памятью формы и т.д. Конструкционные материалы обладают комплексом свойств и характеристик, отвечающих заданным требованиям А как получить эти свойства и повлиять на них?

СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТРОЕНИЕ (СТРУКТУРА) А как повлиять на хим-ий состав и структуру? Этапы технологии металлов: I Металлургия получение металла заданного состава (косвенно и формы) Изменение II Механическая технология получение из металла изделий структуры заданной внешней формы на всех III Термическая обработка (Т. О.) или химико-термическая этапах обработка (Х. Т. О.) получение заданных (!!!) свойств Содержание курса I часть курса «Закономерности формирования структуры и способы управления свойствами материалов» (32 часа 16 лекций 10,5 недель 2 модуля) II часть курса «Материалы, применяемые в машиностроении» (19 часов 9,5 лекций 6,5 недель модуль-экзамен)

I часть «Закономерности формирования структуры и способы управления свойствами материалов» 3 главы 3 главы ( I модуль ) ( II модуль ) Глава I «Кристаллическое строение Глава IV «Сплавы. Влияние химического материалов» состава сплава на структуру сплавов» Глава II «Формирование структуры Глава V «Влияние термической обработки металла в процессе литья» на структуру и свойства сплавов» Глава III «Формирование структуры Глава VI «Влияние химико-термической металла при деформировании» обработки и поверхностной термической обработки на структуру и свойства сплавов»

Глава I «Кристаллическое строение материалов» 1. Закономерности расположения частиц в материалах Агрегатные состояния вещества газообразное жидкое твёрдое нет закономерности частицы сохраняют ближний порядок частицы сохраняют расположения (неустойчив, то возникает, то пропадает дальний порядок, т.е. частиц; частицы под действием энергетических во всём объёме хаотично тепловых колебаний, т.е. небольшое материала частицы двигаются, кол-во частиц закономерно закономерно отталкиваясь одна расположено в пространстве) расположены в от другой пространстве Твёрдое состояние кристаллическое состояние, для которого характерно закономерное расположение атомов в пространстве А почему именно закономерное расположение?

2. Устойчивость кристаллического состояния Устойчивость материала с кристаллическим состоянием зависит от сил притяжения и отталкивания между частицами (атомами) в твёрдом теле взаимодействие электронов и Fприт(кул) « » ядра взаимодействие « » ядер Fотт соседних атомов При a Fприт Fотт ; Eвзаим Emin система максимально устойчива А всегда ли твёрдое состояние является синонимом кристаллическому состоянию?

3. Аморфное состояние материала Примеры: неорганическое стекло; ситаллы (стеклокристаллические материалы) стекло постепенно густеет жидкое твёрдое постепенно размягчается Структура неорганического стекла: а) кварцевого б) натрийсиликатного В отличие от металлов у аморфных материалов отсутствует определённая температура плавления. Также строение аморфных материалов неупорядоченное и неоднородное, а самое главное оно нестабильно (повторный нагрев, длительная выдержка при tкомн, деформация приводят к частичному или полному переходу в твёрдое состояние например, помутнение органических стёкол ). Как получить аморфные материалы смотри в главе III. Итог по 1 2 Все металлы (а также сплавы) тела кристаллические, имеющие высокую Eсвязи между атомами (для полного разделения атомов требуется высокая энергия сублимации E - Emin) Какая же бывает связь между частицами в кристаллических материалах?

4. Типы связей в кристаллических материалах А. Молекулярная связь (силы Ван-дер-Ваальса): - между атомами молекулами ионами (H2, Y2, Cl2, H2O, CO2, органические вещества); - образование диполей при поляризации; - связь ненаправленная, т.к. соседние частицы равноценны; - укладка частиц компактная; - связь слабая (Eсвязи 0,1-1 к Дж моль) Свойства кристаллов: низкая tплавл, диэлектрики.

Б. Ионная связь : - между ионами Ме и не Ме K - 1e K( ) KF; 1e F F (-) - электростатическое притяжение между F разноимённо-заряженными ионами; - связь ненаправленная; - укладка частиц компактная; K - связь сильная (Eсвязи 10-100 к Дж моль) Свойства кристаллов: высокая tплавл, низкий коэффициент линейного расширения, полупроводники или диэлектрики.

В. Ковалентная связь Ge32 1s22s22p63s23p63d104s24p2 - между элементами подгрупп IVB-VIB: C, Se, Si, Ge, т.е. металлоиды и полупроводники, алмаз); - создание валентной зоны при обобществлении (обмене) валентных электронов соседних атомов; - связь направленная; - укладка частиц неплотная (у Ge всего 4 соседа); - связь сильная (Eсвязи 100 к Дж моль) Свойства кристаллов: полупроводники диэлектрики, высокая твёрдость ( > высокая хрупкость).

Г. Металлическая связь: - между Ме (все подгруппы А и IB-IIIB); - обобществление (коллективизация) валентных электронов; - связь ненаправленная; - наиплотнейшая укладка частиц; - связь средняя (Eсвязи 10 к Дж моль) «электронный газ» Итог: для металлов (кроме переходных) характерен металлический тип связи, что придаёт им характерные свойства металлического состояния вещества

высокая пластичность высокая высокая (т.к. есть периодичность электропроводность теплопроводность строения и связь (т.к. есть свободные (т.к. высокая ненаправленная) электроны) подвижность свободных положительный электронов) температурный коэффициент Свойства электросопротивления хорошая отражательная металлического (т.к. с t увеличивается способность (Ме состояния колебания атомов, блестит и непрозрачен) нарушается периодичность термоэлектронная потенциального поля эмиссия (т.е. способность подвижность электронов испускать электроны при R) нагреве) явление сверхпроводимости (т.к. при низких температурах образуются пары электронов R 0) Так что же из себя представляет компактное кристаллическое строение?

5. Атомно-кристаллическая структура Ме (идеальный случай) Атомно-кристаллическая структура это взаимное расположение атомов (т.е. ионов) в кристалле. Кристалл это совокупность атомов (т.е. ионов), расположенных в определённой последовательности, повторяющаяся периодически в пространстве и имеющая правильную геометрическую форму. Для описания атомно-кристаллической структуры используется понятие кристаллическая решётка (КР). КР воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы (т.е. ионы), образующие Ме. Для описания любой КР вводится понятие элементарной кристаллической ячейки (ЭЯ). ЭЯ наименьший объём кристалла, последовательным перемещением которого в пространстве вдоль 3-х осей может быть построена вся КР.

характеристики ЭЯ: - единичные отрезки (периоды) a,b,c; - углы между осями α,β,γ. Возможны семь кристаллографических систем: 1) триклинная a b c и α β γ 90 ; 2) моноклинная a b c и α γ 90 , β 90 ; 3) ромбическая a b c и α β γ 90 ; 4) гексагональная a b c и α β 90 , γ 120 ; 5) ромбоэдрическая a b c и α β γ 90 ; 6) тетрагональная a b c и α β γ 90 ; 7) кубическая a b c и α β γ 90 ;

С помощью ЭЯ можно дать обозначения : 1) атомных плоскостей через индексы (h k l) это числа, величины которых обратны осевым отрезкам, отсекаемых данной плоскостью на осях координат плоскость (111) 4 шт; 111 семейство плоскостей 2) атомных направлений через индексы u v w это значения координат ближайшего узла, через которое проведено направление ( - это луч н.к.; произвольная точка ), приведённые к отношению трёх наименьших чисел направление 110 3 шт; <110> семейство направлений