Применении веществ и материалов

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Отсутствие необходимой информации об опасных свойствах химических веществ и материалов и, как следствие, неправильное обращение с ними – одна из причин возникновения ситуаций, приводящих к последствиям, связанным с ущербом для жизни, здоровья людей и окружающей среды.

По степени воздействия на организм вредные вещества, содержащиеся в

сырье, продуктах, полупродуктах и отходах производства, подразделяют на четыре класса опасности:

1-й – вещества чрезвычайно опасные;

2-й – вещества высокоопасные;

3-й – вещества умеренно опасные;

4-й – вещества малоопасные.

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей. Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Для осуществления мероприятий по обеспечению безопасного обращения с опасными веществами и материалами необходима информация об их свойствах, мерах защиты от вредных воздействий, условиях хранения и др. Основными носителями этой информации в большинстве развитых стран являются предупредительная маркировка и информационные документы о безопасности вещества (материала).

Паспорт безопасности является обязательной составной частью технической документации на вещество (материал), а также на отходы промышленного производства. Он предназначен для обеспечения потребителя достоверной информацией по безопасности промышленного применения, хранения, транспортирования и утилизации веществ и материалов, а также их использования в бытовых целях.

Паспорт безопасности должен содержать следующие разделы:

– наименование и состав вещества или материала, сведения об организации (лице) – производителе или поставщике;

– виды опасного воздействия и условия их возникновения;

– меры первой помощи;

– меры и средства обеспечения пожарной безопасности;

– меры по предотвращению чрезвычайных ситуаций;

– правила обращения и хранения;

– правила и меры по обеспечению безопасности пользователя;

– физические и химические свойства;

– стабильность химической активности;

– токсичность;

– воздействие на окружающую среду;

– утилизация и захоронение отходов (остатков);

– правила транспортирования;

– информация о международном и национальном законодательстве.

Механические свойства

Механические свойства проявляются как способность материала сопротивляться всем видам внешних механических воздействий.

Механические воздействия характеризуют по направлению, длительности и области действия. По направлению механические воздействия можно рассматривать как линейные (растяжение и сжатие) и угловые (изгиб и кручение).

По длительности их разделяют на статические и динамические воздействия.

По области действия – на объемные и поверхностные воздействия.

Механические свойства определяют изменение формы, размеров и сплошности веществ и материалов при механических воздействиях, а следовательно, и результат практически любого механического воздействия на вещества и материалы, возникающего при их производстве и эксплуатации (использовании).

К основным механическим свойствам веществ и материалов относятся упругость, жесткость, эластичность, пластичность, прочность, хрупкость, вязкость и твердость.

Упругость – свойство материалов самопроизвольно восстанавливать свои форму и объем (твердые вещества) или только объем (жидкости и газы) при прекращении внешних воздействий. Упругость обусловлена взаимодействием между атомами (молекулами) вещества и их тепловым движением.

Модуль упругости (модуль Юнга) характеризует меру жесткости материалов, т.е. его способность сопротивляться упругому изменению формы и размеров при приложении к нему внешних сил. Модуль упругости Е связывает упругую относительную деформацию ε и одноосное напряжение σ соотношением, выражающим закон Гука:

ε = Ϭ / Е.

Существует прямая зависимость модуля упругости от вида и энергии химических связей, действующих между атомами и молекулами, данного материала. Материалы с высокой энергией межатомных связей характеризуется и

большим модулем упругости.

В качестве меры способности материалов или изделии изменять размеры и форму при заданном типе нагрузки используются понятия эластичность и жесткость.

Эластичность – способность материала или изделия претерпевать значительные изменения размеров и формы без разрушения при сравнительно небольшой действующей силе.

Жесткость – способность материала или изделия к меньшему изменению размеров и формы при заданном типе нагрузки: чем больше жесткость, тем меньше изменения.

Пластичность – способность твердых материалов сохранять измененными форму и объем без микроскопических нарушений сплошности после снятия механических нагрузок, которые вызвали эти изменения. Пластическая деформация связана с разрывом некоторых межатомных связей и образованием новых.

Пластичность проявляется в деталях конструкций и сооружений, заготовках при обработке давлением (прокатке, штамповке и др.), в пластах земной коры. Пластичность определяет возможность технологических операций обработки материалов давлением. Учет пластичности позволяет определять запасы прочности, деформируемости и устойчивости, расширяет возможности создания конструкций минимального веса.

Механическая прочность твердых веществ – свойство сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы при механических воздействиях. Прочность твердых веществ обусловлена, в конечном счете, силами взаимодействия между составляющими их структурными единицами (атомами, ионами и др.)

Хрупкость – свойство твердых веществ разрушаться при механических воздействиях без существенных предварительных изменений формы и объема.

Хрупкость материалов следует рассматривать в связи с условиями их использования. Например, достаточно упругий материал – мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного трехосного сжатия ведет себя как пластичный материал.

Вязкость (внутреннее трение) – способность материалов сопротивляться действию внешних сил, вызывающему:

– в твердых веществах – распространение уже имеющейся острой трещины (разрушение);

– в жидкостях и газах – течение.

Внутреннее трение в твердых телах, проявляется как способность необ-

ратимо поглощать энергию, полученную телом в результате внешнего воз-

действия, например, превращать в теплоту, сообщаемую механическую энер-

гию.

Вязкость жидкостей зависит от химического состава и строения молекул (макромолекул) и возрастает с увеличением молекулярной массы. Воз-

никновение в дисперсных системах или растворах полимеров пространст-

венных структур, образующихся при сцеплении частиц или макромолекул, вызывает резкое повышение вязкости.

Вязкость газов не зависит от их плотности (давления). Для очень раз-

реженных газов понятие вязкости теряет смысл.

Твердость – свойство материалов оказывать сопротивление в поверхностном слое контактному воздействию (вдавливанию или царапанью). Особенность этого свойства заключается в том, что оно реализуется только в небольшом объеме вещества. Твердость – сложное свойство материала, отражающее одновременно его прочность и пластичность.

При оценке механических свойств материалов их различают по группам, характеризующим условия испытаний:

1 – стандартные механические свойства, определяемые стандартными испытаниями стандартных (гладких) образцов вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделия;

2 – критерии конструктивной прочности (работоспособности в условиях эксплуатации) материала, определяемые стандартными испытаниями гладких или с острыми трещинами образцов;

3 – критерии конструкционной прочности изделия в целом, определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях.

Предел прочности (временное сопротивление) σ в – величина напряжения, соответствующего наибольшей нагрузке, приводящей к разрушению образца. Значение предела прочности, вообще говоря, зависит от характера и параметров деформации, а также от температуры, давления, наличия химически агрессивной среды. Однако для практики важно, что существует почти постоянное предельное значение напряжения σ в, выше которого образец разрушается практически мгновенно.

Величина механических характеристик существенно зависит от таких

внешних и внутренних факторов, как химический состав материала, вид предшествующих воздействий (например, деформация), состояние поверхности, температура, наличие химически агрессивной среды и др. Так, при повышении температуры прочностные характеристики сильно снижаются, и предел текучести при температуре плавления стремится к нулю; чем ниже температура плавления сплава, тем при более низких температурах наступает резкое падение прочности. Понижение температуры обусловливает переход от вязкого разрушения к хрупкому.

Электрические свойства

Электрические свойства – совокупность свойств, характеризующих способность веществ и материалов проводить электрический ток в электрическом поле.

К электрическим свойствам, наиболее широко используемым для исследования материалов (особенно металлических) и оценки возможности их практического применения, в первую очередь, относится удельная электропроводность и обратная ей величина – удельное электрическое сопротивление ρ , а также температурный коэффициент удельного электросопротивления α _ρ₀

Электропроводность (электрическая проводимость ) – способность материала пропускать электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность.

Электропроводность определяется наличием подвижных носителей заряда.

Механизмы переноса заряда при различных агрегатных состояниях вещества сильно различаются. Однако величина переносимого заряда всегда равна целому числу элементарных электрических зарядов.

Электрическое сопротивление (электросопротивление ) – свойство материала, определяющее силу его противодействия электрическому току при заданном напряжении электрического поля.

Удельное электрическое сопротивление ρ ₀ – характеристика, применяемая

для оценки электросопротивления, Ом·мм² /м (в единицах СИ Ом·м).

ρ ₀ = R S / L ,

где R, S и L – соответственно электрическое сопротивление, площадь и длина проводника электрического тока.

Значения удельных электрических сопротивлений для металлов и сплавов приводятся в справочной литературе.

Все материалы, применяемые в технике, по своим электрическим свойствам делят на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики. Различаются эти материалы по величине электросопротивления, по характеру его температурного изменения и по типу проводимости. Резкой границы между диэлектриками и полупроводниками провести нельзя. По величине удельного электросопротивления принято следующее деление:

– проводники – 10^-5...10^-8 Ом·м и менее;

– полупроводники –10^–6...10⁷ Ом·м;

– диэлектрики – 10⁷...10¹⁸ Ом·м.

Электрическое сопротивление у диэлектриков и полупроводников с повышением температуры уменьшается, а у проводников – растет. У некоторых металлов при внешних воздействиях (например, при уменьшении температуры) сопротивление скачком уменьшается практически до нуля (явление сверхпроводимости).

Характер изменения электрических свойств различных материалов при внешних воздействиях можно объяснить, если рассмотреть, что является в них носителем зарядов.

Проводники по типу носителей зарядов делятся на электронные (металлы и сплавы), ионные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение как свободных электронов, так и ионов (например, плазма). Чистые металлы обладают малым удельным электросопротивлением (ρ ₀ = 0, 015...0, 105 Ом·мм2 /м).

Исключением является ртуть, у которой удельное электросопротивление со- ставляет 0, 943...0, 952 Ом·мм2 /м. Сплавы имеют более высокие значения удельного электросопротивления (ρ ₀ = 0, 30...1, 8 Ом·мм2 /м). К группе сплавов с повышенным удельным электросопротивлением относятся жаро- и коррозионностойкие сплавы, которые применяются в электронагревательных приборах и реостатах.

Для полупроводников носителями зарядов являются электроны проводимости (электронная проводимость n-типа) и дырки (дырочная проводимость р-типа). Электронами проводимости являются электроны, способные перемешаться по кристаллу. Дырка – электронная вакансия в кристалле полу-

проводника, обладающая подвижностью. Дырки – положительно заряженный носитель тока в полупроводнике.

В чистом полупроводнике, проводимость которого обусловлена тепловым возбуждением, одинаковое число электронов и дырок движется в противоположных направлениях (собственная проводимость). Собственная проводимость возрастает при повышении температуры.

Электроны проводимости в полупроводниковых материалах могут образоваться под действием света (внутренний фотоэффект). При достаточно большой энергии светового потока проводимость полупроводниковых материалов возрастает. Техническое применение: фотосопротивления.

Проводимость полупроводника можно увеличить добавлением атомов других элементов (легированием), при этом возникает примесная проводимость. Примесная проводимость может быть обусловлена электронами или дырками. При этом в одном и том же образце полупроводникового материала один участок может обладать р-проводимостью, а другой – n-проводимостью.

р-n-переход работает как выпрямитель, пропуская ток только из р-области в n-область. Полупроводниковый материал с р-n-переходом называют диодом и используется для выпрямления переменного тока.

Твердые диэлектрические материалы (полимеры, керамика, неорганиче

ское стекло и др.) делят на неполярные и полярные диэлектрики.

Неполярные диэлектрики могут иметь молекулярное (полиэтилен, фторопласт-4 и др.) или ионное кристаллическое (слюда, кварц и др.) строение.

Молекулярные диэлектрики состоят из электрически нейтральных молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими свойствами. Ионные кристаллические диэлектрики образованы парами ионов, причем каждая пара составляет нейтральную частицу. Ионы располагаются в узлах кристаллической решетки.

Полярные диэлектрики (например, поливинилхлорид) состоят из полярных молекул – диполей. Электрические диполи представляют собой пары зарядов противоположных знаков, которые взаимно уравновешиваются и находятся на некотором расстоянии друг от друга.

Магнитные свойства

Магнитное состояние веществ определяет магнетизм.

Магнетизм – особая форма взаимодействия, осуществляемого магнитным полем, между движущимися электрически заряженными частицами (телами) или частицами (телами) с магнитным моментом.

Магнитный момент М – векторная величина, характеризующая вещества как источник магнитного поля. Полный магнитный момент свободного атома равен геометрической сумме орбитальных и спиновых моментов всех его электронов. Упорядоченно ориентированные магнитные моменты атомов вещества создают макроскопический магнитный момент.

Характеристикой магнитного состояния вещества является намагниченность J, которая определяется как отношение магнитного момента М вещества к его объему V. При этом достижение максимально возможного для данного вещества значения намагниченности J_∞ называется магнитным насыщением.

Совокупность атомов с упорядоченно ориентированными магнитными

моментами может образовать самостоятельный элемент структуры вещества – домен.

Домен – элемент субструктуры химически однородного вещества, характеризующийся спонтанной (самопроизвольной) намагниченностью. Обычно домены имеют размеры 10^-5...10^-2 см и доступны непосредственному наблюдению.

Вещества в соответствии со схемами ориентации магнитных моментов их атомов классифицируются по магнитному состоянию на парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики (рис. 1.2).

1.2. Схемы ориентации магнитных моментов атомов

для парамагнетиков (а), ферромагнетиков (б), антиферромагнетиков (в)

У парамагнетиков магнитные моменты атомов внутри каждого домена ориентированы хаотично и взаимно компенсируют друг друга, поэтому материал в целом не намагничен. Парамагнетиками являются все переходные металлы с недостроенными f- и d-электронными оболочками; щелочные и щелочноземельные металлы, ряд солей Fe, Co, Ni и редкоземельных элементов; водные растворы солей, содержащих ионы переходных элементов; из газов – кислород О2.

У ферромагнетиков внутри каждого домена магнитные моменты атомов расположены параллельно друг другу в одном направлении, и поэтому каждый домен спонтанно намагничен до величины магнитного насыщения. Вектора намагниченности доменов ферромагнетиков в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы таким образом, что результирующая намагниченность образца в целом, как правило, равна нулю.

Ферромагнетизм проявляется в кристаллах Fe, Co, Ni, ряде редкоземельных металлов (Gd, Dy, Er и др.), в сплавах и соединениях с участием этих элементов, а также в сплавах Сr, Мn и в соединениях U. Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов (например, Fe или Со) в диамагнитной матрице Pd. Ферромагнитные свойства обнаружены также в металлических стеклах и аморфных полупроводниках.

У некоторых веществ более выгодным является антипараллельное упорядочение магнитных моментов в доменах. В этом случае домен состоит из двух подрешеток с противоположной ориентацией магнитных моментов атомов. Если магнитные моменты двух подрешеток скомпенсированы, то такие вещества называют антиферромагнетиками, а если не скомпенсированы, то возникает результирующий магнитный момент, и такие тела называют ферримагнетиками. Антиферромагнитные материалы относятся к группе парамагнетиков, а ферримагнитные – к группе ферромагнетиков.

К антиферромагнетикам относятся ряд элементов (твердый кислород, Сr, α -марганец и др.) и порядка тысячи известных химических соединений металлов (NiF2, FeО и др.). Значительная часть ферримагнетиков – это диэлектрические или полупроводниковые ионные кристаллы, содержащие магнитные ионы различных элементов или одного элемента, но находящиеся в разных кристаллографических позициях (в неэквивалентных узлах кристаллической решетки).

К ферримагнетикам относятся также ряд упорядоченных металлических сплавов, интерметаллиды и, главным образом, различные оксиды, в том числе ферриты.

Вещества даже одного и того же химического состава в зависимости от кристаллического строения и фазового состава могут находиться в различных магнитных состояниях. Например, Fe, Co и Ni с кристаллическим строением ниже определенной температуры (точка Кюри) обладают ферромагнитными свойствами, а выше этой температуры они парамагнитны. Переход из парамагнитного состояния в антиферромагнитное переходит при понижении температуры.

Все материалы по величинам магнитных восприимчивости и проницаемости делятся на ферромагнитные (μ ≥ 1, κ > 0); парамагнитные (μ > 1, κ > 0) и диамагнитные (μ < 1, κ < 0).

Величина магнитной восприимчивости капа для пара- и диамагнитных материалов очень мала (10-4...10-6); для ферромагнитных материалов (металлов переходных групп) – от нескольких десятков до тысяч единиц, причем она сильно и сложным образом зависит от напряженности намагничивающего поля.

По величине магнитной проницаемости существует деление электротехнических материалов на немагнитные и магнитные.

Немагнитные материалы – пара-, диа- и слабоферромагнитные материалы с магнитной проницаемостью менее 1, 5. К немагнитным материалам относятся большинство металлов и сплавов (в том числе некоторые стали), полимеры, дерево, стекло и т. д.

Магнитные материалы классифицируют по их физической природе и величине коэрцитивной силы.

По физической природе магнитные материалы делят (отраслевое деление) на три группы: металлические материалы, неметаллические материалы и магнитодиэлектрики.

К неметаллическим магнитным материалам относятся ферриты – ферримагнитные материалы, получаемые из порошкообразной смеси оксидов некоторых переходных металлов и оксида железа путем прессования с последующим спеканием. По магнитным свойствам ферриты аналогичны ферромагнетикам.

Магнитодиэлектрики – композиционные материалы, состоящие из

70...80 % порошкообразного магнитного материала (ферро- или ферримагнетика) и 30...20 % диэлектрического материала (например, полистирола, резины и др.). Магнитодиэлектрики применяются в приборостроении (постоянные магниты, эластичные герметизаторы для разъемных соединений и др.).

Технологические свойства

Технологические свойства материалов определяют возможность изготовления продукции при использовании данного материала (сырья). При этом материал должен удовлетворять требованиям минимальной трудоемкости при изготовлении.

К технологическим свойствам материалов относят свойства, определяющие возможности их литья, обрабатываемости давлением и резанием, свариваемости, упрочняемости, восприимчивости к закалке и др.

Рассмотрим наиболее распространенные технологические свойства.

Литейные свойства определяются совокупностью показателей, вклю-

чающей в себя: температуры плавления, кипения, заливки и кристаллизации;

плотность и жидкотекучесть расплава; литейную усадку и др. Литейная усадка – это типичное технологическое свойство.

Обрабатываемость давлением в горячем и холодном состояниях оценивают: различными технологическими пробами (на осадку, изгиб, вытяжку сферической лунки и др.); характеристиками пластичности, твердости и упрочнения материала при температуре обработки. Среди характеристик обрабатываемости давлением используют, например, ковкость.

Ковкость – способность металлов и сплавов подвергаться ковке и другим видам обработки давлением (прокатке, волочению, прессованию, штамповке).

Характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации.

Обрабатываемость резанием металлов и сплавов оценивается скорость затупления резца при точении на заданных режимах резания с обеспечением необходимых параметров шероховатости поверхности и выражается в процентах от обрабатываемости стандартного материала. На основании данных об обрабатываемости различных материалов составляются нормативы режимов резания или рекомендации по выбору режимов резания для конкретных условий обработки.

Обрабатываемость камня оценивается их податливостью механическому, термическому, электрическому и другим воздействиям для придания им необходимой формы, размеров и фактуры. В качестве показателя обрабатываемости камня используют коэффициент обрабатываемости, представляющий собой отношение трудозатрат при обработке единицы продукции из

данного вида камня к аналогичному показателю, соответствующему эталонному материалу. В зависимости от вида воздействия выделяют конкретные характеристики обрабатываемости: пилимость, полируемость, истираемость, шлифуемость и др. Общепринятого метода оценки обрабатываемости камня не существует.

Свариваемость – способность материала образовывать неразъемные соединения с требуемыми механическими характеристиками. Ее оценивают сравнением свойств основного материала со свойствами сварных соединений, количеством способов сварки, диапазоном допускаемых режимов сварки и др. Для технологической оценки свариваемости определяют структуру, механические свойства и склонность к образованию трещин материала шва и околошовной зоны.

Надежность сварного соединения – это свойство сварных участков выдерживать в течение длительного времени комплексное нагружение, которое обычно воздействует на соответствующую деталь или сварную конструкцию.

Испытания проводят на специальных образцах, а наиболее жесткие условия испытаний создаются путем выбора соответствующей формы образца и типа нагружения.

Испытания технологических свойств (технологические испытания) относятся к самым старым видам испытаний материалов. Отличительной их чертой является определение возможности применения материала в данном способе производства или для специальных целей использования. При этом, в отличие от других методов испытания, определяются не отдельные значения свойств с минимальной погрешностью измерения, а оценивается общее состояние материала.

С повышением степени стандартизации для методов технологических испытаний в настоящее время установлены строго определенные нормы, которые связаны с той или иной технологией производства. Информацию о методе технологического испытания для конкретного материала можно получить в ежегодном Указателе государственных стандартов.

Потребительские свойства

Потребительские свойства материалов определяют возможность их исользования при максимальной работоспособности в условиях эксплуатации или потребления.

Перечень и величина потребительских свойств в обязательном порядке устанавливаются в государственных стандартах, что создает законодательные основы гарантии качества и безопасности используемых веществ и материалов.

Для каждого материала перечень потребительских свойств, называемый Номенклатурой показателей качества, устанавливается в стандартах государственной системы «Система показателей качества».

Показателями качества могут быть как показатели физических свойств, величина которых определена в стандартных условиях, так и специфические показатели, определяющие возможность максимальной работоспособности материала в условиях эксплуатации или потребления.

Показатели качества в Номенклатуре показателей качества распределены по следующим группам: назначение, надежность, эргономичностъ и эстетичность, технологичность, унификация, стандартизация, патентно-правовые показатели, экологические показатели, безопасность, транспортабельность.

Группой показателей качества, имеющей социальное и техникоэкономическое значение, является надежность.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

В группу показателей надежности входят такие характеристики, как долго- вечность, сохраняемость, безотказность, ремонтопригодность и др. На материалы распространяются в основном такие показатели надежности, как долговечность и сохраняемость.

Долговечность – свойство материала сохранять работоспособность до

предельного состояния, которое определяется степенью разрушения, требованиями безопасности или экономическими соображениями.

Потребительские свойства материалов, используемые для оценки их долговечности, можно разделить по области применения на две группы:

1) свойства, позволяющие оценить прочность, твердость или изменение

формы изделия при воздействии окружающей среды (потоков масс и излуче-

ний, агрессивности среды и т.п.);

2) свойства, использующиеся для оценки последствий механических воздействий на прочностные показатели материалов, в том числе при различных параметрах окружающей среды.

Для свойств первой группы в их наименовании традиционно используется слово «стойкость». Так, для оценки прочности при воздействии окружающей среды используются термины атмосферосвета-, химическая, радиационная, водо-, огне-, жаро-, термо-, морозо-, хладо- и др., а для оценки твердости – красностойкость. Для оценки способности сохранять форму при воздействии окружающей среды используют термины огнеупорность и теплостойкость.

Атмосферостойкость – способность материала сопротивляться раз-

рушающему действию солнечных лучей, дождя, мороза, снега, ветра и других атмосферных факторов, например газов и пыли, загрязняющих нижние слои атмосферы.

Светостойкость – способность материала сохранять свои физико-

химические свойства под действием световых лучей.

Химическая стойкость – способность материала сопротивляться воз-

действию кислот, щелочей, газов и растворов солей.

Не способны сопротивляться действию даже слабых кислот карбонатные природные каменные материалы – известняк, мрамор, доломит; не стоек к действию концентрированных щелочей битум. Наиболее стойкими материалами по отношению к действию кислот и щелочей являются керамические материалы и изделия, а также многие изделия на основе пластмасс.

Радиационная стойкость – свойство материала сохранять свои структуру и свойства после воздействия ионизирующих излучений.

Водостойкость W – способность материалов сохранять необходимые

прочностные свойства при действии воды. Водостойкость материала характеризуется коэффициентом размягчения.

Коэффициент размягчения Кр – отношение прочности материала, на-

сыщенного водой, к прочности сухого материала.

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0, 75, называются водостойкими.

Огнестойкость – способность материалов сохранять необходимые эксплуатационные свойства при действии высоких температур, пламени и воды в условиях пожара в течение определенного времени. Она зависит от сгораемости материала, то есть от его способности воспламеняться и гореть.

Огнестойкость выражается произведением потерь массы  m (мг) на пути распространения пламени s (мм), которое определяет степень сгорания от 0

(полностью сгораемые материалы) до 5 (негорючие материалы). Для измерения этой характеристики образец прикладывают к раскаленному стержню

(Т = 1223 К) на установленное время, а затем, загасив сухим способом пламя,

определяют потер массы  m. Путь пламени s определяют как разность между исходной длиной образца и длиной его части, на которой не обнаружено обугливания, оплавления или разложения.

По огнестойкости материалы классифицируются на несгораемые, трудно-сгораемые и сгораемые материалы.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не горят и не обугливаются (сталь, бетон, кирпич и др.). Однако необходимо учитывать, что некоторые материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600 °С, поэтому конструкции из подобных материалов приходится защищать более огнестойкими материалами. Трудно сгораемые материалы (асфальтобетон, фибролит, некоторые пенопласты и др.) под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращаются. Сгораемые (как правило, органические) материалы горят открытым пламенем и продолжают гореть после удаления источника огня.

Жаростойкость:

1) для металлических материалов то же, что жароупорность, окалиностойкость, – способность противостоять химическому разрушению поверхности под действием воздуха или другой окислительной газовой среды при высоких температурах;

2) для других конструкционных материалов (например, бетона) – способность сохранять или лишь незначительно изменять механические свойства при высоких температурах.

Для чугунов, стекол и керамических изделий (главным образом, огне-

упорных) используется понятие термостойкость.

Термостойкость ( термическая стойкость ) – способность хрупких материалов противостоять, не разрушаясь, термическим напряжениям. Тер-

мостойкость определяется перепадом температур при закалке до комнатной

температуры, при котором еще не наступает разрушение материала, или числом теплосмен (циклов нагрева и охлаждения), выдерживаемых таким образцом (изделием), до появления трещин.

Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости (например, F50). За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15 %; образцы после испытаний не должны иметь видимых повреждений – трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5 %). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды.

Хладостойкость – способность высокополимерных материалов про-

тивостоять низким температурам. За хладостойкость принимается отрицательная температура, при которой после установленного времени выдержки на образцах материала появляются признаки их механического разрушения (трещины и др.).

Красностойкость – способность сплава сохранять при нагреве до температур красного каления (обычно 600...650 °С) высокую твердость и износостойкость. Повышенная красностойкость – характерное свойство инструментальных сталей.

Огнеупорность – способность некоторых материалов (главным образом, огнеупоров) противостоять, не расплавляясь и не деформируясь, воздействию высоких температур (от 1580 °С и выше). Материалы по степени огнеупорности подразделяют на огнеупорные (от 1580 °С), тугоплавкие (1350...1580 °С) и легкоплавкие (менее 1350 °С).

Огнеупоры – материалы и изделия преимущественно из минерального сырья, обладающие огнеупорностью не ниже 1580 °С. Различают изделия огнеупорные (огнеупорность 1580...1770 °С), высокоогнеупорные (1770...

…2000 °С) и высшей огнеупорности (свыше 2000 °С). Применяются для кладки промышленных печей для получения и плавки металлов (около 60 % потребления огнеупоров), получения кокса, обжига цемента, в энергетических установках, топках и других теплотехнических агрегатах.

Для высокомолекулярных полимерных материалов определяется теп-

лостойкость.

Теплостойкость характеризуют температурой, при которой наступает еще допустимое для данного изделия изменение формы. Потребительские свойства второй группы позволяют дать оценку работы материалов в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации, то есть с учетом

12 Следующая ⇒