Е. П. Чинков, А. Г. Багинский
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Материаловедение – наука о строении и свойствах металлических и неметаллических материалов, их взаимосвязи и возможности измене-ния для рационального использования в технике.
Технология конструкционных материалов – совокупность зна-ний о современных методах обработки конструкционных материалов, об оборудовании, применяемом для получения деталей машин с необ-ходимой точностью и качеством, и о рациональном их использовании.
Классификация материалов
Материал – вещество (совокупность веществ), из которого изго-товлено техническое изделие, имеющее функциональное значение.
Конструкционные материалы – материалы, из которых изготов-ляются детали машин, конструкций, работающих под нагрузкой. Эти материалы классифицируются: по природе – на металлические, неме-таллические и композиционные и др.; по технологическому признаку – на деформируемые, литые, спекаемые, свариваемые и др.; по условиям работы – на работающие при низких температурах, жаропрочные, кор-розионностойкие, износостойкие и др.; по прочности – на материалы малой, средней и высокой прочности.
Металлические материалы классифицируются: по системам сплавов – на алюминиевые, медные, никелевые сплавы, сплавы на же-лезной основе и др.; по типу упрочнения – на закаливаемые, цементуе-мые, азотируемые и др.; по структурному составу – на однофазные, двухфазные, многофазные. Черные металлы – железо и сплавы (стали, чугуны) с содержанием железа не менее 50 %. Цветные – металлы и их сплавы, имеющие естественную окраску (медь, алюминий, титан и др.). Благородные – золото, серебро, платина и др. Редкоземельные – лантан, неодим, празеодим и др.
Неметаллические материалы подразделяют по изомерному со-ставу и технологическому исполнению (прессованные, тканые, намо-танные, формованные и др.), по типам наполнителей (армирующих эле-ментов) и характеру их размещения и ориентации. Пластмассы – мате-риалы на основе высокомолекулярных соединений – полимеров, чаще всего с добавками. Керамические материалы (керамики) – порошки ту-гоплавких соединений: карбиды, окислы, нитриды, бориды. Керамико-металлические – керамики с добавлением металлической связки. Стек-ла – окислы различных элементов. Резина – материал на основе каучука – углеродно-водородного полимера с добавлением серы и других эле-ментов. Древесина – органическая ткань древесных растений.
Композиционные материалы состоят из металлической или неме-таллической матрицы (основы) с заданным распределением в ней упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.). Подразделяются на: дисперсноупрочненные, полученные введением в металлическую матри-цу дисперсных частиц упрочнителей; волокнистые, упрочненные не-прерывными волокнами и нитевидными кристаллами; слоистые, со-зданные путем прессования, прокатки разнородных материалов.
Рождение материала происходит в направлении усложнения структуры (рис. 1.1) и отражает определенные уровни его строения. Вещества состоят из атомов и молекул. Атом состоит из ядра и электро-нов. Силы, связывающие электроны и атомные ядра в атомах, атомы в молекулах, имеют электромагнитную природу.
Движущими силами объединения частиц вещества (твердого, жид-кого, газообразного) являются силы взаимного притяжения и отталки-вания. Процесс рождения материала осуществляется в направлении
плазма газ жидкость твердое тело
(атом молекула вещество)
на каждом этапе сопровождается уменьшением энергии системы, и по-этому развивается самопроизвольно. Наибольшим запасом энергии ве-щество обладает в состоянии плазмы. При разрушении (диспергирова-нии) вещества процесс идет в обратном направлении и сопровождается поглощением энергии.
Любой материал есть сложная физико-химическая система. В ме-талловедении системами являются металлы и металлические сплавы.
Схема рождения материала
Система – группа тел, выделяемых для наблюдения и изучения. Компоненты – минимальное число химически различимых веществ, образующих систему (чистые вещества и химические соединения).
Фаза – совокупность однородных частей системы, отделенных от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую свой-ства, структура и химический состав резко изменяются.
Твердое тело является одним из агрегатных состояний вещества. Оно отличается от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы. Твердые тела могут быть аморфными и кристаллическими. Аморфное твердое тело можно рассматривать как жидкость с очень большой вязкостью. У кристаллических тел, в отличие от аморфных, присутствует дальний порядок в расположении атомов.