- •Часть II
- •Глава 1. Металлы и сплавы 7
- •Глава 2. Материалы из неорганических 75
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы) 97
- •Глава 4. Материалы из органических веществ 107
- •Введение
- •Глава 1. Металлы и сплавы
- •1.1. Железо и сплавы на его основе
- •1.1.1. Система железо – углерод
- •1.1.1.1. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.2. Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.3. Структуры железоуглеродистых сплавов
- •1.1.2. Стали и сплавы
- •1.1.2.1. Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •1.1.2.2. Назначение легирующих элементов
- •1.1.2.3. Классификация сталей
- •1.1.2.4. Маркировка сталей
- •1.1.2.5. Конструкционные стали и сплавы
- •1.1.2.5.1. Конструкционные строительные стали и сплавы
- •1.1.2.5.2. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения
- •1.1.2.5.3. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы специального назначения
- •1.1.2.6. Инструментальные стали и сплавы
- •1.1.2.7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •1.1.2.7.1. Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
- •1.1.2.7.2. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением
- •1.1.2.7.3. Магнитные стали и сплавы
- •1.1.3. Чугуны
- •1.1.3.1. Диаграмма состояния железо – графит
- •1.1.3.2. Процесс графитизации
- •1.1.3.3. Строение, свойства, классификация и маркировка чугунов
- •1.1.3.3.1. Влияние состава чугуна на процесс графитизации
- •1.1.3.3.2. Влияние графита на механические свойства отливок
- •1.1.3.3.3. Серый чугун
- •1.1.3.3.4. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •1.1.3.3.5. Ковкий чугун
- •1.1.3.3.5. Отбеленные и другие чугуны
- •1.1.4. Виды термической обработки металлов
- •1.1.4.1. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
- •3. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
- •4. Превращение мартенсита в перлит.
- •1.1.4.2. Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •1.1.4.2.1. Отжиг и нормализация. Назначение и режимы
- •1.1.4.2.2. Закалка
- •1.1.4.3.3. Отпуск
- •1.1.5. Химико-термическая обработка стали
- •1.1.6. Методы упрочнения стали
- •1.1.6.1. Термомеханическая обработка стали
- •1.1.6.2. Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •1.1.6.2.1. Закалка токами высокой частоты
- •1.1.6.2.2. Газопламенная закалка
- •1.1.6.3. Старение
- •1.1.6.4. Обработка стали холодом
- •1.1.6.5. Упрочнение методом пластической деформации
- •1.2. Титан и сплавы на его основе
- •1.3. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •1.4. Цветные металлы и сплавы на их основе
- •1.4.1. Медь и сплавы на ее основе
- •1.4.1.1. Медь
- •1.4.1.2. Латуни
- •1.4.1.3. Бронзы
- •1.4.1.4. Медно-никелевые сплавы
- •1.4.2. Алюминий и сплавы на его основе
- •1.4.2.1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.3. Литейные алюминиевые сплавы
- •1.4.3. Магний и сплавы на его основе
- •1.4.3.1. Деформируемые магниевые сплавы
- •1.4.3.2. Литейные магниевые сплавы
- •1.4.4. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах
- •1.4.5. Припои
- •1.5. Композиционные материалы
- •1.6. Материалы порошковой металлургии
- •1.6.1. Пористые порошковые материалы
- •1.6.2. Конструкционные порошковые материалы
- •1.6.3. Электротехнические порошковые материалы
- •1.6.4. Магнитные порошковые материалы.
- •1.7. Металлические стекла
- •2.1.2. Минеральные неорганические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •2.1.3. Искусственные каменные материалы
- •2.1.3.1. Бетоны
- •2.1.3.2. Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения
- •2.1.3.3. Строительные растворы
- •2.2. Каменные плавленые материалы (каменное литье)
- •2.3. Неорганические полимерные материалы
- •2.3.1. Графитовые материалы
- •2.3.2. Асбестовые материалы и изделия
- •2.3.3. Слюдяные материалы
- •2.3.4. Керамические материалы
- •2.3.5. Неорганическое стекло
- •Материалы и изделия из стекла
- •2.3.6. Ситаллы
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы)
- •3.1. Состав пластических материалов
- •3.2. Характеристики пластмасс и изделий на их основе
- •3.2.1. Пластмассы с листовым наполнителем
- •3.2.2. Пластмассы с волокнистым наполнителем
- •3.2.3. Пластмассы без наполнителя
- •3.2.4. Пластмассы с газовоздушным наполнителем
- •3.2.5. Стандартизированные изделия из пластмасс
- •Глава 4. Материалы из органических веществ
- •4.1. Лесоматериалы
- •4.1.1. Круглые лесоматериалы
- •4.1.2. Пиломатериалы
- •4.1.3. Древесные материалы и изделия на их основе
- •4.2. Бумажные материалы
- •4.2.1. Бумага и изделия на ее основе
- •4.2.2. Картон и изделия на его основе
- •4.3. Резиновые материалы
- •4.3.1. Состав резиновых материалов
- •4.3.2. Классификация резиновых материалов по назначению и области применения
- •4.4. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •4.4.1. Битумные и дегтевые вещества
- •4.4.2. Асфальтовые строительные растворы и бетоны
- •4.4.3. Мастики кровельные и гидроизоляционные
- •4.4.4. Нефтяные эмульсии и пасты
- •Список использованных источников
- •Часть II
- •184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Космонавтов, 3
1.6.4. Магнитные порошковые материалы.
Различают магнитомягкие и магнитотвердые материалы.
Магнитомягкие – это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал – чистое железо и его сплавы с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием, алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1 % пластмассы, которая полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.
Отдельно выделяется группа магнитодиэлектриков – это частицы магнитомягкого материала, разделенные тонким слоем диэлектрика – жидкого стекла или синтетической смолы. Таким материалам присущи высокое электросопротивление и минимальные потери на вихревые токи и на перемагничивание. Изготавливаются в результате смешивания, прессования и спекания, особенностью является то, что при нагреве частицы магнитного материала остаются изолированными и не меняют формы. За основу используют чистое железо, альсиферы.
Магнитотвердые материалы (постоянные магниты) – материалы с малой магнитной проницаемостью и большой коэрцитивной силой.
Магниты массой до 100 г изготавливают из порошковых смесей такого же состава, как литые магниты: железо – алюминий – никель (альни), железо – алюминий – никель – кобальт (альнико). После спекания этих сплавов обязательна термическая обработка с наложением магнитного поля.
Высокие магнитные свойства имеют магниты из сплавов редкоземельных металлов (церий, самарий, празеодим) с кобальтом.
1.7. Металлические стекла
Металлические стекла (аморфные сплавы, стекловидные металлы, метглассы) — металлические сплавы в стеклообразном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлического расплава, когда быстрым охлаждением предотвращена кристаллизация (скорость охлаждения < 106 К/с).
Металлические стекла — метастабильные системы, которые кристаллизуются при нагревании до температуры ~ 1/2 tпл. Нагрев, когда подвижность атомов возрастает, постепенно приводит аморфный сплав через ряд метастабильных состояний в стабильное кристаллическое состояние. Многие металлические стекла испытывают структурную релаксацию уже при температуре чуть выше комнатной. Наложение деформирующего напряжения усиливает диффузионную подвижность и связанную с ней структурную перестройку сплавов.
Состав металлических стекол чаще всего выражается формулой М80Х20, где М — переходные (Cr, Mn, Fe, Co, Ni и др.) или благородные металлы, а X — поливалентные неметаллы (В, С, N, Si, P, Ge и др.), являющиеся стеклообразующими элементами.
Металлические стекла отличаются от кристаллических сплавов отсутствием таких дефектов структуры, как вакансии, дислокации, границы зерен, и уникальной химической однородностью: отсутствует ликвация, весь сплав однофазен.
Особенности строения металлических стекол обусловливают отсутствие характерной для кристаллов анизотропии свойств, высокую прочность, коррозионную стойкость и магнитную проницаемость, малые потери на перемагничивание.
Физико-химические свойства металлических стекол значительно отличаются от свойств литых сплавов. Характерными особенностями потребительских свойств металлических стекол являются высокая прочность в сочетании с большой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. Некоторые металлические стекла — ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью (например, Fe80B20), а для других характерно очень слабое поглощение звука (сплавы редкоземельных металлов с переходными металлами). Наиболее широкое применение металлические стекла нашли благодаря магнитным и коррозионным свойствам.
Магнитно-мягкие металлические стекла изготавливают на основе Fe, Co, Ni с добавками 15...20 % аморфообразующих элементов B, С, Si, P. Например, Fe81Si3, 5B13, 5C2 имеют высокое значение магнитной индукции (1,6 Тл) и низкое значение коэрцитивной силы (32...35 мА/см). Аморфный сплав Co66Fe4(Mo, Si, В)30 имеет сравнительно небольшое значение магнитной индукции (0,55 Тл), но высокие механические свойства (900... 1000 HV).
Высоким сопротивлением коррозии обладают только стабильные аморфные сплавы. Так, для изготовления коррозионно-стойккх деталей используют металлические стекла на основе железа и никеля, содержащие не менее 3...5 % хрома и некоторые другие элементы. Критическая концентрация хрома, обеспечивающая стабильность аморфного сплава, определяется соотношением между легирующими элементами сплава и активностью коррозионной среды. Сопротивление металлических стекол коррозии снижают процессы, усиливающие химическую неоднородность, а именно:
появление флуктуации химического состава; разделение исходной аморфной фазы на две другие аморфные фазы или фазы с другим химическим составом;
переход аморфной фазы в двух- или многофазную смесь кристаллов разного химического состава;
образование кристаллической фазы того же химического состава, что и окружающая матрица.
глава 2. МАТЕРИАЛЫ ИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
К неорганическим минеральным веществам относятся как химические элементы, так и различные соединения, главным образом оксиды и бескислородные соединения элементов, не обладающие металлическими свойствами. Эти материалы отличаются химической стойкостью, негорючестью, твердостью, стойкостью к нагреву, стабильностью свойств, но имеют высокую хрупкость и т др.
2.1. Разрыхленные, дисперсные и каменные материалы
2.1.1. Каменные природные материалы
Каменные природные материалы - это строительные материалы, получаемые из горных пород путем механической обработки (дробление, распиливание, раскалывание и т.д.), после которой почти полностью сохраняются структура и свойства исходной породы.
По способу изготовления они делятся на:
Пиленые материалы, получаемые из массива камнерезными или камнекольными машинами (блоки-полуфабрикаты, крупные камни;
Пиленые материалы из блоков-полуфабрикатов с последующей камнеобработкой (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола и т.д.).
Колотые материалы, получаемые раскалыванием блоков с последующей обработкой (бортовые камни, плиты и камни тесанные, брусчатка и др.);
Грубоколотые материалы, получаемые направленным раскалыванием блоков без последующей обработки;
Рваные материалы (бутовый камень), получаемые взрыванием горной породы и отделением мелких фракций;
Дробленые материалы, получаемые дроблением горной породы с последующим разделением на фракции (щебень, песок искусственный);
Молотые материалы, получаемые помолом горной породы (молотый минеральный порошок, каменная мука).
По наличию обработки поверхности каменные природные материалы можно разделить на следующие основные виды:
1. Природные строительные камни (каменные изделия) – пиленые стеновые материалы и облицовочные камни, архитектурно-строительные (профилированные) изделия (ступени, подоконники и др.), дорожные каменные материалы (бортовые камни, брусчатка), изделия из гидротехнических сооружений, технические изделия (доски мраморные электротехнические, плиты поверочные, валы гранитные для бумагоделательного оборудования и др.) и декоративно-художественные изделия;
2. Грубообработанные каменные материалы – бутовый и валунный камни, щебень, гравий, песок.
Для защиты каменных материалов от разрушения применяют конструктивные и физико-химические способы.
Конструктивную защиту открытых частей сооружений сводят к приданию им такой формы, которая облегчает отвод воды. Этому способствует гладкая полированная поверхность облицовки и профилированных деталей.
К физико-химическим способам защиты относятся пропитка поверхностного слоя уплотняющими составами и нанесение на лицевую поверхность гидрофобных (водоотталкивающих) составов.
Природные строительные камни (штучные изделия) – строительный материал, получаемый из горных пород путем распиливания (раскалывния, разрезания и др.) с сохранением исходных структуры и свойств.
Плотность природных строительных камней колеблется в широких пределах. Природные строительные камни называются легкими, если их плотность не превышает 1800 кг/ м3, а если превышает — тяжелыми.
Теплопроводность природных строительных камней зависит от их плотности (пористости) и влажности. Так, для вулканического туфа она равна 0,5...0,8 Вт/ (м°С).
Прочность является обязательным потребительским свойством природных строительных камней, и ее значение используется для их маркировки.
Истираемость и износ природных строительных камней также входят в число обязательных потребительских свойств. Для дорожных покрытий и полов применяются твердые мелко- и среднезерни-стые породы, которые хорошо сопротивляются истиранию и износу.
Водостойкость природных строительных камней характеризуется коэффициентом размягчения, величина которого для гидротехнических сооружений и фундаментов должна быть не менее 0,8, а для наружных стен — не менее 0,6.
Для оценки морозостойкости используется маркировка по числу циклов попеременного замораживания и оттаивания: F 10, F 15, ..., F 400, F 500. Величина этого показателя зависит от состава, строения и влажности природных строительных камней. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. Слоистая структура существенно снижает морозостойкость.
Важным потребительским свойством является огнестойкость. Огнестойкость зависит от минерального состава и структуры камня. Одни породы при повышенной температуре разлагаются (гипс при 100 °С, известняк при 900 °С), другие (гранит, кварцевые порфиры) растрескиваются уже при температуре 600 °С вследствие различного теплового расширения составляющих их минералов и полиморфного превращения кварца.
Природные строительные камни классифицируют по назначению и виду обработки поверхности.
По назначению природные строительные камни делятся на стеновые, облицовочные (плиточные), профилированные (ступени, подоконники и др.) и дорожные.
По виду обработки различают ударную, абразивную и термическую обработки, каждая из которых обладает только ей присущей фактурой поверхности. Так, для ударной обработки характерны бугристая (скальная), рифленая, бороздчатая и точечная фактуры, для абразивной обработки — пиленая, шлифованная, лощеная и зеркальная. а для термической — «глазурованная».
Стеновые камни получают из плотных и пористых разновидностей туфов и известняков. Требования: определенный химический состав, отсутствие трещиноватости и видимых прослоек глины и мергеля (монолитность), плотность – менее 2300 кг/мз и др.
Мелкопористые природные камни не требуют наружной штукатурки или облицовки.
Стеновые камни из известняков и туфов, применяемые для кладки стен (тип Г), а также для перегородок и других частей зданий сооружений (тип II), выпускаются следующих марок: 4, 7, 10. I 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300 и 400. Номера марок соответствуют значению предела прочности при сжатии в кгс/см2. Прочность от 4 до 50 кгс/см2 имеют пористые известняки – ракушечники, плотные мшанковые известняки имеют прочность от 50 до 150 кгс/см2, туфы – от 50 до 400 кгс/см2.
Основные размеры стеновых камней: 390х190х188, 490х240х188, 390х190х288 мм. Отклонения не должны превышать 10 мм.
Облицовочными камнями называют горные породы, имеющие красивую окраску и рисунок (декоративность), они должны обладать необходимой прочностью и погодостойкостью, а также монолитностью, обеспечивающей возможность получения крупных блоков.
Облицовочные плиты изготавливают из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой.
Их классифицируют:
По генетическому признаку: на изверженные, осадочные и метаморфические породы;
По прочности: прочные (80 МПа и выше), средней прочности (40-80МПа) и низкопрочные (до 40 МПА);
По обрабатываемости: делятся на классы в зависимости от вида конкретного технологического процесса;
По долговечности: делятся на 4 класса: весьма долговечные (с началом разрушения 650 лет), долговечные (220-350 лет), относительно долговечные (75-120 лет), недолговечные (20-75 лет);
По декоративности: делятся на 4 класса (высокодекоративные, декоративные, малодекоративные и недекоративные облицовочные камни);
По назначению: подразделяются на облицовку гидротехнических сооружений, наружную облицовку зданий, специальную облицовку для защиты от коррозии, цокольные плиты и плиты для полов и ступеней.
Дорожные каменные материалы. К ним относятся: бортовые камни, брусчатка, колотый или булыжный камень и тротуарные плиты. Их получают из изверженных и осадочных горных пород, которые не должны быть затронуты выветриванием.
Грубообработанные каменные материалы – это бутовый камень (обломки горных пород размером 15-50 см преимущественно известняков, доломитов, песчаников), гравий, щебень, песок (зерна различных материалов кварца, полевого шпата, слюды и др.) размером 0,14-5 мм.