Раздел 1. Основы строения и свойств материалов

Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предо­пределяющим их широкое использование в технике. 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 материалов в тесной связи с их свойствами. Основные свойства материалов можно подразделить на физиче­ские, химические, механические, технологические и специальные.

К физическим свойствам относятся магнитные, электро- и тепло­проводность, а также такие свойства, как плотность, теплоемкость, темпера­тура плавления и др. Химические свойства характеризуют специфику межатомного взаимодействия материала с другими веществами, в том числе с окружающей средой, например коррозию. Среди механических свойств следует назвать прежде всего такие, как прочность, твердость, пла­стичность, вязкость.

От физических, химических и механических свойств зависят технологи­ческие и специальные свойства материалов. К технологическим свойствам относятся литейные, ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущим инструментом, а к специальным — жаропрочность, жаростойкость, сопро­тивление коррозии, износостойкость и др. Среди механических свойств прочность занимает особое место, так как прежде всего от нее зависит не-разрушаемость изделий под действием эксплуатационных нагрузок.

Учение о прочности и разрушении материалов является важнейшей ча­стью материаловедения, поэтому оно представляет для специалистов маши­ностроения большой интерес не только с точки зрения обеспечения прочно­сти, надежности и долговечности изделий. Оно имеет и очень важное техно­логическое значение. Это объясняется тем, что основные, связанные с по­слойным удалением материала формообразующие и многие упрочняющие операции обработки деталей по своей сути представляют собой дозирован­ное, технологически управляемое разрушение материала, осуществляемое по какому-либо определенному режиму. Особенно это касается современных самых перспективных, так называемых высоких технологий, основанных на применении в качестве инструмента концентрированных потоков энергии,

создаваемых лазерным излучением, сфокусированными потоками электро­нов, а также плазменными потоками.

Таким образом, четкое уяснение современных представлений о природе прочности материалов и тонком физическом механизме их разрушения ока­жется для специалистов важной теоретической основой не только при выбо­ре подходящих конструкционных материалов для деталей различного целе­вого назначения и поисках рациональных способов формирования в них тре­буемых прочностных свойств, но и при разработке технологических процес­сов обработки материалов, а также при определении видов и рабочих харак­теристик используемого в производстве технологического оборудования.

Рациональное внутреннее строение металлических сплавов, используе­мых для изготовления большинства деталей в машиностроении, в основном определяется так называемой дислокационной структурой. Поэтому в дан­ном разделе большое внимание уделяется описанию составных элементов этой структуры и рассмотрению вопросов, связанных с закономерностями ее формирования в сплавах. Это дает дополнительную возможность уяснить те особенности строения конструкционного материала, от которых непосредст­венно зависит его прочность.

Содержание данного раздела составляют основные положения материа­ловедения, изучающего специфику строения материалов и его влияние на их различные свойства.

С древнейших времен в качестве конструкционных материалов исполь­зуются не только металлические, но и неметаллические материалы. Несмот­ря на успехи, достигнутые в создании неметаллических материалов, все же основными материалами, используемыми в машиностроении, являются и еще долго будут оставаться металлы и их сплавы. В связи с этим первона­чально сложилось металловедение как самостоятельная часть материаловедения.

Российские ученые сыграли ведущую роль в развитии металловедения и материаловедения. Одним из них является П. П. Аносов, который в 1831 г. впервые применил микроскоп в разработке методики исследования строения стали. В 1868 г. Д. К. Чернов открытием критических точек в стали устано­вил подлинно научную причину изменения ее свойств при термической об­работке, за что получил международное признание.

В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже известный французский ме­таллург Г. Монгольфье сказал: «Считаю своим долгом открыто и публично заявить в присутствии стольких знатоков и специалистов, что наши заводы и все сталелитейное дело обязаны настоящим успехом в значительной мере трудам и исследованиям русского инженера Д. К. Чернова, и приглашаю всех выразить ему нашу признательность и благодарность от имени всей ме­таллургической промышленности». А в 1903 г. вышла книга американского металлурга Хоу со следующим посвящением: «Профессору Дмитрию Кон­стантиновичу Чернову, отцу металлургии железа».

Существенный вклад в развитие науки о металлических материалах вне­сли Н. С. Курнаков, А. А. Байков, А. М. Бочвар, С. Т. Кишкин, С. С. Штейн-берг, Г. П. Курдюмов, А. П. Гуляев и их последователи. Среди известных зарубежных ученых, без трудов которых немыслимы успехи развития метал­ловедения, следует назвать Ф. Осмонда, Г. Таммана, Э. Бейна, М. Мейла, Г. Розебума и др