Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Силикатные (автоклавные) материалы

Силикатные (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.

h0 - hк
Показателем пластичности является также относи­тельное укорочение (при сжатии) материала

100 %

h0
∆=

 

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...