Тенденции и перспективы развития материаловедения

Тенденции и перспективы развития материаловедения

При создании новых изделий всегда ставится цель повышения эффективности и качества известных, существующих изделий: увеличение рабочих давлений, скорости и температуры, снижение массы изделий, приходящейся на единицу создаваемой или передаваемой мощности. В лучших образцах техники реализуются последние достижения науки. Работоспособность машин тесно связано с достижениями м amcpuai oeede ния.

Развитие многих областей современной техники связано применением высокопрочных материалов. В XX веке прочность основных материалов для машиностроения возросла в 8-10 раз, напряжения, при которых происходит разрушение высокопрочных сталей, превышает 103 МПа. Перед наукой стоит проблема сделать высокопрочные материалы такими же надежными и недорогими, как рядовые материалы.

Тенденция машиностроения к уменьшению эффективной массы изделий, т.е. массы, приходящейся на единицу мощности или производительности машин, обусловливает необходимость разработки материалов, в которых высокая прочность сочетается с малой плотностью.

Изучаются перспективы использования керамических деталей в двигателях внутреннего сгорания. Целью такого применения керамики является возможность повышения рабочий температуры в камере сгорания при одновременном снижении массы агрегата, что приводит к повышению коэффициента полезного действия двигателя.

Ужесточение технико-экономических требований к материалам и ограниченность сырьевых ресурсов обусловили рост потребления традиционных материалов на новом технологическом уровне - в сочетании с усиливающими их элементами из более прочных материалов. Такие материалы получили название композиционные. Использование их способствует повышению работоспособности техники, снижению себестоимости продукции, организации гибких производств. Но производство некоторых из этих материалов связано с опасностью для здоровья людей на рабочих местах, создает дополнительные проблемы зашиты окружающей среды. Поэтому важной задачей является разработка мероприятий, которые позволят извлчь максимальную выгоду из этого направления материаловедения при безопасности и экологичности производства.

Актуальной остается проблема зашиты материалов от химического взаимодействия с окружающей средой. Рост агрессивности окружающей среды приводит к увеличению затрат на ликвидацию последствий изнашивания материалов в машинах. Дчя принятия мер по стабилизации свойств материалов, для прогнозирования работоспособности механизмов и машин необходимо знать закономерности строения материалов, т.е. происходящие во времени изменения их структуры и свойств.

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

Материаловедение условно разделяют на две группы это теоретическое и прикладное.

Теоретическое материаловедение 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.

З адача прикладного материаловедения - определить оптимальные структуры и технологии переработки материалов при изготовлении конструкций, деталей машин и других технических изделий.

 

Темы самостоятельных работ (д/о. ОЗО, ЗУ формы обучения):

 

1. Материаловедение. Теоретические положения материаловедения Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Строение реальных металлов. Кристаллизация металлов. Методы исследования металлов.

2. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Диаграмма состояния двухкомпонентных сплавов.

3. Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства. Технологические и эксплуатационные свойства. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации пол и кристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация.

4. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом превращения в сплавах системы железо-цементит, превращения в сплавах системы железо-графит и влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов.

5. Термическая обработка металлов и сплавов. Определение и классификация. Термическая обработка сплавов, не связанная с фазовыми превращениями в твердом состоянии и с переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Термическая обработка сталей с эвтектоидным превращением.

6. Практика термической обработки сплавов. Основные виды термической обработки стали. Химико-термическая обработка стали и сплавов.

7. Конструкционные материалы: Конструкционная прочность материалов. Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность.

8. Материалы с особыми технологическими свойствами: Стали с улучшенной. Железоуглеродистые обрабатываемостью резанием, с высокой технологической пластичностью и свариваемостью сплавы с высокими литейными свойствами. Медь и ее сплавы.

9. Материалы с малой плотностью. Сплавы на основе алюминия. Сплавы на основе магния. Износостойкие материалы. Антифрикционные сплавы на основе свинца и олова (баббиты).

10. Материалы с высокой удельной прочностью: Титан и сплавы на его основе. Бериллий и сплавы на его основе Композиционные материалы.

11. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочий среды Коррозионно-стойкие стали. Жаростойкие и жаропрочные сплавы. Хладостойкие и радиационно-стойкие материалы.

12. Материалы с особыми физическими свойствами: Магнитные материалы.

13. Материалы с особыми физическими свойствами: Материалы с особыми тепловыми и упругими свойствами Проводниковые и полупроводниковые материалы.

14. Инструментальные материалы: Материалы для режущих и измерительных инструментов. Стали для инструментов обработки металлов давлением.

15. Древесина и волокна. Структура и свойства древесины. Физико-механические свойства древесины. Классификация и строение волокон. Основные технологические свойства волокон. Волокна растительного происхождения. Волокна животного происхождения.

16. Сырье. Природные каменные материалы и горные породы. Определение, классификация, методы изучения горных пород. Магматические горные породы. Осадочные горные породы. Метаморфические горные породы. Подготовка, переработка сырья и применение в строительной промышленности.

17. Полимеры и пластические массы. Типичные полимеры, эластомеры, термореактивные и термопластические пластмассы. Наполнители, структура и свойства полимеров. Классификация, структура, свойства и номенклатура конструкционных полимеров. Каким образом достигается улучшение свойств полимерных материалов Пленкообразующие материалы.

18. Керамика. Состав, строение, свойства керамики. Керамика на основе глины. Технические керамики, фарфоры. Их свойства и применения Технические жидкости и газы. Смазочные материалы, смазочно-охлаждающие и техночогические материалы.

19. Стекла. Состав, строение, свойства стекла. Основные (стеклообразуюшие) материалы и их влияние на характеристику стекла Стеклокристаллические (ситаллы) материалы. Технические стекла и стекловолокнистые материалы.

20. Композиционные и порошковые материалы. Состав, строение, классификация композиционных материалов. Композиционные материалы с металлической матрицей. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Конструкционные порошковые материалы.

21. Мебельные, строительные конструкционные и отделочные конструкционные материалы Критерии выбора материалов, достоинства и недостатки применяемых материалов. Ограничения и особенности совместного применения некоторых конструкционных материалов.

22. Автомобильные конструкционные материалы. Достоинства и недостатки применяемых в автомобильной технике материалов. Ограничения и особенности совместного применения некоторых конструкционных материалов.

23. Конструкционные материалы для бытовой техники. Материалы, применяемые в электротехнической, электронной и радиотехнической промышленности. Критерии выбора материалов. Ограничения и особенности совместного применения некоторых конструкционных материалов.

24. Натуральные и синтетические каучуки Зависимость резины от вида каучука и количества и вида наполнителей Производство резины и технология изготовления резиновых изделий. Резины общего назначения и специальные

 

 

Самостоятельная работа должна состоять из частей:

1. Титульный лист с указанием выбранной темы.

2. Содержание.

3. Вводная часть.

4. Пояснительная часть (записка) выбранной темы.

5. Выводы по теме.

6. Список использованной литературе по выбранной теме.

 

Объем самостоятельной работы должен быть не менее 10 страниц (размер шрифта не более «12»), на формате А41 (титульный лист, содержание, (в т.ч. рубрикатор) и список использованной литературы при выполнении самостоятельной работы). Графические части работы и схемы должны выполняться на ПК С выполненной контрольной работой необходимо сдать диск с полным описанием выбранной работы.

Номер выбираемой темы, самостоятельной работы должен совпадать с номером стчдента по табелю группы.

 

Литература, рекомендуемая ко всем темам:

1. Материаловедение - Учебник для вузов, Б.Н Арзачасов. - М. 2003 г.

2. Материаловедение - Учебник, Ю.Т. Чумаченко - Р, 2005 г.

3. Основы материаловедения - учебник для в\зов, И И Сидорин. - М.