[OK 2.2] Структура та властивості матеріалів
Структура за темами
-
Рівень вищої освіти
Другий (магістерський)
Галузь знань
13 Механічна інженерія
Спеціальність
132 Матеріалознавство
Освітня програма
Матеріалознавство
Статус дисципліни
обов’язкова
Форма навчання
очна (денна)
Рік підготовки, семестр
1 семестр
Обсяг дисципліни
5 кредитів (150 годин)
Семестровий контроль/ контрольні заходи
іспит
Розклад занять
лекція – 2 год в тиждень (30 год); лабораторні роботи – 1 год в тиждень (15 годин); самостійна робота – 105 год (в тому числі 30 год на підготовку до іспиту), іспит
Мова викладання
Українська
Інформація про
керівника курсу / викладачів
Кафедра прикладної фізики та матеріалознавства (Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, 8 корп. кім. 308).
Лектор: док. техн. наук, старший науковий співробітник, Костін Валерій Анатолійович, ValeryKostinEPWI@gmail.com
Семінарські заняття: док. техн. наук, старший науковий співробітник, Костін Валерій Анатолійович, ValeryKostinEPWI@gmail.com
Платформа для онлайн підключення
Zoom
-
Конструкційні матеріали. Функціональні матеріали. Матеріали з особливими властивостями. Класифікація сталей та сплавів. Найважливіші властивості деяких типів сталей. Вітчизняні марки сталі. Позначення марок сталей. Класифікація сталей за призначенням. Класифікація закордонних марок сталей. Закордонні системи нумерації сталей. Класифікація сталей за властивостями, складом, структурою та інше. Механізми зміцнення. Класифікація хімічних елементів у сталі. Вплив легуючих елементів на властивості сталей. Вплив шкідливих домішок на властивості сталей та сплавів.
-
Діаграма стану речовин залежно від тиску та температури. Близький та далекий порядок. Атомно-кристалічна структура металів. Типи ґрат. Основні типи ґрат. Грати Браве. Поліморфізм кристалів. Поліморфні перетворення. Як кажуть. Алотропія. Розташування атомів. Координаційне число. Відмінність у КЦ для ГЦК(ГПУ) та ОЦК металів. Індекси Міллера. Системи ковзання. Кристалографічні напрямки. Приклади ГЦК, ОЦК та ГПУ металів. Реальна будова металів. Дефекти кристалічних ґрат. Розмір дефектів. Точкові дефекти. Домішкові атоми застосування, заміщення, віднімання. Лінійні дефекти. Крайові та гвинтові дислокації. Вектор Бюргерса. Пласкі дефекти - межі зерен, дефекти пакування, двійники. Типи границь зерен. Анізотропія кристалів. Текстура прокатки та рекристалізації.
-
Рівняння дифузії. Закони Фіка. Дифузія в твердих розчинах занурення та заміщення. Самодифузія. Механізми дифузії. Циклічний, міжвузловий, вакансійний механізми. Вплив типу гратки на самодифузію. Ефект Кіркендала та визначення хімічних коефіцієнтів дифузії. Дифузія в багатокомпонентних металевих системах. Вплив домішок на параметри дифузії. Вплив розміру зерна на дифузію. Поверхнева дифузія. Зерногранична дифузія. Анізотропія дифузії. Реактивна дифузія. Вплив дефектів кристалічної будови на дифузію. Цементація, нітроцементація, азотування сталей.
-
Способи розвитку пластичної деформації. Пластичність дислокаційна, двійникуванням, фазовим перетворенням, міжзеренним ковзанням. Модель струни. Механізми руху дислокацій. Домішкові атоми. Атмосфери домішкових атомів Котрелла, Судзукі, Снука. Дисперсне та дисперсійне зміцнення. Механізм Орована. Механізм перерізання частинок. Модель Гріффітса крихкої тріщини. Модель Зінера. Модель Стро. Модель Коттрела. Джерело Франка-Ріда зародження дислокацій. Види руйнування. Механізм в’язкої руйнації (ямковий). Механізм крихкої руйнації (відколом). Інші види руйнування - міжзеренне, руйнування зрізом, змішане, втомне, корозійне.
-
Утворення аустеніту, кінетика і механізм аустенітизації. Кінетичні криві, ізотермічні та термокінетичні діаграми перетворення аустеніту. Гомогенізація і розмір зерна аустеніту. Ізотермічний розпад аустеніту. Кінетика утворення структур у вуглецевих сталях.
-
Кристалізація сплавів. Розмір критичного зародка. Ступінь переохолодження. Швидкість зародження центрів кристалізації та швидкість зростання кристалів. Зародження гомогенне та гетерогенне. Будова зливка та характерні зони. Алотропія (поліморфізм). Метал, сплав, механічна суміш, твердий розчин, хімічна сполука, розплав. Компоненти, фази, мікроструктури. Правило фаз Гіббса. Тверді розчини занурення, заміщення та віднімання. Діаграми фазової рівноваги (діаграми стану). Ліквідус, солідус, конода. Види діаграми стану. Діаграми стану 1, 2 та 3-го роду та діаграма з формуванням стійкої сполуки. Правило важелів (відрізків) для визначення складу та кількості фаз. Діаграми стану та властивості сплавів. Загальні види діаграми стану (евтектика, перетектика, монотектика, евтектоїд, перетектоїд). Діаграма залізо-вуглець. Характерні фази. Ферит, аустеніт, графіт, цементит. Діаграми перетворення - ізотермічні та термокінетичні. Мікроструктури сталі. Вплив вуглецю на мікроструктуру сталі. Чавуни. Різниця між сталями та чавунами. Типи чавунів (сірий, білий, ковкий сірий пластівчастим, сірий з кулястим, сірий з вермікулярним графітом).
-
Структура та властивості багатофазних систем. Механізми самоорганізації багатофазних систем. Визначення термодинамічних властивостей багатофазних систем. Пластичність двофазних та багатофазних сплавів відносно однофазних. Механізми самоорганізації багатофазних систем. Комірка Бенара. Реакції Белоусова-Жаботінського. Вихорі Тейлора. Основи термодинаміки багатофазних систем.
-
Ціль термічної обробки. Класифікація видів термічної обробки (ТО, ТМО, ТХО, нітроцементація, борування та оксидування). Стадії термічної обробки (нагрів, витримка, охолодження). Групи термічної обробки (4 групи). Відпал першого роду (гомогенізаційний). Відпал 2-го роду. Гартування. Відпуск. Вибір характерних температур для термічної обробки. Критичні точки. Формування аустеніту, кінетика та механізм аустенітизації у сталі. Кінетичні криві, ізотермічні та термокінетичні діаграми утворення аустеніту. Гомогенізація та вплив розміру зерна аустеніту на процеси гомогенізації. Ізотермічний розпад аустеніту.
-
Класифікація методів дослідження матеріалів. Макро-, мікро- і тонка структура. Взаємодія електронного пучка із зразком. Види сигналів. Методи отримання зображення. Світлова мікроскопія, принцип дії. Види світлових мікроскопів. Електронна мікроскопія. Види електронних мікроскопів – РЕМ та ПЕМ. Методи визначення елементного складу (емісійні спектрометри). Методи визначення елементного складу (EDS аналіз) у точці, вздовж лінії, по площині. Методи визначення кристалічної структури (ПЕМ, атомно-силова мікроскопія). Методи визначення фазового складу (Рентгеноструктурний аналіз, EBSD аналіз). Методи дослідження поверхні.
-
Методи визначення механічних властивостей. Що входить у поняття механічні властивості (твердість, міцність, пластичність, зносостійкість). Твердість. Методи визначення твердості. Твердість за Брінелем, Роквелом, Віккерсом, мікротвердість. Зв’язок твердості та міцності. Випробування на статичну міцність (межа плинності, умовна межа плинності, межа міцності, істинна межа міцності). Криві напруження-деформація. Основні характеристики деформаційної кривої. Тріщиностійкість. Коефіцієнт інтенсивності напруження. Динамічні випробування на ударну в’язкість. Види випробувань на ударну в’язкість (KCU, KCV, KCT). Втомне випробування. Ділянки на кривій втоми (квазістатичне, малоциклове, багатоциклове навантаження).
-
Походження. Класифікація. Переваги та недоліки. Силікати. Скло. Хімічна структура та маркування скла. Керамічні матеріали. Полімерні матеріали. Поняття та їх класифікація. Методи виготовлення, з’єднання та шляхи використання. Пластмаси. Склад пластмас. Окремі види полімерних матеріалів. Еластомери. Латекс, каучуки та гуми.
-
«Смарт»-матеріали та наноматеріали. Композитні та градієнтні матеріали. Нові матеріали на основі вуглецю (графен, карбин, фулерени, вуглецеві нанотрубки). Метаматеріали. Матеріали з унікальними властивостями.