Презентация на тему "Курс лекций по дисциплине«Материаловедение»"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Курс лекций по дисциплине«Материаловедение»

  Киприянова Вера Николаевна Доцент кафедры «Материаловедение и автосервис» КубГТУ 1

• 
  Слайд 2
  

  Материаловедение – это наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между составом, строением и свойствами 2

• 
  Слайд 3

  Основная литература

  1. Материаловедение и технология металлов: учеб. для вузов по машиностроит. спец./ [Фетисов Г.П. и др.]; по ред. Г.П. Фетисова. – Изд. 6-е, доп. – М.: Высш. шк., 2008. – 877 с. 2. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник/ В.Б.Арзамасов, А.Н.Волчков. – М.:, Академия, 2009.- 448 с. 3. Сильман Г.И. Материаловедение: учеб. пособие для вузов по спец. напр. «Металлургия, машиностроение и материалоперераб.» /. – М.: Академия, 2008 .- 335 с. 4. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1990.- 541 с. 5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с. 3

• 
  Слайд 4

  Лекция 1

  «Строение и свойства чистых металлов» 4

• 
  Слайд 5
  

  Почти 3/4 всех существующих в природе элементов являются металлами. Разумеется не все они находят широкое применение в технике. Некоторые из них встречаются очень редко, они чрезвычайно дороги. Это и редкие - берилий, ванадий, уран, драгоценные – серебро, золото, платина и др. Многие металлы малопригодны к применению , т.к. обладают большой хрупкостью и твердостью ( хром, марганец, сурьма), их используют в качестве добавок к другим металлам. 5

• 
  Слайд 6
  

  Металлы, из которых изготавливают детали машин, приборов, называют конструкционными или машиностроительными. 6

• 
  Слайд 7
  

  Все металлы делятся на 2 большие группы: черные цветные Черные имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Наиболее типичным представителем является железо. Цветные имеют характерную окраску – красную, желтую, белую. Они пластичны, обладают малой твердостью, имеют низкую температуру плавления. Типичным представителем является медь. 7

• 
  Слайд 8
  

  Черные металлы согласно классификации, предложенной А.П.Гуляевым подразделяются:

  Железные металлы – железо, кобальт, никель (ферромагнетики) и близкий к ним марганец Тугоплавкие, с температурой плавления больше, чем у железа (1539о) Урановые ( актиниды) Редкоземельные металлы (РЗМ), лантан, церий и др. Щелочноземельные 8

• 
  Слайд 9

  Цветные металлы подразделяются:

  Легкие металлы – берилий, магний, алюминий, с плотностью меньше 5 г/смз Благородные – серебро, золото, платина и и др. к ним может быть отнесена и полу благородная медь, обладающие устойчивостью перед коррозией. Легкоплавкие – цинк, кадмий, ртуть, олово , с температурой плавления меньше 1000о. 9

• 
  Слайд 10

  Что такое металл?

  На этот вопрос М.В. Ломоносов отвечал так: «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Это простейшее определение не потеряло своего значения и сегодня. Металлы можно охарактеризовать такими свойствами: • высокая теплопроводность; • электропроводность, которая с понижением температуры повышается, причем некоторые металлы имеют сверхпроводимость; • пластичность (см. «ковать можно»); • металлический блеск (см. «суть светлые тела»); • магнитные свойства; • постоянная температура кристаллизации. 10

• 
  Слайд 11

  Все металлы – тела кристаллические

  В природе существует два типа построения твердых тел их атомов – тела могут быть кристаллические и аморфные. Они отличаются по своим свойствам. 11

• 
  Слайд 12
  

  Аморфные тела – это такие тела, в которых атомы расположены беспорядочно, хаотически. В отличие от жидкостей они имеют пониженную подвижность частиц. Примерами аморфных тел могут служить стекло, смолы, воск. 12

• 
  Слайд 13
  

  Кристаллические тела – это такие тела, в которых атомы расположены в строго определенном порядке, в строго определенной последовательности. Кристаллические тела остаются твердыми, т.е. сохраняют приданную им форму до вполне определенной температуры, при которой он переходит в жидкое состояние. 13

• 
  Слайд 14

  Все металлы – тела кристаллические

  Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов и характера взаимодействия их в кристалле, от пространственного расположения элементарных частиц, химического состава, размера и формы кристаллов. 14

• 
  Слайд 15

  Все эти детали строения кристаллов описывает понятие – СТРУКТУРА

  В зависимости от размеров структурных составляющих и методов их выявления различают: тонкую структуру– описывает расположение частиц в кристалле и электронов в атоме . Изучается дифракционными методами – рентгенографией и т.д. микроструктуру –состоящую из мелких кристалликов, зерен, ее наблюдают с помощь. оптических или электронных микроскопов. макроструктуру – изучаемую невооруженным глазом или при небольших увеличениях. Выявляет изломы, раковины, поры. 15

• 
  Слайд 16
  

  Под атомно-кристаллической структурой металлов понимают взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. 16

• 
  Слайд 17
  

  Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях. Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки. Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой расположены атомы. 17

• 
  Слайд 18
  

  Кристаллическую решетку можно построить, выбрав для этого «строительный блок», многократно повторяя его в трех измерениях. Такая строительная единица в металловедении называется элементарной ячейкой. 18

• 
  Слайд 19
  

  КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ МЕТАЛЛОВ 19

• 
  Слайд 20
  

  Рис. Модели элементарных ячеек: а, г – ГПУ (гексагональная плотноупакованная); б, д – ГЦК (гранецентрированная кубическая); в, е – ОЦК (объемноцентрированная кубическая) 20

• 
  Слайд 21
  

  Решетку ОЦК имеют вольфрам, хром, молибден Решетку Г.Ц.К. имеют серебро, золото, никель, медь, ванадий,натрий, платина. Гексагональную решетку имеют магний, цинк, кадмий, бериллий титан 21

• 
  Слайд 22
  

  Размеры элементарной ячейки кристаллической решетки оценивают отрезки а,в, с. Их называют периодами решетки. Период решетки измеряется в нанометрах (нм) 1 нм = 10-9 см = 0,1 А Период решетки металлов находится в пределах от 0,1 до 0,7 нм 22

• 
  Слайд 23
  

  Плотность кристаллической решетки- объема, занятого атомами, характеризуется координационным числом – К. К – число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Чем выше К, тем больше плотность упаковки. Для ОЦК К=8 для гцк к=12 для ГПУ К=12 23

• 
  Слайд 24
  

  Полиморфизм (аллотропия) – способность металла принимать различные кристаллические формы при разных температурах

  24

• 
  Слайд 25
  

  Ряд металлов (железо, марганец, титан и др.) в зависимости от температуры и давления могут существовать в состояниях с различными кристаллическими решетками – это явление называется – полиморфизмом или аллотропия. 25

• 
  Слайд 26

  Кривая охлаждения чистого железа

  26

• 
  Слайд 27

  Анизотропия свойств кристаллов

  Анизотропия – это зависимость свойств кристалла от направления. Возникает в результате упорядоченного расположения атомов в пространстве. 27

• 
  Слайд 28
  

  Свойства кристаллов определяются взаимодействием атомов В кристалле расстояния между атомами в различных кристаллографических плоскостях различны, поэтому различны и свойства. Например, прочность и пластичность монокристалла меди изменяются в зависимости от направления 180-350 Мпа, и 10-50 %. Для поликристалла прочность 250 Мпа, пластичность 40%. 28

• 
  Слайд 29
  

  В природе кристаллические тела – поликристаллы, т.е. состоят из множества мелких различно ориентированных кристаллов. В этом случае анизотропии нет, т.к. среднестатистическое расстояние между атомами по всем направлениям оказывается примерно одинаковым. В связи с этим поликристаллические тела считают квазиизотропными (мнимо). Все аморфные тела – изотропны - свойства у них одинаковы во всех направлениях 29

• 
  Слайд 30

  ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛОВ

  Строение реальных кристаллов отличается от идеальных. В реальных кристаллах всегда содержатся дефекты, которые подразделяются на точечные, линейные, поверхностные и объемные. Дефекты имеют различные размеры. У точечных размеры близки к атомным, у линейных длина на несколько порядков больше ширины, объемные дефекты (поры, трещины) могут иметь макроскопические размеры. 30

• 
  Слайд 31

  Точечные дефекты

   Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей. Рис.2.1. Точечные дефекты 31

• 
  Слайд 32

  Линейные дефекты

  Основными линейными дефектами являются дислокации. Априорное представление о дислокациях впервые использовано в 1934 году Орованом и Тейлером при исследовании пластической деформации кристаллических материалов, для объяснения большой разницы между практической и теоретической прочностью металла. 32

• 
  Слайд 33

  Дислокация

  Дислокация – это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей. 33

• 
  Слайд 34

  Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые.

  Рис. 2.2. Краевая дислокация (а) и механизм ее образования (б) Краевая дислокация представляет собой линию, вдоль которой обрывается внутри кристалла край “лишней“ полуплоскости 34

• 
  Слайд 35

  Винтовая дислокация

  Другой тип дислокаций был описан Бюргерсом, и получил название винтовая дислокация 35

• 
  Слайд 36

  Плотность дислокаций

  Свойства кристаллов зависят от количества дефектов, которые формируют понятие «плотность дислокаций». Плотность дислокации – это суммарная длина всех линий дислокации в одном кубическом сантиметре кристалла. 36

• 
  Слайд 37

  Существует связь между свойствами металла и плотностью дефектов

  Рис. 13. Зависимость предела прочности от плотности дефектов 37

• 
  Слайд 38

  Пути повышения прочности металлов

  38