Ученые внесшие вклад в развитие металлургии

для студентов специальности «Торговое оборудование и технологии» (1-36 20 03)

7 сен	Лекция 1	Введение. Задачи курса. Роль материалов в современной технике…
8 сен	Лекция 2	Структурные методы исследования. Типы кристаллических решеток, особенности строения реальных металлических материалов.
14 сен	Лекция 3	Дефекты кристаллического строения. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов.
21 сен	Лекция 4	Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния.
22 сен	Лекция 5	Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов.
28 сен	Лекция 6	Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства.
5 окт	Лекция 7	Механические свойства (продолжение).Технологические и эксплуатационные свойства.
6 окт	Лекция 8	Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация
12 окт	Лекция 9	Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо – углерод.
19 окт	Лекция 10	Стали. Классификация и маркировка сталей.
20 окт	Лекция 11	Чугуны. Диаграмма состояния железо – графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов.
26 окт	Лекция 12	Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали.
2 ноя	Лекция 13	Основы теории термической обработки стали (продолжение).
3 ноя	Лекция 14	Технологические особенности и возможности закалки и отпуска.
9 ноя	Лекция 15	Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация
16 ноя	Лекция 16	Методы упрочнения металла.
17 ноя	Лекция 17	Конструкционные материалы. Легированные стали.
23 ноя	Лекция 18	Конструкционные стали. Классификафия конструкционных сталей.
30 ноя	Лекция 19	Инструментальные стали. Стали для режущего инструмента.
1 дек	Лекция 20	Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы
7 дек	Лекция 21	Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь и ее сплавы
14 дек	Лекция 22	Цветные металлы и сплавы. (продолжение)
15 дек	Лекция 23	Неметаллические материалы Полимеры, пластмассы, стекла
21 дек	Лекция 24	Неметаллические материалы (продолжение)
28 дек	Лекция 25	Композиционные материалы. Материалы порошковой металлургии: пористые, конструкционные, электротехнические
29 дек	Лекция 26	Композиционные материалы. (продолжение). Заключение.

Введение. Задачи курса. Роль материалов в современной технике. Работы отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения. Классификация технических материалов. Критерии оценки и выбора материала.

Материаловедение – дисциплина изучающая строение и свойства металлов и сплавов.

Цель дисциплины – изучение закономерностей формирования структуры и свойств материалов методами их упрочнения для эффективного использования в технике. Основная задача дисциплины – установить зависимость между составом, строением и свойствами (металлов), изучить термическую, химико-термическую обработку и другие способы упрочнения, сформировать знания о свойствах основных разновидностей материалов.

Особенно интенсивно развивается металловедение в последние 10-20 лет. Основными направлениями в развитии металловедения является разработка способов производства чистых и сверхчистых металлов, свойства которых сильно отличаются от свойств металлов технической чистоты. Большое внимание уделяется изучению металлов в экстремальных условиях (низкие и высокие температуры и давление).

Важное значение для повышения эффективности производства в нашей стране является использования новых материалов взамен традиционных (металлических) – пластмасс, керамики, материалов порошковой металлургии, особенно композиционных материалов, что экономит дефицитные металлы, снижает затраты энергии на производство материалов, уменьшает массу изделий.

ЛОМОНОСОВ Михаил Васильевич (1711-1765) – великий русский ученый, уделял значительное внимание развитию в России геологии и минералогии, придавая важное значение развитию русского металлургического производства. В 1763 опубликовал руководство «Первые основания металлургии или рудных дел», в котором подробно рассмотрел свойства различных металлов и практически применяемые способы их получения.

Создание научных основ металловедения принадлежит Чернову Дмитрию Константиновичу (1839-1921), российскому ученому, основоположнику металловедения и теории термической обработки стали. Он открыл критические точки фазовых превращений стали, установил влияние термической обработки стали на ее структуру и свойства, создал стройную теорию кристаллизации стального слитка и т.д.

Другой известный ученый, российский металлург – АНОСОВ Павел Петрович (1799-1851) известен работами по высококачественной литой стали. Создал новый метод ее получения, объединив науглероживание и плавление металла. Раскрыл утерянный в средние века секрет изготовления булатной стали. Автор книги «О булатах» (1841). Впервые применил микроскоп для исследования строения стали (1831).

Гиббс Джозайя Уиллард (1839-1903) – американский физик-теоретик, один из создателей термодинамики и статистической механики, изложивший основные законы фазового равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах термодинамики.

ЛАУЭ Макс фон (1879-1960) - немецкий физик в 1912 г (Нобелевская премия (1914)) разработал теорию дифракции рентгеновских лучей на кристаллах и предложил метод, с помощью которого она была открыта, поэтому стало возможным определение атомного строения фаз.

БЕССЕМЕР Генри (1813-1898) - английский изобретатель. Первым разработал (патент 1856 года) конвертерный способ передела чугуна в сталь (бессемеровский процесс).

ЛЕДЕБУР Альфред (1837-1906) - немецкий металлург. Разработка теории закалки стали.

МАРТЕН Пьер (1824-1915) - французский металлург. Разработал способ получения литой стали в пламенной регенеративной печи (1864).

В общем случае классификация материалов включат в себя три основных разновидности материалов: металлические материалы, неметаллические материалы, композиционные материалы.

1 Металлические материалы принято классифицировать по основному компоненту. Различают черную и цветную металлургию (черные и цветные металлы).

- металлы группы железа (железо, кобальт, никель);

- урановые металлы – актиноиды (уран, плутоний, торий);

К материалам цветной металлургии принадлежат важнейшие цветные металлы (особенности цветной окрас – красный желтый, низкая твердость низкая температура плавления, высокая пластичность) – алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово и сплавы на их основе.

К металлическим материалам относятся и материалы порошковой металлургии.

2 Неметаллические материалы различают по основным классам: резина, керамика, стекло, пластические массы, ситаллы.

3 Композиционными материалы - сложные или составные материалы, состоящие из двух разнородных материалов (например: стекла и пластмассы - стеклопластики) принято классифицировать по типу структуры, материалу матрицы, назначению и способу изготовления.

Материалы классифицировуют по назначению: материалы приборостроения, машиностроительные материалы, и более подробно, например, стали для судостроения или мостостроения. По типу структуры: аморфные, кристаллические, гетерофазные. По геометрическим признакам (по виду полуфабрикатов): листы, профили, гранулы, порошки, волокна и т.п..

При выборе материала для той или иной детали или конструкции учитывают потребности техники, стоимость (рис. 1.1), распространение в природе.

Исторически наиболее важными были металлы и сплавы, в первую очередь стали и чугуны, медь.

Содержание металлов и элементов в Земной коре: медь 0,01 %, серебро =4×10^-6 %, олово =6×10^-4%, титан =0,58 %, магний =1,94 %, золото =5×10^-7%, бериллий = 5×10^-4%, цинк = 2×10^-2 %, железо =4,7 %, алюминий =7,5 %, кремний =25,7 %, свинец =8×10^-4 %, хром =3,3×10^-2 %, никель = 1.8×10^-2 %.

Элементы, преимущественно металлические, находятся в Земной коре в виде окислов, нитридов, гидридов и т.п., для превращения минерального сырья в полуфабрикакты необходимы значительные затраты энергии и дополнительных видов минералов и веществ. Наименьшими потерями среди технических материалов обладает производство стали и чугуна. Мировой объем производства основных материалов составляет: стали ~ 700 мл. тон, конструкционного чугуна ~ 46 мл.тонн, пластических масс ~ 100 мл. тонн, конструкционных стекла и керамики ~ 180 мл.тонн. Однако необходимо отметить, что плотность пластмасс в 2-3 раза ниже, чем металлов, и в объемных процентах пластмасс выпускается в 2 раза больше других материалов.Среди металлических материалов мировой объем производства следующий: алюминий ~ 12 мл.тонн, медь ~ 7 мл.тонн, цинк ~ 4 мл.тонн, свинец ~ 4 мл.тонн, никель ~ 0,5 мл.тонн.

Рисунок 1.1 - Зависимость цены химических элементов от обьемов их производства (данные 80-х)

Относительная стоимость элементов: железо – 1, алюминий – 6, кобальт – 35; вольфрам – 120; золото –11000.

Если судить по параметрам удельной прочности и энергозатратам производства материала и др., то одним из наиболее перспективных элементов для использования в технике является алюминий.