69. Полимерные пластические материалы
Полимерные пластические материалы — искусственные материалы, получаемые на основе природных или синтетических высокомолекулярных полимеров при нагреве путем формования в размягченном состоянии под давлением и с последующим переходом в твердое состояние сформованной массы при дальнейшем ее нагревании (термореактивные) или охлаждении (термопластичные). В инженерной практике такиематериалы называются пластмассами
70. Порошковые металлические материалы
Важную роль в развитии технологии создания материалов с заданными свойствами играет порошковая металлургия – метод, при помощи которого в настоящее время изготовляют широкий ассортимент порошковых и композиционных материалов.
Сущность порошковой технологии состоит в применении исходного сырья в виде порошков металлов и неметаллов, которые формуются в изделия заданных размеров и подвергаются термической обработке при температуре ниже точки плавления основного компонента. В условиях массового производства этот метод отличается:
• высокой производительностью,
• экономичностью,
• безотходностью (сокращает потери материала до 5%),
• позволяет получать изделия высокой размерной точности,
• дает возможность создавать новые материалы с широким диапазоном свойств, в некоторых случаях уникальных, не достижимых другими методами.
Первой операцией типовой технологии порошковой металлургии является получение порошков и/или приготовление шихты, то есть смешивание порошков различных компонентов, содержание которых определяется составом материалов.
Металлический порошок представляет собой совокупность частиц металла, сплава или металлоподобного соединения, находящихся в контакте и не связанных между собой. Лигатурами называются вспомогательные сплавы, применяемые для введения в состав металлических сплавов легирующих элементов для придания сплавам определённых физических, химических или механических свойств.
Металлические порошки характеризуются совокупностью физико-химических и технологических свойств.
К химическим свойствам металлических порошков относятся их химический и фазовый состав, газонасыщенность, пирофорность, токсичность, взрывоопасность. Химический состав оценивают содержанием основных металлов, легирующих элементов, загрязнений и газов. Неметаллическими включениями являются преимущественно оксиды основного и примесных элементов. Характерной особенностью порошков является их газонасыщенность. Газы могут адсорбироваться как на поверхности, так и находиться внутри пор частиц порошка. С уменьшением размеров частиц увеличивается интенсивность взаимодействия порошка с окружающей средой, что приводит к повышению его газонасыщенности и окисленности металла. Предельное содержание примесей в порошках определяется их допустимым количеством в готовой продукции.
К физическим свойствам порошков относятся: плотность, удельная поверхность, форма, размер и микротвердость частиц, функциональные свойства (электрические, магнитные, оптические и др.). Порошки, используемые в порошковой металлургии, имеют развитую поверхность и высокое содержание поверхностных и объемных дефектов, что во многом определяет их поведении при дальнейшей обработке и отличает от объемных материалов идентичного состава. В большинстве случаев размеры частиц порошков составляют 0,5-500 мкм.
К основным технологическим свойствам порошков относятся: насыпная плотность, угол естественного откоса, текучесть, прессуемость и спекаемость.
Промышленность России производит широкую номенклатуру порошков таких металлов, как железо и его сплавы, никель, медь, кобальт, алюминий, титан, олово, цинк, свинец, магний, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и др., лигатур и модификаторов. Порошки, используемые в современной порошковой металлургии, представляют собой продукты высокого передела, на свойства которых непосредственно влияет способ изготовления. Работы ученых привели к созданию ряда оригинальных процессов получения металлических порошков, различающихся по гранулометрическому, химическому, фазовому составам, форме и микроструктуре частиц. В настоящее время ведется разработка научных принципов создания и методов управления структурой и свойствами нанокристаллических композиционных порошков различного функционального назначения с размером кристаллитов менее 100 нм.
70.Порошковые металлические материалы- материалы, полученные методами порошковой металлургии.Порошковая металлургия- область техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей с неметаллическими порошками) без расплавления основного компонента.Технология П. м. включает следующие операции: получение исходных металлических порошков и приготовление из них шихты (смеси) с заданными химическим составом и технологическими характеристиками; формование порошков или их смесей в заготовки с заданными формой и размерами (главным образом Прессованием); спекание, т. е. термическую обработку заготовок при температуре ниже точки плавления всего металла или основной его части.
71 потребительские свойства - проявляющиеся при использовании товара потребителем, свойства, в процессе удовлетворения потребностей. Это совокупность технических, экономических и эстетических качеств товара, обеспечивающих покупателю наибольшее удовлетворение его потребностей за оптимальную цену.
72 Пластичность – способность материала к пластической деформации, то есть способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.
Предел прочности σв – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).
Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям. В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести.
Физический предел текучести σm – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов.
Диаграмма растяжения материала Истинная диаграмма растяжени
73 Природными каменными материалами называют материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т. п.) горных пород.
Диспе́рснаясисте́ма — это система, образованная из двух или более фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т. д.).
74 Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смесикаучука и серы с различными добавками.Кроме отмеченных особенностей для резиновых материалов характернывысокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическаястойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.
75Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения являются искусственными строительными конгломератами на основе известково-кремнеземистого вяжущего, получаемого в процессе автоклавной обработки под действием пара при относительно высокой температуре и повышенном давлении.
76 Диаграмма состояния железо - цементит. В диаграмме состояния железо – цементит (Fe-Fe3C) рассматриваются процессы кристаллизации железоуглеродистых сплавов (стали и чугуна) и превращения в их структурах при медленном охлаждении от жидкого расплава до комнатной температуры. Диаграмма (рис.18) показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С). Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% - чугуном
77сита́ллы
стеклокристаллические материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Высокая прочность, твёрдость, химическая и термическая стойкость, низкий температурный коэффициент расширения. Различают техническиеситаллы (изготовляемые на основе искусственных композиций из различных химических соединений — оксидов, солей), петроситаллы (из горных пород — базальтов, диабазов и др.) и шлакоситаллы (из металлургических или топливных шлаков). Изделия из ситалла (панели, трубы, электроизоляторы и др.) получают методом стекольной или керамической технологии. Ситаллы применяют также для герметизации электровакуумных приборов, в оптике и т. д.
78 Слюда, являющаяся исходным сырьем для большой группы электроизоляционных материалов, представляет собой минерал группы алюминосиликатов листового строения, могущего расщепляться на листочки толщиной до 0,006 мм.
Слюдинитовые материалы получаются в результате термохимической обработки слюдяного скрапа, при которой образуется однородная разрыхленная масса из частиц слюды. Из этой массы на бумагоделательной машине изготовляются листы, которые после оклеивания как между собой, так и с различными подложками образуют материалы, приближающиеся по своим характеристикам к слюдяным — миканиту, микафолию и микаленте и успешно их заменяющие.
79 Смазочные материалы, вещества, обладающие смазочным действием. Применяются для смазки трущихся деталей машин и приборов, а также при обработке металлов давлением. В качестве С. м. используют жидкие масла преимущественно нефтяного происхождения (см. Масла нефтяные), синтетические масла, пластичные смазки, твёрдые вещества (графит, дисульфид молибдена, полимеры с наполнителями), газообразные вещества (воздух, пары углеводородов, галогенопроизводные метана и др.) и поверхностно-активные вещества (мыла, глицерин и пр.). По агрегатному состоянию, свойствам и назначению разделяются на группы и сорта
80 Сталь (сплав железа с углеродом)
Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. С. ‒ важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей промышленности. Масштабы производства . в значительной степени характеризуют технико-экономический уровень развития государства.
81)Способы воздействия на свойства веществ и материалов
Химические свойства материала характеризуют его способность к химическим превращениям под влиянием веществ (воздействий), с которыми он находится в соприкосновении, а также способность сохранять постоянными состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде. Ряд материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами солей, агрессивными газами и т. д. Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов. Химическая (коррозионная) стойкость - свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды (жидкой, газообразной, твердой) или физических воздействий (облучение, электрический ток). При контакте с агрессивной средой в структуре материала происходят необратимые изменения, что вызывает снижение его прочности и преждевременное разрушение конструкции. Основными агрессивными агентами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы (S03, S02, C02, N02) от промышленных предприятий и автомашин. На промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные агенты: растворы кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы. Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток, например некоторых газов при высокой температуре, нефтепродуктов, содержащих органические кислоты. Такую коррозию металлов называют химической. |
Поведение металлов в условиях пожара
При нагреве металла подвижность атомов повышается, увеличиваются расстояния между атомами и связи между ними ослабевают. Термическое расширение нагреваемых тел - признак увеличения межатомных расстояний. Большое влияние на ухудшение механических свойств металла оказывают дефекты, число которых возрастает с увеличением температуры. При температуре плавления количество дефектов, увеличение межатомных расстояний и ослабление связей достигает такой степени, что первоначальная кристаллическая решетка разрушается. Металл переходит в жидкое состояние.
Особенности поведения природных каменных материалов в условиях пожара
Мономинеральные горные породы (гипс, известняк, мрамор и др.) при нагреве ведут себя более спокойно, чем полиминеральные. Они претерпевают в начале свободное тепловое расширение, освобождаясь от физически связанной влаги в порах материала. Это не приводит, как правило, к снижению прочности и даже может наблюдаться ее рост при спокойном удалении свободной влаги. Затем в результате действия химических процессов дегидратации (если материал содержит химически связанную влагу) и диссоциации материал претерпевает постепенное разрушение (снижение прочности практически до нуля).
Поведение древесины при нагреве в условиях пожара:
°С - начинается разложение древесины, сопровождающееся выделением летучих веществ, что можно обнаружить по характерному запаху.
-150°С - происходит выделение негорючих продуктов разложения (вода - Н2О, углекислый газ - СО2 ), что сопровождается изменением цветы древесины (она желтеет).
-200°С - древесина начинает обугливаться, приобретая коричневую окраску. Газы, выделяющиеся при этом, являются горючими и состоят в основном из окиси углерода - СО, водорода - Н2 и паров органических веществ.
250-300°С - происходит воспламенение продуктов разложения древесины.
Идеальная схема разложения древесины:
82) Стали и сплавы со специальными свойствами
К сталям и сплавам с особыми физическими свойствами относятся те, работоспособность которых оценивается не только по механическим, но и по ряду других (теплофизических, магнитных, электрических и др.) свойств требуемого уровня.
Стали и сплавы с особыми физическими свойствами часто называют прецизионными. Прецизионные сплавы -металлические сплавы с особыми физическими свойствами (магнитными, электрическими, тепловыми, упругими) или редким сочетанием свойств, уровень которых в значительной степени обусловлен точностью химического состава, отсутствием примесей, тщательностью изготовления и обработки.
Стали и сплавы с особыми физическими свойствами имеют очень широкий диапазон использования. Наибольшее распространение получили стали и сплавы:
· с заданным температурным коэффициентом линейного расширения;
· с высоким электросопротивлением (при повышенной жаростойкости);
· магнитные стали и сплавы.
Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
Стали и ставы с заданным температурньм коэффициентом линейного расширения (ГОСТ 10994-74) предназначены для впаивания изделий на их основе в стеклянные и керамические корпуса вакуумных приборов. Химический состав этих сплавов базируются на системе Fe+Ni + Co с небольшим количеством меди. Точный составкаждого сплава устанавливается для конкретного вида стекла или керамики, используемых в изделиях, из условияравенства их температурных коэффициентов линейного расширения. Например, сплав 29НК (29% Ni, 18% Со, остальное Fe) с a = (4,6...5,5)•10-6°C-1, называемый ковар, предназначен для вакуумных впаев в молибденовые стекла.
Стали и сплавы с высоким электросопротивлением
Стали и сплавы с высоким электросопротивлением (ГОСТ 10994-74) должны сочетать высокое сопротивление(1,06... 1,47 мкОм·м, что более чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистой стали) и иметь жаростойкость1000...1350°С. К технологическим свойствам таких сплавов предъявляются требования высокой пластичности, обеспечивающей хорошую деформируемость на прутки, полосу, проволоку и ленты, в том числе малых сечений, а к потребительским - малая величина температурного коэффициента линейного расширения. Для этих сплавовиспользуются системы Fe + Сг + А1, Fe + Ni + Сг и Ni + Сr. Их микроструктура представляет собой твердые растворы с высоким содержанием легирующего элемента. Чем больше в сплавах хрома и алюминия, тем выше их жаростойкость. Количество углерода в сплавах строго ограничивают (0,06...0,12%), так как появление карбидовснижает пластичность и сокращает срок эксплуатации изделий.
Наибольшее распространение в технике получили сплавы ферритного класса: Х13Ю4 (фехраль), ОХ23Ю5 (хромель)и ОХ27Ю5А. Эти сплавы малопластичны, поэтому изделия из них, особенно крупные, следует выполнять при подогреве до 200...300°С. сопротивление ползучести ферритных сплавов невелико, поэтому нагреватели при высоких (1150...1200°С) температурах нередко провисают под действием собственной массы.
Высоким электросопротивлением обладают сплавы на основе никеля - Х20Н80 (нихромы). Нихромы с железомназывают ферронихромами, например, сплав Х15Н60, содержащий 25% Fe. Ферронихромы обладают более высокими технологическими свойствами и дешевле, чем нихромы. Стали и сплавы с высокимэлектросопротивлением предназначены для изготовления деталей и элементов нагревательных приборов, реостатов, а также резисторов, терморезисторов, тензодатчиков и др.
Магнитные стали и ставы
Магнитные стали и сплавы классифицируют на магнитно-твердые, магнитно-мягкие и парамагнитные.
Легирующие элементы повышают, главным образом, коэрцитивную силу и магнитную энергию, а также улучшаюттемпературную и механическую стабильности постоянного магнита.
В углеродистых магнитно-твердых сталях необходимые свойства (Я,. = 65 Э) обеспечиваются неравновесноймартенситной структурой с высокой плотностью дефектов. В сплавах железа с хромом (например, ЕХЗ) высокие потребительские свойства обеспечивают магнитная и кристаллографическая текстуры, получаемые в результате термообработки, включающей нормализацию и высокий отпуск или закалку и низкий отпуск. Наиболее высокиесвойства (Нс = 500 Э), достигаемые в сплавах алнико, реализуются за счет выделения интерметаллида NiAl и наличия магнитной и кристаллографической текстур. Для сплавов алнико используют при термообработке нагрев до 1300°С с последующим охлаждением со скоростью 0,5...5 °С/с в магнитном поле.
Обозначают магнитно-твердые стали индексом "Е", указывая далее буквой с цифрой наличие хрома и его содержание в целых процентах (например, ЕХ2, ЕХЗ).
Для электротехнических сталей (ГОСТ 21427-75) принята маркировка, основаная на кодировании. В обозначении марки используют четыре цифры, причем, их значения соответствуют кодам, содержащим следующую информацию:
· первый - структура материала (по наличию и степени текстуры) и вид прокатки (горячая или холодная деформация);
· второй - химический состав по содержанию кремния;
· третий - величины потерь тепловых и на гистерезис;
· четвертый - значение нормируемого потребительского свойства.
Электротехнические стали изготавливают в виде рулонов, листов и резаной ленты. Они предназначены для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока, якорей и полюсов электротехнических машин,роторов, статоров, магнитных цепей трансформаторов и др. Парамагнитными сталями являются аустенитные стали12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 55Г9Н9ХЗ, 40Г14Н9Ф2 и др.
83) Строительные растворы
Строительные растворы получают в результате затвердевания смеси вяжущего вещества, мелкого заполнителя и воды. Так как в составе растворов нет крупного заполнителя, то в сущности они представляют собой мелкозернистые бетоны. Поэтому общие закономерности, характеризующие свойства бетона, в принципе применимы и к растворам. Однако при использовании растворов надо учитывать две особенности. Во-первых, их укладывают тонкими слоями (1...2 см), не применяя специального механического уплотнения. Во-вторых, растворы часто наносят на пористые основания (кирпич, бетон, легкие камни и блоки из пористых горных пород), способные сильно отсасывать воду. В результате этого изменяются свойства раствора, что учитывают при назначении его состава.
В зависимости от назначения растворы бывают кладочные, отделочные и специальные.
Кладочные растворы употребляют для скрепления элементов при кладке фундаментов, стен, столбов, сводов из кирпича или природного камня, а также при монтаже крупноблочных и крупнопанельных элементов.
Отделочные растворы служат для оштукатуривания поверхностей конструкций, устройства выравнивающих слоев, декоративной отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и блоков, фасадов и интерьеров зданий.
Специальные растворы — инъекционные, жаростойкие, кислотостойкие, рентгенозащитные, акустические применяют в случаях, когда к конструкциям предъявляют особые требования.
По средней плотности растворы подразделяют на тяжелые (рт> 1500 кг/м3) и легкие (рт = 1500 кг/м3 и менее).
По виду вяжущего различают цементные, известковые и смешанные растворы.\
84)Структура и свойства чугуна