В конструкционных материалах

Учебное пособие по курсу

«Технология конструкционных материалов»

 

 

А.Я. Рогозянов

 

Димитровград

Одобрено редакционно-издательским советом ДИТУД

 

А.Я. Рогозянов

Строение и процессы в конструкционных материалах. Учебное пособие по курсу «Технология конструкционных материалов». Димитровград, 2004, 50 с.

 

 

В настоящем пособии изложены основные понятия о строении конструкционных материалов, особенностях их структурных состояний и процессах, формирующих эти состояния. Кроме традиционных факторов воздействия на материалы, рассмотрено и радиационное облучение. Представленная информация приводится как материаловедческая основа технологии конструкционных материалов.

 

 

ДИМИТРОВГРАДСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ,

УПРАВЛЕНИЯ И ДИЗАЙНА, 2004

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Структура чистых материалов

1.1. Электронная структура и периодическая система элементов

1.2. Силы связи и основные типы твёрдых тел

1.3. Кристаллическая структура

1.4. Несовершенства в кристаллах

1.5. Диффузия

 

Строение сплавов

2.1. Фазовые состояния

2.2. Диаграммы состояния

2.3. Условия, влияющие на фазовое равновесие

 

Фазовые превращения

3.1. Затвердевание

3.2. Общая схема превращений в твёрдых фазах

3.3. Примеры превращений в твёрдом состоянии

 

Радиационное воздействие

4.2. Параметры облучения в ядерных реакторах

4.3. Радиационные повреждения конструкционных материалов

4.4. Диффузия и отжиг радиационных точечных дефектов

4.5. Влияние на упрочнение и охрупчивание

4.6. Размерные изменения под облучением без нагружения

4.7. Радиационное энерговыделение

 

Заключение

Список рекомендуемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Понятие «конструкционные материалы» напрямую связано со свойственной всему живому миру и, в особенности, человеку производственной деятельностью, направленной на самосохранение и обеспечение тех или иных потребностей. Конструкция появилась с возникновением самых примитивных живых существ и приобрела такие совершенные формы, которые способны моделировать отдельные функции мозга, использовать новые источники энергии, противостоять разрушительным природным явлениям и обеспечить возможность выхода за пределы земного пространства. Реализация конструкции основана на искусстве, мастерстве, умении получения и применения материалов, что и составляет сущность понятия «технология».

Под технологией конструкционных материалов понимают, прежде всего, совокупность приёмов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов или изделий в той или иной сфере хозяйственной деятельности, а также научную дисциплину, разрабатывающую такие приёмы и способы. В более узком смысле под технологией конструкционных материалов подразумевают (как чисто производственные процессы) сами операции добычи, обработки, переработки, транспортировки, складирования, хранения, контроля, описание этих процессов с составлением инструкций, правил, требований, карт, графиков и т.д.

Технология конструкционных материалов предусматривает качественное изменение материала или изделия по форме, составу, отдельному свойству или их совокупности. Основными показателями её эффективности являются расход сырья, полуфабриката на единицу изделия, выход и качество продукции, производительность и интенсивность процесса, затраты, себестоимость, последствия для экологии.

Задачи технологии конструкционных материалов как науки состоят в выявлении физических, химических, механических и др. закономерностей с целью определения и использования эффективного и экономичного производства. Вначале такие закономерности познавались эмпирически на основе длительного опыта многих поколений, который, в конце концов, приводил к смене веков камня, меди, бронзы и железа. По существу, на этом этапе технологическое развитие обеспечивалось практическим приложением химии. С увеличением суммы знаний и масштабов их применения эволюция по такому сценарию оказалась неприемлемой. Стала развиваться наука о материалах (материаловедение), прежде всего о металлах (металловедение). И в этом случае первые успехи новой науки были связаны с изучением химической природы твёрдых тел, открытием методов очистки, разработки на их основе рентабельных технологических процессов. Постепенно росла роль физики в развитии материаловедения. К концу 19 века был разработан и доведён до совершенства математический аппарат теории упругости, который нашёл широкое применение в современных инженерных дисциплинах. Ещё раньше появилось математическое описание групп симметрии применительно к кристаллам. Оно приобрело особое значение после того, как в начале 20 века с помощью рентгеновских лучей была установлена зависимость внешней симметрии кристаллов от микроскопической симметрии расположения атомов.

Однако наиболее значительные успехи физического материаловедения начались с 30-х годов прошлого века после разработки современной атомной теории – квантовой механики, которая привела к удовлетворительному пониманию строения атома, а потом – и к пониманию природы сил связи между атомами. Была построена теория применительно к чистым идеальным кристаллам, которая объясняла в принципе электропроводность, основные различия между металлами и изоляторами, теплоёмкость и оптические свойства твёрдых тел.

Несколько позднее, в основном, после 1945 г. начинается интенсивное исследование несовершенств кристаллической структуры и их влияния на физические свойства. Стали развиваться представления о диффузии атомов и её влиянии на состояние материала. Существенный скачок произошёл в понимании пластичности и прочности твёрдых тел.

В конце 50-х годов прошлого века возникает и начинает быстро развиваться радиационное материаловедение. Его появление связано со строительством ядерных реакторов и ядерных энергетических установок, в которых ряд ответственных узлов подвергается новому виду воздействия – радиационному облучению потоком нейтронов и гамма - квантов.

Всё это и возрастающие темпы технической эволюции сделали эмпирический путь развития технических отраслей неоптимальным, малоэффективным, чрезмерно затратным. Напротив, для новых научных открытий стало характерным их быстрое внедрение. Разгадка природы электромагнитных волн через 30 лет привела к появлению радио. Создание транзистора уже через несколько лет привели к появлению полупроводников в приборах. В такой ситуации инженер-технолог теряет свою квалификацию через 10-15 лет, если не следит за развитием своей области знаний, за прогрессом материаловедения в целом.

Учитывая это, изложение курса «технология конструкционных материалов» целесообразно начинать с представления в кратком виде основных положений материаловедения на современном этапе развития.

 

Структура чистых материалов