Шпаргалка по "Металлургии"

2. Электрические  и магнитные свойства

В автомобилестроении применяют специальные материалы: электроизоляционные, магнитные, проводниковые, полупроводниковые и другие. Для  их эффективного применения необходима информация о параметрах электрических, магнитных и других специфических  свойств.

Электропроводность - свойство материалов проводить электрический  ток, обусловленное наличием в них  подвижных заряженных частиц - носителей  тока.

Природу электропроводности твердых материалов объясняет зонная теория, согласно которой энергетический спектр электронов состоит из чередующихся зон разрешенных и запрещенных  энергий. В нормальном состоянии  электроны могут иметь только определенные значения энергии, т.е. занимать разрешенные энергетические уровни (валентную зону). Пустые или частично заполненные более высокие энергетические уровни образуют зону проводимости. Электроны, возбуждаясь, т.е. приобретая добавочную энергию, например при нагревании материалов, могут переходить в зону проводимости. Если валентная зона и зона проводимости перекрываются, то при незначительном возбуждении электроны будут  перемещаться от одних атомов к другим. Материалы такого типа - проводники - обладают высокой электропроводностью.

Характеризующая связь намагниченности с магнитным  полем в материале, называется магнитной  восприимчивостью. В зависимости  от знака и значения магнитной  восприимчивости материалы делят  на: диамагнетики;парамагнетики;ферромагнетики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21. Сплавы на  основе цветных металлов

Для получения  строительных изделий высоких технических  свойств все шире стали применять  металлические сплавы цветных металлов. Цветные сплавы на основе меди и  благородных | металлов — золота и  серебра — в своем прошлом  находили  довольно широкое применение в отделочной технике.

Алюминиевые сплавы широко используют для изготовления проката в виде профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и  прямоуюльного сечений. Большое  количество алюминиевых сплавов  расходуется на изготовление заклепок, бол-т0В. Изделия из алюминиевых сплавов  отличаются простотой технологии изготовления, хорошим внешним видом, сейсмостойкостью, хладостойкостью, огнестойкостью, антимагнитностью и долговечностью, что позволяет  им успешно конкурировать со сталью и другими строительными материалами.

Алюминий в  «чистом» виде обладает многими высокими техническими свойствами: хорошей сопротивляемостью  коррозионным воздействиям среды, высокой  электропроводностью, пластичен, что  позволяет легко изготовлять  из него детали самого разнообразного и весьма сложного профиля. Недостатком  алюминия является незначительная прочность  — всего 70... 100 МПа, что не позволяет  его использовать для несущих  строительных конструкций. Однако алюминий резко повышает свои механические показатели при добавке к нему других металлов—меди, марганца, магния

В настоящее время  расширяется сфера применения алюминиевых  конструкций и полуфабрикатов путем  создания новых конструктивно-облицовочных материалов с разнообразными защитно-декоративными  полимерными, лакокрасочными, эмалевыми  и электротехническими покрытиями. Алюминиевые конструкции широко внедряются в гражданское, промышленное и сельскохозяйственное строительство.

 

 

 

 

 

 

22. Неорганические  материалы

Твердые, реже жидкие или пастообразные, в-ва с функцион. св-вами, зависящими от способа получения.

Различают Н. м. металлические, неметаллические и ком-позиционные, к-рые могут содержать как металлич., так и неметаллич. фазы (см. Композиционные материалы). По структуре Н. м. подразделяют на монокристаллические, поликристаллические (литье, керамика, порошки), аморфные, в  т. ч. стеклообразные (см. Стекло неорганическое), а также стеклокристаллические (напр., ситаллы).

По св-вам и  областям применения различают Н. м.: с особыми электрич. св-вами - полупроводниковые  материалы, электропроводящие, сверхпроводники, изоляционные ( диэлектрики), электролиты  твердые, пьезоэлектрики, конденсаторные и катодные; с особыми магн. характеристиками (см. Магнитные материалы); оптические материалы (для линз и фильтров, отражающих и просветляющих покрытий, для  волоконной оптики), фотоэлектродные, люминофоры, электрохромные, фотопроводящие, материалы для голографии, лазерные материалы, с особымитеплофиз. св-вами (для термисторов и нагревателей, жаростойкая и жаропрочная конструкционная  керамика), огнеупорные материалы, теплоизоляционные  материалы, аккумуляторы тепла; коррозион-ностойкие  материалы. Кроме того, выделяют материалы  для энергетики-ядерное топливо, аккумуляторы водорода, для термоядерных установок; конструкц. материалы; акустические материалы; для мед.целей - биокерамич. костные и зубные протезы, для  кровеносных сосудов и клапанов; сорбенты и носители в катализе и  хроматографии; вяжущие материалы; фрикционные материалы и антифрикционные  материалы; абразивные материалы, твердые  сплавы для изготовления режущего инструмента  и др.

 

 

 

 

 

23. Неметаллические  материалы

Основным типом  неметаллических материалов, широко используемых в машиностроении и  других отраслях промышленности, являются пластические массы (пластмассы).

Пластическими массами  называют такие искусственные материалы, которые получают на основе органических полимерных связующих веществ с  различными наполнителями.

В качестве связующих  при получении пластмасс используют синтетические или природные  высокомолекулярные соединения, в том  числе синтетические смолы, высокомолекулярные соединения или продукты их переработки, например, эфиры целлюлозы, битумы и  др.

Смолы, используемые для изготовления пластмасс, могут  быть термореактивными или термопластичными, что и определяет их основные технологические  и эксплуатационные свойства.

Многие пластмассы (преимущественно, термопластичные) состоят  из одного связующего вещества. К таким  материалам относится полиэтилен, полистирол, полиамиды, органические стекла, капрон и др. Особенностью термопластичных  материалов является их способность  размягчаться при нагревании и вновь  затвердевать при охлаждении. Причем эти процессы протекают обратимо и происходят одинаково при каждом цикле нагрева и охлаждения. Строение материала при этом не изменяется, в нем не происходит никаких химических реакций.

Термопластичные материалы характеризуются малой  плотностью, хорошей формуемостью, устойчивостью к горючесмазочным  материалам. Полиэтилен имеет теплостойкость до 50єС, морозостойкость до - 70, химически  стоек, однако подвержен старению. Применяется  для изготовления пленок, труб, контейнеров, предметов домашнего обихода. Полипропилен имеет более высокие прочностные  свойства, но имеет более низкую морозостойкость (до минус 20 єС). Области  применения близкие к полиэтилену. Полистирол - твердый прозрачный компактный материал. Используется для изготовления деталей приборов и машин (ручки, корпуса, трубы и др.). Полиуретаны  и полиамиды: капрон, нейлон используются для изготовления высокопрочных  нитей и пленок. Органические стекла - прозрачные твердые вещества, используются в самолетостроении, автомобилестроении, приборостроении.

К термопластам также  относятся фторопласты - уникальные материалы с очень низким коэффициентом  трения. Их используют для вентилей, кранов, насосов, втулок, прокладок  и др.).

Термореактивные материалы при нагревании размягчаются лишь в начальный период времени, а затем твердеют при температуре  нагревания за счет протекания необратимых  химических реакций в их структуре, в результате чего такой материал остается твердым и не размягчается при повторных нагревах до достаточно высоких температур. Представителями  термореактивных материалов являются фенолформальдегидная, глифталевая, эпоксидная смолы, непредельные полиэфиры и  др. Природа протекания химических реакций, приводящих к необратимому затвердеванию, может иметь различный  характер. Оно может стимулироваться  добавлением в смолы специальных  веществ - отвердителей, либо происходить  только за счет термической активации - при нагреве. Однако в обоих случаях  особенностью термореактивных пластмасс  является необратимый характер изменения  основных свойств материала.

Основой реактопластов  являются термореактивные полимеры. В качестве наполнителей используют различные неорганические материалы. В зависимости от типа наполнителя  такие материалы подразделяются на порошковые, волокнистые и слоистые. Порошковые материалы используют в  качестве наполнителей древесную или  целлюлозную муку, молотый кварц, тальк, цемент, графит и др. Такие  пластмассы имеют однородные свойства по всем направлениям, хорошо прессуются. Недостаток - низкая устойчивость к  ударным нагрузкам. Применяются  для изготовления корпусных деталей  приборов, технологической оснастки в литейном производстве (моделей) или  слабонагруженных деталей штампов.

 

 

 

 

 

 

 

24. Полимерные  материалы

Полимеры  (от греч. polymeres - состоящий из многих частей, многообразный), химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят  из большого числа повторяющихся  группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены  друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.

 По происхождению  полимеры  делятся на природные  (биополимеры), например белки, нуклеиновые  кислоты, смолы природные, и  синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные  смолы.

В зависимости  от состава основной (главной) цепи полимеры делят на:

 Гетероцепные, в основной цепи которых содержатся  атомы различных элементов, чаще  всего углерода, азота, кремния,  фосфора, к ним относятся: полиэфиры  (полиэтилентерефталат, поликарбонаты  и др.), полиамиды, мочевино-формальдегидные  смолы, белки, некоторые кремнийорганические  полимеры

 Гомоцепные, основные  цепи которых построены из  одинаковых атомов. В этой группе  наиболее распространены карбоцепные  полимеры, главные цепи которых  состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат,  политетрафторэтилен.

Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид

Наша компания в производстве использует два вида полимеров: полиэтилен и полипропилен.

Оба эти вида относятся  к группе ТЕРМОПЛАСТОВ (т.е.полимеры в которых, не происходит отверждения  материала, и  в изделии сохраняется  способность вновь переходить в  вязкотекучее состояние.)

Полиэтилен легко  формуется и сваривается в  изделия сложных форм, он устойчив к ударным и вибрационным нагрузкам, обладает химической стойкостью.

 

 

 

 

25. Железоуглеродистые  сплавы (стали)

Железоуглеродистые  сплавы, сплавы железа с углеродом  на основе железа. Варьируя состав и  структуру, получают Ж. с. с разнообразными свойствами, что делает их универсальными материалами. Различают чистые Ж. с. (со следами примесей), получаемые в  небольших количествах для исследовательских  целей, и технические Ж. с. — стали (до 2%С) и чугуны (св. 2% С), мировое  производство которых измеряется сотнями  млн. т. Технические Ж. с. содержат примеси. Их делят на обычные (фосфор Р, сера S, марганец Mn, кремний Si, водород Н, азот N, кислород О), легирующие (хром Cr, никель Ni, молибден Mo, вольфрам W, ванадий V, титан Ti, кобальт Со, медь Cu и др.) и модифицирующие (магний Mg, церий Ce, кальций Ca и др.). В  большинстве случаев основой, определяющей строение и свойства сталей и чугунов, является система Fe — С. Начало научному изучению этой системы положили русские  металлурги П. П. Аносов (1831) и Д. К. Чернов (1868). Аносов впервые применил микроскоп  при исследовании Ж. с., а Чернов установил  их кристаллическую природу, обнаружил  дендритную кристаллизацию и открыл в них превращения в твёрдом  состоянии. Из зарубежных учёных, способствовавших созданию диаграммы состояния Fe —  С сплавов, следует отметить Ф. Осмонда (Франция), У. Ч. Робертса-Остена (Англия), Б. Розебома (Голландия) и П. Геренса (Германия).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Железоуглеродистые  сплавы (чугуны)

Чугун

По сравнению  с углеродистой сталью чугун отличается более высоким содержанием С, лучшими литейными свойствами и  худшими пластическими.

 

С повышением содержания углерода ухудшаются механические свойства чугуна, но вместе с тем повышаются литейные свойства, позволяя получать качественное тонкостенное литье. Содержание C в чугуне не должно превышать 4,3%.

 

Влияние примесей.

При отливке тонкостенных деталей пользуются чугуном с  повышенным содержанием Si (в пределах 1…3%)

 

Mn оказывает раскисляющее  воздействие на металл, способствует  удалению S из жидкого чугуна и  устраняет вредное влияние серы, оставшиеся в затвердевшем чугуне. Отрицательно влияет на качество, увеличивая его усадку и хрупкость.  Повышенное содержание Mn ускоряет  охлаждение и вызывает отбеливание  чугуна. Обычно в сером чугуне  содержится 0,5-1%.

 

Присутствие S понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку, вызывает хрупкость и склонность к образованию трещин. Количество серы ограничивается в пределах 0,08-0,12%.