Предмет материаловедения. Историческая справка
ПРЕДИСЛОВИЕ
Карандаши, линейка и научный калькулятор.
Курс лекций по МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ
для студентов дневного отделения спец. 220501
лекции – 68 ч, 8 лабораторных работ – 34 ч
Обязательные принадлежности на лабораторных работах:
«Материаловедение» – одна из основных дисциплин, определяющих уровень инженерной подготовки выпускников высшей школы. Значение этой дисциплины определяется широким диапазоном постоянно совершенствующихся материалов, используемых в практической деятельности во всех отраслях народного хозяйства. Знания, полученные в области материаловедения, должны обеспечить при реализации производственных процессов технически грамотное, рациональное, эффективное использование материалов с непременным учетом требований экономики, экологии и безопасности труда.
Предлагаемый текст лекций соответствует учебным программам курса «Материаловедение», который на протяжении многих лет читается в СПбГИЭУ преподавателями кафедры управления качеством и машиноведения (ранее технологии машиностроения). Пособие составлено с учетом требований, предъявляемых при Интернет-тестировании по материаловедению (http://www.fepo.ru/).
В данном издании конспективно изложены основные теоретические положения материаловедения; рассмотрены типовые методы управления свойствами материалов; описаны классификация, маркировка, свойства и область применения важнейших промышленных металлических и неметаллических материалов.
Текст лекций, в связи с краткостью изложения учебного материала, в основном предназначено для завершающей подготовки к экзамену студентов очной формы обучения всех специальностей. Детальную проработку курса «Материаловедение» рекомендуется вести на основе литературы, приведенной в конце текста.
Пособие может быть использовано студентами всех форм обучения для повторения учебного материала при изучении других технических дисциплин, а также аспирантами и молодыми преподавателями в качестве опорного конспекта.
Рекомендуемая литература
1. Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. – М.: ИД «Додэка-XXI», 2004. – 320 с.
2. Дурнев В.Д., Сапунов С.В., Федюкин В.К. Товароведение промышленных материалов.– М.: ИИД «Филинъ», 2002. – 536 с.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: ИД Альянс, 2009. – 528 с.
4. Материаловедение / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 648 с.
5. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высш. шк., 2006. – 862 с.
6. Машиностроительные материалы: Краткий справочник / В.М. Раскатов, В.С. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс. – М.: Машиностроение, 1980. – 511 с.
7. Сапунов С.В. Материаловедение: Метод. указ. к лаб. работам для студ. всех форм обуч. по спец. 080502/1 и 220501. – СПб.: СПбГИЭУ, 2008. – 20 с.
8. Сапунов С.В. Материаловедение: Текст лекций. – СПб.: СПбГИЭУ, 2006. – 66 с.
9. Сапунов С.В. Основы материаловедения: Учеб. пособие. – СПб.: СПбГИЭУ, 2010. – 155 с.
10. Сапунов С.В., Федюкин В.К., Дурнев В.Д. Экспертиза и управление качеством промышленных материалов. – СПб.: «Питер», 2004. – 254 с.
11. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 с.
12. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Пирайнен В.Ю. Специальные материалы в машиностроении. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004. – 640 с.
Материаловедение – прикладная наука о связи состава, строения и свойств материалов. Решение важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надежности и работоспособности механизмов и приборов во многом зависит от развития материаловедения. Непрерывный процесс создания новых материалов для современной техники обогащает науку о материалах, которая стимулирует появление новых технических идей.
Как наука материаловедение насчитывает около 200 лет, несмотря на то, что человек начал активно использовать металлические и неметаллические материалы еще за несколько тысячелетий до нашей эры. Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако, наука о материалах в основном развивается экспериментальным путем. Изучение физических (плотность, электропроводимость, теплопроводность, магнитная проницаемость и др.), механических (прочность, пластичность, твердость, модуль упругости и др.), технологических (жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием и др.) и эксплуатационных свойств (сопротивление коррозии, изнашиванию и усталости, жаропрочность, хладостойкость и др.) позволяет определить области рационального использования различных материалов с учетом экономических требований. Совокупность свойств, которыми должен обладать тот или иной материал, обобщает понятие «качество» – степень соответствия присущих характеристик требованиям. Материаловедение среди различных видов обеспечения качества промышленных материалов (информационного, материально-технического, организационного, метрологического и т. п.) играет роль научной основы.
Большой вклад в развитие науки о материалах внесли отечественные ученые. В России первым, кто начал научно осмысливать проблемы материаловедения и внедрять результаты в практику, был М.В. Ломоносов (1711–1765 гг.). П.П. Аносов (1799–1851 гг.) применил микроскоп и впервые установил связь между строением стали и ее свойствами. Горный инженер-металлург Обухов П.М. (1820–1869 гг.) и видный предприниматель Н.И. Путилов (1820–1880 гг.) в середине ХIХ в. на организованных ими в Санкт-Петербурге предприятиях наладили производство высококачественной стали, покончив с зависимостью в этом вопросе от Англии. А.С. Лавров и Н.В. Калакуцкий открыли в 1868 г. явление ликвации в сталях. Великий русский ученый Д.К. Чернов (1839–1921 гг.) открыл полиморфизм стали, развил теорию термической обработки и признан основоположником научного металловедения. Существенное значение в развитие физико-химических исследований и классификацию сложных фаз в металлических сплавах внесли работы Н.С. Курнакова (1860–1941 гг.) и его учеников. Значительный вклад в развитие металловедения и производства высококачественных сталей до и после II-ой мировой войны сделали С.С. Штейнберг, Н.А. Минкевич, С.Т. Конобеевский, А.А. Байков, И.А. Одинг, С.И. Губкин, М.А. Павлов, И.П. Бардин, Г.В. Курдюмов, В.Д. Садовский, А.А. Бочвар и многих др. советские ученые.
Над технологией получения алюминия во второй половине ХIХ в. работал физико-химик Н.Н. Бекетов (1827–1911 гг.). Мировое признание в области создания легких высокопрочных сплавов для авиации и ракетной техники получил И.Н. Фридляндер (р. в 1913 г.).
А.М. Бутлеров (1828–1886 гг.) создал теорию химического строения органических соединений, послужившую научной основой для получения синтетических полимерных материалов. Величайший вклад в создание периодической системы элементов, а, следовательно, и в научное материаловедение внес Д.И. Менделеев (1834–1907 гг.). На основе работ С.В. Лебедева (1874–1934 гг.) впервые в мире было организовано промышленное производство синтетического каучука. Выдающиеся советские химики Н.Н. Семенов (1896–1986 гг.) и А.Н. Несмеянов (1899–1980 гг.) заложили научные основы создания многих полимерных материалов.
Среди известнейших зарубежных ученых и инженеров-металлургов, внесших существенный вклад в развитие теоретических исследований, создание и изучение различных материалов, необходимо отметить А. Ле-Шателье, Ф. Осмонда и П. Мартена (Франция); Г. Бессемера, У. Юм-Розери, Н. Мотта, У.Г. и У.Л. Брэггов (Англия); А. Мартенса, П. Геренса, М. Лауэ, П. Дебайя и Ф. Вёлера (Германия); Дж. В. Гиббса, Э. Бейна, Р. Мейла и Ф. Зейтца (США). В создание полимерных материалов крупный научный и технологический вклад внесли К. Циглер (Германия) и Д. Натта (Италия).