Inżynieria materiałowa i technologia materiałowa, jaki zawód? Nauka o Materiałach i Technologia

Specjalność taka jak „Nauka o materiałach i technologia” stała się ostatnio popularna wśród kandydatów. Rozważmy główne cechy tego kierunku i jego cechy.

Obszar działalności zawodowej specjalistów

Kierunek „Nauka o Materiałach i Technologia Materiałów” obejmuje:

• badania, rozwój, wykorzystanie, modyfikacja, eksploatacja, utylizacja materiałów o charakterze organicznym i nieorganicznym różnych kierunków;
• technologie ich tworzenia, kształtowania struktury, przetwarzania;
• zarządzanie jakością w zakresie budowy przyrządów i budowy maszyn, technologii rakietowej i lotniczej, sprzętu gospodarstwa domowego i sportowego, sprzętu medycznego.

Przedmioty działalności mistrzów

Specjalność „Materiałoznawstwo i technologia materiałów” związana jest z następującymi przedmiotami działalności:

• z głównymi rodzajami funkcjonalnych materiałów organicznych i nieorganicznych; materiały hybrydowe i kompozytowe; nanopowłoki i folie polimerowe;
• środki i metody diagnostyki i badań, badań i kontroli jakości folii, materiałów, powłok, półwyrobów, półproduktów, wyrobów, wszelkiego rodzaju aparatury badawczej i kontrolnej, sprzętu analitycznego, oprogramowania komputerowego do przetwarzania wyników i analizy danych ;
• technologiczne procesy produkcyjne, obróbka i modyfikacja powłok i materiałów, urządzenia, urządzenia technologiczne, systemy zarządzania łańcuchem produkcyjnym.

Specjalność „Nauka o materiałach i technologia materiałów” wymaga umiejętności analizowania dokumentacji regulacyjnej i technicznej, systemów certyfikacji produktów i materiałów oraz dokumentacji raportowej. Kapitan musi znać dokumentację dotyczącą bezpieczeństwa życia i środków ostrożności.

Obszary szkoleń

Specjalność „Nauka o Materiałach i Technologia Materiałów” związana jest z kształceniem w następujących rodzajach działalności zawodowej:

• Prace badawcze, obliczeniowe i analityczne.
• Działalność produkcyjno-projektowo-technologiczna.
• Kierunek organizacyjny i zarządczy.

Po otrzymaniu specjalizacji „materiałoznawstwo i technologia materiałów”, z jakim zawodem powinieneś pracować? Absolwent, który pomyślnie przejdzie certyfikację końcową, otrzymuje kwalifikację „mistrz inżynier”. Może znaleźć zatrudnienie w różnych firmach w celu prowadzenia działalności obliczeniowej, analitycznej i badawczej.

Ponadto specjalność „Nauka o materiałach i technologia nowych materiałów” zapewnia możliwość prowadzenia eksperymentów naukowych i stosowanych, uczestniczenia w procesach tworzenia i testowania innowacyjnych materiałów i nowych produktów.

Mistrzowie o podobnych kwalifikacjach zajmują się opracowywaniem planów pracy, programów, metod mających na celu tworzenie rekomendacji technologicznych dotyczących wprowadzania innowacji do procesu produkcyjnego oraz przygotowują określone zadania dla zwykłych pracowników.

Specyfika kierunku

Specjalność „Materiałoznawstwo i technologia materiałów konstrukcyjnych” polega na przygotowywaniu publikacji, recenzji, raportów naukowo-technicznych na podstawie wyników badań. Specjaliści tacy systematyzują informacje naukowe, inżynieryjne, patentowe dotyczące problemu badawczego, recenzje i wnioski dotyczące zrealizowanych projektów.

Inżynierowie, którzy opanowali dziedzinę „nauki o materiałach i technologii materiałowej”, zajmują się nie tylko działalnością projektową i technologiczną, ale także działalnością produkcyjną.

Cechy kierunku

Inżynierowie, którzy uzyskali tę specjalizację, zajmują się przygotowywaniem zadań związanych z opracowaniem dokumentacji projektowej oraz prowadzeniem badań patentowych mających na celu tworzenie obszarów innowacyjnych. Poszukują optymalnych możliwości przetwarzania i przetwarzania różnych materiałów, urządzeń, instalacji i ich wyposażenia technologicznego z wykorzystaniem automatycznych systemów projektowania.

Certyfikowani specjaliści oceniają opłacalność ekonomiczną danego procesu technologicznego, biorą udział w analizie alternatywnych metod produkcji, organizują przetwarzanie i przetwarzanie produktów, uczestniczą w procesie certyfikacji produktów i technologii.

Specyfika treningu

Licencjaci na tym profilu kształcą się w zakresie następujących umiejętności:

• selekcjonować informacje o dostępnych materiałach, korzystając z baz danych i różnych źródeł literackich;
• analizować, wybierać, oceniać materiały na podstawie ich właściwości użytkowych, wykonując jednocześnie kompleksową analizę strukturalną;
• komunikatywność i umiejętność pracy w zespole;
• zbierać informacje z zakresu prowadzonych eksperymentów, sporządzać raporty, recenzje, niektóre publikacje naukowe;
• sporządzać dokumenty, protokoły, protokoły doświadczeń.

Licencjaci posiadają umiejętność sprawdzania powstałych projektów pod kątem pełnej zgodności ze wszystkimi normami prawnymi. Projektują zaawansowane technologicznie procesy przeznaczone do badań wstępnych oraz projektują konstrukcje technologiczne, organizują i wyposażają stanowiska pracy w niezbędny sprzęt.

Obowiązki

Posiadacze dyplomu w dziedzinie inżynierii i technologii materiałowej są zobowiązani do przeprowadzania diagnostyki urządzeń. Szczególną uwagę zwracają na bezpieczeństwo ekologiczne w miejscu pracy. Opracowując specyfikacje techniczne dotyczące tworzenia niektórych elementów złożonych mechanizmów, inżynierowie biorą pod uwagę ich cechy operacyjne.

Po zakończeniu prac sprawdzają zgodność uzyskanych wyników z założonymi warunkami oraz bezpieczeństwo stworzonych mechanizmów. To właśnie ci specjaliści przygotowują dokumenty do rejestracji nowych obrazów i sporządzają specjalną dokumentację techniczną.

Bardzo często absolwenci rozpoczynają swoją drogę zawodową od stanowisk „inżyniera analiz chemicznych i spektralnych” oraz „inżyniera badań powłok i materiałów”.

Wniosek

Po otrzymaniu specjalności „Nauka o Materiałach i Technologia Materiałów” świeżo upieczony specjalista nie będzie miał problemów ze znalezieniem zatrudnienia. Może zostać inżynierem w dowolnej dużej fabryce lub zakładzie. Na stanowiska technologa cieplnego i defektoskopu mogą liczyć specjaliści posiadający określoną wiedzę z zakresu obróbki metali oraz dyplom ukończenia studiów wyższych.

Wystarczająca liczba przedsiębiorstw przemysłowych i organizacji przemysłu ciężkiego potrzebuje metalurgów i metalografów. Jeśli początkowo opanujesz wiedzę teoretyczną z zakresu obróbki metali, w tym przypadku możesz najpierw znaleźć pracę jako inżynier i kontynuować naukę, uzyskując specjalizację „inżynier analizy chemicznej i spektralnej” lub „inżynier badania powłok”.

Specjalność „Nauka o materiałach i technologia materiałów” stała się obecnie jedną z głównych dyscyplin dla studentów zajmujących się inżynierią mechaniczną.

Studenci badają zakres materiałów stosowanych już w przemyśle ciężkim, a także przewidują powstanie nowych substancji przeznaczonych dla przemysłu metalurgicznego.

Nauka o Materiałach i Technologia

Wstęp

Dyscyplina „Nauka o materiałach i technologia materiałów” jest jedną z głównych dyscyplin ogólnego kształcenia technicznego inżyniera bezpieczeństwa pożarowego w specjalności 330400 i opiera się na takich dyscyplinach państwowego standardu edukacyjnego wyższego szkolnictwa zawodowego, jak fizyka, chemia, matematyka, grafika inżynierska i mechanika stosowana.

Dyscyplina składa się z dwóch sekcji, skoordynowanych ze sobą strukturalnie i metodologicznie, co pozwala studentom nie tylko zrozumieć naturę materiałów inżynierskich, ale także badać ich właściwości w zależności od składu chemicznego, struktury i kolejnych obróbek. Za bardzo istotne można uznać zapoznanie się z tradycyjnymi i nowymi procesami technologicznymi wytwarzania materiałów metalicznych i niemetalowych oraz technologiami wytwarzania półfabrykatów i wyrobów gotowych.

Zaliczenie polega na samodzielnym opracowaniu przez studentów technologii szlakowej wytwarzania określonego wyrobu, uwzględniającej wszystkie możliwe etapy produkcji hutniczej. Materiały edukacyjne należy rozpatrywać w kolejności, w jakiej są prezentowane w wytycznych. Przed studiowaniem każdego tematu prosimy o uważne przeczytanie niniejszych instrukcji. Następnie, korzystając z proponowanej literatury, przepracuj materiał szkoleniowy z obowiązkowym zestawieniem notatek. Po przestudiowaniu każdego tematu odpowiedz na pytania testowe.

Wytyczne dotyczące programu dyscyplinującego

Rozpoczynając naukę na kierunku należy zrozumieć rolę produkcji metalurgicznej i mechanicznej w tworzeniu bazy materiałowo-technicznej kraju oraz zapoznać się z kierunkami postępu technicznego w tych gałęziach przemysłu.

Po zaliczeniu przedmiotu student powinien znać główne rodzaje materiałów konstrukcyjnych, metody ich wytwarzania, a także procesy technologiczne kształtowania wyrobów i części z materiałów konstrukcyjnych.

Materiały konstrukcyjne to materiały stosowane do produkcji części maszyn, konstrukcji i konstrukcji. Pojęcie „materiałów konstrukcyjnych” obejmuje metale żelazne i nieżelazne i obejmuje szeroką gamę materiałów niemetalowych, takich jak tworzywa sztuczne, materiały gumowe, a także szkła krzemianowe, ceramika szklana i ceramika. Do szczególnej grupy materiałów konstrukcyjnych zaliczają się materiały kompozytowe, materiały i wyroby metalurgii proszków. Materiały konstrukcyjne muszą spełniać określone wymagania, uwzględniając ich właściwości mechaniczne, fizykochemiczne, technologiczne i użytkowe.

Podczas studiowania przedmiotu należy zwrócić szczególną uwagę na możliwości uzyskania jednego rodzaju produktu różnymi metodami produkcji oraz umiejętność przeprowadzenia porównania techniczno-ekonomicznego tych metod.

Pytania autotestowe

1. Jakie metale i stopy są metalami nieżelaznymi?

2. Jakie metale i stopy zaliczamy do metali żelaznych?

3. Wymień główne grupy niemetalowych materiałów konstrukcyjnych.

Rozdział 1. TECHNOLOGIA MATERIAŁÓW

Technologia materiałów konstrukcyjnych to wiedza o sposobach wytwarzania materiałów i technologii ich przetwarzania w celu wytwarzania półfabrykatów i wyrobów o różnym przeznaczeniu. Dział ten systematycznie i spójnie obejmuje różne etapy nowoczesnej produkcji, które umożliwiają kształtowanie materiałów zarówno na podłożach metalicznych, jak i niemetalowych, o różnej dokładności obróbki i jakości powierzchni.

Temat 1. Podstawy produkcji metalurgicznej

Nowoczesna produkcja metalurgiczna to złożony zespół różnych gałęzi przemysłu oparty na złożach rud, węglu koksującym i obiektach energetycznych

Słuchacz musi zrozumieć schemat współczesnej produkcji metalurgicznej, biorąc pod uwagę wszystkie możliwe etapy główne i pomocnicze. Konieczna jest znajomość głównych rodzajów wyrobów hutnictwa żelaza i metali nieżelaznych.

1.1 Fizykochemiczne podstawy produkcji metalurgicznej

W przyrodzie prawie wszystkie metale, ze względu na dużą aktywność chemiczną, występują w stanie związanym w postaci różnych związków chemicznych. Ruda to naturalny minerał zawierający metal, który można wydobyć ekonomicznie korzystną metodą przemysłową. Zadaniem metalurgii jest otrzymywanie metali i stopów metali z rud i innych surowców. W tym celu, w zależności od charakteru metalu i rodzaju surowca, można zastosować różne metody. Rozumie istotę redukcji, elektrolizy i metalotermii w produkcji metalurgicznej. Rozważ główne materiały stosowane do otrzymywania metali z rud (ruda przemysłowa, topniki, paliwa, materiały ogniotrwałe).

Pytania autotestowe

1. Struktura współczesnej produkcji metalurgicznej.

2. Materiały do ​​produkcji metali i stopów.

3. Główne rodzaje procesów metalurgicznych.

1.2. Produkcja żelaza

Do wytapiania żeliwa wykorzystuje się głównie produkcję wielkopiecową. Badając proces produkcji żeliwa, należy wziąć pod uwagę projekt wielkiego pieca i jednostek pomocniczych. Materiałami wyjściowymi do produkcji żeliwa są rudy żelaza i manganu, topnik i paliwo. Badając charakterystykę rud żelaza, należy zrozumieć, że o wartości metalurgicznej rudy decyduje zawartość żelaza w rudzie, możliwość wzbogacenia rudy, obecność szkodliwych zanieczyszczeń, stan fizyczny rudy (porowatość, wielkość kawałków) oraz skład skały płonnej. Główne operacje przygotowania rudy do wytapiania obejmują kruszenie, wzbogacanie i aglomerację.

Duże znaczenie w procesach metalurgicznych mają topniki, czyli substancje dodawane podczas wytapiania rud w celu obniżenia temperatury topnienia skały płonnej i wytworzenia płynnego żużla. Ponadto topniki pomagają oczyścić metal ze szkodliwych zanieczyszczeń i usunąć popiół koksowy. Dowiedz się jakie topniki wykorzystuje się przy produkcji wielkopiecowej.

Procesy produkcji żelaza odbywają się w wysokich temperaturach. Należy zbadać właściwości i wymagania dotyczące paliwa wielkopiecowego. Konieczne jest również zapoznanie się z rodzajami materiałów ogniotrwałych (kwasowe, zasadowe, obojętne).

Istota fizyczna i chemiczna procesu wielkopiecowego jest następująca. W wielkim piecu żelazo należy oddzielić od skały płonnej, doprowadzić do stanu metalicznego i na koniec połączyć z odpowiednią ilością węgla, aby obniżyć jego temperaturę topnienia. Aby wprowadzić te zmiany, potrzebne są złożone procesy: 1) spalanie paliw; 2) redukcja tlenków żelaza i innych pierwiastków; 3) nawęglanie żelaza; 4) tworzenie się żużla. Procesy te zachodzą w piecu jednocześnie, jednak z różną intensywnością i na różnych poziomach pieca. Rozważ każdy z tych procesów.

Produktami produkcji wielkopiecowej są żeliwo i żelazostopy różnych gatunków, żużel wielkopiecowy i gaz wielkopiecowy.

Prace nad poprawą wydajności produkcji wielkopiecowej prowadzone są w kilku kierunkach: 1) ulepszanie konstrukcji pieców; 2) doskonalenie przygotowania materiałów wsadowych; 3) intensyfikacja procesu wielkopiecowego; 4) doskonalenie systemów kompleksowej mechanizacji i automatyzacji sterowania procesami wielkopiecowymi.

Pytania autotestowe

1. Opowiedz nam o procesach technologicznych przygotowania rudy do produkcji.

2. Jaka jest rola topnika w produkcji wielkopiecowej?

3. Jakiego rodzaju paliwa używa się w wielkim piecu?

4. Klasyfikacja materiałów ogniotrwałych.

5. Procesy fizykochemiczne zachodzące w wielkim piecu.

6. Narysuj schemat profilu wewnętrznego wielkiego pieca i nazwij jego główne części. Podaj przybliżone temperatury w różnych obszarach wielkiego pieca.

7. Dlaczego i w jakich jednostkach ogrzewa się powietrze dostarczane do wielkiego pieca?

8. Co uzyskuje się stosując podmuch wzbogacony w tlen, a także nawilżając podmuch?

9. Nazwij produkty hutnictwa wielkopiecowego i wskaż obszary ich zastosowania.

10. Opowiedz nam o środkach zwiększających wydajność wielkiego pieca.

1.3. Produkcja stali

Głównymi materiałami źródłowymi do produkcji stali są: surówka i złom stalowy (złom).

Stal różni się od żeliwa tym, że zawiera mniej węgla, krzemu, manganu, siarki i fosforu. Usuwanie zanieczyszczeń, czyli konwersja żeliwa w stal, następuje w wyniku reakcji utleniania zachodzących w wysokich temperaturach. Dlatego wszelkie metody przetwarzania żeliwa na stal sprowadzają się głównie do poddania żeliwa działaniu tlenu w wysokich temperaturach. Jednak w procesie selektywnego utleniania węgla i innych zanieczyszczeń roztopione żelazo pochłania również część tlenu, co negatywnie wpływa na jakość gotowej stali. Dlatego też na ostatnim etapie procesu stalowniczego nadmiar tlenu wiąże się z tlenkami innych metali i usuwa do żużla, czyli odtlenianie przeprowadza się poprzez dodanie krzemu, manganu i glinu.

Żeliwo można przerobić na stal w różnych jednostkach metalurgicznych. Najważniejsze z nich to konwertery tlenu, piece martenowskie i piece elektryczne.

Zapoznaj się z konstrukcją tych jednostek, zasadą ich działania, cechami procesu technologicznego wytwarzania w nich stali oraz technicznymi i ekonomicznymi wskaźnikami ich działania.

W niektórych przypadkach wykończona stal może nie zawsze spełniać jej wymagania. Aby uzyskać stale o szczególnie wysokiej jakości, stosuje się specjalne metody: odlewanie stali w atmosferze obojętnej; obróbka żużlem syntetycznym; odgazowanie próżniowe; Przetapianie elektrożużlowe, łukiem próżniowym, wiązką elektronów i łukiem plazmowym. Poznaj te metody.

Obecnie prawie wszystkie procesy hutnicze mają charakter cykliczny i przerywany. Zastąpienie procesu przerywanego procesem ciągłym pozwala zwiększyć produktywność jednostek i poprawić jakość stali. Zapoznaj się z zasadą działania agregatów do ciągłego wytwarzania stali.

Do postępowych metod produkcji stali (żelaza) zaliczają się metody bezdmuchowe, które pozwalają na otrzymanie żelaza metalicznego w postaci gąbki, skorupy lub ciekłego metalu bezpośrednio z rudy, z pominięciem wielkiego pieca. Konieczne jest zbadanie wzorców i cech tych procesów.

Gotową stal poddaje się odlewaniu w celu uzyskania półfabrykatów. Należy zapoznać się z budową kadzi odlewniczej i form oraz głównymi metodami odlewania stali: odlewanie odgórne, odlewanie syfonowe, odlewanie ciągłe. W/w metodami uzyskuje się półfabrykaty, które następnie wykorzystywane są do wytwarzania części różnymi metodami technologicznymi. Struktura wlewków metalowych wytwarzanych w formach ma duży wpływ na właściwości półfabrykatów. Zbadaj strukturę spokojnych i wrzących wlewków stali.

Pytania autotestowe

1. Wskaż główne różnice w składzie chemicznym żeliwa i żeliwa.

2. Opowiedz nam o fizyczno-chemicznej istocie przeróbki żeliwa w stal,

3. Cel procesu odtleniania stali.

4. Tlenowa metoda produkcji stali. Jego cechy i zalety.

5. Budowa pieca martenowskiego i zasada jego działania.

6. Cechy produkcji stali w piecach martenowskich.

7. Produkcja stali w piecach elektrycznych łukowych i indukcyjnych.

8. Jakie wskaźniki techniczno-ekonomiczne charakteryzują produkcję stali w konwertorach, piecach martenowskich i elektrycznych? Która z metod produkcji jest bardziej opłacalna ekonomicznie i dlaczego?

9. Wymieniać i opisywać metody wytwarzania stali wysokiej jakości.

10. Instalacje ciągłego wytapiania stali: budowa, zasada działania.

11. Opowiedz nam o pozadziedzinowych metodach produkcji stali (żelaza).

12. Budowa kadzi zalewowej i form.

13. Metody odlewania stali do form.

14. Zalety procesu ciągłego odlewania stali.

15. Budowa wlewka spokojnej i wrzącej stali.

1.4. Produkcja metali nieżelaznych

Produkcja miedzi. Miedź występuje w przyrodzie w postaci związków tlenkowych i siarczkowych. Opracowano hydrometalurgiczne i pirometalurgiczne metody ekstrakcji miedzi z rud miedzi. Zapoznaj się z pirometalurgiczną metodą wytwarzania miedzi, zapoznaj się z fizyko-chemiczną istotą każdego etapu schematu technologicznego produkcji miedzi.

Produkcja aluminium. Pod względem wielkości produkcji aluminium zajmuje drugie miejsce na świecie po żelazie. Głównym surowcem do produkcji aluminium jest boksyt, aluminium otrzymywane jest w procesie elektrolizy tlenku glinu rozpuszczonego w roztopionym kriolicie. Jest to proces złożony i energochłonny. Przeanalizuj schemat otrzymywania aluminium i metody jego rafinacji.

Produkcja tytanu. Tytan posiada szereg cennych właściwości: niski ciężar właściwy, wysokie właściwości mechaniczne, dobrą odporność na korozję. Według tych wskaźników tytan i jego stopy znacznie przewyższają wiele materiałów metalowych. Jednak powszechne zastosowanie tytanu w nowoczesnych technologiach utrudnia wysoki koszt tego metalu, wynikający z ogromnej trudności w wydobyciu go z rud. Jedną z najpowszechniejszych metod produkcji tytanu jest metoda magnezowo-termiczna. Poznaj tę metodę produkcji tytanu.

Pytania autotestowe

1. Wymień główne rudy miedzi.

2. Opowiedz nam o metodach wzbogacania rud miedzi.

3. Podaj uproszczony schemat produkcji miedzi.

4. Podaj schemat przemysłowy produkcji aluminium

5. Jakie są surowce do produkcji tlenku glinu i kriolitu?

6. Wymień główne rudy tytanu.

7. Opisać istotę magnezowo-termicznej metody wytwarzania tytanu.

1.5 Technologie bezodpadowe i oszczędzające zasoby w

produkcja metalurgiczna

W tworzeniu technologii bezodpadowych i niskoodpadowych w produkcji hutniczej można wyróżnić następujące obszary:

1. Kompleksowe wykorzystanie rud metali. Na przykład z rud miedzi metodą pirometalurgiczną produkcji miedzi wydobywa się nie tylko miedź, ale także złoto, srebro, selen i tellur; Oprócz tytanu żelazo otrzymuje się również z tytanomagnetytów.

2. Wykorzystanie towarzyszących materiałów górniczych. Okazuje się, że około 70% skał nadkładowych i kopalnianych trafiających na hałdy podczas wydobycia nadaje się do produkcji topników, materiałów ogniotrwałych i budowlanych. Obecnie wykorzystuje się jedynie 3-4% tego typu materiałów.

3. Wykorzystanie odpadów przemysłu koksowniczego i hutniczego. W tych branżach istnieje palący problem przetwarzania wszelkich odpadów na produkty. Obecnie realizowane są następujące procesy unieszkodliwiania odpadów: w przemyśle koksowniczym z odpadów pozyskiwany jest amoniak, leki, barwniki, naftalen i inne substancje; przy produkcji wielkopiecowej odpady wykorzystuje się do otrzymania materiałów budowlanych (żużel) oraz do podgrzania powietrza wchodzącego do wielkiego pieca (gaz górny). Podczas procesu produkcji miedzi, jako produkt uboczny, z gazowego dwutlenku siarki wytwarzany jest kwas siarkowy.

4. Tworzenie obiegów zamkniętych. Oznacza to wielokrotne wykorzystanie niektórych substancji w cyklu produkcyjnym. Na przykład przy produkcji tytanu po oczyszczeniu gąbki tytanowej odzyskany magnez jest ponownie wysyłany do produkcji - w celu renowacji tytanu.

Pytania autotestowe

1. Wymień główne kierunki tworzenia technologii bezodpadowych.

Temat 2. Podstawy otrzymywania półfabrykatów metalowych

Rozpoczynając studiowanie tej sekcji, należy zrozumieć, że kształtowanie półfabrykatów, części i produktów jest możliwe, gdy metale i stopy znajdują się w różnych stanach skupienia: stałym (formowanie, obróbka skrawaniem, spawanie), ciekłym (odlewanie), gazowym ( rozpylający). Jednym z kryteriów wyboru metody formowania półwyrobów są właściwości materiału półwyrobu, takie jak ciągliwość, twardość, spawalność, właściwości odlewnicze i szereg innych.

2.1. Podstawy technologii odlewniczej

Odlewnia to dziedzina inżynierii mechanicznej, która wytwarza kształtki poprzez wlewanie stopionego metalu do formy, której wnęka ma konfigurację części. Głównymi zaletami i zaletami produkcji odlewów są względna taniość w porównaniu z innymi metodami wytwarzania części oraz możliwość wytwarzania wyrobów o najbardziej złożonej konfiguracji z różnych stopów.

O przydatności stopów do produkcji odlewów decydują następujące właściwości odlewów: płynność, skurcz, segregacja, absorpcja gazów. Powinieneś zapoznać się z właściwościami odlewniczymi metali i stopów.

Obecnie istnieje ponad 100 różnych metod wykonywania form i produkcji odlewów. Ponadto nowoczesne metody wytwarzania półfabrykatów metodą odlewania dość szeroko zapewniają określoną dokładność, parametry chropowatości powierzchni, właściwości fizyko-mechaniczne półfabrykatów. Dlatego przy wyborze metody uzyskiwania przedmiotu obrabianego należy ocenić wszystkie zalety i wady każdej porównywanej opcji.

W ogólnej produkcji kęsów odlewanych znaczną część zajmuje odlewanie w formach piaskowo-gliniastych, co tłumaczy się jego wszechstronnością technologiczną. Ta metoda odlewania jest ekonomicznie wykonalna dla każdego rodzaju produkcji, dla części o dowolnej masie, konfiguracji, rozmiarze, do produkcji odlewów z prawie wszystkich stopów odlewniczych. Proces technologiczny wytwarzania kształtek odlewanych w formach piaskowo-gliniastych składa się ze znacznej liczby operacji: przygotowania mieszanin formierskich i rdzeniowych, wykonania form i rdzeni, zalewania form, uwalniania odlewów z form, okrawania i czyszczenia odlewów. Zmieniając sposób formowania, stosując różne materiały modelowe i mieszanki formierskie, można uzyskać odlewy o w miarę czystej powierzchni i dokładnych wymiarach.

Wykonywanie form odlewniczych z mieszanek piaskowo-gliniastych jest najbardziej złożoną i odpowiedzialną operacją. Należy zapoznać się z technologią wykonania form odlewniczych do formowania ręcznego i maszynowego oraz zapoznać się z urządzeniami technologicznymi odlewnictwa. Wybijanie i czyszczenie odlewów to procesy najbardziej pracochłonne i najmniej zmechanizowane. Należy pamiętać o sposobach wybijania odlewów, sposobach cięcia i czyszczenia odlewów, zapoznać się z wadami odlewów i sposobami ich eliminacji.

Pomimo swojej uniwersalności i niskiego kosztu, metoda odlewania w formach piaskowo-glinianych wiąże się z dużym przepływem materiałów pomocniczych i zwiększoną pracochłonnością. Dodatkowo aż 25% masy odlewów podczas obróbki zamienia się w wióry.

W porównaniu z odlewaniem w formach piaskowo-gliniastych zalety odlewów specjalnych są następujące: zwiększenie dokładności i poprawa jakości powierzchni odlewów; zmniejszenie ciężaru systemu wlewowego; gwałtowne zmniejszenie zużycia materiałów formierskich. Ponadto proces technologiczny wytwarzania odlewów specjalnymi metodami można łatwo zmechanizować i zautomatyzować, co zwiększa wydajność pracy, poprawia jakość odlewów i obniża ich koszt.

Specjalne metody odlewania obejmują: odlewanie skorupowe, odlewanie metodą traconego metalu, odlewanie ciśnieniowe, odlewanie odśrodkowe, odlewanie ciśnieniowe i ciągłe odlewanie w formie. Powinieneś dokładnie zrozumieć istotę, cechy i obszary zastosowania specjalnych rodzajów odlewów.

Pytania autotestowe

1. Znaczenie i zakres produkcji odlewniczej.

2. Klasyfikacja metod wytwarzania odlewów.

3. Główne zalety otrzymywania części odlewanych.

4. Właściwości odlewnicze stopów.

5. Materiały formierskie stosowane do produkcji form i rdzeni odlewniczych.

6. Jakie są wymagania dotyczące materiałów formierskich?

7. Podstawowe operacje przy otrzymywaniu odlewów.

8. Formowanie ręczne i maszynowe przy odlewaniu do form piaskowych i glinianych.

9. Przeznaczenie i produkcja prętów.

10. Metody wybijania i czyszczenia odlewów.

11. Opisz istotę metody odlewania metodą traconego wosku, zalety i wady tej metody.

12. Istota metody odlewania skorupowego i jej zalety.

13. Wskaż zalety odlewania w formach metalowych (formach).

14. Opisać istotę metody wtrysku.

15. Wyjaśnić istotę wytwarzania odlewów kształtowych na maszynach odśrodkowych.

16. Zakres odlewania ciągłego.

Pytania autotestowe

1. Wyjaśnić istotę procesu prasowania metodą bezpośrednią i odwrotną.

2. Podstawowe narzędzia i sprzęt do prasowania.

3. Technologia procesu prasowania.

4. Produkty prasowane.

5. Jakie są zalety i wady tłoczenia jako jednej z metod OMD?

Rysunek- odkształcenie materiałów metalowych w stanie zimnym. W procesie odkształcania plastycznego na zimno metal ulega hartowaniu (hartowaniu). Produkty do rysowania charakteryzują się wysoką dokładnością wymiarową i dobrą jakością powierzchni. Konieczne jest dobre zrozumienie operacji procesu technologicznego ciągnienia, szczególnie w operacjach wstępnego przygotowania metalu, zapoznanie się z narzędziami i sprzętem do ciągnienia, zaletami i wadami tej metody, poznanie produktów rysunek.

Pytania autotestowe

1. Istota i cechy procesu rysowania.

2. Schematy i zasady działania ciągarni.

3. Produkty do rysowania.

Produkcja profili giętych– metoda profilowania materiału arkuszowego na zimno. W tym przypadku uzyskuje się ukształtowane cienkościenne profile o bardzo złożonej konfiguracji i dużej długości. Zrozum istotę tej metody i jej zakres.

Pytania autotestowe

1. Opowiedz nam o procesie technologicznym wytwarzania profilu giętego z półwyrobu blachy.

Kucie swobodne- obróbka plastyczna metali na gorąco, podczas której przedmiot obrabiany jest odkształcany za pomocą uniwersalnego narzędzia. Podczas kucia następuje zmiana kształtu na skutek przepływu metalu w kierunkach prostopadłych do ruchu narzędzia odkształcającego – wybijaka. Kucie jest racjonalnym i ekonomicznym procesem wytwarzania wysokiej jakości detali o wysokich właściwościach mechanicznych w produkcji małoseryjnej i indywidualnej.

Zapoznaj się z przedmiotami używanymi do kucia, kucia swobodnego i powiązanymi narzędziami. Rozważ sprzęt używany w każdym zastosowaniu oraz zalety i wady kucia swobodnie matrycowego.

Pytania autotestowe

1. Jaka jest istota procesu kucia otwartego?

2. Jaki jest przedmiot obrabiany podczas kucia?

3. Jakie znasz operacje kucia otwartego i jakich narzędzi kuźniczych się używa?

Cechowanie- rodzaj odkuwki, który pozwala zmechanizować i zautomatyzować ten proces. Tłoczenie może być gorące i zimne, wolumetryczne i arkuszowe. Konieczne jest przestudiowanie podstawowych metod i operacji tłoczenia objętościowego i arkuszowego, narzędzi, sprzętu, zalet i wad. Należy zwrócić uwagę na postępowe metody tłoczenia wolumetrycznego: walcowanie krzyżowo-klinowe, ściskanie rotacyjne, tłoczenie w matrycach dzielonych itp.

Pytania autotestowe

1. Porównaj kucie i tłoczenie. Który rodzaj przetwarzania jest bardziej progresywny? Dlaczego?

2. Opisać główne etapy procesu kucia matrycowego na gorąco.

3. Jakie są półfabrykaty wyjściowe do kucia matrycowego?

4. Porównaj zalety i wady kucia matrycowego w matrycach otwartych i zamkniętych.

5. Narysuj schematy operacji kucia matrycowego na zimno.

6. Jakie są surowce i produkty do tłoczenia blachy?

7. Jakie znasz operacje tłoczenia blachy?

2.3. Podstawy technologii spawania

Spawanie jest najbardziej postępową, wysoce produktywną i bardzo ekonomiczną metodą technologiczną wytwarzania trwałych połączeń. Spawanie można uznać za operację montażową (szczególnie w budownictwie) i metodę wytwarzania detali. W wielu dziedzinach przemysłu szeroko stosowane są kombinowane części spawane, które składają się z pojedynczych detali wykonanych przy użyciu różnych procesów technologicznych i czasami różnych materiałów. Część jest dzielona na części składowe poprzez ich późniejsze spawanie, jeżeli wykonanie jej w postaci pełnego odlewu lub pełnej kucia wiąże się z dużymi trudnościami produkcyjnymi, brakiem wyposażenia, skomplikowaną obróbką lub jeżeli poszczególne części części pracują w szczególnie trudnych warunkach warunkach (zwiększone zużycie i temperatura, korozja itp.), a ich produkcja wymaga użycia droższych materiałów.

Rozpoczynając naukę działu spawalniczego należy przede wszystkim zrozumieć istotę fizyczną procesów spawalniczych, która polega na tworzeniu silnych wiązań atomowo-molekularnych pomiędzy warstwami powierzchniowymi łączonych przedmiotów. Aby uzyskać złącze spawane, należy oczyścić powierzchnie spawane z zanieczyszczeń i tlenków, zbliżyć do siebie łączone powierzchnie i nadać im trochę energii (energii aktywacji). Energia ta może być przekazywana w postaci ciepła (aktywacja termiczna) oraz w formie odkształcenia elastoplastycznego (aktywacja mechaniczna). W zależności od metody aktywacji wszystkie metody spawania dzielą się na trzy klasy: termiczną, termomechaniczną i mechaniczną.

Należy zapoznać się z możliwym źródłem ciepła podczas spawania i kryteriami spawalności materiałów, a także zwrócić uwagę na wykonalność połączeń spawanych.

Klasa cieplna spawania- połączenie poprzez topienie z wykorzystaniem energii cieplnej (łuk, elektrożużel, plazma, wiązka elektronów, laser, gaz).

Podczas spawania łukowego źródłem ciepła do topienia metalu jest łuk elektryczny powstający pomiędzy przedmiotem obrabianym a elektrodą. Studiując spawanie łukowe, student musi zapoznać się z istotą procesu łukowego, zapoznać się z technologią, sprzętem, obszarami zastosowań ręcznego spawania łukowego, a także innymi metodami spawania łukowego: automatycznym spawaniem łukiem krytym i spawaniem w trybie środowisko gazu osłonowego. Szczególną uwagę należy zwrócić na kwestię spawania elektrożużlowego. Należy rozumieć, że łuk elektryczny pali się tutaj dopiero na samym początku procesu przygotowania kąpieli żużlowej, a dalsze topienie wypełniacza i metalu nieszlachetnego osiąga się dzięki ciepłu wytwarzanemu podczas przepływu prądu elektrycznego przez kąpiel żużlową.

Spawanie wiązką elektronów w próżni, strumieniem plazmy lub wiązką lasera jest specjalną metodą spawania elektrycznego. Rozważ technologię tego rodzaju spawania, cechy połączeń spawanych i zakres zastosowania.

Szczególną cechą spawania gazowego jest wykorzystanie płomienia gazowego jako źródła ciepła. Zaleca się zbadanie procesu spalania i struktury płomienia spawalniczego, konstrukcji palnika gazowego, sprzętu i technologii spawania.

Następnie musimy rozważyć cięcie metali. Wyróżnia się trzy główne rodzaje cięcia: cięcie separacyjne, cięcie powierzchniowe i cięcie lancą tlenową. W zależności od metody podgrzewania metalu do stopienia, wyróżnia się cięcie metali tlenem, strumieniem tlenu, plazmą i łukiem powietrznym.

Pytania autotestowe

1. Wyjaśnić istotę procesu spawania łukiem elektrycznym.

2. Cechy i charakterystyka spawania elektrodami topiącymi i nietopliwymi.

3. Dlaczego elektrody metalowe są powlekane powłokami i jakimi?

4. Ręczne spawanie łukowe.

5. Narysuj schemat automatycznego spawania łukiem krytym.

6. Wyjaśnić istotę procesów spawania łukowego w środowisku ochronnym.

7. Narysuj schemat spawania elektrożużlowego.

8. Wymieniać i charakteryzować specjalne metody zgrzewania.

9. Wyjaśnić technologię spawania gazowego.

10. Opowiedz nam o zakresie spawania gazowego.

Spawanie elektryczne było rodzajem spawania charakteryzującego się krótkotrwałym nagrzewaniem złącza i spęczaniem nagrzanych elementów. Jest to wysoce produktywny rodzaj spawania, który można łatwo zautomatyzować i zmechanizować, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w budowie maszyn. Konieczne jest zapoznanie się ze zgrzewaniem elektrycznym i jego odmianami: doczołowe, punktowe, szwowe, reliefowe. Konieczne jest szczegółowe przestudiowanie technologii, trybów i wyposażenia elektrycznego spawania kontaktowego.

W zgrzewaniu dyfuzyjnym złącze powstaje w wyniku wzajemnej dyfuzji atomów wierzchnich warstw stykających się materiałów. Ta metoda spawania pozwala uzyskać wysokiej jakości połączenia metali i stopów w kombinacjach jednorodnych i niejednorodnych. Zrozumienie cech technologii i zastosowań zgrzewania dyfuzyjnego.

Pytania autotestowe

1. Narysuj i wyjaśnij schematy zgrzewania punktowego, rolkowego, liniowego i reliefowego.

2. Podaj przykłady zastosowania zgrzewania oporowego w budowie maszyn.

3. Powiedz nam, w jakich sektorach gospodarki narodowej wykorzystuje się zgrzewanie dyfuzyjne.

Zajęcia ze spawania mechanicznego- spawanie realizowane przy użyciu energii mechanicznej i ciśnienia bez wstępnego podgrzewania łączonych elementów (zgrzewanie na zimno, zgrzewanie ultradźwiękowe, zgrzewanie wybuchowe, zgrzewanie tarciowe). Konieczne jest zapoznanie się z technologią, zaletami i zakresem tego rodzaju spawania.

Pytania autotestowe

1. Rysować i wyjaśniać schematy rodzajów spawania klasy mechanicznej.

Napawanie- metoda przywracania zużytych i wzmacniania oryginalnych części. Obecnie opracowano i szeroko stosuje się różne metody napawania i powlekania. Prace nawierzchniowe służą do tworzenia warstw wierzchnich o wymaganych właściwościach na częściach. Konieczne jest zbadanie technologii różnych metod napawania, materiałów i sprzętu stosowanego w operacjach napawania.

Pytania autotestowe

1. Wskazać techniki i metody napawania.

2. Wyjaśnić zastosowania napawania.

Lutowanie- proces technologiczny łączenia półwyrobów metalowych bez ich przetapiania poprzez wprowadzenie pomiędzy nie roztopionego metalu – lutowia.

Lut ma temperaturę topnienia niższą niż temperatura topnienia łączonych metali. Powinieneś rozumieć istotę fizyczną procesów lutowania, znać metody lutowania i rodzaje połączeń lutowanych. Ważne jest, aby zrozumieć, w jakich przypadkach należy zastosować lut miękki, a w jakim twardy. Konieczne jest zbadanie obszarów zastosowań lutowania metali i stopów.

Pytania autotestowe

1. Fizyczna istota procesu lutowania.

2. Do czego służy topnik podczas lutowania?

3. Jakiego sprzętu używa się do lutowania?

Jakość złączy spawanych i lutowanych ocenia się metodami badań niszczących. Konieczne jest zbadanie wad zewnętrznych i wewnętrznych połączeń oraz metod ich kontroli.

Naruszenie warunków technologicznych spawania prowadzi w niektórych przypadkach do wystąpienia naprężeń i odkształceń w złączach spawanych. Należy zapoznać się ze środkami zwalczania naprężeń powstających podczas spawania oraz metodami korygowania odkształconych elementów i konstrukcji.

Pytania autotestowe

1. Wymień wady połączeń spawanych i lutowanych.

2. Wymienić niszczące i nieniszczące metody badania złączy spawanych i lutowanych.

3. Wymienić przyczyny występowania naprężeń własnych w konstrukcjach spawanych.

4. Jak można ograniczyć lub całkowicie wyeliminować odkształcenia konstrukcji podczas spawania?

Temat 3. Podstawy obróbki wymiarowej półfabrykatów części maszyn

Obróbka wymiarowa rozumiana jest jako nadanie części wymiarów i kształtów odpowiadających rysunkowi przy zastosowaniu różnych metod skrawania przy użyciu specjalistycznych maszyn i narzędzi. Cięcie można uznać za końcową operację w cyklu produkcyjnym różnych produktów budowy maszyn, ponieważ tylko ona zapewnia określony poziom dokładności.

3.1. Podstawowe informacje o procesie skrawania metali

Cięcie metalu ma na celu nadanie częściom wymaganej geometrii przy odpowiedniej czystości powierzchni. W tym przypadku przed rozpoczęciem obróbki przyszłą część nazywa się przedmiotem obrabianym, podczas przetwarzania przedmiot ten nazywa się przedmiotem obrabianym, a pod koniec wszystkich rodzajów obróbki uzyskuje się gotową część.

Warstwa metalu usuwana podczas obróbki nazywa się naddatkiem, ręczne usuwanie naddatku odpowiada obróbce metalu, a usuwanie naddatku na maszynach odpowiada obróbce mechanicznej.

Ruch organów wykonawczych maszyn do cięcia metalu dzieli się na roboczy i pomocniczy. Omów, jakie ruchy nazywane są robotnikami i schematycznie przedstaw je na rysunku. Należy pamiętać, że całkowity ruch narzędzia tnącego względem przedmiotu obrabianego nazywany jest wypadkowym ruchem tnącym.

Podczas cięcia uwzględnia się następujące rodzaje operacji: toczenie, wiercenie, frezowanie, struganie, przeciąganie, szlifowanie. Zrozum, że ten podział jest względny, ponieważ każdy rodzaj obróbki ma wiele podtypów, na przykład podczas wiercenia, pogłębiania, rozwiercania itp.

Korzystając ze schematów i rysunków podanych w podręcznikach, poznaj rodzaje obrabianych powierzchni. W takim przypadku należy zwrócić szczególną uwagę na geometrię narzędzia skrawającego na przykładzie narzędzia tokarskiego. Proces tworzenia wiórów jest głównym mechanizmem skrawania i zależy od siły skrawania oraz warunków skrawania. Wszystko to charakteryzuje się siłą cięcia. Na podstawie tych parametrów należy zapoznać się ze standardowymi parametrami skrawania i zrozumieć zasady doboru warunków skrawania, w tym obliczania czasu obróbki.

Pytania autotestowe

1. Które ruchy podczas obróbki nazywane są roboczymi, a które pomocniczymi?

2. Jakie rodzaje powierzchni wyróżnia się podczas obróbki mechanicznej?

3. Jakie kąty wyróżniają się w części tnącej narzędzia:

4. Co oznaczają płaszczyzny tnące w statycznym układzie współrzędnych?

5. Opisać proces powstawania wiórów.

6. Co oznacza siła cięcia?

7. Jakie operacje obejmują tryb cięcia i jak jest on wybierany?

8. Jak liczony jest czas przetwarzania?

3.2. Klasyfikacja maszyn i technologii cięcia

obróbka skrawaniem

Wszystkie maszyny do cięcia metalu podzielone są na grupy ze względu na charakter wykonywanej pracy i rodzaj stosowanych narzędzi. Rozważ szczegółowo klasyfikację przyjętą w Rosji i zrozum ujednolicony system symbolicznego oznaczania obrabiarek, rozumiany jako numeracja. Następnie przyjrzyj się szczegółowo technologiom cięcia wykonywanym na różnych maszynach do cięcia metalu.

Obróbka na tokarkach. Korzystając z ilustracji, przyjrzyj się głównym elementom tokarki do gwintowania i dowiedz się, dlaczego tokarki często nazywane są uniwersalnymi. Przeanalizuj rodzaje tokarek.

Obróbka na wiertarkach i wytaczarkach. Zrozum, co oznacza obróbka okrągłych otworów na wiertarkach.

Obróbka na frezarkach. Dowiedz się, czym jest frezowanie i jakie rodzaje frezów się do niego stosuje.

Obróbka na maszynach do strugania, dłutowania i przeciągania. Biorąc pod uwagę rodzaje obróbki powierzchni metodą strugania, należy podkreślić cechy tej grupy maszyn. Przestudiuj rodzaj narzędzi używanych do tych celów. Narysuj schemat pracy na maszynach tej grupy.

Obróbka na szlifierkach i maszynach wykańczających. Poznaj proces szlifowania i narzędzia służące do tego celu. Należy pamiętać, że szlifowanie odnosi się również do operacji cięcia i należy zrozumieć, z czym się to wiąże. Zapoznaj się z metodami szlifowania i rodzajami szlifierek.

Dla wszystkich rozważanych technologii cięcia przestudiuj możliwe rodzaje pracy.

Podsumowując, należy zwrócić uwagę na możliwości mechanizacji i automatyzacji maszyn do cięcia metalu. Dowiedz się, czym są maszyny sterowane numerycznie (CNC) i jak są montowane w elastyczne linie automatyczne (FAL). Przedstaw sobie koncepcję robotów i manipulatorów.

Pytania autotestowe

1. Do czego służą tokarki?

2. Dlaczego tokarki często nazywane są uniwersalnymi?

3. Co oznacza pogłębianie i rozwiercanie dużych otworów.

4. Jakie są główne typy noży?

5. Czym charakteryzują się strugarki?

6. Co oznacza proces mielenia?

7. Co oznacza narzędzie ścierne?

8. W jakim celu w obróbce skrawaniem wykorzystuje się roboty i manipulatory?

3.3. Elektrofizyczno-chemiczna obróbka materiałów

W porównaniu do konwencjonalnego skrawania metali, tego typu obróbka ma szereg zalet: pozwala na obróbkę materiałów o wysokich właściwościach mechanicznych, których obróbka konwencjonalnymi metodami jest utrudniona lub całkowicie niemożliwa (stopy twarde, rubiny, diamenty, a nawet materiały supertwarde), a także umożliwiają obróbkę najbardziej skomplikowanych powierzchni (otwory o zakrzywionej osi, otwory ślepe o ukształtowanym profilu itp.).

Wszystkie te metody są zwykle podzielone na dwie duże grupy, do których należą:

Metody obróbki elektrofizycznej. Metody należące do tej grupy nazywane są najczęściej elektroerozyjnymi i elektrowiązkowymi, w zależności od sposobu dostarczenia energii do obrabianej powierzchni.

Obróbka elektroerozyjna metali i stopów przewodzących opiera się na zjawisku miejscowego niszczenia materiału pod wpływem przepływającego pomiędzy nim impulsowego prądu elektrycznego a specjalną elektrodą.

Wyładowania prądowe realizowane są bezpośrednio w strefie obróbki, gdzie zamieniane są na ciepło, topiąc cząstki obrabianego metalu.

Atrakcja:

Obróbka iskrami elektrycznymi;

Leczenie impulsami elektrycznymi;

Elektryczna obróbka łukiem kontaktowym;

Leczenie ultradźwiękowe.

Obróbka elektrowiązką odbywa się na dowolnych materiałach i nie zależy od ich przewodności elektrycznej. W tym przypadku energia dostarczana jest do obrabianej powierzchni za pomocą generatorów kwantowych (laserów) lub dział elektronowych.

Atrakcja:

Obróbka wiązką światła (laser);

Przetwarzanie wiązką elektronów.

Rozważ każdą metodę osobno i naszkicuj schemat przetwarzania w swoich notatkach.

Metody obróbki elektrochemicznej. Metody te są szeroko stosowane w przemyśle i polegają na anodowym rozpuszczaniu metalu (anodzie) poprzez przepuszczanie przez roztwór elektrolitu prądu stałego.

Atrakcja:

Trawienie elektrochemiczne (polerowanie);

Wymiarowa obróbka elektrochemiczna;

Obróbka elektrochemiczno-mechaniczna;

Obróbka chemiczno-mechaniczna.

Zapoznaj się z istotą każdej metody, jej możliwościami i zakresem zastosowania. Do podsumowania należy dołączyć diagramy procesu przetwarzania.

Pytania autotestowe

1. Jaka jest istota metod obróbki elektrofizycznej?

2. Dlaczego obróbce wyładowań elektrycznych można poddawać wyłącznie materiały przewodzące prąd elektryczny?

3. Jakie jest źródło energii podczas obróbki ultradźwiękowej?

4. Jakie operacje technologiczne można przeprowadzić przy użyciu laserów?

5. Jaka jest istota metod obróbki elektrochemicznej?

6. W jakim celu stosuje się trawienie elektrochemiczne (polerowanie)?

7. Dlaczego jeden rodzaj obróbki elektrochemicznej nazywa się wymiarowym?

Temat 4. Podstawy technologii produkcji półwyrobów i części

maszyny wykonane z materiałów niemetalowych i kompozytowych

Pojęcie „materiałów niemetalowych” obejmuje tworzywa sztuczne, materiały gumowe, drewno, szkło krzemianowe, ceramikę, ceramikę szklaną i inne materiały.

Materiały niemetaliczne nie są jedynie zamiennikami metali, ale często wykorzystywane są jako materiały samodzielne, a czasem wręcz niezastąpione (guma, szkło). Niektóre materiały mają wysoką wytrzymałość mechaniczną i właściwą, lekkość, odporność termiczną i chemiczną, wysokie właściwości izolacji elektrycznej itp. Na szczególną uwagę zasługuje łatwość wytwarzania materiałów niemetalicznych. Zastosowanie materiałów niemetalowych zapewnia znaczną efektywność ekonomiczną.

Niemetalowe materiały konstrukcyjne

Badając niemetalowe materiały konstrukcyjne, należy przede wszystkim zrozumieć, że podstawą materiałów niemetalowych są polimery. Wiadomo, że makrocząsteczki polimerów są liniowe, rozgałęzione, usieciowane i mają zamkniętą przestrzenną strukturę sieciową. Rodzaj makrocząsteczek polimeru determinuje ich zachowanie po podgrzaniu. W zależności od tego polimery dzielą się na termoplastyczne i termoutwardzalne. Badanie cech strukturalnych polimerów i ich klasyfikacja. Należy zwrócić szczególną uwagę na stan fizyczny i skład fazowy polimerów.

Tworzywa sztuczne to sztuczne materiały wykonane z polimerów organicznych. Konieczne jest zbadanie składu prostych i złożonych tworzyw sztucznych, zapoznanie się z ich właściwościami i klasyfikacją. Szczególną uwagę należy zwrócić na zastosowanie tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych.

Przetwarzanie tworzyw sztucznych na produkty i części możliwe jest we wszystkich trzech stanach skupienia polimerów: lepkim, wysokoelastycznym i stałym. Ponadto główne kształtowanie i produkcja półfabrykatów odbywa się w stanie lepko-płynnym. Nadawanie ostatecznego kształtu i rozmiaru częściom i wyrobom wykonanym z tworzyw sztucznych odbywa się w stanie wysoce elastycznym i twardym. Badanie metod przetwarzania tworzyw sztucznych na wyroby oraz metod wytwarzania trwałych połączeń z tworzyw sztucznych metodą spawania i klejenia. Zrozumieć istotę stosowanych metod, narzędzi i sprzętu.

Ważną grupą polimerów są kauczuki, które stanowią podstawę odrębnej klasy materiałów konstrukcyjnych – kauczuków. Jako materiał techniczny guma posiada wysokie właściwości plastyczne. Ponadto guma ma szereg ważnych właściwości, takich jak odporność na gaz i wodę, odporność chemiczna, cenne właściwości elektryczne itp. Zapoznaj się ze składem gumy i wpływem różnych dodatków na ich właściwości. Zbadaj właściwości fizyczne i chemiczne oraz obszary zastosowania gumy różnych marek.

Schemat technologiczny produkcji wyrobów gumowych obejmuje operacje przygotowania mieszanki gumowej, formowanie jej i wulkanizację (oddziaływanie chemiczne gumy i siarki). Rozważ metody formowania wyrobów gumowych i metody wytwarzania wyrobów z tkaniny gumowej.

Specjalną grupę stanowią farby i kleje. Zrozum sam, czym są lakiery i emalie. Ważne jest, aby zrozumieć, że są to złożone układy wieloskładnikowe, które obejmują różne substancje zapewniające wymagany zestaw właściwości. Wskaż cechy charakterystyczne i dokonaj klasyfikacji farb i lakierów.

Rola klejów we współczesnej produkcji jest bardzo ważna. Umożliwiają uzyskanie trwałych połączeń, także pomiędzy materiałami o zupełnie odmiennym charakterze. Zbadaj klasyfikację klejów według składu i przeznaczenia, cech ich zmian i właściwości mechanicznych.

Pytania autotestowe

1. Co to jest polimer?

2. Jaka jest podstawa klasyfikacji polimerów na „termoplasty” i „termoutwardzacze”?

3. Czym charakteryzuje się stan krystaliczny polimerów.

4. Wyjaśnić trzy stany skupienia polimerów: szklisty (stały), wysoce elastyczny i lepki.

5. Wymienić przyczyny starzenia się polimerów.

6. Wymień zawarte w nim komponenty i skład złożonych tworzyw sztucznych.

7. Jakie znasz wypełniacze do tworzyw sztucznych?

8. Wskazać zakres zastosowania tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych.

9. Jaka jest przewaga tworzyw sztucznych nad materiałami metalowymi? Jakie są ich wady?

10. Z jakich składników składa się guma i jaki mają one wpływ na jej właściwości?

11. Opowiedz nam o metodach technologicznych wytwarzania wyrobów gumowych.

12. Jaka jest różnica między farbami olejnymi a emaliami?

13. Jakie wskaźniki charakteryzują jakość połączenia klejowego?

Nieorganiczne materiały konstrukcyjne

Do grupy materiałów nieorganicznych zaliczają się szkła nieorganiczne, materiały szklano-krystaliczne (ceramika), ceramika, grafit i azbest. Rozumieć, że podstawą materiałów nieorganicznych są głównie tlenki i beztlenowe związki metali. Należy pamiętać, że większość tych materiałów zawiera różne związki krzemu z innymi pierwiastkami i dlatego często nazywane są zbiorczo materiałami krzemianowymi. Obecnie zakres materiałów nieorganicznych znacznie się poszerzył. Stosuje się czyste tlenki glinu, magnezu, cyrkonu itp., których właściwości znacznie przewyższają właściwości konwencjonalnych związków krzemu. Rozważ kompleks właściwości fizykochemicznych i mechanicznych materiałów nieorganicznych i porównaj je z podobnymi wskaźnikami dla organicznych materiałów polimerowych.

Specjalną grupę stanowią naturalne materiały nieorganiczne, do których zalicza się grafit, azbest, drewno i szereg skał (marmur, bazalt, obsydian). Zbadaj cechy tych materiałów i ich możliwości techniczne.

Pytania autotestowe

1 Jakie materiały mineralne należą do szkła krzemianowego?

2. Czym jest ceramika szklana, wskaż, jak ją uzyskać.

3. Czym jest ceramika techniczna?

Kompozytowe materiały konstrukcyjne

Materiały kompozytowe to materiały sztuczne otrzymywane przez połączenie chemicznie odmiennych składników. W materiałach kompozytowych, w przeciwieństwie do stopów, składniki zachowują swoje nieodłączne właściwości i istnieje między nimi wyraźna granica. Wyróżnia się naturalne (eutektyczne) i sztuczne materiały kompozytowe.

Inżynieria materiałowa i technologia nowych materiałów

Informacje o Profilu

Kierunek kształcenia dyplomowanego licencjata 22.03.01 - „Nauka o materiałach i technologia materiałów” został zatwierdzony rozporządzeniem Ministerstwa Edukacji Federacji Rosyjskiej z dnia 12 listopada 2015 r. Nr 1331. Standardowy okres opanowania Główny program edukacyjny dla studiów licencjackich na kierunku „Nauka o Materiałach i Technologia Materiałów” dla studiów stacjonarnych trwa 4 lata.

Główne rodzaje zajęć absolwenta (kształcącego się), co potrafi absolwent

Obszar aktywności zawodowej absolwentów:

• opracowywanie, badania, modyfikacja i wykorzystanie materiałów o charakterze nieorganicznym i organicznym do różnych celów; procesy ich powstawania, kształtowania się i struktury; przemiany na etapach produkcji, przetwarzania i eksploatacji;
• procesy pozyskiwania materiałów, półfabrykatów, półproduktów, części i wyrobów oraz zarządzania ich jakością dla różnych dziedzin inżynierii i technologii (inżynieria mechaniczna i przyrządowa, lotnictwo i technologia rakietowa i kosmiczna, energia jądrowa, elektronika półprzewodnikowa, nanoprzemysł, sprzęt medyczny, sprzęt sportowy i AGD itp.)

Przedmioty działalności zawodowej absolwenta:

• główne rodzaje nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych nieorganicznych (metalicznych i niemetalicznych) i organicznych (polimerowych i węglowych); kompozyty i materiały hybrydowe; materiały supertwarde;
• inteligentne i nanomateriały, folie i powłoki;
• metody i środki badań i diagnostyki, badania i kontrola jakości materiałów, folii i powłok, półproduktów, półwyrobów, części i wyrobów, wszelkiego rodzaju badania, aparatura kontrolno-badawcza, analityczna
• sprzęt, oprogramowanie komputerowe do przetwarzania wyników i analizy uzyskanych danych, modelowania zachowania materiałów, oceny i przewidywania ich właściwości użytkowych;
• procesy technologiczne wytwarzania, przetwarzania i modyfikacji materiałów i powłok, części i wyrobów; sprzęt, urządzenia i urządzenia technologiczne; systemy kontroli procesów;
• dokumentacja regulacyjna i techniczna oraz systemy certyfikacji materiałów i wyrobów, procesów technologicznych ich wytwarzania i przetwarzania; dokumentacja sprawozdawcza, zapisy i protokoły przebiegu i wyników doświadczeń, dokumentacja dotycząca środków ostrożności i bezpieczeństwa życia.

Rodzaje aktywności zawodowej absolwenta:

badania i obliczenia-analityczne:

• gromadzenie danych o istniejących rodzajach i markach materiałów, ich strukturze i właściwościach w odniesieniu do rozwiązywania postawionych problemów z wykorzystaniem baz danych i źródeł literackich;
• udział w pracach grupy specjalistów przy wykonywaniu doświadczeń i przetwarzaniu ich wyników nad tworzeniem, badaniami i doborem materiałów, oceniając ich walory technologiczne i użytkowe poprzez wszechstronną analizę ich struktury i właściwości,
• badania fizyko-mechaniczne, korozyjne i inne;
• gromadzenie informacji naukowo-technicznych na temat doświadczeń w celu przygotowania recenzji, raportów i publikacji naukowych, udział w przygotowaniu raportów z wykonanego zadania;
• prace biurowe oraz przygotowanie dokumentacji projektowej i wykonawczej technicznej, zapisów i protokołów; sprawdzanie zgodności opracowanych projektów i dokumentacji technicznej z dokumentami regulacyjnymi.

produkcyjno-projektowo-technologiczny:

• udział w produkcji materiałów o określonych właściwościach technologicznych i funkcjonalnych, projektowaniu procesów high-tech w ramach podstawowego działu projektowego, technologicznego lub badawczego;
• organizacja stanowisk pracy, ich wyposażenie techniczne, konserwacja i diagnostyka urządzeń technologicznych, monitorowanie przestrzegania dyscypliny technologicznej i bezpieczeństwa środowiskowego na wydziale produkcyjnym zajmującym się obróbką i materiałami do przetwarzania, kontrola jakości wytwarzanych wyrobów;
• opracowywanie specyfikacji technicznych dotyczących projektowania poszczególnych zespołów urządzeń, wyposażenia i narzędzi specjalnych przewidzianych technologią pozyskiwania i przetwarzania materiałów;
• udział w pracach nad standaryzacją, przygotowaniem i certyfikacją procesów, urządzeń i materiałów, przygotowaniem dokumentów przy tworzeniu systemu zarządzania jakością w przedsiębiorstwie lub organizacji.

organizacyjno-zarządzające:

• zarządzanie procesami technologicznymi, zapewnienie bezpieczeństwa technicznego i środowiskowego produkcji w obszarze swojej działalności zawodowej;
• sporządzanie dokumentacji technicznej (harmonogramy prac, instrukcje, plany, kosztorysy, zapotrzebowania na materiały i sprzęt itp.), przygotowywanie ustalonych raportów według zatwierdzonych formularzy;
• zapobieganie urazom, chorobom zawodowym, zapobieganie naruszeniom środowiska w obszarze swojej działalności zawodowej.

Krótki opis profilu szkolenia

„Nauka o materiałach i technologia nowych materiałów” to podstawa nowoczesnej technologii: samolotów i rakiet, samochodów i statków, budynków i konstrukcji, mikroelektroniki i komputerów, telefonów komórkowych i nawigatorów. Są to materiały konstrukcyjne (mocne, lekkie, odporne na korozję) i materiały funkcjonalne (o specjalnych właściwościach magnetycznych, elektrycznych, optycznych i innych). Nowe materiały coraz częściej wkraczają w nasze codzienne życie i radykalnie zmieniają jego jakość. Jednak nadal istnieje wiele nierozwiązanych problemów, które wy, dzisiejsi kandydaci, musicie rozwiązać. Na przykład problemem stulecia, przed którym stoją naukowcy zajmujący się materiałami, jest stworzenie silnika ceramicznego. Taki silnik będzie lekki, wysokotemperaturowy, charakteryzujący się dużą wydajnością, niskim zużyciem paliwa i niską emisją spalin do środowiska. Ale na razie ceramika to bardzo delikatny materiał, z którego nie da się zrobić silnika.

Podstawowe dyscypliny

• Wprowadzenie do materiałoznawstwa i technologii nowych materiałów.
• Produkcja części z materiałów kompozytowych.
• Przyrządy i metody badania nanomateriałów.
• Stopy twarde i napawanie.
• Właściwości i zastosowania nanomateriałów.
• Badania materiałów i nanomateriałów.
• Materiały ceramiczne i szkło.

Możliwe obszary działalności absolwentów

• Inżynier ds. analizy chemicznej i spektralnej materiałów.
• Inżynier radiolog.
• Inżynier mikroskopu elektronowego.
• Inżynier metalograficzny.
• Inżynier badań materiałów i powłok.
• Inżynier wykrywania wad.
• Inżynier ds. badania przyczyn niszczenia materiałów.
• Inżynier technolog materiałów kompozytowych.
• Inżynier procesu ds. powłok ochronnych.
• Inżynier ds. zaopatrzenia materiałowego.
• Inżynier marketingu ds. materiałów i powłok.

• Igolkina Nadieżda - JSC „Gidroavtomatika”, inżynier,
• Kondratyev Valery - FSUE GNP RKTs „TsSKB-Progress”, szef sektora spawalniczego,
• Alexander Podkatov - Volgaburmash OJSC, brygadzista,
• Shibanov Denis - Volgaburmash OJSC, inżynier projektu,
• Shuldeshov Dmitry - SPRP ORC w NK CHPP-1, Nowokujbyszewsk, mistrz spawalniczy.

Firmy, z którymi współpracuje dział, komunikacja z przedsiębiorstwami, w których odbywają się staże

• OJSC „Wołgaburmasz”;
• OJSC „Territoralne przedsiębiorstwo wytwarzające energię Wołżska”;
• OJSC „VNIIT NEFT”;
• Rafineria ropy naftowej OJSC Samara;
• RKT FSUE PNB „TSSKB - Postęp”;
• OJSC „Metalista – Samara”;
• OJSC „Fabryka łożysk lotniczych”;
• ZAO Alcoa-SMZ;
• JSC „Aviaagregat”;
• SA „KOTROKO”;
• LLC „IDC „AE-Systems”;
• Przedsiębiorstwo Państwowe „Zakład Budowy Instrumentów Samara – Reid”;
• OJSC „AVTOVAZ” (Togliatti);
• OJSC „DAAZ” (Dymitrowgrad);
• OJSC „Tyazhmash”, (Syzran)
• Instytut Makrokinetyki Strukturalnej i Problemów Nauki o Materiałach Rosyjskiej Akademii Nauk (ISMAN), Czernogołowka, obwód moskiewski.

Łączność

Numery telefonów Katedry Metalurgii, Metalurgii Proszków, Nanomateriałów: 242-28-89

Katedra Metalurgii, Metalurgii Proszków, Nanomateriałów

G. Samara, ul. Mołodogwardejskaja, 133

Nanotechnologia

Technologie materiałów polimerowych, kompozytowych i powłok ochronnych

Informacje o programie edukacyjnym

Głównym celem wydziału jest kształcenie wysoko wykwalifikowanej kadry w zakresie przetwórstwa tworzyw sztucznych, materiałów kompozytowych oraz powłok ochronnych.

Dział „Chemia i technologia materiałów polimerowych i kompozytowych” przygotowuje i kończy studia licencjackie na kierunku 22.03.01 „Nauka o materiałach i technologie materiałowe” w ramach programu „Technologia polimerów, materiałów kompozytowych i powłok ochronnych”.

Rodzaje działalności absolwenckiej

Absolwenci otrzymują wiedzę, umiejętności i zdolności pozwalające na opanowanie zaawansowanych metod produkcji oraz nowoczesnych metod przetwarzania tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych, a także przykłady.

Podstawowe dyscypliny

• Materiały kompozytowe
• Grafika komputerowa w systemach komputerowego wspomagania projektowania
• Podstawy projektowania wspomaganego komputerowo
• Teoretyczne podstawy przetwórstwa tworzyw sztucznych
• Kleje i powłoki polimerowe
• Elastomery. Chemia edukacji i technologia przetwarzania
• Właściwości i technologie materiałów nano
• Podstawy projektowania zakładów przetwórstwa tworzyw sztucznych
• Procesy mechaniczne
• Sprzęt, technologia i obliczenia do wtryskiwania
• Sprzęt, technologia i obliczenia do wytłaczania itp.

Przykłady zatrudnienia absolwentów

Ministerstwo Edukacji Republiki Białorusi

OBYWATEL BIAŁORUSI

UNIWERSYTET TECHNICZNY

Katedra Przyrządów i Technologii Informacyjnych i Pomiarowych

PRACE LABORATORYJNE

(STUDIUM PRZYPADKU)

Przez dyscyplinę

„Nauka o materiałach i technologia materiałów”

Część 1

Mińsk 2003 Wprowadzenie

W procesie studiowania przedmiotu „Nauka o Materiałach i Technologia Materiałów”, obok wykładów i ćwiczeń praktycznych, ważną rolę odgrywają ćwiczenia laboratoryjne. Bez opanowania umiejętności wykorzystania analizy zachowania materiałów w różnych warunkach niemożliwa jest ukierunkowana synteza nowych materiałów i rozsądne ich wykorzystanie w praktyce.

Ukończenie prac laboratoryjnych umożliwi ugruntowanie zasad teoretycznych głównych dziedzin inżynierii materiałowej, zapoznanie się z nowoczesnymi metodami badań naukowych i analizę uzyskanych wyników eksperymentalnych. Dzięki temu można wykonać małe, w pełni ukończone badanie naukowe.

Podręcznik (część 1) zawiera prace laboratoryjne odzwierciedlające badanie podstawowych właściwości fizyko-chemicznych materiałów konstrukcyjnych i ich struktury.

Cechą szczególną prezentowanego materiału jest obecność dość rozbudowanej części teoretycznej, która pozwala studentom na samodzielne przygotowanie się do zajęć. W podręczniku zamieszczono wykaz literatury dodatkowej, która ułatwi bardziej szczegółowe zapoznanie się z pracami.

Celem podręcznika jest zapoznanie się z różnymi metalowymi i niemetalowymi materiałami konstrukcyjnymi stosowanymi w budowie instrumentów, a także nabycie przez Studentów jasnych wyobrażeń o różnorodnej naturze zjawisk fizycznych i chemicznych zachodzących w materiałach w różnych warunkach podczas ich syntezy i eksploatacji .

Po zakończeniu prac laboratoryjnych sporządzany jest raport, który zawiera:

1) strona tytułowa;

2) podstawowe zasady teoretyczne;

3) kolejność wykonywania pracy z przedstawieniem wyników w formie tabelarycznej i zależności graficznych;

4) analizę uzyskanych wyników i wnioski. Podczas wykonywania prac laboratoryjnych należy ściśle przestrzegać wymogów bezpieczeństwa.

Laboratorium praca nr 1

BADANIA STRUKTURY METALI I ICH STOPÓW

Cel pracy: studiować diagram stanu żelazo-węgiel, zapoznać się z mikrostrukturą stopów żelazo-węgiel (stali i żeliwa), proszkowych materiałów kompozytowych.

Część teoretyczna

Kiedy zmienia się stężenie składników w stopach, a także podczas ich chłodzenia lub nagrzewania (pod stałym ciśnieniem zewnętrznym), w stopach tych zachodzą istotne zmiany fazowe i strukturalne, które można wyraźnie prześledzić za pomocą diagramy stany, które są graficzną reprezentacją stanu stopów. Diagramy konstruowane są dla stanu równowagi stopów. równowaga państwo- stan stabilny, niezmienny w czasie i charakteryzujący się minimalną ilością energii swobodnej układu.

Diagramy fazowe są zwykle konstruowane eksperymentalnie. Do ich konstrukcji wykorzystuje się metodę termiczną. Służy do otrzymywania krzywych chłodzenia stopów. Z przystanków i przegięć na tych krzywych, wywołanych efektami termicznymi przemian, wyznacza się temperatury samych przemian. Za pomocą diagramów fazowych określa się temperatury topnienia i przemian polimorficznych w stopach, ile i jakie fazy występują w stopie o danym składzie w danej temperaturze, a także stosunek ilościowy tych faz w stopie. Oprócz metody termicznej badanie przemian w stanie stałym obejmuje badanie mikrostruktury za pomocą mikroskopów optycznych i elektronowych, analizę dyfrakcji promieni rentgenowskich, badanie właściwości fizycznych stopów itp.

W stopach binarnych temperatura jest wyświetlana pionowo, a stężenie składników poziomo. Każdy punkt na osi x odpowiada określonej zawartości jednego i drugiego składnika, biorąc pod uwagę, że łączna zawartość składników w każdym punkcie tej osi odpowiada 100%.

Zatem wraz ze wzrostem ilości jednego składnika stopu zawartość drugiego składnika w stopie powinna się zmniejszać.

O rodzaju diagramu fazowego decyduje charakter oddziaływań zachodzących pomiędzy składnikami stopów w stanie ciekłym i stałym. Zakłada się, że w stanie ciekłym istnieje nieograniczona rozpuszczalność pomiędzy składnikami, tj. tworzą jednorodny ciekły roztwór (stop). W stanie stałym składniki mogą tworzyć mieszaniny mechaniczne czystych składników, nieograniczone roztwory stałe, ograniczone roztwory stałe, stabilne związki chemiczne, niestabilne związki chemiczne, a także ulegać przemianom polimorficznym.

Mieszanki mechaniczne powstają, jeśli pierwiastki tworzące stop, krzepnąc ze stanu ciekłego, nie rozpuszczają się w sobie i nie oddziałują. Struktura mieszaniny jest ciałem niejednorodnym. Na cienkim przekroju widać krystality różnych składników tworzących mieszaninę mechaniczną. Analiza chemiczna identyfikuje również różne składniki. Wyróżnia się dwa rodzaje sieci krystalicznych.

Solidny rozwiązania- fazy, w których jeden ze składników (rozpuszczalnik) zachowuje swoją sieć krystaliczną, a atomy innych (rozpuszczonych) składników osadzają się w jej sieci, zaburzając ją. Analiza chemiczna roztworu stałego wykazuje obecność dwóch pierwiastków, a dyfrakcja rentgenowska pokazuje jeden typ sieci rozpuszczalnika. Struktura to jednorodne ziarna. Jeśli oba składniki mają ten sam typ sieci krystalicznych, a ich średnice atomowe różnią się nie więcej niż 8–15%, możliwa jest nieograniczona rozpuszczalność (na przykład złoto i srebro).

Związki chemiczne powstają, gdy elementy tworzące stop oddziałują ze sobą. W strukturze są jednorodnymi ciałami stałymi. Właściwości związków chemicznych różnią się od właściwości pierwiastków je tworzących. Mają stałą temperaturę topnienia. Sieć krystaliczna związku chemicznego różni się od sieci oryginalnych składników. W związku chemicznym zachowany jest pewien stosunek atomów pierwiastków, tj. istnieje wzór chemiczny tego związku.

Diagram stanu układu żelazo-węgiel

Żelazo i jego stopy z węglem

Polimorfizm to właściwość substancji lub materiału polegająca na zmianie sieci krystalicznej pod wpływem zmian temperatury. Formy krystaliczne α-Fe i... Węgiel jest pierwiastkiem niemetalicznym. W naturze występuje w postaci dwóch... W normalnych warunkach węgiel występuje w postaci modyfikacji grafitu o sześciokątnej siatce warstwowej. Modyfikacja...

Stać się

Stać się- stopy żelazowo-węglowe zawierające do 2,14% węgla. Ponadto stop zawiera zwykle mangan, krzem, siarkę i fosfor. Niektóre pierwiastki można wprowadzić specjalnie w celu poprawy właściwości fizycznych i chemicznych (pierwiastki stopowe).

Według struktury stale dzielą się na:

1) podeutektoidalny zawierający do 0,8% węgla (skład P+P);

2) stale eutektoidalne zawierający 0,8% węgla (P);

3) nadeutektoidalny zawierający więcej niż 0,8% węgla (P+sec.C).

Kropka D - punkt eutektoidalny(podczas chłodzenia z austenitu tworzy się mechaniczna mieszanina ferrytu i cementytu). Transformacja eutektoidu nie zachodzi z cieczy, ale ze stałego roztworu.

W zależności od składu chemicznego wyróżnia się stale węglowe i stopowe. Z kolei stale węglowe może być:

1) niskoemisyjne (zawartość węgla poniżej 0,25%);

2) średniowęglowy (zawartość węgla wynosi 0,25 - 0,60%);

3) wysokoemisyjne, w których stężenie węgla przekracza 0,60%.

Stale stopowe podzielone na:

1) niskostopowy - zawartość pierwiastków stopowych do 2,5%;

2) średniostopowe- t- 2,5 do 10% pierwiastków stopowych;

3) wysokostopowe – zawierają ponad 10% pierwiastków stopowych.

Według celu stale to:

1) konstrukcyjne, przeznaczone na wyroby karoseryjne i inżynieryjne;

2) instrumentalne, z których wykonuje się narzędzia tnące, pomiarowe, tłoczące i inne. Stale te zawierają

więcej niż 0,65% węgla;

3) o specjalnych właściwościach fizycznych, na przykład o określonych właściwościach magnetycznych lub niskim współczynniku rozszerzalności liniowej (stal elektrotechniczna, Invar);

4) o specjalnych właściwościach chemicznych, na przykład stale nierdzewne, żaroodporne lub żaroodporne.

W zależności od zawartości szkodliwych zanieczyszczeń stale (siarkowe i fosforowe) dzielimy na:

1. Stal zwykłej jakości o zawartości do 0,06% siarki i

do 0,07% fosforu.

2. Wysoka jakość - aż do 0,035% zawartości siarki i fosforu osobno.

3. Wysoka jakość - do 0,025% siarki i fosforu.

4. Szczególnie wysoka jakość, do 0,025% fosforu i do 0,0] 5% siarki.

W zależności od stopnia usunięcia tlenu wykonane ze stali, tj. Ze względu na stopień odtlenienia wyróżnia się:

1) spokojna stal, tj. całkowicie odtleniony, o czym świadczą litery „sp” na końcu marki;

2) stale wrzące – lekko odtlenione, oznaczone literami „kp”;

3) stale półciche, zajmujące pozycję pośrednią między dwoma poprzednimi; są oznaczone literami „ps”.

W zależności od znormalizowanych wskaźników (wytrzymałość na rozciąganie σ, wydłużenie względne δ%, granica plastyczności δ t, zginanie na zimno) stal każdej grupy dzieli się na kategorie, które są oznaczone cyframi arabskimi.

Stal zwykłej jakości oznaczony literami „St” i umownym numerem marki (od 0 do 6) w zależności od składu chemicznego i właściwości mechanicznych. Im wyższa zawartość węgla i właściwości wytrzymałościowe stali, tym wyższa jest jej liczba. Aby wskazać kategorię stali, na końcu oznaczenia marki dodawana jest liczba odpowiadająca kategorii, pierwsza kategoria zwykle nie jest wskazywana.

Na przykład: St1kp2 - stal węglowa zwykłej jakości, wrząca, gatunek nr 1, kategoria druga, dostarczana odbiorcom na podstawie właściwości mechanicznych (grupa A).

Stale jakościowe oznakowane w następujący sposób: na początku znaku należy podać zawartość węgla w setnych procentach dla stali,

Na przykład: ST45 - wysokiej jakości stal węglowa, spokojna, zawiera 0,45% C.

U7 - stal narzędziowa węglowa, stal wysokiej jakości, zawierająca 0,7% C, spokojna (wszystkie stale narzędziowe są dobrze odtlenione).

Pierwiastki stopowe zawarte w stali oznaczane są rosyjskimi literami: A - azot, K - kobalt, T - tytan, B - niob, M - molibden, F - wanad, B - wolfram, N - nikiel, X - chrom, G - mangan , P - fosfor, D - miedź, C - krzem.

Jeżeli po literze znajduje się liczba wskazująca pierwiastek stopowy, oznacza to zawartość tego pierwiastka w procentach. Jeśli nie ma liczby, stal zawiera 0,8–1,5% pierwiastka stopowego.

Na przykład: 14G2 - stal niskostopowa wysokiej jakości, spokojna, zawiera około 14% węgla i do 2,0% manganu.

OZH16N15MZB - stal wysokostopowa, stal spokojna zawiera 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, do 3,0% Mo, do 1,0% Nb.

Stale wysokiej jakości i szczególnie wysokiej jakości są oznaczone w taki sam sposób jak wysokogatunkowe, z tym że na końcu gatunku stali wysokogatunkowej umieszcza się literę A (litera ta w środku oznaczenia marki wskazuje na obecność specjalnie wprowadzonego do stali azotu), a po klasie szczególnie wysokiej jakości litera „Ш” jest oddzielona myślnikiem.

Na przykład: U8A - wysokiej jakości węglowa stal narzędziowa zawierająca 0,8% węgla;

ZOKHGS-Sh to szczególnie wysokiej jakości stal średniostopowa zawierająca 0,30% węgla i od 0,8 do 1,5% chromu, manganu i krzemu każda.

Niektóre grupy stali są oznaczone nieco inaczej.

Stale łożyskowe są oznaczone literami „ШХ”, po których zawartość chromu jest wskazywana w dziesiątych częściach procenta (ШХ6).

Stale szybkotnące (związki stopowe) są oznaczone literą „P”, liczba po niej wskazuje zawartość procentową wolframu (P18).

Stale automatyczne są oznaczone literą „A” i liczbą wskazującą średnią zawartość węgla w setnych procentach (A12).

Żeliwo

Żeliwo nazywane są stopami żelaza i węgla zawierającymi więcej niż 2,14% węgla. Zawierają te same zanieczyszczenia co stal, ale w większych ilościach.

Żeliwa w odróżnieniu od stali ulegają całkowitej krystalizacji z utworzeniem eutektyki, charakteryzują się niską zdolnością do odkształcania plastycznego i wysokimi właściwościami odlewniczymi.

W zależności od stanu węgla w żeliwie występują:

1) żeliwo, w którym cały węgiel występuje w stanie związanym w postaci węglika (żeliwo białe);

2) żeliwo, w którym węgiel występuje w większości lub całkowicie w stanie wolnym w postaci grafitu (żeliwo szare o wysokiej wytrzymałości, ciągliwe).

Żeliwo białe nie zawiera grafitu, cały węgiel związany jest w cementycie Fe 3 C. Żeliwo białe w zależności od zawartości węgla dzieli się na:

1) podeutektyczny - zawartość węgla do 4,3%. Struktura składa się z perlitu, cementytu wtórnego i ledeburytu;

2) eutektyka - zawartość węgla 4,3%. Konstrukcja składa się z ledeburytu;

3) nadeutektyczny - zawartość węgla większa niż 4,3%. Struktura składa się z ledeburytu i pierwotnego cementytu.

Kropka C - eutektyka. Transformacja eutektyczna zachodzi z cieczy. Powstała eutektyka nazywa się ledeburytem. W punkcie C w równowadze współistnieją jednocześnie trzy fazy: ciekły stop, austenit i cementyt.

Żeliwo szare zawierają węgiel w stanie wolnym w postaci grafitu płytkowego. Pod mikroskopem grafit będzie widoczny w postaci ciemnych zakrzywionych pasków na jasnym tle. W porównaniu z podstawą metalową grafit ma niską wytrzymałość. Jej lokalizacje można uznać za nieciągłości. Żeliwo szare ma słabe właściwości mechaniczne podczas testów rozciągania. Jednak żeliwo szare ma również szereg zalet: pozwala na uzyskanie tanich odlewów i ma dobre właściwości odlewnicze. skrawalność, wysokie właściwości tłumiące.

Żeliwo szare oznaczone jest dwiema literami SC i dwiema cyframi odpowiadającymi minimalnej wartości wytrzymałości na rozciąganie w MPa.

Na przykład: SCh10 - żeliwo szare o wytrzymałości na rozciąganie 100 MPa.

W miarę zaokrąglania się wtrąceń grafitu zmniejsza się ich negatywna rola w postaci nacięć w podłożu metalowym i zwiększają się właściwości mechaniczne żeliwa. Zaokrąglony kształt grafitu uzyskano poprzez modyfikację. Stosując jako modyfikator magnez w ilości do 0,5% otrzymuje się żeliwo o dużej wytrzymałości.

Żeliwo sferoidalne zawiera węgiel w stanie wolnym w postaci sferycznych wtrąceń grafitowych. Pod mikroskopem na jasnym tle obserwuje się zaokrąglone ciemne ziarna o różnej wielkości. Najważniejsze części są wykonane z żeliwa o wysokiej wytrzymałości. Żeliwo o wysokiej wytrzymałości oznaczane jest literami HF i liczbą charakteryzującą wartość wytrzymałości na rozciąganie.

Na przykład: HF 35 - żeliwo o wysokiej wytrzymałości o wytrzymałości na rozciąganie 350 MPa.

Żeliwo zawiera węgiel w stanie wolnym w postaci grafitu płatkowego. Żeliwo ciągliwe otrzymywane jest z żeliwa białego metodą wyżarzania grafityzującego (wyżarzanie długotrwałe w temperaturze 1000°C). Pod mikroskopem na jasnym tle obserwuje się fazę kłaczkowatą.

Żeliwo ciągliwe oznacza się literami KCH i dwiema cyframi: pierwsza to wytrzymałość na rozciąganie, druga to wydłużenie względne.

Na przykład: KCh 35-10 - żeliwo ciągliwe o wytrzymałości na rozciąganie 350 MPa i wydłużeniu względnym 10%.

Mikrostruktura żeliwa składa się z metalowej podstawy i wtrąceń grafitowych. Właściwości żeliwa zależą od właściwości podłoża metalowego i charakteru wtrąceń grafitowych.

Metalowa podstawa może być:

1) perlit (ciemna podstawa pod mikroskopem);

2) ferryt-perlit (naprzemienne jasne i ciemne obszary pod mikroskopem);

3) ferrytyczny (lekka podstawa pod mikroskopem).

Struktura metalowej podstawy określa twardość żeliwa.

Grafityzacja to proces wytrącania grafitu podczas krystalizacji lub chłodzenia stopów żelazo-węgiel. Grafityzacja jest procesem dyfuzyjnym i zachodzi powoli. Proces grafityzacji składa się z kilku etapów:

1) tworzenie centrów, grafityzacja;

2) dyfuzja atomów węgla do centrów grafityzacji;

3) wzrost złóż grafitu.

Materiały kompozytowe otrzymywane tą metodą

Metalurgia proszków

Proces technologiczny wytwarzania wyrobów z proszków obejmuje: otrzymywanie proszków, przygotowanie wsadu, formowanie, spiekanie,... Przy formowaniu detali z proszków o określonym składzie chemicznym...

Badanie struktury stopów

Badanie struktury stopów w tej pracy odbywa się za pomocą mikroskopu optycznego. Obraz powstaje w świetle odbitym. Do mikroanalizy wykonuje się próbki o wypolerowanej powierzchni -... W wyniku analizy określa się kształt wtrąceń, ich wielkość, rozmieszczenie, ilość grafitu, pierwiastków stopowych,...

część eksperymentalna

1. Korzystając z próbek mikrosekcyjnych materiałów proszkowych, zbadać i przedstawić graficznie strukturę materiałów pod mikroskopem. Porównaj konstrukcję z opisem w albumie.

2. Korzystając z próbek mikrosekcyjnych stali oraz pomocniczego albumu ze zdjęciami, zbadać i przedstawić graficznie ich strukturę. Wyznaczyć zawartość węgla w próbkach oraz skład fazowy korzystając ze diagramu fazowego podanego w części teoretycznej.

3. Korzystając z próbek mikrosekcyjnych żeliwa i pomocniczego albumu ze zdjęciami, zbadać i przedstawić graficznie ich budowę. Określ rodzaj żeliwa, kształt wtrąceń grafitowych i rodzaj podłoża metalowego. Określ zawartość węgla w żeliwie białym. Korzystając ze diagramu fazowego określić skład fazowy żeliwa białego.

4. Przeanalizuj diagram fazowy żelazo-węgiel. Identyfikuj linie likwidusu, linie solidusu, punkty eutektoidalne i eutektyczne, linie przejść fazowych, temperatury topnienia żelaza, cementytu itp.

5. Na podstawie wyników wykonanej pracy formułuj wnioski.

Praca laboratoryjna nr 2,

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH

MATERIAŁY BUDOWLANE

Cel pracy: badać właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych i metody oceny właściwości.

Część teoretyczna

Właściwości mechaniczne materiałów zależą od rodzaju stanu naprężenia (powstającego w próbkach podczas badań), warunków i charakteru obciążenia, prędkości, temperatury i stanu środowiska zewnętrznego. Celem badań mechanicznych materiałów jest dokładne określenie tych lub innych właściwości lub ich kombinacji, które najpełniej będą charakteryzowały niezawodność działania odpowiednich produktów w danych warunkach eksploatacji. Zbiór takich właściwości mechanicznych można nazwać wytrzymałością strukturalną.

Jako kryteria oceny przyjmuje się różne kombinacje właściwości mechanicznych. Wyróżnia się następujące grupy kryteriów:

1. Oceny właściwości wytrzymałościowych materiałów, ustalane często i niezależnie od właściwości wytworzonych z nich wyrobów i warunków ich eksploatacji. Zazwyczaj te właściwości wytrzymałościowe są określane w warunkach rozciągania i obciążenia statycznego.

2. Ocena właściwości materiałów bezpośrednio związanych z warunkami eksploatacji wyrobów oraz określenie ich trwałości i niezawodności.

3. Oceny wytrzymałości konstrukcji jako całości, ustalone podczas prób laboratoryjnych i eksploatacyjnych.

Dwie pierwsze grupy kryteriów oceny właściwości wyznaczane są zatem na próbkach

podobnie jak ten ostatni - na gotowych częściach i konstrukcjach.

Do głównych właściwości mechanicznych materiałów należą:

1) wytrzymałość- odporność materiału na zniszczenie pod obciążeniem;

2) Plastikowy- zdolność materiału do nieodwracalnej zmiany kształtu i rozmiaru bez zniszczenia pod obciążeniem;

3) kruchość- zdolność materiału do zapadania się bez ochronnej absorpcji energii;

4) lepkość- zdolność materiału do nieodwracalnego pochłaniania energii mechanicznej aż do momentu zniszczenia;

5) elastyczność- zdolność materiału do przywrócenia kształtu i rozmiaru po usunięciu obciążenia;

6) twardość- zdolność materiału do przeciwstawienia się wnikaniu do niego innego ciała w warstwie powierzchniowej.

Schemat napięcia

Głównym celem próby rozciągania jest skonstruowanie diagramu naprężenie-odkształcenie. Do tych badań wykorzystuje się próbki cylindryczne z... Strefa OA nazywana jest strefą sprężystą (po usunięciu obciążenia Rpts próbka...

Oznaczanie twardości materiałów

Twardość- zdolność materiału do przeciwstawienia się odkształceniom warstwy wierzchniej pod wpływem lokalnych wpływów kontaktowych.

Korzyści z badania twardości

2. Pomiar twardości tą techniką jest znacznie prostszy niż określenie wytrzymałości (nie wymaga specjalnych próbek, wykonuje się... 3. Pomiar twardości nie wiąże się ze zniszczeniem badanej części i... 4. Twardość można zmierzyć na częściach o małej grubości, a także w cienkich warstwach.

Oznaczanie twardości według skali Mohsa

ze szkłem, ostrzem noża itp., jak pokazano w tabeli. 2.1. Tabela 2.1

część eksperymentalna

1. Próby rozciągania.

1.1. Uzyskać cylindryczne próbki stali zbadane pod kątem rozciągania.

1.2. Za pomocą suwmiarki dokonaj niezbędnych pomiarów długości i średnic próbek. Wprowadź dane w tabeli 2.2.

Tabela 2.2

1.3. Wyznaczyć główne właściwości mechaniczne, czyli wytrzymałość materiału na rozciąganie, wydłużenie względne i skurcz względny, korzystając ze wzorów podanych w części teoretycznej pracy.

1.4. Skonstruuj wykres rozciągania obrazów stali we współrzędnych P-Δl.

1,5. Zapoznaj się z podanymi przez nauczyciela wykresami rozciągania różnych materiałów konstrukcyjnych, zaznacz główne strefy i określ właściwości mechaniczne.

2. Oznaczanie twardości materiałów.

2.1. Oznaczanie twardości Brinella:

a) próbkę do badań umieszcza się na stole urządzenia do pomiaru twardości;

b) ustalić wielkość siły obciążającej i czas trwania obciążenia;

c) wykonać odcisk na próbce, obniżyć stolik przyrządu, wyjąć próbkę;

d) za pomocą mikroskopu zmierzyć średnicę powstałego wydruku i obliczyć twardość Brinella.

2.2. Oznaczanie twardości Vickersa:

a) określić długości przekątnych odcisku na próbce zamontowanej na stoliku mikroskopu;

2.3. Badanie wpływu zawartości węgla w stali na jej twardość;

a) zmierzyć średnice wgłębień otrzymanych próbek dla stali ST20, ST45, U8;

b) określić wartości twardości Brinella za pomocą tabel referencyjnych;

c) skonstruować graficzną zależność twardości od zawartości węgla i ją wyjaśnić.

3. Na podstawie wyników pracy sformułować wnioski.

Praca laboratoryjna nr 3

BADANIE PROCESU KRYSTALIZACJI MATERIAŁÓW

Cel pracy: zbadać cechy procesu krystalizacji materiałów na przykładzie soli i metali, określić* wpływ różnych czynników na strukturę skrystalizowanego materiału, zapoznać się z metodami analizy termicznej.

Część teoretyczna

Każda substancja może znajdować się w jednym z trzech stanów skupienia: stałym, ciekłym i gazowym. Przejście z jednego stanu do drugiego następuje w określonej temperaturze, zwanej temperaturą topnienia, krystalizacji, wrzenia lub sublimacji.

Stałe ciała krystaliczne mają regularną budowę, w której atomy i jony rozmieszczone są w węzłach sieci krystalicznych (tzw. porządek krótkiego zasięgu), a poszczególne komórki i bloki są w określony sposób zorientowane względem siebie (długie -kolejność zakresu). W cieczach pewna orientacja nie rozciąga się na całą objętość, ale tylko na niewielką liczbę atomów tworzących stosunkowo trwałe grupy, czyli fluktuacje (porządek krótkiego zasięgu). Wraz ze spadkiem temperatury wzrasta stabilność wahań i wykazują one zdolność do wzrostu.

Wraz ze wzrostem temperatury ciała stałego wzrasta ruchliwość atomów w miejscach sieci, wzrasta amplituda drgań, a gdy osiąga ona

W określonej temperaturze, zwanej temperaturą topnienia, siatka zapada się, tworząc fazę ciekłą.

Odwrotny obraz obserwuje się podczas chłodzenia cieczy (stopu) i późniejszego jej zestalenia. Po ochłodzeniu ruchliwość atomów maleje, a w pobliżu temperatury topnienia tworzą się grupy atomów, w których atomy są upakowane, jak w kryształach. Grupy te są ośrodkami krystalizacji lub jądrami, na których następnie rośnie warstwa kryształów. Po osiągnięciu temperatury „topnienia-zestalenia” ponownie tworzy się sieć krystaliczna, a metal przechodzi w stan stały. Nazywa się przejściem metalu ze stanu ciekłego do stałego w określonej temperaturze krystalizacja.

Scharakteryzowano ciała krystaliczne anizotropia- zależność właściwości od kierunku. Ciała amorficzne (takie jak szkło) są izotropowy- ich właściwości nie zależą od kierunku.

Rozważmy termodynamiczne warunki krystalizacji. Stan energetyczny każdego układu charakteryzuje się pewną rezerwą energii wewnętrznej, na którą składa się energia ruchu cząsteczek, atomów itp. Energia swobodna to ta część energii wewnętrznej, która w warunkach izotermicznych może zostać zamieniona na pracę. Ilość energii swobodnej zmienia się wraz ze zmianami temperatury, topnieniem, przemianami polimorficznymi itp.

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki każdy układ dąży do minimalnej wartości energii swobodnej. Każdy spontanicznie przebiegający proces zachodzi tylko wtedy, gdy nowy stan jest bardziej stabilny, tj. ma mniej darmowej energii. Na przykład piłka ma tendencję do toczenia się po pochyłej płaszczyźnie, zmniejszając w ten sposób jej energię swobodną. Spontaniczny powrót piłki w górę po pochyłej płaszczyźnie jest niemożliwy, ponieważ zwiększyłoby to jej energię swobodną.

Proces krystalizacji podlega temu samemu prawu. Metal krzepnie, jeśli stan stały ma mniej energii swobodnej i topi się, jeśli stan ciekły ma mniej energii swobodnej. Zmianę energii swobodnej cieczy i ciała stałego wraz ze zmianami temperatury pokazano na rys. 3.1. Zmiany temperatury energii swobodnej są różne dla stanu ciekłego i stałego.

Ryż. 3.1. Warunki krystalizacji termodynamicznej

Rozróżnia się teoretyczne i rzeczywiste temperatury krystalizacji.

T 0 to teoretyczna lub równowagowa temperatura krystalizacji, w której F ciecz = F ciało stałe. W tej temperaturze istnienie metalu zarówno w stanie ciekłym, jak i stałym jest równie prawdopodobne. Prawdziwa krystalizacja rozpocznie się, gdy proces ten będzie korzystny termodynamicznie dla układu, pod warunkiem ΔF = F l - F ciało stałe, co wymaga pewnego przechłodzenia. Nazywa się temperaturę, w której praktycznie zachodzi krystalizacja rzeczywista temperatura krystalizacji T kr. Nazywa się różnicę między teoretyczną i rzeczywistą temperaturą krystalizacji stopień hipotermii:ΔT = T 0 - T kr. Im większy stopień przechłodzenia ΔT, tym większa różnica energii swobodnych ΔF, tym intensywniejsza będzie krystalizacja.

Tak jak krzepnięcie wymaga przechłodzenia, aby osiągnąć rzeczywistą temperaturę krystalizacji, tak topienie wymaga przegrzania, aby osiągnąć rzeczywistą temperaturę topnienia.

Mechanizm procesu krystalizacji

1) zarodkowanie centrów krystalizacji; 2) wzrost kryształów z tych ośrodków. W temperaturach bliskich temperaturze krzepnięcia w ciekłym metalu tworzą się małe grupy atomów, więc...

Analiza termiczna

Ryż. 3.5. Rodzaje krzywych chłodzenia Kiedy czysty pierwiastek krystalizuje, usuwanie ciepła powstałe w wyniku chłodzenia jest kompensowane przez ciepło...

Struktura wlewka ze stali miękkiej

Schemat budowy cichego wlewka stalowego pokazano na ryc. 3.7. Struktura wlewka składa się z trzech stref: zewnętrznej strefy drobnoziarnistej 1, strefy kolumnowej... Ryc. 3.7. Struktura wlewka metalu

część eksperymentalna

1. Przeprowadź analizę termiczną metalu.

1.1. Włącz piec, w którym umieszczona jest próbka metalu.

1.2. Podgrzać (stopić) próbkę do temperatury określonej przez asystenta laboratoryjnego.

1.3. Dokonuj odczytów z urządzenia pomiarowego co 60 sekund. Odczyty są przeliczane przy użyciu tabeli kalibracyjnej.

1.4. Po osiągnięciu temperatury końcowej doświadczenia należy wyłączyć piec i przeprowadzić proces chłodzenia (krystalizacji) metalu.

1,5. Dokonuj odczytów z urządzenia pomiarowego co 60 sekund.

1.6. Konstruuj krzywe ogrzewania i chłodzenia we współrzędnych

„temperatura - czas” na jednym wykresie.

1.7. Wyznaczać punkty krytyczne przekształceń agregatowych i

stopień hipotermii.

2. Zbadaj proces krystalizacji na przykładzie soli metali.

2.1. Nałóż krople nasyconych roztworów soli na szkiełko i umieść je na stoliku mikroskopu.

2.2. Rozważ i przedstaw graficznie struktury soli otrzymanych po pewnym czasie w procesie naturalnego odparowania wody. Określ rodzaje formacji krystalicznych, kolejność powstawania stref, ich liczbę.

3. Na podstawie wyników eksperymentów formułować wnioski.

Praca laboratoryjna nr 4

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TERMICZNYCH

MATERIAŁY BUDOWLANE

Cel praca: badanie właściwości termofizycznych materiałów. Wyznaczyć współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej stopu.

Część teoretyczna

Szereg gałęzi przemysłu przyrządowego wymaga stosowania materiałów o ściśle regulowanych właściwościach cieplnych.Do głównych właściwości termofizycznych zalicza się: odporność na ciepło, odporność na zimno, przewodność cieplną, odporność na ciepło, pojemność cieplną, rozszerzalność cieplną.

Wytrzymałość cieplna odnosi się do zdolności materiałów do niezawodnego wytrzymywania podwyższonych temperatur (krótkotrwale lub przez czas porównywalny z normalnym czasem pracy) bez uszkodzeń i bez akceptowalnego pogorszenia innych, praktycznie ważnych właściwości. Wielkość oporu cieplnego ocenia się na podstawie odpowiednich wartości temperatur, w których pojawiły się zmiany właściwości (na przykład właściwości elektryczne nieorganicznych dielektryków). Odporność cieplna organicznych dielektryków jest często określana przez początek odkształcenia mechanicznego. Jeżeli pogorszenie właściwości zostanie wykryte dopiero po długotrwałym narażeniu na działanie podwyższonych temperatur – na skutek wolno zachodzących procesów chemicznych, wówczas jest to tzw. starzenie termiczne materiału. Oprócz wpływu temperatury na tempo starzenia znacząco wpływają: zwiększone ciśnienie powietrza, stężenie tlenu,

różne odczynniki chemiczne itp.

W przypadku wielu delikatnych materiałów (szkło, ceramika) istotna jest odporność na nagłe zmiany temperatury – impulsy termiczne. Nazywa się to zdolnością do wytrzymywania zmian termicznych wytrzymałość cieplna. Kiedy powierzchnia materiału jest szybko nagrzewana lub chłodzona, w wyniku powstania różnicy temperatur pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną warstwą materiału oraz nierównomiernego rozszerzania lub kurczenia się cieplnego, mogą powstawać pęknięcia. Opór cieplny ocenia się na podstawie liczby cykli cieplnych, które próbka materiału wytrzymała bez zauważalnej zmiany właściwości.

W wyniku badań określa się odporność materiału na wpływy termiczne, a odporność ta może nie być taka sama w różnych przypadkach. Na przykład materiał, który z łatwością wytrzymuje krótkotrwałe nagrzewanie do określonej temperatury, może okazać się niestabilny pod względem starzenia termicznego przy długotrwałym działaniu nawet niższej temperatury lub materiał, który wytrzymuje długotrwałe nagrzewanie do wysokiej, stałej temperatury temperatura może pękać i zmieniać swoje właściwości po szybkim ochłodzeniu. Czasem może zaistnieć konieczność przeprowadzenia badania w podwyższonej temperaturze przy jednoczesnym narażeniu na działanie podwyższonej wilgotności powietrza (klimat tropikalny).

Gdy sprzęt jest zaprojektowany do pracy w niskich temperaturach, ważna jest jego odporność na zimno - zdolność materiału do niezawodnego wytrzymywania niskich temperatur, na przykład od -60 ° C i poniżej, bez uszkodzeń i bez niedopuszczalnego pogorszenia innych praktycznie ważnych właściwości. W niskich temperaturach z reguły poprawiają się właściwości elektryczne materiałów izolacyjnych, jednak wiele materiałów, elastycznych i elastycznych w normalnych temperaturach, staje się bardzo kruche i sztywne w niskich temperaturach, co prowadzi do zawodnego działania.

Wszystkie ciała stałe są w stanie przewodzić ciepło w takim czy innym stopniu. Niektórzy są gorsi, inni lepsi. Przewodność cieplna to właściwość materiałów polegająca na przewodzeniu ciepła z bardziej nagrzanych części ciała do mniej nagrzanych, co prowadzi do wyrównania temperatury.

Zasadniczo istnieją następujące metody przenoszenia energii cieplnej w materii:

1) promieniowanie- wszystkie ciała, bez względu na temperaturę, emitują energię. Może to być zjawisko czysto termiczne (promieniowanie cieplne) i

luminescencja (fosforescencja i fluorescencja), która jest pochodzenia nietermicznego;

2) konwekcja- bezpośrednie przekazywanie ciepła związane z ruchem cieczy i gazów;

3) przewodność cieplna- przenoszenie ciepła w wyniku interakcji atomów lub cząsteczek substancji. W ciałach stałych przenoszenie energii cieplnej odbywa się głównie tą metodą.

Podstawowe prawo Fouriera dotyczące przewodności cieplnej stwierdza, że ​​gęstość strumienia ciepła jest proporcjonalna do gradientu temperatury. Prawo obowiązuje dla ciał izotropowych (właściwości nie zależą od kierunku). Ciała anizotropowe charakteryzują się współczynnikami przewodzenia ciepła w kierunku głównych osi.

W ogólnym przypadku przewodność cieplna w ciałach stałych odbywa się za pomocą dwóch mechanizmów - ruchu nośników prądu (głównie elektronów) i elastycznych drgań termicznych atomów sieci. Aluminium, złoto, miedź i srebro mają maksymalny współczynnik przewodności cieplnej. Kryształy o bardziej złożonej strukturze sieci mają niższą przewodność cieplną, ponieważ stopień rozproszenia fal termoelastycznych jest tam większy. Spadek przewodności cieplnej obserwuje się również podczas tworzenia roztworów stałych, ponieważ w tym przypadku pojawiają się dodatkowe centra rozpraszania fal termicznych. W stopach heterofazowych (wielofazowych) współczynnik przewodności cieplnej jest sumą przewodności cieplnej powstałych faz. Przewodność cieplna związków jest zawsze znacznie niższa niż przewodność cieplna składników je tworzących.

Pojemność cieplna- jest to właściwość samej substancji, nie zależy od cech strukturalnych konkretnego produktu, jego porowatości i gęstości, wielkości kryształów i innych czynników. Pojemność cieplna to ilość ciepła odpowiadająca zmianie temperatury jednostki ilości substancji o 1°C.

Rozszerzalność cieplna- wzrost objętości i wymiarów liniowych ciał wraz ze zmianą temperatury. Jest charakterystyczny dla prawie wszystkich materiałów.

Chociaż siła sił wiązania w ciele stałym jest bardzo duża, istnieją możliwości ruchu cząstek elementarnych (atomów, jonów). Zarówno w ciałach amorficznych, jak i krystalicznych atomy drgają w pobliżu środka równowagi.

W tym przypadku amplituda oscylacji rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Praktyka pokazuje, że objętość właściwa większości substancji rośnie wraz ze wzrostem temperatury, tj. następuje rozszerzalność cieplna. Zjawisko rozszerzalności cieplnej nie jest jednak związane ze wzrostem amplitudy ruchu wibracyjnego atomów, ale z jego anharmonicznością. Aby zrozumieć istotę zjawiska, należy wziąć pod uwagę oddziaływanie sił podczas tworzenia wiązania chemicznego między atomami, a także zależność energii potencjalnej układu od odległości międzyatomowej. Każdy rodzaj wiązania chemicznego wymaga równowagi sił przyciągania i odpychania pomiędzy atomami. Kiedy atomy zbliżają się do siebie, początkowo dominują siły przyciągania. Zbliżenie atomów do pewnej granicy zmniejsza energię układu, tj. zapewnia mu większą stabilność. Jednak przy wystarczająco małej odległości międzyatomowej pojawiają się siły odpychające, uniemożliwiające dalsze zbliżanie się atomów. Działanie tych sił wzrasta wraz ze zmniejszaniem się odległości międzyatomowej, co odpowiada wzrostowi energii układu. Przy pewnej wartości odległości międzyatomowej siły odpychania i przyciągania zrównoważą się, po czym dalsze podejście wymaga przyłożenia siły zewnętrznej, która odpowiada dodatnim wartościom wypadkowej siły F res.

Ryż. 4.1. Schemat oddziaływania sił pomiędzy

przeciwnie naładowane cząstki

Studnia potencjału charakteryzuje się silnie wyraźną asymetrią. Załóżmy, że w określonej temperaturze wibrujący atom ma określoną energię. W tym przypadku oscyluje względem środka, odchylając się na przemian „lewo-prawo”. Od przemieszczeń z pozycji

równowaga musi być identyczna, wówczas wzrost energii układu powoduje przesunięcie środka oscylacji wzdłuż osi odległości międzyatomowej. Zatem średnia odległość między atomami wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, co odpowiada rozszerzalności cieplnej ciała.

Zatem zjawisko rozszerzalności cieplnej ciał stałych opiera się na anharmoniczności ruchu wibracyjnego jego atomów oraz stopniu odchylenia drgań termicznych od prawa harmonicznego, tj. wielkość rozszerzalności cieplnej ciała zależy w dużej mierze od stopnia asymetrii studni potencjału. Z reguły w substancjach z wiązaniem jonowym studnia potencjału charakteryzuje się znaczną szerokością i asymetrią. Fakt ten determinuje znaczny wzrost średnich odległości międzyatomowych podczas ich ogrzewania, czyli znaczną rozszerzalność cieplną związków jonowych.

Przeciwnie, w substancjach z przewagą wiązania kowalencyjnego (borki, azotki, węgliki) studnia potencjału ma kształt spiczastego zagłębienia, a zatem jej stopień symetrii jest wyższy. Dlatego wzrost odległości między atomami podczas ogrzewania jest stosunkowo niewielki, co odpowiada ich stosunkowo małej rozszerzalności cieplnej. Metale z reguły mają zwiększoną rozszerzalność cieplną, ponieważ wiązania metaliczne są na ogół słabsze niż wiązania jonowe i kowalencyjne. Wreszcie polimery organiczne charakteryzują się bardzo dużą rozszerzalnością po podgrzaniu, ze względu na słabe siły van der Waalsa działające pomiędzy cząsteczkami, podczas gdy w cząsteczkach działają silne siły kowalencyjne.

Ilościowo rozszerzalność cieplną materiałów szacuje się na podstawie następujących wartości:

1. Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej w danej temperaturze (TCLE), odpowiadający względnemu wydłużeniu próbki przy nieskończenie małej zmianie temperatury.

2. Współczynnik temperaturowy rozszerzalności objętościowej, który charakteryzuje trójwymiarową rozszerzalność substancji.

Ważną konsekwencją praktyczną jest konieczność wykorzystania danych TCLE uzyskanych w konkretnym zakresie temperatur, w jakich pracuje materiał. Nie można porównywać współczynników temperaturowych
rozszerzalność materiałów mierzona w różnych temperaturach.

W przypadku materiałów izotropowych (kryształy o siatce sześciennej, szkło) współczynnik rozszerzalności cieplnej jest taki sam we wszystkich kierunkach. Większość substancji krystalicznych jest jednak anizotropowa (ekspansja jest różna w różnych osiach). Zjawisko to jest najbardziej widoczne np. w materiałach warstwowych (grafit), gdzie wiązania chemiczne mają wyraźną kierunkowość. W rezultacie ekspansja grafitu wzdłuż warstwy jest znacznie mniejsza niż prostopadle do niej. Dla niektórych podobnych materiałów o silnie zaznaczonej anizotropii wartość LTEC w jednym z kierunków może okazać się nawet ujemna. Na przykład kordieryt 2MgO 2A1 2 O 3 5SiO 2, w którym podczas rozszerzalności cieplnej obserwuje się rozszerzanie kryształów wzdłuż jednej osi, a ściskanie wzdłuż drugiej osi, odpowiadające zbieżności warstw struktury. Zjawisko to jest wykorzystywane w technologii; W materiale polowym i krystalicznym chaotyczny rozkład kryształów prowadzi do wzajemnego ukierunkowania ich dodatniej i ujemnej ekspansji. W efekcie otrzymujemy materiał o niskiej wartości TCLE, charakteryzujący się bardzo dużą wytrzymałością cieplną. Jednocześnie w takich materiałach mogą powstawać znaczne naprężenia na granicach ziaren, co wpływa na ich wytrzymałość mechaniczną. W przypadku materiałów wielofazowych, na granicy dwóch stykających się faz o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, naprężenia ściskające będą oddziaływać na fazę o dużym współczynniku rozszerzalności, a naprężenia rozciągające na fazę o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej (po podgrzaniu). Podczas chłodzenia napięcia zmieniają znaki. W przypadku przekroczenia krytycznych wartości naprężeń mogą wystąpić pęknięcia, a nawet zniszczenie materiału.

Zatem TCLE jest właściwością wrażliwą na strukturę i jest wrażliwą na zmiany w strukturze materiału, na przykład na obecność w nim przekształceń polimorficznych. W związku z tym można zaobserwować załamania krzywych rozszerzalności materiałów wielofazowych i zakłócenie ich monotonicznego charakteru.

Jeżeli rozszerzanie się ciała w danym zakresie temperatur zachodzi równomiernie, to graficznie rozszerzanie będzie wyrażone linią prostą (rys. 4.2.), a średni współczynnik rozszerzalności liniowej będzie liczbowo równy tangensowi kąta nachylenie tej prostej do osi temperatury, związane ze względną zmianą długości próbki.

Ryż. 4.2. Jednolita ekspansja ciała po podgrzaniu

Jednak ekspansja próbki nie zawsze zachodzi równomiernie. Badanie charakterystyk rozszerzalności cieplnej w różnych zakresach temperatur pozwala także na wyciągnięcie pośrednich wniosków na temat temperatury i charakteru różnych przemian strukturalnych w materiale. W takich przypadkach zależność rozszerzalności cieplnej od temperatury nie będzie wyrażona linią prostą, ale bardziej złożoną zależnością (rys. 4.3).

Ryż. 4.3. Nierównomierne rozszerzanie się ciała po podgrzaniu

Aby znaleźć wartość współczynnika rozszerzalności w poszczególnych punktach krzywej rozszerzalności, należy poprowadzić styczną do osi temperatury przez punkt krzywej odpowiadający temperaturze pomiaru. Wielkość współczynnika rozszerzalności liniowej zostanie wyrażona przez tangens kąta nachylenia stycznej do osi temperatury.

Wielkość rozszerzalności cieplnej ciał po nagrzaniu zależy przede wszystkim od charakteru materiału, tj. na jego skład chemiczny i mineralogiczny, strukturę sieci przestrzennej, siłę wiązania chemicznego itp. Więc,

O wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej ceramiki decyduje przede wszystkim charakter fazy krystalicznej, szkła - skład chemiczny, a ceramiki szklanej - charakter fazy krystalicznej, skład chemiczny pozostałości szklistej fazy i ich stosunek.

Materiały szkliste wykazują złożoną zależność rozszerzalności od temperatury. Początkowo, aż do tzw. temperatury zeszklenia, zbliżonej do temperatury mięknienia, rozszerzanie jest proporcjonalne do temperatury. W temperaturach powyżej temperatury zeszklenia szybkość wydłużania gwałtownie wzrasta. Przekrój ten odpowiada okresowi przejścia ze stanu kruchego do stanu bardzo lepkiego, w którym zachodzą procesy restrukturyzacji strukturalnej szkła, a za granicę stanu kruchego uważa się temperaturę zeszklenia. Po osiągnięciu maksimum wydłużenie zaczyna maleć, co wiąże się ze skurczem próbki szkła w wyniku jej zmiękczenia.

TCLE jest charakterystyką techniczną materiału i jest obliczana według wzoru

gdzie l 0 jest długością ciała w temperaturze początkowej T 0 ;

l t - długość ciała nagrzanego do temperatury T.

TCLE to zmiana długości przy zmianie temperatury o 1 stopień, w odniesieniu do pierwotnej długości próbki. Na części precyzyjnych przyrządów i urządzeń stosuje się materiały o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, które nie powinny zmieniać wymiarów pod wpływem ogrzewania. Przy sztywnym łączeniu części urządzenia, np. w złączu metal-szkło, konieczne jest dobranie materiałów o podobnych wartościach TCLE, w przeciwnym razie podczas chłodzenia na styku części powstaną naprężenia, a w złączu mogą powstać pęknięcia delikatne szkło, a złącze nie będzie szczelne próżniowo. Bliskość TCLE jest konieczna również w przypadku warstw mikroukładów, które podczas operacji technologicznych lub podczas eksploatacji podlegają zmianom temperatury, w przeciwnym razie może dojść do zniszczenia warstw obwodu.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej odgrywa również ważną rolę w ocenie oporu cieplnego materiałów: im niższy TCLE, tym wyższy opór cieplny.

Istnieją stopy metali, które nie przestrzegają ogólnych praw właściwości termicznych. Takimi stopami są stopy żelaza i niklu Re-M1. Stop zawierający 36% niklu ma wartość TCLE bliską zeru i nazywany jest inwar(łac. „niezmienny”).

Inżynierowie wykorzystują inną właściwość termiczną, a mianowicie współczynnik termiczny modułu sprężystości(TKMU). W każdym ciele stałym, w tym w metalach, po podgrzaniu obserwuje się spadek modułu sprężystości, który jest miarą sił wiązań międzyatomowych. W przypadku stopu Fe-Ni właściwość ta wykazuje anomalną zależność: moduł TKMU wzrasta lub pozostaje stały wraz ze wzrostem temperatury. Ten sam inwar z 36% niklem ma maksymalne TKMU. Dobór określonego składu chemicznego umożliwia opracowanie stopów, których TMC są praktycznie niezależne od temperatury. Stopy te nazywane są elinwary.

Do produkcji wykorzystuje się stale o określonej rozszerzalności cieplnej termobimetale, gdy warstwa o małej rozszerzalności cieplnej (warstwa pasywna) jest trwale łączona poprzez walcowanie z inną warstwą o większej rozszerzalności cieplnej (warstwa aktywna). Płytki bimetaliczne służą jako regulator temperatury w produkcji instrumentów.

Nagrzewanie takiej płyty powoduje jej zakrzywienie, co pozwala na zamknięcie obwodu elektrycznego. Główną właściwością termobimetali jest wrażliwość termiczna- zdolność do zginania się przy zmianie temperatury.

Opis dylatometru kwarcowego służącego do pomiaru temperaturowego współczynnika rozszerzalności liniowej

Drugi koniec pręta jest połączony z prętem głowicy wskaźnika. Głowica wskaźnika osadzona jest na metalowym stojaku. Szczelny kontakt pręta z próbką uzyskuje się poprzez docisk sprężyny wskaźnikowej. Podczas rozszerzania próbka przeciska się przez...

część eksperymentalna

1. Zapoznaj się z urządzeniem dylatometru.

2. Umieścić rurę zawierającą próbkę brązu w piecu rurowym.

3. Włącz piekarnik i licznik wielofunkcyjny, aby dokonać odczytów.

4. Ustaw wskaźnik na zero.

5. W regularnych odstępach czasu (np. po 20°C) wykonuj odczyty wskaźników, korzystając z tabeli kalibracyjnej.

6. Wprowadź dane doświadczalne do tabeli. 4.2.

gdzie α jest współczynnikiem rozszerzalności liniowej;

N- odczyty wskaźników;

k- cena podziału wskaźnika;

(T 2 - T 1) - różnica temperatur (pokojowa i końcowa) dla wybranego przedziału;

l- dyna początkowa próbki;

α kv - poprawka na rozszerzalność kwarcu.

8. Konstruować i wyjaśniać graficzną zależność wydłużenia próbki od temperatury.

9. Przeanalizuj wyniki uzyskane dla brązu będącego stopem miedzi i cyny, biorąc pod uwagę, że α miedź = 160 ·10 -7 g -1 , α cyna = 230 ·10 -7 g -1 .

10. Zapoznać się z krzywymi rozszerzalności materiałów niemetalicznych, wskazać charakterystyczne strefy, wyjaśnić procesy zachodzące w materiałach pod wpływem ogrzewania.

11. Na podstawie wyników pracy sformułować wnioski.

Praca laboratoryjna nr 5

METODY BADANIA POROWATYCH MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH

Cel pracy: zapoznać się z różnymi materiałami porowatymi i technologią ich wytwarzania. Określ nasiąkliwość materiałów polimerowych, kompozytowych i szklano-ceramicznych oraz dokonaj analizy porównawczej uzyskanych wyników.

Część teoretyczna

Wszystkie materiały w mniejszym lub większym stopniu absorpcja wody, tj. zdolność wchłaniania V wilgoć z otoczenia i przepuszczalność wilgoci, te. zdolność do przepuszczania wody przez siebie. Powietrze atmosferyczne zawsze zawiera pewną ilość pary wodnej.

Na absorpcję wody przez materiał istotny wpływ ma jego struktura i charakter chemiczny. Istotną rolę odgrywa obecność i wielkość szczelin kapilarnych wewnątrz materiału, do którego wnika wilgoć. Materiały silnie porowate, zwłaszcza włókniste, charakteryzują się dużą absorpcją wody. Określenie absorpcji wody poprzez wzrost masy zwilżonej próbki daje pewne wyobrażenie o zdolności materiału do wchłaniania wilgoci.

Każdy porowaty materiał konstrukcyjny (metal, ceramika, ceramika szklana lub polimer) jest z reguły połączeniem substancji stałej z pustymi przestrzeniami - porami. Objętość porów, ich wielkość i sposób rozmieszczenia mają istotny wpływ na szereg właściwości produktów i materiałów. Na przykład wytrzymałość mechaniczna ceramiki zależy nie tylko od całkowitej porowatości, ale także od wielkości porów i równomierności ich rozmieszczenia. Nie ulega wątpliwości, że wraz ze wzrostem porowatości wytrzymałość ceramiki maleje ze względu na wzrost defektów strukturalnych i spadek siły wiązania.

Ustalono, że objętość porów wypełnionych wodą decyduje o mrozoodporności wyrobów; liczba, wielkość i charakter rozmieszczenia porów w dużym stopniu decydują o odporności żużlowej wykładzin piecowych; Porowatość wpływa na przewodność cieplną materiałów.

Pory w materiałach mają różnorodne kształty, zarysy i mogą być nierównomiernie rozmieszczone w całej objętości, dlatego niezwykle trudno jest uzyskać pełną charakterystykę porowatości, nawet przy użyciu nowoczesnych porometrów. Pomimo różnorodności kształtów pory można podzielić na:

1. Zamknięte pory- cieczy i gazów niedostępnych do penetracji.

2. otwarty- pory dostępne do penetracji.

Pory otwarte z kolei dzielą się na:

1) ślepy zaułek- pory wypełnione cieczą i gazem, jednostronnie otwarte;

2) tworzenie kanałów- pory otwierają się na obu końcach, tworząc kanały porów.

O przepuszczalności wilgoci materiału decydują przede wszystkim pory tworzące kanały w obecności różnic ciśnień na ich otwartych końcach. Porowatość i przepuszczalność to ważne cechy tekstury wszystkich rodzajów materiałów technicznych.

Ponieważ bezpośrednie metody pomiaru porowatości materiałów są niezwykle złożone, wskaźnik ten często ocenia się poprzez określenie innych właściwości, które bezpośrednio zależą od porowatości. Wskaźniki te obejmują gęstość materiału i absorpcję wody.

Przyjrzyjmy się niektórym definicjom.

Prawdziwa gęstość- stosunek masy materiału do jego objętości bez uwzględnienia porów.

Gęstość pozorna- jest to stosunek masy ciała do całej zajmowanej przez nie objętości, łącznie z porami.

Gęstość względna- stosunek gęstości pozornej do gęstości rzeczywistej. Reprezentuje udział objętościowy ciał stałych w materiale.

Absorpcja wody jest stosunkiem masy wody wchłoniętej przez materiał w stanie pełnego nasycenia do masy suchej próbki (wyrażonym w procentach).

Mierząc powyższe cechy, można ocenić całkowitą, otwartą i zamkniętą porowatość ceramiki.

Prawdziwa (całkowita) porowatość- całkowita objętość wszystkich otwartych i zamkniętych porów, wyrażona jako procent całkowitej objętości materiału. Wartość ta jest oznaczona jako P i jest liczbowo równa sumie porowatości zamkniętej i otwartej.

Pozorna (otwarta) porowatość- jest to stosunek objętości wszystkich otwartych porów ciała (wypełnionych wodą podczas gotowania) do całej objętości materiału, w tym objętości wszystkich porów. Wartość jest oznaczona jako P 0 i wyrażona w %.

Zamknięta porowatość- jest to stosunek objętości wszystkich zamkniętych porów ciała do jego objętości, w tym objętości wszystkich porów, oznaczony jako P 3 i wyrażony w%.

Absorpcja wody przez materiały polimerowe

Przy niskich temperaturach i krótkim czasie kontaktu wody z polimerem pęcznienie jest ograniczone i rozciąga się do niewielkiego... W materiałach kompozytowych, którymi są tworzywa sztuczne, wodoodporność... Tworzywa sztuczne to materiały niemetaliczne na bazie składników naturalnych lub syntetycznych związki wielkocząsteczkowe...

Klasyfikacja tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne można klasyfikować według różnych kryteriów, na przykład według składu, stosunku ciepła i rozpuszczalników itp.

Według składu tworzywa sztuczne dzielą się na:

1) niewypełnione. Są żywicą w czystej postaci.

2) wypełnione (kompozytowe). Oprócz żywicy zawierają wypełniacze, plastyfikatory, stabilizatory, utwardzacze i specjalne dodatki.

Wypełniacze dodawany w ilości 40-70% (wagowo) w celu zwiększenia właściwości mechanicznych, zmniejszenia skurczu i obniżenia kosztów materiału (koszt wypełniacza jest niższy niż koszt żywicy). Jednakże wypełniacz zwiększa higroskopijność tworzyw sztucznych i pogarsza właściwości elektryczne.

Plastyfikatory(glicerynę, olej rycynowy lub parafinowy) wprowadza się w ilości 10-20% w celu zmniejszenia łamliwości i poprawy kształtu kręgosłupa.

Stabilizatory(sadza, związki siarki, fenole) wprowadza się w ilości kilkuprocentowej w celu spowolnienia starzenia, co stabilizuje właściwości i wydłuża żywotność. Starzenie się to samoistna, nieodwracalna zmiana najważniejszych właściwości użytkowych materiału podczas eksploatacji i przechowywania, zachodząca w wyniku złożonych procesów fizykochemicznych.

Utwardzacze Wprowadza się je także w kilkuprocentowej ilości w celu połączenia cząsteczek polimeru wiązaniami chemicznymi.

Specjalne dodatki- smary, barwniki, w celu zmniejszenia ładunków elektrostatycznych, w celu zmniejszenia palności, w celu ochrony przed pleśnią.

Przy produkcji pianek i porowatych tworzyw sztucznych dodaje się substancje porotwórcze - substancje, które pod wpływem ogrzewania miękną, uwalniając dużą ilość gazów spieniających żywicę.

W związku z ogrzewaniem i rozpuszczalniki, tworzywa sztuczne dzielą się na termoplastyczne i termoutwardzalne.

Polimery termoplastyczne(termoplasty) - polimery, które mogą wielokrotnie mięknąć pod wpływem ogrzewania i twardnieć po ochłodzeniu, nie zmieniając swoich właściwości. W tych polimerach pomiędzy cząsteczkami działają słabe siły van der Waapsa i nie ma żadnych wiązań chemicznych. Tworzywa termoplastyczne są również rozpuszczalne w rozpuszczalnikach.

Polimery termoutwardzalne(termoutwardzacze) topią się po podgrzaniu do określonej temperatury i w wyniku reakcji chemicznych w tej samej temperaturze po ochłodzeniu twardnieją (jak to się mówi „pieczone”), zamieniając się w twardą, nietopliwą i nierozpuszczalną substancję. W tym przypadku obok słabych sił van der Waalsa działają silne wiązania chemiczne pomiędzy cząsteczkami, zwane poprzecznymi. Ich występowanie jest istotą procesu utwardzania polimeru.

Zmniejszając wpływ wypełniacza Tworzywa sztuczne dzielą się na następujące typy:

1) z prześcieradłem wypełniacz (getinax, tekstolit, włókno szklane, tworzywo sztuczne laminowane drewnem);

2) z wypełniaczem włóknistym(włókno szklane, włókno azbestowe, włókno szklane);

3) z wypełniaczem w proszku(fenoplasty, aminoplasty,

proszki do prasy epoksydowej);

4) bez wypełniacza(polietylen, polistyren);

5) z wypełniaczem gazowo-powietrznym(tworzywa piankowe).

Getinax składa się z dwóch lub więcej warstw trwałego, żaroodpornego, impregnowanego papieru poddanego działaniu termoutwardzalnej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego (bakelit). Aby zwiększyć odporność na ciepło, do niektórych marek getinaxu dodaje się dodatkowo substancje krzemoorganiczne, a w celu zwiększenia przyczepności dodaje się żywice epoksydowe. Getinax to tani materiał stosowany w sprzęcie elektronicznym do produkcji różnego rodzaju płaskich części elektroizolacyjnych oraz podstaw płytek drukowanych.

Odporność termiczna getinaxu wynosi 135°C. Wady: łatwość rozwarstwiania się wzdłuż arkuszy wypełniacza, higroskopijność (pogarsza to właściwości elektroizolacyjne). Aby chronić przed wilgocią, powierzchnia jest pokryta lakierem.

Textolit to prasowany materiał na bazie płatów tkaniny bawełnianej, impregnowany podobnie jak getinax bakelitem. Jest łatwiejszy w obróbce niż getinax i ma wyższą wodoodporność, wytrzymałość na ściskanie i udarność. Textolite jest 5-6 razy droższy niż getinax. Odporność na temperaturę 150°C.

Włókno szklane- materiał składający się z dwóch lub więcej warstw niezawierającej alkaliów tkaniny szklanej impregnowanej różnymi żywicami termoutwardzalnymi.

Włókno szklane w porównaniu z getinaxem i tekstolitem ma zwiększoną odporność na wilgoć, odporność na ciepło oraz lepsze parametry elektryczne i mechaniczne, ale jest mniej przetwarzane mechanicznie. Włókno szklane ma dobre właściwości tłumiące (zdolność tłumienia drgań) i pod tym względem przewyższa stal i stopy tytanu. Pod względem rozszerzalności cieplnej jest zbliżony do stali. Odporność na temperaturę - 185°C. Włókno szklane jest szeroko stosowane, ponieważ łączy w sobie niską wagę, wysoką wytrzymałość, odporność na ciepło i dobre właściwości elektryczne.

Tworzywo sztuczne laminowane drewnem to materiał wypełniony trocinami lub fornirem.

Plastikowe folie w arkuszach mają specjalne przeznaczenie i służą do produkcji płytek drukowanych. Są to laminowane tworzywa sztuczne pokryte z jednej lub obu stron elektrolitycznie wytwarzaną folią miedzianą.

Ten sposób wytwarzania folii zapewnia jednolity skład i chropowatą powierzchnię z jednej strony, co poprawia przyczepność folii do dielektryka podczas klejenia. Tworzywa kompozytowe wypełnione włóknami i tkaninami bawełnianymi, a także materiały drewnopochodne, ze względu na wypełniacz, mogą charakteryzować się dużą nasiąkliwością wody. Według GOST 4650-73, absorpcję wody przez materiały polimerowe określa się utrzymując próbkę w wodzie przez 24 godziny w temperaturze pokojowej (lub gotując przez 30 minut).

Tabela 5.1.

Właściwości tworzyw sztucznych

2. Tworzywa sztuczne są odporne na długotrwałe działanie agresywnych środowisk przemysłowych i służą do produkcji powłok ochronnych na metalach... 3. Tworzywa pod wpływem środowiska powoli się starzeją, czyli... 4. Większość polimerów może pracować długo tylko w temperaturach poniżej 100°C. Powyżej tej temperatury, jak...

Porowate materiały ceramiczne i szklano-ceramiczne

1) uzyskanie proszków wyjściowych, 2) konsolidacja proszków, tj. produkcja materiałów kompaktowych; 3) przetwarzanie i kontrola produktów.

Porowate materiały metalowe

Wysoce porowate materiały proszkowe, dzięki sztywnej ramie przestrzennej, charakteryzują się większą wytrzymałością. Wytrzymują... Technologia wytwarzania metalowych elementów porowatych zależy od kształtu i...

część eksperymentalna

1. Wyznaczać nasiąkliwość materiałów polimerowych.

1.1. Przed badaniem zważyć próbki materiałów polimerowych (masa m 1).

1.2. Umieścić próbki w zlewce Z woda, przynieś. zagotować i utrzymywać w temperaturze wrzenia przez 30 minut.

1.3. Wyjąć próbki ze zlewki, osuszyć filtrem

papier i zważ (masa m 2).

1.4. Wyniki pomiarów wpisz do tabeli. 5.2.

1,5. Określ absorpcję wody w każdej próbce, korzystając ze wzoru

Tabela 5.2

2. Wyznaczać nasiąkliwość i porowatość otwartą materiałów ceramicznych typu szkło-I.

2.1. Ważenie próbek materiałów szklano-ceramicznych. Zmierz wymiary próbek potrzebne do obliczenia objętości za pomocą suwmiarki.

2.2. Próbki umieścić w zlewce, doprowadzić do wrzenia i utrzymywać w temperaturze wrzenia przez 60 minut.

2.3. Wyjąć próbki ze zlewki i zważyć. Uwaga! Próbek nie należy dokładnie osuszać, ponieważ Ze stosunkowo dużych nor zostanie usunięta woda.

2.4. Określ absorpcję wody w każdej próbce, korzystając z powyższego wzoru.

2.5. Wyznacz gęstość pozorną próbek korzystając ze wzoru

2.6. Oblicz pozorną (otwartą) porowatość Pc:

2.7. Wyniki obliczeń wprowadź do tabeli 5.3.

Tabela 5.3

3. Na podstawie wyników eksperymentów przeprowadzić analizę porównawczą i sformułować wnioski.

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał był dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:

Specjalność „nauka i technologia materiałowa” jest jedną z najważniejszych dyscyplin dla niemal wszystkich studentów inżynierii mechanicznej. Tworzenie nowych rozwiązań, które mogłyby konkurować na rynku międzynarodowym, nie jest możliwe do wyobrażenia i wdrożenia bez dogłębnej wiedzy na ten temat.

Kurs materiałoznawstwa bada zakres różnych surowców i ich właściwości. Różnorodne właściwości stosowanych materiałów determinują zakres ich zastosowania w technologii. Wewnętrzna struktura stopu metalu lub kompozytu bezpośrednio wpływa na jakość produktu.

Podstawowe właściwości

Nauka o materiałach i inżynieria technologii materiałów podkreślają cztery najważniejsze cechy każdego metalu lub stopu. Przede wszystkim są to cechy fizyczne i mechaniczne, które pozwalają przewidzieć właściwości użytkowe i technologiczne przyszłego produktu. Główną właściwością mechaniczną jest tutaj wytrzymałość - bezpośrednio wpływa ona na niezniszczalność gotowego produktu pod wpływem obciążeń roboczych. Badanie pękania i wytrzymałości jest jednym z najważniejszych elementów kursu podstawowego „Nauka o materiałach i technologia materiałów”. Nauka ta wykorzystywana jest do znajdowania niezbędnych stopów konstrukcyjnych i komponentów przeznaczonych do wytwarzania części o pożądanych właściwościach wytrzymałościowych. Cechy technologiczne i eksploatacyjne pozwalają przewidzieć zachowanie się gotowego produktu pod obciążeniem eksploatacyjnym i ekstremalnym, obliczyć granice wytrzymałości i ocenić trwałość całego mechanizmu.

Podstawowe materiały

W ciągu ostatnich stuleci głównym materiałem do tworzenia maszyn i mechanizmów był metal. Dlatego dyscyplina „materiałoznawstwo” przywiązuje dużą wagę do metaloznawstwa - nauki o metalach i ich stopach. Radzieccy naukowcy wnieśli ogromny wkład w jego rozwój: P. P. Anosow, N. S. Kurnakov, D. K. Czernow i inni.

Cele inżynierii materiałowej

Przyszli inżynierowie muszą studiować podstawy inżynierii materiałowej. Przecież głównym celem włączenia tej dyscypliny do programu nauczania jest nauczenie studentów kierunków technicznych prawidłowego doboru materiału na projektowane wyroby w celu wydłużenia ich żywotności.

Osiągnięcie tego celu pomoże przyszłym inżynierom rozwiązać następujące problemy:

• Prawidłowo ocenić właściwości techniczne materiału, analizując warunki wytwarzania produktu i jego żywotność.
• Posiadać prawidłowo ukształtowane poglądy naukowe na temat rzeczywistych możliwości poprawy dowolnych właściwości metalu lub stopu poprzez zmianę jego struktury.
• Poznaj wszystkie metody wzmacniania materiałów, które mogą zapewnić trwałość i wydajność narzędzi i produktów.
• Posiadać aktualną wiedzę na temat głównych grup stosowanych materiałów, właściwości tych grup i zakresu stosowania.

Wymagana wiedza

Kurs „Materiałoznawstwo i technologia materiałów konstrukcyjnych” przeznaczony jest dla studentów, którzy już rozumieją i potrafią wyjaśnić znaczenie takich właściwości jak naprężenie, obciążenie, stan plastyczny i skupieniowy materii, budowa atomowo-krystaliczna metali, rodzaje związków chemicznych wiązania i podstawowe właściwości fizyczne metali. W trakcie studiów studenci przechodzą podstawowe szkolenie, które będzie im przydatne w zdobywaniu specjalistycznych dyscyplin. Bardziej starsze kursy badają różne procesy i technologie produkcyjne, w których materiałoznawstwo i technologia materiałowa odgrywają znaczącą rolę.

Z kim pracować?

Znajomość cech konstrukcyjnych i właściwości technicznych metali i stopów będzie przydatna projektantowi pracującemu w zakresie eksploatacji nowoczesnych maszyn i mechanizmów. Specjaliści z zakresu technologii nowych materiałów swoje miejsce pracy mogą znaleźć w branżach: mechanicznej, motoryzacyjnej, lotniczej, energetycznej czy kosmicznej. W ostatnim czasie brakuje specjalistów z dyplomem z zakresu inżynierii i technologii materiałowej w przemyśle obronnym oraz w dziedzinie rozwoju łączności.

Rozwój inżynierii materiałowej

Jako odrębna dyscyplina, materiałoznawstwo jest przykładem typowej nauki stosowanej, która wyjaśnia skład, strukturę i właściwości różnych metali i ich stopów w różnych warunkach.

Człowiek nabył umiejętność wydobywania metalu i wytwarzania różnych stopów w okresie rozkładu prymitywnego systemu komunalnego. Jednak jako odrębna nauka, materiałoznawstwo i technologię materiałową zaczęto badać nieco ponad 200 lat temu. Początek XVIII wieku to okres odkryć francuskiego naukowca-encyklopedysty Reaumura, który jako pierwszy podjął próbę zbadania wewnętrznej struktury metali. Podobne badania przeprowadził angielski fabrykant Grignon, który w 1775 roku napisał krótki raport na temat odkrytej przez siebie struktury kolumnowej, która powstaje podczas krzepnięcia żelaza.

W Imperium Rosyjskim pierwsze prace naukowe z zakresu metalurgii należały do ​​M.V. Łomonosowa, który w swoim podręczniku próbował pokrótce wyjaśnić istotę różnych procesów metalurgicznych.

Metaloznawstwo zrobiło duży krok naprzód na początku XIX wieku, kiedy opracowano nowe metody badania różnych materiałów. W 1831 r. prace P. P. Anosowa wykazały możliwość badania metali pod mikroskopem. Następnie kilku naukowców z wielu krajów udowodniło naukowo przemiany strukturalne w metalach podczas ich ciągłego chłodzenia.

Sto lat później era mikroskopów optycznych przestała istnieć. Technologia materiałów konstrukcyjnych nie mogła dokonywać nowych odkryć przy użyciu przestarzałych metod. Optykę zastąpiono sprzętem elektronicznym. Metalurgia zaczęła uciekać się do elektronicznych metod obserwacji, w szczególności dyfrakcji neutronów i dyfrakcji elektronów. Za pomocą tych nowych technologii możliwe jest zwiększenie przekrojów metali i stopów nawet 1000-krotnie, co oznacza, że ​​istnieje znacznie więcej podstaw do wniosków naukowych.

Teoretyczne informacje o strukturze materiałów

W trakcie studiowania dyscypliny studenci zdobywają wiedzę teoretyczną na temat wewnętrznej struktury metali i stopów. Po ukończeniu kursu studenci powinni nabyć następujące umiejętności i zdolności:

• o wewnętrznym;
• o anizotropii i izotropii. Co powoduje te właściwości i jak można na nie wpływać;
• o różnych defektach w strukturze metali i stopów;
• o metodach badania struktury wewnętrznej materiału.

Zajęcia praktyczne z dyscypliny inżynieria materiałowa

Na każdej uczelni technicznej istnieje wydział inżynierii materiałowej. W trakcie zajęć student zapoznaje się z następującymi metodami i technologiami:

• Podstawy metalurgii - historia i współczesne metody wytwarzania stopów metali. Produkcja stali i żeliwa w nowoczesnych wielkich piecach. Odlewanie stali i żeliwa, metody poprawy jakości wyrobów hutniczych. Klasyfikacja i znakowanie stali, jej właściwości techniczne i fizyczne. Wytapianie metali nieżelaznych i ich stopów, produkcja aluminium, miedzi, tytanu i innych metali nieżelaznych. Sprzęt zastosowany w tym przypadku.

Współczesny rozwój inżynierii materiałowej

Ostatnio materiałoznawstwo otrzymało potężny impuls do rozwoju. Zapotrzebowanie na nowe materiały zmusiło naukowców do zastanowienia się nad otrzymaniem metali czystych i ultraczystych, trwają prace nad stworzeniem różnych surowców według wstępnie obliczonych właściwości. Nowoczesna technologia materiałów konstrukcyjnych sugeruje stosowanie nowych substancji zamiast standardowych metalowych. Coraz większą uwagę przywiązuje się do stosowania tworzyw sztucznych, ceramiki i materiałów kompozytowych, które posiadają parametry wytrzymałościowe porównywalne z wyrobami metalowymi, lecz pozbawione są ich wad.