Контрольная работа по материаловедению и технологии конструкционных материалов

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых и специальных заполнителях. Бетоны на плотных заполнителях изготовляют  на заполнителях из плотных горных пород или шлаков. Бетоны на пористых заполнителях изготовляют с использованием искусственных пористых заполнителей или заполнителей из пористых горных пород.

Бетоны на специальных  заполнителях изготовляют с применением  заполнителей, придающих им особые свойства. В число специальных  заполнителей входят, например, рудосодержащие породы, чугунный скрап, шамот. В зависимости от характера структуры выделяют следующие виды бетонов. Бетоны плотной (слитной) структуры, в которых пространство между зернами заполнителей полностью занято затвердевшим вяжущим веществом. Допускаемый объем межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси не превышает 6 %.

Крупнопористые  бетоны (беспесчаные или малопесчаные) , в которых значительная часть  объема межзерновых пустот остается не занятой мелким заполнителем и  затвердевшим вяжущим.

Поризованные бетоны, в которых пространство между зернами заполнителей занято вяжущим веществом, поризованным пено-образующими или газообразующими добавками.Ячеистые бетоны — бетоны с искусственно созданными ячейками-порами, состоящие из смеси вяжущего вещества, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразующей добавки.

Бетоны слитной  структуры применяют для изготовления несущих конструкций, к которым  предъявляют повышенные требования по морозостойкости и водонепроницаемости. Крупнопористые, поризованные и ячеистые бетоны рекомендуется использовать преимущественно для изготовления ограждающих и теплоизоляционных конструкций.

Технические требования к основным свойствам бетона —  прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, плотности — установлены в государственных стандартах и СНиПах. Кроме того, в стандартах на специальные бетоцы дополнительно нормируют специфические для данного бетона свойства, например тепловыделение гидротехнического бетона, истираемость дорожного бетона.

 

3. Легкие и цветные металлы: виды, свойства, область применения.

Цветные металлы –  это так называемое техническое  название всех металлов, а также  их сплавов. Заметим, что железо не входит, т.к. относится к разделу черных металлов.

Классификация цветных  металлов:

1. Легкие металлы – это металлы, которые обладают малой плотностью, широко распространены в природе. Получают методом металлотермии или электротермии. Используют для производства легких сплавов. Самыми основными являются: бериллий, алюминий, литий, магний и титан.
2. Тяжелые металлы – это металлы, которые включают в себя Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg. Получают методом цементации и электролиза. Используют в простом состоянии, а также в виде различных сплавов с железом и цветными металлами.
3. Тугоплавкие металлы – это металлы, которые плавятся при температуре 1650-1700 °С. Тугоплавкие металлы включают в себя: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re. Получают этот вид металла из рудных концентратов в виде ферросплавов для введения в стали с целью легирования; молибденовые концентраты при этом предварительно обжигают. В чистом виде тугоплавкие металла получают из рудных концентратов по сложной технологии в 3 стадии: вскрытие концентрата, выделение и очистка химических соединений, восстановление и рафинирование металла. Используют для материалов в машиностроении, судостроении, химической промышленности, электронной.
4. Благородные металлы – это золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (иридий, родий, осмий, рутений, палладий), которые получили название благодаря высокой химической стойкости и красивому внешнему виду в изделиях. Добывают следующими методами: бактериальным выщелачиванием, аффинажем, флотацией, дражным способом и т.д. Широко используют благородные металлы в медицине для изготовления различных инструментов, деталей, приборов, протезов, а также препаратов, которые на основе серебра.
5. Радиоактивные металлы – это химические элементы, изотопы которых являются радиоактивными. К таким металлам относятся: технеций (атомный номер 43), прометий (61), полоний (84) и все последующие элементы в периодической системе Менделеева. Существуют природные и искусственные радиоактивные металлы. Используют как делящийся материал в ядерном оружии и ядерных реакторах.
6. Редкие металлы – это новый вид металлов, их количество больше 50. В рудном сырье этих металлов мало, таким образом, сырьё является сложным и комплексным процессом. Огромное значение в технологии извлечения редких металлов имеют обогащение руд и химические процессы выделения, разделения и очистки соединений этих металлов.

Цветные металлы весьма востребованы в нашей стране, их производство широко распространено во всех регионах.

Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. Различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной  металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии легких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжелых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Основные цветные металлы

Алюминий

Алюминий — это цветной металл, который обладает высокой электропроводностью, хорошей пластичностью, но имеет низкие механические свойства. Различают алюминий первичный и вторичный.

Медь

Медь — это металл, который является наиболее распространенным среди цветных, обладающим высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Медь хорошо сплавляется со многими металлами, образуя сплавы, которые широко используются в машиностроении.

 

Цинк

Цинк — это цветной металл, который при обыкновенной температуре хрупок, но при нагреве до 100-150 градусов хорошо куется и прокатывается. Цинк устойчив против коррозии, однако разрушается под действием кислот и щелочей. Температура плавления — 419 градусов.

Применение цветных металлов

В современной технике объем  применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения отдельных  цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п.

Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

Особенности цветных металлов

1. Некоторые металлы  (медь, магний, алюминий) обладают сравнительно  высокими теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что способствует быстрому охлаждению места сварки, требует применения более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев предварительного подогрева детали.

2. Для некоторых металлов (медь, алюминий, магний) и их сплавов наблюдается довольно резкое снижение механических свойств при нагреве, в результате чего в этом интервале температур металл легко разрушается от ударов, либо сварочная ванна даже проваливается под действием собственного веса (алюминий, бронза).

3. Все цветные сплавы  при нагреве в значительно больших объемах, чем черные металлы, растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. Особенно активные в этом смысле более тугоплавкие и химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Эту группу металлов часто выделяют в группу тугоплавких, химически активных металлов.

Особенности обработки цветных металлов

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один — способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода .

Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка — незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки

Для алюминиевых оснований  используют специальные грунтовки  на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят — эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается , его лучше полностью удалить с помощью растворителя , после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком

 

4. Стеклопластики и древеснослоистые пластики: виды изделий, свойства, применение.

Из конструкционных  пластмасс наиболее распространены стеклопластики и древеснослоистые пластики.

В энергетическом строительстве стеклопластики находят  применение для изготовления оросителей, обшивки и защиты железобетонных элементов градирен от коррозии. Перспективно применение стеклопластиков для  грунтозащитных стенок набережных, элементов шлюзов, деталей, сороудерживающих решеток, гидротурбин, крепежных элементов и т. д.

Стеклопластики  применяют также для несущих  элементов светопропускающих панелей  стен, покрытий типа оболочек, санитарно-технических  изделий, конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, и т. д.

Древеснослоистые  пластики применяют для изготовления балок, ферм, различных деталей в  соединениях клееных конструкций.

Наполнителем  стеклопластиков служит стеклянное волокно в виде нитей, жгутов, холстов и тканей. Стеклянное волокно характеризуется прочностью при растяжении 300—500 МПа при диаметре соответственно 50—3 мкм. В качестве связующих применяют фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические полимеры.

При параллельном расположении волокон или жгутов изготавливают ориентированные стеклопластики, к которым относится стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ), обладающий высокой механической прочностью. СВАМ анизотропен, т. е. имеет неодинаковые свойства в различных направлениях. Предел прочности СВАМ при продольном или поперечном растяжении составляет не менее 450 МПа, а при растяжении под углом 45° — почти в 2 раза меньше.

Применение  стеклотканей, пропитанных полимерным связующим, позволяет получать листовой материал — стеклотекстолит. Прочностные показатели стеклопластиков снижаются при воздействии повышенных температур и воды. Стеклопластики могут подвергаться всем видам механической обработки.

Легкие конструкции  на основе стеклопластиков позволяют  возводить здания, которые в 8 раз легче, чем здания из крупных железобетонных панелей.

Наиболее распространены в строительстве полупрозрачные и прозрачные листы стеклопластиков  на основе полиэфирных полимеров  и рубленого стекловолокна. Светопропускание их достигает 90% на 1,5 мм толщины, в том числе до 30% в ультрафиолетовом спектре.

Древеснослоистые  пластики — разновидность пластмасс, наполнителем в которых является древесный шпон, т. е. тонкие листы  древесины толщиной 0,3—2,1 мм, получаемые с помощью лущильных станков  из распаренных кряжей березы, ольхи и бука. Шпон пропитывают растворами фенолоформальдегидных полимеров и собирают в пакеты, подвергаемые горячему прессованию на гидравлических прессах. Листы древеснослоистого пластика изготавливают длиной 700—5600, шириной 750—1500 и толщиной 1—60 мм. Плотность их составляет 1250—1330 кг/м , предел прочности при растяжении вдоль волокон 140—260 МПа, водопоглощение за 24 ч не более 2—3%. По основным физико-механическим свойствам древеснослоистые пластики превосходят исходную древесину. Их можно применять для изготовления несущих конструкций.

Комплекс положительных  особенностей пластмасс — низкая истираемость, эластичность, тепло- и  звукоизоляционные свойства — обусловил  их широкое применение для покрытия полов „в жилых и общественных зданиях. Пластмассы для полов разделяют на рулонные, плиточные и мастичные.

Рулонные материалы  или линолеум ы изготавливают  из поливинилхлоридных, полиэфирных  и резиновых полимеров без  подосновы или на тканевой, войлочной  и других видах подосновы.

Ведущее место среди рулонных материалов для полов занимает поливинилхлоридный линолеум. Его изготавливают в виде полотнищ шириной 1200—2400 мм, толщиной до 2,1 мм и длиной не менее 12 м. Поливинилхлоридный линолеум выпускают одно-и многослойным как однотонным, так и с декоративной отделкой. Линолеумные покрытия полов позволяют в 5—6 раз сократить длительность производства работ по сравнению с дощатыми и в 10 раз по сравнению с паркетными полами.

Наряду с  линолеумными материалами в гражданском  строительстве распространены синтетические ковровые материалы, отличающиеся высокими акустическими и декоративно-художественными свойствами. Представителем группы ковровых материалов является ворсолин, подосновой которого служит пленка из эмульсионного поливинилхлорида, а для верхнего слоя используется ворсовая пряжа из синтетических волокон.

Для отделки  стен применяют полистирольные, поливинилхло-ридные фенолоформальдегидные и другие плиточные, листовые, рулонные пластмассы. Широко распространены полистирольные плитки и листы, применяемые для облицовки внутренних стен и перегородок из несгораемых материалов. Горячим прессованием бумаги, пропитанной термореактивными полимерами, получают листы декоративного бумажно-слоистого пластика. Его поверхность может имитировать ценные породы камня или дерева. Бумажно-слоистые пластики хорошо подвергаются механической обработки, термо- и износостойки. Из рулонных материалов для отделки стен распространены поливинилхлоридные декоративно-отделочные пленки, выпускаемые различных цветов и рисунков на звукоизолирующей подоснове и без нее. Разновидностями рулонных отделочных материалов являются моющиеся влагостойкие обои и линкруст, имеющие пленочное полимерное покрытие на бумажной подоснове.

Стеклопластики (стеклонаполненные пластики) — один из первых конструкционных материалов на полимерной основе. Они представляют собой композиционные конструкционные материалы, сочетающие высокую прочность с относительно небольшой плотностью.

Основными компонентами стеклопластиков являются стекловолокнистые  армирующие материалы и синтетические  связующие. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна обеспечивают прочность  и жесткость стеклопластика. Связующее  придает материалу монолитность, способствует эффективному использованию механических свойств стеклянного волокна и равномерному распределению усилий между волокнами, защищает волокно от химических, атмосферных и других внешних воздействий, а также само воспринимает часть усилий, развивающихся в материале при работе под нагрузкой. Кроме того, связующее придает материалу способность формоваться в изделия самых различных форм и размеров, что обеспечивает широкое применение стеклопластиков во многих отраслях промышленности. Благодаря армированию полимерной матрицы стекловолокном, стеклопластик приобретает свойства, недоступные обычным пластмассам. Стеклопластик на порядок лучше них по прочности, истираемости, линейному расширению, ударным и вибрационным нагрузкам. Из-за высоких прочностных характеристик, стеклопластик называют «легким металлом», но в то же время он имеет низкую плотность, по сравнению с металлом, низкую теплопроводность и не подвержен коррозии. Стеклопластик обладает многими очень ценными свойствами, дающими ему право называться одним из материалов будущего.