ТЕМА: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАУКИ. ЦЕЛИ И ПЕРСПЕКТИВЫ. Лекция 1

ТЕМА: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАУКИ. ЦЕЛИ И ПЕРСПЕКТИВЫ.
Лекция 1
1.1. История становления материаловедения как научной области
Материаловедение - это наука о взаимосвязи электронного строения, структуры
материалов с их составом, физическими, химическими, технологическими и
эксплуатационными свойствами.
Объектом изучения материаловедения являются металлы, сплавы, стеклообразные и
керамические мат-лы, композиционные мат-лы.
Основной задачей м-ведения явл. экспериментальное изучение зависимостей
физических свойств мат-лов от структуры мат-лов, фазового состава, особенностей
электронной подсистемы мат-ла.
Материаловедение является основой для изучения многих специальных дисциплин.
Огромным событием для человека и человечества было открытие металлов. У людей
появился материал, которым можно обрабатывать другие материалы и который можно
использовать для создания материальных ценностей.
Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других
материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.
Возможно, что впервые люди обратили внимание на металлы благодаря их
внешнему виду: блеску, цвету. Осваивая металлы, открывая для себя их важные
физические качества, такие, как прочность, масса, сохранение той или иной формы, люди
обнаружили, что медь, бронза, железо устойчивы к физическим воздействиям, а
предметы, выполненные из них, надежно выполняют свое предназначение.
Ранее других металлов были открыты золото, серебро и медь, так как они
встречаются на поверхности земли в самородном состоянии. Их легко обрабатывать в
холодном виде. Для воздействия на них требуются невысокие температуры. Позже были
обнаружены легко выплавляемые из руд свинец, олово, ртуть и железо. Длинный путь
освоения металлов был процессом подготовки к производству железа, этот путь
протянулся до нашего времени Открытие металлов было очень важным событием.
Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный
века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках
металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в
повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.
Древние люди считали, что металлы имеют таинственную связь с небесными
светилами, потому и тех и других в древности было известно по семи. В древних книгах
металлы часто именуются названиями планет: золото — Солнцем, серебро — Луной, медь
— Венерой, олово — Юпитером, свинец — Сатурном, железо — Марсом, ртуть —
Меркурием. Отголоски этих названий живы до сих пор. Например, кристаллическая
уксуснокислая соль меди называется Венерины кристаллы, отравление свинцом —
«сатурнизмом» и т.д.
В середине XV века были открыты цинк, висмут, сурьма. В начале XVIII — мышьяк,
остальные металлы были открыты еще позднее. Алюминий был открыт в 1827 году, а в
промышленность он вошел только с 20-х годов XX века.
Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предопределяющим
их широкое применение в технике. В наше время существует немного отраслей
производства, где не применялись бы металлы. Из металлов производят машины, станки,
инструменты, бытовые вещи. Материалы обладают отличающимися друг от друга
свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. В
связи с этим материаловедение как наука занимается изучением строения материала в
тесной связи с их свойствами.
1
Создание научных основ металловедения по праву принадлежит. Чернову Д.К.,
который установил критические температуры фазовых превращений в сталях и их связь с
количеством углерода в сталях. Этим были заложены основы для важнейшей в
металловедении диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.
Великий русский металлург Аносов П.П. впервые применил микроскоп для
исследования структуры металлов. Ему принадлежит приоритет в создании легированных
сталей. Разработал теорию и технологию изготовления клинков из булатной стали. Из его
работ стало ясно, что так называемый булатный узор на поверхности стали,
непосредственно зависит от ее внутренней структуры.
Определение атомного строения фаз стало возможным после открытия Лауэ (1912 г),
показавшего, что атомы в кристалле регулярно заполняют пространство, образуя
пространственную дифракционную решетку, и что рентгеновские лучи имеют волновую
природу. Дифракция рентгеновских лучей на такой решетке дает возможность
исследовать строение кристаллов.
Основными направлениями в развитии металловедения является разработка
способов производства чистых и сверхчистых металлов, свойства которых сильно
отличаются от свойств металлов технической чистоты, с которыми преимущественно
работают.
До настоящего времени основной материальной базой машиностроения служит
черная металлургия, производящая стали и чугуны. Эти материалы имеют много
положительных качеств и в первую очередь обеспечивают высокую конструкционную
прочность деталей машин. Однако эти классические материалы имеют такие недостатки
как большая плотность, низкая коррозионная стойкость. Потери от коррозии составляют
20% годового производства стали и чугуна. Поэтому, по данным научных исследований,
через 20…40 лет все развитые страны перестроятся на массовое использование
металлических сплавов на базе титана, магния, алюминия. Эти легкие и прочные сплавы
позволяют в 2-3раза облегчить станки и машины, в 10 раз уменьшить расходы на ремонт.
Важное значение имеет устранение отставания нашей страны в области
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.
Расчетами установлено, что замена ряда металлических деталей легкового
автомобиля на углепластики из эпоксидной смолы, армированной углеродными
волокнами, позволит уменьшить массу машины на 40%; она станет более прочной;
уменьшится расход топлива, резко возрастет стойкость против коррозии.
1.2. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Целью изучения дисциплины является научить будущих учителей «Технологии»
применять основные методы управления конструкционной прочностью материалов и
проводить обоснованный выбор материала для изделий с учетом условий их
эксплуатации.
Для достижения поставленной цели при изучении дисциплины решаются следующие
основные задачи:
 приобретение знаний по оценке технических свойств материалов, исходя из
условий эксплуатации и изготовления изделия;
 ознакомление
со способами упрочнения материалов, обеспечивающими
надежность изделий и инструментов;
 ознакомление с основными группами современных материалов, их свойствами и
областью применения.
2
Материаловедение подготавливает студента к освоению специальных дисциплин
изучающих основные производственные технологии и процессы.
Знание основ материаловедения необходимо инженеру, работающему в сфере
эксплуатации современных машин и конструкций.
3