В свою очередь металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе — стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным.

Теоретическое, рассматривает общие закономерности строения материалов и процессов, про­исходящих в них при внешних воздействиях. Оно бази­руется на достижениях естественных наук(физики, хи­мии, механики и др.), от развития которых зависят использование материалов в технике и эффективность методов переработки их в изделия.

Материаловедение — наука, изучающая связь между строением (структурой) и свойствами материала, а так­же их изменения при внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и т. д.).

Готовая продукция одного производства может слу­жить полуфабрикатом для другого.

Для успешного решения многих практических задач необходимы сведения о современных способах получе­ния и обработки материалов, их свойствах и рациональ­ном применении. Вопросы строения и свойств металлов, сплавов, неметаллических материалов, горюче-смазоч­ных материалов и эксплуатационных жидкостей рассматривает матери­аловедение.

Материаловедение позволяет правильно выбрать ма­териал и технологию его переработки для обеспечения эксплуатации изделия в течение заданного времени.

Материаловедение условно разделяют на теоретиче­ское и прикладное.

Задача прикладного материаловедения — определить оптимальные структуры и технологии переработки ма­териалов при изготовлении конструкций, деталей ма­шин и других технических изделий.

Задача материаловедения — установление законо­мерностей взаимосвязи структуры и свойств материалов для того, чтобы целенаправленно воздействовать на них при переработке в изделия и эксплуатации, а также для создания материалов с заданным сочетанием свойств и прогнозирования их срока службы.

Твердое тело

Твердые вещества построены из молекул, атомов и ионов, прочно связанных между собой. Поэтому они имеют определенный объем и форму.

Частицы твердого вещества не могут свободно пере­мещаться, они сохраняют взаимное расположение, со­вершая колебания около центров равновесия, поэтому для изменения объема и формы твердого вещества тре­буется усилие.

Различают два состояния твердых веществ:

кристаллическое — и аморфное.

Кристаллы каждого кристаллического вещества име­ют характерную для них форму. Так, кристаллы хлори­да натрия имеют форму куба, нитрата калия — призмы и т. д.

В кристаллических веществах частицы, из которых построены кристаллы, размещены в пространстве в оп­ределенном порядке и образуют пространственную ре­шетку.

В зависимости от характера частиц, находящих­ся в узлах пространственной решетки, различают молекулярные, атомные, ионные и металлические ре­шетки.

В узлах молекулярной решетки находятся полярные или неполярные молекулы, связанные между собой сла­быми силами притяжения. Молекулярную решетку име­ют большинство органических веществ, а также ряд не­органических соединений, например вода и аммиак. Вещества с молекулярной решеткой имеют сравнитель­но невысокую температуру плавления.

Атомная решетка характеризуется тем, что в ее узлах размещены атомы, связанные между собой общими электронными парами. Вещества с атомной решеткой (например, алмаз) очень тверды и имеют очень высокую температуру плавления.

В узлах ионной решетки расположены положительно и отрицательно заряженные ионы, чередующиеся друг с другом. Ионные кристаллические решетки характер­ны для большинства солей, оксидов и оснований.

В узлах металлической решетки наряду с нейтральны­ми атомами размещаются положительно заряженные ионы данного металла. Между ними свободно переме­щаются электроны — так называемый электронный газ. Такое строение металлов обусловливает их общие свой­ства: металлический блеск, электро- и теплопровод­ность, ковкость и др.

Кристаллическая решетка разрушается при плавле­нии, испарении или растворении вещества.

Аморфные вещества представляют собой агрегаты бес­порядочно расположенных молекул. В отличие от кри­сталлических веществ, имеющих вполне определенную температуру плавления, аморфные вещества плавятся в широком диапазоне температур. При нагревании они постепенно размягчаются, начинают растекаться и ста­новятся жидкими. В зависимости от условий, при кото­рых происходит переход из расплавленного состояния в твердое, одно и то же вещество можно получить как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии.

Классификация материалов

Наибольшее значение в технике имеют классифика­ции по структурным и функциональным признакам материалов.

Главным критерием классификации материалов по структурным признакам является агрегатное состояние, в зависимости от которого материалы подразделяются на следующие типы:

· твердые материалы;

· жидкости;

· газы;

· плазма.

В зависимости от количества фаз и сте­пени неоднородности структуры материалы подразделя­ются на:

· Простые, состоящие из одного элемента или соеди­нения и имеющие однородную макроструктуру;

· композиционные., состоящие из нескольких фаз и имеющие неоднородную структуру;

· сплавы, материалы с однородной макрострукту­рой, образовавшиеся в результате затвердения рас­плава химически разнородных веществ.

По назначению технические материалы делят на сле­дующие группы.

Конструкционные материалы — твердые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подверга­емых механическим нагрузкам. Они должны обладать комплексом механических свойств, обеспечивающих требуемые работоспособность и ресурс изделий при воз­действии рабочей среды. К ним предъявляются техно­логические требования, определяющие наименьшую трудоемкость изготовления изделий, и экономические, касающиеся стоимости и доступности материала.

Конструкционные материалы подразделяют на типы:

· металлы;

· силикаты и керамика;

· полимеры;

· резина;

· древесина;

· композиционные материалы.

Электротехнические материалы характеризуются осо­быми электрическими и магнитными параметрами и предназначены для изготовления изделий, применяе­мых для производства, передачи, преобразования и по­требления электроэнергии.

Триботехнические материалы предназначены для при­менения в узлах трения с целью регулирования парамет­ров трения и изнашивания для обеспечения заданных работоспособности и ресурса этих узлов.

Основными видами таких материалов являются:

· Смазочные — смазки в твердой (графит, тальк),
жидкой (моторные, трансмиссионные масла), га­зообразной (воздух, пары и другие газы) фазах;

· антифрикционные — сплавы цветных металлов (баббиты, бронзы и др.),серый чугун, пластмассы (текстолиты, фторопласты и др.), металлокерамические композиционные материалы (бронзо-графит, железографит и др.), древесина и древесно-слоистые пластики, резины;

· фрикционные, имеющие большой коэффициент трения и высокое сопротивление изнашиванию (некоторые виды пластмасс, чугунов и металлоке­рамики и другие композиционные материалы).

Инструментальные материалы отличаются высокими показателями твердости, износоустойчивости и прочно­сти. Они предназначены для изготовления режущего, мерительного, слесарно-монтажного и другого инстру­мента (инструментальная сталь и твердые сплавы, алмаз, некоторые виды керамических материалов, многие композиционные материалы).

Рабочие тела — газообразные или жидкие материалы, с помощью которых энергию преобразуют в механиче­скую работу (масла в гидроприводе, воздух в пневмати­ческих системах, газообразные продукты сгорания топ­лива в двигателях внутреннего сгорания).

Топливо — горючие материалы, основной частью ко­торых является углерод, применяемый с целью получе­ния при их сжигании тепловой энергии. По происхож­дению топливо делят на:

· природное (нефть, уголь, природный газ, древеси­на);

· искусственное (кокс, моторные топлива, генера­торные газы).

По типу машин, в которых сжигается топливо, его де­лят на:

· ракетное,

· моторное,

· реакторное,

· турбинное и т. д.

Технологические материалы — обширная группа вспо­могательных материалов, используемых для обеспече­ния оптимального протекания технологических процес­сов переработки основных технологических материалов в изделия или обеспечения нормальной работы машин и механизмов.

К ним относятся:

· клеи и герметики, ла­кокрасочные материалы;

· флюсы, припои, сварочные электроды, применяемые при сварке и пайке;

· смазочно-охлаждающие жидкости;

· консервационные матери­алы (смазки, пленки, мастики), обеспечивающие защи­ту изделий от коррозии; моющие материалы и т. д.

В технике сложилась традиция группировать матери­алы по наиболее важным эксплуатационным парамет­рам, а именно:

· по электропроводности (проводники, полупро­водники и диэлектрики);

· по магнитной восприимчивости (диа-, пара-, фер­ромагнетики);

· по тепловым характеристикам (теплоизоляцион­ные и огнеупорные);

· по стойкости к воздействию рабочей среды (жаро­стойкие, кислотоупорные, коррозионностойкие и др.).

Такая классификация не является строгой, но ее тер­мины и понятия приняты в технике и используются в практике машиностроения.

Все материалы по химической основе делятся на две основные группы — металлические и неметаллические.

К металлическим относятся металлы и их сплавы. Метал­лы составляют около 4/5 всех известных химических эле­ментов.

В зависимос­ти от способа внедрения и свойств индентора твердость материалов оценивают по различным критериям, ис­пользуя несколько методов:

· вдавливание индентора;

· динамические методы;

· царапанье.

Вдавливание индентора в образец с последующим из­мерением отпечатка является основным технологиче­ским приемом при оценке твердости материалов. В за­висимости от особенностей приложения нагрузки, конструкции инденторов и определения чисел твердо­сти различают методы:

· Бринелля;

· Роквелла;

· Виккерса.

Более подробное описание основных методов опре­деления твердости путем вдавливания индентора будем рассматривать при рассмотрение свойств металлов.

Динамические методы измерения твердости не приво­дят к возникновению дефектов поверхности изделий.

Распространен способ определения твердости в услов­ных единицах по высоте отскакивания легкого ударни­ка (бойка), падающего на поверхность испытуемого материала с определенной высоты.

Применяется и ме­тод измерения твердости с помощью ультразвуковых колебаний, основанный на регистрации изменения ча­стоты колебаний измерительной системы в зависимос­ти от твердости исследуемого материала.

Путем царапанья сравнивают твердость исследуемо­го и эталонного материалов.

В качестве эталонов при­няты 10 минералов, расположенных в порядке возрас­тания их твердости:

1 — тальк,

2 — гипс,

3 — кальцит,

4 — флюорит,

5 — апатит,

6 — ортоклаз,

7 — кварц;,

8 — топаз,

9 — корунд,

10 — алмаз.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 90; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!