Основы строения и свойств материалов.

1.1 Введение.

Материаловедение - это наука о взаимосвязи электронного строения, структуры материалов с их составом, физическими, химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Курс посвящен изучению основных конструкционных материалов, используемых в производстве теплотехнического оборудования. Изучение материала позволит лучше понять природу металлов, значение технологии производства и переработки в создании материалов с заданными свойствами.

В настоящее время основными конструкционными материалами являются металлические сплавы, изучению которых и будет посвящен курс.

Основными направлениями развития материаловедения являются области создания композиционных и неметаллических соединений, что позволяет уменьшить массу изделий, улучшить коррозионные и получить специальные свойства материалов.

Рассмотрим основные свойства материалов.

Основные свойства материалов.

1. физические

· магнитные

· электрические

· тепловые: теплопроводность- теплоёмкость, температура плавления, кипения

· плотность и д. р.

2. химические

характеризует специфику межатомного воздействия материалов с другими материалами и окружающей средой (коррозия).

3. механические

· прочность

· твёрдость

· пластичность

· вязкость

4. технологические свойства

· литейные свойства

· ковкость

· свариваемость

· обрабатываемость

5. специальные

· жаропрочность

· жаростойкость

· сопротивляемость коррозии

· износостойкость

Знания о природе прочности и физическом механизме разрушения - основа выбора подходящих конструкций материалов, рациональных способов формирования прочных свойств при разработке технологических процессов обработки и выбора оборудования.

1.2Строение и свойства материалов

Причиной различности состояний вещества при н.у. является соотношение энергий теплового хаотического движения частиц и энергии их взаимодействия. А энергия взаимодействия в свою очередь зависит от вида химической связи в молекуле. Вид этой связи также сказывается на том, какой это материал с точки зрения электромагнитных свойств.

1. Газообразное состояние W_т >> W_в

2. Жидкость W_т ≈ W_в наблюдается только ближний порядок

Недиссоциированные жидкости — диэлектрики, расплавы и водные растворы электролита — проводники второго рода

3. твердые W_т << W_в

аморфные — ближний порядок, свойства анизотропии, кристаллические – ближний и дальний порядок

4. полимеры – их строение не подходит под предыдущие группы, т.к. молекула имеет протяженность, ассиметричное цепное строение

Молекулы их состоят из звеньев с количеством повторов n, которая называется степенью полимеризации. Различают:

— мономер – исходный продукт

— олигомер – низкомолекулярный продукт

— полимер – высокомолекулярный продукт

Полимеры получаются с помощью реакции полимеризации, т.е. объединения в молекулярную цепь без образования побочных продуктов и поликонденсации – с образованием побочных продуктов (воды, аммиака и т.п.).

Строение молекул определяет свойства отдельных полимеров и бывает

1. Линейным

2. Разветвленным

3. пространственным

Молекулы 1 и 2 термопласты, а 3 – реактопласты.

Молекулы полимеров могут быть как полярными, так и неполярными.

Они могут формировать домены и глобулы, взаимное расположение которых и дефекты структуры определяют свойства полимеров. Изготовление меняет расположение структур и изменяет свойства материалов.

Так как полимер не может переходить в жидкое и газообразное состояние без разрушения цепей, то для него неактуальны значения температуры плавления и кипения. Для характеристики изменения свойств от температуры используют температуру стеклообразования (изоляция), высокоэластичности (оплетка кабеля) и вязкотекучести (переработка).

Температуру перехода можно регулировать введением пластификаторов и наполнителей. Пластификаторы позволяют уменьшить температуру перехода в высокоэластичное или вязкотекучее состояние, твердые наполнители удешевляют производство пластмасс, а активные изменяют структуру молекул и свойства материала.