Основы материаловедения - Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Кафедра технологии материалов и машиноведения Издание осуществлено при поддержке гранта № 26-07 «Методическое обеспечение дисциплины предметной подготовки специальности 050502 “Технология и предпринимательство” и дисциплин отраслевой подготовки, специализации специальности 050501.15 “Профессиональное обучение - автомобиль и автомобильное хозяйство”, как средство повышения качества обучения студентов» Данное пособие предназначено в помощь студентам дневного и заочного отделений факультета «Технологии и предпринимательства» Педагогического института ЮФУ при изучении дисциплины отраслевой подготовки (федеральный компонент) «Основы производства» раздел «Материаловедение». Содержание пособия составлено с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (2005 г.) по специальности 050502 «Технология и предпринимательство».Новые понятия.Учебный предмет «Материаловедение» входит в блок дисциплин отраслевой подготовки федерального компонента по специальности 03.06.00 - учитель технологии и предпринимательства. Курс «Материаловедение» дает студентам необходимые знания о строении и свойствах металлических и неметаллических конструкционных материалов. Изучение данного курса является предпосылкой подготовки высокопрофессиональных учителей технологии для общеобразовательной школы, способных осуществлять современные принципы воспитания и политехнического образования. Вместе с тем дисциплина «Материаловедение» является учебным фундаментом для успешного усвоения ряда специальных дисциплин, таких как «Детали машин», «Сопротивление материалов», «Резание металлов», а также практикумов по слесарной, столярной и механической обработкам, формирующих технический кругозор будущих педагогов.Различают следующие разновидности материалов в общем виде: - сырье, которое подлежит дальнейшей переработке (железные руды, нефть, газ); Материаловедение - наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между составом, строением и свойствами, а также разрабатывающая пути воздействия на их свойства с целью повышения их качества, которое связано с применением внешних воздействий (тепловое, механическое, химическое). Поэтому основное содержание этого предмета относится к изучению металлических материалов - металловедения, науки, изучающей строение и свойства металлов и сплавов и устанавливающей связь между их составом, строением и свойствами, а также разрабатывающей технологии воздействия на свойства с целью их улучшения.С древних времен люди использовали готовые природные материалы, совершенствовали их. Вся история существования человечества связана с освоением различных материалов: каменный век сменился медно-каменным, затем бронзовым и железным веками. Изготовив первые орудия труда из камня, человек освоил плавление и литье меди, оловянной бронзы. Применение каменного угля вместо древесного в качестве топлива при плавлении руд и открытие коксования каменного угля способствовало ускоренному развитию плавки чугуна.Большой вклад в развитие науки о материалах внесли русские ученые. Появление новых материалов, научно-технический прогресс в этой области основаны на работах этих ученых. Основоположниками в данной области науки являются М.В.Он впервые создал теоретические основы металлургии, исследовал строение и свойства стали. Чернов исследовал свойства полиморфизма железа, открыл критические точки (температуры) фаз превращения стали, разработал теорию кристаллизации стального слитка, всемирно признан основоположником научного металловедения. Изучение данного предмета является предпосылкой к успешно-му освоению ряда специальных дисциплин, формирующих политехнический кругозор будущего учителя технологии. Наряду с такими классическими материалами, как чугун, сталь, цветные металлы и сплавы, широкое применение находят новые материалы - техническая керамика, композиционные материалы, сверхпроводники, материалы для атомной техники, стеклопластики и другие. Он призван сформировать у будущего учителя технологии глубокие знания основ материаловедения, принципов выбора материалов для конкретного изделия, технологий повышения физико-механических свойств.Металлы относятся к числу наиболее распространенных конструкционных материалов. Первыми металлами, которые выплавляли из руд, были медь, свинец, затем появились железо и олово. В технике под металлом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском». По этому признаку металлы можно отличить от неметаллов, например, дерева, камня, стекла. Этими свойствами обладают не только чистые элементы, например, медь, железо, но и более сложные вещества, в состав которых может входить несколько элементов - металлов.Существует общепринятая классификация, согласно которой все металлы подразделяются на две большие группы - черные и цветные. Под черными металлами подразумеваются железо и его сплавы, а под цветными - все остальные.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» . . . . . . . . . . . . .10

ЧАСТЬ I. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

ГЛАВА 1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ. . . . . . .16

1.1. Металлы и сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 1.2. Классификация металлов и конструкционных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 1.3. Стандартизация материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 1.4. Агрегатные состояния вещества и их характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 1.6. Реальное строение кристаллов и дефекты кристаллической решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.7. Анизотропия свойств кристаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.8. Полиморфные и магнитные превращения металлов в твердом состоянии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.9. Кристаллизация металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

ГЛАВА 2. СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

И СПОСОБЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

2.1. Основные методы изучения состава и строения металлов и сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 2.2. Основные свойства металлов и сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3. Конструкционная прочность материалов и показатели, ее характеризующие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЛАВОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.1. Понятие сплавов и их характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2. Атомное строение двойных сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3

Оглавление

3.3. Диаграммы состояния двойных сплавов и их характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 3.4. Взаимная связь между диаграммами состояния и свойствами сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

ГЛАВА 4. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ, ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРАКТИЧЕСКОЕ

ПРИМЕНЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.1. Железоуглеродистые сплавы и основные характеристики железа и углерода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.2. Фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.3. Диаграмма состояния «железо - цементит». . . . . . . . . . . . . . . . .57 4.4. Диаграмма состояния «железографит». . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

ГЛАВА 5. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Методические рекомендации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.1. Физическая сущность и назначение термической обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.2. Основные структурные превращения при нагревании и охлаждении стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.3. Виды термической обработки стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 5.4. Оборудование для термической обработки и контрольно-измерительные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 5.5. Дефекты при термической обработке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

Новые понятия. Вопросы для самопроверки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

ГЛАВА 6. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 6.1. Упрочнение пластической деформацией.

Явление наклепа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 6.2. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Возврат и рекристаллизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

4

Оглавление

6.3. Упрочнение наплавкой и напылением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79 6.4. Сущность термомеханической обработки, виды и их краткая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.5. Химико-термическая обработка стали, назначение и ее виды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82 Новые понятия. Вопросы для самопроверки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

ГЛАВА 7. УГЛЕРОДИСТЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ . . . 89

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 7.1. Общая классификация углеродистых сталей . . . . . . . . . . . . . . . 89 7.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства углеродных тканей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 7.3. Маркировка углеродистых конструкционных сталей . . . . . . . . .92

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

ГЛАВА 8. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 8.1. Общая характеристика влияния легирующих элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 8.2. Классификация и маркировка легированных сталей . . . . . . . . 98

8.2.1. Классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 8.2.2. Маркировка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

8.3. Легированные конструкционные стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101 8.4. Стали и сплавы с особыми свойствами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

ГЛАВА 9. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ trial И МАТЕРИАЛЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

Методические уtrialия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 9.1. Требования, прtrialляемые к инструментальным материалам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106 9.2. Классификация инструментальных сталей . . . . . . . . . . . . . . . .106 9.3. Углеродистые и легированные инструментальные стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107 9.4. Стали для режущих инструментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108 9.5. Штамповые стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 9.6. Стали для измерительных инструментов . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 9.7. Твердые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

5

Оглавление

9.8. Минералокерамика и алмазные материалы . . . . . . . . . . . . . . . .111 Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

ГЛАВА 10. ЧУГУНЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 10.1. Общая характеристика чугунов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 10.2. Классификация чугунов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 10.3. Структура и свойства чугуна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117 10.4. Серый чугун, маркировка, области применения . . . . . . . . . . . .118 10.5. Высокопрочный чугун, маркировка, области применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 10.6. Белый и ковкий чугуны.

Маркировка, область применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 10.7. Легированные чугуны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

ГЛАВА 11. ЛЕГКИЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ. . . . . . . .123

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 11.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124 11.2. Алюминий и его сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124 11.3. Магний и его свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 11.4. Титан и его свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128 11.5. Легкоплавкие сплавы и припои. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130

ГЛАВА 12. ТЯЖЕЛЫЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ . . . . .133

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 12.1. Медь и сплавы на ее основе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 12.2. Медные сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 12.3. Никель и его сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138 12.4. Антифрикционные материалы, их строение, свойства и области применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140 Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143

ГЛАВА 13. ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ

И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . .145

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145 13.1. Редкие металлы и их классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

6

Оглавление

13.2. Цирконий, бериллий и сплавы на их основе . . . . . . . . . . . . . . .147 13.3. Тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, ниобий, тантал) и сплавы на их основе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148 13.4. Полупроводниковые материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

Новые понятия. Вопросы для самопроверки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152

ГЛАВА 14. НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ

МЕТАЛЛЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154 14.1. Двухслойные и многослойные металлы

(биметаллы) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154 14.2. Композиционные материалы

(строение, свойства, способы получения, область применения). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156 14.3. Материалы, изготавливаемые методами порошковой металлургии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158 14.4. Сплавы с памятью формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161 14.5. Аморфные металлические сплавы

(металлическое стекло) и сплавы космической технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163

ГЛАВА 15. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

И КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ . . . . . . . . . . . . . . . . .165

15.1. Виды коррозии металлов и сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165 15.2. Виды коррозионного разрушения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167 15.3. Методы защиты металлов и сплавов от коррозии . . . . . . . . . . .168 15.4. Коррозионностойкие материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

ЧАСТЬ II. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ . . . . . . . . . . . . . .176 Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176 trial 16. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176

16.1. Общая характеристика синтетических полимеров. . . . . . . . . . .176 16.2. Основные сведения о пластмассах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 16.3. Свойства пластмасс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179

16.3.1. Физические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179 16.3.2. Механические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180

7

Оглавление

16.4. Основные виды пластмасс и их применение. . . . . . . . . . . . . . . .181 16.5. Особенности применения пластмасс в машиностроении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185 Новые понятия. Вопросы для самоконтроля.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186

ГЛАВА 17. ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189

17.1. Общие сведения о древесных конструкционных материалах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189 17.2. Строение дерева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189 17.3. Пороки древесины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191 17.4. Предохранение древесины от гниения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191 17.5. Свойства древесины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

17.5.1. Физические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 17.5.2. Механические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194

17.6. Виды древесных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195 17.7. Обработка и отделка древесных материалов. . . . . . . . . . . . . . . .196

17.7.1. Отделка древесных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197

ГЛАВА 18. СТЕКЛО, КЕРАМИКА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

18.1. Общие сведения о стекле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199 18.2. Основные свойства стекла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 18.3. Виды технических стекол и стеклоизделий . . . . . . . . . . . . . . . .201 18.4. Общие сведения о керамике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Новые понятия. Вопросы для самоподготовки.

Тестовый контроль знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

ГЛАВА 19. РЕЗИНА, КЛЕИ И ДРУГИЕ

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

19.1. Резина и резиновые материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 19.2. Асбестовые, текстильные и бумажные материалы . . . . . . . . . 208 19.3. Клеи: состав, свойства, область применения . . . . . . . . . . . . . . 209 19.4. Лаки, краски, эмали: их состав и свойства . . . . . . . . . . . . . . . .211

М.В. Ломоносов работал в различных областях науки. Он впервые создал теоретические основы металлургии, исследовал строение и свойства стали.

Д.К. Чернов исследовал свойства полиморфизма железа, открыл критические точки (температуры) фаз превращения стали, разработал теорию кристаллизации стального слитка, всемирно признан основоположником научного металловедения.

П.П. Аносов заложил основы металлографии, раскрыл секреты получения булатной стали. Его фундаментальный труд «О булатах» был опубликован в России в 1841 г.

М.А. Павлов разработал теоретические основы доменного процесса получения чугуна.

А.М. Бутлеров создал научную основу получения синтетических полимерных материалов.

С.С. Штейнберг и Н.А. Минкевич работали в области теоретических основ термической обработки металлических сплавов.

С.В. Лебедев разработал теорию получения синтетического каучука.

Огромное влияние на изучение металлов имело открытие периодического закона Д.И. Менделеева.

В 1960 г. Е.С. Федоровым была выдвинута гипотеза о том, что в кристаллах существует закономерное расположение атомов. Экспериментально эта гипотеза была подтверждена М. Лауэ с помощью рентгенографического анализа.

4. СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДМЕТА «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» И ЕГО СВЯЗЬ С ДРУГИМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ И С ИНТЕГРИРОВАННЫМ КУРСОМ «ТЕХНОЛОГИЯ» В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

Изучение данного предмета является предпосылкой к успешно-му освоению ряда специальных дисциплин, формирующих политехнический кругозор будущего учителя технологии. Научно-технический прогресс в машиностроении значительно расширяет перечень применяемых конструкционных материалов. Наряду с такими классическими материалами, как чугун, сталь, цветные металлы и сплавы, широкое применение находят новые материалы - техническая керамика, композиционные материалы, сверхпроводники, материалы для атомной техники, стеклопластики и другие.

12

4. Содержание предмета «Материаловедение»…

Таким образом, этот предмет имеет познавательное, научное и воспитательное значение. Он призван сформировать у будущего учителя технологии глубокие знания основ материаловедения, принципов выбора материалов для конкретного изделия, технологий повышения физико-механических свойств. Данный курс состоит из следующих основных разделов:

2. Основы материаловедения и способы воздействия на строение и свойства металлических сплавов.

3. Металлические конструкционные материалы. 4. Новые конструкционные материалы.

5. Строение и свойства неметаллических материалов. 6. Материаловедение в будущем.

В результате изучения этого предмета студент должен знать: - основы строения и свойств металлических и неметаллических материалов;

- теоретические основы получения металлических сплавов и способы улучшения их свойств;

- классификацию и маркировку наиболее употребляемых в производстве конструкционных материалов;

- современное состояние и перспективы получения новых конструкционных материалов.

Он должен уметь: - рационально выбирать материалы для работ в своей будущей профессиональной деятельности;

- выполнять практические операции основных видов термических и других упрочняющих обработок;

- получать и обрабатывать заготовки, изделия современными технологиями.

Материаловедение имеет непосредственную связь с технологией конструкционных материалов, представляющую собой совокупность современных знаний о способах получения и обработки материалов, методах получения готовых деталей из них.

Интегрированный курс «Технология» в средней школе в значительном объеме опирается на содержание предмета материаловедения. Основным объектом на занятиях по технологии являются металлические и неметаллические материалы. Учащиеся работают с проволокой, листовой сталью, пластмассами, древесными материалами, картоном, клеем. Строение, свойства, получение материалов, их использование тесно связано с физикой, химией, с такими специ-

13 альными дисциплинами, как «Детали машин», «Сопротивление материалов», «Резание металлов, станки и инструмент», практикумы по слесарной, дерево- и металлообработке, техническому творчеству.

ЧАСТЬ I СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучение этого раздела курса «Материаловедения» послужит основой для уяснения всех последующих.

Прежде всего надо выяснить, что такое металл, какими основными свойствами обладают металлы и сплавы и чем эти свойства отличаются от неметаллических материалов; познакомиться с классификацией металлов, конструкционных металлических и неметаллических материалов. Изучить атомно-кристаллическое строение металлов, их отличие от строения неметаллов; изучить типы кристаллических решеток и их характеристики; уяснить отличие строения реальных кристаллов от идеальных. Металлы, используемые в промышленности, - тела поликристаллические, состоят из множества кристаллов - зерен, в которых имеется большое количество точечных, линейных и поверхностных дефектов (вакансий, дислокаций). Необходимо уяснить их появление и влияние на свойства металлов. Обратите внимание на явления анизотропии свойств в кристаллах и аллотропии (полиморфизма) на примере железа, когда под воздействием температуры изменяется форма или параметры кристаллической решетки. Аллотропические превращения всегда связаны с изменением свойств.

Изучая механизм кристаллизации металлов, нужно разобраться в термодинамических основах фазовых превращений, влиянии примесей, скорости охлаждения. Целесообразно с этих позиций рассмотреть строение стального слитка.

Особое внимание уделите изучению физических, механических, химических, технологических свойств металлов и триботехническим характеристикам материалов. Необходимо имеет понятие о стандартизации материалов и об основных методах определения их строения и свойств.

15