Основы материаловедения. Учебник для вузов. Под ред. И. И. Сидорина. М., «Машиностроение», 1976. 436 с.




В учебнике изложены основные закономерности формирования структуры кристаллических материалов и научные основы термической и химико-термической обработки металлов и сплавов. Значительное место отведено свойствам, оптимальной термической обработке и рациональному применению материалов, используемых в технике. Рассмотрены конструкционные материалы с заданными механическими свойствами на основе черных и цветных металлов, а также полимеров; материалы с особыми свойствами: повышенной износостойкости, корро-зионностойкие, жаростойкие и жаропрочные, тугоплавкие; материалы атомной техники; материалы с определенным комплексом магнитных, тепловых и упругих свойств, а также с особыми электрическими свойствами — проводники, полупроводники и диэлектрики. Материаловедением называют прикладную науку о строении и свойствах технических материалов, основная задача которой — установление связи между составом, структурой и свойствами.
С развитием техники расширяется перечень используемых материалов; наряду с традиционными материалами, обеспечивающими определенный комплекс механических и технологических свойств, появились новые материалы, которые обладают рядом особых свойств, требующихся в отдельных отраслях народного хозяйства. В их числе: магнитные, теплопрочные и тугоплавкие, спеченные порошковые материалы; полупроводниковые материалы; материалы атомной техники; композиционные материалы; сверхпроводники; высокочастотные полимерные диэлектрики; стеклопластики; ситаллы и др.
Для большинства технических материалов как металлических, так и_неметаллических характерно кристаллическое состояние. Это позволяет с единых позиций рассмотреть закономерности формирования кристаллической структуры и свойств, определяемых природой связи между атомами.
Связь между составом и кристаллической структурой, с одной стороны, и свойствами, с другой, создает возможность не только улучшения свойств уже имеющихся материалов посредством корректировки химического состава и внешних воздействий, влияющих на структуру (теплового, пластического деформирования и др.), но и создания принципиально новых материалов с особыми свойствами. Трудно переоценить в этом отношении роль новых методов исследования кристаллической структуры материалов таких как электронномикро-скопическое исследование на просвет, нейтронографию и других, позволяющих установить детали кристаллической структуры материалов Развитие тонких новых методов исследования кристаллической структуры создает научную основу для изыскания новых материалов разработки новых технологических процессов. Необходимость в ноых материалах диктуется научно-техническим прогрессом, которыйвыдвигает новые требования к их свойствам, вследствие неуклонного повышения рабочих параметров машин и приборов.
Рациональный подбор материала и совершенствование технологических процессов их обработки обеспечивает надежность конструкций, снижает себестоимость и повышает производительность труда.
Большой вклад в развитие науки- о материалах внесли русские и советские ученые. Д. К- Чернов (1839—1921 гг.), открывший полиморфизм стали, всемирно признан основоположником научного металловедения. Большое значение в развитии методов физико-химического исследования и классификации сложных фаз в металлических сплавах имели работы Н. С. Курнакова (I860—1941 гг.) и его учеников. Разработка теории и технологии термической обработки стали связана с -именами С. С. Штейнберга (1872—1940 гг.), Н. А. Мин-кевича (1883—1942 гг.). Исследованию механизма и кинетики фазовых превращений в металлических сплавах посвящены работы крупных советских ученых С. Т. Конобеевского, Г. В. Курдюмова, В. Д. Садовского, А. А Бочвара, С. Т. Кишкина, Н. В. Агеева и ряда других.
Работы крупнейшего химика А. М. Бутлерова (1828—1886 гг.), создавшего теорию химического строения органических соединений, создали научную основу для разработки синтетических полимерных материалов. На основе работ С. В. Лебедева впервые в мире было создано промышленное производство синтетического каучука. Большое значение для развития полимерных материалов имели структурные исследования В. А. Каргина и его учеников. В природе существуют две разновидности твердых тел, различающиеся по своим свойствам — кристаллические и аморфные.
Кристаллические тела при нагреве остаются твердыми, т. е, сохраняют приданную им форму, до вполне определенной температуры, при которой они переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Причем, переход из одного состояния в другое протекает изотермически (рис. 1) при определенной температуре плавления.
Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. На кривой охлаждения нельзя отметить этот интервал превращений.
Кристаллическое состояние твердого тела обладает меньшим термодинамическим потенциалом и более стабильно, чем аморфное.
Аморфное состояние можно рассматривать, как переохлажденную жидкость с сильно пониженной подвижностью частиц. Его можно зафиксировать во многих органических и неорганических веществах ускоренным охлаждением из жидкого состояния. Однако при повторном нагреве, длительной выдержке при комнатных температурах, а в некоторых случаях, при деформации, нестабильность аморфного твердого тела проявляется в частичном или полном переходе в кристаллическое состояние.