Тема 1. Будова та властивості металів і сплавів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, молоді та спорту КРАЇНИ

Херсонська державна морська академія

Л. Л. Моісеєнко

ТЕХНОЛОГІЯ МАТЕРІАЛІВ

Навчально-методичний посібник

Для студентів заочної форми навчання

за напрямом підготовки:

Морський та річковий транспорт

Професійне спрямування: Судноводіння

Херсон – 2014

ББК 34.1я7

УДК 621.7 (075.3)

М74

Рекомендовано до друку Вченою радою Херсонської державної морської академії (протокол № 3 від 29.10. 2014)

Р е ц е н з е н т и:

В. Д. Михайлик

доктор технічних наук, професор Херсонського державного університету

А. В. Букетов

доктор технічних наук, професор Херсонської державної морської академії

Моісеєнко Л. Л.

М74 Т ехнологія матеріалів: Навчально-методичний посібник для студентів заочної форми навчання морських закладів освіти за напрямом: 6.070104 – Морський та річковий транспорт (професійне спрямування: Судноводіння) – Херсон: ХДМА, 2014. – 84 с., іл.

Начально-методичний посібник з курсу «Технологія матеріалів» призначений для студентів заочної форми навчання морських закладів освіти за напрямом підготовки: 6.070104 – Морський та річковий транспорт.

У посібнику наведені методичні рекомендації до вивчення теоретичного курсу, виконання лабораторних робіт та індивідуальних контрольних завдань, а також довідкові дані розповсюджених конструкційних матеріалів.

ББК 34.1я7

УДК 621.7 (075.3)

Ó Моісеєнко Л.Л., 2014 Ó ХДМА, 2014

Вступ

Важливу роль у професійній підготовці фахівців виконує курс "Технологія матеріалів", який вивчають у морських закладах освіти. Мета зазначеного курсу – надання курсантам міцних та глибоких знань з основ будови чорних і кольорових металів та інших конструкційних матеріалів, ознайомлення з їх властивостями, використанням в народному господар­стві, способами їх отримання та обробки.

Мету професійної підготовки сучасного фахівця формулюють як очікуваний результат – формування професійної компетентності. Професійну компетентність фахівця розглядають як інтегральну характеристику, яка визначає здатність розв’язувати професійні проблеми і типові професійні завдання, які виникають у реальних ситуаціях фахової діяльності з використанням знань, професійного і життєвого досвіду, цінностей і нахилів.

Компетентність – це, насамперед, підготовленість особистості до розв’язування проблемних задач за реальних нестандартних умов, які можуть бути щоразу іншими. Тобто розвиток компетентності нерозривно пов’язаний з проблемністю навчання та активною діяльністю курсанта. Важливим при цьому є те, що рівень складності завдань повинен відповідати можливостям курсанта, тобто завдання мають бути помірно складними. В інших випадках відбувається втрата курсантом інтересу і сформувати компетентність не вдається. Насамкінець слід пам’ятати, що розвиток компетентності курсанта відбувається лише у процесі його активної навчальної діяльності.

Міцному засвоєнню матеріалу цього курсу сприяє систематичне виконання курсантами лабораторних робіт, під час яких у курсантів закріплюються теоретичні знання, виробляються навички самостійної дослідницької роботи, вміння працю­вати із складним обладнанням та приладами.

Навчальний час, що відводиться на виконання лабораторних робіт, використовується з максимальною ефективністю, якщо курсанти готую­ться до них заздалегідь. Вони мають чітко уявляти собі мету кожної роботи, її теоретичні основи, будову і принцип дії лабораторного обладнання, яке використовуються в ро­боті. Тому, перш ніж допускати курсанта до виконання лабораторної ро­боти, доцільно перевірити за допомогою контролюючих пристроїв або шляхом опитування чи достатньо він підготувався теоретично та чи засвоїв правила техніки безпеки при виконанні експериментальних лабораторних досліджень.

Запропоновані методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт складені згідно з діючою програмою для курсантів за напрямами спеціальностей: 6.070104 – „Морський та річковий транспорт”.

Лабораторні роботи виконуються у спеціалізованій лабораторії технології матеріалів під керівництвом викладача та передбачають активну участь курсантів у проведенні експериментів. Перед проведенням експериментальної частини роботи курсант повинен одержати допуск, зміст якого визначається його попередньою підготовкою, та пройти інструктаж з техніки безпеки на робочому місці. Після цього курсант допускається до виконання лабораторної роботи.

Протягом лабораторного заняття курсант повинен виконати експериментальні дослідження, обробити результати дослідів згідно завданню та захистити виконану роботу. У звіті до лабораторної роботи креслення виконуються згідно вимогам ЄСКД, побудова графіків та діаграм здійснюється у відповідних системах координат з дотриманням масштабу, робляться обґрунтовані висновки згідно меті та завданню до роботи.

Попередження з техніки безпеки

1 При вмиканні живлення до металографічних мікроскопів, муфельних печей, твердомірів тощо на їх затисках виникає напруга 220 В, небезпечна для життя людини. До уваги: при відсутності індикаторної сигналізації людина може опинитися під дією електричного струму в наслідок випадкового дотику до оголених частин устаткування.

2 Приєднання устаткування до електричної мережі слід здійснювати тільки переконавшись у відсутності напруги живлення, після чого виконувати включення! Невиконання цієї вимоги може призвести до можливого враження електричним струмом.

3 Не можна залишати робоче місце під напругою! Порушення цієї вимоги створює умови виникнення можливості враження електричним струмом сторонньої людини при випадковому дотику її до оголених частин установки.

4 Після закінчення експерименту регулятори необхідно вставити у початкові положення і відключити напругу живлення!

5 Про будь-які відхилення режиму роботи устаткування необхідно повідомити викладачеві!

6 У разі враження електричним струмом потерпілому необхідно надати першу допомогу: негайно звільнити його від дії електричного струму шляхом відключення напруги живлення, здійснити непрямий масаж серця і виконати штучне дихання. Разом з тим, негайно викликати швидку медичну допомогу.

7 В процесі приготування шліфів і їх протравлення необхідно працювати, користуючись індивідуальними засобами захисту.

1 Методичні рекомендації до вивчення курсу

Розділ 1. ОСНОВИ Матеріалознавства

Тема 1. Будова та властивості металів і сплавів

Приступивши до вивчення цього розділу, перш за все, бажано ознайомитись із сутністю навчальної дисципліни «Технологія матеріалів», вкладом вітчизняної науки у цю галузь. Необхідно мати чітке і повне уявлення про роботи таких видатних вчених-металургів, як П. П. Аносов, Д. К. Чернов, Н. С. Курнаков, А. А. Бочвар та ін.

Метали – кристалічні тіла, тому спочатку необхідно вивчити будову і властивості кристалічних тіл, типи їх кристалічних решіток (граток) і розташування в них атомів. Необхідно засвоїти можливі дефекти будови реальних кристалів і їх вплив на властивості металів, а також характер кристалізації металів і сплавів.

Зважаючи на певний порядок розташування атомів у кристалічній гратці, властивості кристалічних тіл у різних напрямах будуть можуть бути різні. У зв'язку з цим слід добре з'ясувати поняття анізотропії, різні модифікації (алотропію) при зміні температури металів, а також критичні точки при нагріванні і охолодженні металів у твердому стані та при кристалізації з рідкого стану, взаємодії різних компонентів у сплавах (утворення твердих розчинів, хімічних сполук, механічних сумішей).

Необхідно засвоїти типи елементарних діаграм станів двокомпонентних систем, зрозуміти метод побудови діаграм, значення ліній на діаграмах, вміти визначати на них критичні точки; з'ясувати залежність властивостей сплаву від його складу (процентного змісту компонентів). Особливу увагу слід звернути на будову та призначення діаграми стану сплавів в системі залізо-вуглець.

Питання для самоперевірки

1 Що таке елементарна кристалічна решітка (гратка)? Типи елементарних кристалічних ґраток.

2 Що таке параметр кристалічної ґратки, координаційне число?

3 Суть металевого зв'язку між атомами кристалічної ґратки.

4 Природа та механізм кристалізації чистих металів.

5 Який існує зв'язок між числом центрів і швидкістю кристалізації залежно від ступеня переохолодження? Як впливає ступінь переохолодження на структуру металу при кристалізації?

6 Які перетворення називаються алотропними? Назвіть метали, що володіють алотропними перетвореннями.

7 Криві кристалізації і перекристалізації при охолодженні чистого заліза. Які при цьому відбуваються перетворення? Їх суть?

8 Що таке металевий сплав? Назвіть типи взаємодії двох компонентів при кристалізації сплавів.

9 Перерахуйте дефекти будови кристалічних ґраток. Чим вони викликані? Їх вплив на властивості металів.

10 Який вплив на властивості сплаву має його хімічний склад?

11 Яке призначення має діаграма стану сплавів в системі залізо-вуглець та як нею користуватися?

12 Як за діаграмою стану залізо-вуглець визначають температури плавлення, температури кристалізації, фазову структуру сплаву, температури фазових перетворень, інтервал за гартувальних температур?