ВВЕДЕНИЕ

Металловедение как наука возникло в середине XIX в. Впервые связь между строением и свойствами металлов установил П.П. Аносов (1799—1851), применивший для изучения стали микроскоп. Позднее (1863) микроскоп для исследования строения металлов использовал Г. Сорби (Англия).

Однако основы научного металловедения были заложены выдающимся русским металлургом Д.К. Черновым (1839—1921), который за свои работы был назван в литературе отцом металлографии.

Работы Д.К. Чернова, имеющие мировое значение, позволили создать научные основы многих технологических процессов и в первую очередь производства и наиболее рациональной термической обработки высококачественных сталей.

Продолжением трудов Д.К. Чернова явились исследования большой группы ученых: Н.В. Гутовского, А.А. Ржешотарского, Н.П. Чижевского, А.А. Байкова (Россия), Ф. Осмонда (Франция), Р. Аустена (Англия), Б. Розебома (Голландия), П. Геренса (Германия) и др.

В начале XX в. большую роль в развитии металловедения сыграли работы Н.С. Кур- накова, который применил для исследования металлов методы физико-химического анализа (электрический, дилатометрический, магнитный и др.).

Большое значение в развитии металловедения и термической обработки имели труды В. Юм- Розери и Н. Мота (Англия), Ф. Зейтца, Э. Бейна и Р. Мейла (США), Ф. Вёлера (Германия) и др.

В Республике Беларусь создана известная школа в области материаловедения — это академики С.А. Астапчик, П.А. Витязь, А.И. Гордиенко, А.Л. Ласковнёв, Е.И. Марукович, члены-корреспонденты НАН Беларуси Ф.И. Пантелеенко, А.Ф. Ильюшенко, профессора В.М. Константинов, Ф.Г. Ловшенко, А.А. Шипко, А.Т. Волочко, Б.М. Невменёнок, М.В. Ситкевич, В.М. Капцевич и др.

Достижения в области физики прочности и пластичности за последние годы позволили перевести физическое металловедение на качественно новый уровень и обеспечили небывалый прогресс в разработке конструкционных и инструментальных материалов в различных областях техники. Исследования реальной структуры твердых тел показали принципиальную возможность получения материалов с прочностью межатомных связей.

Материаловедение — наука о природе, свойствах и поведении материалов на основе металлов, неметаллических элементов оксидных систем, неоксидных металлоподобных и неметаллических соединений, а также о закономерностях процессов их получения, струкгуро- образования, соединения и разрушения. Это наука, определяющая принципы «конструирования» и создания новых материалов, разработки их технологий и установления областей применения.

Таким образом, современное материаловедение — огромный массив знаний, требующий понимания новых разделов фундаментальных наук, а также процессов структурообразова- ния и разрушения материалов, проблем анализа и диагностики материалов, методов компьютерного моделирования в материаловедении и др.

В современной науке принято представление об иерархии структурных уровней материалов, которые можно рассматривать как частный случай иерархии структурных уровней материи в целом, описываемый понятием «квантовая лестница в строении материи» (В. Вайсхопф). Квантовая лестница представляет собой последовательность структурных состояний материи, реализуемых путем поэтапного увеличения (или уменьшения) передаваемой энергии.

В науке о материалах наиболее важна нижняя часть квантовой лестницы. Разнообразие структурных состояний в конденсированных средах (жидкое, аморфное, панокристалличе- ское, поликристаллическое, монокристаллическое) позволяет гибко и всесторонне с помощью внешних относительно низкоэнергетических воздействий управлять физико-механическими, тепло- и электрофизическими, магнитными, физико-химическими и другими свойствами материалов.

Исходя из поставленных задач в Республике Беларусь по получению университетского образования студенты всех технических специальностей должны иметь теоретические представлепия о роли электронной структуры (зонной структуры) твердых тел, об их электрофизических (включая явления сверхпроводимости, сегнето- и пироэлектрические свойства) и магнитных свойствах, определяемых электронной структурой, о дефектах в реальных кристаллах и теоретической и реальной прочности материалов.

Поскольку материалы являются многокомпонентными и многофазными системами и имеют к тому же развитую или активную поверхность, студенты технического университета должны иметь представления о топохимических реакциях, гетерогенном катализе и поверхности материалов как источнике дефектов и их неравновесное™, а также аспектах электрохимии как основы для понимания процессов коррозии материалов, электролиза растворов и расплавов и создания твердых электролитов. Формулу инженерного материаловедения обычно представляют как «состав — структура — свойства».

Структурные особенности материалов во многом определяют комплекс их разнообразных свойств, методы и способы определения которых являются очень важными для практической подготовки студентов. Современная аппаратура для определения механических, электрофизических, теплофизических и других свойств материалов очень быстро совершенствуется, поэтому в любом техническом университете должны быть такие лаборатории.

Очень важным для инженера в современном мире является использование компьютерных технологий при атгестации и диагностике материалов и, прежде всего, при обработке и визуализации результатов дефектоскопии и интроскопии, что позволяет надежно идентифицировать и локализовать в материалах дефекты разного происхождения.

Противоположные структурообразованию явления разрушения материалов реализуются под воздействием внешних электрических полей. В результате аккумулирования энергии происходит постепенная деградация структуры и полная деструкция материала, а продукты разрушения переходят на более высокую ступень квантовой лестницы. С этих позиций любой инженер-механик должен четко разбираться в трех видах разрушения: механическом, химическом и тепловом.

За последние годы разработаны новые методы синтеза веществ и химических соединений, в том числе отличающихся неравновесным структурным состоянием, которое во многом определяет специфические свойства новых неорганических материалов, созданных на их основе. Произошел прорыв в области теории и технологии композиционных и наноструктурных материалов. Разработаны компьютерные методы моделирования структур материалов и процессов их формирования и разрушения. Созданы методики и приборы, позволяющие изучать структуру материалов на уровне атомного разрешения, а также анализировать их элементный, изотопный и фазовый составы с большей точностью. В свою очередь наличие современной аналитической базы обусловило получение сверхчистых бездефектных монокристаллов и поликристаллических материалов, используемых в полупроводниковой технике и ядерной энергетике. Уже применяются методики и аппаратура для прецизионного определения различных физических свойств материалов в широком диапазоне параметров внешних воздействий. В результате использования комплексных теоретических и прикладных исследований разработаны промышленные технологические процессы производства изделий из новых материалов, расширены и найдены новые области их применения как в традиционных, так и в передовых отраслях техники.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >