МУСРСМВ. Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения

• Название: Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения
• Дата: 16.06.2022
• Размер: 1.16 Mb.
• Имя файла: МУСРСМВ.docx
• Тип: Методические указания; #595944
• страница: 6 из 7

Вариант 10
1. Дайте определение раздела «Металловедение». Укажите его цели и задачи. Покажите историю его становления. Какими историческими вехами обусловлено возникновение «Металловедения». Раскройте смысл теоретического и прикладного металловедения.

2. Обоснуйте, можно ли повысить твердость олова пластической деформацией при комнатной температуре.

3. Начертите упрощенный вариант диаграммы состояния железо - цементит с обозначением всех температурных точек и областей соответствующих структурных составляющих сталей и чугунов. Рассмотрите формирование структуры при охлаждении жидкого сплава, с концентрацией углерода 4,31 % (нарисуйте кривую охлаждения с обозначением структуры сплава между точками перегибов). При температуре 1200 °С для этого сплава между линиями ликвидуса и солидуса по правилу отрезков определите концентрацию углерода в твердой и жидкой фазах и их количество. Укажите конечную структуру сплава и области его применения. Что такое цементит? Укажите его структуру, температуры образования, концентрацию углерода, свойства.

4. Объясните, у какой из поковок из стали 50, подвергнутых: одна − полному отжигу, а вторая – нормализации, будет ниже твёрдость и почему.

5. Лаки и эмали: состав, структура, получение, свойства и применение.

6. Термомагнитные сплавы: компенсаторы и термаллои: состав, структура, свойства и применение.

7. Гетероядерные материалы на основе соединений типа А^IIIB^V и (кристаллические и аморфные): состав, нахождение в природе, получение, физические и химические свойства и области применения.

8. Охарактеризуйте коррозионные свойства цинка, кадмия и их сплавов.


Приложение 1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ИХ ФОРМУЛИРОВКИ
1. Материя - объективно существующая реальность, в виде различных форм и уровней организации объектов окружающего нас Мира, характеризуемая массой и энергией, а также другими производными характеристиками (дискретностью и непрерывностью, пространственной размерностью, временными формами движения, типами связей элементов, образующих конкретную материальную форму, их структурой т. д.)

2. Поле - это форма существования материи, которая характеризуется, прежде всего, энергией, а не массой, хотя и обладает последней. В результате, важнейшим его свойством является континуальность,то есть непрерывность в пространстве.

3. Вещество - форма существования материи, которая характеризуется массой покоя и, следовательно, дискретностью (прерывностью в пространстве), то есть возможностью существования в виде индивидуальных частиц (тел) вещества.

4. Веществохимическое - вещественный уровень организации материи в виде химического (гомо- или гетероядерного) соединения атомов молекулярного и немолекулярного типа, построенный из не менее двух атомных ядер (атомных остовов), связанных обобществленными электронами (то есть, химической связью). Специфика структуры различных химических веществ в первую очередь определяется спецификой преобладающего типа химической связи в них.

5. Вещество химическоемолекулярное-химическое соединение дальтонидного (прерывного) типа, с ограниченным (конечным) числом ядер или атомных остовов (элементов) в их структуре, вследствие преобладания ковалентной компоненты химической связи между ними над ионной или металлической.

6. Молекула - гомо- или гетероядерное индивидуальное химическое соединение, в виде электронейтральной частицы постоянного состава, ядра (атомные остовы) которого связаны химической связью с преобладанием ковалентной компоненты (степени ковалентности) над любой другой.

7. Макромолекула - индивидуальное химическое соединение ядер или атомных остовов химическими связями (обобщенными электронами) со степенью ковалентности порядка 50 % и более в количестве, достаточном для проявления комплекса физико-химических свойств (как для самого ВМС, так и для полимерной системы в целом), который остается практически неизменным при добавлении или удаление одного или нескольких составных звеньев.

8. Вещества неметаллические (неметаллы, неметаллические материалы) - это низко- (моно-), олиго- (средне-) и высоко- (макро-) молекулярные гомо- и гетероядерные химические соединения и материалы на их основе типа: кислорода, оксида водорода, масел, органических и неорганических полимерных материалов (совокупность индивидуальных олиго- и макромолекул, связанных межмолекулярным взаимодействием) и керамических материалов (оксидных, карбидных, нитридных и т. д.).

9. Вещество химическое немолекулярное - химическое соединение бертоллидного (непрерывного) типа с неограниченным (бесконечным) числом ядер в их структуре, вследствие преобладания ионной или металлической компонент химической связи между ними над ковалентной.

10. Вещества металлические (металлы, металлические материалы) - немолекулярные гомо- и гетероядерные химические соединения и материалы на их основе с преобладанием в них металлической компоненты связи над ковалентностью (и ионностью) в виде кристаллических тел, характеризуемые комплексом специфических свойств (высокая электро- и теплопроводность, положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, непрозрачность и металлический блеск, способность к пластической деформации, ковкость).

11. Химическое соединение гомоядерное - химическое вещество, построенное из одинаковых ядер или атомных остовов (например, Н-Н).

12. 
    Химическое соединение гетероядерное – химическое вещество, построенное из разных ядер или атомных остовов (например, Н-О-Н).
    

13. Атомный остов - ядро с частью электронной оболочки атома, не принимающей участия в образовании химической связи (необобществленные электроны в совокупности с ядром).

14. Вещество физическое - другие уровни организации вещественной материи (элементарное, атомное и т. д.), специфика структуры которых определяется физическими типами взаимодействий (ядерные силы – сильное взаимодействие, электромагнитное, гравитационное и слабые взаимодействия).

15. Вещество биологическое - биологический уровень организации вещественной материи (клетки и другие вещества биосферы и т. д.)

16. МАТЕРИАЛ –

1. В широком смысле: любая форма материи (поле и вещество) или уровень организации (вид) вещества, который может быть использован или используется природой и человеком для получения других его видов и форм в эволюционных процессах, с целью реализации конкретной практической задачи, необходимости в целом и т. д.

2. В более узком практическом смысле: вид вещества или совокупность нескольких его типов (фаз) в виде одной материальной системы (материального тела), предназначенного для получения продукции в виде сырья, изделия или конструкции.

17. 
    Материальное тело - ограниченная часть пространства, содержащая определенное вещество (совокупность веществ или материальных объектов в целом), включая её границу.
    
18. 
    Продукция - конечный результат человеческой деятельности на данном конкретном этапе осуществления обучения, исследования, технологического процесса синтеза, технологической обработки или переработки материала и т. д.
    
19. 
    Сырье - вид вещественной материи, предназначенный для дальнейшей переработки или использования в виде элемента соответствующего изделия или конструкции.
    

20. Изделие - материальный продукт или предмет человеческой деятельности (вещь или товар) с конкретной функциональной направленностью и областью использования.

21. Конструкция - состав и взаимное расположение частей - «элементов» (изделий) какого либо построения, сооружения, механизма, а также само такое построение, сооружение, механизм или устройство.

22. 
    Предмет: –
    

1. Всякое материальное явление, вещь.

2. Наука или раздел науки, а также круг каких либо знаний как особой учебной дисциплины.

22. 
    Вещь – отдельный предмет, изделие.
    
23. 
    Металлические материалы - вещества или материальные тела (обычно кристаллические) и системы на основе металлических соединений, находящиеся в твердом или жидком (расплав) конденсированном состоянии:
    

25. Полимерные материалы - аморфные или кристаллические вещества или материальные тела и системы на основе совокупности ковалентных олиго- и высокомолекулярных соединений, связанных между собой межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми и (или) водородными связями, находящиеся в твердом или жидком (расплав или раствор) конденсированном состоянии.

26. Керамические материалы - поликристаллические тела (или композиционные системы, образуемые на основе кристаллической и аморфной фаз), получаемые спеканием (отверждением) порошков природного (например, глинистых алюмосиликатов) или искусственного происхождения (оксиды, карбиды, нитриды и т. д.), находящиеся в твердом конденсированномсостоянии.

27. Композиционный материал –

1. Гетерогенная система, состоящая из двух или большего числа фаз, имеющих различную физико-химическую природу, для которой характерно наличие развитых внутренних поверхностей раздела, градиентов концентраций и внутренних напряжений.

2. Системы, образованные объемным сочетанием двух или большего числа химически разнородных компонентов с четкой границей между ними.

3. Композит - это материал с объемным сочетанием разнородных по форме и свойствам двух и более материалов (компонентов), с четкой границей раздела, характеризуемый преимуществами каждого из компонентов и проявляющий новые свойства, обусловленные граничными процессами.

28. Функциональный материал – это любой вид материала, характеризующийся наличием одного или нескольких специфических свойств (механических, физических, химических, биологических и т. д.), определяющих область его преимущественного практического применения.

29. Конструкционный материал - любой вид материала, предназначенный для изготовления изделия, деталей машин и приборов, а также конструкций в целом, подвергающиеся механическим нагрузкам.

30. Технология (от греч. - искусство, мастерство, логос) - совокупность методов получения, обработки и переработки определенного материального продукта, изделия, сырья, материала и т. д., а также наука, изучающая вышесказанное и оптимизирующая эти процессы.

31. Технологичность материала – способность к переработке в конечную деталь, изделие или конструкцию с минимальной трудоемкостью.

32. СОСТАВ - совокупность частей (предметов, вещей, веществ и т. д.) материальной системы, образующих единое целое.

В химических веществах их состав (гомо- и гетероядерный) определяет набор возможных типов химической связи (компонент) присутствующих вэтих двух исходных классах соединений, через наличие в них соответственно двух или трех компонент (металло-ковалентный и металло-ионно-ковалентный).

33. Составные части (структурные элементы) материальной системы микромира - «статическая» часть в виде «макроэлемента» (например, ядро или атомный остов в структуре химического вещества) или собственно элемент и «динамическая» связывающая часть (связь) в виде «микроэлемента» (например, обобществленные валентные электроны в структуре химического вещества) их структуры.

34. СВЯЗЬ (в материальных объектах) - тип взаимодействия между элементами структуры материала или другой материальной системы (механический, химический, физический и т. д.).

35. Связь механическая- ограничения, налагаемые на положение элементов механической материальной системы в процессе их контактного взаимодействия (например, различные варианты механической связи волокон в конкретном тканом материале).

36. Связь химическая - обменно-электростатическое взаимодействие атомных остовов (ядер) через обобществленные электроны в химических соединениях атомов (химических веществах), возникающее при перекрывании их электронных оболочек, обмене и обобществлении электронов.

37. Степень обобществления электронов (СОЭ) – фундаментальная интегральная характеристика химического взаимодействия, объединяющая три предельных типа химической связи. СОЭ может изменятся в интервале от 0 до 100 % или от 0 до ∞, но не может быть равной нулю. В результате, основное условие существования химического взаимодействия (химической связи): СОЭ ≠ 0.

В свою очередь, исходя из наличия трех предельных фундаментальных типов химического взаимодействия, характера распределения электронной плотности в межъядерном пространстве (специфики её локализации или делокализации: смещения центра тяжести, изменения электронной плотности и характера её распределения вдоль межъядерной оси и в перпендикулярном направлении) в реальных (промежуточных) связях и соединениях определяется наличием и соотношением двух или трех фундаментальных компонент: ковалентной, металлической и ионной. В гомосвязях: ковалентной и металлической и в гетеросвязях:ковалентной, металлической и ионной.

38. Ковалентность –

1. Тенденция (способность) обобществленных электронов к локализации в межъядерном пространстве на линии соединяющей центры ядер или атомных остовов (ось Y),приводящая к их концентрации и увеличению электронной плотности на этой линии и росту ковалентности гомо- или гетеросвязи;

2. Соответствующая химическая компонента (степень ковалентности) гомо- и гетероядерного химического взаимодействия, выражаемая в %.

39. Металличность –

1. Тенденция (способность) обобществленных электронов к делокализации - смещению в межъядерном пространстве в направлении перпендикулярном линии соединяющей центры ядер (ось X),приводящая к разряжению электронной плотности и росту металличности гомо- или гетеросвязи;

2. Соответствующая химическая компонента (степень металличности) гомо- и гетероядерного типа химического взаимодействия, выражаемая в %.

40. Ионность –

1.Тенденция (способность) обобществленных электронов к локализации - смещению в межъядерном пространстве вдоль линии, соединяющей центры ядер или атомных остовов (ось Y) в сторону более электроотрицательного элемента, приводящая к их концентрации и увеличению электронной плотности в области приближенной к нему;

2. Соответствующая химическая компонента (степень ионности) гетероядерного типа химического взаимодействия, выражаемая обычно в %.

41. Промежуточные (смешанные или переходные) химические связи - химические взаимодействия, существующие в реальных индивидуальных химических веществах, характеризуемые наличием в них и соответствующим соотношением (в %) двух (гомоядерная связь) или трех (гетероядерная связь) фундаментальных компонент: ковалентной, металлической и ионной. Преобладание одной из трех компонент связи позволяет разделить их и соединения на их основе на три основных группы: ковалентная, металлическая и ионная. Но и при этом учет влияния других компонент на длину, энергетику связи и т. д. необходим.

42. Связь межмолекулярная, внутримолекулярная и ван-дер-ваальсовая - представляющая в общем виде взаимодействие остаточное (вторичное) от химического как совокупность трех компонент (ориентационной, индукционной и дисперсионной) для гетероядерных и одной компоненты (дисперсионной) для гомоядерных молекулярных соединений. Отличаются от химических механизмом взаимодействия, меньшей энергетикой и большим дальнодействием.

43. Связь водородная - особый вид межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействия, определяемый способностью ядра водорода (находящегося в составе одного химического соединения) к связыванию электроотрицательных ядер (или атомных остовов типа, О, N или F) других химических веществ. Наиболее ярким примером их влияния на свойства материала является дерево, построенное из природного жесткоцепного полимера в виде макромолекул целлюлозы, связанных водородным взаимодействием.

44. 
    Связь физическая - межатомная ван-дер-ваальсовая (дисперсионная). К физическим типам связи следует отнести также ядерные силы (сильноевзаимодействие), электромагнитное, гравитационное и слабые взаимодействия.
    

45.СТРУКТУРА (от лат.structura - строение, расположение, порядок) - взаимное расположение и связь составных частей (элементов) или внутреннее устройство материала или какой либо другой целостной материальной системы (атома, молекулы, материала и т. д.).

46. Микроструктура тонкая электронно-ядерная (химическая) - определяющая характер расположения ядер (атомных остовов) и обобществлённых электронов между ними. Размеры элементов тонкой структуры равны от 1 до 5 Å.

47. Микроструктура тонкая молекулярная химическая с размером элементов от 5 до 10 Å.

48. Микроструктура наноуровня с размером элементов от 10 до 10000 Å.

49. Мезоструктура с размером элементов от 10⁴ – 10⁷ Å.

50. Макроструктура с размером элементов от 10⁷ – 10⁹ Å.

51. Элементы химической структуры- атомное ядро или атомный остов и обобществленные электроны, определяющие специфику строения химических веществ.

52. Структура химическая (химическое строение) - пространственное расположение химических элементов (в виде атомных ядер или остовов) и характер распределения между ними обобществленных электронов в конкретном химическом веществе.

53. Химический элемент - составная часть структуры (строения) химического вещества, объединяемая посредством любого типа химической связи (или их совокупности) в соответствующую целостную материальную систему. В металлических, ковалентных - молекулярных (полимерных, керамических и т. д.) и ионных (соли) материалах химическими (первичными) элементами их структуры являются атомные остовы или ядра (катионы и анионы), связанные обобществленными электронами. Вторичными элементами структуры молекулярных химических веществ являются агрегаты, ассоциаты, конгломераты в виде соответствующих надмолекулярных (физических) структур, а в металлах в виде соответствующих кристаллитов или зерен.

54. Кристаллические вещества (тела или материалы) – химические и физические соединения, характеризуемые дальним порядком в расположении элементов их структуры (атомных остовов, молекул и т. д.).

55. Аморфные вещества (тела или материалы) - химические и физические соединения, характеризуемые ближним порядком расположения элементов их структуры (атомных остовов, молекул и т. д.).

56. Фаза - однородная (гомогенная) составная часть системы, имеющая одинаковые структурные характеристики и свойства, отделенная от других составных частей границей (поверхностью раздела).

57. Фазовые превращения (фазовый переход - ф. п.) - любой переход между разными агрегатными состояниями веществ (плавление, кипение, испарение и т. д.), а также изменение плотности и кристаллической структуры вещества в пределах одного агрегатного состояния. Различают ф. п. - скачкообразное изменение энтальпии и энтропии и скачкообразное изменение электропроводности.

58. Фазовые диаграммы (диаграмма состояния)– графическое представление межфазного равновесия в гетерофазных системах (при отсутствии химического взаимодействия между компонентами), существующего в веществах в зависимости от температуры, давления и состава.

59. Полиморфизм- свойство веществ одного элементного состава существовать в двух и более различных структурных разновидностей (модификаций), относящихся к различным кристаллическим системам (например, - и - железо). Под аллотропией обычно понимают различные структурные формы одного элемента (например, алмаз и лонсдейлит, графит, карбин и карбен, фуллерен).

60. Полиморфные превращения – переход от одной полиморфной модификации к другой.

61. Свойство –

1. Качество или признак, составляющий отличительную особенность материала или соответствующей материальной и нематериальной системы в целом (форм материи, уровня организации вещества или типа вещества, материала и т. д.);

2. Качественная или количественная характеристика материальной системы или материала, определяющая их общность или различие с другими материалами или системами.

Очевидно, что отличия в специфике свойств различных материалов или других объектов (элементарных частиц, атомов, химических веществ, механических систем и т. д.) будут определяться отличительными особенностями их структурной организации (то есть, спецификой их структуры - строения). В результате следует различать механические свойства, физические свойства, химические свойства и т. д., каждое из которых определяется спецификой связи и структурной организации материала и не пытаться искать, например, химические свойства у таких физических веществ, как индивидуальные элементарные или атомные частицы.

62. Механические свойства - характеризуют сопротивление материала деформации, разрушению или особенности его поведения в процессе разрушения (реологические - деформационные свойства, при растяжении, изгибе, ударном изгибе, включая модуль упругости, предел упругости, твердость, предел выносливости, циклическую прочность и долговечность и др.).

62. 
    К физическим свойствам обычно относят плотность, теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение и электропроводность, а также магнитные и другие свойства. Строго говоря, перечисленные выше свойства правильней относить к физико-химическим,так как они напрямую связаны со спецификой химической связи и структуры соединений их образующих.
    

64. Химические свойства характеризуют реакцию химического соединения или вещества и материала на его основе на изменение внешних условий (температуры, давления, физического или механического воздействия и влияния других веществ), включая их химическую реакционную способность и способность изменять тип химической связи между элементами, свой состав и строение при этом, в том числе, и в результате классического химического превращения одних химических соединений в другие. К ним следует отнести: реакционную способность химических веществ, стойкость к различным кислотам и основаниям (щелочам), коррозионную стойкость и т. д.

65. Эксплутационные свойства материала определяют работоспособность и долговечность изготовленных на их основе изделий, деталей машин и приборов, а также конструкций в целом.

66. Конструкционная прочность–это комплекс механических свойств (включающих прочность, жесткость, надежность и долговечность), обеспечивающих стабильную и длительную работу материала и конструкции в целом в условиях эксплуатации при повышенных механических нагрузках.