Материаловедение

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Шпаргалка

Москва
РИОР

УДК 620.22(075.8)
ББК 30.3я73
 
М34

Материаловедение: Шпаргалка. — М.: РИОР. — 256 с.

ISBN 978-5-369-00111-0

В шпаргалке в краткой и удобной форме приведены ответы на все основные 
вопросы, предусмотренные государственным образовательным стандартом и учебной программой по дисциплине «Метериаловедение».
Книга позволит быстро получить основные знания по предмету, повторить 
пройденный материал, а также качественно подготовиться и успешно сдать зачет 
и экзамен.
Рекомендуется всем изучающим и сдающим дисциплину «Материаловедение» 
в высших и средних учебных заведениях. 

УДК 620.22(075.8)
ББК 30.3я73  

М34

ISBN 978-5-369-00111-0 
© РИОР

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

1.  Предмет и значение 
материаловедения
материаловедение — наука, сконцентрировавшая 
в себе современные знания о технологиях производства и особенностях материалов и средствах их физико-химической переработки в целях изготовления 
деталей и изделий различного назначения.
задачи материаловедения:
1) создание и внедрение в производство новой техники; 2) создание новых материалов и прогрессивных 
технологических процессов; 3) улучшение качества и 
ассортимента металлопродукции; 4) увеличение производства новых конструкционных материалов, покрытий и изделий на основе металлических порошков; 
5) развитие производства новых полимерных и композиционных материалов с комплексом требуемых 
свойств; 6) обеспечение более широкого применения 
малоотходных и малооперационных технологических 
процессов; 7) увеличение использования высокоэффективных методов обработки металлов и материалов, обеспечивающих существенное улучшение их 
свойств, и др.
Достоинством металлов и сплавов является то, 
что путем целенаправленного изменения их химического состава и внутреннего строения можно получать различные конструкционные материалы с новыми свойствами, дающими возможность применения их во всех отраслях народного хозяйства. К черным металлам относят железо и его сплавы. 
Остальные металлы и их сплавы составляют группу 
цветных.

Достоинствами неметаллических материалов 
являются стойкость к коррозионному износу, небольшая по сравнению с металлами масса и другие специфические свойства.

2.  черные и цветные металлы
металлами называются химически простые вещества, отличающиеся хорошим блеском, высокими 
тепло- и электропроводностью, непрозрачностью, 
плавкостью. К черным относят железо и сплавы на 
его основе — чугун и сталь, а также ферросплавы. 
Остальные металлы составляют группу цветных. Из 
цветных металлов наиболее важное промышленное 
значение имеют медь, алюминий, свинец, олово, никель, титан и др. Цветные металлы обладают рядом 
физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми в технике. 
Галлий, имея низкую температуру плавления 
(29,8°С), кипит при температуре 2230°С; он широко 
используется для изготовления термометров, предназначенных для измерения высоких температур. индий обладает высокой отражательной способностью 
равномерно рассеивать свет и используется для изготовления зеркал и прожекторов. Бериллий — самый прочный из всех легких металлов. Его плотность 
1,84 г/см3. Скорость звука в нем распространяется в 
2,5 раза быстрее, чем в стали. Он необходим для использования в атомной технике. литий применяется 
в ядерной технике, радиотехнике. Смазочный материал на основе оксида лития не замерзает при температуре −50°С. Температура плавления ниобия 
2500°С. Из сплава ниобия с цезием изготовляют центральную часть атомного реактора. тантал — тугоплавкий металл применяется в костной и пластической 
хирургии. осмий — очень износоустойчив, используется для изготовления хирургических инструментов, 
осей и опор точных измерительных приборов.

3.  тиПы кристаллических решеток
кристаллическая решетка — это воображаемая 
пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие металл.
в аморфных телах (стекле, пластмассах) в отличие от кристаллов атомы или молекулы расположены 
беспорядочно, хаотично.
Формирование кристаллической решетки в металле происходит:
1) при переходе металла из жидкого в твердое состояние расстояние между атомами сокращается, 
а силы взаимодействия между ними возрастают; 
2) при сближении атомов электроны, находящиеся на 
внешних оболочках, теряют связь со своими атомами 
вследствие отрыва валентного электрона одного атома положительно заряженным ядром другого и т.д.; 
3) происходит образование свободных электронов, 
так как они не принадлежат отдельным атомам.
Связь в металле осуществляется электростатическими силами. Между ионами и свободными 
электронами возникают электростатические силы 
притяжения, которые стягивают ионы. Такую связь 
между частицами металла называют металлической.
Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ионами и 
электронами. Ионы находятся на таком расстоянии 
один от другого, при котором потенциальная энергия 
взаимодействия минимальна. В металле ионы располагаются в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Такое расположение ионов 
обеспечивается взаимодействием их с валентными 
электронами, которые связывают ионы в кристалли

ческой решетке. Типы кристаллических решеток у 
различных металлов различны. Наиболее часто 
встречаются решетки: объемно-центрированная 
кубическая (ОЦК) — α-Fe, Cr, W, гранецентрированная кубическая (ГЦК) — γ-Fe, Al, Сu и гексагональная плотно упакованная (ГПУ) — Mg, Zn и др.
Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом его 
объеме, называют элементарной кристаллической 
ячейкой. 

4.  дефекты в кристаллах
Причиной образования дефектов являются вакансии (место, где находился атом, обладающий большей энергией и перешедший с одного места на другое). На это место вакансии через некоторое время 
перемещается один из атомов соседнего слоя и т.д. 
Таким образом, вакансия перемещается в глубь кристалла. С повышением температуры количество вакансий увеличивается, и они чаще перемещаются из одного узла в другой.
К точечным дефектам относят также атом, внедренный в междоузлие кристаллической решетки, и 
замещенный атом, когда место атома одного металла замещается в кристаллической решетке другим, 
чужеродным атомом. Точечные дефекты вызывают 
местное искажение кристаллической решетки. 
линейные дефекты. В результате сдвига на одно 
межатомное расстояние одной части решетки относительно другой вдоль какой-либо плоскости число 
рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. В данном случае в верхней части 
решетки появилась как бы лишняя атомная плоскость 
(экстраплоскость). Край экстраплоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой, или линейной, дислокацией. Кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, поскольку атомы в этой зоне смещены относительно их 
равновесного состояния. 
Поверхностные дефекты представляют собой 
границы раздела между отдельными кристаллами. На 
границе раздела атомы кристалла расположены не 
так упорядочено, как в его объеме. Кроме того, по 
границам раздела скапливаются дислокации и вакан

сии, а также концентрируются примеси, что еще 
больше нарушает порядок расположения атомов. При 
этом сами кристаллы разориентированы, т.е. могут 
быть повернуты относительно друг друга на десятки 
градусов.