Тема занятия: «Материаловедение. Основные характеристики материалов»

Материаловедение изучает структуру и свойства материалов а так же закономерности изменения материалов при различных обработках и эксплуатации.

Несмотря на множество материалов, они обладают и общими элементами, например, на микроуровне. При классификации материалы объединяются в группы, например, по общности строения, по назначению, по свойствам.

Материаловедение основывается на естественных науках, например, физике, химии. Первоначально материаловедение носило описательный характер. По мере накопления знаний в естественных науках и технологических исследованиях стало возможно перейти от анализа фактических данных и накопления информации для повторного воспроизводства материала к проектированию и созданию материалов с заданными свойствами.

Изменение роли материалов в производстве ведёт к изменениям в экономике. Одной из главных задач в экономике последних лет - разработка и реализации стратегии получения максимальной выгоды от развития материаловедения. Прогресс в производстве новых материалов определяет темпы роста ключевых секторов экономики. В свою очередь новые направления производства требуют для своего развития новые материалы.

Одной из задач материаловедения является создание материалов, которые могут решать проблемы ограниченности природных ресурсов, обеспечивать экономическое развитие общества, сохранять конкурентоспособность продукции на рынках. Решение задач импортозамещения в отечественном производстве тесно связано с материаловедением.

Как создание, так и применение новых материалов необходимо обосновывать технико-экономическими расчётами. Одним из методов обоснования выбора материалов может быть «многофакторный анализ полезности». Этот метод позволяет оценить полезность того или иного варианта изделия по зависимости между его установленной стоимостью и показателем качества(например, между ценой изделия и его весом) при условии обеспечения основных нормативных требований к изделию.

При сравнительном анализе важным часто оказывается выбор не только материала, но и процесса, поскольку затраты на производственно-технологический процесс могут существенно менять стоимость изделия.

Для некоторых производств стоимость деталей оказывается менее важной, чем достижение соответствия изделия техническим условиям. Однако и в этом случае необходимо обеспечивать конкурентоспособность продукции.

Развитие производства и применения новых материалов сдерживается рядом объективных и субъективных факторов, например, стремлением избежать риска у производителей и потребителей материала, лоббированием производства в отраслевом, государственном и глобальном масштабах, возможной технологической и экологической опасностью новых производств.

Для правильного применения и эффективного использования материалов необходимо знать их основные свойства. Эти свойства можно объединить в группы, характеризующие:

- физические свойства: объёмная и удельная масса, плотность, пористость;

- механические свойства: прочность, твёрдость, истираемость, сопротивление удару, изгибу и др.;

- взаимодействие материалов со влагой: влажность, водопоглощение, гигроскопичность, влагопроницаемость;

- реакцию материала на температурные воздействия: теплопроводность, огнестойкость, огнеупорность;

- реакцию материалов на действие окружающей среды: водо - и морозостойкость, атмосферостойкость, сопротивление солнечной радиации, химическая стойкость.

Используемые в производстве материалы могут находиться в различных фазовых состояниях.

По назначению материалы можно разделить на две группы- конструкционные и специальные. Значимость тех или иных свойств материала зависит от условий эксплуатации его. В определённых условиях определяющими могут быть специальные свойства: электропроводность, звукопроводность, сопротивления радиационным излучениям, которые по своей природе могут быть отнесены к физическим характеристикам.

Свойства материалов зависят от их строения и условий образования. Все качественные характеристики материалов имеют количественные выражения в соответствующих единицах измерения. Объёмная масса – это масса единицы объёма материала с учётом содержащихся в нём пор, включений и т.п. Объёмная масса определяется отношением массы к объёму в соответствующих единицах, например, кг/м3; т/м3; г/см3 и т.п. Для ряда материалов объёмная масса определяется с учётом состояния материала, например, количества содержащейся в нём влаги.

Плотность материала – это масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии или содержание твёрдого вещества в единице объёма. Иногда этот показатель называют удельной массой. Единицы измерений те же, что и для объёмной массы.

Пористость показывает степень заполнения материалами порами и определяется отношением объёма пор к общему объёму материала, измеряется в процентах.

Механические характеристики показывают способность материала противостоять внешним силовым воздействиям. Прочность характеризует способность материала сопротивляться разрушению под действием сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Под влиянием этих сил материал может подвергаться сжатию, растяжению, кручению, изгибу, срезу. В общем виде прочность можно определить как отношение силы к площади материала. Единицами измерения являются Па, МПа, иногда прочность указывается в кгс/см2, кгс/м2.

Твёрдость характеризует способность материала сопротивляться проникновению в него другого материала, измеряется в специальных единицах по шкале твёрдости.

Истираемость характеризует сопротивление действующим на материал нагрузкам, вызывающим его постепенное разрушение с поверхности путём отрыва и удаления мелких частиц. Величина истираемости характеризуется потерей массы материала на единице площади, подвергаемой истиранию.

Сопротивление износу определяется комплексной оценкой факторов, например, одновременному сопротивлению ударным нагрузкам и истиранию.

Водопоглощение – это максимальное количество влаги, которое может поглотить материал при полном водонасыщении. Водопоглощение материала зависит от степени заполнения различного вида пор, имеющихся в материале, влагой. Определяется отношением разности весов влажного и сухого образца в весу сухого образца (весовая влажность) или объёму образца (объёмная влажность) и измеряется в процентах.

Гигроскопичность характеризует способность материала поглощать влагу из окружающей среды, например, паров воды из воздуха.

Водопроницаемость материала – это способность его пропускать воду под давлением через определённую толщу материала. Она характеризуется количеством влаги, проходящей через единицу площади образца (например, 1 см2) за единицу времени.

Влажность характеризуется количеством влаги, содержащейся в материале. Она измеряется отношением разности масс полностью насыщенного образца и сухого к массе сухого образца, выраженным в процентах. Влажность нормируется для рада материалов исходя из условий эксплуатации.

Ряд показателей характеризует материалы по их отношениям к тепловым воздействиям. Так, теплоёмкость показывает какое количество тепла поглощается им при нагревании. Она характеризуется удельной теплоёмкостью, то есть количеством тепла, необходимого для нагревания единицы массы материала (1 кг) на один градус.

Теплопроводность характеризует способность передавать тепло через толщу материала от одной поверхности к другой. Измеряется теплопроводность в Вт/м^оК или ккал/м ч ^оС.

Характеризуется теплопроводность коэффициентом теплопроводности К, т.е. количеством тепла проходящего через толщу материала (h = 1 м) на площади 1м2 при разности температур 1^оС в течение времени 1 час

Под теплоустойчивостью понимается способность материала сохранять тепло.

Способность материала выдерживать определённое время воздействие высоких температур и не разрушаться характеризуется огнестойкостью. Этот показатель определяет количеством времени сопротивления материалов температурным воздействиям.

Сопротивление материала длительному воздействию высоких температур характеризуется огнеупорностью, определяемой диапазоном температур при эксплуатации в котором материал не теряет свои свойства

Химическая стойкость характеризует способность материалов противодействовать разрушительному воздействию химических веществ, контактирующих с материалом.

Способность материалов пропускать или поглощать радиационные или электромагнитные излучения оценивается по величине ослабления потока, проходящего через единицу толщины материала (например, 1 м).

Под долговечностью понимается способность материала сохранять свои свойства в условиях эксплуатации под комплексным воздействием внешних факторов. Она оценивается в единицах времени (например, в годах).

Поиск по сайту: