Технологии материалов. Материаловедение и технологии материалов (на 2020 год)

В учебном пособии изложены основные формулы и определяющие соотношения для расчета анизотропных тел, позволяющие эффективно решать разнообразные инженерные задачи для элементов конструкций, деталей из современных материалов. В пособии рассмотрены анизотропные балки различной конфигурации, пластинки, как сплошные конечной длины, так и бесконечные, ослабленные отверстием. В некоторых задачах для сравнения показано распределение напряжений в телах из изотропного материала. По каждой теме приводится теоретическая справка.

В предлагаемом учебнике рассмотрены разделы: осевое растяжение-сжатие; сдвиг; кручение; изгиб; геометрические характеристики сечений; расчеты на прочность и основные теории прочности, понятие о статически определимых и статически неопределимых системах; энергетические методы расчета перемещений в стержневых системах; статически неопределимые системы; сложное сопротивление; продольный изгиб; динамические нагрузки; расчет на усталость; расчет тонкостенных сосудов.

Лабораторный практикум является дополнением к курсу «Механика разрушения», помогает выработать навыки при решении практических задач и при обработке полученных результатов по определению механических свойств металлов (часть 1), широко использующихся во всех отраслях промышленности, и требующих, кроме традиционных расчетов на прочность, дополнительных расчетов на трещиностойкость. В данной части представлены лабораторные работы по определению механических характеристик и влияния опасных дефектов на безопасную дальнейшую эксплуатацию деталей, узлов, конструкций, сооружений и механизмов, изготовленных из композиционных материалов.

Учебное издание содержит теоретический материал и указания для выполнения 17 лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов». Приводятся сведения о составе, структуре и свойствах, а также методах и способах термической, «горячей» и «холодной» обработки конструкционных материалов

Лабораторный практикум составлен в соответствии с требованиями собственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, содержит задания для работы на занятии, теоретическое обоснование, указания по порядку выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности по темам лабораторных работ, контрольные вопросы, список литературы.

Лабораторный практикум является дополнением к курсу «Механика разрушения», помогает выработать навыки при решении практических задач и при обработке полученных результатов по определению механических свойств металлов, широко использующихся во всех отраслях промышленности, и требующих, кроме традиционных расчетов на прочность, дополнительных расчетов на трещиностойкость.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» по разделу «Материаловедение» предусмотрено выполнение 8 лабораторных работ. По каждой работе приведены вопросы и ответы, тестовые материалы для подготовки к выполнению лабораторных работ, их защите, а также к промежуточной аттестации по дисциплине.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» по разделу «Горячая обработка металлов» предусмотрено выполнение восьми лабораторных работ. В каждой работе приведены вопросы и ответы, а также тестовые материалы для подготовки к выполнению лабораторных работ, их защите, а также к промежуточной аттестации по дисциплине

Обобщен экспериментальный материал отечественных и зарубежных ученых по проблеме получения монокристаллов германия с контролируемыми структурой, составом и оптическими свойствами. Представлены собственные результаты авторов по выращиванию малодислокационных и особо чистых кристаллов германия, разработке новых контейнерных материалов, исследованию поведения кислорода в германии и его влияния на структурное совершенство и свойства монокристаллов.

Рассмотрены темы базовых разделов курса «Сопротивление материалов»: «Статика», «Растяжение и сжатие», «Сдвиги и кручение» и др. Приведены примеры решения типовых задач и вопросы для самоконтроля.

Изложены физико-химические закономерности процессов, протекающих в ходе спекания. Рассмотрена взаимосвязь технологических параметров с микроструктурой и свойствами керамических, композиционных и наноматериалов, описаны методы прогнозирования и регулирования их основных физических и эксплуатационных характеристик.

Представлен разработанный метод контроля состояния трансмиссионных и моторных масел, позволяющий получить дополнительную информацию при их окислении. Предложены показатели, благодаря которым осуществляется контроль за состоянием товарных и работающих масел, находящихся на кратковременном и длительном хранении, а также в период эксплуатации.

В пособии представлены сведения по истории науки о материалах и технологиях, о жизни и деятельности ученых и инженеров, внесших значительный вклад в развитие материаловедения и технологии обработки материалов. Рассмотрены способы обработки материалов, особенности их открытия и применения в современной промышленности.

Приведены лабораторные работы по сварке на малых токах неплавящимися и плавящимися электродами при питании дуги от однофазного выпрямителя с конденсаторным умножителем напряжения, потребляющим в 1,5–2 раза меньше энергии в сравнении с традиционными и не больше, чем инверторные; плазменно-порошковой наплавке плазмотроном с безосцилляторным зажиганием плазменной дуги. Рассмотрено зажигание дуги на токах 1–15 А неплавящимися и плавящимися электродами и особенности горения трехфазной дуги плавящимися электродами.

Расширенно представлены теоретические сведения по основным фазовым и структурным превращениям в сплавах при первичной кристаллизации и в твердом состоянии, а также в области упрочнения материалов при подводе нетепловых форм энергии.

Приведены основные понятия организации и технологии испытаний, а также методы и виды испытаний материалов и изделий. Рассмотрены вопросы планирования и автоматизации испытаний, а также раскрыты процедуры аттестации и аккредитации испытательных лабораторий.

Представлены лабораторные работы по изучению структурных компонентов сплавов и металлов. Приведены примеры расчетов свойств сталей и чугунов.

Обобщен материал зарубежных и отечественных ученых, занимающихся исследованием ортованадатов редкоземельных металлов. Рассмотрены фазовые равновесия в системах R2O3 (R = La–Lu, Y, Sc) – V2O5. Подробно описаны методы синтеза и выращивания монокристаллов RVO4, кристаллохимия, структура и физико-химические свойства соединений, образующихся в этих системах, а также применение подобных материалов в науке и технике. Представлены результаты исследования высокотемпературных термодинамических свойств ортованадатов РЗМ.

Систематизированы методы проведения и организации испытаний образцов и элементов конструкций. Представленные материалы позволяют производить выбор режимов и обосновывать объем и продолжительность испытаний с целью оценки характеристик технических свойств с требуемой точностью и надежностью.

Рассмотрены вопросы, касающиеся теории и технологии сварки изделий из фторопласта-4 с использованием энергии силового ультразвука и теплового нагрева. Приведен новый способ комбинированного использования двух видов энергии, позволяющий получать качественные соединения практически не сваривающегося полимерного материала фторопласта-4. Описана промышленная технология сварки различных защитных оболочек и ёмкостей из плёночного фторопласта-4, фторопласта-4Д и др. Представлено сварочное оборудование комбинированного использования путём сочетания двух видов энергии тепла и ультразвука.

В учебном пособии содержатся сведения о методах проектирования, приемах выполнения заготовительных операций и технологиях изготовления сварных конструкций. Приведены примеры применения сварочных приспособлений, вспомогательного механического оборудования и промышленных роботов для сварки. Предназначено для студентов , изучающих дисциплины: «Проектирование сварочных приспособлений», «Проектирование цехов заготовительного производства», «Технологические комплексы для производства сварных конструкций», «Производство сварных конструкций», «Роботизированные технологические комплексы и автоматические линии в сварке».

Рассмотрены трансформаторы и выпрямители, применяемые для дуговой и электрошлаковой сварки. Описаны свойства и характеристики основных источников нагрева при сварке плавлением. Приведены электрические схемы, устройства конструкций серийно выпускаемых источников питания.

В пособии рассмотрены вопросы биомеханики, кинематики движения и статики тела человека, строения и свойств основных тканей организма. Описаны физические основы давления и течения жидкостей на примере кровеносной системы, затронуты физические основы работы сердца.

Учебное пособие включают в себя основные теоретические сведения по изучаемым темам, вопросы для самоконтроля, примеры решения задач, индивидуальные задания для РГР.

Пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Сопротивление материалов» направлений бакалаврской подготовки студентов всех технических специальностей. Данное пособие содержит указания по выполнению лабораторных работ и включает в себя теоретические вопросы по каждой работе, подробное описание эксперимента и экспериментальных установок, порядок выполнения работы и требования к ее оформлению. Также приводится описание выполнения девяти виртуальных лабораторных работ, применяемых в учебном процессе, на программном комплексе Columbus.

Пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплин «Сопротивление материалов», «Техническая механика» направлений бакалаврской подготовки студентов всех технических специальностей. Большое внимание уделено изложению методов решения задач, вызывающих у студентов определенные трудности как при выполнении домашних заданий, так и в процессе освоения теоретического материала.

Изложены теоретические основы курса сопротивления материалов, предусмотренные рабочей программой дисциплины «Техническая механика», касающиеся расчета упруго-деформируемых систем, работающих в условиях растяжения, сдвига, кручения, изгиба и пр. Теоретические положения сопровождены примерами расчета.

Рассмотрены физико-химические и термодинамические аспекты строительного материаловедения, комплексы технологических приемов получения строительных материалов различной природы. Определены пути совершенствования свойств и технологий современных строительных материалов. Осуществлена систематизация строительных материалов в соответствии с концепцией строительного материаловедения.

Пособие создано в соответствии с ФГОС в технических областях. Изложены основные темы курса "Сопротивление материалов", необходимых для формирования профессиональных компетенций. Приведены примеры расчетов практических задач, а также задания для самостоятельной работы студентов.

Учебное пособие «Оптическое материаловедение. Материалы и технологии оптических элементов». Учебное пособие разработано в соответствии с ФГОС ВО по направлению подготовки бакалавров и магистров 12.03.03 - Фотоника и оптоинформатика. Предназначено для студентов 3 курса ФБТО для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ.

Учебное пособие «Оптическое материаловедение. Материалы и оптические элементы в фотонике» Учебное пособие разработано в соответствии с ФГОС ВО по направлению подготовки бакалавров и магистров 12.03.03 - Фотоника и оптоинформатика. Предназначено для студентов 3 курса ФБТО для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ.

В сборнике представлены труды Третьего Международного междисциплинарного молодежного симпозиума «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов (Анализ современного состояния и перспективы развития)», посвященного проблемам разработки, создания, исследования и перспективам практического применения бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов, проходившего в г. Туапсе 2-6 сентября 2014 г.

В сборнике представлены труды Третьего Международного междисциплинарного молодежного симпозиума «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов (Анализ современного состояния и перспективы развития)», посвященного проблемам разработки, создания, исследования и перспективам практического применения бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов, проходившего в г. Туапсе 2-6 сентября 2014 г.

Рассмотрены основные методы компактирования и консолидации порошковых наноматериалов для получения из них изделий. В большей части внимание уделено объемным наноструктурным материалам и изготовленным на их основе керамическим изделиям конструкционного и функционального назначения. Подробно изложены метод УЗ-компактирования порошков, коллекторный метод прессования, приведены конструкции коллекторных пресс-форм для производства порошковых изделий различной геометрической формы. Проанализированы характеристики напряженно-деформированного состояния и реологические свойства уплотняемого порошкового материала, определяющие качество изделий.

В данном учебном пособии рассмотрены потенциальные и реальные экологические риски, возникающие при взаимодействии наноматериалов с окружающей средой. Анализ проведен на основании экспериментального изучения миграции и путей попадания наноматериалов в экосистему (атмосфера, гидросфера, литосфера), физико-химических свойств наноразмерных золей, а также исследований в области токсикологии и экотоксикологии наноматериалов при их взаимодействии с растениями, почвой, беспозвоночными и млекопитающими. Отдельное внимание уделено вопросам поступления, миграции и выведения наночастиц из организма человека. Сформулированы некоторые общие выводы и перечислены перспективные направления исследований в области экологии наноматериалов.

Рассмотрены различные методы получения ультрадисперсных (нано-) материалов — механические, физические, химические, биологические. Обобщены современные представления об электрических, магнитных, тепловых, оптических, диффузионных, химических и механических свойствах наноматериалов. Подчеркнута и продемонстрирована зависимость этих свойств от структуры материала и геометрических размеров наночастиц. Значительное внимание уделено вопросам хранения и транспортировки наноматериалов.

В монографии изложены современные тенденции в наноструктурном материаловедении, сформулированы нерешенные проблемы. Систематизированы многочисленные данные о влиянии размерных эффектов и поверхностей раздела на физические, физико-химические и механические свойства наноматериалов, обобщены и проанализированы сведения о термической, радиационной, деформационной и коррозионной стабильности. Рассмотрены особенности наиболее характерных наноматериалов на основе соединений титана, кремния и их сплавов.

Настоящий учебник является одним из наиболее полных современных учебных изданий по материаловедению. В нем систематизированы фундаментальные сведения о строении и физико-химических свойствах, фазовых превращениях и физических процессах широкого спектра материалов, в том числе наноструктурированных, рассмотрены методы исследования их структуры и свойств. Широко проиллюстрированы возможности применения наноструктур для решения разнообразных технических задач. Приведенные в приложении к учебнику тестовые задания с вариативными ответами предназначены для промежуточного и итогового контроля, повышения эффективности усвоения изучаемого материала.

Рассматривается моноатомная наноуглеродная структура — графен, который предопределяет развитие многих инновационных сфер научной и промышленной деятельности. Техника графена составляет базис индустрии будущего — Шестого технологического уклада: плазмоники, фотоники, спинтроники, биоинформатики, терагерцевой наноэлектроники. Книга является первым систематизированным изложением графеновой нанотехники и содержит информацию, адаптированную для изучения текстов, касающихся графена.

В учебном пособии, написанном известным специалистом из Германии, имеющим многолетнюю преподавательскую практику, изложены основы современного материаловедения. При этом в полной мере использованы фундаментальные понятия, представления и закономерности из других областей знаний - физики, химии, математики, а также кристаллографии и металлургии. Рассмотрены различные модели, в том числе на основе фазовых диаграмм и теории химической связи. Большое внимание уделено применению термодинамических подходов при изучении материалов. Подробно обсуждаются теория дефектов в кристаллических твердых телах, процессы кристаллизации и рекристаллизации, способы управления составом композиционных материалов, структурная организация в стеклах и полимерах.

Систематизированы и обобщены данные о влиянии термических, радиационных, деформационных и коррозионных воздействий на структуру и свойства консолидированных наноматериалов на основе металлов, сплавов и тугоплавких соединений. Описаны основные теоретические подходы к моделированию стабильности наноструктур в экстремальных условиях. Приводятся сведения об использовании наноматериалов и перспективах их применения в установках атомной и авиационно-космической техники, общего и химического машиностроения, системах энергетики, устройствах электроники, а также в медицине и биологии.

Изложены теоретические основы материаловедения и технологии обработки металлов: горячая обработка, обработка металлов резанием, сварка. Приведены лабораторные работы по основным разделам курса с заданиями для самостоятельной работы.

Пособие предназначено для оказания помощи студентам строительных специальностей при выполнении расчётно-графических работ по сопротивлению материалов и основам строительной механики. Включает в себя теоретическую часть, тестовые задачи и расчетно-графические задания.

Рассмотрены основные методы исследования структуры материалов, параметры микроструктуры и способы ее визуализации. Особое внимание уделено методам микроскопии, применяемым в материаловедении, таким как оптическая, электронная и зондовая. Приведены сведения о дополнительных и специальных микроскопических методах.

Описываются теоретические основы физических методов исследования морфологии, качественного и количественного состава поверхности. Рассматриваются микроскопические и спектроскопические методы исследования. Приводятся примеры применения этих методов в исследованиях осаждения и коррозии металлов.

В учебном пособии рассматриваются свойства классических полупроводниковых материалов и их применение в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Предназначено для студентов направлений «Электроэнергетика и электротехника» профиля «Электропривод и автоматика» и «Мехатроника и робототехника», а также для студентов смежных специальностей.

Рассмотрены теоретические основы химического сопротивления воздействию агрессивных сред, а также практические методы антикоррозионной защиты. Изложены теоретические основы химической и электрохимической коррозии, рассмотрены особенности коррозии металлов в атмосфере, грунтах, морской воде, расплавах металлов и солей. Описаны локальные виды коррозии и факторы, влияющие на коррозию. Вскрываются причины коррозии металлов как термодинамической неустойчивости системы «металл – агрессивная среда». Подробно анализируются механизмы и законы химической и электрохимической коррозии. Рассматриваются способы нанесения антикоррозионных защитных металлических, неорганических и неметаллических покрытий. Анализируются особенности конструирования машин и аппаратов, максимально стойких к коррозионному разрушению.

В учебном пособии систематизированы методы определения текстуры с точки зрения целесообразности их применения к конкретным задачам исследования, описаны современные математические методы описания текстуры, произведено их сравнение.

Представлены общие сведения о материалах, используемых в современной электронике, и физике явлений, происходящих в проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалах. Рассмотрены электрические и магнитные свойства материалов. Показаны технологии производства важнейших материалов и их применение. Изложены физические принципы, положенные в основу материалов и технологий наноэлектроники.

Учебное пособие освещает актуальные проблемы развития, обработки, создания и исследования конструкционных и функциональных материалов на металлической основе.