Міністерство освіти і науки України

Державний вищий навчальний заклад

„Чернівецький індустріальний коледж”

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ВИВЧЕННЯ СТУДЕНТАМИ НАВЧАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ З ДИСЦИПЛІНИ

«КОНСТРУКЦІЙНІ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ МАТЕРІАЛИ»

Чернівці

2010

Конструкційні та електротехнічні матеріали: методичні рекомендації для самостійного вивчення студентами з дисципліни для ІІ курсу спеціальності 5.05070104 "Монтаж і експлуатація електроустаткування підприємств та цивільних споруд / Муринюк В.В. – Чернівці ДВНЗ”ЧІК”, 2010. – 24 с.

Укладач: Муринюк В.В. – викладач спецелектротехнічних дисциплін Чернівецького індустріального коледжу

Розглянуто на засіданні циклової комісії «Електротехніки, автоматизації та комп’ютерних систем»

Протокол № від р.

Схвалено Методичною радою Чернівецького індустріального коледжу. Протокол № від 20 р.

Відповідальний за випуск : Фокшек А.М.

Зміст

1. Виплавка чавуну й сталі……………………………………….…4

2. Сплави кольорових металів………………………………..….7

3. Спеціальні види ливарства………………………………..….11

4. Механічна обробка металів…………………………………..13

5. Обробка металів різанням……………………………………18

6. Провідникові матеріали з малим питомим опором…..….….28

7. Контактні матеріали …………………………………………..28

8. Механічні, термічні і фізико-термічні властивості діелектриків……………………………………………………..…31

9. Лаки, емалі і компаунди………………………………………31

10. Текстильні електроізоляційні матеріа.……………………...35

11. Електроізоляційна гума ……………………………………..37

12. Слюдонітові і слюдопластмасові електроізоляційні матеріали………………………………………………………..…37

13. Активні діелектрики………………………………………….37

14. Напіпровідникові випростувачі……………………………..43

15. Методи визначення типу електропровідності напівпровідників………………………………………………….43

16. Вплив світла на електропровідність напівпровідників………………………………………………….43

17. Основні напівпровідникові матеріали………………………43

18. Електровугільні матеріали і вироби з них. Основні їх характеристики…………………………………………………….43

1. Виплавка чавуну й сталі.

Реальні властивості сталей і чавунів у значній мірі залежать від інших елементів, що неминуче попадають у них при виплавці, які можуть або розчинятися в, фериті й цементиті, або утворювати в сплавах тверді або газоподібні неметалічні включення. У всіх цих випадках особливо сильно змінюються властивості сталей і треба чітко собі представляти хоча б схематично процес виплавки сталі. Основна маса виробленої в країні сталі виходить із чавуну шляхом його переплавлення. У свою чергу, чавун виплавляється із залізної руди в спеціальних пічних агрегатах, названих доменними печами. Залізна руда являє собою складний гірський мінерал, що містить залізо в кількостях , що забезпечують економічно раціональне ведення плавки.

Залізо в руді міститься у вигляді оксиду (Fe₂0₃, Fe₃0₄ або Fe), названого рудним мінералом. Крім рудного мінералу в руді міститься певна кількість перемішаної з ним порожньої породи, яка в основному складається із кремнезему Si0₂. У залізній руді, як правило, міститься невелика кількість марганцю у вигляді мінералу піролюзиту .

Щоб виплавити чавун, треба насамперед відновити залізо з його оксиду й відокремити продукт, що виходить, від порожньої породи. Але для цього разом з рудою в доменну піч треба завантажити паливо — кокс і флюс (вуглекислий кальцій), вапняк СаС0₃. Кокс служить джерелом необхідної для ходу плавки теплоти й постачальником оксиду вуглецю, що є відновлювачем заліза. При дуже високих температурах відновлювачем служить і вуглець, що міститься в коксі.

Дія флюсу — вапняку — заснована на тому, що в сполученні з порожньою породою — кремнеземом SiО₂ — він утворює легкоплавку суміш, що, плавлячись і будучи легшою, ніж чавун, скопичується над ним у вигляді шлаків. Таким чином, порожня порода надійно відділяється від металу. Але завантажувані в доменну піч разом з рудою кокс і вапняк завжди містять якусь кількість попадаючих у чавун, а з нього в сталь шкідливих домішок, головним чином сірки й фосфору.

На кожному з перших двох етапів завдяки впливу СО відбувається часткове відновлення оксидів з утворенням СО_а, а на останньому етапі взаємодіють сильно розігріті кокс і закис заліза, утворюючи губчате залізо. Останнє, взаємодіючи з розпеченим коксом і особливо із СО, збагачується вуглецем й утворює цементит: 3Fe+2CO+Fe₃C+С0₂. При збільшенні сумарного вмісту вуглецю до 4,3 % утвориться легкоплавка (ледебуритна) суміш, що плавиться й стікає в колодязь доменної печі. Потім у міру підвищення температури в нижніх рівнях печі й утворення нових порцій губчатого заліза вони плавляться в чавуні, що утворився і накопичується в колодязі.

Одночасно з відновленням заліза з піролюзиту й кремнезему відновлюються й розчиняються в рідкому чавуні марганець і кремній.

У рідкому чавуні, що утвориться, розчиняються також сірка й фосфор, що перебувають у руді й у допоміжно-технологічних шихтових матеріалах - коксі й вапняку.

Рідкий чавун, що накопичується в колодязі доменної печі, періодично випускається, розливається на чашки або відправляється на спеціальні склади рідкого чавуну - міксери, з яких він транспортується на переплавлення.

Таким чином, виплавлений у доменній печі реальний чавун завдяки раніше відзначеним особливостям ні за хімічним складом, ні за фазовою будовою не може відповідати діаграмі станів і складатися при кімнатній температурі тільки з фериту й цементиту.

У дійсності в чавуні будуть присутні неминуче домішки, які попадають у нього при виплавці. До них відносяться марганець і кремній, які прийнято розглядати як корисні домішки. До шкідливих домішок відносяться сірка й фосфор, а також попадають із атмосфери кисень, азот і водень.

Сірка перебуває у вигляді сульфідів заліза й марганцю усередині зерен (Mn) і по границях (Fe). Фосфор в основному розчиняється у фериті, роблячи його крихким, а надлишковий, тобто понад граничну розчинність, утворює фосфід заліза Fe₃P.

Кисень утворює крапкові включення оксидів, а азот і водень частково розчиняються, а частково утворюють крапкові включення нітридів і гідридів. Всі ці домішки при переплавленні чавуну переходять у сталь.

Сутність виплавки сталі із чавуну полягає у видаленні з нього шляхом окислювання зайвої кількості вуглецю до необхідного марочного рівня, а також домішкових елементів, вміст яких обмежується певними межами.

Залежно від призначення сталі й пропонованих до її якості вимог застосовується кілька промислових способів її виплавки. При будь-якому способі плавильна піч являє собою викладену вогнетривкою цеглою ванну з пологими стінками. У неї завантажуються так звані шихтові матеріали, необхідні для виплавки сталі: рідкий або твердий чавун, сталевий брухт, шлакоутворювачі й інші матеріали, необхідні для ведення плавки й, зокрема, для зв'язування й видалення в шлаки шкідливих домішок сірки й фосфору.

Як окислювачі при виплавці сталі використовуються закис заліза, що утвориться у ванні в результаті окислювання заліза киснем повітря, а також чистий кисень, що вдмухується в рідкий чавун, що переплавляється.

У ході виплавки сталі по досягненні в ній заданого марочного вмісту вуглецю подальше його окислювання треба припинити. Із цією метою припиняється подача кисню й у метал вводяться разкислювачі в такій послідовності: феромарганець FeMn, феросіліцій FeSi і алюміній. Вони повинні видалити з ванни закис заліза й цим зупинити окислювання вуглецю: Fe + Mn - = Fe + Mn.

Повністю разкислена сталь називається спокійною, а недостатньо разкислена (наприклад, тільки феромарганцем) продовжує «кипіти» при випуску, заливанні в форму й при кристалізації, тому таку сталь називають киплячою. Процес окислювання вуглецю в рідкій сталі супроводжується бурхливим виділенням, що нагадує кипіння, з неї бульбашок оксиду вуглецю. Більшість марок сталі виплавляють спокійними. Під час виплавки сталі з неї за допомогою спеціальних матеріалів видаляють шкідливі домішки, особливо сірку й фосфор. Після виплавки готову сталь розливають у спеціальні металеві посудини, у яких вона кристалізується, утворюючи злитки. Злиток у розрізі складається із трьох зон кристалізації: тонкої зони дрібних рівновісних зерен, широкої зони стовпчастих кристалів , що мають витягнуту уздовж напрямку відводу теплоти форму, і середньої зони рівновісних зерен (рівновісні, тобто в цій зоні немає переважного напрямку відводу теплоти, уздовж якого могли б витягнутися зерна) .

У верхній частині злитка формується усадочна раковина , що відрізається після прокатки. У середній (осьовій) частині злитка накопичуються легкоплавкі неметалічні домішки й газові включення. Неметалічні домішки тверднуть і залишаються між стовпчастими кристалами, а також на стику зони стовпчастих і рівновісних кристалів і особливо біля вертикальної осі злитка, куди вони відтискуються більш тугоплавкими, ніж вони, зернами сталі.

Таким чином, у затвердіваючій сталі, тобто в злитку, металургійні дефекти розподіляються нерівномірно. І чим крупніше злиток, тим сильніше виражена ця нерівномірність.