Категории: ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Силикатные (автоклавные) материалыСиликатные (автоклавные) материалы обладают широким диапазоном свойств и служат для изготовления разнообразных материалов: силикатного кирпича, изделий из плотного армированного и ячеистого силикатного бетона. Силикатные материалы готовят из смеси извести, кварцевого песка и воды путем формования и последующей термообработки в автоклавах при давлении 0,8 - 1,2 МПа и температуре 175 - 200 °С. Плотный силикатный бетон является разновидностью тяжелого цементного бетона и применяется для несущих конструкций. Ячеистые силикатные бетоны применяют для изготовления наружных ограждающих конструкций, обладающих хорошими теплотехническими свойствами и высокой заводской готовностью. Производство конструкций из силикатного бетона позволяет заменить цемент известью и снизить расход вяжущего, исключает применение щебня (гравия), что обеспечивает снижение массы и стоимости этих конструкций по сравнению с конструкциями из цементного бетона. Силикатный кирпич значительно дешевле керамического за счет сокращения топливоемкости и продолжительности технологического цикла изготовления. Показатели водостойкости и морозостойкости силикатных материалов несколько ниже, чем у цементных бетонов, что исключает их применение для конструкций, работающих во влажной среде (гидротехническое строительство и др.). Автоклавная технология дает возможность на основе общего исходного сырья получать широкий ассортимент силикатных материалов, изделий, что обеспечивает возможность изготовления комплектов конструкций для индустриального строительства. Сырьевая база для производства силикатов значительно шире, чем для бетонных и керамических изделий. В качестве заполнителей в силикатах применяют широко распространенные пески, а также шлаки и золы металлургических предприятий и ТЭЦ. Их использование позволяет дополнительно снизить расход вяжущих и стоимость изделий. Асбестоцементные материалы Асбестоцемент является цементным материалом, упрочненным асбестовым волокном. Асбестоцемент — прочный, сравнительно легкий, огнестойкий, био-и атмосферостойкий материал; изделиям в процессе изготовления можно придать различную форму, фактуру, цвет. Конструктивные качества асбестоцемента выше, чем у бетона. В современном индустриальном строительстве применяют асбестоцементные листовые материалы (для кровель и облицовки), панели для стен, плиты покрытий, трубы. Трехслойные утепленные конструкции стен и покрытий зданий позволяют снизить массу и повысить степень сборности зданий; применение асбестоцементных труб дает возможность экономить металл и увеличить срок службы трубопроводов (по сравнению с металлическими). Стекло и изделия на его основе Область применения строительного стекла и изделий на его основе за два последних десятилетия значительно расширилась. Наряду с традиционными видами строительных листовых материалов (стекло оконное, витринное) в практику прочно вошли объемные конструктивные изделия из стекла (стеклоблоки, стеклопрофилит, стеклопакеты), трубы, облицовочные материалы (плитка стеклянная), изделия из закаленного стекла (дверные полотна, стемалит), теплоизоляционные материалы (стекловолокно, пеностекло), ситаллы и шлакоситаллы. Основными свойствами, определяющими применение стекла в строительстве, являются: прозрачность, высокая прочность при сжатии, небольшая теплопроводность, твердость, химическая стойкость, изотропность. Применение новых материалов и изделий на основе стекла обеспечивают индустриализацию строительства, снижают расход древесины, улучшают теплотехнические свойства и снижают массу конструкций. Шлакоситаллы, получаемые из отходов металлургии, химической промышленности, теплоэнергетики, применяют в гидротехническом и дорожном строительстве при изготовлении плит для покрытия полов и облицовки зданий, пеношлакоси-талловых теплоизоляционных изделий. Обладая всеми положительными свойствами стекла, шлакоситаллы не лишены недостатков стекла — хрупкости, малой прочности при изгибе, малой термостойкости, так как они имеют стеклокристаллическую структуру, полученную путем направленной кристаллизации. Теплоизоляционные материалы Применение теплоизоляционных материалов (главной функцией которых является тепловая изоляция ограждающих конструкций зданий, промышленного и энергетического оборудования, трубопроводов и др.) является одним из путей ускорения технического прогресса в строительстве. Основным наиболее массовым видом теплоизоляционных материалов являются минерало-ватные плиты и маты (более 50% в общем выпуске теплоизоляционных материалов). Наиболее эффективны минераловатные маты и плиты повышенной жесткости на синтетическом связующем, имеющие объемную массу менее 200 кг/м3. Если для создания надежной теплоизоляции 1 м2 наружной стены требуется 0,64 м3 кирпича массой 1100—1200 кг или 0,32 м3 керамзитобетона массой 250 — 300 кг, то эти же функции могут быть обеспечены 0,1 м3 минераловатных изделий массой 25 — 30 кг или 0,05 м3 поропласта массой 1,5 — 2 кг. Применение эффективных теплоизоляционных материалов позволяет снизить не только массу конструкции и грузоподъемность транспортного и монтажного оборудования при возведении зданий, но и эксплуатационные расходы на отопление зданий в период всего срока службы. В качестве теплоизоляционных материалов широко применяются также древесноволокнистые плиты, изделия из стекловолокна, теплоизоляционные пластмассы, цементный фибролит и др. Металлические конструкции Конструкции из стального проката широко применяют в строительстве промышленных и гражданских зданий, мостов и других инженерных сооружений. В последние годы все шире в строительстве используют алюминиевые сплавы как конструктивный и отделочный материал. Алюминиевые сплавы обладают высоким коэффициентом конструктивного качества, малой объемной массой, стойкостью к коррозии, высокой технологичностью при обработке прессованием, прокаткой. Эти качества алюминия позволяют эффективно применять его и как конструктивно-облицовочный материал (листы профилированные, анодированные). Листовые материалы применяют для устройства перегородок, подвесных потолков и изготовления трехслойных стеновых и кровельных конструкций в сочетании с эффективными утеплителями. Однако алюминиевые сплавы пока еще остаются дорогим строительным материалом. Применение металлов позволяет создать долговечные, высокопрочные, легкие конструкции. В настоящее время развивается производство эффективных конструкций из металлических труб, гнутых профилей, структурных конструкций и конструкций на основе стального профилированного листа. Для работы конструкций под большими нагрузками (подкрановые балки, каркасы нижних этажей многоэтажных зданий) и для строительства в труднодоступных районах металлические конструкции, как правило, эффективнее железобетонных.
Глава 16 МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Для изготовления деталей (заготовок) машин, приборов, агрегатов, радиоэлектронных изделий используют конструкционные материалы и материалы специального назначения (электротехнические, полупроводниковые и др.). Конструкционные материалы подразделяют на металлические, неметаллические и композиционные. Особо большое значение в народном хозяйстве имеют металлы и их сплавы благодаря наличию комплекса свойств: высокой твердости, прочности, вязкости, пластичности, тепло- и электропроводности и др. Все металлы и сплавы делят на черные (на основе железа) и цветные. Наибольшее применение имеют сплавы, получаемые на основе меди, алюминия, цинка. Металлы и их сплавы могут находиться в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Переход металлов и их сплавов в то или иное агрегатное состояние связан с изменением температуры, давления. В твердом состоянии металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. В кристаллах атомы располагаются в строго определенном порядке, образуя при этом простые или сложные решетки. Наиболее характерными для металлов являются: объемно-центрированная кубическая (рис. 16.1, а), гранецентрированная кубическая (рис. 16.1,6) и гексагональная плотноупакованная (рис. 16.1, в) решетки. Большое влияние на развитие науки о металлах и законов построения кристаллической решетки оказали работы М. В. Ломоносова, Д. И. Менделеева, П. П. Аносова, Е. С. Федорова и Д. К. Чернова. Первичная кристаллизация металла (сплава) — процесс его перехода из жидкого в твердое состояние. В отличие от материалов, которые затвердевают при понижении температуры постепенно (рис. 16.2, а), металлы кристаллизуются при постоянной температуре, называемой критической температурой фазового превращения или теоретической температурой кристаллизации Ts. Практически же переход металла из жидкого состояния в твердое, кристаллическое проходит при температурах ниже Ts (в интервале от Ts до Тф) (рис. 16.2,6).
Рис. 16. 1
Рис. 16.2 Разность температур Ts- Тф = AT называется степенью переохлаждения. Таким образом, фазовое превращение — это скачкообразный переход металла (сплава) из одной фазы в другую под воздействием внешних факторов (температуры, давления) с изменением его свойств. Фазовые превращения могут проходить и в твердых металлах при изменении температуры. В производстве различных изделий детали (заготовки) из чистых металлов применяются очень редко. Это объясняется трудностью получения абсолютно чистых металлов и их низкими механическими свойствами. Например, в чистом железе, получаемом современной технологией, содержание примесей не превышает 0,01 %; оно практически не используется. В электротехническом производстве для изготовления электромагнитов, якорей электрических машин исполь-
Рис 16.3
зуют технически чистое железо, содержание примесей в котором находится в пределах 0,1—0,2%. В преобладающем большинстве случаев для изготовления деталей изделий применяют сплавы. Сплав может представлять собой химическое соединение, твердый раствор, механическую смесь или их совокупность. Химические соединения (интерметаллиды) наиболее характерны для элементов, относящихся к разным периодам и подгруппам периодической системы Д. И. Менделеева (например, золото — цинк, магний — свинец). Твердые растворы — это твердые фазы, включающие в различных соотношениях атомы разных элементов в одной кристаллической решетке. Механические смеси образуют вещества, не вступающие в химические соединения и не способные образовать твердые растворы. Для получения сплава с требуемыми свойствами подбирают необходимые компоненты в различных соотношениях. Свойства сплава могут изменяться от внешних факторов (температуры, давления и др.). Состояния сплавов в зависимости от температуры и соотношения компонентов иллюстрируются диаграммой состояния сплава. Следует отметить, что при изменении внешних факторов, например температуры, отдельные металлы (железо, кобальт и др.) могут приобретать новые свойства и структуру. Существование вещества с различными кристаллическими структурами и физическими свойствами называется аллотропией. Аллотропические формы обозначают буквами греческого алфавита: α, β, γ, δ. Простейшая диаграмма состояния для железа — кривая охлаждения показана на рис. 16.3.
Наиболее сложной является диаграмма состояния сплава железо - углерод, упрощенный вид которой представлен на рис. 16.4. Оба элемента (железо и углерод) обладают способностью к аллотропии. Поэтому они могут образовывать химические соединения и твердые растворы, в которых даже незначительное изменение содержания углерода ведет к изменению структуры и свойств сплава. Сплавы железо — углерод в зависимости от содержания углерода делятся на стали (содержание углерода до 2,14%) и чугуны (содержание углерода более 2,14%). Предельное содержание углерода в сплаве 6,67%. Линии диаграммы ACD и AECF соответствуют фазовым превращениям. Сплавы железо — углерод, расположенные выше линии ACD, называемой линией ликвидуса, находятся в жидком состоянии. Линия AECF называется линией солидуса. Ниже линии солидуса сплавы любой концентрации находятся в твердом состоянии. Между линиями ликвидуса и солидуса сплавы имеют жидкотвердое (двухфазное) состояние. При охлаждении жидкого сплава ниже линии АС в нем образуются кристаллы аустенита — твердого раствора углерода в железе (его аллотропической формы γ-железа). Твердый раствор углерода в α-железе называется ферритом; область чистого феррита незначительна (на диаграмме не показана). Охлаждение сплава (с высоким содержанием углерода) ниже линии CD связано с образованием цементита (первичного), т. е. устойчивого химического соединения железа с углеродом Fe3C (карбида железа). При дальнейшем понижении температуры аустенит претерпевает вторичную кристаллизацию, сопровождающуюся изменением формы кристаллической решетки и растворимости углерода. В низкоуглеродистых сплавах из аустенита выделяется феррит (ниже линии GS), в сплавах с более высоким содержанием углерода — цементит вторичный (ниже линии SE). У низкоуглеродистых сплавов (до 0,8 % С) непрерывно возрастающее количество феррита, вызванное понижением температуры, ведет к выделению углерода и насыщению им оставшегося аустенита. При 727 °С насыщенный аустенит превращается в перлит — эвтектоидную смесь цементита и феррита. Структура таких сплавов после охлаждения будет состоять из феррита и перлита. При охлаждении сплавов, содержащих углерода более 0,8% (до 2,14%), аустенитные зерна непрерывно растут за счет цементитной сетки и обедняются углеродом. При температуре 727 °С аустенит превращается в перлит, а структура охлажденного сплава будет включать перлит и цементит (вторичный). Сплав, содержащий 0,8% С, называют эвтектоидной сталью; менее 0,8% — доэвтектоидной, а более 0,8 — заэвтектоидной. Структура эвтектоидной стали — перлит. Чугуны по содержанию углерода делятся на доэвтектические (2,14-4,3% С), эвтектические (4,3% С), заэвтектические (4,3-6,67% С). Доэвтектический чугун начинает кристаллизоваться при температурах ниже линии АС. С понижением температуры содержание аустенита увеличивается, а жидкая фаза обогащается углеродом. При 1147°С происходит эвтектическое превращение чугуна с образованием ледебурита (эотектики - механической смеси аустенита и цементита). Наличие ледебурита в структуре характерно для всех видов чугуна. Часть диаграммы состояния сплава железо — углерод, относящаяся к сталям, имеет огромное значение при выборе режимов термической обработки для получения новой структуры и свойств сталей. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА (СПЛАВА) Металлы и сплавы, применяемые в качестве конструкционных материалов, подвергаются различным механическим испытаниям. Наиболее распространены испытания на прочность и твердость. Прочность — сопротивление разрушению под действием внешних сил определяют при статических испытаниях на растяжение. С этой целью из испытуемого материала изготовляют круглые (иногда плоские) образцы определенного диаметра и длины. В процессе испытания на образец дается нагрузка, которая плавно возрастает, и материал образца растягивается. Прочность характеризуется временным сопротивлением на разрыв (пределом прочности σв)
σв = Р max /А,
где Р max - наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец до разрушения; А — начальная площадь поперечного сечения образца. В нормативах (справочниках) приводятся предельные значения временного сопротивления на разрыв различных материалов, которые они выдерживают без разрушения или повреждения. Как указывалось, длина образца при испытаниях на растяжение благодаря пластичности металла увеличивается до величины lк. Отношение lк/l0 = δ называют относительным удлинением (%), по которому оценивается пластичность при растяжении материала, где l0 — начальная (расчетная) длина образца.
где h0 и hK — начальная и конечная высоты образца. Величины 5 и ∆ характеризуют статическую вязкость металлических материалов. Одним из свойств металлов является их способность сопротивляться ударным (циклическим) нагрузкам, что характеризует их ударную вязкость, которую определяют на маятниковых копрах. Сопротивление металла знакопеременным нагрузкам (усталостному разрушению) выявляется на специальных стендах, имитирующих знакопеременную нагрузку. Многие детали паровых и газовых турбин, реактивных двигателей и других изделий работают при таких высоких температурах, которые вызывают в ряде металлов и сплавов ползучесть. В этих случаях нужно выбирать материал? стойкий против ползучести. Твердостью вещества называют его способность сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела. Твердость измеряют по трем шкалам: Бринелля НВ (вдавливанием в образец стального, закаленного шарика); Роквелла HRC, HRA (алмазным конусом при различных нагрузках) и HRB (стальным закаленным шариком); Виккерса HV (алмазной пирамидой). Существуют и другие методы измерения твердости. Кроме механических свойств металлы и сплавы обладают рядом технологических свойств, к которым относятся жидкотекучесть, обрабатываемость методами пластической деформации (ковкой, штамповкой и др.), что зависит от пластичности, вязкости материала, способность принимать термическую обработку, обрабатываемость посредством резания, свариваемость и т. д. Повышение механических и технологических свойств сплавов металлов можно осуществлять введением в них особых легирующих компонентов, а также термической и химико-термической обработкой. |
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09 lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда... |