К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

Раздел 1. Предмет и задачи материаловедения. Строение материалов

Материал – вещество, предназначенное для производства продукции в виде сырья, изделий или конструкций.

Материаловедение – наука, изучающая причинно-следственную связь между строением и свойствами различных материалов (металлов, сплавов, керамических материалов, полимеров, композиционных материалов и других), а также закономерности изменения строения и свойств материалов под действием различных внешних факторов: физических (температура, давление, электромагнитное поле, ионизирующие излучения и др.), химических и биологических.

Строение материала определяется его элементным составом, типом связи между структурными единицами вещества (ионами или молекулами), типом кристаллической решетки, фазовым составом, особенностями макроструктуры.

Объектом дисциплины является «материал».

Предметом дисциплины является установление причинно-следственной связи между строением и свойствами материала с целью создания материалов с заданными свойствами.

Ковалентная связь образуется за счет обобществления электронов двух или более одинаковых или разнородных атомов.

Ионная связь образуется за счет преимущественного смещения электронной плотности (вероятности нахождения электрона в данной точке пространства) валентных электронов взаимодействующих атомов в сторону более электроотрицательного атома.

Металлическая связь заключается в обобществлении валентных электронов всех атомов металла с образованием электронного газа или электронов проводимости.

Межмолекулярная связь обусловлена силами межмолекулярного притяжения (силами Ван-дер–Ваальса) между молекулами.

Кристаллические вещества характеризуются упорядоченным расположением структурных единиц в пространстве (дальний порядок).

Кристаллическая решетка – воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются ионы или молекулы вещества.

В аморфных веществах ионы или молекулы расположены неупорядоченно хаотично (ближний порядок).

Элементарная кристаллическая ячейка – наименьший фрагмент кристаллической решетки, дающий представление о строении вещества во всем объеме.

Полиморфизм – существование одного вещества в различных кристаллических модификациях в зависимости от внешних условий.

 

Вопросы для самопроверки

Что такое материал?

Что изучает материаловедение?

3. Перечислите уровни структурной организации металлических и полимерных материалов.

Что такое кристаллическая решетка?

Что такое изотропия, анизотропия, квазиизотропия?

В чем заключается полиморфизм железа?

В чем причина перехода вещества из одной полиморфной модификации в другую?

Какие виды дефектов кристаллического строения Вы знаете?

Что такое энергия кристаллической решетки? Как она влияет на свойства материалов?

Какие типы связи между структурными частицами вещества Вы знаете?

 

Раздел 2. Деформация и механические свойства материалов

 

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием напряжений.

Различают внешние напряжения, возникающие под действием внешних сил различного характера (растяжение, сжатие, изгиб, кручение и др.) и внутренние напряжения, возникающие под действием внутренних сил, вызванных фазовыми превращениями, усадкой и другими факторами, связанными с изменением объема.

Упругая (обратимая) деформация заключается в обратимом изменении расстояния между молекулами или ионами вещества под действием нормальных или касательных напряжений. После снятия нагрузки тело полностью восстанавливает свои форму и размеры (рис. 2.2).

Пластическая (необратимая) деформация заключается в необратимом сдвиге структурных частиц кристалла под действием касательных напряжений. После снятия нагрузки тело не восстанавливает исходные форму и размеры.

Разрушение материала – процесс разделения его на части под действием напряжений. При разрушении материала происходит разрыв межионных связей или межмолекулярных связей, процесс сопровождается образованием новых поверхностей.

Механические свойства материалов определяют поведение материала при деформации и разрушении под действием внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства определяют: при статическом нагружении, когда нагрузка на образец возрастает медленно и плавно; при динамическом нагружении, когда нагрузка на образец возрастает с большой скоростью то есть имеет ударный характер; при повторно-переменном или циклическом нагружении, когда нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению одновременно.

Механические свойства материалов определяют путем растяжения, сжатия, изгиба, кручения стандартных образцов определенной формы и размеров, изготовленных из исследуемого материала. Испытания проводят с помощью специальных машин и механизмов.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое деформация? Каковы причины деформации?

2. В чем разница между упругой и пластической деформацией?

3. Как осуществляется пластическая деформация в реальном кристалле?

4. Как влияет плотность дислокаций на прочность металла?

5. Что такое разрушение материала, какие виды разрушения Вы знаете?

6. Что такое прочность, пластичность и упругость материала?

7. Что такое условная диаграмма растяжения? Какие характеристики материала определяются по ней?

8. Какие модули упругости материала Вы знаете? Какой физический смысл имеет модуль нормальной упругости?

9. Какими параметрами характеризуют пластичность материала?

10. В чем разница между условной и истинно диаграммой растяжения?

11. Что такое твердость материала? Какие методы определения твердости Вы знаете?

12. Что такое ударная вязкость?

13. Что такое порог хладноломкости?

14. Что такое температура полухрупкости, запас вязкости?

15. Что такое усталость и выносливость?

16. Назовите параметры, оценивающие выносливость материала.

17. Что такое наклеп?

18. Что такое возврат и рекристаллизация?

19. Как влияет размер зерна металла на предел текучести?

20. Чем отличаются холодная и горячая обработки металла давлением?