5.2. Диэлектрическая проницаемость веществ

Газы

Поляризация газа может чисто электронной или дипольной, если молекулы газа обладают дипольным моментом.

p = nkT.

Жидкие диэлектрики

Для неполярных жидкостей ε невелика и близка к значению квадрата показателя преломления света n

ε = n²

В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации.

Для нейтральных диэлектриков ε = n², что подтверждается ниже приведенными результатами для неполярных диэлектриков при температуре 20 ºС.

Б-14

14. Литье в земляную форму в двух опоках (формовка, литниковая система, стержень).

Литье — один из древнейших способов изготовления деталей. Его сущность заключается в том, что расплавленный металл заливают в специальную литейную форму, в которой он, остывая, затвердевает и сохраняет очертания этой формы. Деталь, полученная таким образом, называется отливкой. С помощью литья изготовляют отливки из чугуна, стали, алюминия, бронзы, латуни и других металлов и сплавов.

Существуют различные виды литья: в земляные формы, в металлические формы (кокильное), под давлением, центробежное, по выплавляемым моделям и др.

Литье в земляные формы ( 50) — сложный и трудоемкий процесс. Кроме того, ему предшествуют такие подготовительные операции, как изготовление модельных комплектов (моделей отливок и стержней), приготовление формовочных и стержневых смесей,   подготовка   литейных   опок   и   других   приспособлений.

Модели  выполняют  из  древесины   (сосны, дуба, ольхи, березы, липы и др.) или из метал-, лов  (обычно из сплавов алюминия с медью).

При определении размеров модели учитывают припуск на усадку отливки при ее затвердевании и припуск на последующую механическую обработку отливки для получения готовой детали. Усадка отливок из различных металлов и сплавов составляет от 1 до 2,5%. Припуск на механическую обработку зависит от размеров отливки и видов последующей обработки. Для чугунных отливок он обычно составляет от 2 до 20 мм, для стальных — от 4 до '28 мм.

Модели из древесины выдерживают несколько десятков отливок. Их покрывают специальным модельным лаком, чтобы предохранить от влаги и от прилипания формовочной смеси (сделать поверхность модели более гладкой).

Деревянные модели применяют в индивидуальном и мелкосерийном производстве, а в крупносерийном и массовом используют металлические модели.

Модели бывают разъемные и неразъемные. Разъемные (см.  50, поз. 3, 7) состоят из двух, трех и более частей и применяются там, где по условиям формовки нельзя применять цельные.

Стержни 12, образующие полости, сквозные отверстия или углубления в отливках, изготовляют в деревянных или металлических стержневых ящиках из специальных стержневых смесей (песок со связующими материалами )„

Опоки 4 и 8 представляют собой ящики из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. Они служат для удержания формовочной смеси и могут быть прямоугольными, круглыми или фасонными в зависимости от очертания отливки.

Формовочные смеси для изготовления земляных форм состоят из песка, глины и других веществ. Процентное отношение и качество используемых компонентов зависят от вида литья (отливки из чугуна, стали или сплавов цветных металлов).

По назначению формовочные смеси подразделяют на облицовочные и наполнительные. Облицовочные формовочные смеси соприкасаются с жидким металлом и работают в наиболее тяжелых условиях. Их приготовляют из кварцевого песка и глины без добавок горелой земли. Для заполнения объема опоки используют отработанную формовочную смесь (наполнитель).

Получение отливок в земляных формах вручную — процесс малопроизводительный и трудоемкий. Поэтому в современном производстве для выполнения формовочных работ все шире применяются формовочные машины/Они повышают производительность труда рабочих-литейщиков в 10—20 раз и облегчают условия их труда.

Литье в металлические формы (кокильное литье) по сравнению с получением отливок в земляных формах — операция более простая и производительная.

Металлическая, обычно стальная форма (кокиль) выдерживает тысячи отливок из различных цветных металлов и сплавов. Она имеет внутреннюю полость, повторяющую очертания отливки. Перед заливкой жидкого металла форму предварительно подогревают (до температуры около 80°С), а стенки внутренней полости смазывают смесью мела, графита и жидкого стекла с водой для получения более чистой поверхности отливки. Затем заливают в форму жидкий металл. После затвердевания металла форму вскрывают и извлекают из нее отливку.

Литье под давлением осуществляется также в металлических формах. Давление на жидкий металл при заполнении формы обеспечивает хорошую заполняемость ее, передает отливке тончайшие очертания формы, уменьшает пористость металла отливки. Полученные заготовки имеют чистую поверхность и точные (погрешность до 0,1 мм) ; размеры, вследствие чего последующая механическая обработка их или очень незначительна, или совсем не нужна. Металл этих деталей имеет мелкозернистую структуру (результат1 быстрого охлаждения в металлической форме) и высокую плотность, что повышает прочность деталей.

Литье под давлением позволяет получить детали сложной конфигурации с отверстием резьбой, выступами и т, д. из алюминиевых, медных, цинковых й других сплавов.

Центробежное литье - заливка металла во вращающуюся форму. Под действием возникающих при вращении центробежных сил металл прижимается к стенкам форм и, застывая, приобретает конфигурацию, точно соответствующую внутренним ее очертаниям. При этом структура металла получается уплотненной, так как всевозможные неметаллические включения и газы, образующиеся в процессе заливки жидкого металла, вытесняются к центру, вращения Некоторая пористость небольшого слоя металла на внутренних поверхностях отливки устраняется с помощью механической обработки. Центробежное литье применяется главным образом для получения отливок, имеющих форму тел вращения, например втулок, труб и т.д.

Литье по выплавляемым моделям осуществляется следующим образом. Вначале изготовляется металлическая модель (эталон) детали из стали или медных сплавов, по которой делают пресс-форму из легкоплавкого сплава. Затем в полученной пресс-форме отливают из воска модели будущей отливки. Восковые модели и литниковую систему (также из воска) окрашивают погружением в специальную эмульсию.

Для лучшего контакта с формовочным материалом окрашенную поверхность моделей припыливают прокаленным при температуре 400—500°С тонким порошком корунда или кварца и сушат в течение 4—5 ч при температуре 20°С. После этого модели с литниковой системой заформовывают в опоке, применяя специальную формовочную смесь. Изготовленную форму сушат при температуре 20°С в течение 3—4 ч. Затем выплавляют восковые модели в печах при температуре 150°С с выдержкой в течение ,1,5—2 ч и с последующим прокаливанием при температуре 800—850°С. И только после такой длительной подготовки формы   в   нее   заливают   жидкий   металл   для   получения   отливки.

40. Газообразные диэлектрики. Виды, свойства, применение.

Газообразные диэлектрики применяются для наполнения многих радиоэлектронных устройств (электронные приборы – ионные приборы, рентгеновские трубки, волноводы, выключатели, трансформаторы). В соответствующих устройствах используется их основное свойство: отсутствие постоянного объема и структуры, следовательно, они способны расширяться и занимать весь объем, в котором они находятся. Можно перечислить некоторые типы газов, находящих применение в радиоэлектронике

• Воздух

• Инертные газы (гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), ксенон (Xe), криптон (K₂))

• Элегаз (SF₆)

• Нонандекан (C₁₉H₄₀)

• Азот

• Кослород

• Водород

• Углекислота

• Хлороформ

• Гексафтород селена

• Фторфелантрен

 

1.1. Воздух

Представляет собой смесь азота и кислорода в основном.

Химический состав сухого воздуха

Азот M=28,0134 V=78,09% M=75,51%

Кислород М=31,999 V=20,95% M=32,15%

Состав сухого воздуха до Н=80 10 км остается неизменным. Температурный коэффициент расширения ( , град^-1)

Плотность сухого воздуха

 _{в – барометрическое давление, мм рт.ст.}

_{t – температура воздуха в t} С

Т – температура воздуха в К

 _{в – барометрическое давление}

 – давление водяного пара в воздухе

 – близка к единице, уменьшается с повышением t

, при t=20 C, ТК =-2 10^-6

С повышением давления  увеличивается линейно, но незначительно

Итак, зависимость наибольшая от давления.

Е_пр=32 кВ/см при  = 760 мм рт. ст., расстояние между электродами 1 см. (d)

Пробивное напряжение зависит от d,  , формы электродов, температуры, влажности.

Эксплуатационные свойства

• Не токсичен

• Не взрывоопасен, не пожароопасен

• Радиационностоек

Окисление материалов связано с наличием в воздухе кислорода (взаимодействует с конструкционными материалами), влаги (ухудшение электрических свойств), пыли (эррозия и ухудшение электрических свойств).

Для защиты от действия кислорода используют защитные покрытия, силикагель (влагопоглощающее вещество), сушка. В ряде случаев очищение от пыли.

Применение: в качестве естественной среды окружающей РЭА, конденсаторах, в герметизированных устройствах.

Пробивное напряжение зависит от , давления и иных показателей.

Плотность: 0,179 10^-3  5,89 10^-3 г/см³

^{He Xe}

Используются: для создания глубокого холода в криостатах (жидкие газы), в качестве среды для испытаний и для наполнения ионных приборов.

1.3. Элегаз SF₆ (гексафторид серы)

Состав: 21,95% (по массе) S и 78,05 F

 =1,00191 при t=27,5 С; р=708 мм рт.ст.

плотность (относительно воздуха),  =5,03

удельная теплопроводность  =7,1 10^-5 кол/с:ст  С

u_{пр – зависит от давления, формы электродов.}

Свойства: очищенный от низких фторидов, не имеет запаха и вкуса, химически инертен, не разлагается под действием воды, щелочей, кислот. Не действуют на него галогены, кислород, водород, фосфор, медь, серебро. Высокая электрическая прочность, негорючесть, высокая нагревостойкость (до 800 С).

Применение: до t=150 С. область применения: волноводы, коаксиальные кабели, рентгеновские трубки, трансформаторы до 12500 кВт, на u до 115 кВ, выключатели по 230 кВ, мощностью до 15000 мВт.

В РЭА для охлаждения используются газообразные диэлектрики. Основным диэлектриком является воздух, однако в современных исследованиях предлагается использовать и некоторые другие газы. Некоторые характеристики газов по сравнению с воздухом приведены в таблице, учитывая, что все газы одинаковые тепловые нагрузки.

Билет15

15. Литьё в кокиль. Суть, технология, применение.

Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма, в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие.

Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравнении с литьем в песчаные формы. Экономический эффект достигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению качества отливок, их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки и обдувки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, как следствие, повышению производительности и улучшению условий труда.

Кокильное литье следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

Как итог стоит отметить несомненные преимущества такого технологического процесса в литейном производстве:

 Повышается производительность труда в результате исключения трудоемких операций в приготовлении формовки, а также очистки отливок от пригара.

 Повышается само качества отливки. Обусловливается это качество тем, что используются металлические формы. В данном случае показателями качества являются: механические свойства, структура, плотность, шероховатость и точность размеров отливки.

 Уменьшается объем вредных для здоровья операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды, что в современном мире весьма важно.

 Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки – достигается за счет многократностью использования кокиля.

Жидкие диэлектрики. Виды свойства, применение

Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро- и радиотехнической аппаратуры: в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. По применению они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей. Электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и теплопроводность жидких диэлектриков имеет более высокие значения по сравнению с воздухом и другими газами при атмосферном давлении. Поэтому электроизоляционные жидкие диэлектрики должны обеспечивать повышение электрической прочности твердой пористой изоляции, отвод тепла от обмоток трансформатора, гашение электрической дуги в масляных выключателях. В импульсном электрическом поле их электрическая прочность возрастает.

Основными характеристиками диэлектрических жидкостей являются диэлектрическая проницаемость, электропроводность и электрическая прочность.

Диэлектрическая проницаемость является истинной характеристикой жидкостей и характеризуется дипольным моментом и поляризуемостью молекул. Собственная проводимость жидких диэлектриков имеет электронную и ионную составляющие. Она обусловлена автоэлектронной эмиссией с катода, электролитической диссоциацией молекул, ионизацией молекул. Электрические свойства жидких диэлектриков в значительной мере зависят от степени их очистки. Загрязнения, как правило, снижают электрическую прочность жидких диэлектриков и увеличивают проводимость за счет возрастания количества ионов и заряженных коллоидных частиц.

Проводимость жидкостей определяется ионизацией молекул и наличием в жидкости примесей. Основными примесями, уменьшающими электрическую прочность, являются микрочастицы, микропузырьки и вода. Очистка диэлектрических жидкостей (дистилляцией, частичной кристаллизацией, адсорбцией, ионным обменом) приводит к уменьшению электропроводности и диэлектрических потерь и возрастанию электрической прочности. Электрическая прочность в значительной степени является технологической характеристикой жидкого диэлектрика и электродов, способов приготовления и эксплуатации изоляционного промежутка. На нее влияют не только те примеси, которые определяют электропроводность, но и форма и материал электродов, длительность импульса, наличие пузырьков.

Наиболее распространенными жидкими диэлектриками, применяемыми в качестве электроизоляционных материалов, являются:

нефтяные масла — трансформаторное, конденсаторное и кабельное;

синтетические жидкие диэлектрики — полихлордифенил (совол, совтол), кремнийорганические и фторорганические;

растительные технические масла (касторовое, льняное, конопляное и тунговое) в электроизоляционной технике применяются ограниченно.

Билет 16

Литье по выплавляемым моделям. Суть, технология, применение

Литье по выплавляемым моделям – это процесс, в котором для получения отливки применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, полученные по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Для получения оболочковых форм полученный блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью – суспензией, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например, пылевидного кварца или электрокорунда и связующего. В результате на поверхности модели образуется слой суспензии толщиной менее 1 мм. Для упрочнения этого слоя и увеличения его толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3 – 10 слоев). При этом каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака 6, что зависит от связующего. После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарение показано, как в процессе удаления выплавляемой модели в горячей воде при температуре менее 100^оС получают многослойную оболочковую форму

С целью упрочнения формы перед заливкой ее помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм)

Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещают в печь для прокаливания Прокалку формы ведут при температуре 900 – 1100^оС, далее прокаленную форму 10 извлекают из печи и заливают расплавом После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники. Во многих случаях оболочки прокаливают в печи до засыпки огнеупорным материалом, а затем для упрочнения их засыпают предварительно нагретым огнеупорным материалом. Это позволяет уменьшить продолжительность прокаливания формы перед заливкой и сократить энергозатраты. Так, например, организован технологический процесс на автоматических линиях для массового производства отливок.

Твердые диэлектрики. Виды, свойства, применение.

(картон Твердые диэлектрики - это чрезвычайно широкий класс веществ,  содержащий вещества с радикально различающимися электрическими, теплофизическими, механическими свойствами. Например, диэлектрическая проницаемость меняется от значения, незначительно превышающего 1, до более чем 50000, в зависимости от типа диэлектриков: неполярный, полярный, сегнетоэлектрик. В главе 1 приводились определения различных типов диэлектриков. Вкратце коснемся этих определений применительно к твердым диэлектрикам.

Неполярный диэлектрик - вещество, содержащее молекулы с преимущественно ковалентной связью.

Полярный диэлектрик - вещество,  содержащее дипольные молекулы или группы, или имеющее ионы в составе структуры.

Сегнетоэлектрик - вещество, имеющее в составе области со спонтанной поляризацией.

Механизмы поляризации у них резко различаются:

- чисто электронная поляризация у неполярных диэлектриков типа полиэтилена, полистирола, при этом e-мала, не более 3, диэлектрические потери тоже малы;

- ионная поляризация у ионных кристаллов типа NaCl или дипольная у полярных диэлектриков типа льда, при этом e может находиться в пределах от 3-4 до 100, диэлектрические потери могут быть весьма значительны, в особенности на частотах вращения диполей и других резонансных частотах;

- доменная поляризация у сегнетоэлектриков - при этом e максимальна и может достигать 10000-50000, диэлектрические потери могут быть весьма значительны, в особенности на резонансных частотах и в области повышенных частот.

Особенности механизмов проводимости в твердых диэлектриках - концентрация носителей очень мала, подвижность ионов в гомогенных материалах очень мала, подвижность электронов в чистых материалах велика, в технически чистых - мала. Механизмы электропроводности различны в разных веществах. Ионная проводимость реализуется у полидисперсных диэлектриков, бумага, гетинакс, дерево) и ионных кристаллов. В первом случае ионы передвигаются по границам раздела, образованным слипшимися дисперсными частицами. Появление носителей заряда сильно связано с влажностью этих материалов и определяется, как рассматривалось в лекциях 2 и 9 диссоциацией примесей и полярных групп основного вещества на поверхности раздела. В случае ионных кристаллов, в проводимости участвуют ионы основного вещества, примесей, дефекты структуры. Электронная проводимость реализуется у титанатов бария, стронция и т.д., электронная, дырочная и ионная проводимость у полимеров.

Термопласты - размягчаются при нагревании, что позволяет использовать простую технологию термопрессования. При этом гранулы исходного полимера помещают в камеру термопласт - автомата, нагревают до температуры размягчения, прессуют и охлаждают. Так делают мелкие диэлектрические детали. Для крупногабаритных изделий, типа кабелей, полутвердый расплав выдавливают через фильеру вместе с внутренним электродом кабеля

Наиболее распространенным диэлектриком этого класса является полиэтилен H-(CH₂)_nH.  Полиэтилен производят путем полимеризации газа этилена при повышенных давлениях и температурах. В основном используются две технологии. Исторически первой была технология получения полиэтилена при высоком давлении до 250 МПа и температуре до 300 °С с помощью инициирующих агентов-окислителей. При этом получается т.н. полиэтилен высокого давления  ПЭВД, для которого используется и другое название - полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). В настоящее время более распространена технология получения полиэтилена с помощью катализаторов при невысоком давлении до 1 МПа, невысокой температуре до 80 °С. При этом получается т.н. полиэтилен низкого давления ПЭНД, для которого используется и другое название - полиэтилен высокого плотности (ПЭВП). Главное отличие полученных продуктов с физико-химической точки зрения - повышенная водостойкость ПЭНД по сравнению с ПЭВД. . 

Рядом уникальных свойств обладает фторопласт (политетрафторэтилен). Он химически инертен, не растворяется в растворителях, вплоть до температуры 260 °С, абсолютно не смачивается водой, не гигроскопичен. Недостатки - не стоек под действием радиации, обладает хладотекучестью.

Реактопласты - при нагревании не размягчаются, после достижения некоторой температуры начинаются разрушаться. Изделия из них обычно делают различными способами. Одна из распространенных дешевых технологий заключается в следующем. Сначала готовят пресс-порошки полимера. Затем пресс порошок засыпают в пресс-форму и прессуют при определенном давлении и температуре. При этом возникает сцепление между деформированными частицами, и после охлаждения материал готов к использованию. Возможно проведение полимеризации из исходных компонентов в заранее подготовленных формах.

Эпоксидные полимеры обладают хорошей механической прочностью, удовлетворительными электрофизическими характеристиками. Они являются полярными диэлектриками, некоторые марки эпоксидных материалов имеют диэлектрическую проницаемость до 16. Высокая полярность приводит к слабой водостойкости. Главное преимущество эпоксидных компаундов - простота технологии приготовления. Компаунды холодного отвержения получают смешиванием эпоксидной смолы, отвердителя и пластификатора. В период времени до начала твердения (от минут до часов) жидкую композицию можно заливать в требуемую форму. Часто компаунд используют для ремонта диэлектрических деталей в качестве клея.

Из других полимеров-реактопластов отметим диэлектрический материал с высокой механической прочностью - капролон, с большим диапазоном рабочих температур (-100°С до +250°С) - полиимиды и композиты на их основе.

Билет 17

 Литье в оболочковые формы. Суть, технология, применение

Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600-700 °C) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

43. Лаки и эмали, бумаги и картоны. Виды, свойства, применение.

Билет 18

-- Центробежное литье. Суть, технология, применение.

Центробежное литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаетсяь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью). Центробежный метод литья (центробежное литье) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения.

Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин. Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом модно получить двухслойные заготовки, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в метллической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок. При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95%. В нашем производстве используют машины с горизонтальными осями вращения. Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья.

Преимущества технологии центробежного литья:

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

- Высокая износостойкость; - Высокая плотность металла; - Отсутствие раковин; - Мелкое зерно; - В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Недостатки:

- Ограниченная номенклатура по конфигурации; - Отливки имеют химически неоднородную поверхность; - Значительная шероховатость; - Внутренняя поверхность более шероховатая.

Технологические возможности:

- любые сплавы; - масса до 45 тонн; - толщина стенок от 3..250 мм; - длина 6 метров; - 13-16 квалитет для цветных металлов; - 14-17 квалитет для черных металлов; - Rz=320..40.

Применение

Центробежным литьем получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

- втулки; - венцы червячных колес; - барабаны для бумагоделательных машин; - роторы электродвигателей.

---Магнитные материалы. Кривые намагничивания. Основные характеристики магнитных материалов (остаточная индукция, коэрцитивная сила, магнитная проницаемость).

           Магнитомягкие материалы используются в энергетике в качестве разнообразных магнитопроводов в трансформаторах, электрических машинах, электромагнитах и т.д.

Для уменьшения потерь на гистерезис выбирают материалы с пониженной коэрцитивной силой, а для уменьшения вихревых токов магнитопроводы собирают из отдельных пластин и используют металлы с повышенным удельным сопротивлением. Дело в том, что ЭДС самоиндукции, благодаря которой возникают вихревые токи, пропорциональна площади поперечного сечения контура. При рассечении площади nизолированными пластинами в каждой пластине наводится уменьшенная в n раз ЭДС. Мощность потерь при протекании вихревого тока пропорциональна квадрату напряжения (ЭДС) и обратно пропорциональна удельному сопротивлению. Поэтому уменьшение ЭДС в каждой из отдельных пластин и использование металлов с повышенным удельным сопротивлением приводит к уменьшению общих потерь.

Основой наиболее широко используемых в электротехнике магнитных материалов является низкоуглеродистая электротехническая сталь. Она выпускается в виде листов, толщиной от 0.2 мм до 4 мм, содержит не выше 0.04% углерода и не выше 0.6% других примесей. Максимальное значение магнитной проницаемости _max ~ 4000,  коэрцитивной силы Н_с~ 65-100 А/м. Наблюдается интересная закономерность: чем чище железо и чем лучше оно отожжено - тем выше магнитная проницаемость и тем ниже коэрцитивная сила. Для особо чистого железа эти параметры составляют: более 1 миллиона и менее 1 А/м, соответственно.

Добавлением в состав кремния достигается повышение удельного сопротивления стали с 0.14 мкОм·м для нелегированной стали до 0.6 мкОм·м для высоколегированной стали. Это дает уменьшение потерь.

Электротехническую сталь маркируют следующим образом: первая цифра-структура (1-горячекатанная изотропная, 2-холоднокатанная изотропная, 3- холоднокатанная анизотропная с ребровой структурой), вторая цифра- содержание кремния (0-до 0.4%, 1 - до 0.8%. 2 - до 1.8%, 3-до 2.8%, 4 - до 3.8%, 4 - до 4.8%), третья цифра - тип нормируемых магнитных характеристик (0- удельные потери при В=1.7 Тл, f=50 Гц, 1- удельные потери при В=1.5 Тл, f=50 Гц, 2- удельные потери при В=1 Тл, f=400 Гц, 6- В при Н=0.4 А/м, 7- В в средних полях при Н=10 А/м ). Четвертая цифра в старых справочниках означала номер материала. В современных справочниках четвертая и пятая цифры являются одним числом, означающим численную характеристику нормируемого параметра.

Если к железу добавить никель, то полученные материалы будут обладать повышенной магнитной проницаемостью (до 100000 у 79НМ, 79% никеля и небольшое количество марганца). Такие сплавы называются пермаллои, они используются для изготовления сердечников малогабаритнгых силовых и импульсных трансформаторов. Практически такие же результаты по магнитной проницаемости можно получить, добавляя к железу кремний (9.5%) и алюминий(5.6%). Такие сплавы называются альсиферами.

Добавки к железу и никелю молибдена, хрома, меди приводит к еще большему росту начальной магнитной проницаемости, более 100 тысяч. Такие материалы используются в миниатюрных магнитных устройствах.

Практически отсутствуют потери на вихревые токи в ферритах. Дело в том, что ферриты представляют собой оксидную керамику МеО+Fe₂O₃, которая является диэлектриком, либо полупроводником. Типичное удельное сопротивление феррита 10³-10⁴ Ом.м. Это на 9-10 порядков превышает сопротивление металлов. Ясно, что вихревые токи в таком материале не возникнут.  Магнитная проницаемость у ферритов обычно ниже, чем у стали и не превышает нескольких сотен, хотя есть ферриты с проницаемостью до нескольких тысяч (20000НМ, 1000НМ). Применение в энергетике магнитомягких ферритов - высокочастотные трансформаторы, в ряде материалов потери малы вплоть до частот гигагерцового диапазона. Однако при этом и магнитная проницаемость уменьшается до десятков (9ВЧ, 50ВЧ3). 

Большую роль играют ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Они используются в качестве логических элементов в ЗУ, в качестве термодатчиков. Основной параметр - коэффициент прямоугольности петли гистерезиса, представляющий собой отношение остаточной индукции к максимальной, измеренной при Н = 5 Н_с. Желательно, чтобы этот коэффициент был ближе к 1.

Билет 19

Обработка металлов давлением: суть, цель, достоинства, недостатки, применение

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Холодная штамповка как технология известна достаточно давно. Ещё в конце первого тысячелетия древнерусские мастера стали применять метод холодной штамповки для производства металлической посуды. Саму холодную штамповку отличает достаточно высокое качество получаемых изделий, высокая скорость их изготовления, а также низкая цена на само изделие — разумеется, как уже было отмечено, при массовом их производстве. Холодная штамповка заключается в механическом воздействии штампа в процессе прессования листов металла, итогом которого получаются готовые изделия. Таким образом, сам штамп выступает в роли технологической насадки для прессовального механизма, его можно использовать только для одной операции. Кроме того, операции холодной штамповки легко поддаются автоматизации, в том числе могут проводиться с помощью промышленных роботов, что способно сделать производство методом холодной штамповки ещё более выгодным.

Холодная штамповка технологически подразделяется на два основных вида. Первый — это операции разъединительные, в ходе которых над листом металла проводятся операции рубки, резки, изготовления отверстий различной формы. Второй тип операций — формование, или пластическое воздействие, в ходе которых форма самой заготовки — вытяжка, выдавливание, гибка, формовка, чеканка. Иногда операции двух типов объединяют — например, производят одновременно вытяжку и рубку или гибку и обрезку. В таком случае применяются так называемые комбинированные штампы. Для операций холодной штамповки необходимо использовать металлы и сплавы, которые обладают гибкостью, пластичностью, а также дешевизной (так как в процессе рубки образуется значительное количество отходов).

Физические, химические, механические, технологические, эксплуатационные, свойства металлов (перечислить).

Все металлы и сплавы характеризуются физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами.

К физическим свойствам металлов относятся: цвет, удельный вес, температура плавления, электропроводность, теплопроводность, расширение металла при нагреве и магнитные свойства. Температура плавления сплавов имеет большое значение в литейном производстве.

К химическим свойствам металлов относятся: окисляемость, растворяемость и коррозийная стойкость. Все перечисленные свойства важны для выбора литейных сплавов, применяемых для отливок деталей, работающих в окислительных средах (колосниковые решетки печей, насосы для перекачивания кислот и т. п.).

К механическим свойствам металлов относятся: прочность, твердость, упругость, вязкость и пластичность. Эти свойства металлов и сплавов имеют большое значение при использовании их в машиностроении. Технологические свойства характеризуются жидкотекучестью, прокаливаемостью, ковкостью, свариваемостью и обрабатываемостью резанием. Эти свойства металлов и сплавов играют важную роль в машиностроении.

К технологическим свойствам металлов относятся также литейные свойства металлов и сплавов, характеризующие способность их хорошо заполнять все очертания формы и образовывать плотные отливки при затвердевании. При недостаточной жидкотекучести в отливке, особенно в тонких ее частях, образуются спаи и недоливы. При склонности металлов и сплавов к большой усадке во время затвердевания (кристаллизации) появляются усадочные раковины и большие внутренние напряжения.

Все перечисленные свойства в необходимых случаях определяются испытанием металлов и сплавов в лабораториях с помощью специальных приборов и установок.

Литейные свойства чугуна и стали и некоторых цветных металлов и сплавов определяют испытанием на жидкотекучесть. Жидкотекучесть зависит от природы чистых металлов, химического состава сплавов и температуры их нагрева. Величина жидкотекучести определяется по технологической пробе (рис. 108), т. е. по длине спирального канала трапециевидного сечения, заполненного сплавом в контрольной форме. Чем больше жидкотекучесть сплава, тем большей длины участок будет заполнен до затвердевания.

Билет 20

. Сварка металлов. Классификация видов сварки и их применение

Сварка металлов – это процесс, в результате которого образуется неразъемное соединение путем установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или при совместном воздействии того и другого. Современные технологии позволяют производить сварку практически в любых условиях: как в специально оборудованном цехе, так и на открытом воздухе, под водой и даже в космосе. Для выполнения сварных соединений необходим источник энергии, им может быть: электрическая дуга, горящий газ, электронный луч, лазерное излучение, ультразвук, трение.