Материаловедение. Требования ФГОС

1.

МАТЕРИАЛОВЕДЕН
ИЕ
Введение

2.

ТРЕБОВАНИЯ ФГОС
В результате освоения дисциплины
обучающийся должен уметь:
Определять материал, из которого выполнены
детали
определять вид топлива, вид масел
В результате освоения дисциплины
обучающийся должен знать:
Материалы, их свойства и применение
Виды топлива и масел

3.

ТРЕБОВАНИЯ ФГОС
В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:
1. определять свойства и классифицировать материалы, применяемые в
производстве, по составу, назначению и способу приготовления
2. подбирать основные конструкционные материалы со сходными
коэффициентами теплового расширения;
3.различать основные конструкционные материалы по физикомеханическим и технологическим свойствам
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:
1. виды, свойства и области применения основных конструкционных
материалов, используемых в производстве
2. виды прокладочных и уплотнительных материалов
.3.виды химической и термической обработки стали;
4.классификацию и свойства металлов и сплавов, основных защитных
материалов, композиционных материалов;
5 .методы измерения параметров и определение свойств материалов
6. основные сведения о кристаллизации и структуре расплавов
7. основные свойства полимеров и их использование
8. способы термообработки и защиты металлов от коррозии

4.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Максимальная учебная нагрузка
98
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)
96
в том числе:
практические занятия
20
Самостоятельная работа обучающегося (всего)
в том числе:
домашняя работа: поиск информации в Интернете, подготовка
докладов и сообщений, изучение специальной литературы
оформление лабораторной работы
Промежуточная аттестация в форме экзамена

5.

ТРЕБОВАНИЯ ФГОС
ТОРА
Уметь
выбирать материалы на основе анализа их свойств для
конкретного применения;
выбирать способы соединения материалов;
обрабатывать детали из основных материалов;
знать:
строение и свойства машиностроительных материалов;
методы оценки свойств машиностроительных
материалов;
области применения материалов;
классификацию и маркировку основных материалов;
методы защиты от коррозии;
способы обработки материалов

6.

ТРЕБОВАНИЯ ФГОС
ТЭПС
уметь:
выбирать материалы на основе анализа их
свойств для применения в производственной
деятельности;
знать:
свойства металлов, сплавов, способы их
обработки;
свойства и область применения
электротехнических, неметаллических и
композиционных материалов;
виды и свойства топлива, смазочных и
защитных материалов

7.

Материал - это объект,
обладающий определенным
составом, структурой и
свойствами, предназначенный для
выполнения определенных
функций.
Материалы могут иметь различное агрегатное состояние:
твердое, жидкое, газообразное или плазменное. Функции,
которые выполняют материалы - разнообразны.
Материаловедение - наука,
занимающаяся изучением состава,
структуры, свойств материалов,
поведением материалов при
различных воздействиях:
тепловых, электрических,
магнитных и т.д., а также при
сочетании этих воздействий.
Стихийными материаловедами были еще древние люди, ,
например, научившиеся делать каменные наконечники или
топоры из определенных камней со слоистой структурой.
Технический прогресс человечества во многом основан на
материаловедении. В свою очередь технический прогресс
дает
новые
возможности,
методы,
приборы
для
материаловедения, позволяет создавать новые материалы.

8.

РОЛЬ МАТЕРИАЛОВ В СОВРЕМЕННОЙ
ТЕХНИКЕ
Все материалы по химической основе делятся на две
основные группы — металлические и неметаллические.
К металлическим относятся металлы и их сплавы.
К неметаллическим материалам - пластмассы,
керамика, резина и др.

9.

КАМЕННЫЙ ВЕК

10.

11.

Медный век
Медный век, меднокаменный век,
халколит - эпоха в развитии человечества,
переходный период от неолита (каменного
века) к бронзовому веку. Термин предложил
в 1876 г. на международном
археологическом конгрессе венгерский
археолог .
Медный век приблизительно охватывает
период IV—III тысячелетия до н. э., но на
некоторых территориях существует и
дольше, а на некоторых отсутствует вовсе.
Чаще всего энеолит относят к бронзовому
веку, но иногда считают и отдельным
периодом. Во времена энеолита были
распространены медные орудия, но
преобладали по-прежнему каменные.

12.

Бронзовый век
Следующий этап развития технологий наступил уже в конце III
тысячелетия до н. э., когда была открыта возможность получения
металлов из руды. Одновременно, скорее всего случайно, было
установлено, что, если в тигель, где плавится медь, подбросить
немного олова, качество полученного материала решительно улучшится.
В начале II тысячелетия до нашей эры медь стала заменяться бронзой.
Приблизительно в эту же пору появились и первые железные изделия, но
мягкое железо (не пригодное к литью, поскольку требовало чрезмерно
высоких температур), как материал для оружия и орудий, было хуже
бронзы, — бронзовый век продолжался еще 1000 лет, вплоть до освоения
технологий науглероживания, закалки и сварки.
Из бронзы делали даже прямые длинные мечи.
И позже бронза сохраняла некоторое значение, так как превосходила
железо в технологичности, — если форму железному изделию можно
было придавать только ковкой (поэтому даже старинные гвозди имели
квадратное сечение), то бронзовые орудия можно было отливать.

13.

Железный век
Следом за бронзой человек осваивает новый металл — железо.
Открытие этого металла предания приписывают малоазиатскому
народу халибов. Халибы несколько раз промывали речной песок их
страны, добавляли к нему какое-то огнеупорное вещество, и плавили в
печах особой конструкции; полученный таким образом металл имел
серебристый цвет и был нержавеющим. В качестве сырья для
выплавки железа использовались магнетитовые пески, запасы которых
встречаются по всему побережью Черного моря — эти магнетитовые
пески состоят из смеси мелких зерен магнетита, титаномагнетита, ильменита, и обломков других пород, так что
выплавляемая халибами сталь была легированной, и, видимо,
обладала высокими качествами. Такой своеобразный способ
получения железа не из руды говорит о том, что халибы, скорее,
открыли железо как технологический материал, но не способ его
повсеместного промышленного производства. Видимо, их открытие
послужило толчком для дальнейшего развития металлургии железа, в
том числе из руды, добываемой в копях.

14.

Металлы,
благодаря
своим
свойствам
(твердость, механическая прочность, тепло- и
электрическая проводимость, пластичность,
магнитные свойства и др.), находят широкое
применение во всех областях промышленности
и в быту.
Железо, хоть и является основным металлом
современной техники, сдает некоторые свои
позиции алюминию и титану.
Ядерная энергетика широко использует уран,
торий и цирконий.
В
электротехнике
незаменимы
медь,
вольфрам, молибден.
Редкоземельные металлы используют в
различных
отраслях
техники:
в
радиоэлектронике, приборостроении, атомной
технике, машиностроении, в стекольной
промышленности (оксиды La, Ce, Nd, Pr), в
химической промышленности (производство
пигментов, лаков, красок; использование в
качестве катализаторов и др.), фото- и
киноматериалы содержат серебро.

15.

Однако более широкое применение находят сплавы (системы, состоящие из двух и более
металлов, а также металлов и неметаллов).
Свойства сплавов отличаются от свойств каждого из металлов, из которых они получены.
Например, чистый алюминий — мягкий, ковкий металл. Сплавы алюминия с медью, магнием и
марганцем отличаются прочностью и твердостью. Они называются дуралюминами и идут на
изготовление корпусов самолетов, речных и морских судов.
Для паяния применяют сплав олова и свинца. Температура плавления этого сплава (припоя)
ниже, чем температура плавления олова и свинца, отдельно взятых.
Сплав меди и никеля — мельхиор, блестящий и довольно прочный. По сравнению с медью и
никелем обладает высокой химической стойкостью, широко используется для изготовления
ювелирных украшений, столовых приборов.
Свойство сплавов можно регулировать, изменяя их состав. Они позволяют увеличить число
материалов, обладающих более ценными свойствами, чем чистые металлы.
Сплавы известны человеку с глубокой древности. Уже тогда было замечено, что при сплавлении
разных металлов получают соединения, отличающиеся свойствами от исходных веществ. Так,
медь и олово образуют бронзу (90% Си, 10% Sn), твердость которой значительно выше, чем
твердость просто меди и олова.
В технике используют более 5000 сплавов, но самое большое значение имеют сплавы на основе
железа и алюминия. Железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы) называют черными
металлами, остальные же металлы и их сплавы — цветными.

16.

КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
О РАЗВИТИИ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
Как наука материаловедение насчитывает около 200 лет, несмотря на то, что
человек начал использовать металлы и сплавы ещё за несколько тысячелетий
до нашей эры. Только в 18 веке появились отдельные научные результаты,
позволяющие говорить о начале осмысленного изучения всего того, что
накопило человечество за всё время использования металлов.
Заметную роль в изучении природы металлов
сыграли исследования французского учёного
Реомюра (1683-1757). Ещё в 1722 году он провёл
исследование строения зёрен в металлах.
Англичанин Григнон ещё в 1775 году обратил
внимание на то, что при затвердевании железа
образуется столбчатая структура. Ему
принадлежит известный рисунок дендрита,
полученного при медленном затвердевании литого
железа.

17.

В России первым, кто начал научно осмысливать
проблемы металлургии и литейного дела, был М.В.
Ломоносов (1711-1765). Им написано учебное
руководство «Первые основания металлургии рудных
дел», в котором он, описывая металлургические
процессы, постарался открыть их физико-химическую
сущность.
Заметных успехов металловедение достигло лишь в 19 веке, что
связано в первую очередь с использованием новых методов
исследования структуры металла.
В 1831 году П.П. Аносов (1799-1851) провёл
исследование металла на полированных и
протравленных шлифах, впервые применив микроскоп
для исследования стали.
Значительный вклад в развитие металловедения внесли
работы русского учёного-металлурга П. П. Аносова
(1799-1851), английских ученых Сорби и Роберта
Аустена (1843-1902), немца А. Мартенса (1850-1914),
Трооста и американца Э. Бейна (1891-1974), которые,
каждый в своё время, рассматривая под микроскопом и
фотографируя структуры, установили существование
структурных превращений в сталях при их
непрерывном охлаждении.

18.

В 1873-1876 г.г Гиббс изложил основные законы фазового
равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах
термодинамики. Для решения практических задач знание
фазового равновесия в той или иной системе необходимо, но не
достаточно для определения состава и относительного
количества фаз. Обязательно знать структуру сплавов, то есть
атомное строение фаз, составляющих сплав, а также
распределение, размер и форму кристаллов каждой фазы.
Создание научных основ металловедения по праву
принадлежит Чернову Д.К. (1839 – 1903), который установил
критические температуры фазовых превращений в сталях и
их связь с количеством углерода в сталях. Этим были
заложены основы для важнейшей в металловедении
диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.
Открытием аллотропических превращений в стали, Чернов
заложил фундамент термической обработки стали.
Критические точки в стали, позволили рационально
выбирать температуру ее закалки, отпуска и пластической
деформации в производственных условиях.
В своих работах по кристаллизации стали, и строению
слитка Чернов изложил основные положения теории литья,
не утратившие своего научного и практического значения в
настоящее время.

19.

Ф. Тейлор
Разработка в 1902 году американскими учёными
Ф. Тейлором и М. Уайтом быстрорежущей стали
произвела переворот в машиностроении. Резко
возросла
производительность
механической
обработки, появились новые быстроходные станки
и автоматы.
В 1906 году немецкий исследователь А. Вильм
создал высокопрочный сплав алюминия с медью
– дуралюмин, прочность которого в результате
старения в несколько раз превышала прочность
технического алюминия и других алюминиевых
сплавов при сохранении достаточного запаса
пластичности. Использование
дуралюмина в
самолётостроении на многие годы определило
прогресс в этой области техники.
Немецким инженером заводов Круппа Мауэром
и профессором Штраусом в 1912 году была
получена
хромоникелевая
аустенитная
нержавеющая сталь, а в 1912году Бренли –
ферритная нержавеющая сталь.

20.

Г.В. Курдюмов
В. Д. Садовский
20 век ознаменовался крупными
достижениями в теории и практике
материаловедения: были созданы
высокопрочные материалы для
деталей и инструментов,
разработаны композиционные
материалы, открыты
сверхпроводники, применяющиеся в
энергетике и других отраслях
техники, открыты и использованы
свойства полупроводников.
Одновременно совершенствовались
способы упрочнения деталей
термической и химикотермической
обработкой. Огромное значение для
развития отечественного
материаловедения в наше время
имели работы А.А. Бочарова, Г.В.
Курдюмова, В. Д. Садовского и
В. А. Каргина.

21.

Современное развитие
материаловедения как науки
Особенно интенсивно развивается
металловедение
в
последние
десятилетия.
Это
объясняется
потребностью в новых материалах для
исследования
космоса,
развития
электроники, атомной энергетики.
Основными
направлениями
в
развитии металловедения является
разработка
способов
производства
чистых
и
сверхчистых
металлов,
свойства которых сильно отличаются от
свойств металлов технической чистоты,
с которыми преимущественно работают.
Генеральной
задачей
материаловедения является создание
материалов с заранее рассчитанными
свойствами применительно к заданным
параметрам
и
условиям
работы.
Большое внимание уделяется изучению
металлов в экстремальных условиях
(низкие и высокие температуры и
давление).

22.

КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ

23.

КЛАССИФИКАЦИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ