Зміст

1. Технологічні та експлуатаційні властивості металів. Хімічні та фізичні властивості металів. Предмет, зміст і завдання курсу Матеріалознавство. Роль курсу Матеріалознавство в професійній підготовці вчителя трудового навчання. Класифікація клеїв. Фізико-механічні якості деревини, як конструкційного матеріалу. Метод визначення твердості за Брінеллем. Метод визначення твердості за Роквеллом. Метод визначення твердості за Віккерсом. Кристалічна будова металів. Види кристалічних решіток. Анізотропія кристалів. Поліморфізм металів. Кристалізація металів. Будова металевого злитку. Основні механічні властивості металів; методи їх визначення. Технологічні властивості металів. Загальні відомості про сплави. Фази і структурні складові в сплавах: тверді розчини, механічні суміші, хімічні сполуки. Залізо, його властивості. Поліморфізм заліза. Діаграма стану залізо-цементит. Фази і структурні складові сталей і білих чавунів. Вуглецеві сталі. Вплив вуглецю і постійних домішок на властивості сталі. Класифікація вуглецевих сталей по структурі, якості і призначенню. Конструкційні та інструментальні сталі. їх маркування, властивості і призначення. Сірі чавуни. Вплив постійних домішок на структуру і властивості чавуну. Класифікація сірих чавунів по будові металевої основи і формі включень графіту. Чавуни сірі звичайні, ковкі, високоміцні. їх маркування, властивості, призначення. Перетворення в сталі при нагріві. Перетворення в етапі при неперервному охолодженні з різними швидкостями. Основні види термічної обробки сталі. Відпал сталі, його різновиди і призначення.. Нормалізація сталі. Гартування сталі. Способи гартування сталі. Нагрів і охолодження сталі при гартуванні Охолоджуючі середовища. Прогартованіть сталі. Обробка стачі холодом. Відпуск сталі. Види і призначення відпуску. Вплив температури відпуску на структуру і властивості сталі. Особливості хіміко-термічної обробки сталі Цементація, азотування, ціанування, дефузійна металізація; області їх використання. Вплив легуючих елементів на структуру і властивості сталі. Маркування і класифікація легованих сталей по призначенню. Конструкційні та інструментальні сталі. Сталі із спеціальними властивостями: нержавіючі, жароміцні, жаростійкі, магнітні, з особливими тепловими властивостями, з високим електричним опором. Мідь. Її властивості і призначення. Конструкційні сплави на основі міді: латуні, бронзи. Сплави на основі міді з високим електричним опором: константан, манганин, нікелін. Алюміній, його властивості і призначення. Деформаційні і ливарні алюмінієві сплави. Склад, маркування і використання алюмінієвих сплавів. Магній, його властивості і використання. Деформаційні і ливарні магнієві сплави. Склад, маркування і використання магнієвих сплавів. 4 7. Титан, його властивості і використання. Сплави на основі титана. Склад, маркування і використання титанових сплавів. --- 197ст … Підшипникові сплави га основі олова і свинцю (бабіти). їх склад і області використання. Види корозії: хімічна і електрохімічна. Способи захисту металів від корозії. Короткі відомості про полімери. Структура молекул полімерів. Термопластичні і термореактивні пластмаси. Загальна характеристика, склад і класифікація пластмас. Основні компоненти гуми. Види гум, що використовуються в сучасній техніці, її властивості і область використання. Основні відомості про лаки і фарби. Види пиломатеріаліві Напівфабрикати з деревини: фанера ДСП, ДВП, ЮСБ, Композитні матеріали . 1.Розрізняють механічні, фізичні, хімічні, технологічні, експлуатаційні властивості металів.

Всі деталі машин в процесі експлуатації зазнають впливу зовнішніх навантажень (сил), в результаті чого у них виникають напруження і деформації. Тому механічнівластивості – найважливіші властивості будь–якого конструкційного матеріалу.

Деформація – це зміна форми й розмірів деталей під дією прикладених сил. В процесі деформування матеріалу можна послідовно спостерігати: пружну деформацію, пластичну деформацію, руйнування. Якщо після зняття навантаження здеформована деталь повертається до своєї попередньої форми і розмірів, то таку деформацію визначають як пружну. При підвищенні навантаження деталь деформується пластично або руйнується, тобто змінює свою форму і розміри остаточно.

Здатність матеріалу під дією зовнішніх зусиль змінювати свою форму і розміри та при цьому не руйнуватись, а зберігати змінену форму після припинення дії зусиль, називається пластичністю.

Матеріали, які не здатні до пластичних деформацій, називаються крихкими. Такі матеріали при великому навантаженні чи під дією удару руйнуються раптово, майже не змінюючи своєї форми. До крихких матеріалів відносяться: скло, камінь, чавун та інші.

Поряд з пружністю і пластичністю важливою характеристикою матеріалів є міцність.

Міцність – це здатність матеріалу чи деталі опиратись дії зовнішніх зусиль.

2. Механічні та фізичні властивості

Основні фізичні і механічні властивості найпоширеніших металів приведені в таблиці.

Усі метали (за винятком ртуті) за звичайних умов є кристалічними речовинами. Їхні атоми розташовані в певному геометричному порядку і утворюють просторову кристалічну ґратку. У вузлах кристалічної ґратки містяться іони металів. Валентні електрони дуже слабо зв'язані з атомами і можуть легко рухатися по всьому об'єму металу, переходячи від одних іонів до інших.

Легкою рухливістю валентних електронів пояснюється висока електропровідність і теплопровідність металів. На відміну від розчинів і розплавів при проходженні електричного струму через металічний провідник переносу частинок речовини не відбувається. Метали мають електронну електропровідність. За електропровідністю і теплопровідністю метали розміщуються в однаковому порядку. Найкращими провідниками електричного струму є срібло, мідь, золото і алюміній.

Характерна особливість металів — металічний блиск, тобто здатність добре відбивати світло. Але ця здатність проявляється лише тоді, коли метал утворює суцільну і гладку (поліровану) поверхню.

Дуже важливою властивістю більшості металів є пластичність, тобто здатність змінювати зовнішню форму за дії сторонньої сили і зберігати набуту форму після припинення впливу зовнішньої дії. На цій здатності базуються різні способи механічної обробки металів: прокатка, кування, штамповка, волочіння тощо. Однак ця властивість у різних металів виявляється неоднаково. Здатність розкатуватись у тоненькі листи і витягуватись у тоненький дріт найкраще виявляється у золота, срібла, міді, алюмінію і олова, трохи гірше в заліза і цинку. Деякі метали зовсім не виявляють пластичності, вони дуже крихкі — це бісмут, манган і особливо стибій (сурма). При ударі вони розпадаються на шматочки.

За густиною метали умовно поділяють на легкі (густина яких до 5 г/см³) і важкі (густина яких понад 5 г/см³). До найлегших металів належать літій, калій і натрій. Легкі метали — манган, алюміній і титан. Найважчими вважаються ртуть, золото, платина і осмій.

За твердістю метали теж дуже відрізняються один від одного. Найтвердішим металом є хром, який дряпає скло. За ним іде вольфрам, нікель тощо. До найм'якших металів належатькалій і натрій, які легко ріжуться ножем. Дуже м'яким є також свинець. (Див. таблиця густин речовин; таблиця відносної твердості речовин)

За температурами плавлення метали теж різко відрізняються один від одного. Найнижчу температуру плавлення має ртуть (—39°С), за нею йде цезій (28,5 °C), рубідій (38,5 °C), калій(62,3 °C), а найвищу — вольфрам (3410 °C). (Див. таблиця температур плавлення речовин)

За забарвленням метали умовно поділяють на чорні — залізо, манган та їх численні сплави (чавун, сталь) і кольорові, до яких відносять усі інші метали. Відповідно до цього і промисловість, яка їх добуває, називають чорною і кольоровою металургією.

Хімічні властивості

Характерною особливістю металів є здатність їх атомів віддавати свої валентні електрони і утворювати позитивно заряджені іони. На відміну від неметалів метали негативно заряджених іонів не утворюють. Отже, вільні метали є відновниками. Чим легше даний метал віддає свої валентні електрони, тим він активніший відновник. За хімічною активністю метали можна розподілити на три групи: високоактивні — калій, натрій, барій, кальцій і ін., середньої активності — цинк, залізо, нікель тощо і малоактивні — срібло, золото і платина. Відносну активність металів можна визначити за положенням елемента в періодичній системі Д. І. Менделєєва: металічний характер елементів і хімічна активність металів посилюється в періодах справа наліво, а в головних підгрупах - згори донизу. Типові металічні елементи перебувають у лівому нижньому куті довгого варіанта періодичної системи. Це францій, цезій,радій.

3) Без конструкційних матеріалів, особливо без металів, не обходиться жодна галузь сучасного виробництва. Саме тому майбутній вчитель технології пови­нен здобути у вищому навчальному закладі не лише ґрунтовні теоретичні знання про будову, властивості та новітні технології обробки матеріалів, але й оволо­діти основними методиками лабораторних досліджень і технологічних розра­хунків. Набуті системні знання і практичні навики допоможуть йому згодом в умовах виробництва раціонально вибирати необхідні матеріали й призначати способи виготовлення з них заготовок і деталей машин.

Матеріалознавство вивчає у взаємозв’язку склад, будову та властивості ма­теріалів. Воно об'єднує металознавство та науку про неметалеві матеріали. Теоретичною основою матеріалознавства є відповідні розділи фізики та хімії. У матеріалознавстві широко використовують структурні дослідження, фізичні та механічні випробовування. На цій основі, а також беручи до уваги еконо­мічні розрахунки, можна обґрунтовано визначати доцільність застосування того чи іншого матеріалу в конкретних умовах експлуатації. Знання теоретич­них засад металознавства дає змогу глибше зрозуміти процеси ливарного та зварювального виробництв, обробки металів тиском і різанням.

4)

1. Природні клеї, це клеї на основі природних полімерів, таких як: желатин, казеїн, камедь, крохмаль тощо;

2. Синтетичні клеї — на основі синтетичних полімерів, їх сумішей;

3. Клеї на неорганічних зв'язуючих сполуках (мінеральні клеї).

Кістковий клей роблять з кісток тварин і птахів. Основною зв’язувального речовиною є желатин.

Міздровий клей також виготовляють із решток тварин, але не кісток, а з шкіри. 

Риб'ячий клей вищої якості отримують розмочуванням у теплій воді або вапняному молоці внутрішньої оболонки плавального міхура риб.

Столярний клей інтенсивно поглинає вологу з повітря, тому його необхідно зберігати в сухому приміщенні.

Казеїновий клей Цей різновид клею використовують в деревообробці, літакобудуванні. Він має органічну основу — природний білок, що міститься в молоці.

Рослинний клей До рослинних належать крохмальні клеї, рослинні смоли, а також клеї з сої, люпину, вики та рицини.

Смоляні клеї можуть бути термореактивними і термопластичними.

Клеї на основі термопластичних смол мають невисоку міцність, особливо при нагріванні, і використовуються для несилових з'єднань неметалевих матеріалів.

Клеї на основі епоксидних смол є конструкційними силовими клеями. їх застосовують для склеювання металів, склопластиків, кераміки.

Гумові клеї, в яких основним плівко утворювачем є каучук, відрізняються високою еластичністю і використовуються для склеювання гуми з гумою або гуми з металом та склом. 

Струмопровідні клеї складаються з мало в'язкої або пастоподібної композиції, яка складається як мінімум з двох складових: струмопровідного наповнювача і зв'язуючого елемента.

5) Міцність -- Середнє значення межі міцності при випробуванні на розтяг поздовж волокон не залежать від породи деревини і складає 130 Мпа, а поперек волокон – 6,5 Мпа.

Межа міцності при випробовуванні на стиск для всіх порід складає 50 Мпа.

Всі породи дерев поділяють на дуже тверді (акація біла, граб, самшит,дуб), тверді (береза, бук, в’яз, ясен), м’які (сосна, ялина, липа, осина). Значення твердості дуже твердих порід складають більше 82,5 Мпа, твердих – 38,6...82,5 Мпа і м’яких – менше 38,5 Мпа.

Колір деревини жовтий з різними відтінками.

Блиск – здатність поверхні спрямовано відбивати світловий потік. Найбільш блискучими є гладенькі відполіровані поверхні, а найменш блискучі поверхні, які мають нерівності і тому більш розсіюють відбитий світловий потік.

Текстура – це малюнок, що утворюється на поверхні деревини при перерізані її анатомічних елементів. Текстура залежить від породи дерева та напрямку розрізу.

Вологість – відношення кількості видаленої вологи до маси зразка абсолютно сухої деревини, яку одержали висушуванням в шафі. За стандартну вологість деревини прийнято вологість, що дорівнює 12%.

Волого поглинання – здатність деревини поглинати вологу з оточуючого повітря. Така волога знаходиться лише в клітинних стінках, утворюючи гігроскопічну вологу.

Розбухання – збільшення лінійних розмірів та об’єму деревини при збільшенні вмісту зв’язаної вологи. Розбухання – це явище протилежне усушці.

Густина деревини – відношення маси зразка до його об’єму. Розрізняють густину деревинної речовини, абсолютно сухої деревини, густину вологої деревини, стандартну густину.

6) Під твердістю розуміють здатність металу чинити опір проникненню в нього іншого твердішого тіла, яке пластично не деформується. Визначення твердості за Брінеллем Суть методу зводиться до втискання у випробовуваний матеріал сталевої загартованої кульки діаметром D (рис.2.3.9), на яку діє сила F протягом певного часу, достатнього для закінчення в металі пластичних деформацій. Кулька ппроникає у метал на деяку глибину, залишаючи на поверхні відбиток. Отже, визначення твердості за Брінеллем передбачає вимірювання розміру отриманого відбитка та до деяких обчислень. Метод визначення твердості за Брінеллем не є універсальним, оскільки він не дозволяє випробовувати матеріали твердістю понад4400 МПа й визначати твердість тонкого поверхневого шару (менше 1 мм); крім цього на поверхні виробу залишаються відносно великі відбитки діаметром 3.. .6 мм, що не завжди допустимо.

7) Вимірювання твердості за Роквеллом є зручнішим, бо операції втискання і вимірювання виконуються з одного встановлення, тривалість їх не перевищує 1 хв., відпадає необхідність замірювати діаметр відбитка, а число твердості показує стрілка приладу на шкалі індикатора. Відбитки, що залишаються, незначні і, як правило, не псують поверхні виробу. Твердість потрібно вимірювати не менш ніж у трьох точках. Для обчислення приймають середнє значення результатів другого і третього вимірювань.

Суть методу вимірювання твердості за Роквеллом в тому, що у випробову­ваний матеріал заглиблюється індентор — алмазний конус з кутом у вершині 120° або сталева загартована кулька діаметром 1,59 мм. Іноді замість алмазного використовують твердостопний конус. Щоб уникнути впливу мікронерівностей і складної конфігурації поверхні, до індентора послідовно прикладають попередню і основну сили.

8) Визначення твердості за Віккерсом зводиться до втискання силою F правильної чотиригранної алмазної піраміди з кутом між протилежними гранями a = 136° у матеріал. Про величину твердості судять за значеннями сили F і діагоналі відбитка d розмір якої вимірюють під мікроскопом.

Твердістю за Віккерсом НV називають відношення сили F (Н), що діє на правильну чотиригранну піраміду, до площі поверхні S (мм²) отриманого відбитка. Величина F змінюється в широких межах від 49 до 1177 Н. Оскільки сила невелика, розміри відбитка малі, можна визначати твердість тонких поверхневих шарів.

9) Всі метали мають кристалічну будову. Розташовані тим або іншим способом  атоми утворюють елементарну комірку просторової кристалічної ґратки. Тип ґратки залежить від хімічної природи і фазового стану металу.

Залізо, хром, молібден, вольфрам і деяких інші метали мають елементарну комірку у вигляді куба із атомами у вершинах і додатковим — у центрі (об'ємноцентрована кубічна ґратка). За температури понад 910°С у кристалічній структурі заліза відбувається перебудова, кількість атомів у елементарній комірці збільшується до 14. У результаті перебудови симетрія елементарної комірки змінюється — атоми розміщуються у вершинах куба й додатково в центрі кожної грані (гранецентрована кубічна ґратка). Існування одного металу в декількох кристалічних формах зветься поліморфізмом чи алотропією, а температура, за якої метал переходить з одного стану в інший, - температурою поліморфного перетворення. Залізо, наприклад, має дві температури поліморфного перетворення: 910 °C і 1400 °C. Цинк, магній, титан мають елементарну комірку в формі шестигранної призми. Як і залізо, олово, нікель, титан, кобальт та деякі інші метали зі зміною температури змінюють тип своїх ґраток. Наприклад, нікель може мати кубічну гранецентровану чи гексагональну ґратки, а кальцій — кубічну гранецентровану, гексагональну і кубічну об'ємно-центровану.

10) У деяких металів при нагріванні відбуваються зміни в будові кристалічної решітки. Існування того самого металу в різних кристалічних формах (модифікаціях) називається поліморфізмом, а перехід з однієї модифікації в другу - поліморфним перетворенням.

У різних площинах кристалічної решітки число атомів і відстані між ними неоднакові. У зв'язку з цим властивості окремих кристалів (монокристалів) у різних напрямках виявляються неоднаковими. Таке явище називається анізотропією.

11) Рідкий стан характеризується хаотичним, невпорядкованим розміщенням атомів, що знаходяться у безперервному русі. Перехід із рідкого стану в твердий пов"язаний з утворенням кристалічної гратки. При цьому атоми металів займають у просторі визначені місця. Таким чином, перехід металу із рідкого стану в твердий — кристалізація — пов"язаний з утворенням кристалів. І навпаки, плавлення, тобто перехід металу із твердого стану в рідкий, супроводжується руйнуванням кристалічної гратки.

Кристалізація металів відбувається за двома процесами:.

1) "зародження" в об"ємі рідкого металу кристалічних частинок — центрів кристалізації чи зародків;.

2) ріст кристалів із цих центрів.

На перебіг процесів кристалізації впливає охолодження рідкого металу, тобто гальмування кристалізації. Явище переохолодження певною мірою властиве всім металам.