วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ อาชีพอะไรคะ? วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี

สาขาวิชาพิเศษเช่น “วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยี” ได้กลายเป็นที่ต้องการของผู้สมัครเมื่อเร็วๆ นี้ พิจารณาคุณสมบัติหลักของทิศทางนี้และลักษณะของมัน

ขอบเขตกิจกรรมวิชาชีพของผู้เชี่ยวชาญ

ทิศทาง “วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ” รวมถึง:

• การวิจัย การพัฒนา การใช้ การดัดแปลง การดำเนินการ การกำจัดวัสดุที่มีลักษณะอินทรีย์และอนินทรีย์ในทิศทางต่างๆ
• เทคโนโลยีสำหรับการสร้าง การสร้างโครงสร้าง การประมวลผล
• การจัดการคุณภาพการผลิตเครื่องมือและวิศวกรรมเครื่องกล เทคโนโลยีจรวดและการบิน อุปกรณ์ในครัวเรือนและอุปกรณ์กีฬา อุปกรณ์ทางการแพทย์

วัตถุประสงค์ของกิจกรรมของอาจารย์

ความพิเศษ "วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุ" มีความเกี่ยวข้องกับวัตถุประสงค์ของกิจกรรมดังต่อไปนี้:

• ด้วยวัสดุอินทรีย์และอนินทรีย์เชิงฟังก์ชันประเภทหลัก วัสดุผสมและวัสดุผสม การเคลือบนาโนและฟิล์มโพลีเมอร์
• วิธีการและวิธีการวินิจฉัยและการทดสอบ การวิจัยและการควบคุมคุณภาพของฟิล์ม วัสดุ สารเคลือบ ช่องว่าง ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ทดสอบและควบคุมทุกประเภท อุปกรณ์วิเคราะห์ ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์สำหรับผลการประมวลผล ตลอดจนการวิเคราะห์ข้อมูล ;
• กระบวนการผลิตทางเทคโนโลยี การแปรรูปและการดัดแปลงการเคลือบและวัสดุ อุปกรณ์ อุปกรณ์เทคโนโลยี ระบบการจัดการห่วงโซ่การผลิต

“วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุ” เฉพาะทางจำเป็นต้องมีความสามารถในการวิเคราะห์เอกสารด้านกฎระเบียบและทางเทคนิค ระบบการรับรองสำหรับผลิตภัณฑ์และวัสดุ และเอกสารการรายงาน อาจารย์จะต้องรู้เอกสารเกี่ยวกับความปลอดภัยในชีวิตและข้อควรระวังด้านความปลอดภัย

พื้นที่ฝึกอบรม

“วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุ” พิเศษเกี่ยวข้องกับการฝึกอบรมในกิจกรรมวิชาชีพประเภทต่อไปนี้:

• งานวิจัย การคำนวณ และการวิเคราะห์
• การผลิตและการออกแบบและกิจกรรมทางเทคโนโลยี
• ทิศทางองค์กรและการจัดการ

เมื่อได้รับ "วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ" เฉพาะทางแล้ว คุณควรทำงานอะไร? ผู้สำเร็จการศึกษาที่ผ่านการรับรองขั้นสุดท้ายจะได้รับวุฒิการศึกษา "วิศวกรหลัก" เขาสามารถหางานทำในบริษัทต่างๆ เพื่อดำเนินกิจกรรมด้านการคำนวณ การวิเคราะห์ และการวิจัย

นอกจากนี้ "วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุใหม่" แบบพิเศษยังให้โอกาสในการดำเนินการทดลองทางวิทยาศาสตร์และประยุกต์มีส่วนร่วมในกระบวนการสร้างและทดสอบวัสดุที่เป็นนวัตกรรมและผลิตภัณฑ์ใหม่

ผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันมีส่วนร่วมในการพัฒนาแผนงาน โปรแกรม วิธีการที่มุ่งสร้างคำแนะนำทางเทคโนโลยีเพื่อนำนวัตกรรมเข้าสู่กระบวนการผลิต และมีส่วนร่วมในการเตรียมงานบางอย่างสำหรับคนงานทั่วไป

ข้อมูลเฉพาะทิศทาง

"วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุโครงสร้าง" แบบพิเศษเกี่ยวข้องกับการจัดทำสิ่งพิมพ์บทวิจารณ์รายงานทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคตามผลการวิจัย ผู้เชี่ยวชาญดังกล่าวจัดระบบข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ วิศวกรรม สิทธิบัตรเกี่ยวกับปัญหาการวิจัย การทบทวน และข้อสรุปเกี่ยวกับโครงการที่ดำเนินการ

วิศวกรที่เชี่ยวชาญด้าน "วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ" ไม่เพียงแต่มีส่วนร่วมในกิจกรรมการออกแบบและเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกิจกรรมการผลิตด้วย

คุณสมบัติของทิศทาง

วิศวกรที่ได้รับความเชี่ยวชาญนี้มีส่วนร่วมในการเตรียมงานสำหรับการพัฒนาเอกสารโครงการและดำเนินการวิจัยสิทธิบัตรที่มุ่งสร้างพื้นที่นวัตกรรม พวกเขากำลังมองหาตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการประมวลผลและการประมวลผลวัสดุ อุปกรณ์ การติดตั้ง และอุปกรณ์เทคโนโลยีต่างๆ โดยใช้ระบบการออกแบบอัตโนมัติ

ผู้เชี่ยวชาญที่ผ่านการรับรองจะประเมินความสามารถในการทำกำไรทางเศรษฐกิจของกระบวนการทางเทคโนโลยีบางอย่าง มีส่วนร่วมในการวิเคราะห์วิธีการผลิตทางเลือก จัดระเบียบการประมวลผลและการแปรรูปผลิตภัณฑ์ และมีส่วนร่วมในกระบวนการรับรองผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยี

ลักษณะเฉพาะของการฝึกอบรม

ปริญญาตรีในโปรไฟล์นี้ได้รับการฝึกฝนในทักษะต่อไปนี้:

• เลือกข้อมูลเกี่ยวกับสื่อที่มีอยู่โดยใช้ฐานข้อมูลตลอดจนแหล่งวรรณกรรมต่างๆ
• วิเคราะห์ เลือก ประเมินวัสดุตามคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ ในขณะที่ดำเนินการวิเคราะห์โครงสร้างที่ครอบคลุม
• ทักษะการสื่อสารและความสามารถในการทำงานเป็นทีม
• รวบรวมข้อมูลในด้านการทดลองที่กำลังดำเนินอยู่ รวบรวมรายงาน การทบทวน สิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์บางฉบับ
• จัดทำเอกสาร บันทึก โปรโตคอลการทดลอง

ปริญญาตรีมีทักษะในการตรวจสอบโครงการที่สร้างขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานทางกฎหมายทั้งหมด พวกเขาออกแบบกระบวนการที่มีเทคโนโลยีสูงสำหรับการวิจัยเบื้องต้นและการออกแบบโครงสร้างทางเทคโนโลยี จัดระเบียบและจัดเตรียมสถานที่ทำงานด้วยอุปกรณ์ที่จำเป็น

ความรับผิดชอบ

ผู้ถือประกาศนียบัตรสาขาวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีจะต้องดำเนินการวินิจฉัยอุปกรณ์ พวกเขาให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมในที่ทำงาน เมื่อพัฒนาข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการสร้างส่วนประกอบบางอย่างในกลไกที่ซับซ้อน วิศวกรจะคำนึงถึงคุณลักษณะการปฏิบัติงานของส่วนประกอบเหล่านั้นด้วย

หลังจากเสร็จสิ้นงาน พวกเขาตรวจสอบการปฏิบัติตามผลลัพธ์ที่ได้รับตามเงื่อนไขที่ระบุไว้และความปลอดภัยของกลไกที่สร้างขึ้น ผู้เชี่ยวชาญเหล่านี้เป็นผู้จัดเตรียมเอกสารสำหรับการลงทะเบียนภาพใหม่และจัดทำเอกสารทางเทคนิคพิเศษ

บ่อยครั้งที่ผู้สำเร็จการศึกษาเริ่มต้นเส้นทางวิชาชีพด้วยตำแหน่ง "วิศวกรวิเคราะห์ทางเคมีและสเปกตรัม" เช่นเดียวกับ "วิศวกรทดสอบสารเคลือบและวัสดุ"

บทสรุป

หลังจากได้รับความเชี่ยวชาญพิเศษ "วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ" ผู้เชี่ยวชาญที่เพิ่งสร้างใหม่จะไม่มีปัญหาในการหางาน เขาสามารถเป็นวิศวกรในโรงงานหรือโรงงานขนาดใหญ่ใดก็ได้ ผู้เชี่ยวชาญที่มีความรู้ด้านการแปรรูปโลหะและอนุปริญญาการศึกษาระดับอุดมศึกษาสามารถวางใจในตำแหน่งนักเทคโนโลยีความร้อนและเครื่องตรวจจับข้อบกพร่องได้

องค์กรอุตสาหกรรมและองค์กรอุตสาหกรรมหนักจำนวนเพียงพอต้องการนักโลหะวิทยาและช่างโลหะวิทยา หากคุณเชี่ยวชาญความรู้ทางทฤษฎีในด้านการแปรรูปโลหะในตอนแรก ในกรณีนี้ คุณสามารถหางานเป็นวิศวกรและศึกษาต่อได้โดยได้รับความเชี่ยวชาญพิเศษ “วิศวกรวิเคราะห์ทางเคมีและสเปกตรัม” หรือ “วิศวกรทดสอบการเคลือบ”

“วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุ” เฉพาะทางได้กลายเป็นหนึ่งในสาขาวิชาหลักสำหรับนักศึกษาที่เรียนสาขาวิศวกรรมเครื่องกล

นักเรียนจะศึกษาเกี่ยวกับวัสดุต่างๆ ที่ใช้แล้วในอุตสาหกรรมหนัก และยังคาดการณ์ถึงการสร้างสารใหม่ๆ สำหรับอุตสาหกรรมโลหะวิทยาอีกด้วย

วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี

การแนะนำ

วินัย "วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุ" เป็นหนึ่งในสาขาวิชาหลักของการฝึกอบรมด้านเทคนิคทั่วไปของวิศวกรความปลอดภัยจากอัคคีภัยในสาขาพิเศษ 330400 และขึ้นอยู่กับสาขาวิชาดังกล่าวของมาตรฐานการศึกษาของรัฐของการศึกษาวิชาชีพระดับสูง เช่น ฟิสิกส์ เคมี คณิตศาสตร์ กราฟิกทางวิศวกรรมและกลศาสตร์ประยุกต์

ระเบียบวินัยประกอบด้วยสองส่วนซึ่งประสานกันในเชิงโครงสร้างและระเบียบวิธีซึ่งจะช่วยให้นักเรียนไม่เพียงแต่เข้าใจธรรมชาติของวัสดุทางวิศวกรรมเท่านั้น แต่ยังได้ศึกษาคุณสมบัติของพวกเขาโดยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และการบำบัดที่ตามมา การทำความคุ้นเคยกับกระบวนการทางเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมและใหม่ในการผลิตวัสดุที่เป็นโลหะและอโลหะตลอดจนเทคโนโลยีสำหรับการผลิตช่องว่างและผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปถือเป็นสิ่งสำคัญมาก

การทดสอบนี้ให้นักเรียนพัฒนาเทคโนโลยีเส้นทางสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เฉพาะอย่างเป็นอิสระ โดยคำนึงถึงขั้นตอนที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการผลิตโลหะวิทยา สื่อการศึกษาจะต้องได้รับการพิจารณาตามลำดับที่นำเสนอในแนวปฏิบัติ โปรดอ่านคำแนะนำเหล่านี้อย่างละเอียดก่อนศึกษาแต่ละหัวข้อ จากนั้นใช้เอกสารที่เสนอ ศึกษาเนื้อหาการฝึกอบรมพร้อมการรวบรวมบันทึกบังคับ หลังจากศึกษาแต่ละหัวข้อแล้ว ให้ตอบคำถามทดสอบตนเอง

แนวปฏิบัติสำหรับโปรแกรมวินัย

เมื่อเริ่มเรียนหลักสูตรจำเป็นต้องเข้าใจบทบาทของการผลิตวิศวกรรมโลหการและวิศวกรรมเครื่องกลในการสร้างฐานวัสดุและเทคนิคของประเทศและทำความคุ้นเคยกับทิศทางความก้าวหน้าทางเทคนิคในอุตสาหกรรมเหล่านี้

หลังจากศึกษาหลักสูตรนี้แล้วนักเรียนควรทราบประเภทวัสดุโครงสร้างหลักวิธีการผลิตตลอดจนกระบวนการทางเทคโนโลยีในการสร้างผลิตภัณฑ์และชิ้นส่วนจากวัสดุโครงสร้าง

วัสดุโครงสร้างคือวัสดุที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร โครงสร้าง และโครงสร้าง แนวคิดของ "วัสดุโครงสร้าง" รวมถึงโลหะที่เป็นเหล็กและอโลหะ และหมายถึงวัสดุอโลหะหลายประเภท เช่น พลาสติก วัสดุยาง เช่นเดียวกับแก้วซิลิเกต แก้วเซรามิก และเซรามิก วัสดุโครงสร้างกลุ่มพิเศษประกอบด้วยวัสดุคอมโพสิต วัสดุและผลิตภัณฑ์โลหะผง วัสดุโครงสร้างต้องเป็นไปตามข้อกำหนดบางประการโดยคำนึงถึงคุณสมบัติทางกล เคมีกายภาพ เทคโนโลยี และการปฏิบัติงาน

เมื่อศึกษาหลักสูตรนี้ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความเป็นไปได้ในการได้รับผลิตภัณฑ์ประเภทหนึ่งโดยใช้วิธีการผลิตที่แตกต่างกันและความสามารถในการดำเนินการเปรียบเทียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจของวิธีการเหล่านี้

คำถามทดสอบตัวเอง

1. โลหะและโลหะผสมชนิดใดที่ไม่ใช่เหล็ก

2. โลหะและโลหะผสมชนิดใดจัดเป็นเหล็ก

3. ระบุกลุ่มหลักของวัสดุโครงสร้างอโลหะ

ส่วนที่ 1 เทคโนโลยีวัสดุ

เทคโนโลยีวัสดุโครงสร้างเป็นองค์ความรู้เกี่ยวกับวิธีการผลิตวัสดุและเทคโนโลยีการประมวลผลเพื่อวัตถุประสงค์ในการผลิตช่องว่างและผลิตภัณฑ์เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ส่วนนี้ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ ของการผลิตสมัยใหม่อย่างเป็นระบบและสอดคล้องกัน ซึ่งทำให้สามารถสร้างรูปร่างวัสดุบนฐานโลหะและอโลหะด้วยความแม่นยำในการประมวลผลและคุณภาพพื้นผิวที่แตกต่างกัน

หัวข้อที่ 1. พื้นฐานของการผลิตโลหะวิทยา

การผลิตโลหะวิทยาสมัยใหม่มีความซับซ้อนของอุตสาหกรรมต่างๆ โดยอาศัยการสะสมของแร่ ถ่านโค้ก และแหล่งพลังงาน

ผู้ฟังจะต้องเข้าใจโครงร่างของการผลิตโลหะวิทยาสมัยใหม่โดยคำนึงถึงขั้นตอนหลักและขั้นตอนเสริมที่เป็นไปได้ทั้งหมด จำเป็นต้องทราบประเภทผลิตภัณฑ์หลักของโลหะวิทยาที่เป็นเหล็กและอโลหะ

1.1 พื้นฐานเคมีกายภาพในการผลิตโลหะวิทยา

ในธรรมชาติ โลหะเกือบทั้งหมดเนื่องจากมีกิจกรรมทางเคมีสูง จึงอยู่ในสถานะที่ถูกผูกมัดในรูปของสารประกอบทางเคมีต่างๆ แร่เป็นแร่ธาตุธรรมชาติที่มีโลหะซึ่งสามารถสกัดได้โดยใช้วิธีการทางอุตสาหกรรมที่ได้เปรียบทางเศรษฐกิจ หน้าที่ของโลหะวิทยาคือการได้โลหะและโลหะผสมจากแร่และวัตถุดิบอื่นๆ ในการทำเช่นนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะและประเภทของวัตถุดิบสามารถใช้วิธีการต่างๆได้ ทำความเข้าใจสาระสำคัญของรีดักชัน อิเล็กโทรไลซิส และโลเทอร์มีในการผลิตโลหะวิทยา พิจารณาวัสดุหลักที่ใช้ในการรับโลหะจากแร่ (แร่อุตสาหกรรม ฟลักซ์ เชื้อเพลิง วัสดุทนไฟ)

คำถามทดสอบตัวเอง

1. โครงสร้างการผลิตโลหะวิทยาสมัยใหม่

2. วัสดุสำหรับการผลิตโลหะและโลหะผสม

3. กระบวนการทางโลหะวิทยาประเภทหลัก

1.2. การผลิตเหล็ก

สำหรับการถลุงเหล็กหล่อ ส่วนใหญ่จะใช้การผลิตเตาถลุงเหล็ก เมื่อศึกษากระบวนการผลิตเหล็กหล่อจำเป็นต้องพิจารณาการออกแบบเตาถลุงเหล็กและหน่วยเสริม วัสดุเริ่มต้นในการผลิตเหล็กหล่อ ได้แก่ แร่เหล็กและแมงกานีส ฟลักซ์และเชื้อเพลิง เมื่อศึกษาลักษณะของแร่เหล็กเราควรเข้าใจว่ามูลค่าทางโลหะวิทยาของแร่นั้นถูกกำหนดโดยปริมาณธาตุเหล็กในแร่ความเป็นไปได้ในการเพิ่มคุณค่าของแร่การมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายสถานะทางกายภาพของแร่ (ความพรุนขนาด เป็นชิ้น) และองค์ประกอบของหินเสีย การดำเนินการหลักในการเตรียมแร่สำหรับการถลุง ได้แก่ การบด การเพิ่มสมรรถนะ และการรวมตัวเป็นก้อน

ฟลักซ์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการทางโลหะวิทยา เช่น สารที่เติมระหว่างการถลุงแร่ เพื่อลดอุณหภูมิหลอมเหลวของหินเสียและทำให้เกิดตะกรันของเหลว นอกจากนี้ ฟลักซ์ยังช่วยกลั่นโลหะจากสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายและกำจัดเถ้าโค้ก ค้นหาว่าฟลักซ์ชนิดใดที่ใช้ในการผลิตเตาถลุงเหล็ก

กระบวนการผลิตเหล็กเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง ควรศึกษาคุณสมบัติและข้อกำหนดสำหรับเชื้อเพลิงเตาถลุงเหล็ก นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับประเภทของวัสดุทนไฟ (เป็นกรด พื้นฐาน เป็นกลาง)

สาระสำคัญทางกายภาพและเคมีของกระบวนการเตาถลุงเหล็กมีดังนี้ ในเตาถลุงเหล็ก เหล็กจะต้องแยกออกจาก gangue ลดสถานะเป็นโลหะ และสุดท้ายรวมกับคาร์บอนในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อลดจุดหลอมเหลว เพื่อดำเนินการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ จำเป็นต้องมีกระบวนการที่ซับซ้อน: 1) การเผาไหม้เชื้อเพลิง; 2) การลดออกไซด์ของเหล็กและองค์ประกอบอื่น ๆ 3) คาร์บูไรเซชันของเหล็ก 4) การก่อตัวของตะกรัน กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นในเตาเผาพร้อมๆ กัน แต่มีความเข้มต่างกันและที่ระดับเตาเผาต่างกัน พิจารณาแต่ละกระบวนการเหล่านี้

ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตด้วยเตาถลุงเหล็ก ได้แก่ เหล็กหล่อและโลหะผสมเหล็กเกรดต่างๆ ตะกรันเตาถลุง และก๊าซเตาถลุงเหล็ก

งานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการผลิตเตาถลุงเหล็กนั้นดำเนินการในหลายทิศทาง: 1) ปรับปรุงการออกแบบเตาเผา; 2) ปรับปรุงการเตรียมวัสดุชาร์จ 3) การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการเตาถลุงเหล็ก 4) การปรับปรุงระบบสำหรับการใช้เครื่องจักรที่ซับซ้อนและระบบอัตโนมัติของการควบคุมกระบวนการเตาถลุงเหล็ก

คำถามทดสอบตัวเอง

1. บอกเราเกี่ยวกับกระบวนการทางเทคโนโลยีในการเตรียมแร่เพื่อการผลิต

2. บทบาทของฟลักซ์ในการผลิตเตาถลุงเหล็กคืออะไร?

3. เตาถลุงเหล็กใช้เชื้อเพลิงประเภทใด?

4. การจำแนกประเภทของวัสดุทนไฟ

5. กระบวนการฟิสิกส์เคมีที่เกิดขึ้นในเตาถลุงเหล็ก

6. วาดไดอะแกรมโปรไฟล์ภายในของเตาถลุงเหล็กและตั้งชื่อส่วนหลัก บอกอุณหภูมิโดยประมาณในพื้นที่ต่างๆ ของเตาถลุงเหล็ก

7. เหตุใดและในหน่วยใดที่อากาศที่จ่ายให้กับเตาถลุงเหล็กได้รับความร้อน?

8. อะไรจะเกิดขึ้นจากการใช้ระเบิดที่อุดมด้วยออกซิเจน และโดยการทำให้ระเบิดชุ่มชื้น?

9. ตั้งชื่อผลิตภัณฑ์ของการถลุงเตาหลอมและระบุขอบเขตการใช้งาน

10. บอกเราเกี่ยวกับมาตรการเพื่อเพิ่มผลผลิตของเตาถลุงเหล็ก

1.3. การผลิตเหล็ก

วัตถุดิบหลักในการผลิตเหล็ก ได้แก่ เหล็กหมู และเศษเหล็ก (เศษเหล็ก)

เหล็กแตกต่างจากเหล็กหล่อตรงที่มีคาร์บอน ซิลิคอน แมงกานีส ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัสน้อยกว่า การกำจัดสิ่งเจือปน เช่น การเปลี่ยนเหล็กหล่อเป็นเหล็กกล้า เกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นวิธีการทั้งหมดในการแปรรูปเหล็กหล่อเป็นเหล็กจึงเน้นไปที่การทำให้เหล็กหล่อสัมผัสกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงเป็นหลัก อย่างไรก็ตามในกระบวนการออกซิเดชันแบบเลือกสรรของคาร์บอนและสิ่งสกปรกอื่น ๆ เหล็กหลอมเหลวยังดูดซับออกซิเจนบางส่วนด้วย ซึ่งส่งผลเสียต่อคุณภาพของเหล็กสำเร็จรูป ดังนั้นในขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการผลิตเหล็ก ออกซิเจนส่วนเกินจะถูกจับตัวเป็นออกไซด์ของโลหะอื่น ๆ และกำจัดออกเป็นตะกรัน กล่าวคือ การกำจัดออกซิเดชันจะดำเนินการโดยการเติมซิลิคอน แมงกานีส และอลูมิเนียม

เหล็กหล่อสามารถแปลงเป็นเหล็กได้ในหน่วยโลหะวิทยาต่างๆ สิ่งสำคัญคือเครื่องแปลงออกซิเจน เตาเผาแบบเปิด และเตาไฟฟ้า

ทำความคุ้นเคยกับการออกแบบหน่วยเหล่านี้หลักการทำงานคุณลักษณะของกระบวนการทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตเหล็กในหน่วยเหล่านี้และตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจของการดำเนินงาน

ในบางกรณีเหล็กสำเร็จรูปอาจไม่ตรงตามข้อกำหนดเสมอไป เพื่อให้ได้เหล็กคุณภาพสูงโดยเฉพาะจึงใช้วิธีการพิเศษ: การหล่อเหล็กในบรรยากาศเฉื่อย การบำบัดด้วยตะกรันสังเคราะห์ การกำจัดก๊าซสูญญากาศ อิเล็กโทรสแล็ก อาร์กสุญญากาศ ลำแสงอิเล็กตรอน และการหลอมอาร์กพลาสมา สำรวจวิธีการเหล่านี้

ปัจจุบันกระบวนการผลิตเหล็กเกือบทั้งหมดเป็นวัฏจักรและไม่ต่อเนื่อง การแทนที่กระบวนการที่ไม่ต่อเนื่องด้วยกระบวนการต่อเนื่องทำให้คุณสามารถเพิ่มผลผลิตของหน่วยและปรับปรุงคุณภาพของเหล็กได้ ทำความคุ้นเคยกับหลักการทำงานของหน่วยผลิตเหล็กต่อเนื่อง

วิธีการที่ก้าวหน้าในการผลิตเหล็ก (เหล็ก) รวมถึงวิธีที่ไม่ระเบิด ซึ่งทำให้ได้เหล็กโลหะในรูปของฟองน้ำ เปลือกโลก หรือโลหะเหลวจากแร่โดยตรง โดยผ่านเตาถลุงเหล็ก จำเป็นต้องศึกษารูปแบบและคุณลักษณะของกระบวนการเหล่านี้

เหล็กสำเร็จรูปต้องผ่านการหล่อเพื่อให้ได้ช่องว่าง คุณควรทำความคุ้นเคยกับโครงสร้างของทัพพีหล่อและแม่พิมพ์ตลอดจนวิธีการหลักในการหล่อเหล็ก: การหล่อด้านบน, การหล่อแบบกาลักน้ำ, การหล่อแบบต่อเนื่อง โดยใช้วิธีการที่ระบุไว้ข้างต้นจะได้ช่องว่างซึ่งต่อมาจะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโดยใช้วิธีการทางเทคโนโลยีต่างๆ โครงสร้างของแท่งโลหะที่ผลิตในแม่พิมพ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติของชิ้นงาน ศึกษาโครงสร้างของแท่งเหล็กที่สงบและเดือด

คำถามทดสอบตัวเอง

1. ระบุความแตกต่างที่สำคัญในองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กหล่อและเหล็กหล่อ

2. บอกเราเกี่ยวกับสาระสำคัญทางกายภาพและเคมีของการเปลี่ยนเหล็กหล่อเป็นเหล็ก

3. วัตถุประสงค์ของกระบวนการกำจัดออกซิเดชั่นของเหล็ก

4. วิธีแปลงออกซิเจนในการผลิตเหล็ก คุณสมบัติและข้อดีของมัน

5. โครงสร้างของเตาเผาแบบเปิดและหลักการทำงาน

6. คุณสมบัติของการผลิตเหล็กในเตาเผาแบบเปิด

7. การผลิตเหล็กในเตาอาร์คและเตาไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

8. ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจใดที่บ่งบอกถึงการผลิตเหล็กในเตาคอนเวอร์เตอร์ เตาแบบเปิด และเตาไฟฟ้า? วิธีการผลิตใดต่อไปนี้มีผลกำไรเชิงเศรษฐกิจมากกว่า และเพราะเหตุใด

9. จัดทำรายการและอธิบายวิธีการผลิตเหล็กคุณภาพสูง

10. หน่วยถลุงเหล็กต่อเนื่อง: โครงสร้างหลักการทำงาน

11. บอกเราเกี่ยวกับวิธีการผลิตเหล็ก (เหล็ก) ที่ไม่เกี่ยวข้องกับโดเมน

12. การสร้างทัพพีและแม่พิมพ์เท

13. วิธีการหล่อเหล็กเป็นแม่พิมพ์

14. ข้อดีของกระบวนการหล่อเหล็กต่อเนื่อง

15. โครงสร้างของแท่งเหล็กที่สงบและเดือด

1.4. การผลิตโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

การผลิตทองแดง ทองแดงพบได้ในธรรมชาติในรูปของสารประกอบออกไซด์และซัลไฟด์ ได้มีการพัฒนาวิธีการไฮโดรเมทัลโลจิคัลและไพโรเมทัลโลจิคัลในการสกัดทองแดงจากแร่ทองแดง ศึกษาวิธีการผลิตทองแดงด้วยวิธีไพโรเมทัลโลจิคัล ทำความคุ้นเคยกับสาระสำคัญทางเคมีกายภาพของแต่ละขั้นตอนในโครงการเทคโนโลยีการผลิตทองแดง

การผลิตอลูมิเนียม ในแง่ของปริมาณการผลิต อลูมิเนียมอยู่ในอันดับที่สองของโลกรองจากเหล็ก วัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมคือ บอกไซต์ อลูมิเนียมผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลท์หลอมเหลว นี่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและใช้พลังงานมาก วิเคราะห์แผนการรับอะลูมิเนียมและวิธีการกลั่น

การผลิตไทเทเนียม ไทเทเนียมมีคุณสมบัติที่มีคุณค่าหลายประการ: ความถ่วงจำเพาะต่ำ คุณสมบัติทางกลสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ตามตัวชี้วัดเหล่านี้ ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมนั้นเหนือกว่าวัสดุโลหะหลายชนิดอย่างมาก อย่างไรก็ตาม การใช้ไททาเนียมอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่ถูกขัดขวางด้วยราคาที่สูงของโลหะนี้ เนื่องจากความยากอย่างยิ่งในการสกัดออกจากแร่ วิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตไทเทเนียมคือวิธีแมกนีเซียม-ความร้อน เรียนรู้วิธีการผลิตไทเทเนียมนี้

คำถามทดสอบตัวเอง

1. ตั้งชื่อแร่หลักของทองแดง

2. บอกเราเกี่ยวกับวิธีการรับแร่ทองแดง

3. ให้แผนภาพการผลิตทองแดงอย่างง่าย

4. จัดทำโครงการอุตสาหกรรมการผลิตอะลูมิเนียม

5. วัตถุดิบในการผลิตอลูมินาและไครโอไลท์มีอะไรบ้าง?

6. ตั้งชื่อแร่ไทเทเนียมหลัก

7. อธิบายสาระสำคัญของวิธีแมกนีเซียม-ความร้อนสำหรับการผลิตไทเทเนียม

1.5 เทคโนโลยีไร้ขยะและประหยัดทรัพยากร

การผลิตโลหะวิทยา

ประเด็นต่อไปนี้สามารถแยกแยะได้ในการสร้างเทคโนโลยีไร้ขยะและของเสียต่ำในการผลิตโลหะวิทยา:

1. การใช้แร่โลหะที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น จากแร่ทองแดงโดยใช้วิธีการผลิตทองแดงแบบไพโรเมทัลโลจิคัล ไม่เพียงแต่สกัดทองแดงเท่านั้น แต่ยังสกัดทอง เงิน ซีลีเนียม และเทลลูเรียมด้วย นอกจากไทเทเนียมแล้ว เหล็กยังได้รับจากไททาโนแมกเนติกอีกด้วย

2. การใช้วัสดุการทำเหมืองที่เกี่ยวข้อง ปรากฎว่าประมาณ 70% ของภาระดินและหินในเหมืองที่ถูกทิ้งระหว่างการขุดเหมาะสำหรับการผลิตฟลักซ์ วัสดุทนไฟ และวัสดุก่อสร้าง ปัจจุบันมีการใช้วัสดุดังกล่าวเพียง 3-4% เท่านั้น

3. การใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมโค้กและโลหะวิทยา ในอุตสาหกรรมเหล่านี้ มีปัญหาร้ายแรงในการแปรรูปของเสียทั้งหมดให้เป็นผลิตภัณฑ์ ปัจจุบันมีการใช้กระบวนการกำจัดของเสียดังต่อไปนี้: ในอุตสาหกรรมโค้ก แอมโมเนีย ยา สีย้อม แนฟทาลีน และสารอื่น ๆ ได้มาจากของเสีย ในการผลิตเตาถลุงเหล็ก ของเสียจะถูกนำไปใช้เพื่อให้ได้วัสดุก่อสร้าง (ตะกรัน) และเพื่อให้ความร้อนแก่การระเบิดของอากาศที่เข้าสู่เตาถลุงเหล็ก (ก๊าซบน) ในระหว่างกระบวนการผลิตทองแดง กรดซัลฟิวริกจะผลิตจากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ของเสียเป็นผลพลอยได้

4. การสร้างวงจรปิด นี่หมายถึงการใช้สารบางชนิดซ้ำๆ ในวงจรการผลิต ตัวอย่างเช่น ในการผลิตไทเทเนียม หลังจากกลั่นฟองน้ำไทเทเนียมแล้ว แมกนีเซียมที่รีไซเคิลจะถูกส่งไปยังการผลิตอีกครั้ง - เพื่อการฟื้นฟูไทเทเนียม

คำถามทดสอบตัวเอง

1. บอกทิศทางหลักในการสร้างเทคโนโลยีไร้ขยะ

หัวข้อที่ 2. พื้นฐานของการรับช่องว่างโลหะ

เมื่อเริ่มศึกษาส่วนนี้ จำเป็นต้องเข้าใจว่าการขึ้นรูปชิ้นงาน ชิ้นส่วน และผลิตภัณฑ์เป็นไปได้เมื่อโลหะและโลหะผสมอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มต่างๆ: ของแข็ง (การขึ้นรูป การกลึง การเชื่อม) ของเหลว (การหล่อ) ก๊าซ ( การฉีดพ่น) เกณฑ์หนึ่งในการเลือกวิธีการขึ้นรูปช่องว่างคือคุณสมบัติของวัสดุเปล่า เช่น ความเหนียว ความแข็ง ความสามารถในการเชื่อม คุณสมบัติการหล่อ และอื่นๆ อีกมากมาย

2.1. พื้นฐานของเทคโนโลยีโรงหล่อ

Foundry เป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมเครื่องกลที่ผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างโดยการเทโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์ ซึ่งโพรงจะมีโครงร่างของชิ้นส่วน ข้อดีและข้อดีหลักของการผลิตการหล่อคือความเลวเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตชิ้นส่วนอื่น ๆ และความสามารถในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปแบบที่ซับซ้อนที่สุดจากโลหะผสมต่างๆ

ความเหมาะสมของโลหะผสมสำหรับการผลิตการหล่อนั้นพิจารณาจากคุณสมบัติการหล่อดังต่อไปนี้: ความลื่นไหล การหดตัว การแยกตัว การดูดซับก๊าซ คุณควรทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติการหล่อของโลหะและโลหะผสม

ปัจจุบันมีวิธีการต่างๆ มากกว่า 100 วิธีในการทำแม่พิมพ์และการผลิตแบบหล่อ นอกจากนี้ วิธีการสมัยใหม่ในการผลิตช่องว่างโดยการหล่อค่อนข้างแพร่หลายให้ความแม่นยำ พารามิเตอร์ความหยาบผิว คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของช่องว่างที่ระบุ ดังนั้นเมื่อเลือกวิธีการรับชิ้นงานจำเป็นต้องประเมินข้อดีและข้อเสียทั้งหมดของแต่ละตัวเลือกที่เปรียบเทียบ

ในการผลิตเหล็กแท่งยาวแบบหล่อโดยทั่วไป ปริมาณที่มีนัยสำคัญจะถูกครอบครองโดยการหล่อในแม่พิมพ์ดินทราย ซึ่งอธิบายได้จากความสามารถรอบด้านทางเทคโนโลยี วิธีการหล่อนี้มีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจสำหรับการผลิตทุกประเภท สำหรับชิ้นส่วนที่มีน้ำหนัก การกำหนดค่า ขนาด หรือการผลิตการหล่อจากโลหะผสมหล่อเกือบทั้งหมด กระบวนการทางเทคโนโลยีในการผลิตผลิตภัณฑ์รูปทรงหล่อในแม่พิมพ์ดินทรายประกอบด้วยการดำเนินการจำนวนมาก: การเตรียมการขึ้นรูปและส่วนผสมแกน การทำแม่พิมพ์และแกน การเทแม่พิมพ์ การปลดการหล่อออกจากแม่พิมพ์ การตัดแต่ง และการทำความสะอาดการหล่อ ด้วยการเปลี่ยนวิธีการขึ้นรูปโดยใช้วัสดุแบบจำลองและส่วนผสมในการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถทำการหล่อที่มีพื้นผิวที่สะอาดและมีขนาดที่แม่นยำได้

การทำแม่พิมพ์หล่อจากส่วนผสมดินทรายเป็นขั้นตอนที่ซับซ้อนและมีความรับผิดชอบมากที่สุด จำเป็นต้องศึกษาเทคโนโลยีการผลิตแม่พิมพ์หล่อสำหรับการขึ้นรูปด้วยมือและด้วยเครื่องจักร และทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์เทคโนโลยีโรงหล่อ การน็อกเอาต์และการทำความสะอาดการหล่อเป็นกระบวนการที่ต้องใช้แรงงานคนมากที่สุดและใช้เครื่องจักรน้อยที่สุด คุณควรจำวิธีการน็อคการหล่อ วิธีตัดและทำความสะอาดการหล่อ ทำความคุ้นเคยกับข้อบกพร่องในการหล่อและมาตรการในการกำจัด

แม้จะมีความคล่องตัวและต้นทุนต่ำ แต่วิธีการหล่อในแม่พิมพ์ดินทรายนั้นสัมพันธ์กับการไหลของวัสดุเสริมจำนวนมากและความเข้มของแรงงานที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ มวลการหล่อมากถึง 25% จะกลายเป็นเศษในระหว่างการตัดเฉือน

เมื่อเปรียบเทียบกับการหล่อในแม่พิมพ์ดินทราย ข้อดีของการหล่อแบบพิเศษมีดังนี้: เพิ่มความแม่นยำและปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของการหล่อ การลดน้ำหนักของระบบประตู ลดการใช้วัสดุขึ้นรูปลงอย่างมาก นอกจากนี้ กระบวนการทางเทคโนโลยีของการผลิตการหล่อโดยใช้วิธีการพิเศษนั้นใช้เครื่องจักรและอัตโนมัติได้ง่าย ซึ่งเพิ่มผลิตภาพแรงงาน ปรับปรุงคุณภาพของการหล่อ และลดต้นทุน

วิธีการหล่อแบบพิเศษ ได้แก่ การหล่อเปลือก การหล่อแบบลงทุน การหล่อโลหะ การหล่อแบบแรงเหวี่ยง การหล่อด้วยแรงดัน และการหล่อแบบต่อเนื่อง คุณควรเข้าใจสาระสำคัญ คุณสมบัติ และพื้นที่การใช้งานของการหล่อแบบพิเศษอย่างถี่ถ้วน

คำถามทดสอบตัวเอง

1. ความหมายและขอบเขตของการผลิตโรงหล่อ

2. การจำแนกวิธีการผลิตการหล่อ

3. ข้อได้เปรียบหลักของการได้รับชิ้นส่วนหล่อ

4. คุณสมบัติการหล่อโลหะผสม

5. วัสดุขึ้นรูปที่ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์หล่อและแกน

6. ข้อกำหนดสำหรับวัสดุการขึ้นรูปมีอะไรบ้าง?

7. การดำเนินการพื้นฐานเมื่อได้รับการหล่อ

8. การปั้นแบบแมนนวลและเครื่องจักร เมื่อหล่อลงในแม่พิมพ์ทรายและดินเหนียว

9. วัตถุประสงค์และการผลิตแท่ง

10. วิธีการเคาะและทำความสะอาดหล่อ

11. อธิบายสาระสำคัญของวิธีการหล่อขี้ผึ้งแบบสูญหาย ข้อดีและข้อเสียของวิธีนี้

12. สาระสำคัญของวิธีการหล่อเปลือกและข้อดีของมัน

13. ระบุข้อดีของการหล่อในแม่พิมพ์โลหะ (แม่พิมพ์)

14. อธิบายสาระสำคัญของวิธีการฉีดขึ้นรูป

15. อธิบายสาระสำคัญของการผลิตงานหล่อขึ้นรูปโดยใช้เครื่องแรงเหวี่ยง

16.ขอบเขตของการหล่อแบบต่อเนื่อง

คำถามทดสอบตัวเอง

1. อธิบายสาระสำคัญของกระบวนการกดโดยใช้วิธีตรงและย้อนกลับ

2. เครื่องมือและอุปกรณ์พื้นฐานสำหรับการกด

3. เทคโนโลยีกระบวนการอัดขึ้นรูป

4. ผลิตภัณฑ์อัดขึ้นรูป

5. การกดเป็นหนึ่งในวิธีการของ OMD มีข้อดีและข้อเสียอย่างไร?

การวาดภาพ- การเสียรูปของวัสดุโลหะในสภาวะเย็น ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูปพลาสติกเย็นโลหะจะแข็งตัว (แข็งตัว) ผลิตภัณฑ์เขียนแบบมีความแม่นยำของมิติสูงและคุณภาพพื้นผิวที่ดี จำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับการทำงานของกระบวนการทางเทคโนโลยีในการวาดภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเตรียมโลหะเบื้องต้นเพื่อศึกษาเครื่องมือและอุปกรณ์ในการวาดภาพข้อดีและข้อเสียของวิธีนี้เพื่อทราบผลิตภัณฑ์ของ การวาดภาพ.

คำถามทดสอบตัวเอง

1. สาระสำคัญและคุณสมบัติของกระบวนการวาดภาพ

2. แผนงานและหลักการทำงานของโรงสีวาดรูป

3. ผลิตภัณฑ์วาดภาพ

การผลิตโปรไฟล์โค้งงอ– วิธีการขึ้นรูปวัสดุแผ่นโปรไฟล์ในสภาวะเย็น ในกรณีนี้จะได้โปรไฟล์ผนังบางที่มีรูปทรงซึ่งมีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากและมีความยาวมาก เข้าใจสาระสำคัญของวิธีนี้และขอบเขตของมัน

คำถามทดสอบตัวเอง

1. บอกเราเกี่ยวกับกระบวนการทางเทคโนโลยีในการสร้างโปรไฟล์โค้งงอจากแผ่นเปล่า

การปลอมฟรี- การขึ้นรูปโลหะด้วยความร้อนซึ่งชิ้นงานถูกเปลี่ยนรูปโดยใช้เครื่องมืออเนกประสงค์ ในระหว่างการตีขึ้นรูป การเปลี่ยนแปลงรูปร่างเกิดขึ้นเนื่องจากการไหลของโลหะในทิศทางที่ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของเครื่องมือเปลี่ยนรูป - กองหน้า การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการที่สมเหตุสมผลและคุ้มค่าในการผลิตชิ้นงานคุณภาพสูงพร้อมคุณสมบัติทางกลสูงในการผลิตขนาดเล็กและการผลิตเดี่ยว

ทำความคุ้นเคยกับชิ้นงานที่ใช้ในการตีขึ้นรูป การตีขึ้นรูปแบบเปิด และเครื่องมือที่เกี่ยวข้อง พิจารณาอุปกรณ์ที่ใช้ในแต่ละการใช้งาน รวมถึงข้อดีและข้อเสียของการตีแบบเปิด

คำถามทดสอบตัวเอง

1. สาระสำคัญของกระบวนการตีขึ้นรูปแบบเปิดคืออะไร?

2. ชิ้นงานในระหว่างการตีขึ้นรูปคืออะไร?

3. คุณรู้จักขั้นตอนการตีแบบเปิดใดบ้าง และใช้เครื่องมือการตีแบบใดบ้าง

การตอก- ประเภทของการปลอมที่ช่วยให้คุณใช้เครื่องจักรและทำให้กระบวนการนี้เป็นแบบอัตโนมัติ การตอกสามารถทำได้ทั้งร้อนและเย็น ปริมาตรและแผ่น จำเป็นต้องศึกษาวิธีการพื้นฐานและการทำงานของการปั๊มปริมาตรและการปั๊มแผ่น เครื่องมือ อุปกรณ์ ข้อดีและข้อเสีย ให้ความสนใจกับวิธีการปั๊มปริมาตรแบบก้าวหน้า: การรีดข้ามลิ่ม, การบีบอัดแบบหมุน, การปั๊มในแม่พิมพ์แยก ฯลฯ

คำถามทดสอบตัวเอง

1. เปรียบเทียบการตีและการตอก การประมวลผลประเภทใดมีความก้าวหน้ามากกว่า? ทำไม

2. อธิบายขั้นตอนหลักของกระบวนการตีขึ้นรูปด้วยความร้อน

3. ช่องว่างเริ่มต้นสำหรับการตีขึ้นรูปคืออะไร?

4. เปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของการตีขึ้นรูปในแม่พิมพ์แบบเปิดและแบบปิด

5. วาดไดอะแกรมของการตีขึ้นรูปเย็น

6. วัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ปั๊มโลหะแผ่นมีอะไรบ้าง?

7. คุณรู้จักกระบวนการปั๊มโลหะแผ่นอะไรบ้าง?

2.3. พื้นฐานของเทคโนโลยีการเชื่อม

การเชื่อมเป็นวิธีการทางเทคโนโลยีที่ก้าวหน้า มีประสิทธิผลสูงและประหยัดที่สุดสำหรับการผลิตข้อต่อถาวร การเชื่อมถือได้ว่าเป็นการประกอบ (โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมก่อสร้าง) และเป็นวิธีการผลิตชิ้นงาน ในอุตสาหกรรมหลายพื้นที่ ชิ้นส่วนเชื่อมแบบรวมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งประกอบด้วยชิ้นงานแต่ละชิ้นที่ผลิตโดยใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันและบางครั้งก็ใช้วัสดุที่แตกต่างกัน ชิ้นส่วนจะถูกผ่าออกเป็นส่วนประกอบด้วยการเชื่อมในภายหลัง หากการผลิตแบบหล่อแข็งหรือฟอร์จแบบแข็งนั้นเกี่ยวข้องกับปัญหาในการผลิตอย่างมาก การขาดอุปกรณ์ การใช้เครื่องจักรที่ซับซ้อน หรือหากแต่ละส่วนของชิ้นส่วนทำงานภายใต้ความยากลำบากเป็นพิเศษ (การสึกหรอและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การกัดกร่อน ฯลฯ) และการผลิตจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีราคาแพงกว่า

เมื่อเริ่มศึกษาส่วนการเชื่อม สิ่งสำคัญอันดับแรกคือต้องเข้าใจสาระสำคัญทางกายภาพของกระบวนการเชื่อม ซึ่งประกอบด้วยการก่อตัวของพันธะอะตอม-โมเลกุลที่แข็งแกร่งระหว่างชั้นผิวของชิ้นงานที่เชื่อมกัน เพื่อให้ได้รอยเชื่อม จำเป็นต้องทำความสะอาดพื้นผิวที่เชื่อมจากสารปนเปื้อนและออกไซด์ นำพื้นผิวที่เชื่อมต่อเข้ามาใกล้กันมากขึ้น และให้พลังงานบางส่วนแก่พวกเขา (พลังงานกระตุ้น) พลังงานนี้สามารถสื่อสารได้ในรูปของความร้อน (การกระตุ้นด้วยความร้อน) และในรูปของการเปลี่ยนรูปแบบอีลาสโตพลาสติก (การกระตุ้นด้วยกลไก) วิธีการเชื่อมทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามประเภทขึ้นอยู่กับวิธีการเปิดใช้งาน: ความร้อน เทอร์โมเครื่องกล และเครื่องกล

คุณควรทำความคุ้นเคยกับแหล่งความร้อนที่เป็นไปได้ระหว่างการเชื่อมและเกณฑ์ความสามารถในการเชื่อมของวัสดุรวมถึงคำนึงถึงความสามารถในการผลิตของรอยเชื่อมด้วย

ระดับการเชื่อมด้วยความร้อน- การเชื่อมต่อโดยการหลอมโดยใช้พลังงานความร้อน (อาร์ก, อิเล็กโทรสแล็ก, พลาสมา, ลำอิเล็กตรอน, เลเซอร์, แก๊ส)

ในการเชื่อมอาร์ก แหล่งความร้อนสำหรับการหลอมโลหะคืออาร์กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างชิ้นงานกับอิเล็กโทรด ในขณะที่เรียนการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า ผู้เรียนจะต้องทำความคุ้นเคยกับสาระสำคัญของกระบวนการอาร์ก ศึกษาเทคโนโลยี อุปกรณ์ การใช้งานการเชื่อมอาร์กแบบแมนนวล ตลอดจนวิธีการเชื่อมอาร์กอื่น ๆ ได้แก่ การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มอัตโนมัติและการเชื่อมใน ป้องกันสภาพแวดล้อมของก๊าซ ควรพิจารณาเป็นพิเศษเกี่ยวกับปัญหาการเชื่อมด้วยไฟฟ้าสแลก ควรเข้าใจว่าส่วนโค้งไฟฟ้าจะไหม้ที่นี่เฉพาะในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการเพื่อเตรียมอ่างตะกรันและการละลายของฟิลเลอร์และโลหะฐานเพิ่มเติมนั้นเกิดขึ้นได้เนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอ่างตะกรัน

การเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอนในสุญญากาศ พลาสมาเจ็ต หรือลำแสงเลเซอร์เป็นวิธีการพิเศษของการเชื่อมด้วยไฟฟ้า พิจารณาเทคโนโลยีการเชื่อมประเภทนี้ คุณสมบัติของรอยเชื่อม และขอบเขตการใช้งาน

ลักษณะพิเศษของการเชื่อมด้วยแก๊สคือการใช้เปลวไฟจากแก๊สเป็นแหล่งความร้อน แนะนำให้ศึกษากระบวนการเผาไหม้และโครงสร้างของเปลวไฟเชื่อม การออกแบบคบเพลิงแก๊ส อุปกรณ์ และเทคโนโลยีการเชื่อม

ต่อไปเราต้องพิจารณาการตัดโลหะ การตัดมีสามประเภทหลัก: การตัดแยก การตัดพื้นผิว และการตัดออกซิเจนแลนซ์ ขึ้นอยู่กับวิธีการให้ความร้อนโลหะจนหลอมละลาย มีออกซิเจน ออกซิเจนฟลักซ์ พลาสมา และการตัดโลหะด้วยอาร์กอากาศ

คำถามทดสอบตัวเอง

1. อธิบายสาระสำคัญของกระบวนการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า

2. คุณสมบัติและลักษณะของการเชื่อมด้วยอิเล็กโทรดแบบสิ้นเปลืองและไม่สิ้นเปลือง

3. ทำไมอิเล็กโทรดโลหะถึงเคลือบด้วยสารเคลือบและชนิดใด?

4. การเชื่อมอาร์กแบบแมนนวล

5. วาดแผนผังการเชื่อมอาร์กแบบจุ่มอัตโนมัติ

6. อธิบายสาระสำคัญของกระบวนการเชื่อมอาร์กในสภาพแวดล้อมที่มีการป้องกัน

7. วาดแผนผังการเชื่อมด้วยไฟฟ้าสแลก

8. ทำรายการและกำหนดลักษณะวิธีการเชื่อมฟิวชันพิเศษ

9. อธิบายเทคโนโลยีการเชื่อมแก๊ส

10. บอกเราเกี่ยวกับขอบเขตการเชื่อมแก๊ส

การเชื่อมแบบสัมผัสไฟฟ้าเป็นการเชื่อมประเภทหนึ่งที่ให้ความร้อนที่ข้อต่อในระยะสั้นและทำให้ชิ้นงานที่ได้รับความร้อนปั่นป่วน นี่เป็นการเชื่อมที่มีประสิทธิผลสูงซึ่งสามารถเป็นอัตโนมัติและใช้เครื่องจักรได้ง่ายซึ่งเป็นผลมาจากการใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมเครื่องกล จำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับการเชื่อมด้วยความต้านทานไฟฟ้าและความหลากหลายของการเชื่อม: การชน, จุด, ตะเข็บ, การผ่อนปรน จำเป็นต้องศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีรูปแบบและอุปกรณ์ของการเชื่อมแบบสัมผัสไฟฟ้า

ในการเชื่อมแบบแพร่กระจาย ข้อต่อจะเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการแพร่กระจายของอะตอมของชั้นผิวของวัสดุที่สัมผัสกัน วิธีการเชื่อมนี้ช่วยให้คุณได้ข้อต่อโลหะและโลหะผสมคุณภาพสูงในชุดที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ทำความเข้าใจคุณสมบัติทางเทคโนโลยีและการใช้งานของการเชื่อมแบบกระจาย

คำถามทดสอบตัวเอง

1. วาดและอธิบายไดอะแกรมของการเชื่อมแบบจุด ลูกกลิ้ง ตะเข็บ และการเชื่อมต้านทานไฟฟ้าแบบบรรเทา

2.ยกตัวอย่างการใช้การเชื่อมด้วยความต้านทานในวิศวกรรมเครื่องกล

3. บอกเราว่าภาคส่วนใดของการเชื่อมแบบแพร่เศรษฐกิจของประเทศที่ใช้

ชั้นเรียนการเชื่อมเครื่องกล- การเชื่อมดำเนินการโดยใช้พลังงานกลและแรงดันโดยไม่ต้องอุ่นชิ้นงานที่เชื่อม (การเชื่อมเย็น การเชื่อมอัลตราโซนิก การเชื่อมด้วยการระเบิด การเชื่อมแบบเสียดสี) จำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับเทคโนโลยีข้อดีและขอบเขตของการเชื่อมประเภทนี้

คำถามทดสอบตัวเอง

1. วาดและอธิบายไดอะแกรมประเภทการเชื่อมประเภทเครื่องกล

พื้นผิว- วิธีการฟื้นฟูส่วนที่สึกหรอและเสริมความแข็งแรงให้กับชิ้นส่วนเดิม ปัจจุบันได้มีการพัฒนาวิธีการเคลือบผิวและการเคลือบด้วยวิธีต่างๆ และใช้กันอย่างแพร่หลาย งานพื้นผิวใช้เพื่อสร้างชั้นพื้นผิวที่มีคุณสมบัติที่ต้องการบนชิ้นส่วน จำเป็นต้องศึกษาเทคโนโลยีของวิธีการทำพื้นผิว วัสดุ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำพื้นผิวต่างๆ

คำถามทดสอบตัวเอง

1. ระบุเทคนิคและวิธีการพื้นผิว

2. อธิบายการใช้งานพื้นผิว

การบัดกรี- กระบวนการทางเทคโนโลยีในการเชื่อมช่องว่างโลหะโดยไม่ละลายโดยการแนะนำโลหะหลอมเหลว - บัดกรี - ระหว่างช่องว่างเหล่านั้น

บัดกรีมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะที่เชื่อม คุณควรเข้าใจสาระสำคัญทางกายภาพของกระบวนการบัดกรี รู้วิธีบัดกรี และประเภทของข้อต่อบัดกรี สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าในกรณีใดควรใช้บัดกรีอ่อน และควรใช้บัดกรีแข็งในกรณีใด จำเป็นต้องศึกษาขอบเขตการใช้งานของการบัดกรีโลหะและโลหะผสม

คำถามทดสอบตัวเอง

1. สาระสำคัญทางกายภาพของกระบวนการบัดกรี

2. จุดประสงค์ของฟลักซ์ระหว่างการบัดกรีคืออะไร?

3. ใช้อุปกรณ์อะไรในการบัดกรี?

ประเมินคุณภาพของรอยเชื่อมและบัดกรีโดยใช้วิธีการทดสอบแบบทำลายล้าง จำเป็นต้องศึกษาข้อบกพร่องภายนอกและภายในในการเชื่อมต่อและวิธีการควบคุม

การละเมิดเงื่อนไขทางเทคโนโลยีการเชื่อมในบางกรณีทำให้เกิดความเค้นและการเสียรูปในรอยเชื่อม จำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับมาตรการในการต่อสู้กับความเครียดที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมและวิธีการแก้ไของค์ประกอบและโครงสร้างที่ผิดรูป

คำถามทดสอบตัวเอง

1. ระบุข้อบกพร่องของรอยเชื่อมและรอยบัดกรี

2. จัดทำรายการวิธีทำลายและไม่ทำลายสำหรับการทดสอบรอยต่อแบบเชื่อมและแบบบัดกรี

3. ระบุสาเหตุของการเกิดความเค้นตกค้างในโครงสร้างรอยเชื่อม

4. การเสียรูปของโครงสร้างระหว่างการเชื่อมสามารถลดหรือกำจัดให้หมดสิ้นได้อย่างไร?

หัวข้อที่ 3 พื้นฐานของการประมวลผลมิติของช่องว่างชิ้นส่วนเครื่องจักร

การประมวลผลมิติหมายถึงการให้ขนาดและรูปร่างของชิ้นส่วนที่สอดคล้องกับแบบโดยใช้วิธีการตัดต่างๆ โดยใช้เครื่องจักรและเครื่องมือพิเศษ การตัดถือได้ว่าเป็นการดำเนินการขั้นสุดท้ายในวงจรการผลิตของผลิตภัณฑ์สร้างเครื่องจักรต่างๆ เนื่องจากให้ความแม่นยำในระดับที่กำหนดเท่านั้น

3.1. ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับกระบวนการตัดโลหะ

การตัดโลหะมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ชิ้นส่วนมีรูปทรงที่ต้องการและมีความสะอาดพื้นผิวที่เหมาะสม ในกรณีนี้ก่อนเริ่มการประมวลผลชิ้นส่วนในอนาคตเรียกว่าชิ้นงานในระหว่างการประมวลผลชิ้นงานนี้เรียกว่าชิ้นงานและเมื่อสิ้นสุดการประมวลผลทุกประเภทจะได้ชิ้นส่วนที่เสร็จแล้ว

ชั้นของโลหะที่ถูกเอาออกระหว่างการประมวลผลเรียกว่าค่าเผื่อ และการถอดค่าเผื่อด้วยตนเองจะสอดคล้องกับงานโลหะ และการลบค่าเผื่อบนเครื่องจักรจะสอดคล้องกับการประมวลผลทางกล

การเคลื่อนย้ายส่วนบริหารของเครื่องตัดโลหะแบ่งออกเป็นการทำงานและส่วนเสริม อภิปรายถึงการเคลื่อนไหวที่เรียกว่าคนงานและพรรณนาการเคลื่อนไหวเหล่านี้ในรูปแผนผัง โปรดทราบว่าการเคลื่อนที่ทั้งหมดของเครื่องมือตัดสัมพันธ์กับชิ้นงานเรียกว่าการเคลื่อนที่ของการตัดที่เกิดขึ้น

เมื่อทำการตัด จะพิจารณาการดำเนินการประเภทต่อไปนี้: การกลึง, การเจาะ, การกัด, การไส, การเจาะ, การเจียร ทำความเข้าใจว่าการแบ่งส่วนนี้มีความสัมพันธ์กัน เนื่องจากการประมวลผลทุกประเภทมีประเภทย่อยหลายประเภท เช่น เมื่อมีการเจาะ การเคาเตอร์ซิงค์ การรีม ฯลฯ ถูกนำมาใช้เพิ่มเติม

ใช้ไดอะแกรมและภาพวาดที่ให้ไว้ในหนังสือเรียนเพื่อทำความเข้าใจประเภทของพื้นผิวที่กำลังดำเนินการ ในกรณีนี้ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับรูปทรงของเครื่องมือตัดโดยใช้ตัวอย่างเครื่องมือกลึง กระบวนการสร้างเศษเป็นกลไกการตัดหลัก และขึ้นอยู่กับแรงตัดและสภาวะการตัด ทั้งหมดนี้โดดเด่นด้วยพลังในการตัด จากพารามิเตอร์เหล่านี้ ให้ศึกษาพารามิเตอร์การตัดมาตรฐานและทำความเข้าใจหลักการเลือกเงื่อนไขการตัด รวมถึงการคำนวณเวลาในการประมวลผล

คำถามทดสอบตัวเอง

1. การเคลื่อนไหวใดระหว่างการตัดเฉือนเรียกว่าการทำงานและการเคลื่อนไหวใดเสริม

2. พื้นผิวประเภทใดที่มีความโดดเด่นในระหว่างการประมวลผลทางกล?

3. มุมใดที่แตกต่างในส่วนตัดของเครื่องมือ:

4. การตัดระนาบในระบบพิกัดคงที่หมายถึงอะไร?

5. อธิบายกระบวนการสร้างเศษ

6. แรงตัดหมายถึงอะไร?

7. การทำงานใดบ้างรวมถึงโหมดการตัด และเลือกอย่างไร?

8. เวลาในการประมวลผลคำนวณอย่างไร?

3.2. การจำแนกประเภทของเครื่องตัดและเทคโนโลยี

การประมวลผลการตัด

เครื่องตัดโลหะทั้งหมดแบ่งออกเป็นกลุ่มตามลักษณะงานที่ทำและประเภทของเครื่องมือที่ใช้ พิจารณารายละเอียดการจำแนกประเภทที่นำมาใช้ในรัสเซียและทำความเข้าใจระบบรวมของการกำหนดสัญลักษณ์ของเครื่องมือกลซึ่งเข้าใจว่าเป็นการกำหนดหมายเลข จากนั้นมาดูรายละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีการตัดที่ทำกับเครื่องตัดโลหะต่างๆ

การประมวลผลบนเครื่องกลึงใช้รูปภาพ ตรวจสอบส่วนประกอบหลักของเครื่องกลึงแบบสกรู และทำความเข้าใจว่าเหตุใดเครื่องกลึงจึงมักถูกเรียกว่าอเนกประสงค์ วิเคราะห์ประเภทของเครื่องกลึง

การประมวลผลบนเครื่องเจาะและคว้านทำความเข้าใจความหมายของการเจาะรูกลมบนเครื่องเจาะ

การประมวลผลบนเครื่องกัดทำความเข้าใจว่าการกัดคืออะไร และใช้หัวกัดประเภทใด

การประมวลผลบนเครื่องไส เครื่องเซาะร่อง และเจาะโดยคำนึงถึงประเภทของการประมวลผลพื้นผิวโดยการไส ให้เน้นคุณสมบัติของเครื่องจักรกลุ่มนี้ ศึกษาประเภทของเครื่องมือที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ วาดแผนผังการทำงานบนเครื่องจักรของกลุ่มนี้

การประมวลผลบนเครื่องเจียรและตกแต่งขั้นสุดท้ายเรียนรู้กระบวนการเจียรและเครื่องมือที่ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ โปรดทราบว่าการเจียรยังหมายถึงการดำเนินการตัดด้วย และทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับอะไร ทบทวนวิธีการขัดและประเภทของเครื่องขัด

สำหรับเทคโนโลยีการตัดทั้งหมดที่พิจารณา ให้ศึกษาประเภทงานที่เป็นไปได้

โดยสรุป ให้ความสนใจกับความเป็นไปได้ของการใช้เครื่องจักรและระบบอัตโนมัติของเครื่องตัดโลหะ ทำความเข้าใจว่าเครื่องจักรควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) คืออะไร และประกอบเข้ากับสายการผลิตอัตโนมัติแบบยืดหยุ่น (FAL) ได้อย่างไร แนะนำแนวคิดของหุ่นยนต์และผู้ควบคุมด้วยตนเอง

คำถามทดสอบตัวเอง

1. เครื่องกลึงใช้ทำอะไร?

2. เหตุใดเครื่องกลึงจึงมักเรียกว่าสากล

3. การเคาเตอร์ซิงค์และการรีมรูขนาดใหญ่หมายถึงอะไร

4. เครื่องตัดประเภทหลักคืออะไร?

5. คุณสมบัติของเครื่องไสมีอะไรบ้าง?

6. กระบวนการบดหมายถึงอะไร?

7. เครื่องมือขัดหมายถึงอะไร?

8. หุ่นยนต์และหุ่นยนต์ที่ใช้ในการตัดเฉือนมีจุดประสงค์อะไร?

3.3. การแปรรูปวัสดุทางไฟฟ้าฟิสิกส์เคมี

เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดโลหะแบบทั่วไป การแปรรูปประเภทนี้มีข้อดีหลายประการ: ช่วยให้สามารถแปรรูปวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกลสูง ซึ่งการแปรรูปด้วยวิธีทั่วไปนั้นยากหรือเป็นไปไม่ได้เลย (โลหะผสมแข็ง ทับทิม เพชร และแม้แต่วัสดุที่แข็งยิ่งยวด) และยังทำให้สามารถประมวลผลพื้นผิวที่ซับซ้อนที่สุดได้ (รูที่มีแกนโค้ง, รูตันของโปรไฟล์ที่มีรูปร่าง ฯลฯ )

วิธีการทั้งหมดนี้มักจะแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ ได้แก่ :

วิธีการประมวลผลทางไฟฟ้าฟิสิกส์วิธีการของกลุ่มนี้มักเรียกว่าอิเล็กโทรโรซีฟและอิเล็กโทรบีมขึ้นอยู่กับวิธีการจ่ายพลังงานให้กับพื้นผิวที่กำลังรับการบำบัด

การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้าของโลหะนำไฟฟ้าและโลหะผสมนั้นขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการทำลายวัสดุในท้องถิ่นภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้าพัลซิ่งที่ส่งผ่านระหว่างมันกับอิเล็กโทรดพิเศษ

การปล่อยกระแสไฟฟ้าจะดำเนินการโดยตรงในเขตการประมวลผล ซึ่งจะถูกแปลงเป็นความร้อน อนุภาคหลอมละลายของโลหะที่กำลังแปรรูป

ไฮไลท์:

การบำบัดประกายไฟด้วยไฟฟ้า

การรักษาด้วยชีพจรไฟฟ้า

การประมวลผลส่วนโค้งสัมผัสไฟฟ้า

การรักษาด้วยอัลตราโซนิก

การประมวลผลลำแสงไฟฟ้าดำเนินการกับวัสดุใด ๆ และไม่ขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้า ในกรณีนี้ พลังงานจะถูกส่งไปยังพื้นผิวที่กำลังประมวลผลโดยใช้เครื่องกำเนิดควอนตัม (เลเซอร์) หรือปืนลำแสงอิเล็กตรอน

ไฮไลท์:

การรักษาด้วยลำแสง (เลเซอร์);

การประมวลผลลำแสงอิเล็กตรอน

พิจารณาแต่ละวิธีแยกกันและร่างแผนภาพการประมวลผลลงในบันทึกย่อของคุณ

วิธีการประมวลผลทางเคมีไฟฟ้าวิธีการเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและขึ้นอยู่กับการละลายขั้วบวกของโลหะ (ขั้วบวก) โดยการส่งอิเล็กโทรไลต์กระแสตรงผ่านสารละลาย

ไฮไลท์:

การแกะสลักด้วยเคมีไฟฟ้า (ขัด);

การประมวลผลเคมีไฟฟ้ามิติ

การบำบัดด้วยไฟฟ้าเคมี-เครื่องกล

การแปรรูปทางเคมี-เครื่องกล

ทำความเข้าใจสาระสำคัญของแต่ละวิธี ความสามารถ และขอบเขตการใช้งานด้วยตนเอง แนบสรุปพร้อมไดอะแกรมของกระบวนการประมวลผล

คำถามทดสอบตัวเอง

1. สาระสำคัญของวิธีการประมวลผลด้วยไฟฟ้าฟิสิกส์คืออะไร?

2. เหตุใดจึงมีเพียงวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเท่านั้นที่สามารถผ่านกระบวนการคายประจุไฟฟ้าได้?

3. แหล่งพลังงานในระหว่างการประมวลผลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกคืออะไร?

4. การดำเนินการทางเทคโนโลยีใดที่สามารถทำได้โดยใช้เลเซอร์?

5. สาระสำคัญของวิธีการประมวลผลเคมีไฟฟ้าคืออะไร?

6. การกัดด้วยเคมีไฟฟ้า (การขัด) ใช้เพื่อวัตถุประสงค์อะไร?

7. เหตุใดการประมวลผลเคมีไฟฟ้าประเภทหนึ่งจึงเรียกว่ามิติ

หัวข้อที่ 4 พื้นฐานของเทคโนโลยีการผลิตช่องว่างและชิ้นส่วน

เครื่องจักรที่ทำจากวัสดุอโลหะและวัสดุคอมโพสิต

แนวคิดของ "วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ" รวมถึงพลาสติก วัสดุยาง ไม้ แก้วซิลิเกต เซรามิก แก้วเซรามิก และวัสดุอื่นๆ

วัสดุที่ไม่ใช่โลหะไม่เพียงแต่ทดแทนโลหะเท่านั้น แต่ยังมักใช้เป็นวัสดุอิสระ บางครั้งก็เป็นวัสดุที่ไม่สามารถทดแทนได้ (ยาง แก้ว) วัสดุบางชนิดมีความแข็งแรงเชิงกลและจำเพาะสูง น้ำหนักเบา ทนต่อความร้อนและสารเคมี มีลักษณะเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง ฯลฯ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือความสามารถในการผลิตวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ การใช้วัสดุที่ไม่ใช่โลหะให้ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่สำคัญ

วัสดุโครงสร้างที่ไม่ใช่โลหะ

เมื่อศึกษาวัสดุโครงสร้างที่ไม่ใช่โลหะ ก่อนอื่นต้องเข้าใจว่าพื้นฐานของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะคือโพลีเมอร์ เป็นที่ทราบกันว่าโมเลกุลขนาดใหญ่ของโพลีเมอร์มีลักษณะเป็นเส้นตรง มีกิ่งก้าน มีการเชื่อมโยงข้าม และมีโครงสร้างเครือข่ายเชิงพื้นที่แบบปิด ประเภทของพอลิเมอร์โมเลกุลขนาดใหญ่จะกำหนดพฤติกรรมของพวกมันเมื่อถูกความร้อน โพลีเมอร์จะถูกแบ่งออกเป็นเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติงขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ ศึกษาคุณสมบัติโครงสร้างของโพลีเมอร์และการจำแนกประเภท ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับองค์ประกอบทางกายภาพและเฟสของโพลีเมอร์

พลาสติกเป็นวัสดุเทียมที่ทำจากโพลีเมอร์อินทรีย์ จำเป็นต้องศึกษาองค์ประกอบของพลาสติกที่เรียบง่ายและซับซ้อน ทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติและการจำแนกประเภท ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการใช้เทอร์โมพลาสติกและพลาสติกเทอร์โมเซตติง

การแปรรูปพลาสติกเป็นผลิตภัณฑ์และชิ้นส่วนสามารถทำได้ในสถานะทางกายภาพของโพลีเมอร์ทั้งสามสถานะ: หนืด ยืดหยุ่นสูง และแข็ง นอกจากนี้ การสร้างรูปร่างหลักและการผลิตช่องว่างยังดำเนินการในสถานะของเหลวหนืด การให้รูปร่างและขนาดขั้นสุดท้ายแก่ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ที่ทำจากพลาสติกนั้นดำเนินการในสภาวะยืดหยุ่นสูงและแข็ง ศึกษาวิธีการแปรรูปพลาสติกให้เป็นผลิตภัณฑ์และวิธีการผลิตข้อต่อถาวรจากพลาสติกโดยการเชื่อมและติดกาว เข้าใจสาระสำคัญของวิธีการ เครื่องมือ และอุปกรณ์ที่ใช้

กลุ่มโพลีเมอร์ที่สำคัญคือยางซึ่งเป็นพื้นฐานของวัสดุโครงสร้างประเภทอื่น - ยาง ยางมีคุณสมบัติเป็นพลาสติกสูงเนื่องจากเป็นวัสดุทางเทคนิค นอกจากนี้ ยางยังมีคุณสมบัติที่สำคัญหลายประการ เช่น ความต้านทานต่อก๊าซและน้ำ ความทนทานต่อสารเคมี คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่มีคุณค่า ฯลฯ ทำความเข้าใจองค์ประกอบของยางและผลกระทบของสารเติมแต่งต่างๆ ที่มีต่อคุณสมบัติของยาง ศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และลักษณะการใช้งานของยางยี่ห้อต่างๆ

โครงการทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ยางรวมถึงการเตรียมส่วนผสมยาง การขึ้นรูปและการหลอมโลหะ (ปฏิกิริยาทางเคมีของยางและกำมะถัน) พิจารณาวิธีการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ยางและวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์ผ้ายาง

กลุ่มพิเศษประกอบด้วยสีและกาว ทำความเข้าใจด้วยตัวคุณเองว่าวาร์นิชและอีนาเมลคืออะไร สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจในที่นี้ว่าสิ่งเหล่านี้เป็นระบบหลายส่วนประกอบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยสารต่าง ๆ ที่ให้ชุดคุณสมบัติที่ต้องการ ระบุคุณสมบัติเฉพาะและจำแนกประเภทสีและสารเคลือบเงา

บทบาทของกาวในการผลิตสมัยใหม่มีความสำคัญมาก ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อแบบถาวรได้ รวมถึงระหว่างวัสดุที่มีลักษณะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ศึกษาการจำแนกประเภทของกาวตามองค์ประกอบและวัตถุประสงค์ คุณลักษณะของการเปลี่ยนแปลงและความสามารถทางกล

คำถามทดสอบตัวเอง

1. โพลีเมอร์คืออะไร?

2. อะไรคือพื้นฐานสำหรับการจำแนกประเภทของโพลีเมอร์ว่าเป็น “เทอร์โมพลาสติก” และ “เทอร์โมเซต”

3. อะไรคือลักษณะเฉพาะของสถานะผลึกของโพลีเมอร์

4. อธิบายสถานะทางกายภาพของโพลีเมอร์สามสถานะ ได้แก่ คล้ายแก้ว (ของแข็ง) ยืดหยุ่นสูง และมีความหนืด

5. ระบุสาเหตุของการเสื่อมสภาพของโพลีเมอร์

6. ระบุส่วนประกอบที่รวมอยู่และส่วนประกอบของพลาสติกที่ซับซ้อน

7. คุณรู้จักฟิลเลอร์พลาสติกอะไรบ้าง?

8. ระบุขอบเขตการใช้งานเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซ็ต

9. พลาสติกมีข้อดีเหนือวัสดุโลหะอย่างไร? ข้อเสียของพวกเขาคืออะไร?

10. ยางมีส่วนประกอบอะไรบ้าง และมีผลกระทบต่อคุณสมบัติของยางอย่างไร?

11. บอกเราเกี่ยวกับวิธีการทางเทคโนโลยีในการผลิตผลิตภัณฑ์ยาง

12. สีน้ำมันและสีเคลือบต่างกันอย่างไร?

13. ตัวบ่งชี้อะไรบ่งบอกถึงคุณภาพของข้อต่อกาว?

วัสดุโครงสร้างอนินทรีย์

กลุ่มของวัสดุอนินทรีย์ ได้แก่ แก้วอนินทรีย์ วัสดุแก้ว-ผลึก (เซรามิก) เซรามิก กราไฟต์ และแร่ใยหิน ทำความเข้าใจว่าพื้นฐานของวัสดุอนินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นออกไซด์และสารประกอบที่ปราศจากออกซิเจนของโลหะ โปรดทราบว่าวัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบซิลิกอนหลายชนิดกับองค์ประกอบอื่น ๆ และมักเรียกรวมกันว่าวัสดุซิลิเกต ปัจจุบัน ความหลากหลายของวัสดุอนินทรีย์ได้ขยายออกไปอย่างมาก มีการใช้ออกไซด์บริสุทธิ์ของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม เซอร์โคเนียม ฯลฯ ซึ่งมีคุณสมบัติเหนือกว่าสารประกอบซิลิกอนทั่วไปอย่างมาก พิจารณาความซับซ้อนของคุณสมบัติเคมีกายภาพและทางกลของวัสดุอนินทรีย์ และเปรียบเทียบกับตัวบ่งชี้ที่คล้ายกันสำหรับวัสดุโพลีเมอร์อินทรีย์

กลุ่มพิเศษประกอบด้วยวัสดุอนินทรีย์ธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงกราไฟต์ แร่ใยหิน ไม้ และหินจำนวนหนึ่ง (หินอ่อน หินบะซอลต์ ออบซิเดียน) ศึกษาคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้และความสามารถทางเทคนิค

คำถามทดสอบตัวเอง

1 วัสดุแร่อะไรบ้างที่เป็นของแก้วซิลิเกต

2. แก้วเซรามิกคืออะไร ระบุวิธีการได้มา

3. เซรามิกทางเทคนิคคืออะไร?

วัสดุโครงสร้างคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุเทียมที่ได้จากการรวมส่วนประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ในวัสดุคอมโพสิต ต่างจากโลหะผสม ส่วนประกอบต่างๆ ยังคงรักษาคุณสมบัติโดยธรรมชาติและมีส่วนเชื่อมต่อที่ชัดเจนระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้น มีวัสดุผสมจากธรรมชาติ (ยูเทคติก) และวัสดุสังเคราะห์

วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุใหม่

ข้อมูลโปรไฟล์

ทิศทางการฝึกอบรมสำหรับปริญญาตรีที่ได้รับการรับรอง 03/22/01 - "วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุ" ได้รับการอนุมัติตามคำสั่งของกระทรวงศึกษาธิการของสหพันธรัฐรัสเซียลงวันที่ 12 พฤศจิกายน 2558 ฉบับที่ 1331 ระยะเวลามาตรฐานสำหรับการเรียนรู้ โปรแกรมการศึกษาหลักสำหรับการฝึกอบรมระดับปริญญาตรีในทิศทาง “วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุ” สำหรับการศึกษาเต็มเวลาคือ 4 ปี

ประเภทกิจกรรมหลักของบัณฑิต (ที่กำลังเข้ารับการอบรม) สิ่งที่บัณฑิตสามารถทำได้

สาขากิจกรรมวิชาชีพของผู้สำเร็จการศึกษา:

• การพัฒนา การวิจัย การดัดแปลง และการใช้วัสดุที่มีลักษณะอนินทรีย์และอินทรีย์เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ กระบวนการสร้าง รูปร่าง และการสร้างโครงสร้าง การเปลี่ยนแปลงในขั้นตอนการผลิต การแปรรูป และการดำเนินงาน
• กระบวนการในการรับวัสดุ ช่องว่าง ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ ตลอดจนการจัดการคุณภาพสำหรับสาขาวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ (วิศวกรรมเครื่องกลและเครื่องมือ เทคโนโลยีการบินและจรวดและอวกาศ พลังงานนิวเคลียร์ อิเล็กทรอนิกส์โซลิดสเตต อุตสาหกรรมนาโน อุปกรณ์การแพทย์ กีฬา และเครื่องใช้ในครัวเรือน เป็นต้น)

วัตถุประสงค์ของกิจกรรมทางวิชาชีพของผู้สำเร็จการศึกษา:

• ประเภทหลักของวัสดุอนินทรีย์เชิงโครงสร้างและเชิงหน้าที่สมัยใหม่ (โลหะและอโลหะ) และวัสดุอินทรีย์ (โพลีเมอร์และคาร์บอน) วัสดุผสมและวัสดุผสม วัสดุที่มีความแข็งเป็นพิเศษ
• วัสดุอัจฉริยะและนาโน ฟิล์ม และสารเคลือบ
• วิธีการและวิธีการทดสอบและวินิจฉัย การวิจัยและการควบคุมคุณภาพของวัสดุ ฟิล์มและการเคลือบ ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ช่องว่าง ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ การวิจัยทุกประเภท อุปกรณ์ควบคุมและทดสอบ การวิเคราะห์
• อุปกรณ์ ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์สำหรับการประมวลผลผลลัพธ์และการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้รับ การสร้างแบบจำลองพฤติกรรมของวัสดุ การประเมินและการทำนายลักษณะการทำงานของวัสดุ
• กระบวนการทางเทคโนโลยีในการผลิต การแปรรูป และการดัดแปลงวัสดุและการเคลือบ ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ อุปกรณ์เทคโนโลยีและอุปกรณ์ ระบบควบคุมกระบวนการ
• เอกสารด้านกฎระเบียบและทางเทคนิคและระบบการรับรองสำหรับวัสดุและผลิตภัณฑ์ กระบวนการทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตและการแปรรูป เอกสารการรายงาน บันทึกและระเบียบวิธีของความคืบหน้าและผลการทดลอง เอกสารเกี่ยวกับข้อควรระวังด้านความปลอดภัยและความปลอดภัยในชีวิต

ประเภทของกิจกรรมทางวิชาชีพของบัณฑิต:

การวิจัยและการคำนวณ-การวิเคราะห์:

• การรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับประเภทและยี่ห้อของวัสดุที่มีอยู่ โครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาที่ได้รับมอบหมายโดยใช้ฐานข้อมูลและแหล่งข้อมูลทางวรรณกรรม
• การมีส่วนร่วมในงานของกลุ่มผู้เชี่ยวชาญในการทำการทดลองและการประมวลผลผลลัพธ์ในการสร้างการวิจัยและการเลือกวัสดุการประเมินคุณภาพทางเทคโนโลยีและการบริการผ่านการวิเคราะห์โครงสร้างและคุณสมบัติที่ครอบคลุม
• การทดสอบทางกายภาพ-เครื่องกล การกัดกร่อน และการทดสอบอื่นๆ
• การรวบรวมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคในเรื่องการทดลองเพื่อจัดทำบทวิจารณ์รายงานและสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์การมีส่วนร่วมในการจัดทำรายงานเกี่ยวกับงานที่เสร็จสมบูรณ์
• งานเสมียนและการจัดทำเอกสารบันทึกและโปรโตคอลทางเทคนิคในการออกแบบและการทำงาน ตรวจสอบการปฏิบัติตามโครงการที่พัฒนาแล้วและเอกสารทางเทคนิคพร้อมเอกสารกำกับดูแล

การผลิตและการออกแบบและเทคโนโลยี:

• การมีส่วนร่วมในการผลิตวัสดุที่มีคุณสมบัติทางเทคโนโลยีและการใช้งานการออกแบบกระบวนการที่มีเทคโนโลยีสูงซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแผนกการออกแบบเบื้องต้นเทคโนโลยีหรือการวิจัย
• การจัดสถานที่ทำงานอุปกรณ์ทางเทคนิคการบำรุงรักษาและการวินิจฉัยอุปกรณ์เทคโนโลยีการตรวจสอบการปฏิบัติตามระเบียบวินัยทางเทคโนโลยีและความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อมในแผนกการผลิตสำหรับการแปรรูปและการแปรรูปวัสดุการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ผลิต
• การพัฒนาข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการออกแบบอุปกรณ์อุปกรณ์และเครื่องมือพิเศษแต่ละหน่วยที่จัดทำโดยเทคโนโลยีในการรับและแปรรูปวัสดุ
• การมีส่วนร่วมในการทำงานด้านมาตรฐานการเตรียมและการรับรองกระบวนการอุปกรณ์และวัสดุการเตรียมเอกสารเมื่อสร้างระบบการจัดการคุณภาพในองค์กรหรือองค์กร

องค์กรและการจัดการ:

• การจัดการกระบวนการทางเทคโนโลยีสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยด้านเทคนิคและสิ่งแวดล้อมของการผลิตในด้านกิจกรรมทางวิชาชีพ
• จัดทำเอกสารทางเทคนิค (ตารางงาน คำแนะนำ แผน การประมาณการ การขอวัสดุและอุปกรณ์ ฯลฯ ) จัดทำรายงานที่จัดทำขึ้นตามแบบฟอร์มที่ได้รับอนุมัติ
• การป้องกันการบาดเจ็บ โรคจากการทำงาน การป้องกันการละเมิดสิ่งแวดล้อมในด้านกิจกรรมทางวิชาชีพ

คำอธิบายโดยย่อของโปรไฟล์การฝึกอบรม

“วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุใหม่”เป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่: เครื่องบินและจรวด รถยนต์และเรือ อาคารและโครงสร้าง ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ และเครื่องนำทาง เหล่านี้เป็นวัสดุโครงสร้าง (แข็งแรง น้ำหนักเบา ทนต่อการกัดกร่อน) และวัสดุที่ใช้งานได้จริง (มีคุณสมบัติพิเศษทางแม่เหล็ก ไฟฟ้า แสง และอื่นๆ) วัสดุใหม่เข้ามาในชีวิตประจำวันของเรามากขึ้นเรื่อยๆ และเปลี่ยนแปลงคุณภาพไปอย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาอีกมากมายที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขซึ่งคุณซึ่งเป็นผู้สมัครในปัจจุบันยังต้องแก้ไข ตัวอย่างเช่น ปัญหาแห่งศตวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุกำลังเผชิญคือการสร้างเครื่องยนต์เซรามิก เครื่องยนต์ดังกล่าวจะมีน้ำหนักเบา อุณหภูมิสูง ประสิทธิภาพสูง กินน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำ และปล่อยก๊าซไอเสียออกสู่สิ่งแวดล้อมต่ำ แต่สำหรับตอนนี้ เซรามิกเป็นวัสดุที่เปราะบางมากซึ่งไม่สามารถสร้างเครื่องยนต์ได้

สาขาวิชาพื้นฐาน

• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุใหม่
• การผลิตชิ้นส่วนจากวัสดุคอมโพสิต
• เครื่องมือและวิธีการศึกษาวัสดุนาโน
• โลหะผสมแข็งและพื้นผิว
• สมบัติและการประยุกต์ของวัสดุนาโน
• การตรวจสอบวัสดุและวัสดุนาโน
• วัสดุเซรามิกและแก้ว

กิจกรรมที่เป็นไปได้สำหรับผู้สำเร็จการศึกษา

• วิศวกรสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีและสเปกตรัมของวัสดุ
• วิศวกรรังสีวิทยา.
• วิศวกรกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
• วิศวกรโลหะวิทยา
• วิศวกรทดสอบวัสดุและการเคลือบ
• วิศวกรตรวจจับข้อบกพร่อง
• วิศวกรตรวจสอบสาเหตุการทำลายวัสดุ
• วิศวกรเทคโนโลยีสำหรับวัสดุคอมโพสิต
• วิศวกรกระบวนการสำหรับการเคลือบป้องกัน
• วิศวกรจัดหาวัสดุ
• วิศวกรการตลาดสำหรับวัสดุและการเคลือบ

• Igolkina Nadezhda - JSC "Gidroavtomatika" วิศวกร
• Kondratyev Valery - FSUE GNP RKTs "TsSKB-Progress" หัวหน้าภาคการเชื่อม
• Alexander Podkatov - Volgaburmash OJSC หัวหน้าคนงาน
• Shibanov Denis - Volgaburmash OJSC วิศวกรออกแบบ
• Shuldeshov Dmitry - SPRP ORC ที่ NK CHPP-1, Novokuibyshevsk ผู้เชี่ยวชาญด้านการเชื่อม

บริษัทที่แผนกร่วมมือจะสื่อสารกับองค์กรที่มีการฝึกงาน

• OJSC "โวลกาเบอร์มาช";
• OJSC "บริษัท ผลิตดินแดน Volzhskaya";
• OJSC "VNIIT เนฟต์";
• โรงกลั่นน้ำมัน OJSC Samara;
• FSUE GNP RKT "TSSKB - ความคืบหน้า";
• OJSC "เมตาลิสต์ - ซามารา";
• OJSC "โรงงานตลับลูกปืนเครื่องบิน";
• ZAO อัลโค-SMZ;
• JSC "Aviaagregat";
• JSC "โคโทรโค";
• LLC "IDC" AE-Systems";
• รัฐวิสาหกิจ "โรงงานผลิตเครื่องมือ Samara - Reid";
• OJSC "AVTOVAZ" (โตลยาตติ);
• OJSC "DAAZ" (ดิมิโตรฟกราด);
• OJSC "Tyazhmash", (ซิซราน)
• สถาบันมหภาคโครงสร้างและปัญหาวิทยาศาสตร์วัสดุของ Russian Academy of Sciences (ISMAN), Chernogolovka, เขตมอสโก

รายชื่อผู้ติดต่อ

หมายเลขโทรศัพท์ภาควิชาโลหะวิทยา ผงโลหะวิทยา วัสดุนาโน 242-28-89

ภาควิชาโลหะวิทยา ผงโลหะวิทยา วัสดุนาโน

ก. ซามารา, เซนต์. โมโลดอกวาร์ดีสกายา, 133

นาโนเทคโนโลยี

เทคโนโลยีโพลีเมอร์ วัสดุคอมโพสิต และสารเคลือบป้องกัน

ข้อมูลเกี่ยวกับโปรแกรมการศึกษา

วัตถุประสงค์หลักของแผนกนี้คือการฝึกอบรมบุคลากรที่มีคุณสมบัติสูงในด้านการแปรรูปพลาสติก วัสดุคอมโพสิต และสารเคลือบป้องกัน

แผนก “เคมีและเทคโนโลยีของพอลิเมอร์และวัสดุคอมโพสิต”เตรียมความพร้อมและสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีในทิศทาง 03/22/01 “วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุ”ภายใต้โครงการ “เทคโนโลยีโพลีเมอร์ วัสดุคอมโพสิต และการเคลือบป้องกัน”

ประเภทของกิจกรรมบัณฑิต

ผู้สำเร็จการศึกษาจะได้รับความรู้ ทักษะ และความสามารถที่ช่วยให้พวกเขาสามารถเชี่ยวชาญวิธีการผลิตขั้นสูงและวิธีการแปรรูปพลาสติกและวัสดุคอมโพสิตที่ทันสมัย ​​รวมถึงตัวอย่างต่างๆ

สาขาวิชาพื้นฐาน

• วัสดุคอมโพสิต
• คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ในระบบการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย
• พื้นฐานของการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย
• พื้นฐานทางทฤษฎีของการแปรรูปพลาสติก
• กาวโพลีเมอร์และสารเคลือบ
• อีลาสโตเมอร์ เคมีของการศึกษาและเทคโนโลยีการประมวลผล
• คุณสมบัติและเทคโนโลยีของวัสดุขนาดนาโน
• พื้นฐานการออกแบบโรงงานแปรรูปพลาสติก
• กระบวนการทางกล
• อุปกรณ์ เทคโนโลยี และการคำนวณสำหรับการฉีดขึ้นรูป
• อุปกรณ์ เทคโนโลยี และการคำนวณสำหรับการอัดขึ้นรูป ฯลฯ

ตัวอย่างการจ้างงานบัณฑิต

กระทรวงศึกษาธิการแห่งสาธารณรัฐเบลารุส

สัญชาติเบลารุส

มหาวิทยาลัยเทคนิค

ภาควิชาสารสนเทศและอุปกรณ์การวัดและเทคโนโลยี

งานห้องปฏิบัติการ

(กรณีศึกษา)

ตามระเบียบวินัย

“วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุ”

ส่วนที่ 1

มินสค์ 2546 บทนำ

ในกระบวนการศึกษาหลักสูตร “วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ” ควบคู่ไปกับการบรรยายและแบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ งานภาคปฏิบัติในห้องปฏิบัติการมีบทบาทสำคัญ หากไม่เชี่ยวชาญทักษะการใช้การวิเคราะห์พฤติกรรมของวัสดุภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ การสังเคราะห์วัสดุใหม่ตามเป้าหมายและการใช้งานที่เหมาะสมในทางปฏิบัติก็เป็นไปไม่ได้

งานในห้องปฏิบัติการที่เสร็จสมบูรณ์จะช่วยให้คุณสามารถรวบรวมหลักการทางทฤษฎีของสาขาหลักของวัสดุศาสตร์ ทำความคุ้นเคยกับวิธีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ และวิเคราะห์ผลการทดลองที่ได้รับ เป็นผลให้คุณสามารถทำการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่มีขนาดเล็กและครบถ้วนได้

หนังสือเรียน (ตอนที่ 1) ประกอบด้วยงานห้องปฏิบัติการที่สะท้อนการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีพื้นฐานของวัสดุโครงสร้างและโครงสร้างของวัสดุ

คุณสมบัติพิเศษของเนื้อหาที่นำเสนอคือการมีส่วนทางทฤษฎีที่ค่อนข้างกว้างขวางซึ่งช่วยให้นักเรียนเตรียมตัวสำหรับชั้นเรียนได้อย่างอิสระ คู่มือนี้จะแสดงรายการวรรณกรรมเพิ่มเติมซึ่งจะช่วยให้การศึกษาผลงานมีรายละเอียดมากขึ้น

วัตถุประสงค์ของคู่มือนี้คือเพื่อทำความคุ้นเคยกับวัสดุโครงสร้างที่เป็นโลหะและอโลหะต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตเครื่องมือ และเพื่อให้นักเรียนได้รับแนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับธรรมชาติที่หลากหลายของปรากฏการณ์ทางกายภาพและเคมีที่เกิดขึ้นในวัสดุภายใต้สภาวะต่างๆ ในระหว่างการสังเคราะห์และการใช้งาน .

หลังจากเสร็จสิ้นงานในห้องปฏิบัติการแล้วจะมีการจัดทำรายงานซึ่งรวมถึง:

1) หน้าชื่อเรื่อง;

2) หลักการทางทฤษฎีพื้นฐาน

3) ขั้นตอนการปฏิบัติงานพร้อมการนำเสนอผลลัพธ์ในรูปแบบของตารางและการพึ่งพากราฟิก

4) การวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้รับและข้อสรุป เมื่อปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการจำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยอย่างเคร่งครัด

ห้องปฏิบัติการงาน #1

ศึกษาโครงสร้างของโลหะและโลหะผสม

เป้าหมายของงาน:ศึกษาแผนภาพสถานะเหล็ก-คาร์บอน ทำความคุ้นเคยกับโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอน (เหล็กและเหล็กหล่อ) วัสดุผสมผง

ส่วนทางทฤษฎี

เมื่อความเข้มข้นของส่วนประกอบในโลหะผสมเปลี่ยนแปลง รวมถึงในระหว่างการทำความเย็นหรือการให้ความร้อน (ภายใต้แรงดันภายนอกคงที่) การเปลี่ยนแปลงเฟสและโครงสร้างที่สำคัญจะเกิดขึ้นในโลหะผสมเหล่านี้ ซึ่งสามารถติดตามได้อย่างชัดเจนโดยใช้ ไดอะแกรมสถานะซึ่งเป็นการแสดงสถานะของโลหะผสมแบบกราฟิก ไดอะแกรมถูกสร้างขึ้นสำหรับสถานะสมดุลของโลหะผสม สมดุล สถานะ- สถานะคงที่ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาและมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานอิสระขั้นต่ำของระบบ

แผนภาพเฟสมักสร้างขึ้นจากการทดลอง ในการสร้างพวกมันจะใช้วิธีการระบายความร้อน มันถูกใช้เพื่อให้ได้เส้นโค้งการระบายความร้อนสำหรับโลหะผสม จากการหยุดและการเว้าบนเส้นโค้งเหล่านี้ ซึ่งเกิดจากผลกระทบทางความร้อนของการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงจะถูกกำหนด เมื่อใช้แผนภาพเฟส อุณหภูมิของการหลอมละลายและการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิกในโลหะผสมจะถูกกำหนด จำนวนเฟสและเฟสใดที่มีอยู่ในโลหะผสมขององค์ประกอบที่กำหนดที่อุณหภูมิที่กำหนด รวมถึงอัตราส่วนเชิงปริมาณของเฟสเหล่านี้ในโลหะผสม นอกเหนือจากวิธีการทางความร้อนแล้ว การศึกษาการเปลี่ยนแปลงในสถานะของแข็งยังรวมถึงการศึกษาโครงสร้างจุลภาคโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลและอิเล็กตรอน การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ การศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะผสม เป็นต้น

ในโลหะผสมไบนารี่ อุณหภูมิจะแสดงในแนวตั้ง และความเข้มข้นของส่วนประกอบในแนวนอน แต่ละจุดบนแกน x สอดคล้องกับเนื้อหาเฉพาะของส่วนประกอบหนึ่งและส่วนประกอบอื่น โดยพิจารณาว่าเนื้อหารวมของส่วนประกอบในแต่ละจุดของแกนนี้สอดคล้องกับ 100%

ดังนั้นเมื่อปริมาณของส่วนประกอบหนึ่งของโลหะผสมเพิ่มขึ้น ปริมาณของส่วนประกอบอื่นในโลหะผสมจึงควรลดลง

ประเภทของแผนภาพเฟสถูกกำหนดโดยธรรมชาติของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างส่วนประกอบของโลหะผสมในสถานะของเหลวและของแข็ง สันนิษฐานว่าในสถานะของเหลวมีการละลายได้ไม่ จำกัด ระหว่างส่วนประกอบต่างๆเช่น พวกมันก่อตัวเป็นสารละลายของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกัน (ละลาย) ในสถานะของแข็ง ส่วนประกอบสามารถสร้างส่วนผสมเชิงกลของส่วนประกอบบริสุทธิ์ สารละลายของแข็งไม่จำกัด สารละลายของแข็งจำกัด สารประกอบเคมีที่เสถียร สารประกอบเคมีที่ไม่เสถียร และยังได้รับการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกอีกด้วย

ส่วนผสมทางกลจะเกิดขึ้นหากองค์ประกอบที่ประกอบเป็นโลหะผสมเมื่อแข็งตัวจากสถานะของเหลว ไม่ละลายซึ่งกันและกันและไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบ โครงสร้างของส่วนผสมเป็นตัวที่ต่างกัน ส่วนที่บางแสดงผลึกของส่วนประกอบต่างๆ ที่ก่อตัวเป็นส่วนผสมเชิงกล การวิเคราะห์ทางเคมียังระบุส่วนประกอบต่างๆ ด้วย โครงตาข่ายคริสตัลสองประเภทสามารถแยกแยะได้

แข็ง โซลูชั่น- ขั้นตอนที่หนึ่งในส่วนประกอบ (ตัวทำละลาย) ยังคงโครงตาข่ายคริสตัลไว้และอะตอมของส่วนประกอบอื่น ๆ (ละลาย) จะอยู่ในโครงตาข่ายทำให้บิดเบี้ยว การวิเคราะห์ทางเคมีของสารละลายของแข็งแสดงให้เห็นว่ามีองค์ประกอบสองชนิด และการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์แสดงให้เห็นโครงตาข่ายตัวทำละลายประเภทหนึ่ง โครงสร้างเป็นเม็ดเนื้อเดียวกัน หากส่วนประกอบทั้งสองมีโครงผลึกชนิดเดียวกันและเส้นผ่านศูนย์กลางอะตอมต่างกันไม่เกิน 8 - 15% แสดงว่าสามารถละลายได้ไม่จำกัด (เช่น ทองและเงิน)

สารประกอบเคมีเกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบที่ประกอบเป็นโลหะผสมมีปฏิสัมพันธ์กัน ในโครงสร้างเป็นของแข็งที่เป็นเนื้อเดียวกัน คุณสมบัติของสารประกอบเคมีแตกต่างจากคุณสมบัติขององค์ประกอบที่ก่อตัวขึ้น พวกมันมีจุดหลอมเหลวคงที่ โครงตาข่ายของสารประกอบทางเคมีแตกต่างจากโครงตาข่ายของส่วนประกอบดั้งเดิม ในสารประกอบทางเคมีจะรักษาอัตราส่วนอะตอมขององค์ประกอบไว้เช่น มีสูตรทางเคมีสำหรับสารประกอบ

แผนภาพสถานะของระบบเหล็ก-คาร์บอน

เหล็กและโลหะผสมกับคาร์บอน

ความหลากหลายเป็นคุณสมบัติของสารหรือวัสดุในการเปลี่ยนโครงผลึกของมันตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ รูปแบบผลึกของ α-Fe และ... คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ โดยธรรมชาติจะเกิดขึ้นในรูปของสอง... ภายใต้สภาวะปกติจะพบคาร์บอนในรูปแบบของการดัดแปลงกราไฟท์โดยมีโครงตาข่ายหกเหลี่ยม การปรับเปลี่ยน...

กลายเป็น

กลายเป็น- โลหะผสมเหล็กคาร์บอนที่มีคาร์บอนสูงถึง 2.14% นอกจากนี้โลหะผสมมักประกอบด้วยแมงกานีส ซิลิคอน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัส องค์ประกอบบางอย่างสามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีโดยเฉพาะ (องค์ประกอบโลหะผสม)

ตามโครงสร้างเหล็กแบ่งออกเป็น:

1) ไฮโปยูเทคตอยด์มีคาร์บอนสูงถึง 0.8% (องค์ประกอบ P+P);

2) เหล็กยูเทคตอยด์มีคาร์บอน 0.8% (P);

3) ไฮเปอร์ยูเทคตอยด์ที่มีคาร์บอนมากกว่า 0.8% (P+sec.C)

จุด D - จุดยูเทคตอยด์(ในระหว่างการทำความเย็นจะเกิดส่วนผสมเชิงกลของเฟอร์ไรต์และซีเมนไทต์จากออสเทนไนต์) การเปลี่ยนแปลงของยูเทคตอยด์ไม่ได้เกิดจากของเหลว แต่มาจากสารละลายที่เป็นของแข็ง

เหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี ในทางกลับกัน เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นไปได้:

1) คาร์บอนต่ำ (ปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 0.25%);

2) คาร์บอนปานกลาง (ปริมาณคาร์บอน 0.25 - 0.60%);

3) คาร์บอนสูงซึ่งมีความเข้มข้นของคาร์บอนเกิน 0.60%

โลหะผสมเหล็กแบ่งออกเป็น:

1) โลหะผสมต่ำ - เนื้อหาขององค์ประกอบการผสมสูงถึง 2.5%;

2) โลหะผสมปานกลาง- ที- 2.5องค์ประกอบการผสมมากถึง 10%;

3) มีอัลลอยด์สูง - มีองค์ประกอบอัลลอยด์มากกว่า 10%

ตามวัตถุประสงค์เหล็กคือ:

1) โครงสร้างที่มีไว้สำหรับผลิตภัณฑ์ตัวถังและวิศวกรรม

2) อุปกรณ์ที่ใช้ทำการตัด วัด ปั๊ม และเครื่องมืออื่น ๆ เหล็กเหล่านี้ประกอบด้วย

คาร์บอนมากกว่า 0.65%

3) มีคุณสมบัติทางกายภาพพิเศษ เช่น มีลักษณะทางแม่เหล็กบางอย่างหรือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำ (เหล็กไฟฟ้า Invar)

4) มีคุณสมบัติทางเคมีพิเศษ เช่น เหล็กสเตนเลส ทนความร้อน หรือเหล็กทนความร้อน

ขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย(ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัส) เหล็กกล้าแบ่งออกเป็น:

1. เหล็กคุณภาพธรรมดา มีกำมะถันไม่เกิน 0.06% และ

ฟอสฟอรัสสูงถึง 0.07%

2. คุณภาพสูง - มากถึง 0.035% ของกำมะถันและฟอสฟอรัสแยกกัน

3. คุณภาพสูง - กำมะถันและฟอสฟอรัสสูงถึง 0.025%

4. คุณภาพสูงเป็นพิเศษ ฟอสฟอรัสสูงถึง 0.025% และกำมะถันสูงถึง 0.0] 5%

ตามระดับการกำจัดออกซิเจนทำจากเหล็กเช่น ตามระดับของการเกิดออกซิเดชันจะมีความโดดเด่น:

1) เหล็กสงบเช่น กำจัดออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์โดยระบุด้วยตัวอักษร "sp" ที่ส่วนท้ายของแบรนด์

2) เหล็กต้ม - ดีออกซิไดซ์เล็กน้อยโดยมีตัวอักษร "kp";

3) เหล็กกึ่งเงียบซึ่งครองตำแหน่งกลางระหว่างสองอันก่อนหน้า ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร "ps"

ขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้มาตรฐาน (ความต้านทานแรงดึงσ, การยืดตัวสัมพัทธ์δ%, ความแข็งแรงของผลผลิตδ t, การดัดงอเย็น) เหล็กของแต่ละกลุ่มจะถูกแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ซึ่งกำหนดโดยเลขอารบิค

เหล็กคุณภาพธรรมดาแสดงด้วยตัวอักษร "St" และหมายเลขแบรนด์ทั่วไป (ตั้งแต่ 0 ถึง 6) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกล ยิ่งปริมาณคาร์บอนและคุณสมบัติความแข็งแรงของเหล็กสูงเท่าใด จำนวนก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เพื่อระบุหมวดหมู่ของเหล็ก จะมีการเติมหมายเลขที่ตรงกับหมวดหมู่ลงในการกำหนดตราสินค้าในตอนท้าย โดยปกติจะไม่ระบุหมวดหมู่แรก

ตัวอย่างเช่น: St1kp2 - เหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพธรรมดา จุดเดือด เกรด 1 ประเภทที่สอง จัดจำหน่ายให้กับผู้บริโภคตามคุณสมบัติเชิงกล (กลุ่ม A)

เหล็กคุณภาพทำเครื่องหมายดังต่อไปนี้: ที่จุดเริ่มต้นของเครื่องหมายระบุปริมาณคาร์บอนในร้อยเปอร์เซ็นต์สำหรับเหล็ก

ตัวอย่างเช่น: ST45 - เหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพสูง สงบ มีความเข้มข้น 0.45% C

U7 - เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอน, เหล็กกล้าคุณภาพสูง, มี 0.7% C, สงบ (เหล็กกล้าเครื่องมือทั้งหมดผ่านกระบวนการกำจัดออกซิไดซ์อย่างดี)

องค์ประกอบโลหะผสมที่รวมอยู่ในเหล็กถูกกำหนดด้วยตัวอักษรรัสเซีย: A - ไนโตรเจน, K - โคบอลต์, T - ไทเทเนียม, B - ไนโอเบียม, M - โมลิบดีนัม, F - วาเนเดียม, B - ทังสเตน, N - นิกเกิล, X - โครเมียม, G - แมงกานีส , P - ฟอสฟอรัส, D - ทองแดง, C - ซิลิคอน

หากมีตัวเลขหลังตัวอักษรระบุธาตุผสม แสดงว่าเนื้อหาของธาตุนี้เป็นเปอร์เซ็นต์ หากไม่มีตัวเลข แสดงว่าเหล็กมีธาตุผสม 0.8 - 1.5%

ตัวอย่างเช่น: 14G2 - เหล็กกล้าคุณภาพสูงโลหะผสมต่ำ สงบ มีคาร์บอนประมาณ 14% และแมงกานีสสูงถึง 2.0%

OZH16N15MZB - เหล็กกล้าคุณภาพสูงโลหะผสม เหล็กคาลมมี 0.03% C, 16.0% Cr, 15.0% Ni, สูงถึง 3.0% Mo, สูงถึง 1.0% Nb

เหล็กคุณภาพสูงและคุณภาพสูงโดยเฉพาะมีการทำเครื่องหมายในลักษณะเดียวกับคุณภาพสูง แต่ในตอนท้ายของเกรดเหล็กคุณภาพสูงพวกเขาใส่ตัวอักษร A (ตัวอักษรนี้ที่อยู่ตรงกลางของการกำหนดตราสินค้าบ่งชี้ว่ามีไนโตรเจนที่นำมาใช้เป็นพิเศษในเหล็ก) และหลังจากเกรดคุณภาพสูงเป็นพิเศษแล้ว ตัวอักษร "Ш" จะถูกคั่นด้วยเครื่องหมายขีดกลาง

ตัวอย่างเช่น: U8A - เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนคุณภาพสูงที่มีคาร์บอน 0.8%

ZOKHGS-Sh เป็นเหล็กกล้าโลหะผสมปานกลางคุณภาพสูงเป็นพิเศษ ประกอบด้วยคาร์บอน 0.30% และโครเมียม แมงกานีส และซิลิคอน 0.8 ถึง 1.5% อย่างละ 0.8 ถึง 1.5%

เหล็กบางกลุ่มถูกกำหนดให้แตกต่างออกไปบ้าง

เหล็กลูกปืนจะมีตัวอักษร "ШH" กำกับไว้ หลังจากนั้นปริมาณโครเมียมจะแสดงเป็นสิบเปอร์เซ็นต์ (ШH6)

เหล็กความเร็วสูง (โลหะผสมผสม) ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร "P" ตัวเลขที่ตามมาแสดงถึงเปอร์เซ็นต์ของทังสเตนที่อยู่ในนั้น (P18)

เหล็กอัตโนมัติถูกกำหนดด้วยตัวอักษร "A" และตัวเลขที่ระบุปริมาณคาร์บอนเฉลี่ยเป็นร้อยเปอร์เซ็นต์ (A12)

เหล็กหล่อ

เหล็กหล่อเรียกว่าโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนที่มีคาร์บอนมากกว่า 2.14% พวกมันมีสิ่งเจือปนเช่นเดียวกับเหล็ก แต่มีปริมาณมากกว่า

เหล็กหล่อแตกต่างจากเหล็กตรงที่การตกผลึกโดยสมบูรณ์ด้วยการก่อตัวของยูเทคติก มีความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกต่ำและมีคุณสมบัติการหล่อสูง

ขึ้นอยู่กับสถานะของคาร์บอนในเหล็กหล่อมี:

1) เหล็กหล่อซึ่งคาร์บอนทั้งหมดอยู่ในสถานะผูกมัดในรูปของคาร์ไบด์ (เหล็กหล่อสีขาว)

2) เหล็กหล่อ ซึ่งคาร์บอนส่วนใหญ่หรือทั้งหมดอยู่ในสถานะอิสระในรูปของกราไฟท์ (เหล็กหล่อสีเทา มีความแข็งแรงสูง และเหล็กหล่ออ่อนได้)

เหล็กหล่อขาวไม่มีกราไฟต์ คาร์บอนทั้งหมดถูกผูกไว้ในซีเมนต์ Fe 3 C เหล็กหล่อสีขาว ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน แบ่งออกเป็น:

1) hypoeutectic - มีปริมาณคาร์บอนสูงถึง 4.3% โครงสร้างประกอบด้วยเพิร์ลไลต์ ซีเมนต์ไทต์ทุติยภูมิ และเลเดบิวไรต์

2) ยูเทคติก - ปริมาณคาร์บอน 4.3% โครงสร้างประกอบด้วยเลดบูไรต์

3) ไฮเปอร์ยูเทคติก - มีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 4.3% โครงสร้างประกอบด้วยเลดบูไรต์และซีเมนต์ปฐมภูมิ

จุด C - ยูเทคติก. การเปลี่ยนแปลงของยูเทคติกเกิดขึ้นจากของเหลว ผลยูเทคติกที่ได้เรียกว่า ledeburite ที่จุด C มีสามเฟสอยู่ร่วมกันในสภาวะสมดุล ได้แก่ ของเหลวละลาย ออสเทนไนต์ และซีเมนไทต์

เหล็กหล่อสีเทาประกอบด้วยคาร์บอนในสถานะอิสระในรูปของกราไฟท์รูปแผ่น ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ จะสังเกตเห็นกราไฟท์ในรูปแบบของแถบโค้งสีเข้มบนพื้นหลังสีอ่อน เมื่อเทียบกับฐานโลหะ กราไฟท์มีความแข็งแรงต่ำ สถานที่ตั้งถือได้ว่าเป็นความไม่ต่อเนื่อง เหล็กหล่อสีเทามีคุณสมบัติเชิงกลต่ำเมื่อทดสอบในการทดสอบแรงดึง อย่างไรก็ตาม เหล็กหล่อสีเทาก็มีข้อดีหลายประการเช่นกัน: ช่วยให้คุณได้งานหล่อราคาถูกและมีคุณสมบัติการหล่อที่ดี ความสามารถในการแปรรูป มีคุณสมบัติหน่วงสูง

เหล็กหล่อสีเทาจะมีตัวอักษร SC สองตัวและตัวเลขสองตัวที่สอดคล้องกับค่าความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำในหน่วย MPa

ตัวอย่างเช่น: SCh10 - เหล็กหล่อสีเทาที่มีความต้านทานแรงดึง 100 MPa

เมื่อการเติมกราไฟท์กลายเป็นทรงกลม บทบาทเชิงลบในการตัดที่ฐานโลหะจะลดลง และคุณสมบัติทางกลของเหล็กหล่อจะเพิ่มขึ้น กราไฟท์มีรูปร่างโค้งมนโดยการดัดแปลง เมื่อใช้แมกนีเซียมเป็นตัวปรับปริมาณสูงถึง 0.5% จะได้เหล็กหล่อที่มีความแข็งแรงสูง

เหล็กดัดประกอบด้วยคาร์บอนในสถานะอิสระในรูปของการรวมกราไฟท์ทรงกลม ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ จะสังเกตเห็นเม็ดสีเข้มโค้งมนที่มีขนาดต่างกันบนพื้นหลังสีอ่อน ชิ้นส่วนที่สำคัญทำจากเหล็กหล่อที่มีความแข็งแรงสูง เหล็กหล่อที่มีความแข็งแรงสูงจะมีเครื่องหมาย HF และตัวเลขที่แสดงค่าความต้านทานแรงดึง

ตัวอย่างเช่น: HF 35 - เหล็กหล่อความแข็งแรงสูงที่มีความต้านทานแรงดึง 350 MPa

เหล็กอ่อนได้ประกอบด้วยคาร์บอนในสถานะอิสระในรูปของกราไฟท์รูปเกล็ด เหล็กหล่ออบเหนียวได้มาจากเหล็กหล่อสีขาวโดยการอบอ่อนด้วยกราไฟต์ (การอบอ่อนระยะยาวที่อุณหภูมิ 1,000°C) ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ จะสังเกตเห็นเฟสตกตะกอนบนพื้นหลังสีอ่อน

เหล็กหล่ออบเหนียวจะมีตัวอักษร KCH และตัวเลขสองตัวกำกับไว้ ตัวแรกคือความต้านทานแรงดึง ส่วนตัวที่สองคือการยืดตัวสัมพัทธ์

ตัวอย่างเช่น: KCh 35-10 - เหล็กหล่ออบอ่อนที่มีความต้านทานแรงดึง 350 MPa และการยืดตัวสัมพัทธ์ 10%

โครงสร้างจุลภาคของเหล็กหล่อประกอบด้วยฐานโลหะและกราไฟต์ผสมอยู่ คุณสมบัติของเหล็กหล่อขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของฐานโลหะและลักษณะของการรวมกราไฟท์

ฐานโลหะสามารถ:

1) เพิร์ลไลต์ (ฐานสีเข้มใต้กล้องจุลทรรศน์)

2) เฟอร์ไรต์ - เพิร์ลไลท์ (สลับพื้นที่แสงและความมืดภายใต้กล้องจุลทรรศน์)

3) เฟอร์ริติก (ฐานแสงใต้กล้องจุลทรรศน์)

โครงสร้างของฐานโลหะเป็นตัวกำหนดความแข็งของเหล็กหล่อ

การสร้างกราฟคือกระบวนการตกตะกอนของกราไฟท์ระหว่างการตกผลึกหรือการเย็นตัวของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอน การทำกราฟิคเป็นกระบวนการแพร่กระจายและเกิดขึ้นอย่างช้าๆ กระบวนการสร้างกราฟประกอบด้วยหลายขั้นตอน:

1) การก่อตัวของศูนย์กลาง การสร้างกราฟ

2) การแพร่กระจายของอะตอมคาร์บอนไปยังศูนย์การสร้างกราฟ

3) การเจริญเติบโตของคราบกราไฟท์

วัสดุคอมโพสิตที่ได้จากวิธีการ

ผงโลหะวิทยา

กระบวนการทางเทคโนโลยีในการผลิตผลิตภัณฑ์จากผงประกอบด้วย: การรับผง, การเตรียมประจุ, การขึ้นรูป, การเผาผนึก, ร้อน... เมื่อขึ้นรูปชิ้นงานจากผงที่มีองค์ประกอบทางเคมีบางอย่าง...

ศึกษาโครงสร้างโลหะผสม

การศึกษาโครงสร้างของโลหะผสมในงานนี้ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ภาพนี้เกิดจากแสงสะท้อน สำหรับการวิเคราะห์ระดับจุลภาค จะมีการสร้างตัวอย่างที่มีพื้นผิวขัดเงา -... จากผลการวิเคราะห์ รูปร่างของสิ่งที่เจือปน ขนาด การกระจาย ปริมาณกราไฟท์ ธาตุโลหะผสม...

ส่วนทดลอง

1. ใช้ตัวอย่างวัสดุที่เป็นผงในระดับจุลภาค ตรวจสอบและพรรณนาโครงสร้างของวัสดุภายใต้กล้องจุลทรรศน์ด้วยภาพกราฟิก เปรียบเทียบโครงสร้างกับคำอธิบายในอัลบั้ม

2. การใช้ตัวอย่างเหล็กขนาดไมโครและอัลบั้มเสริมพร้อมรูปถ่าย ศึกษาและพรรณนาโครงสร้างเหล็กเหล่านั้นด้วยภาพกราฟิก กำหนดปริมาณคาร์บอนในตัวอย่างและองค์ประกอบของเฟสโดยใช้แผนภาพเฟสที่ให้ไว้ในส่วนทางทฤษฎี

3. การใช้ตัวอย่างเหล็กหล่อและอัลบั้มเสริมพร้อมรูปถ่าย ศึกษาและพรรณนาโครงสร้างด้วยภาพกราฟิก กำหนดประเภทของเหล็กหล่อ รูปร่างของกราไฟท์ที่เจืออยู่ และประเภทของฐานโลหะ กำหนดปริมาณคาร์บอนของเหล็กหล่อสีขาว ใช้แผนภาพเฟสเพื่อกำหนดองค์ประกอบเฟสของเหล็กหล่อสีขาว

4. ศึกษาแผนภาพเฟสเหล็ก-คาร์บอน ระบุเส้นของเหลว เส้นโซลิดัส จุดยูเทคตอยด์และจุดยูเทคติก เส้นของการเปลี่ยนเฟส จุดหลอมเหลวของเหล็ก ซีเมนไทต์ ฯลฯ

5. จากผลงานที่ทำเสร็จแล้วให้กำหนดข้อสรุป

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 2

ศึกษาคุณสมบัติทางกล

วัสดุก่อสร้าง

เป้าหมายของงาน:ศึกษาคุณสมบัติทางกลของวัสดุโครงสร้างและวิธีการประเมินคุณสมบัติ

ส่วนทางทฤษฎี

สมบัติทางกลของวัสดุขึ้นอยู่กับประเภทของสภาวะความเค้น (สร้างขึ้นในตัวอย่างระหว่างการทดสอบ) สภาวะและลักษณะของการโหลด ความเร็ว อุณหภูมิ และสถานะของสภาพแวดล้อมภายนอก วัตถุประสงค์ของการทดสอบทางกลของวัสดุคือการกำหนดคุณสมบัติเหล่านั้นหรือคุณสมบัติอื่น ๆ หรือการรวมกันอย่างแม่นยำซึ่งจะระบุลักษณะความน่าเชื่อถือของการทำงานของผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องได้อย่างเต็มที่ภายใต้เงื่อนไขการบริการที่กำหนด ชุดของคุณสมบัติทางกลดังกล่าวสามารถเรียกได้ว่าเป็นความแข็งแรงของโครงสร้าง

การผสมผสานคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกันจะถูกนำมาใช้เป็นเกณฑ์การประเมิน กลุ่มเกณฑ์ต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

1. การประเมินคุณสมบัติด้านความแข็งแรงของวัสดุ โดยพิจารณาบ่อยครั้งและเป็นอิสระจากคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากวัสดุและเงื่อนไขการให้บริการ โดยทั่วไป คุณสมบัติความแข็งแรงเหล่านี้จะถูกกำหนดภายใต้สภาวะแรงดึงภายใต้แรงคงที่

2. การประเมินคุณสมบัติของวัสดุที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับเงื่อนไขการบริการของผลิตภัณฑ์และการพิจารณาความทนทานและความน่าเชื่อถือ

3. การประมาณความแข็งแกร่งของโครงสร้างโดยรวม ซึ่งกำหนดระหว่างการทดสอบแบบตั้งโต๊ะและการปฏิบัติงาน

เกณฑ์สองกลุ่มแรกในการประเมินคุณสมบัติจะพิจารณาจากตัวอย่างแล้ว

เช่นเดียวกับอย่างหลัง - บนชิ้นส่วนและโครงสร้างที่เสร็จแล้ว

คุณสมบัติทางกลหลักของวัสดุ ได้แก่ :

1) ความแข็งแกร่ง- ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการทำลายภายใต้ภาระ

2) พลาสติก- ความสามารถของวัสดุในการเปลี่ยนรูปร่างและขนาดอย่างถาวรโดยไม่ถูกทำลายภายใต้ภาระ

3) ความเปราะบาง- ความสามารถของวัสดุในการยุบตัวโดยไม่มีการดูดซับพลังงานในการป้องกัน

4) ความหนืด- ความสามารถของวัสดุในการดูดซับพลังงานกลอย่างถาวรจนถึงช่วงเวลาแห่งการทำลายล้าง

5) ความยืดหยุ่น- ความสามารถของวัสดุในการคืนรูปร่างและขนาดหลังจากถอดภาระออก

6) ความแข็ง- ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการแทรกซึมของวัตถุอื่นเข้าไปในชั้นผิว

แผนภาพความตึงเครียด

การสร้างแผนภาพความเค้น-ความเครียดเป็นวัตถุประสงค์หลักของการทดสอบแรงดึง สำหรับการทดสอบเหล่านี้ จะใช้ตัวอย่างทรงกระบอกจาก... โซน OA เรียกว่าโซนยืดหยุ่น (หลังจากนำตัวอย่าง Rpts โหลดออกแล้ว...

การกำหนดความแข็งของวัสดุ

ความแข็ง- ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปในชั้นผิวภายใต้อิทธิพลของการสัมผัสเฉพาะที่

ประโยชน์ของการทดสอบความแข็ง

2. การวัดความแข็งโดยใช้เทคนิคนั้นง่ายกว่าการหาความแข็งแรงมาก (ไม่ต้องการตัวอย่างพิเศษ แต่ดำเนินการ... 3. การวัดความแข็งไม่ได้นำมาซึ่งความเสียหายของชิ้นส่วนที่กำลังทดสอบและ... 4. สามารถวัดความแข็งได้ บนชิ้นส่วนที่มีความหนาเล็กน้อยรวมถึงในชั้นบาง ๆ

การกำหนดความแข็งตามสเกล Mohs

พร้อมแก้ว ใบมีด ฯลฯ ตามตาราง 2.1. ตารางที่ 2.1

ส่วนทดลอง

1. การทดสอบแรงดึง

1.1. นำตัวอย่างเหล็กทรงกระบอกมาทดสอบแรงดึง

1.2. ใช้คาลิปเปอร์ในการวัดความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวอย่างที่จำเป็น ป้อนข้อมูลในตารางที่ 2.2

ตารางที่ 2.2

1.3. กำหนดลักษณะทางกลหลัก ได้แก่ ความต้านทานแรงดึงของวัสดุ การยืดตัวและการหดตัวสัมพัทธ์โดยใช้สูตรที่ให้ไว้ในส่วนทางทฤษฎีของงาน

1.4. สร้างแผนภาพแรงดึงของภาพเหล็กในพิกัด P-Δl

1.5. ทำความคุ้นเคยกับแผนภาพแรงดึงของวัสดุโครงสร้างต่างๆ ที่ครูมอบให้ เน้นโซนหลัก และกำหนดลักษณะทางกล

2. การกำหนดความแข็งของวัสดุ

2.1. การหาค่าความแข็งของบริเนล:

ก) วางตัวอย่างทดสอบไว้บนโต๊ะของอุปกรณ์วัดความแข็ง

b) กำหนดขนาดของแรงในการโหลดและระยะเวลาของการโหลด

c) ประทับตราบนตัวอย่าง ลดโต๊ะเครื่องมือลง และนำตัวอย่างออก

d) ใช้กล้องจุลทรรศน์ วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของผลลัพธ์ที่พิมพ์ และคำนวณความแข็งของบริเนล

2.2. การหาค่าความแข็งของวิคเกอร์:

ก) กำหนดความยาวของเส้นทแยงมุมของรอยประทับบนตัวอย่างที่ติดตั้งบนเวทีกล้องจุลทรรศน์

2.3. ศึกษาอิทธิพลของปริมาณคาร์บอนในเหล็กต่อความแข็ง

ก) วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของการเยื้องของตัวอย่างที่ได้รับสำหรับเหล็ก ST20, ST45, U8;

b) กำหนดค่าความแข็งของ Brinell โดยใช้ตารางอ้างอิง

c) สร้างกราฟการพึ่งพาความแข็งของปริมาณคาร์บอนและอธิบาย

3. กำหนดข้อสรุปตามผลงาน

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 3

ศึกษากระบวนการตกผลึกของวัสดุ

เป้าหมายของการทำงาน: ศึกษาคุณลักษณะของกระบวนการตกผลึกของวัสดุโดยใช้ตัวอย่างของเกลือและโลหะ กำหนด* อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ต่อโครงสร้างของวัสดุที่ตกผลึก ทำความคุ้นเคยกับวิธีการวิเคราะห์ทางความร้อน

ส่วนทางทฤษฎี

สารใดๆ สามารถอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มอย่างใดอย่างหนึ่งจากสามสถานะ: ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ การเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่ง ซึ่งเรียกว่าอุณหภูมิการหลอมเหลว การตกผลึก การเดือด หรือการระเหิด

วัตถุที่เป็นผลึกแข็งมีโครงสร้างปกติซึ่งอะตอมและไอออนตั้งอยู่ที่โหนดของโครงผลึก (ที่เรียกว่าลำดับระยะสั้น) และเซลล์และบล็อกแต่ละเซลล์จะถูกวางในลักษณะที่สัมพันธ์กัน (แบบยาว - ลำดับช่วง) ในของเหลว การวางแนวบางอย่างไม่ได้ขยายไปถึงปริมาตรทั้งหมด แต่ขยายไปถึงอะตอมจำนวนเล็กน้อยเท่านั้นที่ก่อตัวกลุ่มที่ค่อนข้างเสถียรหรือความผันผวน (ลำดับระยะสั้น) เมื่ออุณหภูมิลดลง ความเสถียรของความผันผวนจะเพิ่มขึ้น และพวกมันแสดงความสามารถในการเติบโตได้

เมื่ออุณหภูมิของของแข็งเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของอะตอมที่บริเวณโครงตาข่ายจะเพิ่มขึ้น แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนจะเพิ่มขึ้น และเมื่อถึงจุดนั้น

ที่อุณหภูมิหนึ่งเรียกว่าจุดหลอมเหลว โครงตาข่ายจะยุบตัวกลายเป็นสถานะของเหลว

ภาพตรงกันข้ามจะสังเกตได้เมื่อของเหลว (ละลาย) ถูกทำให้เย็นลงและการแข็งตัวตามมา เมื่อเย็นลง การเคลื่อนที่ของอะตอมจะลดลง และใกล้กับจุดหลอมเหลว กลุ่มของอะตอมจะก่อตัวขึ้นโดยที่อะตอมจะถูกอัดแน่นเหมือนในผลึก กลุ่มเหล่านี้เป็นศูนย์กลางของการตกผลึกหรือนิวเคลียสซึ่งชั้นของผลึกจะเติบโตขึ้นในเวลาต่อมา เมื่อถึงอุณหภูมิ "การหลอมละลาย-การแข็งตัว" คริสตัลขัดแตะจะเกิดขึ้นอีกครั้ง และโลหะจะผ่านเข้าสู่สถานะของแข็ง เรียกว่าการเปลี่ยนโลหะจากของเหลวเป็นของแข็งที่อุณหภูมิหนึ่ง การตกผลึก

มีลักษณะเป็นผลึก แอนไอโซโทรปี- การพึ่งพาคุณสมบัติในทิศทาง วัตถุอสัณฐาน (เช่น แก้ว) คือ ไอโซโทรปิก- คุณสมบัติไม่ขึ้นอยู่กับทิศทาง

ให้เราพิจารณาเงื่อนไขทางอุณหพลศาสตร์ของการตกผลึก สถานะพลังงานของระบบใด ๆ นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานภายในสำรองซึ่งประกอบด้วยพลังงานการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอะตอม ฯลฯ พลังงานอิสระคือส่วนประกอบของพลังงานภายในที่สามารถแปลงเป็นงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ ปริมาณพลังงานอิสระเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การหลอมเหลว การแปลงโพลีมอร์ฟิก ฯลฯ

ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ทุกระบบมีแนวโน้มที่จะมีค่าพลังงานอิสระขั้นต่ำ กระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ตามธรรมชาติจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อสถานะใหม่มีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น เช่น มีพลังงานอิสระน้อยกว่า ตัวอย่างเช่น ลูกบอลมีแนวโน้มที่จะกลิ้งไปตามระนาบเอียง ซึ่งจะช่วยลดพลังงานอิสระของมัน การคืนลูกบอลกลับขึ้นมาเองโดยธรรมชาตินั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากจะเป็นการเพิ่มพลังงานอิสระของมัน

กระบวนการตกผลึกเป็นไปตามกฎหมายเดียวกัน โลหะจะแข็งตัวหากสถานะของแข็งมีพลังงานอิสระน้อยกว่า และจะละลายหากสถานะของเหลวมีพลังงานอิสระน้อยกว่า การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของสถานะของเหลวและของแข็งที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะแสดงในรูปที่ 1 3.1. การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในพลังงานอิสระจะแตกต่างกันไปตามสถานะของเหลวและของแข็ง

ข้าว. 3.1. สภาวะการตกผลึกทางอุณหพลศาสตร์

มีความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการตกผลึกตามทฤษฎีและตามจริง

T 0 คืออุณหภูมิการตกผลึกทางทฤษฎีหรือสมดุล โดยที่ F ของเหลว = F ของแข็ง ที่อุณหภูมินี้ การมีอยู่ของโลหะทั้งในสถานะของเหลวและของแข็งมีความเป็นไปได้ที่เท่าเทียมกัน การตกผลึกที่แท้จริงจะเริ่มเมื่อกระบวนการนี้เป็นประโยชน์ต่อระบบทางอุณหพลศาสตร์ ภายใต้เงื่อนไข ΔF = F l - F ของแข็ง ซึ่งต้องใช้ความเย็นยิ่งยวด เรียกว่าอุณหภูมิที่เกิดการตกผลึกจริง อุณหภูมิการตกผลึกที่เกิดขึ้นจริงที cr. เรียกว่าความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการตกผลึกตามทฤษฎีและตามจริง ระดับของอุณหภูมิร่างกาย:ΔT = T 0 - T cr. ยิ่งระดับความเย็นยิ่งยวด ∆T ยิ่งมากเท่าใด พลังงานอิสระ ∆F ต่างกันมากเท่านั้น การตกผลึกก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น

เช่นเดียวกับการแข็งตัวต้องใช้ความเย็นยิ่งยวดเพื่อให้ได้อุณหภูมิการตกผลึกตามจริง การหลอมต้องใช้ความร้อนยวดยิ่งเพื่อให้ได้อุณหภูมิหลอมเหลวตามจริงฉันใด

กลไกกระบวนการตกผลึก

1) การเกิดนิวเคลียสของศูนย์การตกผลึก 2) การเติบโตของคริสตัลจากศูนย์เหล่านี้ ที่อุณหภูมิใกล้กับอุณหภูมิการแข็งตัว กลุ่มอะตอมเล็กๆ จะก่อตัวขึ้นในโลหะเหลว ดังนั้น...

การวิเคราะห์เชิงความร้อน

ข้าว. 3.5. ประเภทของเส้นโค้งการทำความเย็น เมื่อองค์ประกอบบริสุทธิ์ตกผลึก การกำจัดความร้อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากการทำความเย็นจะถูกชดเชยด้วยความร้อน...

โครงสร้างของแท่งเหล็กอ่อน

แผนภาพโครงสร้างของแท่งเหล็กเงียบแสดงไว้ในรูปที่ 1 3.7. โครงสร้างของแท่งโลหะประกอบด้วยสามโซน: โซนเนื้อละเอียดด้านนอก 1, โซนเรียงเป็นแนว... 3.7. โครงสร้างของแท่งโลหะ

ส่วนทดลอง

1. ทำการวิเคราะห์เชิงความร้อนของโลหะ

1.1. เปิดเตาหลอมที่วางตัวอย่างโลหะไว้

1.2. ความร้อน (ละลาย) ตัวอย่างตามอุณหภูมิที่กำหนดโดยผู้ช่วยห้องปฏิบัติการ

1.3. อ่านค่าจากอุปกรณ์วัดทุกๆ 60 วินาที การอ่านจะถูกแปลโดยใช้ตารางสอบเทียบ

1.4. เมื่อถึงอุณหภูมิสุดท้ายของการทดลอง ให้ปิดเตาหลอมและดำเนินกระบวนการทำให้เย็นลง (การตกผลึก) ของโลหะ

1.5. อ่านค่าจากอุปกรณ์วัดทุกๆ 60 วินาที

1.6. สร้างเส้นโค้งการทำความร้อนและความเย็นในพิกัด

“อุณหภูมิ-เวลา” บนกราฟเดียว

1.7. กำหนดจุดวิกฤติของการแปลงรวมและ

ระดับของอุณหภูมิร่างกาย

2. ศึกษากระบวนการตกผลึกโดยใช้ตัวอย่างเกลือของโลหะ

2.1. หยดสารละลายเกลืออิ่มตัวลงบนสไลด์แก้วแล้ววางบนแท่นกล้องจุลทรรศน์

2.2. พิจารณาและพรรณนาโครงสร้างของเกลือที่ได้รับหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งระหว่างกระบวนการระเหยของน้ำตามธรรมชาติเป็นภาพกราฟิก กำหนดประเภทของการก่อตัวของผลึก ลำดับการก่อตัวของโซน จำนวนของมัน

3. จากผลการทดลองให้กำหนดข้อสรุป

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 4

การวิจัยคุณสมบัติทางความร้อน

วัสดุก่อสร้าง

เป้างาน: ศึกษาคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของวัสดุ กำหนดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของโลหะผสม

ส่วนทางทฤษฎี

อุตสาหกรรมการผลิตเครื่องมือจำนวนหนึ่งจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติทางความร้อนที่ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด คุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์หลัก ได้แก่ ความต้านทานความร้อน ความต้านทานความเย็น การนำความร้อน ความต้านทานความร้อน ความจุความร้อน การขยายตัวทางความร้อน

ทนความร้อนหมายถึง ความสามารถของวัสดุในการทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้อย่างน่าเชื่อถือ (ในระยะสั้นหรือในเวลาที่เทียบเคียงได้กับเวลาใช้งานปกติ) โดยไม่มีความเสียหายและไม่มีการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติที่สำคัญในทางปฏิบัติอื่น ๆ ที่ยอมรับได้ ขนาดของความต้านทานความร้อนประเมินโดยค่าอุณหภูมิที่สอดคล้องกันซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ (เช่นคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกอนินทรีย์) ความต้านทานความร้อนของไดอิเล็กทริกอินทรีย์มักถูกกำหนดโดยการเริ่มต้นของการเสียรูปทางกล หากตรวจพบการเสื่อมสภาพในคุณสมบัติเฉพาะหลังจากสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นเป็นเวลานาน - เนื่องจากกระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นอย่างช้าๆ สิ่งนี้เรียกว่า อายุความร้อนของวัสดุ. นอกจากผลกระทบของอุณหภูมิแล้ว อัตราความชรายังได้รับอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญจาก: ความกดอากาศที่เพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของออกซิเจน

สารเคมีต่างๆ ฯลฯ

สำหรับวัสดุที่เปราะบางหลายประเภท (แก้ว เซรามิก) ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหัน - แรงกระตุ้นความร้อน - เป็นสิ่งสำคัญ เรียกว่าความสามารถในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน ทนความร้อนเมื่อพื้นผิวของวัสดุได้รับความร้อนหรือเย็นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากการสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างชั้นนอกและชั้นในของวัสดุ และการขยายตัวหรือการหดตัวจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ รอยแตกอาจก่อตัวขึ้น ความต้านทานความร้อนประเมินโดยจำนวนรอบความร้อนที่ตัวอย่างวัสดุทนได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่เห็นได้ชัดเจน

จากผลการทดสอบ ความต้านทานของวัสดุต่ออิทธิพลทางความร้อนถูกกำหนด และความต้านทานนี้อาจไม่เหมือนกันในบางกรณี ตัวอย่างเช่น วัสดุที่สามารถทนต่อความร้อนในระยะสั้นจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดได้อย่างง่ายดายอาจกลายเป็นวัสดุที่ไม่เสถียรในแง่ของการเสื่อมสภาพจากความร้อนภายใต้การสัมผัสเป็นเวลานานถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า หรือวัสดุที่สามารถทนต่อความร้อนเป็นเวลานานจนถึงค่าคงที่สูงและคงที่ อุณหภูมิอาจแตกร้าวและเปลี่ยนคุณสมบัติเมื่อเย็นลงอย่างรวดเร็ว บางครั้งอาจจำเป็นต้องทำการทดสอบอุณหภูมิสูงพร้อมกับสัมผัสกับความชื้นในอากาศที่เพิ่มขึ้น (ภูมิอากาศเขตร้อน) พร้อมกัน

เมื่ออุปกรณ์ได้รับการออกแบบให้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ความต้านทานต่อความเย็นเป็นสิ่งสำคัญ - ความสามารถของวัสดุในการทนต่ออุณหภูมิต่ำได้อย่างน่าเชื่อถือ เช่น จาก -60°C หรือต่ำกว่า โดยไม่มีความเสียหายและไม่มีการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติที่สำคัญในทางปฏิบัติอื่นๆ ที่ยอมรับไม่ได้ ตามกฎแล้วคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุฉนวนจะดีขึ้นที่อุณหภูมิต่ำอย่างไรก็ตามวัสดุหลายชนิดที่มีความยืดหยุ่นและยืดหยุ่นที่อุณหภูมิปกติจะเปราะและแข็งมากที่อุณหภูมิต่ำซึ่งนำไปสู่การทำงานที่ไม่น่าเชื่อถือ

ของแข็งทั้งหมดสามารถนำความร้อนได้ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น บางคนแย่กว่าคนอื่นดีกว่า การนำความร้อนเป็นคุณสมบัติของวัสดุในการนำความร้อนจากส่วนที่ร้อนกว่าของร่างกายไปยังส่วนที่ร้อนน้อยกว่า ซึ่งนำไปสู่การปรับอุณหภูมิให้เท่ากัน

โดยหลักการแล้ว มีวิธีการถ่ายโอนพลังงานความร้อนในสสารดังต่อไปนี้:

1) รังสี- ทุกร่างกายไม่ว่าอุณหภูมิจะเป็นอย่างไรก็ปล่อยพลังงานออกมา นี่อาจเป็นปรากฏการณ์ความร้อนล้วนๆ (รังสีความร้อน) และ

การเรืองแสง (เรืองแสงและเรืองแสง) ซึ่งไม่ได้มาจากความร้อน

2) การพาความร้อน- การถ่ายเทความร้อนโดยตรงที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของของเหลวและก๊าซ

3) การนำความร้อน- การถ่ายเทความร้อนเนื่องจากปฏิกิริยาของอะตอมหรือโมเลกุลของสาร ในของแข็ง การถ่ายโอนพลังงานความร้อนจะดำเนินการด้วยวิธีนี้เป็นหลัก

กฎพื้นฐานของการนำความร้อนของฟูริเยร์ระบุว่าความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับอุณหภูมิ กฎหมายนี้ใช้ได้กับวัตถุที่มีไอโซโทรปิก (คุณสมบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับทิศทาง) ของแข็งแอนไอโซทรอปิกมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนในทิศทางของแกนหลัก

ในกรณีทั่วไป การนำความร้อนในของแข็งจะดำเนินการโดยสองกลไก - การเคลื่อนที่ของพาหะปัจจุบัน (อิเล็กตรอนเป็นหลัก) และการสั่นสะเทือนความร้อนแบบยืดหยุ่นของอะตอมขัดแตะ อลูมิเนียม ทอง ทองแดง และเงินมีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนสูงสุด คริสตัลที่มีโครงสร้างขัดแตะที่ซับซ้อนกว่านั้นมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเพราะว่า ระดับการกระจายตัวของคลื่นยืดหยุ่นความร้อนนั้นยิ่งใหญ่กว่า ค่าการนำความร้อนที่ลดลงนั้นสังเกตได้ในระหว่างการก่อตัวของสารละลายที่เป็นของแข็งเพราะ ในกรณีนี้จะมีศูนย์กลางการกระจายคลื่นความร้อนเพิ่มเติมปรากฏขึ้น ในโลหะผสมเฮเทอโรเฟส (หลายเฟส) ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนคือผลรวมของการนำความร้อนของเฟสผลลัพธ์ ค่าการนำความร้อนของสารประกอบจะต่ำกว่าค่าการนำความร้อนของส่วนประกอบที่ก่อตัวขึ้นอย่างมากเสมอ

ความจุความร้อน- นี่เป็นคุณสมบัติของสารเอง ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติโครงสร้างของผลิตภัณฑ์เฉพาะ ความพรุนและความหนาแน่น ขนาดผลึก และปัจจัยอื่น ๆ ความจุความร้อนคือปริมาณความร้อนที่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของปริมาณสารหนึ่งหน่วยต่อ 1°C

การขยายตัวทางความร้อน- การเพิ่มปริมาตรและขนาดเชิงเส้นของร่างกายเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เป็นลักษณะของวัสดุเกือบทั้งหมด

แม้ว่าความแข็งแรงของแรงยึดเหนี่ยวในของแข็งจะสูงมาก แต่ก็ยังมีโอกาสเคลื่อนที่ของอนุภาคมูลฐาน (อะตอม ไอออน) ทั้งในร่างกายอสัณฐานและในวัตถุที่เป็นผลึก อะตอมจะสั่นสะเทือนใกล้กับศูนย์กลางของสมดุล

ในกรณีนี้ แอมพลิจูดของการแกว่งจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าปริมาตรจำเพาะของสารส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือ การขยายตัวทางความร้อนเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนไม่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดของการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนของอะตอม แต่เกี่ยวข้องกับความไม่ลงรอยกันของมัน เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์นี้ จำเป็นต้องพิจารณาปฏิกิริยาระหว่างแรงระหว่างการก่อตัวของพันธะเคมีระหว่างอะตอม รวมถึงการพึ่งพาพลังงานศักย์ของระบบในระยะห่างระหว่างอะตอม พันธะเคมีทุกประเภทเกี่ยวข้องกับความสมดุลของแรงดึงดูดและแรงผลักกันระหว่างอะตอม เมื่ออะตอมเข้าใกล้กัน แรงดึงดูดจะมีอำนาจเหนือกว่า การนำอะตอมเข้าใกล้ขีดจำกัดที่กำหนดจะช่วยลดพลังงานของระบบ กล่าวคือ ทำให้มีความมั่นคงมากยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม ที่ระยะห่างระหว่างอะตอมที่น้อยเพียงพอ แรงผลักจะปรากฏขึ้น ขัดขวางไม่ให้อะตอมเข้าใกล้ต่อไป ผลของแรงเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างอะตอมที่ลดลง ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของพลังงานของระบบ ที่ค่าหนึ่งของระยะห่างระหว่างอะตอม แรงผลักและแรงดึงดูดจะมีความสมดุล หลังจากนั้นการเข้าใกล้เพิ่มเติมต้องใช้แรงภายนอกซึ่งสอดคล้องกับค่าบวกของแรงที่เกิดขึ้น F res

ข้าว. 4.1. แผนผังปฏิสัมพันธ์แรงระหว่าง

อนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกัน

ศักยภาพของหลุมนั้นมีลักษณะที่ไม่สมดุลอย่างเห็นได้ชัด สมมติว่าที่อุณหภูมิหนึ่งอะตอมที่สั่นจะมีพลังงานที่แน่นอน ในกรณีนี้จะแกว่งสัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางโดยเบี่ยงเบนสลับกัน "ซ้าย-ขวา" เนื่องจากมีการโยกย้ายจากตำแหน่ง

ความสมดุลจะต้องเท่ากัน จากนั้นการเพิ่มพลังงานของระบบทำให้เกิดการกระจัดของจุดศูนย์กลางของการแกว่งไปตามแกนของระยะห่างระหว่างอะตอม ดังนั้นระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอะตอมจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับการขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย

ดังนั้นปรากฏการณ์ของการขยายตัวทางความร้อนของของแข็งจึงขึ้นอยู่กับความไม่ลงรอยกันของการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนของอะตอมและระดับความเบี่ยงเบนของการสั่นสะเทือนเนื่องจากความร้อนจากกฎฮาร์มอนิกนั่นคือ ขนาดของการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยระดับของความไม่สมดุลของศักยภาพของหลุม ตามกฎแล้ว ในสารที่มีพันธะไอออนิก หลุมศักย์นั้นมีลักษณะเฉพาะคือความกว้างและความไม่สมมาตรที่มีนัยสำคัญ ข้อเท็จจริงนี้กำหนดการเพิ่มขึ้นของระยะห่างระหว่างอะตอมโดยเฉลี่ยเมื่อถูกให้ความร้อน หรือการขยายตัวทางความร้อนอย่างมีนัยสำคัญของสารประกอบไอออนิก

ในทางตรงกันข้าม ในสารที่มีพันธะโควาเลนต์เป็นส่วนใหญ่ (โบไรด์ ไนไตรด์ คาร์ไบด์) หลุมศักย์จะมีรูปร่างของการกดแบบแหลม ดังนั้นระดับความสมมาตรจึงสูงกว่า ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของระยะห่างระหว่างอะตอมเมื่อได้รับความร้อนจึงค่อนข้างน้อย ซึ่งสอดคล้องกับการขยายตัวทางความร้อนที่ค่อนข้างน้อย ตามกฎแล้วโลหะมีการขยายตัวทางความร้อนเพิ่มขึ้นเพราะว่า โดยทั่วไปพันธะโลหะจะอ่อนกว่าพันธะไอออนิกและโควาเลนต์ สุดท้ายนี้ โพลีเมอร์อินทรีย์มีลักษณะการขยายตัวที่ใหญ่มากเมื่อถูกความร้อน เนื่องจากแรงแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอซึ่งออกฤทธิ์ระหว่างโมเลกุล ในขณะที่แรงโควาเลนต์เข้มข้นจะกระทำภายในโมเลกุล

ในเชิงปริมาณ การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุประมาณโดยค่าต่อไปนี้:

1. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นที่อุณหภูมิที่กำหนด (TCLE) ซึ่งสอดคล้องกับการยืดตัวสัมพัทธ์ของตัวอย่างโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย

2. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวตามปริมาตรซึ่งเป็นลักษณะการขยายตัวสามมิติของสาร

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติที่สำคัญคือความจำเป็นในการใช้ข้อมูล TCLE ที่ได้รับในช่วงอุณหภูมิเฉพาะที่วัสดุทำงาน ไม่สามารถเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิได้
การขยายตัวของวัสดุที่วัดที่อุณหภูมิต่างๆ

สำหรับวัสดุไอโซโทรปิก (คริสตัลที่มีลูกบาศก์ตาข่าย แก้ว) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนจะเท่ากันในทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม สารที่เป็นผลึกส่วนใหญ่เป็นแบบแอนไอโซโทรปิก (การขยายตัวจะแตกต่างกันไปตามแกนที่ต่างกัน) ปรากฏการณ์นี้เด่นชัดที่สุด เช่น ในวัสดุที่เป็นชั้น (กราไฟต์) เมื่อพันธะเคมีมีทิศทางที่เด่นชัด เป็นผลให้การขยายตัวของกราไฟท์ตามชั้นนั้นน้อยกว่าตั้งฉากกับมันมาก สำหรับวัสดุที่คล้ายกันบางชนิดซึ่งมีแอนไอโซโทรปีเด่นชัดมาก ค่า LTEC ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งอาจกลายเป็นลบด้วยซ้ำ ตัวอย่างเช่น cordierite 2MgO 2A1 2 O 3 5SiO 2 ซึ่งในระหว่างการขยายตัวทางความร้อนจะสังเกตการขยายตัวของผลึกตามแกนหนึ่งและสังเกตการบีบอัดตามแกนอื่น ๆ ซึ่งสอดคล้องกับการบรรจบกันของชั้นของโครงสร้าง ปรากฏการณ์นี้ใช้ในเทคโนโลยี ในสนามแม่เหล็กและวัสดุที่เป็นผลึก การกระจายตัวของผลึกที่วุ่นวายทำให้เกิดทิศทางการขยายตัวเชิงบวกและเชิงลบร่วมกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุที่มีค่า TCLE ต่ำ โดดเด่นด้วยคุณสมบัติทนความร้อนได้สูงมาก ในเวลาเดียวกันในวัสดุดังกล่าว ความเค้นที่สำคัญสามารถเกิดขึ้นได้ที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงเชิงกลของพวกมัน สำหรับวัสดุโพลีเฟส ที่ขอบเขตของเฟสสัมผัสสองเฟสที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกัน ความเค้นอัดจะกระทำกับเฟสที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูง และความเค้นแรงดึงจะกระทำบนเฟสที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนเล็กน้อย (เมื่อถูกความร้อน) เมื่อระบายความร้อน แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนสัญญาณ เมื่อเกินค่าความเค้นวิกฤติ อาจเกิดการแตกร้าวและแม้แต่การทำลายวัสดุได้

ดังนั้น TCLE จึงเป็นคุณสมบัติที่ไวต่อโครงสร้างและไวต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุ เช่น การมีอยู่ของการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกในนั้น ในเรื่องนี้ อาจสังเกตการหักงอได้ในเส้นโค้งการขยายตัวของวัสดุหลายเฟส และลักษณะโมโนโทนิกของพวกมันจะหยุดชะงัก

หากการขยายตัวของร่างกายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอการขยายตัวจะแสดงเป็นเส้นตรงในรูปแบบกราฟิก (รูปที่ 4.2) และค่าสัมประสิทธิ์เฉลี่ยของการขยายตัวเชิงเส้นจะเป็นตัวเลขเท่ากับตัวเลขแทนเจนต์ของมุมของ ความเอียงของเส้นตรงนี้กับแกนอุณหภูมิ ซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในความยาวของตัวอย่าง

ข้าว. 4.2. การขยายตัวของร่างกายสม่ำเสมอเมื่อถูกความร้อน

อย่างไรก็ตาม การขยายตัวของตัวอย่างไม่ได้เกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอเสมอไป การศึกษาคุณลักษณะของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนในช่วงอุณหภูมิต่างๆ ยังช่วยให้เราสามารถสรุปโดยอ้อมเกี่ยวกับอุณหภูมิและธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่างๆ ในวัสดุได้ ในกรณีเช่นนี้ การพึ่งพาการขยายตัวทางความร้อนกับอุณหภูมิจะไม่แสดงเป็นเส้นตรง แต่เป็นการพึ่งพาที่ซับซ้อนมากขึ้น (รูปที่ 4.3)

ข้าว. 4.3. การขยายตัวของร่างกายไม่สม่ำเสมอเมื่อถูกความร้อน

ในการหาค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว ณ จุดแต่ละจุดของเส้นโค้งการขยายตัว คุณจะต้องวาดเส้นสัมผัสกันไปยังแกนอุณหภูมิผ่านจุดของเส้นโค้งที่สอดคล้องกับอุณหภูมิที่วัดได้ ขนาดของสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นจะแสดงด้วยแทนเจนต์ของมุมเอียงของแทนเจนต์กับแกนอุณหภูมิ

ปริมาณการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายเมื่อถูกความร้อนขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุเป็นหลักเช่น องค์ประกอบทางเคมีและแร่วิทยา โครงสร้างของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ ความแข็งแรงของพันธะเคมี ฯลฯ ดังนั้น,

ประการแรกค่าของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเซรามิกถูกกำหนดโดยธรรมชาติของเฟสผลึก แก้ว - โดยองค์ประกอบทางเคมี และเซรามิกแก้ว - โดยธรรมชาติของเฟสผลึก องค์ประกอบทางเคมีของแก้วที่เหลือ เฟสและอัตราส่วนของพวกเขา

วัสดุที่เป็นแก้วแสดงอุณหภูมิที่ซับซ้อนจากการขยายตัว เริ่มแรก จนถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ซึ่งใกล้กับอุณหภูมิที่อ่อนลง การขยายตัวจะเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว อัตราการยืดตัวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่วนนี้สอดคล้องกับช่วงการเปลี่ยนผ่านจากสถานะเปราะเป็นสถานะมีความหนืดสูง ซึ่งเกิดกระบวนการปรับโครงสร้างใหม่ของแก้ว และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วถือเป็นขอบเขตของสถานะเปราะ หลังจากถึงค่าสูงสุดแล้ว การยืดตัวจะเริ่มลดลง ซึ่งสัมพันธ์กับการหดตัวของตัวอย่างแก้วเนื่องจากการอ่อนตัวลง

TCLE เป็นคุณลักษณะทางเทคนิคของวัสดุและคำนวณโดยสูตร

โดยที่ l 0 คือความยาวของลำตัวที่อุณหภูมิเริ่มต้น T 0 ;

l เสื้อ - ความยาวของร่างกายที่ถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิ T

TCLE คือการเปลี่ยนแปลงความยาวโดยอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1 องศา ซึ่งสัมพันธ์กับความยาวเดิมของตัวอย่าง วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำจะใช้เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมือและอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งไม่ควรเปลี่ยนขนาดเมื่อถูกความร้อน เมื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนของอุปกรณ์อย่างแน่นหนา เช่น ในช่องต่อโลหะ-แก้ว จำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีค่า TCLE ใกล้เคียงกัน มิฉะนั้น ในระหว่างการทำความเย็น อาจเกิดความเครียดที่จุดเชื่อมต่อของชิ้นส่วน และอาจเกิดรอยแตกร้าวใน กระจกที่เปราะบางและหัวต่อจะไม่สุญญากาศ ความใกล้ชิดของ TCLE ยังจำเป็นสำหรับชั้นของวงจรไมโครที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในระหว่างการดำเนินการทางเทคโนโลยีหรือระหว่างการทำงาน มิฉะนั้นชั้นของวงจรอาจถูกทำลายได้

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนยังมีบทบาทสำคัญในการประเมินความต้านทานความร้อนของวัสดุ: ยิ่ง TCLE ต่ำ ความต้านทานความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้น

มีโลหะผสมที่ไม่ปฏิบัติตามกฎทั่วไปเกี่ยวกับคุณสมบัติทางความร้อน โลหะผสมดังกล่าวคือโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล Re-M1 โลหะผสมที่ประกอบด้วยนิกเกิล 36% มีค่า TCLE ใกล้กับศูนย์และเรียกว่า อินวาร์(ภาษาละตินแปลว่า “ไม่เปลี่ยนแปลง”)

วิศวกรใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางความร้อนอื่น ๆ กล่าวคือ ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนของโมดูลัสยืดหยุ่น(ทีเคเอ็มยู). ในวัตถุที่เป็นของแข็งใด ๆ รวมถึงโลหะเมื่อถูกความร้อนจะสังเกตเห็นการลดลงของโมดูลัสยืดหยุ่นซึ่งเป็นหน่วยวัดแรงของพันธะระหว่างอะตอม สำหรับโลหะผสม Fe-Ni คุณสมบัตินี้มีการพึ่งพาที่ผิดปกติ: โมดูลัส TKMU จะเพิ่มขึ้นหรือคงที่ตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ค่า invar เดียวกันกับนิกเกิล 36% จะมี TKMU สูงสุด การเลือกองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะทำให้สามารถพัฒนาโลหะผสมที่มี TMC แทบไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โลหะผสมเหล่านี้เรียกว่า เอลินวาร์ส.

มีการใช้เหล็กที่มีการขยายตัวทางความร้อนในระดับหนึ่งสำหรับการผลิต เทอร์โมไบเมทัลเมื่อชั้นที่มีการขยายตัวทางความร้อนต่ำ (ชั้นพาสซีฟ) เชื่อมต่ออย่างแน่นหนาโดยการกลิ้งไปยังอีกชั้นหนึ่งที่มีการขยายตัวทางความร้อนสูงกว่า (ชั้นแอคทีฟ) แผ่น Bimetallic ถูกใช้เป็นตัวควบคุมอุณหภูมิในการผลิตเครื่องมือ

การทำความร้อนแผ่นดังกล่าวทำให้เกิดความโค้งซึ่งทำให้สามารถปิดวงจรไฟฟ้าได้ คุณสมบัติหลักของเทอร์โมไบเมทัลคือ ความไวต่อความร้อน- ความสามารถในการโค้งงอเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

คำอธิบายของควอตซ์ไดลาโตมิเตอร์ที่ใช้ในการวัดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น

ปลายอีกด้านหนึ่งของก้านเชื่อมต่อกับก้านของหัวตัวบ่งชี้ หัวตัวบ่งชี้ติดตั้งอยู่บนขาตั้งโลหะ การสัมผัสแท่งกับตัวอย่างอย่างแน่นหนาทำได้โดยใช้แรงดันของสปริงตัวบ่งชี้ เมื่อขยาย ตัวอย่างจะกดผ่าน...

ส่วนทดลอง

1. ทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์ของไดลาโตมิเตอร์

2. วางท่อที่บรรจุตัวอย่างทองแดงไว้ในเตาหลอมแบบท่อ

3. เปิดเตาอบและมิเตอร์รวมเพื่ออ่านค่า

4. ตั้งค่าตัวบ่งชี้เป็นศูนย์

5. ในช่วงเวลาสม่ำเสมอ (เช่น หลังจาก 20°C) ให้อ่านค่าตัวบ่งชี้โดยใช้ตารางการสอบเทียบ

6. ป้อนข้อมูลการทดลองลงในตาราง 4.2.

โดยที่ α คือสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น

n- การอ่านตัวบ่งชี้;

เค- ราคาส่วนตัวบ่งชี้;

(T 2 - T 1) - ความแตกต่างของอุณหภูมิ (ห้องและสุดท้าย) สำหรับช่วงเวลาที่เลือก

ล- ดายน์เริ่มต้นของตัวอย่าง

α kv - การแก้ไขการขยายตัวของควอตซ์

8. สร้างและอธิบายความสัมพันธ์แบบกราฟิกของการยืดตัวของตัวอย่างกับอุณหภูมิ

9. วิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้สำหรับทองแดงซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงและดีบุก โดยคำนึงถึง α copper = 160 ·10 -7 g -1 , α tin = 230 ·10 -7 g -1 .

10. ทำความคุ้นเคยกับเส้นโค้งการขยายตัวสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เน้นโซนลักษณะเฉพาะ อธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในวัสดุเมื่อถูกความร้อน

11. กำหนดข้อสรุปตามผลงาน

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 5

วิธีการศึกษาวัสดุคอมโพสิตที่มีรูพรุน

เป้าหมายของการทำงาน: ทำความคุ้นเคยกับวัสดุที่มีรูพรุนต่างๆ และเทคโนโลยีการผลิต พิจารณาการดูดซึมน้ำของวัสดุโพลีเมอร์ คอมโพสิต และแก้วเซรามิก และทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้รับ

ส่วนทางทฤษฎี

วัสดุทั้งหมดมีขอบเขตไม่มากก็น้อย ดูดซึมน้ำ, เช่น. ความสามารถในการดูดซับ วีความชื้นจากสิ่งแวดล้อมและ การซึมผ่านของความชื้น,เหล่านั้น. ความสามารถในการส่งน้ำผ่านตัวมันเอง อากาศในบรรยากาศประกอบด้วยไอน้ำจำนวนหนึ่งเสมอ

การดูดซึมน้ำของวัสดุได้รับอิทธิพลอย่างมากจากโครงสร้างและลักษณะทางเคมี การมีอยู่และขนาดของช่องว่างของเส้นเลือดฝอยภายในวัสดุที่ความชื้นแทรกซึมเข้ามามีบทบาทสำคัญ วัสดุที่มีรูพรุนสูง โดยเฉพาะวัสดุที่เป็นเส้นใย มีการดูดซึมน้ำสูง การพิจารณาการดูดซึมน้ำโดยการเพิ่มมวลของตัวอย่างที่ชุบน้ำจะช่วยให้ทราบถึงความสามารถของวัสดุในการดูดซับความชื้น

ตามกฎแล้ววัสดุโครงสร้างที่มีรูพรุน (โลหะ, เซรามิก, แก้วเซรามิกหรือโพลีเมอร์) เป็นการรวมกันของสารแข็งที่มีช่องว่าง - รูพรุน ปริมาตรของรูพรุน ขนาด และรูปแบบการกระจายของรูพรุนมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติหลายประการของผลิตภัณฑ์และวัสดุ ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงเชิงกลของเซรามิกไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับความพรุนทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับขนาดของรูพรุนและความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของรูพรุนด้วย ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเมื่อมีความพรุนเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงของเซรามิกจะลดลงเนื่องจากข้อบกพร่องทางโครงสร้างเพิ่มขึ้นและความแข็งแรงพันธะลดลง

เป็นที่ยอมรับกันว่าปริมาตรของรูพรุนที่เต็มไปด้วยน้ำจะเป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อน้ำค้างแข็งของผลิตภัณฑ์ จำนวนขนาดและลักษณะของการกระจายรูพรุนส่วนใหญ่จะกำหนดความต้านทานตะกรันของวัสดุบุผิวเตา ความพรุนส่งผลต่อการนำความร้อนของวัสดุ

รูพรุนในวัสดุมีรูปร่าง รูปร่างโครงร่างที่หลากหลาย และสามารถกระจายไม่สม่ำเสมอตลอดปริมาตร ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะได้ลักษณะเฉพาะของรูพรุนโดยสมบูรณ์ แม้ว่าจะใช้เครื่องวัดความพรุนสมัยใหม่ก็ตาม แม้จะมีรูปร่างที่หลากหลาย แต่รูขุมขนก็สามารถแบ่งออกเป็น:

1. รูขุมขนปิด- ของเหลวและก๊าซไม่สามารถเข้าถึงได้เพื่อการเจาะเข้าไป

2. เปิด- รูพรุนสามารถเจาะเข้าไปได้

รูขุมขนที่เปิดอยู่จะแบ่งออกเป็น:

1) ทางตัน- รูขุมขนที่เต็มไปด้วยของเหลวและก๊าซเปิดด้านหนึ่ง

2) การขึ้นรูปช่อง- รูขุมขนเปิดที่ปลายทั้งสองข้างทำให้เกิดช่องรูขุมขน

ความสามารถในการซึมผ่านของความชื้นของวัสดุถูกกำหนดโดยรูพรุนที่ก่อตัวเป็นช่องเป็นหลักโดยมีความแตกต่างของแรงกดที่ปลายเปิด ความพรุนและการซึมผ่านเป็นคุณลักษณะพื้นผิวที่สำคัญสำหรับวัสดุทางเทคนิคทุกประเภท

เนื่องจากวิธีการโดยตรงในการวัดความพรุนของวัสดุมีความซับซ้อนมาก ตัวบ่งชี้นี้จึงมักได้รับการประเมินโดยการพิจารณาคุณสมบัติอื่นๆ ที่ขึ้นอยู่กับความพรุนโดยตรง ตัวชี้วัดเหล่านี้รวมถึงความหนาแน่นของวัสดุและการดูดซึมน้ำ

ลองดูคำจำกัดความบางอย่าง

ความหนาแน่นที่แท้จริง- อัตราส่วนของมวลของวัสดุต่อปริมาตรโดยไม่คำนึงถึงรูพรุน

ความหนาแน่นที่เห็นได้ชัด- นี่คืออัตราส่วนของน้ำหนักตัวต่อปริมาตรทั้งหมดที่ครอบครองรวมถึงรูขุมขนด้วย

ความหนาแน่นสัมพัทธ์- อัตราส่วนของความหนาแน่นปรากฏต่อความหนาแน่นที่แท้จริง มันแสดงถึงเศษส่วนปริมาตรของของแข็งในวัสดุ

ดูดซึมน้ำคืออัตราส่วนของมวลของน้ำที่วัสดุดูดซับด้วยความอิ่มตัวเต็มที่ต่อมวลของตัวอย่างแห้ง (แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์)

ด้วยการวัดคุณลักษณะข้างต้น ทำให้สามารถประเมินความพรุนรวม เปิด และปิดของเซรามิกได้

ความพรุนที่แท้จริง (ทั้งหมด)- ปริมาตรรวมของรูพรุนที่เปิดและปิดทั้งหมด แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรรวมของวัสดุ ค่านี้แสดงด้วย P และมีค่าเท่ากับตัวเลขผลรวมของความพรุนแบบปิดและแบบเปิด

มีรูพรุนชัดเจน (เปิด)- นี่คืออัตราส่วนของปริมาตรของรูขุมขนที่เปิดอยู่ทั้งหมดของร่างกาย (เติมน้ำระหว่างการเดือด) ต่อปริมาตรทั้งหมดของวัสดุรวมถึงปริมาตรของรูขุมขนทั้งหมด ค่าถูกกำหนดให้เป็น P 0 และแสดงเป็น %

ความพรุนแบบปิด- นี่คืออัตราส่วนของปริมาตรของรูขุมขนที่ปิดทั้งหมดของร่างกายต่อปริมาตรรวมถึงปริมาตรของรูขุมขนทั้งหมดซึ่งแสดงด้วย P 3 และแสดงเป็น %

การดูดซึมน้ำของวัสดุโพลีเมอร์

ที่อุณหภูมิต่ำและสัมผัสน้ำกับโพลีเมอร์ในช่วงเวลาสั้น ๆ การบวมจะถูกจำกัดและขยายไปสู่ระดับเล็กน้อย... ในวัสดุคอมโพสิต ได้แก่ พลาสติก การต้านทานน้ำ... พลาสติกเป็นวัสดุอโลหะที่ทำจากธรรมชาติหรือสังเคราะห์ สารประกอบโมเลกุลสูง...

การจำแนกประเภทของพลาสติก

พลาสติกสามารถจำแนกได้ตามเกณฑ์ต่างๆ เช่น ตามองค์ประกอบ ความสัมพันธ์กับความร้อนและตัวทำละลาย เป็นต้น

โดยองค์ประกอบพลาสติกแบ่งออกเป็น:

1) ยังไม่สำเร็จ เป็นเรซินในรูปแบบบริสุทธิ์

2) เต็ม (คอมโพสิต) นอกจากเรซินแล้ว ยังมีสารตัวเติม พลาสติไซเซอร์ สารเพิ่มความคงตัว สารทำให้แข็ง และสารเติมแต่งพิเศษ

ฟิลเลอร์เพิ่มในปริมาณ 40-70% (โดยน้ำหนัก) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกล ลดการหดตัว และลดต้นทุนวัสดุ (ต้นทุนของตัวเติมต่ำกว่าต้นทุนของเรซิน) อย่างไรก็ตามฟิลเลอร์จะเพิ่มการดูดความชื้นของพลาสติกและทำให้ลักษณะทางไฟฟ้าแย่ลง

พลาสติไซเซอร์(กลีเซอรีน ละหุ่ง หรือน้ำมันพาราฟิน) ในปริมาณ 10-20% เพื่อลดความเปราะบางและปรับปรุงรูปร่างของกระดูกสันหลัง

สารเพิ่มความคงตัว(เขม่า สารประกอบซัลเฟอร์ ฟีนอล) ในปริมาณหลายเปอร์เซ็นต์เพื่อชะลอความชรา ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติคงตัวและยืดอายุการใช้งาน การแก่ชราคือการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เองตามธรรมชาติในลักษณะการปฏิบัติงานที่สำคัญที่สุดของวัสดุระหว่างการทำงานและการเก็บรักษา ซึ่งเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อน

สารทำให้แข็งตัวนอกจากนี้ยังถูกนำมาใช้ในปริมาณหลายเปอร์เซ็นต์เพื่อเชื่อมต่อโมเลกุลโพลีเมอร์กับพันธะเคมี

สารเติมแต่งพิเศษ- สารหล่อลื่น สีย้อม เพื่อลดประจุไฟฟ้าสถิต ลดการติดไฟ เพื่อป้องกันเชื้อรา

เมื่อผลิตโฟมและพลาสติกที่มีรูพรุน จะมีการเติมสารก่อรูพรุน ซึ่งเป็นสารที่อ่อนตัวลงเมื่อถูกความร้อน โดยจะปล่อยก๊าซจำนวนมากที่สร้างฟองให้กับเรซิน

ที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนและตัวทำละลาย พลาสติกแบ่งออกเป็นเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติง

เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์(เทอร์โมพลาสติก) - โพลีเมอร์ที่สามารถทำให้อ่อนตัวลงซ้ำๆ เมื่อถูกความร้อนและแข็งตัวเมื่อถูกความเย็นโดยไม่เปลี่ยนคุณสมบัติ ในโพลีเมอร์เหล่านี้ แรง van der Waaps ที่อ่อนแอจะทำหน้าที่ระหว่างโมเลกุลและไม่มีพันธะเคมี เทอร์โมพลาสติกยังมีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอีกด้วย

เทอร์โมเซ็ตโพลีเมอร์(เทอร์โมเซ็ต) ละลายเมื่อถูกความร้อนถึงอุณหภูมิหนึ่งและเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีที่อุณหภูมิเดียวกัน เมื่อเย็นตัวลงจะแข็งตัว (ตามที่พวกเขาพูดว่า "อบ") กลายเป็นสารแข็งไม่ละลายและไม่ละลายน้ำ ในกรณีนี้ พันธะเคมีที่แข็งแกร่งระหว่างโมเลกุลที่เรียกว่าแรงตามขวางก็ทำงานควบคู่ไปกับแรง van der Waals ที่อ่อนแอ การเกิดขึ้นคือแก่นแท้ของกระบวนการบ่มโพลีเมอร์

โดยการลดอิทธิพลของฟิลเลอร์พลาสติกแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

1) ด้วยแผ่นฟิลเลอร์ (getinax, textolite, ไฟเบอร์กลาส, พลาสติกเคลือบไม้);

2) ด้วยไฟเบอร์ฟิลเลอร์(ไฟเบอร์กลาส, ใยหินใยหิน, ไฟเบอร์กลาส);

3) ด้วยฟิลเลอร์แบบผง(ฟีโนพลาสต์ อะมิโนพลาสต์

ผงกดอีพ็อกซี่);

4) โดยไม่ต้องเติม(โพลีเอทิลีน, โพลีสไตรีน);

5) พร้อมตัวเติมแก๊ส-อากาศ(พลาสติกโฟม).

เกติแนกซ์ประกอบด้วยกระดาษชุบที่ทนทาน ทนความร้อน สองชั้นขึ้นไปซึ่งเคลือบด้วยเรซินชนิดรีโซลชนิดเทอร์โมเซตติงฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ (เบ็กไลท์) เพื่อเพิ่มความต้านทานความร้อนจึงมีการนำสารออร์กาโนซิลิคอนเข้าไปใน getinax บางยี่ห้อเพิ่มเติมและเติมอีพอกซีเรซินเพื่อเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะ Getinax เป็นวัสดุราคาถูกที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการผลิตชิ้นส่วนฉนวนไฟฟ้าชนิดแบนและฐานแผงวงจรพิมพ์

ความต้านทานความร้อนของ getinax คือ 135°C ข้อเสีย: ง่ายต่อการแยกตัวตามแผ่นฟิลเลอร์, การดูดความชื้น (ทำให้คุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้าแย่ลง) เพื่อป้องกันความชื้นพื้นผิวจึงเคลือบด้วยวานิช

Textolite เป็นวัสดุอัดขึ้นรูปจากแผ่นผ้าฝ้ายที่ชุบด้วยเบเคไลต์ เช่น Getinax ดำเนินการได้ง่ายกว่า getinax และมีความทนทานต่อน้ำ แรงอัด และแรงกระแทกได้สูงกว่า Textolite มีราคาแพงกว่า getinax 5-6 เท่า ทนความร้อน 150°C.

ไฟเบอร์กลาส- วัสดุที่ประกอบด้วยผ้าแก้วไร้อัลคาไลตั้งแต่สองชั้นขึ้นไปที่ชุบด้วยเทอร์โมเซตติงเรซินต่างๆ

ไฟเบอร์กลาสเมื่อเปรียบเทียบกับ getinax และ textolite ได้เพิ่มความต้านทานต่อความชื้น ทนความร้อน และพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าและทางกลที่ดีขึ้น แต่มีการประมวลผลทางกลน้อยกว่า ไฟเบอร์กลาสมีความสามารถในการหน่วงที่ดี (ความสามารถในการรองรับการสั่นสะเทือน) และเหนือกว่าโลหะผสมเหล็กและไทเทเนียมในเรื่องนี้ ในด้านการขยายตัวทางความร้อนจะใกล้เคียงกับเหล็ก ทนความร้อน - 185°C ไฟเบอร์กลาสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง ทนความร้อน และคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี

พลาสติกเคลือบไม้เป็นวัสดุที่บรรจุขี้เลื่อยหรือแผ่นไม้อัด

แผ่นฟอยล์พลาสติกมีวัตถุประสงค์พิเศษและใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ เป็นพลาสติกเคลือบด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านด้วยฟอยล์ทองแดงที่ผลิตด้วยไฟฟ้า

วิธีการผลิตฟอยล์นี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงองค์ประกอบที่สม่ำเสมอและมีพื้นผิวที่ขรุขระในด้านหนึ่ง ซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของฟอยล์กับอิเล็กทริกระหว่างการติดกาว พลาสติกคอมโพสิตที่เต็มไปด้วยเส้นใยฝ้ายและผ้า รวมถึงวัสดุที่ทำจากไม้ อาจมีการดูดซึมน้ำสูงเนื่องจากสารตัวเติม ตาม GOST 4650-73 การดูดซึมน้ำของวัสดุโพลีเมอร์ถูกกำหนดโดยการเก็บตัวอย่างไว้ในน้ำเป็นเวลา 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง (หรือโดยการต้มเป็นเวลา 30 นาที)

ตารางที่ 5.1.

คุณสมบัติของพลาสติก

2. พลาสติกมีความทนทานต่อการสัมผัสในระยะยาวต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงทางอุตสาหกรรม และใช้สำหรับการผลิตสารเคลือบป้องกันบนโลหะ... 3. ภายใต้อิทธิพลของสิ่งแวดล้อม พลาสติกจะค่อยๆ มีอายุ นั่นคือ... 4. โพลีเมอร์ส่วนใหญ่ สามารถทำงานได้นานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100°C เท่านั้น เหนืออุณหภูมินี้ เนื่องจาก...

วัสดุเซรามิกที่มีรูพรุนและแก้วเซรามิก

1) การได้รับผงเริ่มต้น 2) การรวมผงเช่น การผลิตวัสดุขนาดกะทัดรัด 3) การแปรรูปและการควบคุมผลิตภัณฑ์

วัสดุโลหะที่มีรูพรุน

วัสดุโลหะผงที่มีรูพรุนสูง เนื่องจากมีกรอบเชิงพื้นที่ที่แข็งแรง จึงมีความแข็งแรงสูงกว่า ทนต่อ...เทคโนโลยีการผลิตชิ้นส่วนที่มีรูพรุนของโลหะขึ้นอยู่กับรูปร่างและ...

ส่วนทดลอง

1. ตรวจสอบการดูดซึมน้ำของวัสดุโพลีเมอร์

1.1. ชั่งน้ำหนักตัวอย่างวัสดุโพลีเมอร์ก่อนการทดสอบ (มวล m 1)

1.2. วางตัวอย่างไว้ในบีกเกอร์ กับน้ำนำไป. ต้มและรักษาที่อุณหภูมิเดือดเป็นเวลา 30 นาที

1.3. นำตัวอย่างออกจากบีกเกอร์ ซับด้วยตัวกรอง

กระดาษและชั่งน้ำหนัก (มวล m 2)

1.4. ป้อนผลการวัดลงในตาราง 5.2.

1.5. พิจารณาการดูดซึมน้ำของแต่ละตัวอย่างโดยใช้สูตร

ตารางที่ 5.2

2. พิจารณาการดูดซึมน้ำและความพรุนแบบเปิดของวัสดุเซรามิกแก้ว-I

2.1. ชั่งน้ำหนักตัวอย่างวัสดุแก้ว-เซรามิก วัดขนาดของตัวอย่างที่จำเป็นในการคำนวณปริมาตรโดยใช้คาลิปเปอร์

2.2. วางตัวอย่างลงในบีกเกอร์ นำไปต้มและคงไว้ที่อุณหภูมิเดือดเป็นเวลา 60 นาที

2.3. นำตัวอย่างออกจากบีกเกอร์และชั่งน้ำหนัก ความสนใจ!ไม่ควรซับตัวอย่างให้ละเอียดเพราะว่า น้ำจะถูกกำจัดออกจากโพรงที่ค่อนข้างใหญ่

2.4. พิจารณาการดูดซึมน้ำของแต่ละตัวอย่างโดยใช้สูตรข้างต้น

2.5. กำหนดความหนาแน่นปรากฏของตัวอย่างโดยใช้สูตร

2.6. คำนวณความพรุนที่ปรากฏ (เปิด) พีซี:

2.7. ป้อนผลการคำนวณในตารางที่ 5.3

ตารางที่ 5.3

3. จากผลการทดลอง ดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบและกำหนดข้อสรุป

เราจะทำอย่างไรกับเนื้อหาที่ได้รับ:

หากเนื้อหานี้มีประโยชน์สำหรับคุณ คุณสามารถบันทึกลงในเพจของคุณบนโซเชียลเน็ตเวิร์ก:

"วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี" เฉพาะทางเป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่สำคัญที่สุดสำหรับนักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลเกือบทั้งหมด การสร้างการพัฒนาใหม่ที่สามารถแข่งขันในตลาดต่างประเทศนั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการและนำไปปฏิบัติโดยปราศจากความรู้อย่างละเอียดในเรื่องนี้

หลักสูตรวัสดุศาสตร์จะศึกษาถึงความหลากหลายของวัตถุดิบและคุณสมบัติของวัตถุดิบ คุณสมบัติต่างๆ ของวัสดุที่ใช้เป็นตัวกำหนดขอบเขตของการประยุกต์ในเทคโนโลยี โครงสร้างภายในของโลหะหรือโลหะผสมคอมโพสิตส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์

คุณสมบัติพื้นฐาน

วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุวิศวกรรมเน้นย้ำถึงคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดสี่ประการของโลหะหรือโลหะผสมใดๆ ประการแรกคือคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่ทำให้สามารถคาดการณ์คุณภาพการปฏิบัติงานและเทคโนโลยีของผลิตภัณฑ์ในอนาคตได้ สมบัติเชิงกลหลักที่นี่คือความแข็งแรง - ส่งผลโดยตรงต่อการทำลายไม่ได้ของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปภายใต้อิทธิพลของภาระงาน การศึกษาการแตกหักและความแข็งแรงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของหลักสูตรพื้นฐาน “วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุ” วิทยาศาสตร์นี้ใช้เพื่อค้นหาโลหะผสมและส่วนประกอบโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติความแข็งแรงที่ต้องการ คุณสมบัติทางเทคโนโลยีและการปฏิบัติงานทำให้สามารถคาดการณ์พฤติกรรมของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปภายใต้การใช้งานและภาระหนักสุดขีด คำนวณขีดจำกัดความแข็งแกร่ง และประเมินความทนทานของกลไกทั้งหมด

วัสดุพื้นฐาน

ตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา วัสดุหลักในการสร้างเครื่องจักรและกลไกคือโลหะ ดังนั้นสาขาวิชา "วัสดุศาสตร์" จึงให้ความสนใจอย่างมากกับวิทยาศาสตร์โลหะ - วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลหะและโลหะผสม นักวิทยาศาสตร์โซเวียตมีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนา: P. P. Anosov, N. S. Kurnakov, D. K. Chernov และคนอื่น ๆ

วัตถุประสงค์ของวัสดุศาสตร์

วิศวกรในอนาคตจำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานด้านวัสดุศาสตร์ ท้ายที่สุดแล้ว วัตถุประสงค์หลักของการรวมระเบียบวินัยนี้ไว้ในหลักสูตรคือเพื่อสอนนักศึกษาด้านเทคนิคให้เลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการออกแบบเพื่อยืดอายุการใช้งาน

การบรรลุเป้าหมายนี้จะช่วยให้วิศวกรในอนาคตสามารถแก้ไขปัญหาต่อไปนี้:

• ประเมินคุณสมบัติทางเทคนิคของวัสดุอย่างถูกต้องโดยการวิเคราะห์สภาวะการผลิตของผลิตภัณฑ์และอายุการใช้งาน
• มีแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่ถูกต้องเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่แท้จริงของการปรับปรุงคุณสมบัติใด ๆ ของโลหะหรือโลหะผสมโดยการเปลี่ยนโครงสร้างของมัน
• รู้เกี่ยวกับวิธีการทั้งหมดในการเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุที่สามารถรับประกันความทนทานและประสิทธิภาพของเครื่องมือและผลิตภัณฑ์
• มีความรู้ที่ทันสมัยเกี่ยวกับกลุ่มวัสดุหลักที่ใช้ คุณสมบัติของกลุ่มเหล่านี้ และขอบเขตการใช้งาน

ความรู้ที่จำเป็น

หลักสูตร “วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีของวัสดุโครงสร้าง” มีไว้สำหรับนักเรียนที่มีความเข้าใจและสามารถอธิบายความหมายของคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความเค้น โหลด พลาสติกและสถานะรวมของสสาร โครงสร้างอะตอม-ผลึกของโลหะ ประเภทของสารเคมี พันธะและคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของโลหะ ในกระบวนการเรียน นักเรียนจะได้รับการฝึกอบรมขั้นพื้นฐาน ซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับพวกเขาในการพิชิตสาขาวิชาเฉพาะทาง หลักสูตรระดับสูงจะตรวจสอบกระบวนการผลิตและเทคโนโลยีต่างๆ ซึ่งวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุมีบทบาทสำคัญ

จะทำงานร่วมกับใคร?

ความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติการออกแบบและลักษณะทางเทคนิคของโลหะและโลหะผสมจะเป็นประโยชน์สำหรับนักออกแบบที่ทำงานในด้านการทำงานของเครื่องจักรและกลไกที่ทันสมัย ผู้เชี่ยวชาญในสาขาเทคโนโลยีวัสดุใหม่สามารถหางานในภาควิศวกรรมเครื่องกล ยานยนต์ การบิน พลังงาน และอวกาศได้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการขาดแคลนผู้เชี่ยวชาญที่มีอนุปริญญาด้านวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศและในด้านการพัฒนาการสื่อสาร

การพัฒนาวัสดุศาสตร์

เนื่องจากเป็นสาขาวิชาที่แยกจากกัน วัสดุศาสตร์จึงเป็นตัวอย่างของวิทยาศาสตร์ประยุกต์ทั่วไปที่อธิบายองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของโลหะชนิดต่างๆ และโลหะผสมภายใต้สภาวะที่ต่างกัน

มนุษย์ได้รับความสามารถในการขุดโลหะและผลิตโลหะผสมต่างๆ ในช่วงที่ระบบชุมชนดั้งเดิมสลายตัว แต่เนื่องจากเป็นวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกัน วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุจึงเริ่มมีการศึกษากันเมื่อ 200 กว่าปีที่แล้วเล็กน้อย ต้นศตวรรษที่ 18 เป็นช่วงเวลาของการค้นพบ Reaumur นักวิทยาศาสตร์สารานุกรมชาวฝรั่งเศส ซึ่งเป็นคนแรกที่พยายามศึกษาโครงสร้างภายในของโลหะ การวิจัยที่คล้ายกันนี้ดำเนินการโดย Grignon ผู้ผลิตชาวอังกฤษ ซึ่งในปี 1775 ได้เขียนรายงานสั้น ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างเสาที่เขาค้นพบว่าเกิดขึ้นเมื่อเหล็กแข็งตัว

ในจักรวรรดิรัสเซียผลงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกในสาขาโลหะวิทยาเป็นของ M.V. Lomonosov ซึ่งในคู่มือของเขาพยายามอธิบายสั้น ๆ ถึงสาระสำคัญของกระบวนการทางโลหะวิทยาต่างๆ

วิทยาศาสตร์โลหะได้ก้าวกระโดดครั้งใหญ่เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการพัฒนาวิธีการใหม่ในการศึกษาวัสดุต่างๆ ในปี พ.ศ. 2374 ผลงานของ P. P. Anosov แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการศึกษาโลหะภายใต้กล้องจุลทรรศน์ หลังจากนั้น นักวิทยาศาสตร์หลายคนจากหลายประเทศได้พิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์ถึงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโลหะในระหว่างการทำความเย็นอย่างต่อเนื่อง

หนึ่งร้อยปีต่อมา ยุคของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงก็สิ้นสุดลง เทคโนโลยีวัสดุโครงสร้างไม่สามารถค้นพบสิ่งใหม่โดยใช้วิธีการที่ล้าสมัยได้ เลนส์ถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โลหะวิทยาเริ่มหันไปใช้วิธีการสังเกตด้วยอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะการเลี้ยวเบนของนิวตรอนและการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ จึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มส่วนของโลหะและโลหะผสมได้ถึง 1,000 เท่า ซึ่งหมายความว่ายังมีเหตุผลที่ต้องสรุปทางวิทยาศาสตร์อีกมาก

ข้อมูลทางทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างของวัสดุ

ในกระบวนการศึกษาสาขาวิชานี้ นักเรียนจะได้รับความรู้ทางทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของโลหะและโลหะผสม เมื่อจบหลักสูตร นักเรียนควรได้รับทักษะและความสามารถดังต่อไปนี้:

• เกี่ยวกับภายใน
• เกี่ยวกับแอนไอโซโทรปีและไอโซโทรปี อะไรเป็นสาเหตุของคุณสมบัติเหล่านี้และอิทธิพลของคุณสมบัติเหล่านี้ได้อย่างไร
• เกี่ยวกับข้อบกพร่องต่าง ๆ ในโครงสร้างของโลหะและโลหะผสม
• เกี่ยวกับวิธีการศึกษาโครงสร้างภายในของวัสดุ

ชั้นเรียนภาคปฏิบัติในสาขาวิชาวัสดุศาสตร์

มีแผนกวัสดุศาสตร์ในมหาวิทยาลัยเทคนิคทุกแห่ง ในระหว่างหลักสูตร นักเรียนจะศึกษาวิธีการและเทคโนโลยีดังต่อไปนี้:

• พื้นฐานของโลหะวิทยา - ประวัติศาสตร์และวิธีการสมัยใหม่ในการผลิตโลหะผสม การผลิตเหล็กและเหล็กหล่อในเตาถลุงเหล็กสมัยใหม่ การหล่อเหล็กและเหล็กหล่อ วิธีการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ทางโลหะวิทยา การจำแนกประเภทและการทำเครื่องหมายของเหล็ก ลักษณะทางเทคนิคและทางกายภาพ การถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะผสม การผลิตอะลูมิเนียม ทองแดง ไทเทเนียม และโลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ อุปกรณ์ที่ใช้ในกรณีนี้

การพัฒนาสมัยใหม่ของวัสดุศาสตร์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ วัสดุศาสตร์ได้รับแรงผลักดันอันทรงพลังในการพัฒนา ความต้องการวัสดุใหม่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องคิดถึงการได้รับโลหะบริสุทธิ์และบริสุทธิ์พิเศษ งานกำลังดำเนินการเพื่อสร้างวัตถุดิบต่างๆ ตามคุณลักษณะที่คำนวณไว้ในตอนแรก เทคโนโลยีวัสดุโครงสร้างสมัยใหม่แนะนำให้ใช้สารใหม่แทนโลหะมาตรฐาน ให้ความสำคัญกับการใช้พลาสติก เซรามิก และวัสดุคอมโพสิตมากขึ้น ซึ่งมีพารามิเตอร์ด้านความแข็งแรงที่เข้ากันได้กับผลิตภัณฑ์โลหะ แต่ไม่มีข้อเสีย