Что изучает материаловедение.
1.1.
Сам термин «материаловедение» возник недавно. Но, не пользуясь этим термином, люди издавна очень плотно в своей повседневной жизни занимались именно практическим материаловедением.
Практическое материаловедение существует с древнейших времен, когда люди использовали еще только природные материалы и не могли задумываться о создании новых, более качественных. Но человек развивался, и увеличивались его потребности, в том числе потребность к более прочным изделиям. Как наука материаловедение сформировалась только в ХIХ веке. Дальнейшее ее развитие неотъемлемо связано с получением новых высококачественных материалов, которые необходимы для создания продуктов более стойких в эксплуатации. Развитие производства являлось следствием возрастающих потребностей в материалах у общества.
Началом развития материаловедения можно считать тот момент, когда человек впервые начал выбирать, что ему взять в руку – палку или камень, то есть зарождение материаловедения совпадает с началом каменного века. Следовательно материаловедение – это одна из старейших форм прикладной науки, прошедшая вместе с человечеством долгий путь от примитивной обработки камня и изготовления простейшей керамики и заканчивая современными сверхпопулярными нанотехнологиями.
За много тысяч лет своего существования люди создали и продолжают создавать и совершенствовать сотни тысяч всевозможных материалов с самыми разными свойствами, для самых разных целей. Спектр существующих материалов чрезвычайно широк и выбор оптимального материала для тех или иных условий применения может быть достаточно сложной задачей.
1.2
Знакомство с основами материаловедения необходимо не только инженерам и научным работникам, но и любому современному человеку. Несмотря на то, что сведения о свойствах материалов можно найти в справочной литературе, оптимальное решение этой задачи невозможно без понимания закономерной связи между внутренним строением и свойствами материалов и влияния на ее характер внешних воздействий. Этому учит материаловедение.
Материаловедение – наука, изучающая связь между строением (структурой) и свойствами материала, а также их изменения при внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и т. д.). Материаловедение позволяет правильно выбрать материал и технологию его переработки для обеспечения эксплуатации изделия в течение заданного времени.
Цель материаловедения – познание свойств материалов в зависимости от состава и обработки, методов их упрочнения для наиболее эффективного использования в технике, а также создание материалов с заранее заданными свойствами: высокая прочность и пластичность, высокая электропроводность или высокое сопротивление, специальные магнитные свойства, сочетание различных свойств в одном материале (композиционные материалы).
1.3.
Как показывает практика и обширные научные исследования в области материаловедения, наличие тех или иных свойств определяется внутренним строением сплавов. В свою очередь, строение сплава зависит от состава и характера предварительной обработки. Таким образом, можно установить следующие связи между характеристиками материала (рис. 1).
| Состав |
| Обработка |
| Структура |
| Свойства |
| Применение |
| Рисунок 1 - Схема связей между характеристиками материала |
Обсудим кратко элементы этой схемы.
Химический состав – это процентное содержание химических элементов, присутствующих в материале.
Понятие «структура» имеет очень широкий смысл, включающий все сведения о материале от электронного строения отдельных атомов до видимых невооруженным глазом макродефектов образцов (изделий).
На свойства материалов можно влиять непосредственно через их химический состав (хорошо известна, например, существенная зависимость свойств технических металлов от содержания примесей), так и посредством изменения их структуры путем варьирования химического состава (это направление эффективно используется при создании сплавов).
Свойства материалов зависят также от внешних факторов: механических, термических, химических и других воздействий. Причем влияние этих воздействий может быть либо непосредственным (например, рост электросопротивления металлов с увеличением температуры), либо через структурные превращения (повышение твердости при пластическом деформировании или термической обработке сплавов) или совместное изменение и структуры и химического состава (повышение поверхностной твердости и износостойкости сплавов путем химико-термической обработки).
Таким образом, изучение и целенаправленное использование закономерностей, действующих в цепи: химический состав ® структура ® свойство с учетом внешних воздействий, является основной задачей материаловедения.
Классификация материалов
2.1.
