Прикладная механика. Основы материаловедения

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Казанский национальный исследовательский
технологический университет
С. Г. Сидорин
Прикладная механика
Основы материаловедения
Учебное наглядное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2023

УДК 621.1.011(075)
ББК 22.21я7
С34
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. С. М. Яхин
канд. хим. наук, доц. Г. В. Пикмуллин
С34
Сидорин С. Г.
Прикладная механика. Основы материаловедения : учебное наглядное пособие /
С. Г. Сидорин; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во
КНИТУ, 2023. – 116 с.
ISBN 978-5-7882-3392-5
Представлен
материал
раздела
«Основы
материаловедения»
дисциплины
«Прикладная механика». Рассмотрены вопросы строения сплавов, фазовых превращений
и их
структур. Приведены
сведения о
составах
и
маркировке
черных,
цветных,
композиционных и других материалов, используемых в машинах и аппаратах химических
технологий.
Предназначено для студентов направления подготовки 18.03.01 «Химические
технологии» всех форм обучения.
Подготовлено на кафедре основ конструирования и прикладной механики.
УДК 621.1.011(075)
ББК 22.21я7
ISBN 978-5-7882-3392-5
© Сидорин С. Г. , 2023
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2023
2

Введение
Современное развитие техники диктует новые требования к 
используемым материалам. На смену традиционным конструкционным 
материалам приходят материалы со свойствами, предоставляющими 
инженеру новые возможности при решении задач проектирования 
машин, аппаратов и технологического оборудования. 
Правильное использование конструкционных материалов возможно 
только в том случае, если инженер будет знать основные положения 
науки о материалах. Он должен иметь представление о типах и 
механизмах химических связей и химических свойствах соединений, 
о кристаллических структурах материалов и сплавов, о влиянии 
содержания различных элементов сплава на его физико-химические 
свойства, о технологических методах изменения структур материалов, 
приводящих к получению требуемых свойств материалов.
Знакомству с этими положениями материаловедения посвящено данное 
пособие.
3

Металлические сплавы
В машинах и аппаратах химических и нефтехимических производств 
используется широкий перечень конструкционных материалов. Чаще 
всего это металлы, а также пластмассы и современные керамические 
и композиционные материалы.
Металлы в чистом виде применяются редко, так как они не обладают 
необходимыми физико-химическими и механическими свойствами. 
В технике используются сплавы на основе металлов, они лучше 
удовлетворяют предъявляемым к конструкционным материалам 
требованиям.
4

Металлические сплавы – материалы, полученные при сплавлении металлов 
с другими металлами или неметаллами. 
К важнейшим промышленным сплавам относятся:
•
сплавы железа – чугун и сталь; 
•
сплавы меди – бронза и латунь; 
•
сплавы алюминия – дюралюминий, силумин;
•
сплавы титана;
•
сплавы на основе ряда других металлов. 
Обязательное условие для образования сплава – получение однородного 
жидкого раствора соединяющихся компонентов. 
5

Внутреннее строение металлов и сплавов
Материалы могут иметь аморфное и кристаллическое строение.
Для аморфных материалов характерны следующие свойства:
•
атомы располагаются хаотично;
•
механические свойства одинаковы во всех направлениях – они 
изотропны;
•
отсутствует определенная температура плавления.
Аморфными являются пластмассы, стекло и ряд других материалов.
Металлы и их сплавы имеют кристаллическое строение. Их атомы 
расположены относительно друг друга геометрически упорядоченно 
в кристаллической решетке.
6

Виды кристаллических ячеек металлов
Атомы металлов, расположенные в кристаллических решетках, могут
образовывать элементарные ячейки трех типов:
•
объемно центрированный куб;
•
гранецентрированный куб;
•
гексагональная плотноупакованная ячейка.
7

Объемно центрированный куб 
Состоит из 9 атомов: 8 атомов располагаются в вершинах куба, 
1 атом – в его центре.
Такое строение кристаллов у хрома, ванадия, молибдена, 
вольфрама.
8

Гранецентрированный куб
Состоит из 14 атомов: 8 – в вершинах куба, 6 – в центрах граней.
Такое строение кристаллов у меди, алюминия, никеля, свинца.
9

Гексагональная плотноупакованная ячейка
Состоит из 17 атомов: 12 – в вершинах шестигранных оснований, 
2 – в их центрах и 3 – в середине ячейки.
Такое строение кристаллов у цинка, магния, титана.
10