Материаловедение. 2-е изд.

ВВЕДЕНИЕ 8 1. Кристаллическое строение твёрдых тел 9 1.1. Масштабные уровни строения материалов. Понятие «свойство материала» 9 1.2. Кристаллические и аморфные вещества. Модель ближнего взаимодействия атомов 13 1.3. Типы кристаллических решеток и их характеристики 15 1.4. Индексы кристаллографических плоскостей и направлений 21 2. Основные свойства кристаллов. Виды связей 24 2.1. Анизотропия и полиморфизм кристаллов 24 2.2. Типы связей в кристаллах, их особенности и влияние на свойства веществ 26 2.2.1. Ионная связь 27 2.2.2. Ковалентная связь 28 2.2.3. Металлическая связь 29 2.2.4. Связь Ван-дер-Ваальса 31 3. Дефекты кристаллического строения и их влияние на свойства кристаллов 33 3.1. Термодинамические причины существования дефектов кристаллического строения 33 3.2. Геометрическая классификация дефектов кристаллического строения 35 3.3. Точечные дефекты 36 3.3.1. Механизмы образования точечных дефектов 37 3.3.2. Температурная зависимость равновесной концентрации вакансий 38 3.4. Влияние вакансий на диффузионные процессы. Законы диффузии 39 3.4.1. Законы диффузии 40 3.4.2. Зависимость коэффициента диффузии от температуры 41 3.4.3. Механизмы диффузии 42 3.5. Линейные дефекты кристаллов 44 3.5.1. Теоретическая прочность кристаллов 45 3.5.2. Дислокационная теория пластического сдвига в реальных кристаллах 47 3.5.3. Геометрия дислокаций 50 3.5.4. Взаимодействие дислокаций 53 3.5.5. Виды движения дислокаций 54 3.5.6. Механизмы образования и размножения дислокаций 55 3.5.7. Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами 57 3.6. Поверхностные дефекты кристаллов 60 3.7. Объёмные дефекты кристаллов 61 4. Механические явления в твердых телах 63 4.1. Деформация монокристаллов. Стадийность деформации 64 4.2. Упругая деформация. Модули упругости 65 4.2.1. Модуль сдвига и модуль Юнга 65 4.2.2. Коэффициент Пуассона 66 4.2.3. Объёмный модуль упругости 66 4.3. Микро- и макроскопический аспекты пластической деформации. Эволюция ДСС. Ориентационный фактор Тейлора 67 4.4. Истинные напряжения и деформации. Классификация остаточных напряжений 75 5. Механизмы пластической деформации. Факторы упрочнения 77 5.1. Скольжение 77 5.2. Двойникование 78 5.3. Механизм теоретической прочности 79 5.4. Ползучесть 80 5.4.1. Механизмы ползучести 81 5.4.2. Механические характеристики ползучести 82 5.5. Деформация поликристаллов и зернограничные механизмы деформации 83 5.6. Зернограничное упрочнение. Закон Холла – Петча. Технологические способы измельчения зерна в сплавах 86 5.7. Факторы упрочнения 87 5.7.1. Силы трения КР 88 5.7.2. Деформационное упрочнение и его природа 88 5.7.3. Твёрдорастворное упрочнение 90 5.7.4. Дисперсионное упрочнение 91 6. Механические свойства и их характеристики 93 6.1. Статические испытания металлов и сплавов. Испытание на одноосное растяжение при комнатной температуре 93 6.2. Методы определения твёрдости 98 6.2.1. Метод определения твёрдости по Бринеллю 98 6.2.2. Метод измерения твёрдости по Роквеллу 99 6.2.3. Метод Виккерса и микротвёрдость 100 6.3. Динамические испытания металлов 101 6.4. Усталостные испытания металлов 104 7. Теория разрушения Гриффитса 112 7.1. Вязкое и хрупкое разрушение 112 7.2. Сравнительный анализ вязкого и хрупкого разрушений 115 7.3. Фрактографический анализ 116 7.4. Вязко-хрупкий переход. Факторы, влияющие на хладноломкость 118 8. Влияние температуры на свойства деформированного металла 122 8.1. Рекристаллизация и её типы 122 8.2. Влияние степени предварительной деформации на размер рекристаллизованных зёрен 127 8.3. Основные факторы, влияющие на температуру рекристаллизации. Горячая и холодная обработка металлов давлением 128 9. Термодинамические основы фазовых превращений 130 9.1. Основные понятия и закономерности термодинамики фазовых превращений 130 9.2. Кристаллизация и её типы 134 9.2.1. Гомогенная кристаллизация 136 9.2.2. Влияние степени переохлаждения на критический размер зародыша 139 9.2.3. Гетерогенная кристаллизация 140 9.2.4. Вторичная кристаллизация 143 9.2.5. Кинетика кристаллизации. Кривые Таммана 145 9.3. Механизмы роста кристаллов 148 9.4. Кристаллизация слитка 151 10. Фазы в сплавах 154 11. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем 167 11.1. Построение диаграмм состояния методом термического анализа (ТА). Правило фаз Гиббса 168 11.2. Диаграмма состояния однокомпонентной системы 171 11.3. Анализ диаграмм состояния двухкомпонентных систем 173 11.3.1. Диаграмма состояния первого рода для компонентов, нерастворимых в твердом состоянии. Правила коноды 173 11.3.2. Диаграмма состояния второго рода для системы сплавов, компоненты которых образуют непрерывный ряд твёрдых растворов 180 11.3.3. Диаграмма состояния с полиморфным превращением и неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии 181 11.3.4. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы в жидком состоянии, имеют ограниченную растворимость в твёрдом состоянии и при кристаллизации образуют эвтектику 184 11.3.5. Диаграмма состояния с конгруэнтно плавящимся устойчивым химическим соединением 189 11.3.6. Диаграмма состояния двойных сплавов с перитектическим и перитектоидным превращениями 190 11.3.7. Диаграмма состояния с инконгруэнтно плавящимся неустойчивым химическим соединением 192 11.3.8. Диаграмма состояния с монотектическим превращением 193 11.3.9. Диаграмма состояния с метатектическим превращением 195 11.3.10. Взаимосвязь между типом диаграммы состояния и свойствами сплавов 196 12. Аморфные металлические и нанокристаллические материалы 197 12.1. Аморфные металлические материалы 197 12.1.1. Свойства аморфных металлических стёкол и области их применения 201 12.1.2. Способы получения АМС 202 12.2. Наноматериалы, особенности их строения и свойства 203 12.2.1. Классификация наноматериалов 205 12.2.2. Физические явления, обеспечивающие специфику свойств наноматериалов 208 12.2.3. Технологии получения наноматериалов 211 12.2.4. Области применения наноматериалов 213 13. Диаграмма состояния «железо – углерод. Структурообразование сталей 217 13.1. Фазы, линии, критические точки 217 13.2. Формирование равновесной структуры сталей при охлаждении 222 13.2.1. Первичная кристаллизация сталей 222 13.2.2. Перекристаллизация сталей 225 13.3. Зависимость свойств сталей в равновесном состоянии от содержания углерода 232 13.4. Процессы, реализующиеся при нагреве стали. Наследственно крупно- и мелкозернистые стали 233 13.5. Влияние примесей на процессы кристаллизации и свойства сталей. Рекомендации по их использованию 238 14. Метастабильная и стабильная диаграммы состояния «железо – углерод». Белые и графитизированные чугуны 240 14.1. Метастабильная диаграмма состояния «железо – цементит». Структурообразование белых чугунов 240 14.2. Стабильная диаграмма состояния «железо – углерод». Структурообразование графитизированных чугунов 244 14.2.1. Классификация графитизированных чугунов и способы их получения 247 14.2.2. Особенности свойств графитизированных чугунов 250 15. Модифицирование графитизированных конструкционных чугунов 254 15.1. Понятие о модифицировании и его специфика 254 15.2. Модификаторы для графитизирующей обработки расплава чугуна 264 16. Превращения в сталях при охлаждении 279 16.1. Диаграмма изотермического превращения аустенита 279 16.2. Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства сталей 282 16.3. Мартенситное превращение: основные особенности, кинетика 285 16.4. Бейнитное превращение 289 17. Термическая обработка (ТО) 291 17.1. Классификация видов ТО, основные технологические параметры, разновидности 291 17.2. Закалка углеродистых сталей 294 17.3. Мартенсит: особенности свойств, морфологические разновидности 301 17.4. Отпуск. Превращения при отпуске. Виды отпуска. Отпускная хрупкость 304 17.5. Закалка без полиморфного превращения. Старение 312 17.5. Виды отжига и их назначение 315 17.6. Химико-термическая обработка (ХТО) стали 320 18. Легированные стали 328 18.1. Примеси в сталях 328 18.2. Классификация легирующих элементов и их влияние на структуру и свойства сталей 329 18.3. Классификация легированных сталей и особенности их ТО 334 19. Классификация материалов 340 19.1. Основные признаки классификации материалов 340 19.2. Неметаллические и композиционные материалы 342 19.3. Классификация и маркировка сталей 346 19.4. Классификация и маркировка чугунов 357 19.5. Классификация и маркировка порошковых материалов 357 19.6. Классификация и маркировка цветных сплавов 359 19.6.1. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов 359 19.6.2. Классификация и маркировка медных сплавов 361 19.6.3. Классификация и маркировка титановых сплавов 364 19.6.4. Классификация и маркировка магниевых сплавов 365 20. Специальные вопросы материаловедения 367 20.1. Ключевые параметры получения чугунов. Усвоение магния из модификатора 367 20.2. Ферросиликомагний. Модификаторы и особенности получения ЧВГ (чугуна с вермикулярным графитом) и ВЧ (высокопрочного чугуна) 369 20.3. Технологии модифицирования чугунов 382 20.4. Литейные дефекты в чугунах: практические примеры и рекомендации по их устранению 393 20.5. Специальные вопросы модифицирующей обработки расплава чугуна 409 20.6. Контроль качества модификаторов 415 20.7. Автоматизированная система термического анализа (ТА) 417