Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки магистров
151000 – Технологические машины и оборудование
Воронеж 2015
2
УДК 620.22
Аксенов, А. А. Новые конструкционные материалы [Текст] : методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки магистров 151000 – Технологические машины и оборудование / А. А. Аксенов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ имени Г.Ф. Морозова». –
Воронеж, 2015. – 48 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 5 от 27 февраля 2015 г.).
Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ д-р техн. наук, проф. Д.Н. Афоничев
В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования 150000.68 «Технологические машины и оборудование» направления подготовки магистратуры обязательной для изучения является дисциплина «Новые конструкционные материалы», в которой предусмотрены практические занятия, направленные на укрепление и углубление теоретических знаний, полученных на лекционных занятиях и при самостоятельном изучении.
Методические указания к практическим занятиям предназначены для студентов по направлению подготовки магистратуры 151000 – Технологические машины и оборудование, могут быть использованы при обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального образования.
Аксенов Алексей Александрович
НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки магистров 151000 – Технологические машины и оборудование
Редактор А.С. Люлина
Подписано в печать 25.03.2015. Формат 60×90 /16. Усл. печ. л. 3,0. Уч.-изд. л. 3,3. Тираж 30 экз. Заказ ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ………………………………………………………………….. 4 1. Особенности и характеристики современных металлов и металлических сплавов ………………………………………………... 5
2.Применение металлических материалов в машиностроении ………. 11
3.Современные полимерные материалы и их применение
вмашиностроении ……………………………………………………….. 14
4.Применение композиционных материалов как заменителей традиционных металлов …………………………………………………. 18
5.Классификация и применение наноматериалов …………………….. 25
6.Применение нанотехнологий для получения
новых конструкционных материалов …………………………………... 29
7.Методы исследования наноматериалов ……………………………… 36
8.Традиционные методы получения покрытий ……………………….. 39
9.Прогрессивные технологии получения нанопокрытий …………….. 45
Библиографический список ……………………………….…………… 48
4
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Новые конструкционные материалы» предусмотрена для обязательного изучения магистрами, обучающимися по направлению подготовки 151000 – Технологические машины и оборудование. Рабочим учебным планом данного направления магистратуры предусмотрено 18 академических часов практических работ.
На практических занятиях студенты должны закрепить теоретические знания, полученные на лекционных занятиях, и в результате самостоятельного изучения.
При подготовке к практическим занятиям магистры самостоятельно изучают материал соответствующего раздела данных методических указаний и дополнительную литературу. Один или несколько студентов готовят доклад на тему занятия. Непосредственно на практическом занятии происходит презентация доклада и проблемное обсуждение темы.
5
1. ОСОБЕННОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ
Электропроводность. Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду – Ag, Cu, Al, Fe уменьшается. При нагревании электропроводность уменьшается, так как с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".
Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.
Твердость. Самый твердый – титан, хром (режет стекло); самые мягкие - щелочные металлы - калий, натрий, рубидий и цезий - режутся ножом.
Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (0,53 г/см³); самый тяжелый – осмий (22,6 г/см³). Металлы, имеющие плотность меньше 5 г/см³, считаются "легкими" металлами.
Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл -
ртуть (tпл.= -39 0C), самый тугоплавкий металл - вольфрам (tпл. = 3390 0C). Металлы с tпл. выше 1000 0C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.
Магнитные свойства. Переходные металлы с недостроенными электронными оболочками являются парамагнетиками. Некоторые из них при определённых температурах переходят в магнитоупорядоченное состояние. Магнитное упорядочение существенно влияет на все свойства металлов, в частности на электрические свойства: в электросопротивление вносит вклад рассеяние электронов на колебаниях магнитных моментов. Гальваномагнитные явления при этом также приобретают специфические черты. Магнитные свойства остальных металлов определяются электронами проводимости, которые вносят вклад в диамагнитную и парамагнитную восприимчивости металлов, и диамагнитной восприимчивостью ионного состава. Магнитная восприимчивость большинства металлов относительно мала и слабо зависит от температуры.
Механические свойства. Многие металлы обладают комплексом механических свойств, обеспечивающим их широкое применение в технике, в частности в качестве конструкционных материалов. Это, в первую очередь, сочета-