Часть 3. Важнейшие виды промышленных материалов .

Системы технологий

 

 

Часть 3.

Важнейшие виды промышленных материалов.

 

Учебное пособие

для студентов специальностей

направлений базово высшего образования:

«Экономика и предпринимательство» и «Менеджмент»

 

Мариуполь, 2007

Учебное пособие

 

 

Человань Фрол Михайлович

 

Системы технологий

 

Часть 3

Важнейшие виды промышленных материалов

 

Рецензенты:

А.А. Мелихов, кандидат экономических наук (заведующий кафедрой экономики предприятий ПГТУ);

А. Л. Хотомлянский, кандидат технических наук (доцент кафедры экономики предприятий ПГТУ):

 

 

Ф. М. Человань. Системы технологий, Учебное пособие в 4-х частях. Издание ПГТУ, Мариуполь, 2007г.

В учебном пособии рассмотрены технологические и экологические про­блемы экономики Украины; основные понятия и определения технологии, сы­рье, вода, воздух и энергия в промышленности; основные технологические про­цессы производства промышленных материалов; их характеристика, свойства и способы улучшения; основы разработки технологических процессов и их опти­мизация. Приведены технологические процессы, применяемые для производст­ва заготовок и деталей, конструкций и сооружений. Это позволяет осмысленно охватить и проанализировать всю обширность знаний современной промыш­ленности, что дает возможность принимать экономически оптимальные реше­ния и прогнозировать развитие многофакторных технологических процессов и улучшать экономические показатели производства.

Пособие предназначено для студентов экономических специальностей вузов, а также может быть использовано практическими работниками в области экономики и техники.

 

Содержание

 

Радел 9. Металлы и сплавы.

9.1. Общие сведения о металлах.

Классификация металлов.

Все металлы (сплавы) принято различным образом классифицировать: по применению, тугоплавкости, плотности и др. показателям.

По применению их разделяют на черные (железо и его сплавы чугун и сталь; цветные (алюминий, медь, магний, никель, титан, олово и др): редкоземельные

вращением. Так, при нагреве чистого металла такое превращение сопровождается
поглощением тепла и происходит при постоянной температуре, что связано с необ-
ходимостью затраты определенной энергии на перестройку кристаллической решетки.
 Аллотропические превращения имеют многие металлы: железо, олово, титан и др.
Например, железо в интервале температур 911-342 С имеет гранецентрированную
кубическую решетку (ГЦК) χ-Fe (рис. 9.2.). В интервалах до 911⁰С
и от 1392 до 1539°С железо имеет объемно-центриро-

ванную кубическую решетку (ОЦК), которое в первом случае называют ά -Fe, а в последнем - δ-Fe.

При аллотропических превращениях происходит изменение свойств металлов, изменение объема металлов.   

Полиморфизм имеет большое практическое значение. Используя это явление, можно упрочнять или разупрочнять сплавы с помощью термической обработки.

 

 

Дефекты в кристаллах.

Рассмотрим это явление на строении реальных металлов. Как известно, из
жидкого металла в лабораторных условиях можно вырастить монокристалл, т.е. кусок металла, представляющий собой один кристалл.            
Металлы, полученные в обычных условиях состоят из большого количества
кристаллов, различно ориентированных в пространстве, их обычно называют зерна­ми так как они имеют неправильную форму. На границах между зернами

Не имеют правильного расположения. Здесь существует переходная область шириной в несколько атомных диаметров, в которой решетка одного зерна переходит в решетку другого зерна с иной ориентировкой. Кроме того здесь скапливаются примеси, включения и др. дефекты. Состояние границ зерён в металлах оказывает большое влияние на их свойства, в частности на прочность. Прочность, например, может либо увеличиваться вследствие искажения кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшаться ввиду наличия примесей и концентрации дефектов.

Изучение строения металлов с помощью ренгеноструктурного анализа и электронной микроскопии позволило установить, что внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках реальных металлов существуют различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов.

Итак, в кристаллах всегда имеются дефекты (несовершенства) строения, обу­словленные нарушением правильного расположения атомов кристаллической решет­ки. Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим призна­кам на точечные, линейные и поверхностные, которые характеризуются малыми раз­мерами в 3-х, 2-х и 1-ом измерениях соответственно, и представлены на рис

 

Точечные несовершенства представляют собой вакансии (рис. 9.3.а), т.е. места, которые в силу различных причин оказались не заняты атомами. К точечным дефек­там относят также атом, внедренный в междоузлие кристаллической решетки (рис. 9.3. б), а также и замещенный атом , когда место атома одного металла замещается атомом. Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической решетки.

Линейные несовершенства представляют дефекты, которые малы в 2-х измерениях, а в 3-м они значительно большего размера, который может быть соизмерим с длиной кристалла; К линейным дефектам обносят цепочки вакансий , межузельных атомов и дислокации (рис. 9.3.в). Дислокации нарушают дравильное чередование атомных плоскостей, могут представлять экстраплоскость атомов и являются особым видом несовершенств в кристаллической решетке.По своей природе они резко отличаются от других дефектов, в том числе и указанных выше линейных несовершенств.

В настоящее время не только прочность, но и фазовые и структурные превращения, а также целый ряд других явлений рассматриваются с использованием теории дисло­каций. Различают два вида дислокаций: краевые и винтовые. Кристаллическая решетка в зоне дислокаций упруго искажена, поэтому атомы в это зон смещены от­носительно их равновесного состояния. Для дислокаций характерна их легкая под­вижность. Это объясняется тем, что атомы, образующие дислокацию, стремятся переместиться  в равновесное состояние. Дислокации образуются в процессе кристалли­зации металлов, а также при пластической деформации, термической обработке и других процессах.                  

Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами (рис. 9.3. г). На границе раздела атомы кристалла расположены менее правильно, чём в его объеме. Кроме того, по границам раздела скапливаются дислокации и вакансии, а также концентрируются примеси, что еще больше нарушает порядок расположения атомов. При этом сами кристаллы-разориентированы.

Прочность металла может либо увеличиваться вследствие искажений кристалличе­ской решетки вблизи границ, либо уменьшаться из-за наличия примесей и концентрации дефектов. Поверхностные дефекты имеют небольшую толщину при значительных размерах в двух других измерениях.                                                   

Объемные дефекты соизмеримы с размерами кристалла. В качестве этих де­фектов могут быть газовые пузыри, крупные инородные включения и др.

Все дефекты в кристаллах существенно влияют на свойства металлов.

9.1.4. Кристаллизация.

 

При переходе аморфного тела из твердого состояния в жидкое и из жидкого в твердое никаких качественных изменений в строении материала не происходит и графики нагрева и охлаждения представляют плавные кривые (рис. .)

При нагреве и охлаждении всех кристал­лических тел, в том числе металлов, всегда наблюдается четкая граница перехода из твердо­го состояния в жидкое и наоборот, что видно из рис. 9.5. образованием горизонтальных ступенек. Кристаллизация металла происходит не строго при температуре кристаллизации, а несколько ниже т.е. при некотором переохлаждении Dti.

 

Аналогичное явление происходит при расплавлении, когда расплавление происходит не при температуре расплавления, а несколько выше, т.е. при некотором перенагреве . Величина Dt зависит от природы самого металла, от степени его загрязнения примесями и от скорости охлаждения (нагрева).

Образование кристаллической решетки сопровождается уменьшением запаса внутренней энергии тела (рис. 9.6.)

Согласно второму закону термодина-мики, всякая система стремится к минимальному значению свободной энергии.

F = U-TS                         

где F- свободная энергия;                  

U - внутренняя энергия системы;  Т-абсолютная температу

S - энтропия        

Степень переохлаждения DТ ⁼ Тпл — T₁             

Чем чище жидкий металл, тем он

более склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень пе­реохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что улучшает его каче­ство. Для "большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в про­изводственных условиях составляет от 10-до30°С:

Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей или центров кристаллизации роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава на многих- участках жидкого металла (рис. 9.7. а, б) образуются способные к росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму (рис, 9.7. в, г, д). Затем при соприкосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается.

В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически правильную форму, после затверде­вания получают неправильную форму, вследствие чего их называют кристаллитами или зернами (рис. 9.7.е).

Величина зерна зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов: Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно.

9.1.5. Строение металлического слитка.

Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их касания друг с другом но и составом сплава, наличием примесей и режимом охлаждения. Обычно механизм образования кристаллов носит дендритный (древовидный) харак­тер. Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происхо­дит с неравномерной скоростью. После образования зародышей их развитие идет в тех плоскостях и направлениях решетки, которые имеют наибольшую плотность упа­ковки атомов и минимальное расстояние между ними. В этих направлениях образуются длинные ветви будущего кристалла, в дальнейшем от них начинают расти дру­гие ветви, т. е. приобретают древовидный характер (рис. 9.8)

Рассмотрим реальный процесс получения стального слитка. Стальные слитки получают охлаждением в металлических формах (изложницах) или на установках не­прерывной разливки. В изложнице сталь не может затвердевать одновременно во всем объеме из-за невозможности создания равномерной скорости отвода тепла. По­этому процесс кристаллизации стали начинается у холодный стенок и дна изложницы, а затем распространяется внутрь жидкого металла (рис. 9.8.а)

При соприкосновении жидкого металла со стенками

изложницы 1 в начальный момент образуется

зона мелких равноосных кристаллов 2.
Так как объем твердого металла меньше жидкого,
между стенкой изложницы и застывшим металлом
образуется воздушная прослойка и сама стенка
нагревается от соприкосновения с металлом, поэто­-
му скорость охлаждения металла снижается и крис­-
таллы растут в направлении отвода теплоты. При
этом образуется зона 3, состоящая из древовидных
или столбчатых кристаллов. Во внутренней зоне
слитка 4 образуются равноосные, неориентированные
сталлы больших размеров в результате замедлен-
ного охлаждения. В верхней части слитка (рис. 9.8.6)
которая затвердевает в последнюю очередь, образует­ся

 усадочная раковина-6 вследствие уменьшения объ­-
ема металла при охлаждении. Под усадочной ракови­-
ной металл в зоне 5  получается рыхлым из-за боль-
шого количества усадочных пор. Для получения
изделий используют  только часть слитка, удаляя
усадочную раковину и рыхлый металл слитка для
последующего переплава.                                                            .             

Слиток имеет неоднородный химический состав, который тем больше, чем крупнее слиток. Например, в стальном слитке концентрация серы и фосфора .увели­чивается от поверхности к центру и снизу вверх. Химическую неоднородность слитка по отдельным зонам называют зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства металла.

9.2. Строение и характеристика металлических сплавов.

9.2.1. Основные сведения о сплавах.

Чистые металлы из-за низких показателей механических свойств во многих отраслях техники применяются редко. Главным образом применяют их сплавы. Сле­дует отметить, имеются и такие отрасли техники, где чистые металлы являются опре­деляющими ,более того, в ряде случаев требуются особо чистые металлы.

Металлическим сплавом называют сложное вещество, полученное сплавлени­ем (или спеканием) нескольких металлов или металлов с неметаллами. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического мате­риала.

К основным понятиям в теории сплавов относятся: система, компонент, фаза.

Компонентами называют вещества, образующие систему, взятые в наимень­
шем количестве. Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав и одно и то же агрегатное состояние и отделенную от остальных частей системы по­верхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно.

Системой называется совокупность фаз, находящихся в равновесии при опре­деленных внешних условиях (температуре и давлении).

Сплавы характеризуются его структурой. Сплав называется однородным (го­могенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структура; состоит из нескольких фаз. Под структурой сплава, понимают видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форму и размеры.

 В любой системе количество фаз, находящихся в равновесии зависит от внут­ренних и внешних условий. Закономерности всех изменений, происходящих в систе­ме, описывается законом, который называется правилом фаз или законом Гиббса.

Правило фаз выражает зависимость между числом степеней свободы - С, чис­лом компонентов - К и числом, фаз - f, находящихся в равновесии.

C = K-f+2                                                          (9-2)

где 2 - число переменных внешних факторов равновесия (температура и давление)

Число степеней свободы системы - это число независимых переменных, кото­рые можно изменять в определенных пределах, не изменяя числа фаз, находящихся в равновесии.

При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие его компонентов, в результате они могут составлять: механические смеси, твердые растворы и химические соединения (рис. 9.9.).

Однородные жидкие растворы (рис. 9.9.а).характерны почти для всех металлов, растворяющихся друг в друге в жидком состоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы 1 растворимого металла (компонента) А равно­мерно распределены среди атомов 2 металла В -растворителя. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компо­нентов может быть различным.

Твердые растворы образуются в резу­-
льтате перехода в твердое состояние однородных
жидких растворов (рис. 9.9.6). В твердом растворе
одно из веществ, входящих в состав сплава
сохраняет присущую ему кристаллическую решет-
ку, а другое в виде отдельных атомов распределя­-
ется в кристаллической решетке первого вещества.
Твердые растворы бывают: двух типов: твердые растворы замещения 3 (часть атомов в решетке замещены другими), и твердые рас­творы внедрения 4 (атомы растворимого компонента внедряются в межатомное про­странство кристаллической решетки растворителя).

Химические соединения (рис.9.9.в) образуются при сплавлении различных ме­таллов или металла с неметаллом. Соотношение чисел атомов элементов химическо­го соединения может быть выражено формулой вида АnВm. Химическое соединение -однородное кристаллическое тело, имеет кристаллическую решетку с упорядоченным расположением атомов, которая, отлична от решеток элементов, образующих это со­единение. Химические соединения имеют постоянную температуру плавления и, как правило, обладают большой твердостью и значительной хрупкостью.

Механическая смесь (рис. 9.9.г) двух компонентов А и В образуется тогда, ко­гда при кристаллизации компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии я не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Механическая смесь может состоять из зерен двух насыщенных твердых растворов или зерен твердого раствора и химического соединения. В этом случае сплав состоит из кристаллов А и В, которые если они достаточно крупны, отчетлива выявляются на микроструктуре.

Температуры, при которых изменяется строение металлов и сплавов, называ­ют критическими точками. При плавлении и затвердевании чистые металлы имеют одну критическую точку, а сплавы - две. В интервале между этими двумя точками в сплавах существуют две фазы - жидкий сплав и кристаллы.

9.2.2. Диаграммы состояния.

Для изучения сплавов существуют диаграммы состояния. Чаше всего приме­няют диаграммы двойных сплавов, которые строятся на плоскости; реже применяют­ся диаграммы тройных сплавов, которые строятся в пространственной системе коор­динат.

Диаграммы состояния представляют графическое изображение фазового со­стояния любого сплава изучаемой- системы в зависимости от его концентрации и температуры. Диаграммы состояния показывают равновесные устойчивые состоя­ния, т.е. такие, которые при данных условиях обладание минимальной свободной энергией.

 Существует бесчисленное множество диаграмм состояния двойных сплавав, однако качественно их можно свести к следующим основным типам:

 

• диаграмма состояния сплавов для случая  неограниченной растворимости ком­понентов в твердом состоянии;

• диаграмма состояния сплавав, образующих механические смеси из чистых компонентов;
• диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной растворимости компо­нентов в твердом состоянии:
• диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение.
  Диаграмму состояния строят графическим путем на основании графиков ох­лаждения ряда сплавов данной системы. По остановкам и перегибам на этих графиках охлаждения, вызванных тепловым эффектом превращений, определяют критиче­ские точки, которые используют для построения, диаграмма состояния в координатах температура - химсостав.

Рассмотрим указанные выше типы диаграмм.

Диаграмма состояния сплавов для случая
неограниченной растворимости компонентов в
твердом состоянии. Рассмотрим эту диаграмму
состояния на конкретном примере, так этой диа-
граммой описываются сплавы системы медь-
никель (рис. 9.10.) Медь и никель, соединяясь в любых

пропорциях, образуют непрерывный ряд твердых

растворов, так как атомы никеля способны заме-

стить в кристаллической решетке все атомы меди.

 

Рассмотрим кривые охлаждения (рис.9.10.а) сплавов системы медь-никель для пяти составов следующей концентрации: 1 - 100% Сu; 2 - 80% Сu + 20% Ni; 3 - 60% Сu + 40% Ni; 4- 20% Сu + 80% Ni; 5 - 100% Ni. Чистые металлы (кривые 1 и 5) имеют одну критическую точку - температуру затвердевания (кристаллизации), а сплавы (кривые 2, 3, 4) - две. т.е. сплавы в отличие от чистых металлов кристаллизуются в интервале температур. Например, кристаллизация сплава 3 начинается при темпера­туре t₁ (точка a₁), при этой температуре из жидкого сплава начинают выпадать пер­вые кристаллы твердого раствора, а заканчивается кристаллизация при температуре t₃, (точка b₁). При этой температуре затвердевает последняя капля жидкого сплава. Разная температура начала и конца кристаллизации сплавов свидетельствует о том, что состав твердой фазы непрерывно меняется.

Для построения диаграммы состояния (рис. 9.10.6) на оси абсцисс сетки в ко­ординатах температура-концентрация откладывают (отмечают точками) составы пя­ти сплавов и восстанавливают из каждой точки вертикальные линии. После этого пе­реносят на эти вертикальные линии с кривых охлаждения сплавов критические точки, а на левой и правой ординатах температур отмечают температуры кристаллизации чистых металлов - меди (100%) и никеля (100%). Соединив плавными кривыми тем­пературы начала и конца кристаллизации всех сплавов, получают диаграмму состоя­ния сплавов. Сплавы меди и никеля кристаллизуются и затвердевают в некотором температурном интервале. В пределах этого температурного интервала одновремен­но существуют две фазы: жидкий сплав и кристаллы твердого раствора меди и нике­ля. На диаграмме этот интервал ограничен двумя линиями, соединяющими точки плавления чистых меди и никеля. Верхняя линия обозначает начало затвердевания при охлаждении или конец расплавления при нагреве, нижняя соответственно конец затвердевания, или начало плавления. Рассмотренная диаграмма состояния сплава меди и никеля имеет три области. Область существования жидкого расплава лежит выше верхней линии, соединяющей точки плавления меди и никеля, а область суще­ствования кристаллических твердых растворов - ниже нижней линии. Между этими линиями находится двухфазная область, в которой одновременно существуют рас­плав и кристаллы твердого раствора. Верхнюю границу этой области называют ли­нией ликвидус - АmВ, а нижнюю солидус - АnВ (что в перевод, с латинского -соответственно означает жидкий и твердый).

По этой же диаграмме состояния можно определить концентрации твердой и жидкой фаз в сплаве при его кристаллизации. Например, для сплава 3 при темпера­туре t2  концентрация фаз определяется горизонтальной линией mn1, проведенной до пересечения с линиями солидус и ликвидус. Точка n1 показывает концентрацию твер­дой фазы, а точка m - концентрацию жидкой фазы.

Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых ком­ понентов. Рассмотрим, например, диаграмму состояния сплавов системы висмут-кадмий (рис. 9.11.). Область существования жидкого сплава ограничена сверху лома­ной линией, соединяющей точки плавления висмута А и кадмия В

 

через точку Е. В точке Е сплав (40% Bi и 60% Cd) имеет одинаковые температуры ликвидуса и солидуса. Все остальные сплавы системы затвердевают и плавятся в пределах температурно­го интервала, который снизу ограничен горизонтальной линией солидуса CED. Сплав в точке Е имеет смесь очень мелких кристаллов висмута и кадмия, находящих­ся в определенном взаимном расположении. Этот сплав называется эвтектикой (что в переводе с греческого «легкоплавкая»). Эвтектикой называют механическую смесь двух видов кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкого сплава посто­янной концентрации при постоянной температуре. Твердые сплавы, лежащие левее точки Е, называют

 

доэвтектическими, а справа- заэвтектическими. Доэвтектические сплавы состоят из смеси кристаллов висмута и эвтектики, а заэвтектические - из смеси кристаллов кад­мия с эвтектикой. Внизу под диаграммой приведены виды структур в различных уча­стках диаграммы.

Диаграмма состояния сплавов для случаев ограниченной растворимости компонентов в состоянии. Одна из таких диаграмм показана на рис. 9.12. содержит три фазы - жидкий раствор, твердый раствор компонента В в компоненте А (назовем его а) и твердый раствор компонента А в компонент β (назовем его в). Линия диаграммы KCD - линия ликвидуса, линия KECFD -линия солидуса. Кристаллы α выделяются из жидкого сплава по линии ликвидуса КС, а кристаллы β по линииСD.

Рис.9.12.Диаграмма состояния сплавов для случаев ограниченной растворимости компонентов в тверд.состоянии

Затвердевание сплавов происходит по линии солидуса КЕ с образованием кристаллов α и по линии DF - с образова­нием кристаллов β. Одновременная кристаллизация α и β-фаз с образованием механической смеси кристаллов этих фаз происходит по линии соли­дуса ECF.

Сплав состава точки С после затвердевания называется эвтектическим, по­скольку он состоит только из одной эвтектики α+β. Составы сплавов, лежащих, левее эвтектической точки С на линии ЕС, после затвердевания, называются доэвтектиче­скими сплавами и справа - заэвтектическими.

Линия ES показывает ограниченную растворимость в твердом состоянии ком­понента В в компоненте А, уменьшающуюся с понижением температуры. Линия FM

показывает растворимость компонента А в В, не изменяющуюся с понижением тем­пературы.

В сплавах, состав которых находится между точками S и Е, образовавшиеся при- затвердевании кристаллы а при понижении температуры ниже линии ES пере­сыщены компонентом В и поэтому из них происходит выделение избыточных кри­сталлов β.

Диаграммы состояния сплавов, образующих химические соединения. Сплавы. имеющие химическое соединение (рис, 9.13.) компонентов А и В, имеют сложную диаграмму состояния. Химическое соединение обоз­начают A_mB_n. Это указывает на то, что в данном соеди­нении на m.атомов компонента А приходится n атомов компонента В. Число фаз в данной системе три -жидкий раствор, твердый раствор компонента В в компоненте А (фаза α) и твердый раствор компонента А в компоненте В (фаза β).

Данная диаграмма как бы составлена из диаграмм двух систем: компонент А - химическое соединение АmВn. В сплавах левее точки С компонента А имеется больше, чем входит в химическое соединение АmВn.

Следовательно в этих сплавах ле­вее точки С образуется эвтектика α+ АmВn. В сплавах правее тонки С компонента В больше, чем может входить в химическое соединение АmВn,Следовательно, в этих сплавах образуется эвтектика AmBn+β.

Линия ликвидус для этой диаграммы будет АD A_mB_nFB, линия солидус AKDCCFTВ.Точки D и-F - точки образования эвтектик.

                                            9.2.3. Диаграммы свойства- с остав.

Между составом и структурой сплава (рис.9.14.), определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава, имеется определенная зависимость, установленная в начале XX века академиком Н.С.Куркановым. механических смесях свойства (твердость Н, электропроводность Е и др.) изменяются линейно (рис.9.14.а). В твердых растворах свойства изменяются по криволинейной зависимости (рис.9.14.6). В химических

соединениях свойства изменяются по лома­ной зависимости (рис.9.14.в). При концентрации соответствующей химическому соединению, отмечается характерный перелом по кривой свойств. Это объясняется тем, что химические соединения обладают инди­видуальными свойствами, обычно резко отличающимися от свойств образующих и компонентов.

По диаграммам состояния и свойства-состав можно определять и технологи­ческие свойства сплавов, что облегчает выбор материала для изготовления изделий. Так, твердые растворы имеют низкие литейные свойства (плохую жидкотекучесть, склонны к образованию пористости и трещин). В свою очередь эвтектические сплавы имеют хорошую жидкотекучестъ.

                    9.3. Железоуглеродистые с плав ы.

                     Диаграмма состояния железо-углерод.

Медь и медные сплавы.

Ме'дъ - металл характерного красного цвета с плотностью 8,94 г/см³ и темпе-ратурой плавления 1083°С. Механические свойства чистой отожженной меди: бв-220-240 МПа, НБ 40-50, б=45-50%. Чистую медь применяют .для электротехнических це­лей и поставляют в виде полуфабрикатов - проволоки, прутков, лент листов, полос и труб. Из-за малой механической прочности чистовую медь не используют как конст­рукционный материал, а применяют ее сплавы, с цинком, оловом, алюминием, крем­нием, марганцем, свинцом.

Медные сплавы. Легирование меди обеспечивает повышение ее механических, технологических и эксплуатационных свойств. Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк, При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальными по наименованию элементов, например железо-фосфорномарганцевая латунь и т.п. В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40-45% цинка. Содер-жание легирующих элементов в специальных латунях не превышает 7-9%, По технологическому признаку латуни, как и все сплавы цветных металлов, подразделяют на литейные и деформируемые. Литейные латуни (например Л60) предназначены для изготовления фасонных отливок, их часто поставляют в виде чушек. Деформируемые латуни выпускают в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак )и сложных латуней. Латуни поставляют в виде полуфабрикатов-проволоки, прутков, лент, полос ,листов, труб и др. видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении.

Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т.д. Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и об­рабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и прида­ния особых свойств бронзы легируют, железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости,никеля -пластичности, железа - прочности; цинка - улучшению литейных качеств, свинца -улучшению обрабатываемости. Наибольшее .распространение получили оловянные бронзы, содержащие 4-6%. олова и имеющие высокие механические характеристики (δ_а= 150-350 МПа; δ=3-5%; твердость НВ 60-90). Различают деформируемые и питей-ные бронзы. Высокая стоимость и дефицитность олова - основной недостаток оло-вянных бронз.

Медноникилевые сплавы - это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на кон­струкционные и электротехнические сплавы. Наибольшее распространение получили следующие сплавы: куниали, нейзильберы,. мельхиоры, копель, манганин, констан-тан. применяются в приборостроении, электротехнике и др.

Титан, магний и их сплавы.

Титан - серебристо-белый металл, с высокой механической прочностью и вы-. сокой коррозионной и химической стойкостью, превосходящей нержавеющие стали. -Титан является самым «молодым» из конструкционных металлов. Плотность .титана 4,51 г/см³, температура плавлення-1800°С, механические свойства (бв=320 МПа, НВ 85). Чистый титан пластичен и .мягок, технический хрупкий и твердый. Механические свойства титана резко изменяются в зависимости от содержания примесей (N2, H2, О2 С). Вследствие недостаточной прочности чистый титан имеет ограниченное примене-ие.

Магний - самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1,74 г/см³, температура плавления 650°С. Технически чистый магний непрочный, мало-пластичный металл с низкой тепло- и электропроводностью (бв=180 МПа, δ=5%, НВ 30). Он относительно легко воспламеняется и горит ослепительным пламенем.

Титановые сплавы. Для получения сплавов титана с заданными механическими свойствами его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими элементами. Главное преимущество сплавов титана заключается в сочетании высоких механических свойств (бв>1500 МПа; δ=10-15%) и коррозионной стойкости с малой плотно­стью. .Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Так­же повышают жаропрочность титановых сплавов ванадий, марганец, молибден, хром. Титановые сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлени­ем, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо сва­риваются в среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при темпе­ратурах до 300-500°С. По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные а по прочности на три группы: низкой, средней и высо­кой прочности. Литейные сплавы имеют более низкие механические свойства, чем соответствующие деформируемые. Сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы применяют в авиационной и хи­мической промышленности.

Магниевые сплавы. Магниевые сплавы получают сплавлением магния с алюми­нием, кремнием, марганцем, торием, церием, цинком, цирконием и затем подвергают

термообработке. Магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые. Литейные магниевые сплавы (МЛ) применяют для изготовления деталей литьем. Отливки из магниевых сплавов подвергают закалке с последующим старением. Некоторые спла­вы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т.п. Деформируемые магниевые сплавы (МА) предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) отработкой давлением. Сплавы применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой .коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Золото и его сплавы.

Золото известно человечеству с доисторических времен. На самых ранних ста­диях развития человеческого общества найденными кусками самородного золота от­делывали оружие и орудия труда. и изготовляли украшения. Позже золото стали применять в качестве денег, т ,е. особого товара, выполняющего роль всеобщего эквивалента, в котором выражается стоимость всех товаров. В VII веке до нашей эры золото стали применять для чеканки золотых монет.

В настоящее время золото является валютой, применяется для изготовления ювелирных изделий и некоторое его количество расходуется для промышленных нужд.

Свойства золота. Золото - единственный- металл, который в чистом состоянии обладает ярко-желтым цветом и сильным металлическим блеском. Присутствие лигатуры изменяет цвет золота. Серебро и платина придают ему более светлые оттенки, . медь усиливает желтый и красный оттенки, железо - синие, кадмий - зеленые.

Золото тяжелый металл. Оно почти в 2,5 раза тяжелее железа. Его относительная плотность равна 19,32; температура плавления 1063°С.

Отличительными свойствами золота являются его высокая химическая стойкость. Оно нерастворимо в кислотах и щелочах, практически не окисляется на воздухе при нормальной и высокой температурах. При комнатной температуре легко растворяется только в. ртути и цианистых солях калия и натрия, а также в царской водке, соединяется с бромом и хлором:

Золото является хорошим проводником тепла и электрического тока (электропроводность 46 1/Ом).

Механические свойства золота характеризуются незначительной прочностью и весьма высокой пластичностью б_в=100-120 МПа, б=45%). Оно прекрасно обрабаты­вается давлением. Прокаткой золотой пластинки можно изготовлять фольгу толщи­ной 0,0001 мм. Одним килограммом такой фольги можно покрыть площадь в 530 м2. Такое золото просвечивается и в проходящем свете кажется зеленым. Имеет решетку гранецентрированного куба, аллотропических превращений не имеет.

Производство золота. Золото в природе находится преимущественно в само­родном виде (в форме мелких зерен или весьма тонких и метких пластин, рассеянных в рудной массе). В россыпях встречаются и более крупные зерна золота массой в не­сколько десятков граммов, а иногда и в несколько килограммов.

Рудные жилы в зависимости от состава залегающих в них минералов называ­ются: кварцевые, сульфидные, мышьяковистые и теллуристые.

Кварцевые жилы состоят из кварца,частиц самородного золота и незначительного  количества сульфидных минералов. Эти руды представляют собой наиболее чистый тип золотосодержащих руд. Золото в них в основном находится в металлическом состоянии.

Сульфидные руды содержат много сульфидных минералов. В них золото частично или полностью объединено с сульфидами других металлов.

В мышьяковистых рудах золото объединено с арсенидами - с минералами, содержащими мышьяк.

В теллуристых рудах золото находится в форме химического соединения с тел­луром и извлечение его из этих руд несколько затруднено.

Кондиционными в настоящее время считаются руды коренных месторождений с содержанием золота не менее 5 г/т и россыпи, в которых его содержание не менее 0,1 г/т (при условии механизированной добычи).

Золотые руды часто содержат серебро и другие цветные металлы: медь, свинец и т.д. Если содержание этих элементов выше кондиционного, то эту руду относят к рудам цветной металлургии,а золото оттуда добывается как побочный продукт в процессе их переработки.

Для извлечения золота из золотоносных руд используют порознь и в различной комбинации друг с другом четыре основных способов: гравитационный, флотационный, амальгамацию и цианирование.

Гравитационный способ является механическим способом без получения про­межуточных химических соединений. Он основан на высокой удельной плотности золота. При этом способе тонко измельченную руду смешивают с водой и получен­ную жидкую массу (пульпу) пропускают через отсадочные машины, ворсистые шлю­зы или вибрирующие концентрационные столы. Во всех случаях пульпа при своем" движении рассматривается: более тяжелые частицы золота или сульфидов оседают на дно, а основная часть пустой породы уносится потоком. Полученный таким образом концентрат в дальнейшем подвергают амальгамации или цианированию. (В древно­сти, да и примитивно сейчас гравитационный способ был известен, как «промывка», «мытье золота).

Флотационный способ извлечения золота основан на том, что частицы золота и  сульфидов в определенных условиях хорошо флотируются - при вспенивании всплывают на поверхность .жидкой ванны специального состава. Полученный концентрат в дальнейшем так же, как и после гравитационного обогащения, подвергают цианированию или амальгамации,

При амальгамационном способе золотоносная руда измельчается в присутствии воды и ртути. Способ основан на том, что обнажающиеся при измельчении руды частицы золота обволакиваются ртутью и растворяются в ней, образуя амальгаму. Смесь амальгамы с избыточной ртутью отжимается через холст ил замшу. Твердая амальгама остается на холсте, а избыточная ртуть проходит сквозь него и вновь пус­кается в производство. Затем амальгаму нагревают, ртуть отгоняют, а в остатке по­лучается черновое золото, как самостоятельный процесс амальгамацию применяют для чистых кварцевых руд. В остальных случаях его используют как вспомогатель­ный для извлечения крупных частиц золота. (Этот способ был предложен русским инженером И.И.Варвинским в 1836г.)

Способ цианирования основан на том, что золото из измельченной руды или концентрата в присутствии кислорода растворяется в слабых растворах цианистого калия или натрия. В последующем в раствор вводят цинк, который вытесняет золото.

2KAu(CN)₂ + Zn -> _{К2 Zn} (CN)₄ + 2Au

Золото осаждается на дно ванны, откуда потом извлекается. В настоящее время циа­нирование является главным и наиболее совершенным способом извлечения золота. При цианировании извлекается до 95-96% содержащегося в руде золота.

Черновое золото, полученное любым из перечисленных способов рафинируют, например, электролизом, плавят и получают слитки. После рафинирования получен­ное золото содержит еще серебро и .для его отделения производят аффинаж - разделение благородных металлов. При аффинаже используется разница в химической активности золота и его примесей. При сухом аффинаже через расплавленный металл пропускают хлор и все примеси, включая серебро превращаются в хлориды. При мокром аффинаже примеси растворяются в азотной или кипящей серной кислоте, в которых золото не растворяется. Аффинаж можно осуществлять также различными разновидностями электролитического метода, когда серебро растворяется в электро­лите, а затем высаживается на катоде, а .золото остается нерастворенным, в других случаях, наоборот, на катоде из электролита высаживается золото, а серебро остается: в растворе или оседает на дно ванны, образуя легко отделимый шлам.

Свойства и применение золотых сплавов. Как уже отмечалось, основное применение золота- это: валюта, ювелирные изделия и для промышленных целен (15-20% от потребления).

Валютное золото поступает на рынок в виде плоских слитков стандартной массы (12 кг). Обычно чистота золота этих слитков .соответствует пробе 995. Проба русского золота 999. На каждом из слитков ставится клеймо.

. Для изготовления ювелирных изделий, а также изделий промышленного назначения преимущественно применяют не чистое золото, а его сплавы. Основной ли­гатурой золотых сплавов являются серебро и медь. Добавляют также цинк, никель. кадмий, железо. Разнообразные ювелирные изделия изготовляют из сплавов различ­ных проб. На каждом из ник обязательно методом вдавливания наносят соответст­вующую пробу. Сейчас стандартными пробами золотых ювелирных сплавов, являются 375, 583, -750 и 958. Обычно отношение серебра к меди в пробе 583 равно 1:1.

Технические золотые сплавы по своему составу значительно многообразнее ювелирных. Установлен 31 состав стандартных марок золота и золотых сплавов. Самое высокопробное из них золото марки Зл 999,9, а самый низкопробный сплав марки Зл_Ср М 333-333. Это сплавы общего назначения, поставляемые в виде полу­фабрикатов (прутки, листы, проволока) и в виде готовых изделий;

Золотые сплавы применяют в медицине, в частности для зубопротезирования из сплава 916-й пробы.

. Применяют также золото в точном приборостроении, компьютерной технике, а также для антикоррозионного и декоративного золочения. Золочение можно выполнять электролитически , амальгамированием и др. способами. Производят также позолоту накладным золотом, используя для этой цели сусальное золото. Сусальное золото представляет собой тончайшие листы, полученные из золотой фольги размером 91,5X91,5 мм или 120X70 мм. Изготовляют их из высокопробного золота, начиная с марки Зл 999,9 и кончая маркой Зл Ср 900-40, а зеленое Зл Ср 750-250. В прода­жу поступает в виде книжек, переложенных листами папиросной бумаги (60 листов, общей массой от 1250 до 8000 мг.).

Золото применяют в фарфоровой и стекольной промышленности для разделки этих изделий и для окраски стекла в рубиновый цвет.

Золото добавляют в платиновые припои для пайки наиболее ответственных деталей.

Серебро и его сплавы.

Начало добычи серебра относится к древним временам. Его широко применяли для производства предметов домашнего обихода и украшений. В XVI в серебро было главным монетным металлом. Затем оно было вытеснено золотом.

В настоящее время серебро в основном применяют в различных отраслях промышленности и лишь незначительное его количество используют в ювелирном деле.

Свойства серебра. Серебро в чистом виде имеет блестящий белый цвет, прекрасно поддается полировке и обладает высокой отражательной способностью равной 95-97%. Относительная плотность серебра 10.5; температура плавления 960°С

Наиболее характерным свойством серебра является его высокая тепло- и электропроводность. Это лучший проводник электрического тока среди технических металлов._Его.электропроводность равна 68 г/см.

По химической стойкости серебро значительно уступает золоту. Оно раство­римо в азотной и серной кислотах, реагирует с бромом, хлором и сероводородом, в нагретом состоянии соединяется с серой.

Чистое серебро малопрочно и очень пластично (бв= 150-160 МПа, его можно раскатывать в тончайшие листы - до 0,00025 мм. которые просвечивают и в прохо­дящем свете имеют голубой цвет. Примеси мышьяка, сурьмы, висмута и свинца при­дают серебру хрупкость. Кристаллическая решетка представляет гранецентрирован-ный куб и аллотропических превращений не имеет.

Производство серебра. В самородном состояния серебро встречается редко. Добывается оно в основном не из россыпей, а из руд, в которых находится в форме химических соединений с другими элементами, чаще всего с хлором и серой. Наиболее распространенными минералами серебра являются роговое серебро и серебряный блеск.

Роговое серебро представляет собой химическое соединение серебра с хлором AgCl. Этот минерал легко поддается флотации, амальгамации и цианированию.

Серебряный блеск – Ag₂S, является сульфидом серебра. Серебряный блеск пе­рерабатывают цианированием.

Непосредственно из серебряный руд добывают незначительное количество серебра - около 20-25% всей его добычи. Основное же количество этого благородного металла получается как побочный продукт при переработке свинцово-цинковых, медных и других руд и зависит.от состава руды и методом извлечения основных ма­териалов, находящихся в ней.

Применение серебра и его сплавов Промышленное применение серебра очень разнообразно, причем его используют и в чистом виде, и в виде сплавов различного состава, и в виде солей (азотнокислых; хлористых и др.) Большое количество серебра -расходуется в фото и кинопромышленности для производства светочувствительной пленки и бумаги (следует отметить, что часть этого серебра регенерируется, а часть теряется с отходами.

Из сплавов серебра наиболее распространенными являются серебряномедные. Установлено 11 марок серебряномедных сплавов. Наиболее чистое серебро Ср 999,9, а марка самого низкопробного Ср М 500. Это сплавы общего назначения, их постав­ляют в виде полуфабрикатов и готовых изделий.

Серебряными сплавами специального назначения являются припои, приме­няющиеся для пайки цветных металлов и стали (содержание серебра в припоях ко­леблется от 1,5 до 72%),

Широкое использование серебро получило в электропромышленности для из­готовления контактов с низким переходным сопротивлением.

Используя химическую стойкость серебра, его применяют для антикоррозиного и декоративного серебрения, делают и накладное серебрение (применяя сусаль­ное серебро).

Растет применение серебра в аккумуляторной промышленности, так как бата­реи с пластинками серебра и цинка в шесть раз легче, чем обычные и значительно меньше по габаритам.

Серебро применяют в химической промышленности и как катализатор и как химически стойкий материал.

В медицине используют бактерицидные свойства серебра, применяют его так­же в зубной технике.

Для изготовления ювелирных изделий., а также предметов домашнего обихода (столовое серебро и др.) применяют тоже не чистое серебро, а его различные сплавы лигатурой в которых является медь и цинк. Установлены стандартные пробы ювелирных серебряных сплавов: 800, 875 и 916. Наиболее широкое распространение по­лучил сплав 875-й пробы.

9.6.4. Платина, металлы платиновой группы и их сплавы.

К платиновой группе. кроме платины, относятся еще пять металлов: палладий, осмий, рутений, родий и иридий. Они схожи между собой по химическим и. физиче­ским свойствам. В природе встречаются всегда совместно с платиной, причем преоб­ладающими по количеству являются палладий и платина (остальные составляют 1-2%

Как самостоятельный металл платину открыли сравнительно недавно - в начале XVII в., а металлы ее группы еще позже, в первой половине XIX. века. В древности найденные куски самородной.платины применяли, но отождествляли ее с золотом. В разных районах земного шара её ценили неодинаково и называли по разному: «белое золото», «лягушечье золото», «свинец».

После открытия платаны и металлов платиновой группы они долгое время.не находили широкого применени2я, так как их ценнейшие свойства были не изучены. Первое их применение было обусловлено их красивым внешним видом, редкостью и дороговизной - из них изготовляли ювелирные изделия. В настоящее время основное количество добываемых платинидов расходуется в промышленности.

В России платину начали добывать в 1819 г. и вплоть до первой мировой вой­ны она была единственным поставщиком платины на мировой рынок.

Свойства металлов платиновой группы. Платиновые металлы могут быть раз­биты на две группы: тяжелые, с относительной плотностью 22, и легкие, у которых она равна около 12.. К первой группе относятся: платина, иридий и осмий, а ко второй - палладий, рутений и родий .По цвету зти металлы отличаются незначительна

Отличительными свойствами металлов платиновой группы являются их высокая температура плавления, коррозионная стойкость при нормальной и высокой температурах, а также кислотоупорность. Родий и иридий нерастворимы даже в царской водке. Родий обладает очень хорошей отражательной способностью (уступает только серебру) и не тускнеет со временем.

Платина более твердый, прочный и менее пластичный металл по сравнению. золотом и серебром (хотя пластичность тоже высока). Для увеличения твердости и прочности ее сплавляют с небольшим количеством родия и-иридия. Наиболее твердым и хрупким металлом этой группы является рутений.

Платина, палладий, родий и иридий кристаллизуются в гранецентрированную кубическую решетку, а рутений и осмий - в гексагональную плотноупакованную.

Производство металлов платиновой группы. В природе платина в основном на­ходится в самородном состоянии в виде зерен и чешуек различной величины. Круп­ные самородки встречаются редко. Обычно в самородной платине, кроме палладия и др. металлов платиновой группы, содержатся еще железо, никель, медь.

Наиболее часто встречающиеся минералы самородных платинидов следую­щие, %:

поликсен (80-88% Pt, остальное Fe), ферроплатина (71-79% Pt, остальное Fe), иридистая платина (Pt, Fe, Ir), палладистая платина (до 40% Ра), осмистый иридий (до 65% 1 г), невьянскит (46-77%' 1г., 21 -49% Os).

Встречаются они также и в виде мышьяковистых и сульфидных соединений. 

Промышленным содержанием платиновых металлов в коренных рудах считается 5- 15 г/т. для россыпей 0,1 г/т.

Переработка платиновых руд более трудна по сравнению с золотыми. Особен­но сложен аффинаж, так как приходится разделять 6 близких по свойствам металлов группы.

Платиниды часто являются сопутствующими металлами в золотоносных рудах и рудах цветных металлов, в частности в медно-никелевых. В этом случае их извлече­ние еще более сложно и многостадийно.

Торговые сорта платинидов и их сплавов. Промышленность производит платиниды большой степени чистоты и поставляет их в разной форме: слитков, порошка, полуфабрикатов и готовых изделий.

Слитки самых чистых платины и палладия, содержащие 99,99% Pt и Pd, ставляют по специальным техническим условиям. Следующие по чистоте сорта аффинированной платины в слитках поставляют по стандартам. Платина имеет 2 марки Пл А-1 (99,95% Pt) и Пл А-2 (99,9% Pt). Слитки прямоугольной .формы размером 100X65X35 ;мм, массой 5 кг. Получают слитки методом ковки:.

 В виде слитков этого же размера, массой около 3 кг поставляют аффинированный палладий марок Пд А-1 (99,95% Pd) и Пд А-1 (99,9% Pd).

На каждом слитке платины и палладия выбирают клеймо, содержащее шифр слитку химический символ металла, его чистоту в процентах, массу с точностью до десятых долей грамма  и др.                                  .. -

Порошок платины и палладия имеет размер частиц до 3 мм. При поставке его тщательно упаковывают в стеклянные банки с притертыми пробками. Емкость банок около 3,5 кг платины или 2,8 кг палладия.

В виде порошка поставляют также родий чистотой от 99,90 до 98 Rh. Его также упаковывают в стеклянные банки, массой от 1 до 3 кг.     

Слитки и стеклянные банки упаковывают в плотные, чисто строганные деревянные  ящики, обеспечивающие их надежную сохранность при перевозке,

В полуфабрикатах и изделиях выпускают платину, палладий, иридий, родий и их сплавы: платиноиридиевые (от 5 до 32% 1r),.платинородиевые (от 5 до 20% Rh), платинопалладиевые (от 10 до 20% Pd). Никаких других легирующих элементов они не содержат, а в качестве примесей в них в десятых.долях-процента присутствуют др. металлы платиновой группы и в сотых долях процента-золото и железо.

Применение платинидов и их сплавов.. В ювелирном .деле платиниды применяют в незначительном количестве. Из платины делают ювелирные изделия   целиком и ча­ще ее, используют для изготовления оправы бриллиантов. Это удобно потому, что платина и алмаз имеют почти одинаковые коэффициенты линейного расширения. Кроме этого получается лучший блеск и игра, чем при оправе в золото. Платиниро­вание ювелирных изделий применяется редко, так как из платины трудно получить беспористое покрытие. Стандартной пробой является - 950.

Основное количество платинидов используется в промышленности (химиче­ской, электротехнике, приборостроении, изготовляют термопары). Так платина-платинородиевой термопарой можно измерять температуру до 1500°С, а иридиево-рутениевой до 1800°С.

Применяют металлы платиновой группы в наиболее ответственных случаях в измерительной технике, эталоны мер и массы. Из сплава осмия с иридием делают опорные точки разных измерительных приборов, наконечники и наплавки на перья авторучек..

В вакуумной технике используется палладий, поглощающий большее количе­ство водорода (до 800 объемов при 20°С).

9.7. Классификация и маркировка сталей, чугунов и цветных металлов и сплавов.

Механические свойства .

Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризу­ется механическими свойствами, к которым относятся: прочность, упругость, пла­стичность, ударная вязкость, твердость и выносливость. Поэтому при выборе мате­риала для изготовления деталей машин необходимо их учитывать. Эти свойства оп­ределяют по результатам механических испытаний, при которых металлы подверга­ют воздействию внешних сил (нагрузок). Внешние силы могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными). Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.

Напряжение - величина нагрузки, отнесенная к единице площади поперечного сечения испытуемого образца.

Деформация - изменение формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил.

Различают деформации растяжения (сжатия),

 из­гиба, кручения, среза, (рис.9.25.). В действи-

тельно­сти материал может подвергаться

одному или нес­кольким видам деформации одно-

временно.

Для определения прочности, упругости

 пластичности металлы в виде образцов круглой

формы 5-ти или 10-ти кратной длины, реже

плюской формы испытывают на статическое

 растяжение по специальному стандарту.

Испытание проводят на разрывных машинах. В результате испытания получают диаграмму растяжения, (рис.9.26.) По оси абсцисс этой диаграммы откладывают значения деформации, а по оси ординат - нагрузки, приложенные к образцу.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действи­ем нагрузок, оценивается пределом прочности s_в и пределом текучести s_т или s_о2. Предел прочности s_в (временное сопротивление) - это условное напряжение в Па(Н/м²), соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образ­ца.

(9-4)

где Р_max - наибольшая нагрузка, Н;

  F₀ - начальная площадь поперечного сечения

рабочей части образца, м².

Истинное сопротивление разрыву d_к - это

напряжение, определяемое отношением на-

грузки Р_к в момент разрыва к площади

 инимального попереч­ного сечения, образца после разрыва F_к .

    (9-5)

Предел текучести (физический) s_т - это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки:

    (9-6)

где Р_т - нагрузка, при которой наблюдается площад­ка текучести, Н.

Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и ла­туни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов опреде­ляют предел текучести (условный), при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца:

(9-7)

где Р_0,2 - нагрузка условного предела текучести, Н.

Упругость - способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Р_уп, оценивают пределом пропорцио­нальности s_пу и пределом упругости s_уп.

Предел пропорциональности s_пу - напряжение (МПа), выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией об­разца:

  (9-8)

Предел упругости (условный) s_0,05 - это условное напряжение в МП а, соответ­ствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впервые достигает 0,05% от рассчитанной длины образца l₀:

(9-9)

где Р_0,05 - нагрузка предела упругости, Н.

       Пластичность , т.е. способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, характеризуется относительным удлинением и относительным сужением.

Относительное удлинение (после разрыва) d - это отношение приращения (l_k-l₀) расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине l₀, выраженное в %:

(9-10)

Относительное сужение (после разрыва) Y - это отношение разности началь­ной и минимальной площадей (F_о-F_к) поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади F_о поперечного сечения, выраженное в процентах:

(9-11)

Чем больше значения относительного удлинения и сужения для материала, тем он более пластичен. У хрупких материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость конструкционных материалов является отрицательным свойством.

Ударная вязкость , т.е. способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам, определяется как отношение затраченной на излом образца работы W (в МДж) к площади его поперечного сечения F (в м²). в месте надреза:

   (9-12)

Циклическая вязкость - это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках. Материалы с высокой циклической вязкостью бы­стро гасят вибрации, которые часто являются причиной преждевременного разруше­ния. Например, чугун, имеющий высокую циклическую вязкость, в некоторых случа­ях (станины, корпуса и др.) является более лучшим материалом, чем углеродистая сталь.

Твердость - это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Высокой твердостью должны обладать металлорежу­щие инструменты, а также поверхностно-упрочненные детали. Твердость металла определяется разными способами, из которых наиболее распространенными являют­ся способы: Бринеля, Роквелла и Виккерса.

Способ Бринеля, основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавли­вают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик, дающий затем на по­верхности отпечаток. За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к пло­щади поверхности отпечатка.

Для испытания твердых материалов применяют способ Роквепла. В образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120" (для твердых материалов). Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. При испытании твердых ма­териалов алмазным конусом отсчет ведется по шкале «С»; при испытании обычных материалов стальным шариком, отсчет ведется по Шкале «В», и при испытании особо твердых материалов алмазным конусом отсчет ведется по шкале «А». Твердость по Роквеллу соответственно обозначается: НRС50 юга НRВ или НRА.

При определении твердости способом Виккерса в качестве вдавливаемого на­конечника используют четырехгранную алмазную пирамидку. Пример обозначения твердости по Виккерсу - НV500.

Для оценки твердости металлов г малых объемах, например, на зернах метал­ла, применяют способ определения микротвердости (по аналогии со способом Виккерса). Испытание проводят на оптическом микроскопе, снабженном механизмом нагружения.

Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений мате­риала под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. Усталость металла обусловлена концентрацией напряжений в отдельных его объемах, некоторых имеются неметаллические включения, газовые пу­зыри, различные местные дефекты и т.д. Испытания на усталость проводят на специ­альных машинах с повторно-переменным изгибанием вращающегося образца. В результате испытаний определяют предел выносливости, характеризующий сопротив­ление усталости.

Выносливость - свойство материала противостоять усталости. Предел вынос­ливости - это максимальное напряжение, которое может выдержать металл без раз­рушения заданное число циклов нагружения. Между пределом выносливости и пре­делом прочности существует приближенная зависимость: s_-1»0,43s_В и s_-1p»0,36s_В, где s_-1 и s_-1p - соответственно пределы выносливости при изгибе и растяжении (сжатии).

Для ориентировочной характеристики механических свойств материала поль­зуются параметрами s_в, s_т и d.

 

Коррозия металлов .

Коррозией металлов называют разрушение металлических материалов вслед­ствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Коррозия металлов наносит большой ущерб хозяйству и по общепринятому мнению около 1/3 добываемого металла во всем мире выбывает из технического употребления в результате коррозии, при этом 2/3 прокорродированного металла ре­генерируется в результате переплавки металлолома (скрапа), а остальная часть, со­ставляющая около 10% от количества выплавляемого металла, теряется в виде пыли.

С развитием промышленного потенциала во всех странах темп роста коррози­онных потерь стал превышать темп роста металлического фонда.

Безвозвратные потери от коррозии, значительно ускоряют использование природных ресурсов, но еще больший вред от коррозии связан с выходом из строя металлических конструкций, стоимость которых значительно превышает стоимость металла. Значительные убытки народному хозяйству наносят связанные с коррозией аварии машин и сооружений, порча продукции заводов пищевой и химической про­мышленности, происходящая вследствие загрязнения, а также простои оборудова­ния, связанные с его ремонтом.

В промышленно развитых странах убытки от коррозии составляют примерно 5-10% от национального дохода. Так, в США общие убытки причиняемые коррозией составляют околев 70 млрд. долл. в год.

Классификация коррози о нных процессов .

По механизму протекания процесса различают химическую и электрохимиче­скую виды коррозии.

Коррозия по условиям протекания бывает следующая: газовая, в неэлектроли­тах, атмосферная, в электролитах, почвенная, коррозия внешним током, контактная, структурная, коррозия под напряжением, коррозия при трении, щелевая, биокорро­зия.

По характеру коррозионного разрушения коррозия бывает следующей: общая (сплошная) и местная.

Химическая коррозия металлов .

Эта коррозия возникает при действии на металлы сухих газов (продуктов го­рения топлива и др.) и жидких неэлектролитов (Нефти, бензина и тп.). В большинстве случаев продукты газовой коррозии образуются и остаются на металле в виде плен­ки, характер которой определяет ее защитные свойства. Эти плёнки на металлах по толщине могут быть подразделены на 3 группы: тонкие (невидимые) (до 400 А⁰), средние (от 400 до 5000 А⁰), дающие цвета побежаности, толстые (видимые, толщиной свыше 5000 А⁰ - термическая окалина и др. Защитными свойствами могут обладать только плёнки, покрывающие сплошным слоем всю поверхность металла.

Электрохимическая коррозия металлов .

Основное отличие электрохимического механизма коррозии металлов от чисто химического заключается в том, что взаимодействие среды с металлом разделается на два в значительной степени самостоятельных процесса: анодный и катодный.

 В большинстве случаев для электрохимической коррозии характерна локали­зация анодного и катодного процессов на различных участках.

В общем электрохимическая коррозия аналогична реакции в гальваническом элементе.

Условно металлы стоящие в ряду напряжений выше водорода, называют электроотрицательными а ниже электроположительными.

Потенциал, который возникает при погружении металла в электролит, называется электродным потенциалом металла.

Если два различных металла в электролите привести в соприкосновение, то они образуют гальванический элемент, в котором металл с более отрицательным по­тенциалом будет анодом, а с более положительным - катодом. В качестве примера можно взять железо и никель, помещенные в раствор серной кислоты. Так как потен­циал железа отрицательнее потенциала никеля, железо станет анодом, этой гальвани­ческой пары и будет растворяться.

Коррозию металлов можно рассматривать как результат действия множества коррозионных микроэлементов, находящихся на поверхности металла в соприкосно­вении с электролитом.

Вещества, прибавление которых уменьшает процесс поляризации, называют деполяризаторами.

Неорганические кислоты .

Среди 22 видов неорганических кислот в наибольших количествах производится серная, азотная, соляная и фосфорная.

Серная кислота Н₂ S О ₄ - самая дешевая и потому производимая в наибольших количествах. Это прозрачная тяжелая маслянистая жидкость, плотностью 1,84 г/см³. Для удобства транспортировки выпускается при концентрациях, имеющих темпера­туру замерзания ниже -17⁰С. Потребителям поставляется в виде башенной кислоты (74-75%), купоросного масла (90,5-92,5%), аккумуляторной кислоты (92-94%) и оле­ума. Применяется для получения других кислот (фосфорной, соляной), солей (медно­го купороса и др.), минеральных удобрений, различных органических соединений, капролактана, искусственного шелка, для очистки нефтепродуктов от примесей.

Азотная кислота HNO ₃, - бесцветная жидкость с плотностью. 1,52 г/см³ и высо­кой окислительной способностью. В контакте с органическими материалами само­возгорается. Применяется разбавленная (45-55%) в производстве азотных и ком­плексных удобрений, гальванотехнике, полиграфии; концентрированная и специаль­ная (75-98%) - в производстве взрывчатых веществ, полупроводниковых материалов, полупродуктов для получения синтетических красителей.

Соляная кислота HCl - или хлористоводородная, бесцветная слегка желтова­тая жидкость с резким запахом, плотность 1,18 г/см³, обладает высокой химической активностью, разрушает все металлы, кроме платины и золота, а зависимости от способа получения выпускается концентрированной от 19 до 38%. В промышленно­сти используется для получения хлористых солей (бария, цинка, аммония), в гидро­металлургии - платины, золота и серебра и в гальванопластике для производства ор­ганических полупродуктов и синтетических красителей, уксусной кислоты, активированного угля, при дублении и крашении кожи и т.д.

Фосфорная кислота H ₃ PO ₄ - прозрачная , слабо желтая жидкость, плотностью 1,87 г/см³. При концентрации более 88,7% - представляет бесцветные кристаллы. Промышленность - выступает экстракционную (50%-ную) фосфорную кислоту, полу­чаемую разложением апатитового концентрата серной кислотой, и термическую (73%-ную); получаемую при поглощении водой Р₂О₅, образующегося при сжигании фосфора. Применяется для производства фосфорных и комплексных удобрений фосфорнокислых солей аммония, натрия, кальция, кинопленки, спичек, в процессах органического синтеза, в производстве активированного угля, а в пищевой промыш­ленности - для получения газированных вод, кондитерских порошков.

 

Щелочи и содовые продукты .

Щелочи и содовые продукты - это растворимые в воде гидроксиды аммиака, щелочных и щелочноземельных металлов, а также углекислые соли щелочных метал­лов (при гидролизе имеют щелочную реакцию). В наибольших масштабах произво­дится: гидроксид натрия (каустическая сода, каустик, едкий натр), кальцинированная сода, гидрокарбонат натрия, аммиачная вода.

Гидроксид натрия N аОН - сильная щелочь, получаемая химическим способом или электролизом водного раствора кухонной соли. Твердый NаОН - белая непро­зрачная весьма гигроскопичная масса. Используется для производства искусственных, волокон, мыла, синтетических красителей, в текстильной и металлургической про­мышленности.

Кальцинированная сода N а ₂ СО ₃ , - легкорастворимый белый мелкий кристалли­ческий порошок. Получается насыщением водного раствора поваренной соли ам­миаком, а затем углекислым газом. Затем после прокаливания и получается кальци­нированная сода. Применяется в производстве оптического и электровакуумного стекла, едкого натра, в мыловаренной, стекольной, текстильной, целлюлозно-бумажной, лакокрасочной, химической, кожевенной промышленности и для бытовых нужд.

Гидрокарбонат натрия ( пищевая сода ) N аНСО₃ , является промежуточным продуктом при получении кальцинированной соды. Используется в органическом синте­зе, пищевой промышленности, медицине и быту.

Аммиачная вода - раствор аммиака в воде. Является побочным продуктом при получении кокса и синтетического аммиака. Применяется в производстве азотной кислоты, кальцинированной соды, сульфата аммония, синтетических красителей, в медицине, а также в сельском хозяйстве в качестве жидкого азотного удобрения.

 

Минеральные удобрения .

Для нормального роста растениям необходима азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера, вносимые в больших (макро) количествах, а также бор, йод, цинк, молибден, марганец, медь, кобальт и др., вносимые в микроколичествах. Все они ускоряют биохимические процессы формирования и роста растений. Так, азот, фосфор, сера участвуют в синтезе белка, кальций содержится в растительных тканях, магний входит в состав хлорофилла, железо участвует в его образовании, калий сти­мулирует обмен веществ в растениях. Все эти элементы необходимо вносить в почву во избежание её истощения и уменьшения урожайности.

Минеральные удобрения при правильном их использовании обеспечивают прирост урожая на 30-70%. Кроме того, они улучшают качество продукции - повышают содержание сахара в свекле и винограде, крахмала в картофеле, белка в зерне, увеличивают прочность волокон льна и хлопка. Наряду с этим минеральные удобрения повышают устойчивость растений к болезням, засухе и холоду.

Использование минеральных удобрений в зерновом хозяйстве снижает общие затраты труда на выращивание, урожая на 35-40% и себестоимость зерна на 20%. Применение каждого миллиона тонн минеральных удобрений при выращивании основных видов сельскохозяйственных культур позволяет сберечь 85-100 млн. чел. ч. труда.

Производимый в настоящее время ассортимент минеральных удобрений имеет более 50 наименований. Минеральные удобрения выпускают в жидком и твердом виде. Жидкие экономически выгоднее, так как технология их производства проще, но требуются специальные склады и транспортные средства (это аммиачная вода и ам­миакаты). Твердые удобрения выпускают в гранулированном и мелкокристалличе­ском виде (однако выпуск последних не выгоден из-за неудобства применения и хра­нения).

По числу питательных элементов удобрения классифицируются на простые, содержащие один элемент (например, жидкий аммиак, мочевина, хлористый калий) и комплексные, содержащие несколько питательных элементов.

По концентрации удобрения делятся на концентрированные (более 37,5% N или других составляющих) и неконцентрированные (18-20% N или др. составляю­щих).

По физиологическому воздействию на почву различают кислые, щелочные и нейтральные удобрения (например: кислые - сульфат аммония; щелочные - нитрат натрия; нейтральные - калийная селитра).

По основному компоненту минеральные удобрения подразделяются на азот­ные, фосфорные, калийные и др., выпуск которых соответствует примерно соотно­шению 50:30:17:3.

Азотные удобрения - это органические и неорганические азотосодержашие ве­щества. Хорошо растворимы в воде гигроскопичны. Наиболее распространенными являются: безводный аммиак (82,3% N); карбомид или мочевина (46,6% N); аммиач­ная селитра (34-35% N); сульфат аммония (20,5-21% N).

Фосфорные удобрения - минеральные удобрения, содержащие фосфор. Фосфор усваивается растениями в виде Р₂О₅, стимулируя в них синтез хлорофилла, жиров и витаминов. По степени растворимости фосфорные удобрения делятся на водораство­римые (двойной суперфосфат, аммофос), усвояемые (преципитат, обесфторенный фосфат) и труднорастворимые (фосфористая мука). Выпускаются соответственно в виде: гранул, порошков среднего и мелкого помола. Так, двойной суперфосфат со­держит 44-52% Р₂О₅, преципитат (32-44% Р₂О₅), обесфторенный фосфат (36-41% Р₂О₅) и фосфоритная мука (18-26% Р₂О₅).

Калийные удобрения . Калий необходим для фотосинтеза и роста растений, формирования стебля, сахаристости, мякоти и аромата плодов. Калийные удобрения получают переработкой калийных солей сильвинита и карналлита, которые содер­жат 58-60% оксидов кальция. Для сельскохозяйственных культур, чувствительных к ионам хлора (картофеле, табак, виноград, цитрусовые), калийные удобрения выпус­кают в виде сульфата калия. Кроме концентрированных используют калийные удоб­рения в виде размолотого сильвинита, каинита либо их смесь с хлористым калием.

Комплексные удобрения содержат несколько питательных элементов. По спо­собу производства эти удобрения подразделяются на смешанные и сложные. Сме­шанные получаются механическим смешиванием, а сложные при химическом взаи­модействии полуфабрикатов.

Комплексные удобрения по отношению N:Р₂О₅:K₂O производят 10-12 комбина­ций и составляют 80% всех выпускаемых удобрений.

 

10.3. Нефть и нефтепродукты .

 

Нефть .

Нефть - представляет собой вязкую маслянистую жидкость с характерным за­пахом. Цвет нефти (зависит от растворенных в ней смол) - черный, темно-бурый иногда буро-зеленоватый. Встречается слабоокрашенная в желто-зеленый и даже бес­цветная нефть. Многие виды нефти флуоресцируют (легкие - голубоватым, тяжелые - желто-бурым цветом). В воде нефть практически не растворима, но иногда образует с ней устойчивые эмульсии.

Плотность нефти колеблется от 0,73 до 1,06 г/см³. Нефть, плотность которой ниже 0,9 г/см³ называется легкой (бензиновой), выше – тяжелой. Теплотворная способность 40-46 МДж/кг, температура кипения легкой нефти 50-100°С, температура застывания зависит от содержания в ней твердых углеводородов и смолистых ве­ществ и колеблется от -12 до -80°С.

В химическом отношении нефть представляет собой смесь углеводородов и уг­леродистых соединений, а также кислорода, азота, серы и других элементов.

Различают элементарный, групповой и фракционный состав нефти.

Элементарный состав нефти (в процентах по массе): 83-87% C; 12-14% Н; 0,01-3,0% N; 0,1-2,0% O; 0,03-1,7% S.

Групповой состав нефти (в зависимости от содержания различных углеводо­родов): алканы (парафиновые углеводороды) до 70%; цикланы (нафтеновые углево­дороды) - до 75%; арены (ароматические углеводороды) до 35%.

Фракционный состав - определяется разделением нефти по различной температуре кипения составных частей. Фракция нефти - это ее доля (труппа углеводоро­дов), выкипающая в определенном интервале температур. Например, бензиновая, выкипающая при температуре до 200°C, легроиновая - до 230°С, керосиновая – до 300°С и др.

В основе классификации нефти лежит ее химический состав.

По содержанию серы нефть подразделяют на 3 класса: I - малосернистая (не более 0,5% S): II- сернистая (0,51-2,0% S); III- высокосернистая (более 2% S).

 В зависимости от потенциального суммарного содержания топлива (фракций, выкипающих до 350°С) нефть подразделяется на три типа (T₁;T;₂T₃), для которых выход топливных фракций составляет соответственно не менее 45; 30-44,9 и менее 30%).

В зависимости от потенциального суммарного содержания базовых , дистиллятных и остаточных масел нефть делится на 4 группы (М₁, М₂. М₃, М₄). Для этих групп выход масел в пересчёте на нефть составляет соответственно: 25; 15-25, менее 15%. Нефти с выходом масел более 20% называют масляными.

По качеству получаемых масел различают нефть, двух подгрупп (И₁, И₂), для которых индекс вязкости базовых масел соответственно более 85 и 40-85.

В зависимости от содержания парафина и возможности получения топлива для реактивных двигателей зимних или летних дизельных топлив и дистиллятных базо­вых масел нефти делят на три типа (П₁, П₂, П₃). Содержание парафина в каждой из них соответственно не белее 1,5; 1,51-6,0: более 6,0%.

По содержанию основного углеродного компонента нефть подразделяется на метановую (парафиновую), нафтеновую и ароматическую, по содержанию смол - на малосмолистую (до 8%), смолистую (8-28%) и сильносмолистую.

По месторождению нефть можно разделить на морскую и материковую. В на­стоящее время около 1/3 всей нефти в мире добывается со дна морей. Почти вся до­бываемая, в мире нефть извлекается из скважин, проходимых бурением.

К основным методам скважинного способа добычи относятся фонтанный , при котором нефть естественно фонтанирует через скважину вытесняется из залежи пластовым давлением, и механический - с применением различных механических уст­ройств, из которых наиболее распространены: компрессорный, штанговая и бесштанговая глубинно-насосная эксплуатация.

 

Нефтепродукты .

Переработкой нефти получают продукты более 10 тыс. наименований. По объёму потребления наибольшую значимость имеет искусственное жидкое топливо (карбюраторное, дизельное, котельное, реактивное и др.), смазочные масла конси­стентные смазки, конструкционные масла и технологические жидкости.

Карбюраторное топливо предназначено для двигателей внутреннего сгорания с зажиганием от электрической искры. Основной показатель детонационная стой­кость, оцениваемая октановым числом, изменяющимся от 0 до 100. Октановое число определяется процентным содержанием малосклонного к детонации изооктана по сравнению с присутствующим в топливе нормальным гектаном, сгорающим со взры­вом и вызывающим преждевременный износ двигателя.

Поскольку детонационная стойкость изооктана условно принята за 100 единиц, а н-гектана за 0, качество топлива тем лучше, чем больше в нем изооктана и. следовательно, чем выше октановое число. Автомобильные бензины имеют октано­вое число 66, 72, 76, 93, 95 и 98; авиационные - 70, 91, 95, 100; тракторный лигроин - 54. Повышение октанового числа достигается использованием более совершенных приемов каталитического крекинга, риформинга, анилирования и изомеризации нефтяных фракций, увеличением содержания ароматических углеводородов, а также добавлением к бензину тетраэтилсвинца.

Дизельное топливо используется в поршневых двигателях, воспламеняется от сжатия, необходимая температура воспламенения 550-600°С. Основной показатель воспламеняемости - цетановое число, характеризующее склонность дизельного топ­лива к воспламенению. Цетановое число определяется по эталонной смеси сравнени­ем легко воспламеняющегося цетана и трудно воспламеняющегося a-метилнафталина. Чем больше цетановое число, т.е. чем больше в топливе парафинов и меньше ароматических соединений, тем выше качество дизельного топлива. Для тихоходных двигателей (с числом оборотов менее 1000 об/мин) используются соляро­вые наела с цетановым числом меньше 40, для быстроходных - с цетановым числом от 40 до 50. В дизельных топливах всех марок, так же как и в карбюраторных, строго регламентируется кислотность, щелочность содержание серы и влаги, поскольку они сокращают срок службы двигателя.

Котельное топливо используют в паровых котлах, электростанциях, парогене­раторах и котельных установках, промышленных печах. К этому виду топлива относятся мазуты (продукты прямой перегонки нефти), жидкие продукты переработки каменных углей и горючих сланцев, гудроны.

Реактивное топливо применяется в реактивных и газотурбинных двигателях, получают его из нефти фракционной перегонкой. В основном это керосины, содержащие бензиновые и утяжеленные фракции и различные присадки. Присадки уско­ряют отстаивание механических примесей, увеличивают термическую стабильности, усиливают смазывающие и ослабляют абразивные свойства продуктов сгорания.

Смазочные масла , получают перегонкой мазута под вакуумом; применяются они во всех движущихся деталях для уменьшения трения и отвода теплоты. Лучшее сырье - малосмолистые и малопарафинистые нефти. По назначению классифициру­ются на моторные, индустриальные, турбинные, компрессорные, цилиндровые, трансмиссионные и т.д., а по теплоте застывания на зимние и летние. Тщательно очищенная узкая фракция некоторых масляных дистилляторов используется элек­тротехнике для заполнения масляных трансформаторов, выключателей реостатов. Применяемое для этих целей трансформаторное масло является хорошим диэлек­триком и теплотворящей средой.

Для повышения рабочих свойств масел и смазок к ним добавляют в небольших количествах присадки.

Основными характеристиками смазочных масел является вязкость, температура вспышки и застывания. Вязкостью называют свойство слоев смазки сопротивляться относительному сдвигу. С повышением температуры, вязкость масел резко снижается. Вязкость масел выбирают с учетом давления и относительной скорости трущейся пары. С увеличением давления и уменьшением скорости применяют более вязкие масла. Температура вспышки - это температура при которой пары масла, на­гретые в определенных условиях, вспыхивают при поднесении пламени. Температура застывания - это температура, при которой масло теряет текучесть.

Консистентные ( пластичные ) смазки получают добавлением к смазочным маслам загустителей (мыла, церезина, сульфидов, силикатов). Это улучшает их вязко­стно-температурные свойства и делает пригодным к применению в случаях, когда обычная жидкая смазка не может быть использована из-за особых условий работы и конструкции узла, трения. Так антифрикционные консистентные смазки применяют для уменьшения трения и износа, защитные - для предохранения металлических де­талей от коррозии, уплотнительные - для герметизации различных соединений. Вве­дением специальных присадок таким смазкам придают повышенную стойкость к аг­рессивным средам, высоким и низким температурам, влаге и т.д.

Основными показателями пластичных смазок является температура каплепадения и число пенетрации. Для того чтобы смазка не вытекала из-под трущихся по­верхностей, температура ее каплепадения должна быть на 15-20°C выше рабочей температуры узла трения. Число пенетрации характеризует густоту смазки. Чем вы­ше число пенетрации, тем она более подвижная.

Конструкционные масла . Это масла и жидкости, применяемые для передачи импульса давления в гидропередачах, тормозных системах и амортизаторах, в качестве рабочих жидких тел в насосах, прессах, холодильных системах и т.п. В зависимо­сти от назначения они обладают специфическими свойствами (несжимаемость, теплоемкость, незамерзаемость, испаряемость и др.), но должны быть нейтральными, защищать системы от коррозии, обладать смазывающими свойствами и стабильностью с течением времени. Кроме того, в некоторых аппаратах, установках и узлах машин применяют хладоны и антифризы. Хладоны - хладагенты в холодильных сис­темах и в качестве растворителя в процессах очистки; антифризы - незамерзающие жидкости для систем охлаждения. Выпускаемый промышленностью антифриз (Тосол - А40) содержит специальные антикоррозионные и смазывающие присадки. Гидрофобизирующие жидкости предназначены для придания водоотталкивающих свойств тканям, бумаге, строительным материалам.

Технологические жидкости . Это вспомогательные вещества, которые служат для ускорения, технологических операций. К ним относят смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и моющие средства (МС).

Смазочно-охлаждающие жидкости служат для облегчения происков обработ­ки металлов резанием или давлением за счет создания смазывающей пленки, умень­шения трения заготовки об инструмент и улучшения отвода тепла. СОЖ представ­ляют водные эмульсии, в состав которых в определенной пропорции входят вода, масло, ингибитор коррозии, поверхностно-активные вещества, повышающие смачи­вающие свойства жидкости и эмульгаторы, способствующие длительному хранению эмульсии и предотвращающие ее разделение на воду и масло.

Моющие средства подразделяют на синтетические (СМС) и растворяющее-эмульгирующие (РЭС) и растворители. Эти средства предназначены для очистки де­талей и изделий от различных загрязнений, мешающих проведению технологических операций. СМС применяют в виде водных растворов при концентрации 5-20 г/т и температуре 50-85°C.

10.4. Полимеры и пластические массы.

 

Классификация пластмасс .

Физико-механические свойства пластмасс в наибольшей степени определяются природой полимера, а также в значительной степени характеризуется наполнителем (древесным углем, хлопковыми очесами, бумагой, графитом, цементам, сажей, тка­нями и т.д.). В качестве пластификаторов в пластмассах используют: дамфару, олеи­новую кислоту, дихлорэтан и др. В качестве смазочных веществ применяют в пласт­массах стеарин и воск.

В настоящее время существуют различные направления в классификации пла­стмасс.

В зависимости от вида связей между молекулами полимеров и их поведения при повышенных температурах пластмассы разделяют на термопластичные (термо­пласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты получают на основе полимеров, молекулы которых связаны сла­быми межмолекулярными силами. Наличие таких межмолекулярных связей позволя­ет полимеру много раз размягчаться при нагревании и твердость при охлаждении, не теряя свои первоначальные свойства. К термопластам относят: полиэтилен, капрон, полиамиды, поливинилхлорид, винипласты, фторопласты, органическое стекло и др.

Реактопласты получают на основе полимеров, молекулы которых наряду с макромолекулярными силами могут связываться химически. Возникновение прочных химических связей в полимерах происходит при нагревании или при введении отверждающих добавок – отвердителей. В результате введения отвердителя образуется пространственная молекулярная сетка и молекулы отвердителя становятся частями этой сетки. При возникновении химических связей полимер превращается в жесткое неплавящееся и нерастворимое, тело. Примером реактопластов могут служить эпок­сидные я полиэфирные смолы, фенопласты и др.

Пластмассы разделяют на пластики и эластики. Первые называют жесткими, они имеют незначительное относительное удлинение, вторые - мягкими, они имеют большое относительное удлинение и малую упругость.

В зависимости от химической природы и методов получения полимеров пластмассы разделяют на 4 класса:

Класс А - пластмассы на основе синтетических полимеров, получаемых цепной полимеризацией;

Класс Б - пластмассы на основе синтетических полимеров, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией;

Класс В - пластмассы, получаемые на основе химически модифицированных природных полимеров;

Класс Г - пластмассы, получаемые на основе природных и нефтяных асфальтов, а также различных пеков (битумов).

По составу пластмассы разделяют на две группы – наполненные и наполненные (композиционные).

Наполненные пластмассы - это полимеры в чистом виде, например, полиэтилен, полиамид, органическое стекло и др.

Наполненные пластмассы - это сложные композиции, содержащие кроме по­лимера различные добавки. Добавки позволяют изменять свойства полимера в нуж­ном направлении. Наполнители упрочняют материал, удешевляют его и придают ему специальные свойства, например, повышают теплостойкость, уменьшают усадку и т.д.

Получила распространение классификация пластмасс по убывающему влия­нию наполнителя. Согласно этой классификации все товарные пластмассы разделяются на семь классов:

I – с листовым наполнителем;

II – с волокнистым наполнителем;

III – с порошковым наполнителем;

IV – без наполнителя;

V – с газовым наполнителем;

VI – с различными наполнителями;

VII – профильные пластмассы.

 

Каучуки.

Каучук - это эластичный полимерный материал, получаемый коагуляцией (свариванием, сгущением) латекса каучуконосных растений (натуральный каучук) или полимеризацией различных мономеров (синтетический каучук).

Натуральный каучук получают из млечного сока тропического дерева гевеи, где он содержится в виде отдельных включений в клетках коры или листьев. Однако производство каучука из таких растений экономически нецелесообразно.

Синтетический каучук начали получать с 30-х годов XX столетия и он посте­пенно вытеснил натуральный каучук. Ассортимент синтетических каучуков насчиты­вает более 30 типов. Получают синтетические каучуки из нефти.

 

Резиновые материалы.

Резина - продукт химического превращения (вулканизации) синтетического и натурального каучуков. Взаимодействуя с вулканизирующими веществами, каучуки претерпевают внутренние химические изменения, в результате которых образуется резина.

Резина обладает высокой эластичностью, что позволяет изделиям из нее вы­держивать значительные деформации. Эластичность сочетается с высоким сопротив­лением разрыву, истиранием, способностью поглотать колебания, газо- и водоне­проницаемостью, химической стойкостью и ценными диэлектрическими свойствами.

Резина - это смесь различных компонентов. Свойства резиновых изделий оп­ределяются их различным соотношением. К составляющим резиновых смесей относятся каучук, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы, ус­корители, наполнители, противостарители, смягчители и красители.

Основой резиновых смесей служит натуральный или искусственный каучук. Каучук подвергается вулканизации - горячей или холодной для придания материалу требуемой прочности, упругости и т.д. В качестве вулканизирующего вещества в кау­чук вводят 2-3% серы: Так как вулканизация - длительный процесс, то для его уско­рения вводят 0,5-1,5% ускорителей вулканизации (оксид магния, оксид цинка и др.) В качестве активаторов ускорителя применяют цинковые белила и магнезию.

Для придания необходимых физико-механических свойств резиновым издели­ям в композицию вводят наполнители. Наполнители делят на порошкообразные и ткани. К порошкообразным наполнителям относят сажу, каолин, углекислый марганец, мел, тальк, сернокислый барий и др. Тканевыми силовыми наполнителями слу­жат корд и рукавные ткани.

При окислении каучука резины стареют, теряют эластичность, становятся хрупкими, т.е. при старении необратимо изменяются физико-механические свойства. Поэтому в состав резиновых смесей вводят противостарители: вазелин, воск, пара­фин, ароматические амины и др. Для облегчения совмещения каучука с порошкооб­разным наполнителем и придания, переходимой мягкости добавляют смягчители: стеариновую и олеиновую кислоты, канифоль, парафин, сосновую смолу. Красители - охру, ультрамарин и пр. вводят в количестве до 10% массы каучука.

При изготовлении резины и изделий из нее вначале получают сырую резину, представляющую собой смесь каучука с наполнителями и вулканизирующими веще­ствами. Затем сырую резину вулканизируют, нагревая до 145-150°С. Горячую вулка­низацию проводят в специальных котлах в атмосфере насыщенного водяного пара при небольших давлениях либо в горячей воде или в горячем воздухе. Если процесс формования резиновых изделий выполняют в металлических формах, то пресс-формы нагревают для совмещения формообразования с вулканизацией. При вулка­низации каучук вступает в химическое воздействие с вулканизирующими веществами и образуется эластичная резина.

В зависимости от вида каучука и количества и вида наполнителей получают изделия с самыми различными свойствами. Существуют резины кислостойкие, маслостойкие, теплостойкие и др. Свойства вулканизированных резин определяются ха­рактеристикой каучуков. Из резины изготовляют ремни, ленты, рукава, сальники, манжеты, прокладки, шины, детали электрооборудования; предметы массового по­требления и др.

Резины из синтетического бутадиенового каучука имеют удовлетворительные механические, физико-химические и эксплуатационные свойства и поэтому применя­ются для изготовления почти всех видов резиновых деталей, особенно для изготовле­ния автомобильных шин.

Нейритовые резины обладают высокой прочностью, теплостойкостью до 110-120°C, малой набухаемостью в бензинах я маслах и достаточной химической устой­чивостью.

Полисульфидные ретины имеют невысокую прочность, морозостойкость и теплостойкость, но повышенную бензо- и маслостойкость и высокую газопроницае­мость.

Изопреновые резины обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются истиранию, повышенной окисляемостью, набухаемостью и применяются в основном для изделий общего назначения.

При содержании в сырой резине более 25% серы (вулканизатора), после ее вул­канизации получается эбонит (твердая резина). Эбонит обладает высокой химиче­ской стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, легко обрабатывается, но имеет низкую теплостойкость.

 

Раздел 11. Композиционные материалы и материалы порошковой металлургии.

 

11.1. Общая характеристика и производство композиционных материалов.

 

Композиционные материалы - это искусственные материалы, получаемые сочетанием компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов является матрица (основа), другим - упрочнители (волокна, частицы). В качестве матриц используют полимерные, металлические, керамические и углеродные материалы. Упрочнителями служат волокна - стеклянные, борные, углеродные, органические, нитевидные кристаллы (карбидов, боридов, нитридов и др.) и металлические проволоки, обладающие высокой прочностью и жесткостью. При составлении композиции эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиций. Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, количественного соотношения и прочности связи между ними. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно в зависимости от назначения, получить материалы с требуемы­ми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости или получать компо­зиции с необходимыми специальными свойствами, например магнитными и т.п.

Содержание упрочнителя в композиционных материалах составляет 20-80% по объему. Свойства матрицы определяют прочность композиционного материала при сжатии и сдвиге. Свойства упрочнителя определяют прочность и жесткость компози­ционного материала.

Композиционные материалы имеют высокую прочность, жесткость, жаро­прочность и термическую стабильность, так s_в=650-1750 МПа, плотность 1,35-4,8 г/см³. Композиционные материалы (композиты) являются, весьма перспективными конструкционными материалами для многих отраслей машиностроения.

Карбоволокниты (углепласты) - это композиции из полимерной матрицы и упрочнителей в виде углеродных волокон. Для полимерной матрицы используются полиимиды, эпоксидные и фенолформальдегидные смолы. Карбоволокниты содержат наряду с угольными стеклянные волокна, что удешевляет материал. Карбоволокниты используют в химической, судостроительной и авиационной промышленности.

Бороволокниты - это композиции из полимерного связующего и упрочнителя - борных волокон. Для получения бороволокнитов применяют модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие. Бороволокниты имеют высокую прочность и при сжатии, сдвиге, высокую твердость, тепло- и электропроводность. Бороволокни­ты водо- и химостойки. Изделия из бороволокнитов применяют в космической и авиационной технике (лопатят роторы компрессоров, лопасти винтов вертолетов и др.)

Органоволокниты - это композиции из полимерного связующего и упрочнителей из синтетических волокон. Упрочнителями служат эластичные волокна: лавсан, капрон, нитрон и др. Связующими служат полиимиды, эпоксидные и фенолформальдегидные смолы. Органоволокниты имеют малую-плотность, высокую ударную вяз­кость и сравнительно высокую удельную прочность. Органоволокниты применяют в авиационной технике, электропромышленности, химическом машиностроении и др.

Металлы, армированные волокнами - композиционные материалы с металличе­ской матрицей и упрочнителями в виде волокон. Упрочнителями служат волокна бора_, углеродные волокна_, нитевидные кристаллы тугоплавких соединений, вольфрамовая или стальная проволока. Матричный материал выбирают из учета назначения композиционного материала (коррозионная стойкость, сопротивление окислению и др.) В качестве матриц используют легкие, и пластичные металлы (алюминий, маг­ний) и их сплавы. Количество упрочнителя составляет по объему 30-50%. Металлы, армированные волокнами, применяются в авиационной и ракетной технике.

Использование композиционных материалов требует в ряде случаев создания новых методов изготовления деталей и изменения принципов конструирования дета­лей и узлов машин.

 

11.2. Общая характеристика и производства материалов порошковой металлургии.

Методами порошковой металлургий должно получать сплавы из металлов, не растворяющихся друг в друге при расплавлений, а также сплавы из тугоплавких металлов и металлов особо высокой чистоты. Порошковой металлургией изготавливают как заготовки, так и разнообразные детали точных размеров. Порошковая металлургия позволяет получить пористые материалы и детали из них, а также детали, состоящие из двух (биметаллы) или нескольких различных металлов и сплавов. Методы порошковой металлургии позволяют получить материалы и детали, обладающие вы­сокой жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, с заданными стабильными магнитными свойствами, особыми физико-химическими, механическими и техноло­гическими свойствами, которые невозможно получить методами литья или обработ­кой давлением.

Процесс производства деталей и изделий из порошковых материалов заключа­ется в приготовлении металлического порошка, составлении шихты, прессования и спекания заготовок.

 

Методы получения заготовок.

Металлические порошки получают механическими и физико-химическими ме­тодами.

При механических методах порошки вырабатывают измельчением твердых или распылением жидких металлов без изменения их химического состава. Для из­мельчения твердых хрупких материалов применяют шаровые, вихревые и вибраци­онные мельницы. В зависимости от вида измельчения частицы получают соответст­венно: в виде неправильных многогранников размерами 100-1000 мкм, тарельчатой формы размером 50-200 мкм и более тонкие из хрупких карбидов. Для получения по­рошков из олова, свинца, алюминия, меди, а также из железа и стали, применяют рас­пыление струи жидкого металла кинетической энергией воздуха, воды, пара или инертных газов. Получаемые частицы порошка имеют размеры 50-350 мкм и форму, близкую к сферической.

При получении порошков физико-химическими методами происходят измене­ния химического состава и свойств исходного материала. Основными физико-химическими методами являются химическое восстановление металлов из оксидов, электролиз расплавленных солей, карбонильный метод и метод гидрогенизации. Хи­мическое восстановление оксидов металлов осуществляют газообразными или твер­дыми восстановителями, а получаемую металлическую губку подвергают размолу (этот метод является наиболее долевым из перечисленных). Порошки редких и чис­тых металлов (тантала, циркония и др.) получают электролизом расплавленных со­лей металлов в виде дендридов величиной 1-100 мкм. Карбонильный метод позволяет получать порошки магнитного железа, никеля и кобальта, в виде сфероидов величиной 1-800 мкм. Получающийся этим методом продукт при температуре 200-300°C распадается на порошок металла и оксид углерода. В основе метода гидрогенизации лежит восстановление хрома гидратом кальция. Получающаяся при этом известь вымывается водой, а порошок металла состоит из дендритов величиной 8-20 мкм. Порошки, полученные физико-химическими методами, являются наиболее тонкодисперсными и чистыми.

В зависимости от размера частиц порошки классифицируют по гранулометри­ческому составу на ультратонкие до 0,5 мкм, очень тонкие 0,5-10 мкм, тонкие 10-40 мкм, средней тонкости 40-150 мкм и крупные 150-500 мкм.

Характеристиками основных технологических свойств порошков являются насыпная масса, текучесть, прессуемость и спекаемость.

Насыпная масса - месса 1 см³ свободно насыпанного порошка в граммах. Для изготовления высокопористых изделий следует использовать порошки с малой на­сыпной массой, а для разнообразных деталей приборов и машин - с большой насып­ной массой.

Текучесть - способность порошка заполнять форму. Она характеризуется ско­ростью прохождения порошка через отверстие определённого диаметра. С уменьше­нием размера частиц порошка его текучесть ухудшается. Текучесть в большой степени влияет на равномерность заполнения формы порошком и на скорость уплотнения при прессовании.

Прессуемость - способность порошка уплотняться под действием внешней на­грузки и характеризуется прочностью сцепления частиц порошка после прессования. На прессуемость влияют пластичность материала, форма и размер частичек порошка и поверхностно-активные вещества (специально вводимые).

Под спекаемостью понимают прочность сцепления частиц, возникающую в результате термической обработки прессованных заготовок.

Приготовление шихты.

Дозированные порции порошков определенного химического и гранулометрического состава и технологических свойств смешивают в барабанах, мельницах и других устройствах. При необходимости особо равномерного перемешивания шихты применяют добавки спирта, бензина, глицерина и дистиллированной воды. Иногда в процессе смешивания вводят технологические присадки различного назначения: пластификаторы, облегчающие прессование (парафин, стеарин, глицерин и др.), легко­плавкие присадки, летучие вещества, позволяющие получать изделия с заданной прочностью.

Формование заготовок и изделий.

Формование заготовок и деталей производят прессованием в холодном или горячем состоянии, прокаткой и др. способами.

При холодном прессовании в матрицу прессформы засыпают шихту и рабочим пуансоном производят прессование. После снятия давления изделие выпрессовывают из матрицы выталкивающим пуансоном. В процессе прессования частицы порошка подвергаются упругой и пластической деформациям, при этом резко увеличивается контакт между частицами порошка и уменьшается пористость, что дает возможность получить заготовку нужней формы и достаточной прочности. Прессование выпол­няют на гидравлических или механических прессах. Давление прессования составляет 200-1000 МПа в зависимости от состава порошка и назначения изделия.

При горячем прессовании в пресс-форме изделие не только формуется, но и подвергается спеканию, что позволяет получать беспористый материал с высокими физико-механическими свойствами. Горячее прессование можно осуществить в ва­кууме, в защитной или восстановительной атмосфере, в широком интервале температур (1200-1800°С) и при более низких давлениях, чем холодное прессование. Прило­жение давления обычно производится после нагрева порошков до требуемой темпе­ратуры. Этим методом получают изделия из трудно-деформируемых материалов (боридов, карбидов и др.).

Прокатка металлических порошков является непрерывным процессом получе­ния изделий в виде лент, проволоки, полос путем деформирования в холодном или реже в горячем состояния. Прокатку производят в вертикальном, наклонном и гори­зонтальном направлениях. Наилучшие условия формования изделия создаются при вертикальной прокатке. Сначала порошок их бункера поступает в зазор между вра­щающимися обжимными валками и обжимается в заготовку, которая направляется в проходную печь для спекания, а затем прокатывается в чистовых валках. Объем по­рошка при прокатке уменьшается в несколько раз. При прокатке ленты отношение диаметра валков к толщине ленты должно находиться в пределах от 100:1 до 300:1. Скорость прокатки порошков значительно меньше скорости прокатки литья металлов и ограничивается текучестью порошка. Прокаткой можно получать однослойные и многослойные изделия, ленты толщиной 0,025-3 мм и шириной до 300 мм, прово­локу диаметром от 0,25 мм и более и т.п. Непрерывность процесса обеспечивает высокую производительность и возможность автоматизации.

Спекание заготовок и деталей.

Для придания дигамм и изделиям необходимой прочности в твердости их подвергают спеканию. Операция спекания сострит в нагреве и выдержке изделий не­которое время в печи при температуре, примерно равной 0,6-0,8 температуры плавления основного компонента. Спекание, производят в электропечах сопротивления, индукционным нагревом или посредством пропускания тока через спекаемое изде­лие. Для предотвращения окисления металлических порошков спекание ведут в арго­не, гелии, вакууме или в среда водорода. Во избежание коробления тонкие и плоские детали спекают под давлением. Спекание производят двумя методами: без появления жидкой фазы и с появлением жидкой фазы. При спекании идет прорастание кристал­лов один в другой и, в результате получаются прочные спекшиеся сростки, или обво­лакивание твердой фазы (тугоплавких соединения) жидкой фазой (легкоплавких со­единений).

Отделочные операции.

Для придания изделиям окончательной формы и точных размеров готовые из­делия после спекания подвергают: калиброванию, обработке резанием, химико-термической обработке, обработке электрофизическими методами.

 

Раздел 12. Строительные материалы.

 

Системы технологий

 

 

Часть 3.

Важнейшие виды промышленных материалов.

 

Учебное пособие

для студентов специальностей

направлений базово высшего образования:

«Экономика и предпринимательство» и «Менеджмент»

 

Мариуполь, 2007

Учебное пособие

 

 

Человань Фрол Михайлович

 

Системы технологий

 

Часть 3

Важнейшие виды промышленных материалов

 

Рецензенты:

А.А. Мелихов, кандидат экономических наук (заведующий кафедрой экономики предприятий ПГТУ);

А. Л. Хотомлянский, кандидат технических наук (доцент кафедры экономики предприятий ПГТУ):

 

 

Ф. М. Человань. Системы технологий, Учебное пособие в 4-х частях. Издание ПГТУ, Мариуполь, 2007г.

В учебном пособии рассмотрены технологические и экологические про­блемы экономики Украины; основные понятия и определения технологии, сы­рье, вода, воздух и энергия в промышленности; основные технологические про­цессы производства промышленных материалов; их характеристика, свойства и способы улучшения; основы разработки технологических процессов и их опти­мизация. Приведены технологические процессы, применяемые для производст­ва заготовок и деталей, конструкций и сооружений. Это позволяет осмысленно охватить и проанализировать всю обширность знаний современной промыш­ленности, что дает возможность принимать экономически оптимальные реше­ния и прогнозировать развитие многофакторных технологических процессов и улучшать экономические показатели производства.

Пособие предназначено для студентов экономических специальностей вузов, а также может быть использовано практическими работниками в области экономики и техники.

 

Содержание

 

Часть 3. Важнейшие виды промышленных материалов .

стр.

Общая характеристика материалов. Раздел 9. Металлы и сплавы. 9.1. Общие сведения о металлах      9.1.1. Классификация металлов.      9.1.2. Кристаллическое строение.      9.1.3. Дефекты в кристаллах.      9.1.4. Кристаллизация.      9.1.5. Строение металлического слитка. 9.2. Строение характеристика металлических сплавов.      9.2.1. Основные сведения о сплавах.      9.2.2. Диаграммы состояния.      9.2.3. Диаграммы свойства состав. 9.3. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо-углерод.      9.3.1. Основные компоненты диаграммы железо-углерод.      9.3.2. Диаграмма состояния железо-углерод. 9.4. Термическая, химико-термическая и термомеханическая обработка стали.      9.4.1. Термическая обработка стали.      9.4.2. Химико-термическая обработка стали.      9.4.3. Термомеханическая обработка стали. 9.5. Цветные металлы и сплавы.      9.5.1. Алюминий и алюминиевые сплавы.      9.5.2. Медь и медные сплавы.      9.5.3. Титан, магний и их сплавы.      9.5.4. Олово, свинец, цинк и их сплавы.      9.5.5. Антифрикционные сплавы. 9.6. Благородные металлы.      9.6.1. Общие сведения о благородных металлах.      9.6.2. Золото и его сплавы.      9.6.3. Серебро и его сплавы.      9.6.4. Платина, металлы платиновой группы и их сплавы. 9.7. Классификация и маркировка сталей, чугунов и цветных металлов и сплавов.      9.7.1. Классификация и маркировка сталей.      9.7.2. Классификация и маркировка чугунов.      9.7.3. Классификация и маркировка цветных металлов и сплавов. 9.8. Свойства металлов и сплавов.      9.8.1. Физические и химические свойства.      9.8.2. Механические свойства.      9.8.3. Технологические и эксплуатационные свойства. 9.9. Коррозия и защита металлов.      9.9.1. Коррозия металлов.      9.9.2. Защита металлов от коррозии. Раздел 10. Химическая продукция и нефтепродукты, пластмассы и резиновые изделия. 10.1. Кислоты и щелочи.      10.1.1. Неорганические кислоты.      10.1.2. Щелочи и содовые продукты.

5   6 6 7 8 9 10 11 11 13 16 17 17 17 20   20 25 27 28 28 29 30 31 32 32 32 34 36 38 39   39 44 45 46 46 47 50 51 51 53   54   54 55

стр.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: