Программа спецкурса «Материаловедение и методы диагностики

микро- и наноструктурных материалов» (32 часа)

Лекторы: академик РАН, профессор О.В. Руденко, с.н.с. Н.И. Одина.


Строение кристаллических тел. Ближний и дальний порядок. Потенциал межатомного взаимодействия. Элементарная ячейка. Кристаллографические системы. Пространственные решетки Бравэ. Параметры решетки. Координационное число. Коэффициент компактности. Узлы, направления и плоскости решетки. Индексы Миллера. Полиморфизм. Типы химической связи. Влияние анизотропии и ангармоничности потенциала межатомного взаимодействия на упругие свойства кристаллов.

Дефекты кристаллической структуры. Классификация дефектов. Точечные дефекты. Вакансии, дефекты внедрения и замещения. Дефекты Френкеля и Шоттки. Линейные дефекты (дислокации). Краевые и винтовые дислокации. Вектор Бюргерса. Движение дислокаций. Закон Паейрлса-Набарро. Амплитудно-зависимый дефект модуля упругости в некоторых моделях дислокационного гистерезиса. Пластическая деформация. Закон Шмида. Поверхностные дефекты. Границы зерен. Закон Холла-Петча. Граница двойников. Влияние пластической деформации и размеров зерна на упругие свойства металлов.

Наноструктуры. Этапы развития нанотехнологий. Классификация наноструктрур. Структурные свойства индивидуальных нанокластеров. «Магические числа». Флуктуации структуры. Электронная структура нанокластеров.

Методы исследования структуры твердых тел. Устройство и принцип действия рентгеновского дифрактометра. Просвечивающая электронная микроскопия. Туннельная микроскопия. Атомная силовая микроскопия. Акустическая и фотоакустическая микроскопия.

Механические тесты. Тест на растяжение. Определение статического модуля Юнга из зависимости напряжение-деформация. Пределы прочности и текучести. Изгибные испытания. Определение твердости. Тесты Бринелля, Виккерса и Роквелла. Микро- и нанотвердость. Корреляция твердости со скоростью и затуханием ультразвуковых волн. Ударная вязкость. Трещиностойкость. Ультразвуковая оценка трещиностойкости. Усталостные испытания. Ползучесть. Закон Аррениуса. Параметр Ларсона-Миллера. Механические свойства нанокристаллических материалов.

Обработка металлов давлением. Деформационное упрочнение. Коэффициент деформационного упрочнения. Механизмы деформационного упрочнения. Источник Франка-Рида. Методы обработки металлов давлением. Остаточные напряжения. Влияние остаточных напряжений на акустические свойства твердых тел.

Термическая обработка металлов. Виды термической обработки. Отжиг. Стадии отжига. Рекристаллизация. Влияние рекристаллизации на параметры акустических волн. Контроль отжига. Сварка. Акустическая сварка. Сверхпластические деформации.

Основные закономерности затвердевания. Стадии затвердевания. Гомогенная и гетерогенная нуклеация. Дендритный и планарный рост. Правило Хворинова. Дефекты затвердевания. Акустический контроль процессов затвердевания.

Методы получения микро- и нанокристаллических материалов. Методы получения поликристаллического слитка. Методы выращивания монокристаллов. Методы получения нанопорошков и компактных наноматерилов. Воздействие акустических волн на процессы синтеза материалов.

Фазовые превращения. Фазовая диаграмма бинарной системы с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Понятие фазы. Правило фаз Гиббса. Правило Юм-Розери. Равновесное и неравновесное затвердевание твердых растворов. Сегрегация. Исследование фазовых переходов акустическим и фотоакустическим методами.

Фазовые диаграммы с протеканием трехфазных реакций. Важнейшие типы трехфазных реакций. Эвтектическая реакция. Твердые растворы, эвтектические, до-эвтектические и за-эвтектические сплавы. Структура и механические свойства эвтектических сплавов. Дисперсное упрочнение. Когерентные и некогерентные выделения. Соотношение Аврами. Упрочнение старением.

Фазовая диаграмма системы Fe-Fe3C. Эвтектоидная реакция. Полиморфные превращения железа и твердых растворов на его основе. Цементит. Перлит. Бейнит. Эвтектоидная, до- и за-эвтектоидная стали. Термокинетические кривые. Мартенситное превращение. Эффект памяти формы в мартенситных сплавах. Влияние мартенситного превращения на акустические параметры.

Простая термообработка стали. Изотермическая тепловая обработка. Влияние содержания углерода, скорости охлаждения и легирующих примесей на термокинетические кривые. Закалка и отпуск. Проба Джомини для определения закаливаемости стали.

Классификация сплавов железа с углеродом. Стали и чугуны. Специальные стали: инструментальные, высокопрочные низколегированные, микролегированные, двухфазные, состаренные. Обработка поверхности: науглероживание, цианидирование, карбоазотирование. Нержавеющие стали: ферритовая, мартенситная, аустенитная. Чугуны: белый, серый, ковкий. Влияние состояния поверхности на параметры поверхностных акустических волн.

Разрушение и коррозия металла. Механизмы трещинообразования. Хрупкое и вязкое разрушение. Усталостное разрушение. Акустическая эмиссия. Основные виды коррозии: химическая, электрохимическая, межзеренная. Окисление. Абразивный износ. Эрозия.

Методы неразрушающего контроля твердых тел. Рентгенография, ультразвуковое тестирование, магнитный и вихретоковый, термографический, акустоэмиссионный, термо-акустоэмиссионный, фотоакустический.


Список рекомендованной литературы:

Основная:

  1. О.В.Руденко, Н.И. Одина. Материаловедение и методы диагностики микро- и наноструктурных материалов. Конспект лекций в электронной форме. 2010.

  2. Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. Москва, Мир, 1976.

  3. Ч.Пул, Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. Москва, Техносфера, 2007.

  4. Кайно Г. Акустические волны, Москва, Мир, 1996.

  5. Б. Радж, В. Раджендран, П. Паланичами. Применения ультразвука. Москва, Техносфера, 2006.

  6. Р. Труэлл, Ч. Эльбаум, Б. Чик. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. Москва, Мир, 1972.

  7. Материаловедение (под ред. Б.Н.Арзамасова, В.И. Макарова, Г.Г. Мухина и др.), Москва, Изд. МГТУ им. Баумана, 2001 (имеется в библиотеке физ. ф-та).

  8. Ю.В. Трушин. Физическое материаловедение. С.-Петербург, Наука, 2000 (имеется в библиотеке физ. ф-та).

Дополнительная:

  1. Ч. Уэрт, Р.Томсон. Физика твердого тела. Москва, Мир, 1969.

  2. Материаловедение (под ред. В.С.Чередниченко), Москва, Омега-Л, 2008.



Программу составили: академик РАН, профессор О.В. Руденко, с.н.с. Н.И. Одина.


Заведующий кафедрой акустики,

академик РАН, профессор О.В.Руденко