- •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
2.3. Неорганические полимерные материалы
Основой неорганических полимерных материалов являются, главным образом, оксиды и бескислородные соединения металлов.
Эти материалы характеризуются негорючестью, высокой стойкостью к нагреву, химической стойкостью. Они не подвержены старению, обладают большой твердостью и хорошей сопротивляемостью сжимающим нагрузкам. Наряду с этим неорганические полимерные материалы обладают повышенной хрупкостью, плохо переносят резкую смену температур, слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим усилиям, имеют большую плотность по сравнению с органическими полимерными материалами.
2.3.1. Графитовые материалы
Графит — неорганический полимерный материал, кристаллическая решетка которого образована параллельными слоями гексагональных сеток. Между атомами углерода внутри этих сеток действует ковалентная связь, а между слоями — Ван-дер-ваальсовое взаимодействие. Графит имеет слоистую структуру.
Графиты по происхождению разделяют на природные и искусственные. Источником природных графитов являются минералы.
Природный графит — минерал, наиболее распространенная и устойчивая в земной коре гексагональная полиморфная модификация углерода метаморфического, магматического происхождения. Он представляет собой темно-серые до черных чешуйчатые агрегаты, конкреции, сплошные массы. Структура слоистая. Твердость по Моосу 1...2, плотность около 2200 кг/м3. Огнеупорен, электропроводен, химически стоек. Качество природных графитов невысокое; он содержит много примесей, порист, свойства почти изотропны. Поэтому его применяют лишь как антифрикционный материал и в электротехнике. Используется также природный графит в металлургии (плавильные тигли, литейные формы, противопригарные краски), в химическом машиностроении (футеровочный материал, трубы и др.), при изготовлении электродов, щелочных аккумуляторов, карандашей и др.
Характерные свойства природного графита:
- теоретическая плотность — 2265 кг/м3;
- температура сублимации — 3700 °С. Графит сублимирует, минуя стадию плавления, с затратой значительной тепловой энергии на этот процесс (жидкое состояние углерода может быть достигнуто лишь при 4000 °С и давлении выше 10 МПа;
- анизотропия — 3:1... 100:1;
- высокая теплопроводность;
- коэффициент линейного расширения низкий и с повышением температуры растет незначительно;
- высокая жаропрочность и устойчивость к тепловым ударам;
- твердость по шкале Мооса:
по оси симметрии 6—1;
перпендикулярно оси симметрии 6—5,5;
- легко обрабатывается;
- хрупкий;
- хорошие антифрикционные свойства;
- высокая электропроводность;
- степень черноты — 0,7...0,9;
- склонность к окислению, начиная с температур 400...800 °С, с выделением газообразных продуктов.
Графит, предназначенный для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов и масс для графитизированных антифрикционных изделий из цветных металлов, выпускается следующих марок:
ГАК-1 — для аккумуляторных изделий специального назначения;
ГАК-2, ГАК-3 — для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов и масс графитизированных антифрикционных изделий из цветных металлов.
Искусственные графиты по виду исходного сырья делят на технические (ПРОГ, ПГ-50) и пиролитические (пирографиты). Для получения технических графитов используется твердое сырье, например, нефтяной кокс с каменноугольным пеком в качестве связующего. Пирографиты получают из газообразного сырья (например, метана др.).
Искусственные графиты обладают совершенным кристаллическим строением, высокой анизотропией свойств (коэффициенты теплопроводности пирографита вдоль и поперек слоев соответственно 372 Вт/(м.К) и 1,16...3,5 Вт/(м.К)) и являются высокотемпературным конструкционным материалом.
Для искусственных графитов характерно увеличение прoчности и модуля упругости при нагреве. До температуры 2200...2400 оС прочность технического графита повышается на 40...60% и лишь при дальнейшем нагреве начинает снижаться. При температуре выше 1700 °С появляется ползучесть. Удельная прочность искусственного графита при нагреве сохраняется высокой.
Среди способов воздействия на свойства графитов можно выделить три основные группы:
- легирование (Nb, Та, Si) с целью создания мелкозернистой структуры с высокой твердостью и прочностью материала;
- химико-термическая обработка — силицирование;
- покрытие керамикой.
Графит применяют в эксплуатируемых при высоких температурах конструкциях летательных аппаратов и двигателей, в энергетических ядерных реакторах в качестве антифрикционного материала и в виде углеграфитовых изделий. Графит может применяться и как проводник тепла, и как теплоизолятор.