Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билет № 1. Общая классификация материалов в зависимости от проявления эл. и магнитных свойств в электромагнитном поле.
Проводники – тело, в котором имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этого тела. Проводники бывают твёрдые, жидкие и газы. К твёрдым проводникам относятся металлы, полуметаллы, углерод (уголь, графит). К жидким проводникам относят ртуть и электролиты. К газам – ионизированный газ.
Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты).
Полупроводники – материал, который по своей удельной проводимости (т.е. способности проводить электрический ток) занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения.
Полупроводники бывают простые и сложные.
Простой полупроводник – полупроводник, имеющий состав, образованный атомами одного химического элемента.
Сложный полупроводник – полупроводник, имеющий состав образованный атомами двух и более химических элементов.
Диэлектрики – активные вещество, практически не проводящее электрический ток.
Диэлектрики бывают активными и пассивными.
Активными называются диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать для создания функциональных элементов электроники.
К пассивным, относятся электроизоляционные, конструктивные и конденсаторные диэлектрические материалы, органические полимерные диэлектрики, композиционные порошковые пластмассы, слоистые диэлектрики, электроизоляционные лаки и компаунды, неорганические стекла и ситаллы, керамика.
Магнетики – материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем.
Они делятся на диамагнетики, ферромагнетики и парамагнетики.
Парамагнетики - вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля и имеют положительную магнитную восприимчивость.
Ферромагнетики - такое вещество, которое, при температуре ниже критической температуры, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.
Диамагнетики - вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны.
Билет № 2. Атомно-кристаллическое строение металлов.
Элементарные ячейки.
Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве.
Располагаясь в металлах в строгом порядке, атомы в плоскости образуют атомную сетку, а в пространстве – атомно-кристаллическую решётку. Линии на этих схемах условны, в действительности их не существует, а атомы колеблются возле положения равновесия, т.е. в узлах кристаллической решётки.
Кристаллическая решётка – пространство и период расположения атомов или ионов кристалла.
Элементарная ячейка – наименьший объём металла, характеризующийся атомно-кристалическим строением всего объёма.
Существует три типа элементарных ячеек:
Билет № 3. Полиморфные превращения металлов.
Анизотропия металлов.
Полиморфизм – способность материалов менять кристаллическое строение под действием температуры или давления, без изменения химического состава.
Переход из одного кристаллического строения к другому называется полиморфным превращением.
Полиморфные превращения наблюдаются у многих металлов и могут быть обратимыми в зависимости от изменения температуры и давления в пределах твердого состояния.
Полиморфные металлы имеют несколько типов кристаллических решеток.
Модификация – строение, полученное в результате полиморфного превращения.
Пока происходит полиморфное превращение, температура металла не меняется.
Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.
Анизотропия - неодинаковость свойств среды по различным направлениям внутри этой среды.
В различных плоскостях кристаллической решётки атомы расположены с различной плотностью и поэтому многие свойства кристаллов в различных направлениях неодинаковы. Такое различие называют анизотропией.
Аморфные тела с примерно одинаковой плотностью называются изотропными.
Причиной анизотропности кристаллов является то, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния (а также некоторые не связанные с ними прямо величины, например, поляризуемость или электропроводность) оказываются неодинаковыми по различным направлениям.
Билет № 4. Кристаллизация металлов и сплавов,
дефекты кристаллической решетки.
Кристаллизация - процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов.
Она протекает вследствие перехода к более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией. Свободная энергия жидкого и твёрдого состояний уменьшается с повышением температуры. Процесс развивается, когда свободная энергия твёрдого металла меньше, чем жидкого.
Кристаллизация сплавов подчиняется тем же закономерностям, что и кристаллизация металлов.
Основным отличием является большая роль диффузионных процессов, между жидкостью и кристаллизующейся фазой.
Дефекты кристаллической решётки — нарушения кристаллической структуры реальных кристаллов.
Идеальных кристаллов, в которых все атомы находились бы в положениях с минимальной энергией, практически не существует. Отклонения от идеальной решетки могут быть временными и постоянными. Временные отклонения возникают при воздействии на кристалл механических, тепловых и электромагнитных колебаний, при прохождении через кристалл потока быстрых частиц и т. д. К постоянным несовершенствам относятся:
• точечные дефекты (межузельные атомы, вакансии, примеси).
• линейные дефекты (дислокации, цепочки вакансий и межузельных атомов).
• плоские, или поверхностные, дефекты (границы зерен, границы самого кристалла).
• объемные дефекты, или макроскопические нарушения (закрытые и открытые поры, трещины, включения постороннего вещества).
Билет № 5. Физико-химические, механические и технологические свойства металлов.
Металлы — группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
Химические свойства:
Механические свойства:
Технологические свойства:
Билет № 6. Понятие о механических испытаниях металлов. Испытание на твердость.
Механические испытания.
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок.
По характеру изменения во времени действующей нагрузки механические испытания могут быть статическими (на растяжение, сжатие, изгиб, кручение), динамическими (на ударный изгиб) и циклическими (на усталость).
Статические испытания проводятся при воздействии на образец с определенной скоростью постоянно действующей нагрузки. Статические испытания на растяжение относятся к наиболее распространенным. Свойства, определяемые при этих испытаниях, приведены в многочисленных стандартах по техническим условиям на материалы. К статическим относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение.
Динамические испытания характеризуются приложением к образцу ударной нагрузки и значительной скоростью деформации. Длительность испытания не превышает сотен долей секунды. Динамические испытания чаще всего проводят по схеме ударного изгиба образцов с надрезом.
Циклические испытания характеризуются многократными изменениями нагрузки по величине и по направлению. Примером испытаний являются испытания на усталость, они длительны и по их результату определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжения.
Испытания на твердость.
Простейшим механическим свойством является твердость. Методы определения твердости в зависимости от скорости приложения нагрузки делятся на статические и динамические, а по способу ее приложения - на методы вдавливания и царапания.
Методы определения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу относятся к статическим методам испытания.
Твердость - это способность материала сопротивляться вдавливанию в него более твердого тела (индентора) под действием внешних сил.
При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик (индентор), в связи с чем различают методы испытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю.
При испытании материалов на твердость не изготавливают стандартных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и изделий предъявляются определенные требования.
Твердость по Виккерсу устанавливают путем вдавливания в металл индентора - алмазной пирамиды с углом при вершине 136° под действием постоянной нагрузки с и выдержки под нагрузкой в течение 10-15 с. После снятия нагрузки с помощью микроскопа прибора находят длину диагонали отпечатка, а твердость HV рассчитывают по формуле
По методу Бриннелля вдавливают в образец или изделие стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок. Полученный круглый отпечаток на образце измеряют под лупой и по таблицам находят величину твердости по Бринеллю, значение которой не превышает 450 НВ. Твердость по Бринеллю почти совпадает со значениями твердости по Виккерсу.
Твердость НВ - это также величина напряжений сопротивления вдавливанию:
По методу Роквелла вдавливают алмазный конус или стальной шарик.
Метод заключается во вдавливании в испытуемый образец индентора под действием двух последовательно прикладываемых нагрузок - предварительной и основной которая добавляется к предварительной. После выдержки в течение нескольких секунд основную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения индентора, который при этом продолжает находиться под действием предварительной нагрузки.
Испытание на растяжение – проводятся на серии образцов прямоугольного или круглого сечения. Испытания проводят на специальной машине путем осевого растяжения образца до разрыва, с автоматической записью диаграммы зависимости деформации от нагрузки.
Испытание на изгиб - Испытание на изгиб в холодном или нагретом состоянии проводится для определения способности листового металла принимать заданный по размерам и форме изгиб. Образец поддерживается на двух ножевых опорах как простая балка, нагрузка прилагается к его центру.
Испытание на удар - Испытанием на удар определяют способность работы металла в условиях динамических нагрузок или хрупкость. Чем пластичнее металл, тем лучше он переносит ударные нагрузки. Испытание на удар производят на специальных маятниковых копрах с применением стандартных образцов с надрезом.
Билет № 7. Диаграмма деформации металлов при испытании на растяжение.
Диаграмма растяжения характеризует поведение металла при деформировании от момента начала нагружения до разрушения образца. На диаграмме выделяют три участка: упругой деформации – до нагрузки Рупр; равномерной пластической деформации от Рупр до Рmax и сосредоточенной пластической деформации от Рmax до Рк .
Если образец нагрузить в пределах Рупр , а затем полностью разгрузить и замерить его длину, то никаких последствий нагружения не обнаружится.
Такой характер деформирования образца называется упругим. При нагружении образца более Рупр появляется остаточная (пластическая) деформация.
Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом. При дальнейшем нагружении пластическая деформация, а вместе с ней и наклеп все более увеличиваются, равномерно распределяясь по всему объему образца.
После достижения максимального значения нагрузки Рmax в наиболее слабом месте появляется местное утонение образца – шейка, в которой в основном и протекает дальнейшее пластическое деформирование. В это время между деформированными зернами, а иногда и внутри самих зерен могут зарождаться трещины. В связи с развитием шейки, несмотря на продолжающееся упрочнение металла, нагрузка уменьшается от Рmax до Рк , и при нагрузке Рк происходит разрушение образца. При этом упругая деформация образца (Dlупр) исчезает, а пластическая (Dlост) остается.
Рис. 1. Диаграмма растяжения металла
При деформировании твердого тела внутри него возникают внутренние силы. Величину сил, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения образца, называют напряжением. Размерность напряжения кгс/мм2, или МПа
Билет № 8. Испытание металлов на ударную нагрузку и усталость.
Испытания ударной нагрузкой
Испытания на ударный изгиб позволяют оценить сопротивление хрупкому разрушению вязких материалов. Они наряду с растяжением являются приемосдаточными испытаниями металлов и используются также для контроля качества обработки, однородности структурного состояния.
При проведении испытаний на ударный изгиб надрезанный с одной стороны образец разрушается или прогибается посредством удара маятникового копра. Для этого стандартный образец, свободно установленный на опоры копра, разрушается за один удар тяжелого маятника по стороне, противоположной надрезу. Кроме U-образного концентратора, показанного на рис. 57, применяются V-образные с углом раствора 45° и радиусом скругления 0,25 мм. Скорость маятникового копра в момент соударения зависит от угла падения α и обычно лежит в интервале 5 - 7 м/с.
Наряду с ударной вязкостью для характеристики вязкости материала используют внешний вид излома, а также отношения доли хрупкого излома ко всей поверхности излома.
Для определения склонности материала к хрупкому разрушению особое значение имеет проведение испытаний на ударный изгиб при различных температур - вязкий.
Кроме испытания ударом на изгиб (но значительно реже) применяют испытание ударом на растяжение и скручивание.
Испытание металлов на усталость.
Усталостное разрушение металлов происходит в условиях повторяющихся знакопеременных напряжений, значения которых меньше предела прочности.
Этот процесс постепенного разрушения — усталость — заключается в том, что под действием большого числа циклов переменных нагрузок в наиболее нагруженном или ослабленном месте металла зарождается, а затем растет трещина, следовательно, площадь сплошного металла постепенно уменьшается, а напряжения возрастают.
При постоянной нагрузке уменьшение площади приводит к росту напряжений. Наступает момент, когда оставшаяся неповрежденной часть сечения уже не может выдержать приложенной нагрузки, так как действующие напряжения превысили предел прочности, поэтому происходит быстрое разрушение металла.
Свойство материала противостоять усталости называется выносливостью. Наибольшее напряжение, которое выдерживает металл без разрушения при повторении заранее заданного числа циклов, называют пределом выносливости. Испытание на усталость чаще всего проводят на вращающемся образце с приложением постоянной изгибающей нагрузки. Напряжения в каждой точке образца за один оборот изменяются от положительных(растяжение) до отрицательных (сжатие).
Билет № 9. Понятие о сплавах. Типы сплавов.
Металлический сплав – вещество, состоящее из 2-х или более компонентов, обладающее металлическими свойствами. В жидком состоянии компоненты сплавов полностью растворяются друг в друге, то есть представляют жидкий раствор.
В твёрдом состоянии сплавы способны образовывать:
Твёрдый раствор – однородное твёрдое тело, имеющее определённый тип кристаллической решётки. Микроструктура твёрдого раствора представляет собой однородные зёрна, похожие на структуру чистого металла. Химическим анализом в твёрдом растворе можно обнаружить разные вещества.
Растворитель – вещество, кристаллическая решётка которого сохраняется в твёрдом растворе.
В твёрдом растворе замещения атомы растворённого элемента занимают узлы атомов элемента растворителя.
В твёрдом растворе внедрения атомы растворённого элемента распологаются между атомами растворителя.
В отличии от обычных химических соединений, многие металлические соединения имеют переменный состав, который может изменятся в широких пределах.
Характерная особенность – образование кристаллической решётки.
Механическая смесь.
Если элементы, входящие в состав сплава не растворяются друг в друге в твёрдом состоянии и не вступают в реакцию с образованием соединений, то они образовывают химические смеси.
Система – совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях. Система может быть простой, если она состоит из одного компонента, и сложной, если она состоит из нескольких компонентов.
Фаза – однородная по химическому составу кристаллическому строению и свойствам часть системы, отделённая от других частей поверхностью раздела.
Компонент – вещество, образующее систему. Компонентами бывают элементы или устойчивые химические соединения.
Билет №10. Диаграммы состояния сплавов.
Диаграммы состояния сплавов наглядно изображают превращения, протекающие в сплавах в зависимости от их химического состава и температуры; они освобождают нас от запоминания огромного количества цифр.
При построении диаграммы состояния сплавов на оси абсцисс указывают химический состав или концентрацию сплава в процентах. Для этого горизонтальную линию определенной длины делят на 100 одинаковых частей и каждое деление принимают за один процент одного из компонентов сплава. Если линия АВ относится к сплавам свинца с сурьмой, то каждая точка, показывая процент содержания в сплаве сурьмы, одновременно указывает и на процент свинца. Например, в точке а мы имеем сплав, состоящий из 10% сурьмы и 90% свинца, а в точке б - из 20% сурьмы и 80% свинца. Точка А соответствует чистому свинцу, а точка В представляет собой чистую сурьму. Таким образом, на приведенной горизонтальной линии могут быть указаны все сплавы свинца с сурьмой.
По оси ординат откладывают в определенном масштабе температуру. Диаграммы состояния сплавов имеют две вертикальные оси, каждая из которых представляет один из элементов сплава. Чтобы построить диаграмму состояния сплавов, вначале путем лабораторного исследования получают ряд кривых охлаждения сплавов одних и тех же элементов, но с различной их концентрацией. На основе этих кривых и строится диаграмма.
Диаграммы состояния сплавов имеют различный вид в зависимости от того, образуются ли при затвердевании сплавов механические смеси, твердые растворы или химические соединения. По этому признаку сплавы делятся на группы, каждая из которых имеет типичную диаграмму состояния. Сплавы, компоненты которых при затвердевании образуют только механические смеси и не способны к образованию твердых растворов и химических соединений, относятся к первой группе. Диаграмму состояния этих сплавов условились называть диаграммой состояния I рода. Сплавы, которые при затвердевании образуют твердые растворы и не дают ни механических смесей, ни химических соединений, относятся к диаграммам состояния II рода.
Типы диаграмм:
1) Диаграмма для случая неограниченной растворимости, такую имеют твёрдые растворы
2) Диаграмма для случая полной нерастворимости, для механических смесей
3) Диаграмма для случая ограниченной растворимости, для мех смесей
4) Диаграмма хим соединения
Диаграмма состояния железо-цементит.
Билет № 12. Диаграмма состояния Fe - Fe3C.
Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов
на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe - Fе3С приняты международные обозначения.
Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.
Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может образовать химическое соединение - цементит Fе3С или присутствовать в сплавах в виде графита.
В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит.
Феррит может иметь две модификации - высоко- и низкотемпературную.
Аустенит твердый раствор углерода в железе. Предельная растворимость углерода в железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности.
Цементит Fе3С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% vглерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи.
Билет № 13. Углеродистые стали, влияние примесей на свойства стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
Углеродистая сталь.
Сталь – сплав железа с углеродом и другими элементами с содержанием углерода до 2%
Углеродистой сталью называется инструментальная или конструкционная сталь, не содержащая легирующих добавок.
Углеродистая сталь отличается повышенной прочностью и высокой твердостью.
Марганец и кремний являются полезными примесями.
Основное влияние на свойства стали оказывает углерод. С увеличение содержания углерода в стали повышаются её твёрдость и прочность, уменьшается пластичность и вязкость.
Сера попадает в сталь из чугуна, а в чугун – из кокса и руды. Сера с железом образуют сульфид железа.
Фосфор как и сера попадает в сталь из руды. Фосфор растворяется в феррите, повышает его твёрдость и прочность, но в сильной степени снижает пластичность, поэтому сталь становится хрупкой при обычных температурах. Это явление – хладноломкость.
Фосфор улучшает обрабатываемость стали резанием.
В присутствии большого количества водорода в стали возникает очень опасный дефект – флокены.
Классификация сталей.
Различают стали углеродистые и легирующие. По основным легирующим элементам стали называют: хромистыми, кремнистыми, хромоникелевыми, хромомарганцеванадиевыми.
Различают : конвертерную, мартеновскую, электросталь и сталь особых методов выплавки.
Различают : стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные стали.
Стали подставляемые в отожженном и нормализованном состояниях.
Маркировка сталей.
Углеродистые качественные конструкционные стали обозначают двухзначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь марки 20 содержит 0,20 % углерода.
Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У с цифрой, обозначающей среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях.
А – механические свойства
Б – химический состав
В – заводом гарантируется химический состав и механические свойства стали.
КП – по степени раскисления кипящая.
Сталь 20 – углеродистая конструкционная качественная сталь содержание углерода 0,2 %.
Билет № 14. Виды чугунов, влияние примесей на структуру и свойства чугунов. Маркировка и применение чугунов
Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода более 2,14 %.
В зависимости от состояния углерода различают:
Белый чугун – весь углерод связан в цементит.
Серый чугун – весь углерод в свободном состоянии, форма графика пластичная.
Высокопрочный чугун – весь углерод в свободном состоянии в виде графита, форма графита шаровидная.
Ковкий чугун – то же, что и серый, форма графита хлопьевидная.
Влияние элементов.
Элементы: кремний, титан, никель, медь, алюминий способствуют выделению графита, их называют графитизирующими.
Элементы: марганец, малибден, сера, хром, ванадий, вольфрам способствуют получению цементита, то есть связывают углерод.
Чем больше кремния, тем меньше связанного углерода, тем пластичнее и мягче чугун.
При увеличении марганца количество связанного углерода увеличивается.
Влияние фосфора.
Соединение фосфора плавится при t 905, поэтому чем больше фосфора, тем выше жидкотекучесть твёрдость и хрупкость.
Серый чугун СГ 20-6. Серый чугун – СГ с двумя цифрами. Первая – предел прочности при растяжении, вторая – отн удлинение.
применяется в машиностроении для изготовления станины, деталей автомобильного и тракторного двигателя.
ВЧ-38,17
Эти чугуны применяются вместо стали для изготовления коленчатых волов, зубчатых колец, муфт и т.д.
КЧ – дешёвые стали, обладающие хорошими механическими свойствами. Применяются в сельхозяйстве и машиностроении.
Билет № 15. Понятие о легированной стали. Классификация легированных сталей. Маркировка
Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.
Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.
Легированную сталь по степени легирования разделяют на: низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %).
По числу легир элементов – простые и сложные
По сумм масс содерж легир элементов – низко легир, среднелегир, выс легир.
По качеству – качеств, высококачеств и особо высококачеств.
По применению – конструкц и инструментальные.
Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали.
Стоящая за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.
Дополнительные обозначения в начале марки:
Р — быстрорежущая;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная;
Э — электротехническая;
Исключения:
Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.
Г - марганец
С - кремний
Х - хром
Н - никель
Д - медь
А - азот
Ф - ванадий
Б - ниобий
В - вольфрам
Е - селен
К - кобальт
Л - бериллий
М - молибден
Р - бор
Т - титан
Ю - алюминий
Ц - цирконий
П - фосфор
Ч - редкоземельные металлы
Билет № 16. Понятие о термической обработке металлов. Продукты распада при различной скорости охлаждения, характеристика.
Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.
Среди основных видов термической обработки следует отметить:
При медленном охлаждении эвтектоидной стали аустенит превращается в перлит. Превращение аустенита в перлит происходит диффузионно. Углерод выделяясь из аустенита, образует зародыши цементитовых включений, число которых и последовательный рост зависят от степени переохлаждения.
Повышая скорость охлаждения, т.е. увеличивая степень переохлаждения, можно изменить механизм и кинетику превращения и, соответственно, структуру и свойства продуктов распада.
Наименьшая скорость, при которой аустенит превращается в мартенсит – критическая скорость закалки.
Регулируя степень охлаждения аустенита, можно получить следующие продукты его распада: перлит, троостит.
Билет № 17 Основные виды термической обработки стали. Отжиг.
ТО – процессы теплового воздействия проводимые с целью изменения структуры и свойств сплавов. От термической обработки зависит качество и стойкость в работе детали и инструментов.
Основные виды ТО:
Отжиг – процесс ТО заключающийся в нагреве стали до оптимальной температуры, выдержке и последующем медленном охлаждении в печи.
Вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата рекристаллизации и гомогенизации. Цели отжига — снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений.
Билет № 18. Закалка и нормализация стали.
ТО – процессы теплового воздействия проводимые с целью изменения структуры и свойств сплавов. От термической обработки зависит качество и стойкость в работе детали и инструментов.
Основные виды ТО:
Закалка — вид термической обработки материалов (металлы, их сплавы, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением.
Чаще всего охлаждение осуществляется в воде или масле, но существуют и другие способы охлаждения: в псевдокипящем слое твёрдого теплоносителя, струёй сжатого воздуха, водяным туманом, в жидкую полимерную закалочную среду.
Материал, подвергшийся закалке приобретает большую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.
Нормализация— вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве её выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе с целью придания металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при предыдущих процессах — литьё, ковке или прокатке) и как следствие — повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости).
Отличие нормализации от полного отжига для доэвтектоидных сталей заключается только в скорости охлаждения. В результате нормализации получается более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит), уменьшаются внутренние напряжения, устраняются многие пороки, возникшие в процессе предшествующих обработок изделий. Твердость и прочность выше, чем после отжига. Поэтому, несмотря на значительную экономию времени, нормализация не всегда может заменить отжиг. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита. Нормализацию чаще применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру. Но иногда ее применяют и как окончательную, например, при изготовлении сортового проката.
Билет № 19. Отпуск стали. Виды отпуска. Цель проведения. Дефекты термической обработки стали.
Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно на воздухе)
Отпуск является окончательной термической обработкой.
Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, снижение внутренних напряжений.
С повышением температуры нагрева прочность обычно уменьшается, а удлинение, сужение, а также ударная вязкость.
В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный.
При низкотемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 150—250 °С. После выдержки при этой температуре (обычно 1—3 ч) в детали получают структуру отпущенного (кубического) мартенсита. При низком отпуске частично снимаются закалочные напряжения. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей после цементации, поверхностной закалки и т.д.
При среднетемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 350—400 °С. В результате получается структура троостита (бейнит). После такого отпуска в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости и прочности с хорошей упругостью и достаточной вязкостью поэтому среднему отпуску подвергают пружины и рессоры.
При высокотемпературном отпуске закаленные изделия нагревают до 450—650 °С. После такого нагрева и соответствующей выдержки в изделиях получается структура сорбита. В отличие от сорбита, образующегося после нормализации, когда цементит пластинчатый, после высокого отпуска цементит приобретает зернистую форму.
Это существенно повышает ударную вязкость при одинаковой (или даже более высокой) твердости по сравнению с нормализованной сталью. Поэтому такой отпуск применяют для деталей машин, испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки. Закалку с высоким отпуском часто называют улучшением. При нагреве 650—700 °С получают структуру зернистого перлита.
Поскольку в легированных сталях все диффузионные процессы протекают медленнее, время выдержки при отпуске таких сталей больше по сравнению с углеродистыми. Кроме того, карбидообразующие элементы замедляют коагуляцию карбидов, в результате чего они сохраняются мелкодисперсными до более высоких температур. Это одна из причин наблюдающегося явления так называемой вторичной твердости, т.е. увеличения твердости после отпуска в интервале 500— 600 °С.
Поэтому в результате высокотемпературного отпуска при одной и той же температуре, а следовательно, при одной и той же структуре, легированные конструкционные стали имеют более высокую прочность и пластичность, чем углеродистые. Это и является одной из основных причин применения легированных сталей для изготовления деталей ответственного назначения, испытывающих сложные напряжения при эксплуатации.
Билет № 20. Химико-термическая обработка стали и ее назначение.
ХТО – процесс сочетающий в себе химическое и термическое воздействие с целью изменения состава структуры и свойств в поверхностном слое всей детали в целом.
Химико-термическая обработка стали заключается в изменении не только структуры, но и состава поверхностных слоев. Химический состав поверхностных слоев изменяется в результате насыщения их углеродом, азотом, хромом, бором и другими элементами. Наиболее распространены цементация, азотирование, диффузионная металлизация.
Цементация – насыщение поверхностных слоев углеродом. Она применяется для получения высокой поверхностной твердости, износостойкости при сохранении мягкой и вязкой сердцевины детали.
Азотирование – процесс насыщения стали азотом в атмосфере распадающегося аммиака при температуре 500–700 °С, в результате повышается твердость поверхностного слоя, износостойкость, сопротивляемость коррозии.
Диффузионная металлизация – насыщение поверхностного слоя алюминием (алитирование), хромом (хромирование), бором (бо-рирование).
Старение углеродистой стали – проявляется в изменении свойств во времени без заметного изменения микроструктуры. Повышаются прочность, порог хладноломкости, снижается пластичность и ударная вязкость.
Известны два вида старения – термическое и деформационное (механическое). Первое протекает в результате изменения растворимости углерода и азота в α-Fe и выделения избыточных фаз (карбидов и нитридов) из феррита в зависимости от температуры. Деформационное (механическое) старение протекает после пластической деформации при температуре ниже порога рекристаллизации, особенно при 20 °С, и развивается в течение 15–16 минут при температуре 20 °С и нескольких минут при 200–350 °С. Склонность стали к старению снижается при модифицировании ее Аl, Ti и V, а также при рекристаллизационном отжиге. Отпускная хрупкость и старение стали могут возникнуть при электротермическом способе натяжения арматуры в процессе изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Химико-термическую обработку стали применяют для получения повышенной твёрдости износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости.
Для этого нагретые заготовки подвергают воздействию среды, из которой путём диффузии в поверхностный слой переходят элементы для получения заданных свойств.
Диффузионное насыщение – дифундирование проводят углеродом азотом, хромом, алюминием и кремнием.
Билет № 21. Понятие о коррозии металлов, виды коррозии. Способы защиты металлов от коррозии.
Коррозия— это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.
Коррозии подвергается почти 1/3 вводимого в эксплуатацию металла. Часть его переплавляется и снова возвращается в промышленность. Но всё-таки 10% от общей массы - теряется безвозвратно.
Разрушение отдельных металлических деталей из металла может привлечь за собой разрушение целых машин и механизмов, создаваться аварийные ситуации.
Радикальным методом защиты от коррозии является поиск коррозионно-стойких материалов для агрессивной среды. Полностью заменить металлы на неметаллические предметы - невозможно.
Защита от коррозии: изоляция металлов от агрессивной среды. Защитить металл от разрушения можно путём создания на его поверхности защитной плёнки - покрытия. Пути создания защитных плёнок различны. Например, корродирующий металл покрывают слоем другого металла, который не разрушается при тех же условиях. В качестве покрыий используются неметаллические покрытия, органические материалы - плёнки высокополимерных веществ, лаки, олифа, а также композиции из высокополимерных и неорганических красящих веществ.
Особое значение имеют плёнки из оксидов металлов, получаемые при действии кислорода или подходящих окислителей на поверхность металлов. Часто такие оксидныеи плёнкки образуются на поверхности металлов даже просто при соприкосновении с воздухом, что делает химически-активные металлы (алюминий, циннк) коррозионностойкими.
Подобную роль играют защитные нитридные покрытия, образующиеся при действии азота или аммиака на поверхность некоторых металлов. Искусственное оксидирование, азотирование, фосфатирование - хорошая защита металлов от коррозии.
Электрохимическая защита металлов основана на изменении потенциала защищаемого металла и не связана с изоляцией металла от коррозионной среды. К ней относится катодная защита. Её называют также анодная защита.
Протекторная защита – для её осуществления используется специальный анод - протектор, в качестве которого применяют металл более активный, чем металл защищаемой конструкции (алюминий, цинк). Протектор соединяют с защищаемой конструкцией прододником электрического тока. В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, тем самым предохраняя от разрушения нашу охраняемую конструкцию.
Билет № 22. Пластическая деформация металлов.
Пластическая деформация - сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его механические и физико-химические свойства. Рассмотрела физическую сущность процесса пластической деформации.
Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке.
При особых условиях охлаждения металл затвердевает в виде большого кристалла правильной формы, называемого монокристаллом. Строение монокристалла определяется соответствующей кристаллической решеткой.
B промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации. Поэтому после затвердевания такой металл состоит не из одного кристалла, а из большого числа прочно сросшихся друг с другом кристалликов неправильной формы, называемых кристаллитами или зернами. Металлы такого строения называются поликристаллическими.
C увеличением внешней нагрузки увеличиваются и отклонения атомов. При определенных для данного металла напряжениях (пределе текучести) атомы смещаются в новые места устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки форма монокристалла не восстанавливается, он получает пластическую деформацию.
Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и, в некоторой степени, устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, строчечная и волокнистая структура металла полностью сохраняются. В результате рассмотренных явлений, называемых возвратом, прочностные свойства металла уменьшаются, пластические - увеличиваются.
Билет № 23. Методы и средства изучения строения металлов. Рентгеноструктурный анализ.
Макро анализ – проводится на изучении макро структур – строение видимое без увеличения млм при небольшом увеличении. Изучается на макро шлифе.
Макрошлиф – поверхность образца.
При макроанализе изучается строение литого металла, сварного соединения, излома, можно увидеть крупные дефекты, трещины, раковины.
Микроанализ – позволяет изучить микроструктуру на микрошлифе.
Анализ проводится с помощью микроскопа.
*Металлографический (до 2- тыс. раз)
*Электронный (до 500 тыс. раз)
Рентгеноструктурный анализ применяют для исследования внутреннего строения маталлов. Для этого используются рентгеновские лучи.
Длина волны соизмерима с межатомными расстояниями, В результате получают рентгенограммы по которым рассчитывается порядок расположения атомов и определяет тип кристаллической решётки.
Билет № 24. Назначение и сущность дефектоскопии. Магнитные, ультразвуковые и радиационные методы контроля качества материалов.
Дефектоскопия - комплекс методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий с целью обнаружения дефектов.
Методы дефектоскопии.
Магнитный метод.
Магнитная дефектоскопия применяется для выявления дефектов.
Этим методом выявляют мелкие трещины, раковины, и другие дефекты на поверхности или около неё.
Сущность заключается в том, что намагничивают деталь на специальном приборе – дефектоскопе
Если дефект есть, то возникающий магнитный поток рассеивается в месте дефекта и искажает картину поля.
Затем намагниченную деталь покрывают магнитным порошком окиси железа. Поливают суспензией, состоящей из порошка окиси железа и керосина, или погружают в неё. Частицы магнитного порошка ориентируются по силовым линиям, а дефекты становятся заметными.
Люминесцентный метод.
Люминесценция – холодное свечение некоторых веществ, вызываемое причинами:
Флюоресценция – вид люминесценции, свечение некоторых веществ под действием светового излучения, в частности ультрафиолетового диапазона.
Этим методом можно выявить только поверхностные дефекты, например, микротрещины.
Деталь подлежащую контролю очищают и погружают в ванну, содержащую, флюоресцирующий раствор и держат 10 – 15 минут.
Ультразвуковой метод.
С помощью ультразвука можно обнаружить мелкие трещины.
Ультразвукова́я дефектоскопи́я — метод, позволяющий осуществлять поиск дефектов в материале изделия путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних дефектов, и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля.
Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред. Так как включения в металле часто содержат воздух, имеющий на несколько порядков большее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.
Разрешающая способность акустического исследования определяется длиной используемой звуковой волны. Это ограничение накладывается тем фактом, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, волна от него практически не отражается. Это определяет использование высокочастотных колебаний — ультразвука. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что ограничивает доступную глубину контроля.
Билет № 25. Стали и сплавы с особыми свойствами.
К сталям и сплавам с особыми свойствами относятся: коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростойкие и теплоустойчивые стали и сплавы.
Коррозионностойкими (нержавеющими) называют стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской и т.д.) т.е. антикоррозионностью. Коррозионностойкие стали и сплавы применяют для изделий, работающих в агрессивных средах.
Низколегированные стали неустойчивы против коррозии. С повышением температуры скорость образования коррозии значительно возрастает. Введение некоторых легирующих элементов повышает антикоррозийные свойства сталей (сплавов). При оптимальном сочетании легирующих элементов можно создавать композиции, практически не корродирующие в данной среде.
В зависимости от химического состава и структуры коррозионностойкие стали могут быть: мартенситного, мартенситно-ферритного, ферритного, аустенитно-ферритного, аустенитно-мартенситного и аустенитного классов.
Износоустойчивые стали
В зависимости от условий износа (трения при скольжении, износа потоком жидкости или газа, абразивного износа, износа пластической деформацией и наклепом) различные стали обладают неодинаковой износоустойчивостью. Износоустойчивость может быть повышена поверхностной закалкой, цементацией, цианированием, азотированием, хромированием, борированием и т.д., а также гальваническими покрытиями, наплавкой твердых сплавов, электроискровой обработкой и другими методами поверхностного упрочнения. Износоустойчивость стали зависит от ее химического состава, структуры, термической обработки и твердости структурных составляющих. Износоустойчивыми являются углеродистые стали У10-У13, высокоуглеродистые хромистые и хромовольфрамовые и особенно высокохромистые и быстрорежущие стали. К износоустойчивым также относятся графитизированные стали - углеродистые или легированные заэвтектоидные стали, в которых часть С находится в свободном состоянии. При изнашивании графитные включения расщепляются по плоскостям спайности и образуют тончайшие частицы, заполняющие неровности пар трения и предотвращающие сухое трение и схватывание. Стали этой группы отличаются высокими антифрикционными и антивибрационными свойствами, достаточной прочностью и пластичностью, хорошими технологическими свойствами.
Основными параметрами магнитных материалов являются остаточная магнитная индукция Вr, коэрцитивная сила Hc и магнитная проницаемость μ. Магнитная проницаемость определяется соотношением μ=В/Н. В зависимости от магнитных свойств магнитные материалы делят на диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные.
Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов в электро- и радиоаппаратуре (в магнето, различных измерительных приборах, реле, устройствах магнитной памяти, ЗУ). Постоянные магниты изготавливают из высокоуглеродистых, легированных сталей и специальных сплавов. Вследствие малой прокаливаемости, склонности к старению и потере магнитных свойств легированные стали в качестве магнитнотвердых материалов эффективнее углеродистых сталей.
Билет № 26. Медь. Основные свойства. Область применения.
Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.
Чистая медь - ковкий и мягкий металл красноватого, в изломе розового цвета, местами с бурой и пестрой побежалостью, тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, уступая в этом отношении только серебру. Медь легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы, но сравнительно мало активна. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает в реакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором образует хлорид, при нагревании с серой образует сульфид. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах.
Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования, огневого и электролитического рафинирования. В процессе обжига большая часть примесных сульфидов превращается в оксиды.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИ
Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности.
В электротехнике медь используется в чистом виде: в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы.
Сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры.
Высокая вязкость и пластичность металла позволяют применять медь для изготовления разнообразных изделий с очень сложным узором. Проволока из красной меди в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока из меди легко спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом при производстве филигранных изделий.
Коэффициент линейного и объемного расширения меди при нагревании приблизительно такой же , как у горячих эмалей, в связи с чем при остывании эмаль хорошо держится на медном изделии, не трескается , не отскакивает. Благодаря этому мастера для производства эмалевых изделий предпочитают медь всем другим металлам.
Как и некоторые другие металлы, медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде сульфата - медного купороса. В большом количестве он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь необходима всему живому.
Билет № 27. Сплавы на основе меди. Маркировка. Основные свойства. Область применения.
Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.
Латуни.
Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.
При сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых растворов.
По способу изготовления изделий различают латуни деформируемые и литейные.
Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах, например в латуни Л62 содержится 62 % меди и 38 % цинка. Если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы ( О – олово, С – свинец, Ж – железо, Ф – фосфор, Мц – марганец, А – алюминий, Ц – цинк). Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего содержание меди, например, сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа и 38 % цинка.
Однофазные – латуни используются для изготовления деталей деформированием в холодном состоянии. Изготавливают ленты, гильзы патронов, радиаторные трубки, проволоку.
Из двухфазных латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливают детали. Обрабатываемость резанием улучшается присадкой в состав латуни свинца, например, латунь марки ЛС59-1, которую называют “автоматной латунью”.
Латуни имеют хорошую коррозионную стойкость, которую можно повысить дополнительно присадкой олова. Латунь ЛО70-1 стойка против коррозии в морской воде и называется “морской латунью“.
Добавка никеля и железа повышает механическую прочность до 550 МПа.
Литейные латуни также маркируются буквой Л, После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве..
Латуни являются хорошим материалом для конструкций, работающих при отрицательных температурах.
Бронзы
Сплавы меди с другими элементами кроме цинка назаваются бронзами.
Бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.
При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показывающие содержание компонентов в сплаве. Например, марка БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.
Маркировка литейных бронз также начинается с букв Бр, затем указываются буквенные обозначения легирующих элементов и ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, бронза БрО3Ц12С5 содержит 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца, остальное – медь.
Оловянные бронзы При сплавлении меди с оловом образуются твердые растворы. Эти сплавы очень склонны к ликвации из-за большого температурного интервала кристаллизации. Наличие фосфора обеспечивает хорошую жидкотекучесть.
Литейные оловянные бронзы, применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников.
Алюминиевые бронзы
Положительные особенности алюминиевых бронз по сравнению с оловянными: меньшая склонность к внутрикристаллической ликвации; большая плотность отливок; более высокая прочность и жаропрочность; меньшая склонность к хладоломкости.
Основные недостатки алюминиевых бронз: значительная усадка; склонность к образованию столбчатых кристаллов при кристаллизации и росту зерна при нагреве, что охрупчивает сплав; сильное газопоглощение жидкого расплава; самоотпуск при медленном охлаждении; недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.
Кремнистые бронзы применяют как заменители оловянных бронз. Они немагнитны и морозостойки, превосходят оловянные бронзы по коррозионной стойкости и механическим свойствам, имеют высокие упругие свойства. Сплавы хорошо свариваются и подвергаются пайке.
Свинцовые бронзы, используют как высококачественный антифрикционный материал. По сравнению с оловянными бронзами имеют более низкие механические и технологические свойства.
Билет № 28. Алюминий. Сплавы на алюминиевой основе. Маркировка. Область применения.
Алюминий – обладает высокой электропроводимостью. Модификаций не имеет. Кристаллическая решётка – кубическая гранецентрированная. Плохо паяется и сваривается. Механические свойства не высокие, а пластичность высокая. Благодаря чему можно получить очень тонкую фольгу.
Применяется в качестве обкладок конденсаторов а так же широко применяется в пищевой промышленности.
Из алюминия изготавливают провода, шины, жилы кабелей.
По твёрдости различают 2 марки алюминия: АТ, АМ.
В зависимости от содержания примесей: А 999, А 995.
Существует несколько сотен алюминиевых сплавов, они широко используются в машиностроении в авиации для изготовления деталей Ж/Д вагонов и т.д.
Алюминиевые сплавы.
Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.
Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный
Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.
Прочность алюминия можно повысить легированием. В сплавы, не упрочняемые термической обработкой, вводят марганец или магний. Атомы этих элементов существенно повышают его прочность, снижая пластичность. Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание (АМг3). Магний действует только как упрочнитель, марганец упрочняет и повышает коррозионную стойкость.
Прочность сплавов повышается только в результате деформации в холодном состоянии. Чем больше степень деформации, тем значительнее растет прочность и снижается пластичность. В зависимости от степени упрочнения различают сплавы нагартованные и полунагартованные (АМг3П).
Эти сплавы применяют для изготовления различных сварных емкостей для горючего, азотной и других кислот, мало- и средненагруженных конструкций.
Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
К таким сплавам относятся дюралюмины ( сложные сплавы систем алюминий – медь –магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.
Дюралюмины обычно подвергаются закалке с температуры 500oС и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через 4…5 суток.
Широкое применение дюралюмины находят в авиастроении, автомобилестроении, строительстве.
Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа. Основной потребитель – авиастроение (обшивка, стрингеры, лонжероны).
Литейные алюминиевые сплавы.
Присадка к силуминам магния, меди содействует эффекту упрочнения литейных сплавов при старении. Титан и цирконий измельчают зерно. Марганец повышает антикоррозионные свойства. Никель и железо повышают жаропрочность.
Литейные сплавы маркируются от АЛ2 до АЛ20. Силумины широко применяют для изготовления литых деталей приборов и других средне- и малонагруженных деталей, в том числе тонкостенных отливок сложной формы.
Билет № 29. Титан, его сплавы и их применение. Маркировка.
Титан - металл серого цвета. Температура плавления титана 1668°С. Титан имеет две аллотропические модификации
Удельная прочность титана выше, чем у некоторых легированных конструкционных сталей, однако, в настоящее время, существуют легированные стали, удельная прочность которых выше, чем у титановых сплавов, при меньшей стоимости. Поэтому титан и его сплавы сплавы применяются только тогда, когда требуются уникальные химические или физические свойства титана.
Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна.
При высокой температуре титан и его сплавы склонны к газопоглощению, особенно водорода. При этом пластичность их падает. Поэтому горячую обработку титана давлением, литьё, сварку приходится проводить в атмосфере защитных газов, что еще более удорожает изделия. Титан и его сплавы маркируют буквами "ВТ" и порядковым номером:
* ВТ1-00
* ВТЗ-1
* Т4
* Т8
* Т14
Пять титановых сплавов обозначены иначе:
* 0Т4-0
* 0Т4
* Т4-1
* Т-7М
* Т-ЗВ
Титан и его сплавы получили значительно большее применение, чем технический титан.
Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность.
Титан и его сплавы обладает высокой коррозионной устойчивостью в соленой воде благодаря чему из него изготавливают:
* корпуса подводных аппаратов
* эндопротезы
* аппараты пищевой промышленности
* тару для пищевых продуктов
Маркировка титана в российской трактовке в большинстве случаев представляет собой букву «Т», указывающую на основной элемент и буквенные символы, идентифицирующие производителя. Так группа титановых сплавов, изготовленных на базе Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) обозначаются аббревиатурой «ВТ». Сокращение «ОТ» расшифровывается как «опытный титан» и указывает на совместную разработку сплава предприятиями ВИАМ и Свердловским заводом ВСМПО. Маркировка «ПТ» ставится на титановых листах, выпущенных заводом «Прометей», расположенным в Санкт-Петербурге.
Кроме того в маркировке титанового сплава возможны следующие сокращения: буква «Л», указывающая на принадлежность металла к литейной группе, «И» - материал специального назначения, «В» - преобладание ванадия в качестве легирующего элемента. Технический титан может маркироваться одной буквой «Т» с последующим указанием чистоты сплава в цифрах, причём меньше по величине число указывает на более очищенный сплав. Например, один из самых качественных титанов считается титан ВТ1-00, количество примесей в котором не превышает 0,1%, а чистого титана содержится 99,9%.
Применение титана и его соединений в больших объемах производится в ракетной, авиационной технике и судостроении. Его используют как легирующую добавку к качественным сталям, а также как раскислитель. Никель-титан (нитинол) применяется в медицине и технике как сплав с памятью формы.
Компактный титан идет на изготовление сеток и деталей электровакуумных приборов, которые работают при высоких температурах.
Технический титан применяется для производства трубопроводов, арматуры, химических реакторов, клапанов, насосов и прочих изделий, предназначенных для работы в агрессивных условиях. Этот материал недостаточно теплопрочен, но характеризуется высоким уровнем сопротивляемости коррозии, поэтому так востребован в химической промышленности, а также судостроении. К примеру, его используют для изготовления насосов для прокачки соляной и серной кислоты. Титан является единственным подходящим материалом для использования в изготовлении оборудования для хлорной промышленности.
Билет № 30 Магний. Сплавы магния. Маркировка. Область применения. Антифрикционные сплавы.
Магний имеет температуру плавления 650°. Удельный вес его 1,74 г/см³ — он самый легкий из всех применяемых в технике металлов.
Кристаллическая решетка магния гексагональная.
В литом состоянии предел прочности магния на разрыв составляет 10—13 кг/мм2 при относительном удлинении 3—6%.
Магний обладает большой активностью при взаимодействии с кислородом и в виде порошка и тонкой ленты сгорает на воздухе при ослепительно белом пламени.
В чистом виде магний применяют в пиротехнике, при фотографии — для осветительных эффектов; наиболее широкое применение он получил для изготовления сверхлегких сплавов (электрон).
Металлический магний получается главным образом путем электролиза при температуре 750—770° безводного хлористого магния. Одновременно с магнием при этом получается и газообразный хлор.
Магниевые сплавы характеризуются небольшим удельным весом (около 2,0 г/см3, т.е. они в 1½ раза легче алюминиевых сплавов).
Магниевые сплавы обладают отличной механической обрабатываемостью, допускающей высокие скорости резания, и сравнительно большой прочностью (δдо 27 кг/мм2).
Недостатками магниевых сплавов являются:
Эти недостатки устраняются добавкой в сплавы небольших количеств бериллия, нанесением защитных покрытий и улучшением технологии производства отливок.
Магниевые сплавы подразделяют на литейные и деформируемые. Маркировка сплавов: литейные МЛ и цифры, обозначающие номер (код) сплава (например, МЛЗ, МЛ4, и др.); деформируемые МА и соответствующий номер сплава (например, MAI, МА2 и т. д.).
Термообработка магниевых сплавов: закалка при температуре 380-420 °С и старение при 200-300 °С.
Магниевые сплавы имеют высокую удельную прочность и поэтому наряду с алюминиевыми и титановыми сплавами широко применяются в авиа- и ракетостроении, приборостроении и других отраслях промышленного производства.
Сплавы на основе магния прочные, в том числе и наиболее жаропрочные, Магниевые сплавы разработаны на основе систем магний — металл с ограниченной растворимостью в твёрдом магнии. Вследствие высокой химической активности магния выбор металлов, пригодных для легирования магниевых сплавов, сравнительно невелик. Магниевые сплавы разделяются на 2 основные группы: литейные — для производства фасонных отливок и деформируемые — для производства полуфабрикатов прессованием, прокаткой, ковкой и штамповкой.
Билет № 31. Природа магнетизма. Классификация материалов по магнитным свойствам.
Магнетизм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия.
В зависимости от магнитных свойств материалы разделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости.
Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых не имеют результирующего магнитного момента при отсутствии внешнего поля.
Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи и проявляется в том, что возникает магнитный момент, направленный в сторону, обратную внешнему полю.
Таким образом, во внешнем магнитном поле диамагнетики намагничиваются противоположно приложенному полю, т. е. имеют отрицательную магнитную восприимчивость.
Диамагнитные вещества выталкиваются из неравномерного магнитного поля, а в равномерном магнитном поле вектор намагниченности диамагнетика стремится расположиться перпендикулярно к направлению поля. Диамагнетизм присущ всем без исключения веществам в твердом, жидком и газообразном состояниях, но проявляется слабо и часто подавляется другими эффектами.
Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых имеют результирующий магнитный момент при отсутствии внешнего магнитного поля. Во внешнем магнитном поле парамагнетики намагничиваются согласно с внешним полем, т. е. имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнитный эффект присущ веществам с нескомпенсированным магнитным моментом атомов при отсутствии у них порядка в ориентации этих моментов. Поэтому, когда нет внешнего магнитного поля, атомные магнитные моменты располагаются хаотически и намагниченность парамагнитного вещества равна нулю. При воздействии внешнего магнитного поля атомные магнитные моменты получают преимущественную ориентацию в направлении этого поля, и у парамагнитного вещества проявляется намагниченность.
Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов приобретают преимущественное ориентирование в направлении этого поля и ферромагнитное вещество намагничивается. Ферромагнитные вещества характеризуются большим значением магнитной восприимчивости, а также ее нелинейной зависимостью от напряженности магнитного поля и температуры, способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых магнитных полях, гистерезисом — зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния, точкой Кюри, т. е. температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства.
К ферромагнитным веществам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия.
Ферромагнитные свойства у вещества могут возникать лишь при достаточно большом значении обменного взаимодействия, что характерно для кристаллов железа, кобальта, никеля и др. Необходимое значение обменного взаимодействия ферромагнетики имеют лишь в твердом состоянии.
Этим объясняется отсутствие в природе жидких и газообразных ферромагнетиков. Ферромагнетизм сплавов, целиком состоящих из «парамагнитных» компонентов, объясняется тем, что в этих сплавах, основой которых обычно является марганец или хром, введение в решетку основы атомов висмута, сурьмы, серы и теллура изменяет электронную структуру кристаллов, в результате чего создаются условия для возникновения ферромагнетизма.
Билет № 32. Магнитомягкие материалы. Особенности их свойств. Область применения.
Магнитомягкие материалы, магнитно-мягкие материалы — материалы, обладающие свойствами ферромагнетика или ферримагнетика. Такие материалы также обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на гистерезис. Это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал – чистое железо и его сплавы с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием, алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1 % пластмассы, которая полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.
Отдельно выделяется группа магнитодиэлектриков – это частицы магнитомягкого материала, разделенные тонким слоем диэлектрика – жидкого стекла или синтетической смолы. Таким материалам присущи высокое электросопротивление и минимальные потери на вихревые токи и на перемагничивание. Изготавливаются в результате смешивания, прессования и спекания, особенностью является то, что при нагреве частицы магнитного материала остаются изолированными и не меняют формы. За основу используют чистое железо, альсиферы.
Магнитомягкие материалы используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением, обычно применяются в виде магнитопроводов, собранных из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Листы изолируются лаком друг от друга.
Билет № 33. Магнитотвердые материалы. Особенности их свойств. Область применения.
Магнитотвердые материалы (постоянные магниты) – материалы с малой магнитной проницаемостью и большой коэрцитивной силой.
Магниты массой до 100 г изготавливают из порошковых смесей такого же состава, как литые магниты: железо–алюминий-никель (альни), железо–алюминий–никель–кобальт (альнико). После спекания этих сплавов обязательна термическая обработка с наложением магнитного поля.
Высокие магнитные свойства имеют магниты из сплавов редкоземельных металлов (церий, самарий, празеодим) с кобальтом.
Применяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов. Они являются источниками постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике, в устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Их используют в электрических машинах малой мощности, для записи и хранения цифровой, звуковой и видеоинформации и др. Преимущества постоянных магнитов по сравнению с электромагнитами постоянного тока - повышенная работоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения.
Билет № 34 Проводниковые материалы с малым удельным сопротивлением. Для изготовления чего они применяются?
К проводникам или проводниковым материалам относятся материалы, хорошо проводящие электрический ток. Обычно, это металлы, но также используются некоторые жидкости и ионизированные газы.
Электротехнические проводниковые материалы делятся на две группы.
К первой группе относятся материалы с малым удельным сопротивлением Они должны иметь малый температурный коэффициент сопротивления, достаточную механическую прочность и устойчивость в отношении коррозии.
К этой группе относятся, например, медь и алюминий.
Медь вследствие малого удельного сопротивления, достаточной механической прочности, хорошей обрабатываемости и стойкости к коррозии широко применяется в виде проволоки, проводов различного назначения, шин, полос; электротехническая медь содержит не боле 0,1 % примесей
Кроме чистой меди в электротехнике применяют ее сплавы с другими металлами (кадмий, бериллий, цинк) — бронзу, латунь.
Алюминий, несмотря на худшие электрические и механические свойства, получил очень широкое распространение. При замене медных проводов алюминиевыми той же длины с одинаковыми сопротивлениями сечение последних на 60 % больше, а масса на 52 % меньше, чем у медных.
Для линий электропередачи применяют алюминиевые провода с внутренними стальными проволоками (сталеалюминиевые). Стальные провода вследствие большого удельного сопротивления применяются только для линий небольшой мощности и некоторых линий электросвязи.
Они используются для изготовления токоведущих деталей, как правило, сложной конфигурации, от которых требуется повышенная твердость и стойкость к действию электрических разрядов: пружинящие контакты и прочие подобные изделия.
Билет № 35 Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением. Для изготовления чего они применяются?
К проводникам или проводниковым материалам относятся материалы, хорошо проводящие электрический ток. Обычно, это металлы, но также используются некоторые жидкости и ионизированные газы.
Проводниковые материалы с высоким сопротивлением бывают металлические, получившие наибольшее распространение, и неметаллические. Металлические проводниковые материалы можно разделить на три группы:
1 — для точных электроизмерительных приборов и образцовых резисторов;
2 — для резисторов и реостатов;
3 — имеющие высокую рабочую температуру и предназначенные для нагревательных приборов и нагрузочных реостатов.
Основным материалом 1-й группы является медно-марганцевый сплав — манганин.
Из первого сплава изготовляют твердую и мягкую (отожженную) проволоку, из второго — только мягкую.
К материалам 2-й группы относится константан.
К материалам 3-й группы относятся сплавы никеля, хрома и железа (нихром); хрома, алюминия и железа (фехраль). Проволока из этих сплавов делится по применению на марки Н (для нагревательных приборов) и С (для реостатов).
В электронной аппаратуре широко применяют металлопленочные резисторы МЛТ, С2-22 и др. Токопроводящим элементом этих резисторов является тонкий слой сплава с высоким удельным сопротивлением, нанесенный на поверхность керамического стержня и покрытый защитным слоем эмали.
Билет № 36. Полупроводниковые материалы. Их свойства и область применения.
Полупроводниковые материалы делятся на простые и сложные.
Полупроводниковые материалы — вещества с чётко выраженными свойствами полупроводников в широком интервале температур, включая комнатную, являющиеся основой для создания полупроводниковых приборов.
Для полупроводниковых материалов характерна высокая чувствительность электрофизических свойств к внешним воздействиям (нагрев, облучение, деформации и т. п.), а также к содержанию структурных дефектов и примесей.
Полупроводники представляют собой обширную группу веществ, занимающих по величине удельного сопротивления промежуточное положение между диэлектриками и проводниками.
Важнейшая область применения полупроводниковых материалов — микроэлектроника. Полупроводниковые материалы составляют основу современных больших и сверхбольших интегральных схем. В больших масштабах используют полупроводниковые материалы для изготовления «силовых» полупроводниковых приборов (вентили, тиристоры, мощные транзисторы). Полупроводниковые материалы составляют основу современных приемников оптического излучения (фотоприемников) для широкого спектрального диапазона.
Другие важные области применения полупроводниковых материалов: детекторы ядерных излучений.
Билет № 37. Газообразные диэлектрики. Их свойства и область применения.
Газообразные диэлектрики делят на две группы: естественные и искусственные.
Естественные газообразные диэлектрики. Наибольшее применение из них в силу своей распространенности получил воздух, даже в тех случаях, когда его присутствие в изоляции нежелательно.
Воздух — смесь газов с электрической прочностью, плотностью— 1,293 кг/м3.
В воздушных линиях электропередачи, сухих трансформаторах, коммутационных аппаратах, распределительных устройствах и т.п. воздух является основной изоляцией. Во многих электрических объектах он играет роль дополнительной изоляции к твердым и жидким диэлектрикам.
Азот по электрическим характеристикам близок к воздуху, однако в отличие от него не содержит кислорода, который оказывает окисляющее воздействие на соприкасающиеся с ним материалы.
Водород — очень легкий газ с высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что делает его весьма полезным для использования в качестве охлаждающей среды вместо воздуха. Применение его в электрических машинах снижает потери электрической мощности на трение и вентиляцию, а отсутствие окисляющего фактора замедляет старение органической изоляции.
Гелий — инертный газ, используется в качестве низкотемпературного хладагента, например, для получения сверхпроводимости.
Искусственные газообразные диэлектрики. К ним относятся элегаз, хладоген 12 и др. Из них в ремонтной практике определенный интерес представляет элегаз. Он нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800°С, распространен в конденсаторах, кабелях и пр.
В электровакуумных лампах и приборах широко применяются инертные газы и пары ртути, в качестве охлаждающей среды — водород, для получения сверхпроводимости — жидкий гелий.
Билет № 38. Жидкие диэлектрики, их классификация. Требования, предъявляемые к жидким диэлектрикам.
ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ, молекулярные жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 1010 Ом см. Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация.
Классификация:
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.
Современная техника использует большое число жидкостей, которые обладают электроизоляционными свойствами. Конкретная область применения предъявляет к жидким диэлектрикам и иные требования: высокой теплопроводности, стойкости к окислению, совместимости с твердыми материалами, пожаробезопасности, экологической безопасности, вязкости, стабильности и т. п.
Билет № 39. Нефтяные масла, их свойства и область применения
Нефтяные масла — жидкие смеси высококипящих углеводородов получаемые переработкой нефти.
В основу системы классификации и обозначения нефтяных масел положены их кинематическая вязкость и эксплуатационные свойства.
По способу производства делятся на дистиллятные, остаточные и компаундированные, получаемые соответственно дистилляцией нефти, удалением нежелательных компонентов из гудронов, депарафинизации, гидрочисткой или смешением дистиллятных и остаточных. В последнее время получил распространение метод преобразования исходного нефтяного сырья в более ценные продукты гидрокрекингом — получаемые в таком производстве масла, при значительно более низкой себестоимости, приближаются по свойствам к синтетическим.
По областям применения делятся на смазочные масла, электроизоляционные масла и консервационные масла. Используются также в косметической промышленности.
Основное назначение нефтяных масел состоит в том, чтобы снизить трение между твердыми поверхностями движущихся частей различных механизмов, станков, двигателей, машин и тем самым предотвратить их износ.
то прежде всего вязкость (или внутреннее трение), измеряемая обычно при температурах 50 и 100 °С. Диапазон колебания вязкостей товарных масел очень велик — от 2,0 — 2,5 сст (1сст = 10-6 м2/сек) при 100 °С у лёгких индустриальных масел до 60 — 70 сст у тяжёлых цилиндровых. Для масел, используемых в арктических условиях («северные масла»), вязкость определяется также и при отрицательных температурах, —40 °С и ниже; важным показателем для них является так называемый индекс вязкости, характеризующий температурную зависимость вязкости. Температура застывания М. н. может быть от 17 °С у тяжёлых цилиндровых до минус 45—60 °С у некоторых моторных и индустриальных. Эту характеристику следует учитывать при выборе условий транспортировки, хранения и использования смазочных продуктов. Допустимый высокотемпературный предел использования М. н. косвенно характеризуется температурой вспышки. Важный показатель для М. н. — фракционный состав, однако для подавляющего большинства М. н., в том числе моторных, он техническими стандартами не нормируется. Основным показателем электроизоляционных масел являются высокие диэлектрические свойства, характеризуемые прежде всего тангенсом угла диэлектрических потерь.
Большинство М. н. должно обладать также малой зольностью, высокой стойкостью к окислению. Эти показатели связаны с противоизносными, антинагарными и коррозионными свойствами масел.
Для использования в современных двигателях и машинах с высокими скоростями, нагрузками и температурами М. н. необходимо легировать различными добавками, присадками улучшающими эксплуатационные качества масел (понижающими температуру застывания, повышающими противоизносные и диспергирующие свойства и так далее). Практически все товарные масла содержат присадки или их композиции в количестве от 0,5—1,0 до 25 % и более.
Билет № 40. Синтетические жидкие диэлектрики.
Синтетические жидкие диэлектрики не горючие.
Не превосходят по некоторым свойствам нефтяные масла и лишены их недостатка, то есть она не горючие.
Из-за сложной технологии изготовления у них высокая стоимость, поэтому область применения ограничена. Общая область применения синтетических жидкостей, высоковольтных выключателей. Эталонные конденсаторы, трансформаторы не большой мощности, импульсные трансформаторы.
ХОЖ – хлорорганические синтетические жидкости (хлорированные)
ФОСЖ – фторорганические синтетические жидкости
ХФОСЖ – хлорфторорганические синтетические жидкости
ПОСЖ – полиорганосилоксановые синтетические жидкости
Недостаток ХОСЖ – токсичность.
Билет №41. Полимеризационные синтетические полимеры. Их свойства и область применения.
Полимеризационные синтетические полимеры получают в процессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафиолетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При полимеризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и молекулы, соединяясь между собой, еще больше удлиняются. Наибольшее распространение получили блочный, эмульсионный, лаковый и газовый способы полимеризации.
Обладают следующими свойствами: высокая морозостойкость (сохраняет гибкость при температуре -70°С); высокая влагостойкость, не гигроскопичны; устойчивы к действию крепких кислот (кроме азотной), щелочей и многих растворителей; при комнатной температуре не растворимы ни в одном растворителе; стойки к плесени; газонепроницаемы; стойки к истиранию и вибрациям; в пламени горят и оплавляются; предельная рабочая температура 100°С (прочность начинает уменьшаться только при нагревании выше 60°С).
К недостаткам относят: тепловое старение приводит к образованию трещин на поверхности изделий; при нагревании до температуры 80°С и выше растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах; под действием концентрированной серной кислоты чернеет, а в концентрированной азотной даже при комнатной температуре набухает, увеличиваясь в массе на 4,6% в течение 85 сут.; под воздействием тепла, ультрафиолетового излучения, кислорода воздуха стареет; и сильных электрических полях происходят структурные изменения, снижающие качество изоляции.
Полиэтилен устойчив к агрессивной среде, влагонепроницаем, является диэлектриком. Из него изготавливают трубы, электротехнические изделия, детали радиоаппаратуры, изоляционные пленки, оболочки кабелей телефонных и силовых линий.
2. Полипропилен - механически прочен, стоек к изгибам, истиранию, эластичен. Применяют для изготовления труб, пленок, аккумуляторных баков и др.
3. Полистирол - устойчив к действию кислот. Механически прочен, является диэлектриком Используется как электроизоляционный и конструкционный материал в электротехнике, радиотехнике.
4. Поливинилхлорид - трудногорюч, механически прочен, электроизоляционный материал.
5. Политетрафторэтилен (фторопласт) - диэлектрик не растворяется в органических растворителях. Обладает высокими диэлектрическими свойствами в широком диапазоне температур (от -270 до 260ºС). Применяется также как антифрикционный и гидрофобный материал.
6. Полиметилметакрилат (плексиглас) - применяется в электротехнике как конструкционный материал.
7. Полиамид – обладает высокой прочностью, износостойкостью, высокими диэлектрическими свойствами.
8. Синтетические каучуки (эластомеры).
9. Фенолформальдегидные смолы - основа клеев, лаков, пластмасс.
Билет № 42. Поликонденсационные синтетические полимеры. Их свойства и область применения.
Поликонденсационные полимеры получают реакцией поликонденсации двух или нескольких мономеров. При этой реакции наряду с основным продуктом - полимером - образуются побочные низкомолекулярные соединения ( вода, спирты, хлористый водород и др.). Масса получаемого полимера меньше массы исходных веществ, а его химический состав отличатся от химического состава исходных продуктов поликонденсации.
Свойства:
Удельное объемное сопротивление
Относительная диэлектрическая проницаемость
Электрическая прочность
Длительная рабочая температура
Обладают очень хорошими электроизоляционными свойствами (особенно блочный), благодаря чему получил широкое применение в высокочастотной технике для получения установочных высокочастотных деталей сложной конфигурации и для пленочной изоляции высокочастотных кабелей и конденсаторов.
имеет весьма широкое применение как конструкционный диэлектрик.
Билет № 53. Порошковые материалы. Свойства и применение.
Порошковые материалы - материалы, изготовленные методом, порошковой металлургии — технологическим процессом, охватывающим производство порошков металлов, сплавов и металлоподобных соединении, а также изделий из них или их смесей неметаллическими порошками.
П. м. применяются в различных областях техники в следующих случаях: когда требуются материалы, которые невозможно получить другими методами производства,
когда в результате особенностей изготовления П. м. имеют более высокие качественные показатели, чем материалы, полученные по традиционной технологии
когда при получении изделий из порошков улучшаются технико-экономические показатели производства по сравнению с традиционной технологией.
П. м. классифицируют
Для получения П. м. применяются следующие технологические методы:
Первые четыре метода основаны на получении порошковой шихты путём смешивания компонентов, их прессования и последующего горячего спекания;
в ряде случаев применяется дополнительная обработка спечённых изделий. Эта схема является основной для получения П. м.
По такой технологии изготовляют многие изделия из П. м.: пористые подшипники, фрикционные изделия, фильтры, твёрдые сплавы, магниты, контакты, изделия из тугоплавких металлов, изделия из жаропрочных сплавов, ферриты, сварочные электроды, различные детали машин и приборов.
Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания примесей, различных механических загрязнений и газов. Также важными химическими особенностями порошков являются их воспламеняемость, взрываемость и тоскичность.
К физическим свойствам порошка относятся форма и размер частиц, гранулометрический состав, удельная поверхность частиц, пикнометрическая плотность и микротвердость.
Под технологическими свойствами порошков понимается их насыпная плотность, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость.
Билет № 54. Композиционные материалы, классификация, строение, применение.
Композиционный материал — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.
Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:
Примеры:
В машиностроении композиционные материалы широко применяются для создания защитных покрытий на поверхностях трения, а также для изготовления различных деталей двигателей внутреннего сгорания (поршни, шатуны).
В авиации и космонавтике существует настоятельная необходимость в изготовлении прочных, лёгких и износостойких конструкций. Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий шатлов, космических зондов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.
Благодаря своим характеристикам (прочности и лёгкости) КМ применяются в военном деле для производства различных видов брони: