Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Кафедра технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології

Основи матеріалознавства

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

для студентів напряму підготовки: 6.051301 “Хімічна технологія”

спеціальності “Хімічна технологія неорганічних речовин”

денної форми навчання

Київ НТУУ "КПІ" 2011

Основи матеріалознавства : Навчальний посібник. / Уклад.: Іваненко І.М. – К.: НТУУ «КПІ», 2011. – 190 с.

Гриф надано Методичною радою НТУУ «КПІ»

(Протокол № 10 від 16 червня 2011 р.)

Навчальне видання призначене для самостійної роботи студентів з дисципліни (кредитного модулю) "Основи матеріалознавства" денної форми навчання хіміко-технологічного факультету Національного технічного університету України "КПІ".

електронне навчальне видання

Основи матеріалознавства

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

для студентів напряму підготовки: 6.051301 “Хімічна технологія”

спеціальності “Хімічна технологія неорганічних речовин”

денної форми навчання

Укладачі: Іваненко Ірина Миколаївна, канд. хім. наук, старший викладач.

Відповідальний редактор: О.М. Сінюшкин, канд. техн. наук, доц.

Рецензенти: С.Ю. Загінайченко, д-р хім. наук, старш. наук. співр.,

заст. зав. відділом №67 ІПМ НАНУ

Д.В. Щур, канд. хім. наук, старш. наук. співр.,

зав. відділом №67 ІПМ НАНУ

За редакцією укладачів

ЗМІСТ

ЗМІСТ 3

ВСТУП 5

1 ОСНОВИ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА 7

1.1 Структура матеріалів 7

1.1.1 Атом, молекула, хімічний зв'язок 7

1.1.2 Фазовий стан речовини 11

1.1.3 Газ і рідина 12

1.1.4 Тверде тіло 13

1.2 Основні властивості матеріалів 15

1.2.1 Механічні властивості 15

1.3 Класифікація матеріалів 18

Питання для самоконтролю 23

2 КОНСТРУКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ, ЩО ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ У ВИРОБНИЦТВІ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН 25

2.1 Метали і сплави 25

2.2 Сталі 36

2.2.1 Загальна класифікація сталей 36

2.2.2 Вуглецеві сталі 42

2.2.3 Леговані сталі 46

2.2.4 Галузі застосування сталей 56

2.3 Чавуни 58

2.3.1 Структура і класифікація чавунів 58

2.4 Кольорові метали та сплави 69

2.4.1 Алюміній та його сплави 69

2.4.2 Мідь та її сплави 74

2.4.3 Титан та його сплави 80

2.4.4 Магній та його сплави 83

2.4.5 Нікель і його сплави 84

2.4.6 Свинець 85

2.4.7 Цирконій. Ніобій 86

Питання для самоконтролю 87

3 КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ 93

3.1 Електрохімічна корозія 93

3.2 Хімічна корозія 97

3.3 Суцільна і локальна корозія 100

3.4 Корозійна стійкість металів і сплавів 102

3.5 Способи захисту апаратів від корозії 105

3.5.1 Плівкові захисні покриття 105

3.5.2 Листове покриття 110

3.5.3 Футерування апаратів штучними кислототривкими виробами 111

3.5.4 Методи катодного захисту і інгібування 114

Питання для самоконтролю 117

4 НЕМЕТАЛІЧНІ КОНСТРУКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ, ЩО ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ У ВИРОБНИЦТВІ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН 120

4.1 Неорганічні неметалічні матеріали 120

4.2 Кераміка 122

4.2.1 Склад, будова, властивості кераміки 122

4.2.2 Кераміка на основі глини 127

4.2.3 Технічна кераміка 129

4.2.3.1 Кераміка на основі чистих оксидів 130

4.2.3.2 Безкиснева кераміка 132

4.3 Полімерні матеріали 134

4.3.1 Класифікація, структура 134

4.3.2 Властивості полімерних матеріалів 141

4.3.3 Орієнтаційні зміцнення та релаксація напруги у полімерах 145

4.3.4 Старіння полімерів 147

4.4 Пластичні маси 148

4.4.1 Склад, класифікація та властивості пластмас 149

4.4.2 Термопластичні пластмаси 152

4.5 Силікати 166

4.5.1 Склад і будова силікатного скла 166

4.5.2 Фізичні властивості скла 170

4.5.3 Хімічні властивості 177

4.6 Склокристалічні матеріали 179

4.6.1 Ситал 179

4.6.2 Технічне скло і скловолокнисті матеріали 182

Питання для самоконтолю 184

ОСНОВНА ЛІТЕРАТУРА 188

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА 189

ВСТУП

Дисципліна (кредитний модуль) ”Основи матеріалознавства” належить до циклу дисциплін ”Професійна та практична підготовка” напряму підготовки Хімічна технологія та інженерія. Дисципліна (кредитний модуль) ”Основи матеріалознавства” являється базисним для профілюючих дисциплін в навчальному плані підготовки спеціалістів професійного спрямування 6.051301 – Хімічна технологія неорганічних речовин.

Предмет матеріалознавства займає важливе місце у формуванні світогляду сучасного фахівця з технології неорганічних речовин. Навчальний матеріал дисципліни (кредитного модуля) ”Основи матеріалознавства” базується на знаннях курсів фізики, загальної та неорганічної хімії, а також формує базу для подальшого вивчення таких більш глибоких профілюючих дисциплін як Хімічна технологія неорганічних речовин: 1) Технологія мінеральних кислот і солей; 2) Технологія зв’язаного азоту і хімічних добрив, Устаткування галузі та основи проектування.

Дисципліна (кредитний модуль) ”Основи матеріалознавства” має своєю метою вивчення теоретичних основ матеріалознавства на основі загальних зв’язків внутрішньої будови матеріалу і його властивостей. Це дозволяє визначити області застосування нових (і розширення традиційних) конструкційних матеріалів із заданими властивостями, зокрема у галузі виробництва неорганічних речовин.

Після вивчення дисципліни (кредитного модулю) ”Основи матеріалознавства” студент повинен знати основні властивості та умови роботи традиційних та новітніх конструкційних матеріалів. Освоєння курсу надає можливість вміти в практичній роботі ефективно підбирати та раціонально використовувати традиційні та нові конструкційні матеріали для даного виробничого процесу.

Основні задачі, що стоять перед студентом під час вивчення навчальної дисципліни ”Основи матеріалознавства” такі:

• ознайомитися з природою конструкційних матеріалів, законами, за якими змінюються їх будова і властивості в залежності від складу, а також хімічного, механічного та інших видів впливу;

• засвоїти взаємозв’язок між хімічним складом, внутрішньої будовою та фізико-хімічними властивостями основних конструкційних матеріалів, що застосовуються у хімічній промисловості;

• навчитися обирати конструкційні матеріали для конкретних виробничих цілей, базуючись на їх фізичних, хімічних, механічних та технологічних властивостях;

• навчитися розрізняти види корозії, оцінювати корозійну стійкість металів і сплавів, а також опанувати способи їх захисту від корозії.