18. Химические свойства материалов

Химические свойства характеризуются способностью металлов и сплавов отдавать электроны при взаимодей­ствии с другими веществами. При этом происходит окисление металлов. Следовательно, при всех химиче­ских взаимодействиях металлы являются восстановите­лями. По легкости отдачи электронов металлы распола­гаются в ряд активности: Mg, А1, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Sb, Bi, Ag, Pt, Аи и т. д.

Наиболее химически активные металлы и сплавы способны окисляться на воздухе при нормальных усло­виях и при нагревании. С повышением температуры окисление металлов протекает более активно, чем при нормальных условиях.

Жаростойкость — способность металлов и спла­вов противостоять окислению при высоких температурах.

Кислотостойкость — способность металлов и сплавов противостоять действию растворов кислот. Металлы и их сплавы, находящиеся в ряду активности левее водорода, вытесняют его из воды и водных раство­ров кислот, при этом происходит окисление металлов.

Металлы и сплавы взаимодействуют с неметаллами, при этом выделяется большое количество тепла. Каждый металл, находящийся в ряду активности левее, вытесняет любой последующий из растворов его солей. При этом менее активный металл восстанавливается. При повышении температуры все химические взаимодействия протекают более активно.

Химические свойства металлов широко используют на практике. Санитарно-техническое оборудование, арматура, трубопроводы, узлы и детали машин при эксплуатации подвергаются действию различных агрессивных сред. Поэтому их изготовляют из металлов и сплавов, обладающих такими химическими свойствами, которые могут обеспечить надежность деталей в работе. Например, трубы и санитарно-техническую арматуру делают из алюминиевых, цинковых сплавов с добавками Sn, Co, Cr, Ti, образующих при окислении плотную пленку, которая предохраняет изделия от дальнейшего окисления. Листовое железо и стальные трубы покрывают цинком, хромом (хромируют), никелем (никелируют), увеличивая тем самым их химическую стойкость. Трубопроводы, арматуру, емкости, работающие в агрессивных водных растворах кислот и щелочей, изготовляют из специальных кислотостойких сталей и сплавов с большим содержанием

Чтобы увеличить химическую стойкость трубопровоов в среде агрессивных газов, их внутреннюю поверхность покрывают пластмассами (полиэтиленом, фторопластом и др.). Детали, эксплуатируемые при высоких температурах (детали топок котлов, газовые горелки, клапаны двигателей внутреннего сгорания и др.), изготовляют из специальных сплавов, содержащих Cr, Ni, W, A1 и другие элементы, которые повышают их жаростойкость.

19. Асбест (горный лен): строение, состав, характеристика, применение.

20. Механические свойства материалов (деформации, прочность пластичность, относительное удлинение, ударная вязкость, усталость, ползучесть, твердость (методики её определения). Типы испытаний в соответствии с методикой их проведения.

21. Припой. Свойства припоев. Особенности применения, маркировка.

22. Свойства подвижных контактов. Материалы для подвижных контактов.

23. Свойства скользящих контактов. Материалы для их изготовления.

24. Свойства размыкающих контактов. Слаботочные и сильноточные контакты. Материалы для их изготовления.

25. Материалы общего применения. Примеры и особенности использования.

26. Сверхпроводники. Особенности условий сверхпроводимости материалов. Мягкие и твердые сверхпроводники.

27. Тугоплавкие материалы. Zr. W. Gf. Nb. Ti. Ta. Mo. Re.

28. Медь и её сплавы.

29. Композитные материалы. Волокнистые композиты. Слоистые композиты.

30. Электротехнические порошковые материалы. Магнитные порошковые материалы.

31. Классификация электроизоляционные свойства, области применения диэлектриков.

Согласно зонной теории твердого тела диэлектрики — это вещества, у которых ширина запрещенной зоны настолько велика, что в нормальных условиях электропроводность в них отсутствует. Характерной особенностью диэлектрика является его способность поляризоваться в электрическом поле. При приложении внешнего электрического поля связанные электрические заряды под действием поля смещаются.

Смещенные заряды создают собственное внутреннее электрическое поле, которое направлено противоположно приложенному внешнему полю. Мерой поляризации является диэлектрическая проницаемость е.

У диэлектриков, которые используют в конденсаторах, диэлектрическая проницаемость изменяется в пределах от 12... 15 до 100000.

В твердом диэлектрике одновременно проявляется несколько видов поляризации, которые в сумме определяют значение диэлектрической проницаемости Ɛ.

По назначению диэлектрические материалы подразделяют на электроизоляционные материалы и активные диэлектрики.

По агрегатному состоянию диэлектрические материалы подразделяют на твердые, жидкие и газообразные.

Особую группу составляют твердеющие материалы, которые в исходном состоянии являются жидкостями, а в процессе изготовления изоляции затвердевают и в период эксплуатации представляют собой твердые вещества, например компаунды, клеи, лаки и эмали.

По химической основе диэлектрические материалы подразделяют на органические и неорганические.

32. Полимерные материалы и пластмассы. Бумага и картон. Стекло и керамические материалы.

33. Слюдяные материалы, каучук и резины, виды прокладочных и уплотнительных материалов.

34. Методики испытаний изоляционных материалов.

35. Жидкие диэлектрики. классификационные характеристики, типы, достоинства и недостатки.

36. Смазочные и антикоррозионостойкие материалы. Специальные жидкости.

37. Изоляционные лаки (пропиточные, покровные, клеящие), эмали, компаунды. Классификация, особенность применения.

38. Трансформаторное масло. Синтетические жидкие диэлектрики.

39. Классификация возможных видов кристаллических решеток. Понятие об изотропии и анизотропии

40. Точеные дефекты, Линейные дефекты, простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые.

41. Кристаллизации металлов

42. Конструкционные стали. Классификация конструкционных сталей.

43. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы

44. Латуни и бронзы. Свойства и особенности применения.

Сплавы меди с цинком называются латунями. Латуни маркиру­ются буквой Л — латунь, за которой стоят цифры, указывающие содержание в ней меди (Л96, Л62 и т.д.).

Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 45%, так как дальнейшее увеличение содержания цинка приво­дит к резкому падению прочности.

Максимальной пластичностью обладает латунь с 30—32% цинка.

В зависимости от содержания инка латуни делятся на однофазные а-латуни, в которых цинка до 39%, и двухфазные (а+в)-латуни, Которых цинка больше 39%.

Однофазные латуни имеют более высокую пластичность, чем двухфазные, но меньшую прочность. Однофазные а-латуни хорошо обрабатываются давлением в холодном состоянии. С повышением температуры до 300-700 °С пластичность а-латуней ухудшается.

В результате наклепа твердость и прочность а-латуней повышаются, а пластичность уменьшается. Например, предел прочности Л80 возрастает с 320 МПа до 640 МПа, но относительное удлинение уменьшается с 55 до 3%. Для снятия наклепа латуни подверга­ют рекристаллизационному отжигу при 500—700 "С.

Двухфазные (а+в) - латуни хорошо деформируются при горячей обработке, т.е. при температурах выше 500 °С.

Если после холодной обработки давлением был проведен недо­брокачественный отжиг или он совсем не проводился, то в процессе эксплуатации латуни во влажной среде может наблюдаться растрес­кивание. Это явление называется сезонным растрескиванием.

Сезонное растрескивание предупреждается отжигом при 200-300 °С. Латуни, в которых цинка менее 20%, нечувствительны к сезонному растрескиванию.

Для улучшения обрабатываемости резанием в латуни вводят свинец, для повышения сопротивления коррозии в морской воде — олово, для повышения механических свойств — алюминий, никель и др.

Специальные латуни маркируются буквой Л, после которой сле­дуют буквы, обозначающие легирующие элементы: А — алюми­ний, Ж — железо, К — кремний, М — марганец, Н — никель, С - свинец и т.д. Первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди, последующие цифры — содержание ле­гирующих элементов. Количество цинка определяется по разности.

Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и дру­гими элементами называются бронзами.

Маркируют бронзы буквами Бр — бронза, за которыми следуют буквы, указывающие легирующие элементы, введенные в бронзу, и далее цифры, показывающие содержание легирующих элементов в процентах (например, Бр 010 означает 10% олова, остальное медь).

Оловянистые бронзы (содержание олова до 20%) обладают хоро­шими литейными свойствами, высокой химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. В практике применяют оловянистые бронзы с 10—12% олова. Бронзы с более высоким со­держанием олова очень хрупкие.

Бронзы с 4-5% олова являются однофазными и хорошо дефор­мируются в холодном состоянии. Эти бронзы подвергают рекрис­таллизационному отжигу при 600-650°С.

Двухфазные бронзы (содержание олова > 5%) обладают хоро­шими антифрикционными свойствами.

Для удешевления бронз с высоким содержанием олова в ни* вводят цинк. Это позволяет уменьшить содержание олова.

С целью улучшения обрабатываемости резанием в оловянистые бронзы вводят свинец (3—5%).фосфор (до 1%) добавляют в бронзу как раскислитель и для улучшения литейных свойств. Кроме того, фосфор повышает механические и антифрикционные свойства.

Алюминиевые бронзы содержат 5—10% алюминия. Бронзы, содер­жащие 6-8% А1, обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях. Бронзы, содержащие 8—10% А1, обрабатываются дав­лением только при высоких температурах.

Алюминиевые бронзы можно подвергать термической обработ­ке, нормализации с нагревом до 650 "С или закалке с 900 "С в воде, алюминиевые бронзы обладают высокой стойкостью против кор­розии. Введение никеля и железа повышает механические свойства алюминиевых бронз.

Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и являются более дешевыми. Кремнистые бронзы обла­дают высокой стойкостью против коррозии.

Бериллиевые бронзы содержат 2,0—2,5% Be. Бериллиевые бронзы -дисперсионно-твердеющие сплавы, значительно повышают механи­ческие свойства в результате термической обработки. Закалка осу­ществляется с 760—780 °С, охлаждение производится в воде. В ре­зультате закалки фиксируется пересыщенный а-раствор. Старение проводят при 300—350 °С в течение 2 ч, при этом твердость возраста­ет до 350-400НВ.

Высокие прочность и упругость, стойкость против коррозии, хорошая свариваемость и обрабатываемость резанием делают бериллиевую бронзу хорошим материалом для ответственных дета­лей типа пружин, мембран и т.д. Кроме того, при ударе бериллиевой бронзы о другой металл не возникает искры, поэтому из нее делают инструмент для взрывоопасных работ.

_______________________________________________________________________________