Рассмотрим основные группы материалов и их свойства.

ТЕМА 2: Основные свойства материалов

СОДЕРЖАНИЕ:

Механические свойства (прочность, твердость,

Электрические и магнитные свойства

Механические свойства материалов характеризуют возможность их использования в изделиях, эксплуатируемых при воздействии внешних нагрузок. Основными показателями свойств материалов являются:

Их параметры существенно зависят от формы, размеров и состояния поверхности образцов, а также режимов испытаний (скорости нагружения, температуры воздействия окружающих сред и других факторов).

Прочность–свойство материалов сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Она обусловлена силами взаимодействия атомных частиц, составляющих материал.

Если при растяжении образца сила внешнего взаимодействия на пару атомов превосходит силу их притяжения, то атомы будут удаляться друг от друга. Напряжение, возникающее в материале и отвечающее силе межатомного притяжения, соответствует теоретической прочности.

При возникновении в материале локального напряжения больше теоретической прочности произойдет разрыв материала по этому участку. В результате образуется трещина. Рост трещин продолжается, пока в результате их слияния одна из трещин не распространится на все сечение образца и не произойдет его разрушение.

Деформирование–изменение относительного расположения частиц в материале (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг). Таким образом, деформация–изменение формы и размеров изделия или его частей в результате внешнего воздействия. Деформацию называют упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, или пластичной, если она не исчезает (необратима)

Предел упругости–напряжение, при котором остаточные деформации , т.е.деформации, обнаруживаемые при разгрузке образца) достигают значения, установленного техническими условиями. Предел упругости ограничивает область упругих деформаций материала.

Предел текучести–напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести на диаграмме (рис.1) для материалов разрушению которых предшествует заметная пластическая деформация. Прочие материалы характеризуют условным пределом текучести–напряжением, при котором остаточная деформация достигает значения, установленного ТУ.

Обычно остаточная деформация не превышает 0,2%. Отсюда и обозначение

Рис.1 Зависимость нормального напряжения σ в образце

от его относительного удлинения ε при растяжении:

предел упругости;предел текучести;

предел прочности (временное сопротивление)

Предел прочности–напряжение или деформация, соответствующие максимальному (в момент разрушения образца) значению нагрузки. Отношение наибольшей силы, действующей на образец, к исходной площади его поперечного сечения называют временным сопротивлением (разрушающим напряжением) и обозначают .

Предел прочности –основная характеристика, механических свойств хрупких материалов, т.е. материалов, которые разрушаются при малых пластических деформациях.

Правила определения характеристик технической прочности материалов при растяжении, сжатии, изгибе, кручении и других видах напряженного состояния установлены в ГОСТ.

У современных конструкционных материалов предел прочности составляет:

o Конструкционные стали – 600…3000 н/мм2

o Алюминиевые сплавы – 200…900 н/мм2;

o Титановые сплавы – 600…1600 н/мм2;

o Композиционные материалы – 300…20000н/мм2

Динамическая прочность–сопротивление материалов динамическим нагрузкам, т.е. нагрузкам, значение, направление и точка приложения которых быстро изменяется во времени.

Усталость материалов–процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств материалов, образованию и разрастанию трещин. Свойство материалов противостоять усталости называется выносливостью.

Ползучесть–непрерывное пластическое деформирование материалов под действием постоянной нагрузки. Любые твердые материалы в той или иной степени подвержены ползучести во всем диапазоне температур эксплуатации. Вредные последствия ползучести материалов особенно проявляются при повышенных температурах.

Причиной неудовлетворительной прочности изделий может быть влияние поверхностных дефектов и напряжений, которые возникают из-за неравномерного распределения нагрузки, обусловленного особенностями конструкции. Поэтому прочность конструкционных элементов (сварных швов и болтов, валов и т.д.) –конструкционная прочность во многих случаях ниже технической прочности исходных материалов.

Твердость является механической характеристикой материалов, отражающей их прочность, пластичность и свойства поверхностного слоя изделия. Твердость во многом определяет износостойкость деталей машин, воспринимаемые ими без разрушения контактные нагрузки, таким образом существенно влияя на технические самой машины или прибора. Она выражается сопротивлением материала местному пластическому деформированию, возникающему при внедрении в материал более твердого тела–индентора. В зависимости от способа внедрения и свойств индентора твердость материалов оценивают по различным критериям, несколько методов:

— вдавливание индентора (закаленный шарик – по Бриннелю, алмазная пирамидка по Виккерсу, алмазный конус по Роквеллу);

Динамические методы измерения твердости не приводят к возникновению дефектов поверхности изделий. Распространен способ определения твердости в условных единицах по высоте отскакивания легкого ударника (бойка), падающего на поверхность испытываемого материала с определенной высоты. Применяется и метод измерения твердости с помощью ультразвуковых колебаний, основанный на регистрации изменения частоты колебаний измерительной системы в зависимости от твердости исследуемого материала.

Путем царапанья сравнивают твердость исследуемого и эталлонного материалов. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: 1-тальк,2-гипс,3-кальцит,4-флюорит,5-аппатит,6-ортоклаз,7-кварц,8-топаз,9-корунд,10-алмаз.

Триботехнические характеристики определяют эффективность применения материалов в узлах трения.

Под триботехникой понимают совокупность технических средств, обеспечивающих оптимальное функционирование узлов трения.

Основные триботехнические характеристики материалов:

Износостойкость–свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения. Отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он возник, или пути, на котором происходило изнашивание–это, соответственно, скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Износостойкость материалов оценивают величиной обратной скорости и интенсивности изнашивания.

Прирабатываемость–свойство материала уменьшать силу трения, температуру и интенсивность изнашивания в процессе приработки. Обеспечение износостойкости напрямую связано с предупреждением катастрофического изнашивания и прирабатываемостью.

Коэффициент трения–отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. Его значения зависят от скорости скольжения, давления и твердости материалов трущихся поверхностей.

Триботехнические характеристики материалов зависят от следующих основных групп факторов, влияющих на работу узлов трения:

· внутренних, определяемых природой материалов;

· внешних, характеризующих вид трения(скольжение, качение);

· режима трения (скорость, нагрузка, температура);

· среды и вида смазочного материала

Совокупность этих факторов обуславливает вид изнашивания: абразивное, адгезионное, эрозионное, усталостное и др.

Основная причина всех видов изнашивания-работа сил трения под воздействием которых происходит многократное деформирование поверхностных слоев трущихся тел, изменение их структуры и т.д.

Коррозионная стойкость.

Коррозия–физико-химический процесс изменения свойств, повреждения и разрушения материалов вследствие перехода их компонентов в соединения с компонентами окружающей среды.

Под корррозионным повреждением понимают любой дефект структуры материала, возникший в результате коррозии. Если механические повреждения ускоряют коррозию материалов, а коррозия облегчает их механические разрушения, имеет место коррозионно-механическое повреждение материалов.

Электрохимическая коррозия-процесс взаимодействия материалов и окружающей среды посредством электродных реакций. Металлы наиболее подвержены этому виду коррозии вследствие высокой электрической проводимости и химической активности.

Коррозионное повреждение различных участков материала может быть неодинаковым. По характеру разрушения материалов различают равномерную и местную коррозию. Последняя возникает из-за химической или физической неоднородности среды и материала на отдельных участках поверхности изделия.

С конструктивными особенностями изделий связаны щелевая и контактная коррозии. Первая протекает в непосредственной близости от узкого отверстия или зазора в конструкциях. Вторая вызвана контактированием металлов, различающихся по электродному потенциалу, например, пара металлов: медь–железо.

Для оценки сопротивления материалов коррозии используют следующие параметры:

— фронт коррозии–воображаемая поверхность, отделяющая поврежденный материал от неповрежденного;

— скорость коррозии–это скорость продвижения ее фронта;

— техническая скорость коррозии–ее наибольшая скорость, вероятностью превышения которой нельзя пренебречь в конкретных условиях.

Сопротивление материалов коррозии характеризуют с помощью параметра коррозионной стойкости–величины обратной технической скорости коррозии в данной коррозионной системе (R=1/Vкорр.).Условность этой характеристики заключается в том, что она относится не к материалу, а в целом к коррозионной системе. Коррозионную стойкость материала нельзя изменить, не изменив других параметров коррозионной системы.

Противокоррозионная защита–это изменение коррозионной системы, ведущее к снижению скорости коррозии материала.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 3923 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Строительные материалы. Классификация и свойства

Классификация и свойства строительных материалов.

Строительные материалы являются основой строительства. Для возведения зданий и сооружений требуется большое количество разнообразных строительных материалов, стоимость которых достигает почти 60% всей стоимости строительно-монтажных работ. Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество продукции.

Классификация строительных материалов.

Чтобы легче разобраться в многообразии материалов, применяемых в строительстве, их классифицируют (разделяют) на группы, обладающие одним общим признаком. В основном применяют классификацию строительных материалов по технологическому признаку.

Свойства строительных материалов.

Физические свойства строительных материалов характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава и структуры материала. Основными из них являются

Физические свойства строительных материалов.

Средняя плотность строительных материалов. Это масса единицы объема материла или изделия в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Средняя плотность одного и того же материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности.

Гидрофизические свойства строительных материалов.

Гигроскопичность представляет собой свойство строительных материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Она зависит от вида, количества и размера пор, от природы материала, от температуры воздуха и его относительной влажности. Когда влажность снижается, часть гигроскопичной влаги испаряется.

Теплофизические свойства строительных материалов.

Теплопроводность строительного материала. Теплопроводностью называют свойство материала пропускать тепло через свою толщину. Теплопроводность материала принято характеризовать величиной коэффициента теплопроводности.

Механические свойства строительных материалов.

Основными показателями, характеризующими прочность материала, являются сопротивление сжатию, растяжению, изгибу. Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление, — напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.

Технологические и акустические свойства строительных материалов.

Технологические свойства характеризуют способность строительного материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, древесина хорошо обрабатывается инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность сверлиться, обтачиваться, свариваться, склеиваться. Акустические свойства строительных материалов проявляются при действии звука на материал. Акустические материалы по назначению могут быть звукопоглощающие, звукоизолирующие, вибропоглощающие и виброизолирующие.

Химические свойства строительных материалов.

Химические свойства строительных материалов характеризуют способность материалов реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы.

Конспект НОД «Знакомтво о свойствами различных материалов» в старшей логопедической группе

Светлана Емельянова
Конспект НОД «Знакомтво о свойствами различных материалов» в старшей логопедической группе

Конспект НОД по образовательной области «Речевое развитие»

Тема: «Знакомство со свойствами различных материалов».

Образовательная область «Речевое развитие»:

1. Расширять и уточнять словарь по теме «Знакомство со свойствами различных материалов».

2. Закреплять умение употреблять в самостоятельной речи относительные прилагательные.

3. Формировать умение вслушиваться в окончания прилагательных, различая мужской, женский, средний род.

Образовательная область «Познавательное развитие»:

1. Познакомить детей с основными свойствами материалов: дерево, бумага, стекло, пластмасса, железо; предметами, сделанными из них.

2. Развивать внимание, память, словесно – логическое мышление и связную речь.

Образовательная область «Социально-коммуникативное развитие»:

1. Воспитывать усидчивость, умение слушать и оценивать ответы товарищей.

Образовательная область «Физическое развитие»:

1. Развивать общую моторику и мелкую моторику кистей рук.

Оборудование: предметы из различных материалов, картинки с изображением различных предметов.

Ход НОД

1. Открытый вход в деятельность

Логопед предлагает детям сесть на стулья полукругом.

2. Вводно — организационный

*Звучащее, прозрачное, воды не боюсь, а ударь – разобьюсь (стекло)

*Она бывает документом, плакатом, фантиком, конвертом,

Письмом, обоями, листовкой, альбомом, книгой, упаковкой,

Салфеткой, веером, талоном, неувядаемым пионом.

Она бывает и деньгами.

А что? Догадайтесь сами! (бумага)

*Я блестящий, звонкий, прочный, твердый я – материал.

Ты, дружок, меня узнал? Называюсь я … (металл)

*Из меня шкафы и стулья, сядь на них уверенно.

Очень прочные они, сделаны из (дерева)

3. Мотивация на деятельность

Логопед – все предметы, окружающие нас сделаны из какого – либо материала. Сегодня мы познакомимся с некоторыми из них.

4. Расширение имеющихся знаний

Д/и «Разложи картинки»

У детей на столах картинки с изображением разных предметов.

Назовите предметы из дерева (стол, стул, шкаф, матрешка)

Назовите предметы из металла (гвоздь, машина, сковорода, вилка)

Назовите предметы из бумаги (книга, альбом, плакат, календарь)

Назовите предметы из стекла (лампочка, стакан, ваза, флакон)

Предметы из дерева (какие) – деревянные

Из стекла – стеклянные

Из бумаги – бумажные

Из металла – металлические.

Д/и «Из чего, какой?»

Детям предлагается рассказать о предмете. (У меня деревянная ложка. У меня железный нож. И т. д.)

5. Динамическая пауза

Раз, два, три, четыре – нужна мебель для квартиры.

Грузчиков мы пригласим и поедем в магазин.

— Что там сегодня продают?

— Кресла, стулья, табуреты, шкафы, диваны и буфеты.

6. Знакомство с новым материалом

Сейчас мы с вами подробно поговорим о каждом из материалов, определим их свойства и вспомним о некоторых правилах безопасности. У металлических и деревянных предметов свойства и качества одинаковые или разные? (ответы детей)

Какие на ощупь деревянные предметы? Твердые или мягкие? А металлические? А если мы бросим их на пол, что с ними станет? (дети бросают предметы на пол и убеждаются, что деревянные и металлические предметы прочные, они не разбиваются)

Логопед подводит итог, что у деревянных и металлических предметов есть одинаковые свойства и качества – они прочные и твердые.

Давайте проверим, если постучать металл о металл, а дерево о дерево, какой звук получится? (выясняют, что у дерева звук глухой, а у металла более звонкий)

Как вы думаете, мы сможем постругать деревянную палочку? У нас получится? А металлическую?

Логопед стругает палочку вместе с детьми. Дети видят, что это получается, проделывает тоже с металлической палочкой.

Ребята, почему деревянная палочка легко стругается, а металлическая нет?

Дерево мягче, чем металл.

— Интересно, тонут ли ваши предметы в воде?

Дети опускают предметы в таз с водой и убеждаются, что металл тонет. А дерево нет.

— Почему же так происходит?

Дерево пористое, а металл плотный.

Логопед показывает детям молоток и спрашивает, из какого материала он сделан?

— Мы с вами убедились, что металлические предметы тонут, а деревянные всплывают. Как вы думаете, молоток потонет, или всплывет? Дети спорят, каждый доказывает свою версию. Опускают молоток в воду и видят, что металлическая часть тонет, а деревянная всплывает. Дети оставляют предметы на столе и присаживаются на стульчики.

Дерево и металл полезны и необходимы, но давайте вспомним об опасности, которую они представляют. Дерево хорошо горит, при работе с инструментами по обработке дерева (ножи, пилы, топоры, рубанки) необходимо соблюдать осторожность, чтобы не пораниться. Металлические предметы могут быть очень острыми, они могут накалиться от огня и стать горячими, в мороз нельзя прикасаться к металлическим предметам языком. Демонстрация картинок (горящее дерево, прилипший язык, острые предметы)

Расскажите о бумаге.

Бумага горит (поджигаем бумагу)

Бумага легко рвется (разорвать бумагу)

Бумага пропускает воду (налить воды в бумажный кулек)

Чем может быть опасна бумага? (легко загорается, работа с ножницами)

Стекло (какое) прозрачное (налить воду в стакан)

Не пропускает воду, гладкое, холодное, скользкое. Хрупкое. От удара разбивается. Получаются острые осколки, о которые можно пораниться (разбить лампочку, продемонстрировать осколки)

7. Открытый выход из деятельности

— Рассмотрите предметы, которые находятся у нас в группе, определите, из каких материалов они сделаны.

Классификация материалов по назначению. Конструкционные материалы. Подразделение их на основные типы

Термином «материал» в технике обозначают вещественную основу предметов (изделий). Например, материалами являются – медь и медная проволока, цинк и гранулы цинка, железо и железный лист, сталь определённой марки (состава) и профильный прокат из этой стали, чугун и чугунное литье [3].

Исходным материалом служит первичное сырьё – вещество природы, на которое впервые затрачен труд: руда, каменный уголь, нефть, природный газ, древесина, торф, песок, известняк, вода, воздух. Полуфабрикат – это материал, который должен пройти одну или несколько стадий обработки, прежде чем стать изделием, годным для потребления.

Технические материалы классифицируют по структурным признакам и по назначению.

Главным критерием классификации по структурным признакам является агрегатное состояние, в зависимости от которого материалы подразделяют на следующие типы: твердые материалы, жидкости, газы.

Классификация по назначению предусматривает разделение технических материалов на следующие группы: конструкционные, электротехнические, полупроводниковые, инструментальные, абразивные, органические полимерные и другие материалы.

Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механической нагрузке. Они должны обладать комплексом механических свойств, обеспечивающих требуемые работоспособность и ресурс изделий. Одновременно им предъявляют определённые технологические и экономические требования. Основными типами конструкционных материалов являются: металлы и их сплавы, силикаты и керамика, полимеры и древесина, композиты [3].

Классификация подразделяет конструкционные материалы по свойствам, определяющим выбор материала для конкретных деталей кон­струкций. Каждая группа материалов оценивается соответствующими крите­риями, обеспечивающими работоспособность в эксплуатации. Универсальные материалы рассматриваются в нескольких группах, если возможность применения их определяется различными критериями. В соответствии с выбранным принципом классификации все конструкционные материалы подразделяют на следующие группы:

1. Материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность.

2. Материалы с особыми технологическими свойствами.

3. Износостойкие материалы.

4. Материалы с высокими упругими свойствами.

5. Материалы с малой плотностью.

6. Материалы с высокой удельной прочностью.

7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды [3].

Металлы. Материалы, принадлежащие к этой группе, включают в себя один или несколько металлов (таких как железо, алюминий, медь, титан, золото, никель), а также часто те или иные неметаллические элементы (например, углерод, азот или кислород) в сравнительно небольших количествах.

Атомы в металлах и сплавах располагаются в весьма совершенном порядке. Кроме того, по сравнению с керамикой и полимерными материалами плотность металлов сравнительно высока.

Что касается механических свойств, то все эти материалы относительно жесткие и прочные. Кроме того, они обладают определенной пластичностью (т.е. способностью к большим деформациям без разрушения), и сопротивляемостью разрушению, что обеспечило им широкое применение в разнообразных конструкциях.

В металлических материалах имеется множество делокализованных электронов, т. е. электронов, не связанных с определенными атомами. Именно присутствием таких электронов непосредственно объясняются многие свойства металлов. Например, металлы представляют собой исключительно хорошие проводники для электрического тока и тепла. Они непроницаемы для видимого света. Полированные поверхности металлов блестят. Кроме того, некоторые металлы (например, железо, кобальт и никель) обладают желательными для их применения магнитными свойствами [4].

Керамика – это группа материалов, занимающих промежуточное положение между металлами и неметаллическими элементами. Как общее правило, к классу керамики относятся оксиды, нитриды и карбиды. Так, например, некоторые из наиболее популярных видов керамик состоят из оксида алюминия (Al2O3), диоксида кремния (SiO2), нитрида кремния (Si3N4). Кроме того, к числу тех веществ, которые многие называют традиционными керамическими материалами, относятся различные глины (в частности те, которые идут на изготовление фарфора), а также бетон и стекло. Что касается механических свойств, то керамика – это относительно жесткие и прочные материалы, сопоставимые по этим характеристикам с металлами. Кроме того, типичные виды керамики очень твердые. Однако керамика исключительно хрупкий материал (практически полное отсутствие пластичности) и плохо сопротивляется разрушению. Все типичные виды керамики не проводят тепло и электрический ток (т.е. их электропроводность очень низкая).

Для керамики характерно более высокое сопротивление высоким температурам и вредным воздействиям окружающей среды. Что касается их оптических свойств, то керамика может быть прозрачным, полупрозрачным или совсем непрозрачным материалом, а некоторые оксиды, например, оксид железа (Fe2O3) обладают магнитными свойствами [4].

Композиты представляют собой комбинацию из двух (или большего числа) отдельных материалов, относящихся к различным классам веществ, перечисленным выше, т.е. металлов, керамики и полимеров. Целью создания композитов было стремление достичь такого сочетания свойств различных материалов, которые не могут быть получены для индивидуальных компонент, а также обеспечить оптимальное сочетание их характеристик. Известно большое количество различных композитов, которые получены при совмещении металлов, керамики и полимеров. Более того, некоторые природные материалы также представляют собой композиты, например, это дерево и кость. Однако большинство композитов, которые рассматриваются в настоящей книге, это материалы, полученные из синтетических материалов.

Одним из наиболее популярных и знакомых всем композиционных материалов является стеклопластик. Этот материал представляет собой короткие стеклянные волокна, помещенные в полимерную матрицу, обычно в эпоксидную или полиэфирную смолу. Стеклянные волокна обладают высокой прочностью и жесткостью, но они хрупкие. В то же время полимерная матрица пластична, но ее прочность низкая. Комбинирование указанных веществ приводит к получению относительно жесткого и высокопрочного материала, который, тем не менее, обладает достаточной пластичностью и гибкостью.

Другим примером технологически важного композита являются углепластики – полимеры, армированные углеродными волокнами (CFRP). В этих материалах в полимерную матрицу помещают углеродные волокна. Материалы этого типа более жесткие и более прочные по сравнению со стеклопластиками, но в то же время более дорогие. Углепластики используют в аэрокосмической технике, а также при изготовлении высококачественного спортивного оборудования, например, велосипедов, клюшек для гольфа, теннисных ракеток, лыж и сноубордов [4].

Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 1139 ;

Основные свойства материалов. Методы оценки их характеристик

Все материалы обладают рядом свойств, которые различаются как физические, механические, химические и технологические. К физическим свойствам металлов относят удельный вес, температуру плавления, цвет, электропроводность, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании, магнитные свойства и некоторые другие. В зависимости от условий работы или эксплуатации деталей некоторые из этих свойств приобретают решающее значение и служат основанием для выбора материала при изготовлении и использовании детали. Например, удельный вес и прочность — важные качества для материала в самолетостроении, где нужны легкие и прочные детали. Температура плавления имеет большое значение для деталей, работающих при высоких температурах, например нити накаливания в электрических лампах, футеровка плавильных печей и т. п. Поэтому детали самолета изготовляют из сплавов алюминия и магния, а для изготовления нитей накаливания употребляется вольфрам и т. д. Из химических свойств металлов главным образом важна коррозионная стойкость, а также окисляемость и растворимость. Очень важную роль в определении пригодности металла как материала для деталей машин и механизмов играют его механические свойства. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость и хрупкость. Прочность — способность материала сопротивляться воздействию сил, не разрушаясь и не изменяя допустимой формы.
Примером прочного материала служит сталь. Стальные изделия с трудом разрушаются и изменяют форму. В противоположность стали ртуть не обладает прочностью. При обычной температуре она находится в жидком состоянии и не сохраняет формы. Твердость — способность материала противостоять проникновению в него другого, более твердого тела. Самым твердым из известных нам веществ является алмаз. Высокой твердостью обладают различные сорта стали и так называемые твердые сплавы. Твердость — главнейшее свойство материалов, из которых изготовляют режущие инструменты. . Упругость — способность тела восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших это изменение. Примером упругого тела может служить стальная пружина, которая после прекращения сил воздействия восстанавливает свою прежнюю форму. Пластичность — способность материала изменять свою форму под воздействием сил не разрушаясь и не восстанавливать прежней формы после прекращения действия сил. Примером пластичного металла может служить свинец. Это качество по . своей сущности противоположно упругости. Вязкость — способность материала выдерживать механические воздействия (удары) не разрушаясь. Очень вязка, например, малоуглеродистая сталь, употребляемая для неответственных деталей. Хрупкость — качество, противоположное вязкости, способность тела легко разрушаться при механических воздействиях (ударах). Примером хрупкого металла является чугун. Технологические свойства металлов и сплавов представляют собой сочетание различных механических и физических свойств, проявляющихся в процессах изготовления деталей машин. К технологическим свойствам металла относятся возможность обработки резанием, литьем, прокаткой, ковкой, волочением, способность свариваться и подвергаться термообработке. Для определения свойств металлов и сплавов пользуются: механическими испытаниями, которыми устанавливают их прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость и хрупкость; физическими измерениями удельного веса, температуры плавления, тепла и электропроводности; химическим анализом, который определяет качественный и количественный состав сплава; металлографическим анализом, позволяющим получить данные о структуре и свойствах металла с помощью микроскопа и рентгеновского аппарата; технологическими пробами, дающими возможность определить пригодность металла для данного вида обработки.

21.Сплавы на основе цветных металлов Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы. Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: ав = 180. . 240 МПа при высокой пластичности б>50%. Латунь — сплав меди с цинком (10. 40 %), хорошо поддается холодной прокатке, штамповке, вытягиванию

22. Неорганические материалыНЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. Твердые, реже жидкие или пастообразные, в-ва с функцион. св-вами, зависящими от способа получения. Различают неорганические материалы металлические, неметаллические и ком-позиционные, к-рые могут содержать как металлич., так и неметаллич. фазы (см. Композиционные материалы). По структуре неорганические материалы подразделяют на монокристаллические, поликристаллические (литье, керамика, порошки), аморфные, в т.ч. стеклообразные (см. Стекло неорганическое), а также стеклокристаллические (напр., ситаллы). По св-вам и областям применения различают неорганические материалы: с особыми электрич. св-вами — полупроводниковые материалы, электропроводящие, сверхпроводники, изоляционные (диэлектрики), электролиты твердые, пьезоэлектрики, конденсаторные и катодные; с особыми магн. характеристиками (см. Магнитные материалы); оптические материалы (для линз и фильтров, отражающих и просветляющих покрытий, для волоконной оптики), фотоэлектродные, люминофоры, электрохромные, фотопроводящие, материалы для голографии, лазерные материалы, с особыми теплофиз. св-вами (для термисторов и нагревателей, жаростойкая и жаропрочная конструкционная керамика), огнеупорные материалы, теплоизоляционные материалы, аккумуляторы тепла; коррозион-ностойкие материалы. Кроме того, выделяют материалы для энергетики-ядерное топливо, аккумуляторы водорода, для термоядерных установок; конструкц. материалы; акустические материалы; для мед. целей — биокерамич. костные и зубные протезы, для кровеносных сосудов и клапанов; сорбенты и носители в катализе и хроматографии; вяжущие материалы; фрикционные материалы и антифрикционные материалы; абразивные материалы, твердые сплавы для изготовления режущего инструмента и др. В отдельную группу иногда выделяют неорганические материалы с сенсорными св-вами, применяемые в датчиках т-ры, давления, расхода, концентрации, влажности, рН среды и др. (см. Сенсоры химические). Ко многим неорганическим материалам предъявляются очень высокие требования по чистоте (напр., к полупроводниковым, к материалам для волоконной оптики и ядерной техники). Неорганические материалы находят применение в разл. областях народного хозяйства и часто определяют уровень развития многих из них. Без неорганических материалов невозможен, напр., прогресс областей, связанных с информатикой и электронной вычислит. техникой. Многие неорганические материалы известны с древних времен и широко применяются в быту, напр. фарфор, фаянс, бронза, строит. материалы.

23.Неметаллические материалыНаряду с металлами во всех отраслях промышленности большое распространение получили неметаллические материалы. К ним относятся: пластические массы, резина, химикаты, формовочные, текстильные, древесные, лакокрасочные и другие материалы.

Пластические массы (пластмассы) — это органические вещества, пластичные в начальной стадии производства, но утрачивающие это качество после нагрева и прессования. Поэтому изделиям из пластмасс можно легко придать прессованием или литьем любую, даже очень сложную форму. При производстве пластмасс к исходным продуктам — смолам — добавляют пластификаторы, наполнители, отвердители и красители. Красителями пластмассам придают любую окраску, что делает их красивым облицовочным материалом.
Фенолальдегидные пластмассы приготовляют смешиванием с последующим нагревом фенола, формалина и катализатора — нашатырного спирта или уксусной кислоты. При использовании нашатырного спирта получают бакелиту а при добавлении уксусной кислоты — карболит. Из карболита изготовляют крышки прерывателей-распределителей и другие детали сложной формы. Из бакелита можно приготовить бакелитовый лак, если прибавить к нему равный объем денатурированного спирта. Бакелитовый лак используют как связующее вещество при изготовлении слоистых пластмасс и как клей.

Слоистые пластмассы — это пропитанные бакелитовым лаком листовые волокнистые материалы. При пропитывании и прессовании многослойной хлопчатобумажной ткани получают текстолит. Малый коэффициент трения и значительная прочность позволяют применять текстолит для таких деталей, как шестерни привода распределительного вала двигателя и др. Пластические массы широко используют для изготовления корпусов различных приборов, штурвалов, рукояток, рычагов и кнопок, деталей кузова и электрооборудования автомобилей. Прокладочные материалыПаронит — это листовой вулканизированный материал из смеси каучука, наполнителей и асбестового волокна. Из него изготовляют прокладки в соединениях, работающих в бензине и масле. Клингерит — листовой материал, состоящий из смеси асбеста с каучуком, графитом, суриком и окисью железа. Употребляют для герметизации емкостей для любых жидкостей и газов. Металлоасбестоеые прокладки, изготовленные из асбестового картона, облицованного с двух сторон мягкой листовой сталью или армированного металлической сеткой, широко применяют в автомобильных двигателях. Асбест используют также в качестве основы ряда материалов, применяемых для изготовления деталей разнообразных фрикционных устройств — накладок тормозных колодок, ведущих дисков сцепления и т. д. Кроме материалов на асбестовой основе, для прокладок и уплотнений широко используют пробку, войлок и картон. Из пробки изготовляют прокладки и сальники картера двигателя, системы питания и др. Войлоком уплотняют открытые сочленения; он идет на изготовление сальников (например, в рулевом управлении, подшипниках колес и т. д.) и прокладок. Из картона делают прокладки для уплотнения таких соединений, как ступица колеса — полуось (приводной вал), коробка передач — крышка коробки передач и т. д. Резина— эластичный материал, из которого изготовляют автомобильные шины и много других деталей (например, для уплотнения тормозной системы, кабины). Исходные продукты для получения резины — каучук и сера. Резину получают обработкой смеси каучука с 3 — 5% серы. При температуре 140 — 145 °С сера вступает в химическую реакцию с каучуком, и в результате получают резину. Этот процесс называют вулканизацией. Чтобы улучшить качество, удешевить и облегчить производство, к резиновой смеси добавляют ускорители вулканизации (цинковые белила, окись свинца), усилители (сажа, каолин), мягчители (парафин, смола), наполнители (мел, тальк), противостарители и красители.
Эбонит — материал, сходный по составу с резиной, но твердый и неэластичный. Серы в нем содержится до 30%. Эбонит обладает высокими электроизоляционными свойствами, кислотостоек. Из него делают баки аккумуляторных батарей.

24.Полимерные материалы ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, материалы на основе вы-сокомол. соед.; обычно многокомпонентные и многофазные.Полимерные материалы- важнейший класс совр. материалов, широко используемых во всех отраслях техники и технологии, в с. х-ве и в быту. Отличаются широкими возможностями регулирования состава, структуры и св-в. Осн. достоинства полимерных материалов: низкая стоимость, сравнит. простота, высокая производительность, малая энергоемкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, атм. и радиац. воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, высокие оптич., радио- и электротехн. св-ва, хорошие адгезионные св-ва. Недостатки полимерных материалов: низкая тепло- и термостойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползучести и релаксации напряжений; для многих полимерных материалов-горючесть. Осн. типы полимерных материалов-пластические массы и композиционные материалы (композиты), резины, лакокрасочные материалы и лакокрасочные покрытия, клеи, компаунды полимерные, герметики, полимербетон, волокнистые пленочные и листовые материалы (волокниты, ткани, нетканые материалы, пленки полимерные, кожа искусственная, бумага и т.п.). По назначению полимерные материалы подразделяются на конструкционные общего назначения и функциональные-напр. фрикционные и антифрикционные, тепло- и электроизоляционные, электропроводящие, термоиндикаторные, пьезоэлектрические, оптически активные, магнитные, фоторезисторные, антикоррозионные, абляционные. По природе основной (полимерной) фазы (полимера связующего или пленкообразующего) полимерные материалы могут быть природными (натуральными) и химическими (искусственными, или синтетическими). По характеру физ. и хим. превращений, протекающих в полимерной фазе на стадиях получения и переработки, полимерные материалы, как и пластич. массы, подразделяются на термопластичные и термореактивные. В произ-ве термореактивных полимерных материалов из прир. полимеров наиб. широко используются производные целлюлозы, из синтетических — широкий класс карбо- и гетероцепных гомополимеров, статистических, чередующихся, блок- и привитых сополимеров, их смесей и сплавов. В произ-ве термореактивных полимерных материалов наиб. широко используют мономеры, олигомеры, форполимеры, масла и смолы, содержащие ненасыщ. и циклич. группы, реагирующие без выделения низкомол. в-в и со сравнительно небольшими объемными усадками,-ненасыщ. поли- и олиго-эфиры, эпоксидные олигомеры и смолы, олигоизоцианаты, бисмалеинимиды, спироциклич. мономеры и олигомеры и т.п. Их состав и структура, тип и кол-во отвердителя, сшивающего агента, инициатора и катализатора, ускорителя или ингибитора определяются типом полимерного материала (пластич. масса, армир. пластик, лакокрасочный материал, клей и т.п.) и требованиями, предъявляемыми к его технол. и эксплуатац. св-вам. В качестве полимерной фазы или самостоятельного полимерного материала широко используют макро- или микрогетерог. полимер-полимерные композиции (смеси и сплавы полимеров; блок-и привитые сополимеры, в т.ч. сетчатые, взаимопроникающие сетки; вспененные или пористые полимеры, напр. пенопласты. Среди них наиб. распространены дисперсно-эластифицир. системы, состоящие из непрерывной стеклообразной и дисперсной эластичной фаз, напр. полистирол ударопрочный, АБС-пластик, модифицированные каучуками отверждающиеся композиции, а также термоэластопласты, эластичные взаимопроникающие сетки и иономеры. Для регулирования технол. и(или) эксплуатац. св-в полимерной фазы полимерных материалов в нее вводят на стадии синтеза полимера или создания материала химически инертные или активные модификаторы-р-рители, пластификаторы, или мягчители, разбавители, загустители или смазки, структурообразова-тели, красители, антипирены, антиоксиданты, антиозонан-ты, противостарители, термо- и светостабилизаторы, антирады, наполнители и ПАВ; для получения пористых полимерных материалов вводят, кроме того, и порообразователи. Структуру и св-ва полимерных материалов регулируют не только изменением их состава и характера распределения компонентов и фаз, но и условиями термич. и мех. воздействия при формировании (см., напр., Ориентированное состояние полимеров). Способы и условия переработки полимерных материалов определяются типом материала (термопластичный или термореактивный) и его исходным состоянием, т.е. типом полуфабриката (плавкий порошок, гранулы, р-ры или расплавы, дисперсии), а также видом наполнителей-нитей, жгутов, лент, тканей, бумаги, пленок и их сочетаний с полимерной фазой (см. Полимерных материалов переработка).

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Группы материалов

Группы материалов, используемые в настоящее время в промышленности, могут быть клас­сифицированы по четырем категориям, каж­дая из которых включает ряд подгрупп:

• Металлы: кованые, штампованные, прокат­ные, листовые, литые, металлокерамика;
• Неметаллические неорганические мате­риалы: керамические материалы, стекло;
• Неметаллические органические матери­алы: природные материалы, пластмассы и эластомеры;
• Композиционные материалы.

Магнитные материалы, образующие группу материалов со специфическими техниче­скими характеристиками, выделены в от­дельную группу.

Металлы

Металлы, имеющие кристаллическую струк­туру с атомами, расположенными в кристал­лической решетке в регулярном порядке и свободными электронами атомов, перемеща­ющимися по ней, характеризуются высокой электропроводностью, снижающейся с уве­личением температуры; хорошей теплопро­водностью; низкой светопроницаемостью; высокой оптической отражательной способ­ностью; высокой пластичностью.

Сплавы — это металлические соединения, состоящие из двух и более компонентов, из которых как минимум один представлен ме­таллом.

Штампованные, прокатные, литые и другие металлы

За исключением небольших дефектов изго­товления, таких как усадочные раковины и неметаллические включения, в таких металлах отсутствуют пустоты. Составляющие ком­поненты могут соединяться непосредственно в процессе плавки (например, серый чугун, литой алюминий) или формоваться из полу­фабрикатов (путем механической обработки или прессования).

Металлокерамические материалы

Металлокерамические материалы обычно изготавливаются прессованием или спеканием порошкообразных смесей под давлением. Термическая обработка метал­локерамических материалов производится при температурах 800-1300 °С. Область их применения определяется, помимо приобре­тенных химических свойств, степенью пори­стости. Компоненты сложной формы могут выполняться из спеченных металлов либо из легкосменных деталей, либо из деталей с не­большой отделкой.

Неметаллические неорганические материалы

Характеризуются ионными связями (напри­мер, керамические материалы), смешанными гетерополярными/гомополярными связями (например, стекло) и гомополярными свя­зями (например, углерод). Имеют малые тепло- и электропроводность (последняя увеличивается с повышением температуры), низкую отражательную способность, боль­шую хрупкость, препятствующую формова­нию материала в холодном состоянии.

Керамика

Большинство природных керамических ма­териалов (порядка 70%) имеют аморфную структуру и высокую пористость. Изготав­ливается керамика аналогично металло­керамическим материалам, но при этом используются лишь порошкообразные не­металлические компоненты или их смеси. Спекание исходных компонентов обычно происходит при температурах свыше 1000 °С.

Стекло

Стекло имеет вид замороженной при сильном переохлаждении жидкости. Его атомы распо­лагаются в виде коротких цепочек и в целом образуют аморфную структуру. Расплав­ленное стекло превращается в твердое тело при температуре, называемой температурой преобразования (стеклования) T_g. Поскольку температура T_g зависит от многих факторов, однозначная ее оценка невозможна.

Неметаллические органические материалы

Неметаллические органические материалы состоят, в основном, из сое­динений углерода и водорода, а также азота, кислорода и других элементов. Большинство этих материалов обладает низкой термо- и электропроводностью, подвержено возгора­нию.

Природные материалы

Природные материалы (дерево, кожа, смола, сырой каучук, волоконные материалы, изго­товленные из шерсти, хлопка, льна, пеньки и шелка) используются в качестве отделочных материалов и сырья для изготовления синте­тических материалов.

Пластмассы

Имеются три различных типа пластмасс: термопластические смолы, термореактивные пластмассы (иногда называемые терморе­активными смолами) и эластомеры (по­лимеры), обладающие высокоэластичными свойствами. Температура преобразования T_Е для термопластических и термореактив­ных пластмасс находится на уровне, превы­шающем температурный диапазон их применения, для эластомеров эти температуры сопоставимы. Температура преобразования пластмасс T_Е (сравнимая с температурой преобразования стекла T_g) представляет со­бой температуру, ниже которой молекуляр­ное движение в материале прекращается. Большое преимущество термопластов и реактопластов заключается в том, что они могут принимать определенную форму отливки без обработки. Подробнее о пластмассах вы можете прочитать в статье «Свойства пластмасс применяемых в маштностроении«.

Термопластические пластмассы

Термопластические пластмассы размягчаются при температуре, превы­шающей T_Е. Для снижения зависимости их физико-механических характеристик от тем­пературы применяют соединения термопла­стических полимеров.

Термореактивные пластмассы

Термореактивные пластмассы сохраняют свои габаритные размеры до тем­пературы, превышающей T_Е. Механические свойства в меньшей степени, по сравнению с термопластическими смолами, зависят от температуры. В целях повышения стойкости к хрупкому разрушению, термореактивные смолы упрочняют различными наполните­лями.

Эластомеры

Находят широкое применение благодаря своим упругим свойствам, сохраняющимся при температуре, превышающей T_Е. Для стабилизации молекулярных связей эластомеры подвергают вулканизации.

Композиционные материалы

Композиционные материалы состоят из двух и более различных физических или хими­ческих компонентов, прочно соединенных между собой по определенным поверхно­стям раздела. Формирование поверхностей раздела не должно оказывать негативное воздействие на соединяемые компоненты. При соблюдении этих условий возможно соединение воедино нескольких материа­лов. Композиционные материалы обладают комбинацией свойств, которые не присущи отдельным компонентам. Композиционные материалы подразделяются на классы: композиционные материалы, сформирован­ные из частиц (например, порошкообразные наполнители смол, прочные металлы, упруго­пластичные соединения магнитных материа­лов, металлокерамика); слоистые композиционные материалы (на­пример, слоеные панели, соединенные смо­лами ткани); волокнистые композиционные материалы (например, стекловолокно, углеродное во­локно, упрочненное синтетикой хлопковое волокно).

Магнитные материалы

Материалы, обладающие ферромагнитными свойствами, называются магнитными мате­риалами и относятся к одной из двух групп: металлы (литые или спеченные) или неметал­лические неорганические материалы. Компо­зиционные материалы также играют все бо­лее важную роль. Все они характеризуются способностью сохранять магнитную энергию (постоянные магниты) либо проводить маг­нитные потоки (слабые магниты). Кроме ферромагнитов, существуют диамагнетики, парамагнетики и антиферромагнитные мате­риалы. Они отличаются друг от друга магнит­ной проницаемостью μ или магнитной вос­приимчивостью k).

Диамагнетики

Магнитная восприимчивость диамагнетиков k_dia не зависит от температуры.

Парамагнетики

Магнитная восприимчивость к_рarа изменяется по закону Кюри:

к_рarа = С/Т ;

С — постоянная Кюри;

Т — температура в градусах К.

Ферромагнетики и ферродиэлектрики

Ферромагнетики и ферродиэлектрики лавинообразно намагничива­ются до достижения точки Кюри (темпера­туры Кюри Т_с). При температуре выше точки Кюри они приобретают свойства парамаг­нетиков. При Т > Т_с описываемая законом Кюри-Вейсса магнитная чувствительность равна:

к = С/(Т-Т_с).

Индукция насыщения ферромагнетиков выше, чем у ферродиэлектриков. При этом ферродиэлектрики являются магнитными.

Антиферромагнитные материалы

Примеры: MnO, MnS, FeCI₂, FeO, NiO, Or, V2O3, V2O4.

Как и в случае с ферродиэлектриками, маг­нитные моменты лежат в непараллельных плоскостях. Эффективность намагничивания такого материала равна нулю. При темпера­туре выше точки Нееля (температуры Нееля T _N ), антиферромагнитные материалы подобны парамагнетикам. При T > T_N антиферромагнитная восприимчивость описывается выражением:

к = С/(T+Θ) ,

где Θ — асимптотическая температура Кюри.

Магнитомягкие материалы

Определение материалов этого класса при­ведено в соответствии с Германскими про­мышленными стандартами DIN. Магнитомягкие металлы (DIN-IEC 60404- 8-6).

Многие материалы, определяемые этим стандартом, включены также в стандарты DIN 17405 (реле постоянного тока) и DIN- IEC 740-2 (преобразователи и электрические реакторы).

буква, цифра 1, цифра 2 — цифра 3. Буква обозначает основной компонент сплава: «А» — чистое железо, «С» — кремний, «Е» — никель, «F» — кобальт.

Цифра 1 в обозначении материала указы­вает на концентрацию основного легирую­щего элемента. Цифра 2 определяет форму кривой гистерезиса: 1 — круговая, 2 — пря­моугольная. Цифра 3 обозначает свойства, придаваемые легирующим элементом материалу. Она указывает на минимальную на­чальную магнитную проницаемость μ_a/1,000 никелевых сплавов; в других сплавах она ука­зывает на наибольшую коэрцитивную напря­женность магнитного поля (в А/м). В зависи­мости от геометрической формы материалов меняются их свойства и область применения. Данные материалов, указанные в извлече­ниях из стандарта, представляют собой очень общий обзор свойств этих материалов.

Тонколистовая электросталь (входит в стандарт DIN 46400).

Обозначение: буква 1, цифра 1 — цифра 2, буква 2. Первая буква «М» обозначает металличе­ские материалы. Цифра 1 указывает на сто­кратную максимальную потерю на перемагничивание при 1,5 или 1,7 Тл и 50 Гц в Вт/кг. Цифра 2 указывает на номинальную глубину намагничиваемого слоя в мм.

Буква 2 обозначает: «А» — холоднокатанная термически обрабо­танная электросталь без ориентации зерен (DIN-EN 10106). У термически обработан­ной электростали с ориентацией зерен (DIN-EN 10107): «N» обозначает стандарт­ную потерю магнитных свойств; «S» — ограниченную потерю магнитных свойств; «Р» — нижний предел потери магнитных свойств; «D» — холоднокатанную нелегиро­ванную электросталь без термообработки (DIN-EN 10126); «Е» — холоднокатанную леги­рованную электросталь без термообработки (DIN-EN 10165).

Материалы для преобразователей и электри­ческих реакторов (DIN-IEC 740-2). Включают классы сплавов С21, С22, Е11, Е31 и Е41, относящиеся к стандарту мягкомагнит­ных материалов (DIN-IEC 60404-8-6).

Стандарт, главным образом, содержит значе­ния минимальной магнитной проницаемости листовых сердечников для установленных секций тонколистовых сердечников (YEI, YED, YEE, YEL, YUI и YM).

Материалы для реле постоянного тока (DIN 17405).

• Буква «R» (материал для реле);
• Буквы для обозначения легированных материалов: Fe — нелегированное железо; Si — кремние­вые стали; Ni — никелевые или легированные стали;
• Код для обозначения наибольшей коэрци­тивной напряженности магнитного поля;
• Буквы для обозначения условий поставки материла: «U» — в необработанном виде; «GB» — штампованный термически обработанный; «GT» — предварительно термически обработанный для холодной штамповки; «GF» — окончательно термически обработан­ный.

Обозначения по DIN-IEC 60404-8-10 маг­нитных материалов для реле, основанных на железе и стали:

• Буква «М»;
• Наибольшая величина коэрцитивной на­пряженности магнитного поля в А/м;
• Буква, обозначающая состав материала: «F» — чистое трехвалентное железо; «Т» — легированная сталь; «U» — нелегированная сталь;
• Буква для обозначения условия поставки: «Н» — горячекатанная; «С» -холоднокатан- ная или холоднотянутая;
• Пример: М 80 ТН.

Металлокерамические материалы для слабо­магнитных элементов (DIN-IEC 60404-8-9). Обозначения:

• Буква «S» — металлокерамические мате­риалы;
• Далее — основные легирующие элементы, например, Fe плюс Р, Si, Ni или Со;
• Далее — наибольшая величина коэрцитив­ной напряженности магнитного поля в А/м.

Магнитомягкие ферритные сердечники (DIN 41 280).

Формируются из деталей, изготовленных из металлокерамических материалов с общей формулой МО • Fe₂0₃, где М — один или бо­лее двухвалентных металлов Cd, Со, Са, Мд, Mn, Ni, Zn.

Обозначение: заглавными буквами с класси­фикацией по группам в соответствии с но­минальной начальной магнитной проницаемостью. Для подразделения на подгруппы используются дополнительные цифры.

Стандартный диапазон коэрцитивной на­пряженности магнитного поля слабомагнит­ных ферритов Н_с составляет 4-500 А/м. При напряженности магнитного поля 3000 А/м, магнитная индукция В находится в диапазоне 350-470 мТл.

Порошковые композиционные материалы

Порошковые композиционные материалы еще не стандартизированы, но находят все большее применение. Они состоят из ферромагнитного металлического порошка (желез­ного или из сплавов железа) и органического или керамического связующего. Порошко­вые материалы изготавливаются по тем же технологиям, что и спеченные металлы. К от­дельным этапам производства относятся:

• Смешивание сырья (металлического по­рошка и связующего);
• Формирование материала штамповкой или прессованием;
• Термическая обработка ниже температуры плавления ( 3 ; цифры справа — на величину H_cj в кА/м (в десятых долях). Постоянные магниты со связующим материалом обозначены в конце буквой р .

Обозначение сокращенных названий или цифровых кодов:

Структура цифр кода (DIM IEC 60404-8- 1:2005-8):

Буква кода (группы)

+ 1-я цифра (тип материала),

+ 2-я цифра 0 (изотропный) или 1 (анизо­тропный),

+ 3-я цифра (различные уровни качества).

R — металлические материалы постоянных магнитов, например,

R1 — сплавы алюминия-никеля-кобальта- железа-титана (AIMiCo).

S — керамические материалы постоянных магнитов, например,

S1 — магнитотвердые ферриты.

U — комбинированные материалы постоян­ных магнитов, например,

U1 — комбинированные магниты из алюминия- никеля-кобальта-железа-титана (AIMiCo),

U2 — комбинированные магниты из редкозе­мельного элемента — кобальта (RECo).

Классификация машиностроительных материалов

Материаловедение — наука о строении материалов, способах управления их составом и структурой, о влиянии состава и структуры на свойства материалов.

Материалы — это сложные или простые вещества, их смеси, гетерогенные композиции природного или искусственного происхождения, используемые или пригодные к использованию для решения практических задач.

В технике материалы подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Конструкционными называют материалы, применяемые для изготовления деталей машин, изделий и конструкций, которые должны обладать определенным уровнем прочности, надежности и долговечности. При эксплуатации детали и конструкции из этих материалов должны противостоять внешним воздействиям, имеющим механическую, тепловую и химическую природу или их сочетание. Конструкционные материалы являются основными материалами в машиностроительном производстве.

Инструментальные материалы предназначены для использования в технологических циклах изготовления деталей и изделий, для обработки конструкционных материалов при операциях формообразования, механической обработки резанием, при обработке давлением, сварке и др., а также для изготовления измерительных инструментов.

В машиностроении от правильного выбора материалов, в том числе новых, зависит решение технических задач, связанных с повышением работоспособности и надежности конструкций и механизмов, уменьшением их массы и экономией средств.

Конструкционные материалы могут быть классифицированы по нескольким признакам.

По области применения конструкционные материалы подразделяют на машиностроительные, строительные и материалы с особыми свойствами — так называемые функциональные материалы, например, используемые в приборостроении или атомной энергетике.

Материалы, применяемые в машиностроении и приборостроении, можно классифицировать в соответствии с различными признаками: химический состав, свойства, способы получения, назначение и т. п.

Наиболее общей является классификация материалов по их химической природе: металлические, неметаллические и композиционные материалы (рис. 1.1).

Основную группу конструкционных материалов представляют металлические материалы — металлы и сплавы. Их относят к неорганическим веществам. Металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные. Черные металлы — это железо и сплавы на его основе: стали и чугуны; цветные металлы — это алюминий, титан, медь, магний, никель, олово, свинец и сплавы на их основе. К цветным относят также тугоплавкие сплавы — на основе хрома, ванадия, молибдена, ниобия, тантала и вольфрама.

Неметаллические материалы могут быть как неорганическими, так и органическими. К органическим относят пластмассы на основе углеродных полимеров, резины, органическое стекло. Неорганические материалы — это техническая керамика, стекла, интерметаллические соединения типа металл — металл. Техническая керамика включает соединения различных элементов с кислородом (оксиды), углеродом (карбиды), азотом (нитриды), а также графит.

Композиционные материалы (композиты) сочетают в себе свойства нескольких материалов. Композиты получают в результате искусственного объединения двух или более разнородных компонентов с четкой границей между ними. Композиционные материалы могут состоять как из одинаковых по химической природе материалов (металл — металл, неметалл — неметалл), так и из сочетания металлических и неметаллических материалов.

По назначению конструкционные материалы классифицируют в соответствии с условиями работы деталей, выполненных из этих материалов. В машиностроении эти условия отличаются значительным разнообразием. Такие детали, как поршни двигателей, карданные валы, клапана двигателей, пружины, подшипники качения и скольжения, подвергаются при эксплуатации воздействию различных внешних факторов — механическим нагрузкам, температуре, влиянию внешней среды.

В зависимости от условий работы изделий их материал должен отвечать определенным требованиям к свойствам: статической и циклической прочности, пластичности, жаропрочности, хладостойкости, износостойкости, коррозионной стойкости, жаростойкости и другим свойствам.

Виды механической нагрузки влияют на выбор материалов с различным уровнем характеристик:

• статической прочности (пониженной, средней, высокой);

• циклической прочности (выносливости);

• циклической контактной прочности;

При одновременном воздействии механической нагрузки и повышенной температуры используют жаропрочные материалы. С учетом температуры эксплуатации применяют материалы

• хладостойкие (климатические температуры);

• криогенные (температуры сжиженных газов);

• жаростойкие (повышенные температуры).

При агрессивном воздействии внешней среды используют коррозионно-стойкие материалы.

Инструментальные материалы по применению подразделяют на материалы

• для механической обработки резанием;

• для обработки давлением (прокатка, штамповка, прессование, волочение и т. п.);

• для измерительных инструментов.

С учетом технологии изготовления машиностроительные материалы на металлической основе подразделяют на литейные, деформируемые, гранулированные и порошковые. В случае применения литейных материалов основную форму и размеры изделия получают методом литья. При использовании деформируемых материалов для изготовления основной формы и размеров изделия необходимо несколько технологических этапов: литье, горячая и холодная деформация, а также механическая обработка резанием.

Гранулированные материалы получают из гранул, порошковые — из порошков с применением технологий порошковой металлургии: спекания, брикетирования, прессования и других видов деформации. Гранулы — это частицы или неразделимый конгломерат размером 1. 10 мм. Порошок — это совокупность частиц твердого вещества, имеющих размеры 0,001. 1 мм, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой в единое тело.

Классификация строительных материалов, их основные свойства

Строительные материалы и изделия классифицируют по ряду признаков:

· по происхождению — на природные или естественные (гранит, песок и др). и искусственные (керамика, стекло и др.);

· по химическому составу – на минеральные (металлы и сплавы на их основе, цемент и т.п.) и органические (древесина, полимеры и т.п.);

· по назначению — на конструкционные, вяжущие, отделочные, тепло­изоляционные, для полов, для остекления и др.

Как правило, минеральные материалы отличаются высокой плотностью, прочностью, морозостойкостью, химической стой­костью и огнестойкостью. Коэффициент теплопроводности таких материалов выше, чем органических. Их применяют для конструк­ционных элементов и деталей.

Органические материалы в большинстве случаев не обладаю­т высокой прочностью и огнестойкостью, за исключением древесных, поэтому их используют в качестве теплоизоляционных, отделоч­ных, кровельных.

Основные свойства строительных материалов условно можно разделить на несколько групп.

К первой группе относятся физические свойства строительных материалов: плотность и пористость.

Плотность (ρ, кг/м 3 ) — величина, определяемая отношением массы материала к занимаемому им объему.

Пористость оценивается отношением объема пор к общему объему материала. Она существенно влияет на эксплуатационные и теплотехнические свой­ства материала. Пористость строительных материалов колеблется в очень широ­ких пределах, от нуля (сталь, стекло) до 0,9 (плиты из минеральной ваты).

Вторую группу составляют эксплуатационные свойства строительных материалов, характеризующие устой­чивость материала в условиях эксплуатации в зданиях и сооружениях. К ним относят главным образом следующие свойства: водопоглощение, гигроскопичность, водопро­ницаемость, морозостойкость.

Водопоглощением называется степень насыщения материала водой. Водопоглощение определяют как отношение разности масс образца материала, насыщенного водой, и абсолютно сухого к мас­се сухого образца (в процентах).Водопоглощение различных строительных материалов колеб­лется в очень широких пределах. Например, водопоглощение глиняного обык­новенного кирпича составляет 8. 20 %, керамических плиток — не выше 2%, тяжелого бетона — около 3%, гранита — 0,5. 0,7 % и т. д.

Гигроскопичность (от гигро. и греч. skopeo — наблюдаю) — способность строительных материалов поглощать влагу из окружающей среды (обычно пары воды из воздуха). Гигроскопичность как и водопоглощение различных строительных материалов колеб­лется в очень широких пределах.

Водопроницаемостью называется способность материала про­пускать воду под давлением. Водонепроницаемость зависит от плот­ности и строения материалов. Особо плотные материалы (напри­мер, стекло), а также материалы с замкнутыми мелкими порами водонепроницаемы. Водопроницаемость характеризуется массой (объемом) воды, прошедшей за 1 ч через участок поверхности материала площадью 1 см 2 при постоянном давлении.

Морозостойкость — способность материалов, насыщенных водой, выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного пони­жения прочности. Морозостойкость материала характеризуется количеством цик­лов попеременного замораживания и оттаивания.

К третьей группе относятся механические свойства строительных материалов: прочность, твердость, истираемость и др.

Прочность — способность материала противостоять разруше­нию при внешних воздействиях. На конструкции действуют силы тяжести тех элементов, которые они несут. На них воздействуют температурные деформации деталей, давление ветра, воды и др. В зависимости от характера нагрузки в материале возникают де­формации растяжения, сжатия, изгиба, сдвига (среза). Обычно предел прочности материалов выражается в мегапаскалях: например, торфяных плит—0,5 МПа, стали—500. 1500 МПа. Предел прочности строительного кирпича при сжатии составляет 7,5. 30 МПа, а при изгибе— 1,5. 40 МПа.

Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего более твердого тела (индентора) в виде шарика, конуса или пирамиды. Она характеризуется отношением нагрузки к площади отпечатка, оставленного индентором, или глубиной внедрения индентора. Твердость для большинства строительных материалов пропорциональна их прочности.

Истираемость — способность материала противостоять изна­шиванию при трении. Характеризуется она потерями массы образ­ца в течение некоторого времени. Истираемость материала зависит от его твердости. Твердость и истираемость являются одними из основных характеристик тех материалов, которые подвергаются трению (материалы для полов, лестниц и т. д.).

В четвертую группу объединены теплотехнические свойства строительных ма­териалов, важнейшими из которых являются: теплопроводность, огнестойкость и огне­упорность.

Теплопроводностью называется способность материала переда­вать тепловой поток, возникающий вследствие разности температур па поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность — одна из основных характеристик материа­лов, используемых при устройстве ограждающих конструкций зданий (наружных стен, покрытий и т. д.), и в особен­ности теплоизоляционных материалов. Она зависит от степени пористости материала, характера пор, влажности, плотности и средней температуры, при которой происходит передача теплоты.

Огнестойкость — способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур. По огнестойкости строи­тельные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудно­сгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы в открытом пламени или при высокой температуре не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, горение (тление) таких материалов продолжается только при нали­чии источника огня, а после его удаления прекращается. Сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.

Огнеупорность — свойство материала противостоять длитель­ному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

В пятую группу входят химические свойства, характеризующие способность строительных материалов быть химически стойкими в различных средах, не вступая с ними во взаимодействие. К важнейшим химическим свойствам относят коррозионную стойкость, окисляемость, кислотостойкость и др.

Иногда также выделяют так называемые технологические свойства строительных материалов, которые характеризуют способность материала к обработке при изготовлении из них строительных изделий.

3. Керамика и её важнейшие потребительские свойства. Основы технологии керамики и изделий на ее основе. Общая характеристика ассортимента керамических изделий. Классификация строительных керамических материалов и изделий, маркировка, требования к ка­честву согласно стандартам. Маркировка, условия поставки, транспортирования и хранения керамических изделий.

Керамика и её важнейшие потребительские свойства

Керамика — (греч. keramike — гончарное искусство — от keramos — глина), искусственные изделия и материалы, полученные спеканием глин и их смесей с минеральными добавками.

Керамические изделия характеризуются хорошими эксплуатационными, механическими, химическими свойствами. Эти свойства обусловливают высокую долговечность керамических изделий в строительных конструкциях. Вместе с тем керамические изделия имеют следующие недостатки: сравнительно высокую плотность и теплопроводность, для технологии керамики характерны длительный производственный цикл, а также высокая энергоемкость и капиталоемкость производства.

Хотя керамические изделия являются самыми древними из искусственных материалов, технология керамики в последнее время бурно развивается в направлении создания так называемых композиционных материалов на их основе.

Сырьевые материалы, используемые для производства керамических изделий, подразделяют на пластичные и непластичные.

Основным пластичным материалом является глина – осадочная горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.). Разновидности глины выделяют по преобладанию того или иного глинистого минерала. Главные компоненты глины: SiO₂ (30-70%), Al₂O₃ (10-40%) и Н₂О (5-10%).

Основным непластичными материалами являются: отощающие материалы — песок, шлак (для снижения пластичности и усадки глин); флюсы — мрамор, доломит (для снижения температуры спекания глин); порообразующие материалы — мел, древесные опилки, зола (для снижения теплопроводности); специальные добавки (например, красители).

Строительные материалы — основные свойства

Изучая строительные материалы, их классифицируют по отраслям применения в строительстве, например кровельные (рубероид, асбестоцементный шифер, черепица); стеновые (кирпич, керамическая камни, ячеистые и шлакобетонные блоки, деревянный брус).

Для повышения эффективности строительства важным является снижение массы строительных конструкций. Это способствует снижению затрат на их перевозку, уменьшению мощности подъемно-транспортных средств, укрупнению строительных конструкций. Это направление реализуется увеличением производства легких металлических конструкций, легких бетонов на пористых заполнителях и ячеистых бетонов, а также производства особенно легких заполнителей, материалов из пластмасс и тому подобное.

Рост поверхности строящихся зданий, степени насыщенности их инженерным и технологическим оборудованием требует увеличения выпуска конструкций с высокой несущей способностью, в том числе с предварительно напряженной арматурой. Для защиты ограждающих конструкций от климатических факторов необходимые материалы из-малыми водопоглощением и теплопроводностью, высокими морозо- и огнестойкостью. Повышение уровня внутреннего благоустройства зданий и гигиенических требований по ним требует разработки специальных материалов для канализации и водостоков, которые имеют высокую коррозионную стойкость и водонепроницаемость.

Повышение эстетических требований к зданиям способствовало расширению ассортимента отделочных материалов.

Строительные материалы выполняют свои функции только тогда, когда они прогрессивные, то есть снижают материалоемкость конструкций, обеспечивая нужную прочность, если их изготовления уменьшает за траты труда, топлива и электроэнергии.

В современном строительстве целесообразно как можно шире использовать местные материалы, применяя для их изготовления техногенные отходы других производств (шлаки, золы, опилки и т.д.). Благодаря этому удается устранить проблему доставки строительных материалов на объекты за тысячи километров. Местные материалы (кирпич, дерево, природный камень) успешно заменяют железобетон, значительно удешевляют строительство, способствуют решению экологической проблемы и дают существенную экономию.

Номенклатура строительных материалов и изделий разнообразна, однако они органически взаимосвязаны общим функциональным назначением — использованием в строительстве. Основным критерием для сопоставления различных видов материалов являются их технические характеристики. Именно поэтому изучение курса «Строительные материалы» начинается с раздела «Основные свойства строительных материалов и изделий».

Выбирая материал, нужно учитывать класс здания или сооружения, его конструктивное назначение, а также действие внешних факторов (физических, химических и т.д.), под влиянием которых изменяются свойства строительных материалов.

В зависимости от назначения (для дорожных покрытий, теплоизоляции, гидроизоляции и т.д.) строительные материалы характеризуются определенным комплексом свойств, которые чаще всего задают в виде числовых величин, установленных нормативными документами — межгосударственными и государственными стандартами, техническими условиями или строительными нормами. Однако даже материалы одной по назначению группы (например, облицовочные), используемые в различных условиях (облицовка операционных, цехов химических предприятий, гидротехнических сооружений и т.п.), должны кроме общих для данной группы свойств иметь еще и специфические: повышенную гигиеничность, химическую стойкость, водостойкость тому подобное.

Свойства строительных материалов в значительной степени зависят от их структуры, химического, минералогического и фазового состава, на которые, в свою очередь, влияют условия образования их в природе или свойства сырья, а также особенности технологии изготовления и обработки искусственных строительных материалов.

В зависимости от строения (макроструктуры) материалы могут быть плотными (гранит, сталь), пористыми (пеностекло, ячеистые бетоны), пухкозернистимы (песок, щебень), слоистыми (фанера, слоистые пластики) и волокнистыми (шлаковата, древесина). Строение материала существенно влияет на его свойства. Например, чем больше пористость, тем более легкий материал, меньший коэффициент теплопроводности.

По структурным состоянием материалы разделяют на изотропные, что во всех направлениях имеют одинаковые свойства, поскольку частицы, из которых состоит материал, равномерно распределены в массе, и анизотропные, имеющих слоистую или волокнистое строение с определенной направленностью слоев (волокон), в связи с чем их свойства в разных направлениях различны. Например, коэффициент теплопроводности древесины дуба вдоль волокон составляет 0,4 Вт / (м • К), а поперек волокон — 0,2 Вт / (м • К).

Строительные материалы минерального происхождения могут находиться в кристаллическом и аморфном состояниях (микроструктура). Большинство природных и искусственных каменных материалов — это кристаллические тела, для которых характерно правильное размещение ионов (атомов, молекул) в виде пространственной решетки в отличие от аморфных, где атомы размещены хаотично. Это состояние также влияет на свойства материалов. Например, кремнезем кристаллический (кварц) является химически стойким материалом (кроме плавиковой кислоты), тогда как аморфный кремнезем (трепел) в обычных условиях реагирует с такой слабой основой, как Са (ОН) 2.

Для некоторых природных и искусственных каменных материалов характерно «явление полиморфизма, когда одна и та же вещество под действием определенных факторов может принимать различные модификаций (различных кристаллических форм). Например, кварц, который в природе обычно встречается в виде Р-кварца, с повышением температуры переходит из одной модификации в другую: при 573 ° С — в а-кварц, при температуре свыше 1050 ° С — в акристобалит, который при 1400 .. .1450 ° С переходит в стр-тридимит. Эти модификационные преобразования сопровождаются изменением объема, нужно учитывать, например, при обжиге кирпича.

На свойства строительного материала существенно влияет его состав.

Химический состав обычно характеризуется количеством оксидов (в процентном выражении), содержащиеся материал. По наличию тех или иных оксидов можно делать выводы о химической устойчивости, прочности, огнестойкости и других свойств материала.

Минералогический состав выражается видом и количеством минералов (химических соединений), которые образуют строительный материал минерального (неорганического) происхождения. Материалы могут быть моно- и полиминеральными. В последнем случае большое значение приобретает количественное соотношение минералов с различными свойствами. Изготавливая искусственные строительные материалы, можно регулировать это соотношение, то есть управлять их свойствами (разновидности портландцемента).

Фазовый состав характеризуется наличием в материале различных фаз: твердой (кристаллические и аморфные вещества), жидкой (вода) и газообразной (воздух). Твердые вещества образуют «каркас» материала, стенки пор, которые обычно заполнены воздухом и водой. Когда вода вытесняет воздух «потому происходит переход воды в твердое состояние (лед), тогда изменяются прочность и теплопроводность материала.

Свойства искусственных материалов можно регулировать в процессе их изготовления, меняя сырье, технологические параметры и оборудования, а также используя различные добавки. При этом, даже применяя один и тот же вид сырья, можно выпускать разные по свойствам строительные материалы. Например, с глинистой сырья можно производить полую керамический кирпич со средней плотностью 1350 кг / м³, а также легкий заполнитель бетона — керамзит со средней плотностью 350 кг / м³.

Чтобы определить свойства строительных материалов, их подвергают различным испытаниям в лабораториях на специальных машинах и приборах, используя также специальную измерительную аппаратуру, в результате испытаний получают конкретные числовые показатели, характеризующие свойства материала.

Чтобы облегчить изучение различных видов строительных материалов, их основные свойства можно классифицировать по отдельным группам.

Физические свойства можно разделить на следующие подгруппы:

структурно-физические, характеризующие особенности физического состояния материала: истинная плотность, удельный вес, средняя плотность, насыпная плотность, пористость, пустотность, строение и структура;

гидрофизические, обусловливающие реакцию материала на действие влаги: гигроскопичность, капиллярное всасывание, водопоглощение, водостойкость, влажность, водоотдача, водо- и паропроницаемостью, гидрофильность, гидрофобность, влаги деформации (набухание и усадка), морозостойкость;

теплофизические, определяющие реакцию материала на действие теплоты и огня; теплопроводность, теплоемкость, теплостойкость, термическая устойчивость, температурные деформации, температуропроводность, теплоусвоения, огнестойкость, огнеупорность, жаростойкость.

Физико-механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушению под действием различных механических нагрузок: прочность (при сжатии, растяжении и изгибе), твердость, истираемость, сопротивление удару, сопротивление износу, деформативные свойства (упругость, пластичность, хрупкость, ползучесть, усталость, релаксация ).

Физико-химические свойства характеризуют взаимосвязь физического и химического состояний или химических процессов, которые происходят в строительных материалах: дисперсность, вязкость, пластичность минерального теста, когезия, адгезия, способность к твердения и эмульгирования.

Химические свойства отражают способность материала к химическим превращениям при взаимодействии с веществами, которые контактируют; с ним: устойчивость к действию минерализованных сред, кислото- и щелочестойкость, токсичность и др.

Технологические свойства определяют способность материала подвергаться технологической переработке при изготовлении, и последующей обработке: технологичность, полирувальнисть, дробимости. гвоздимисть, обрабатываемость, розпилюванисть, абразивность, расслаиваемость, слеживаемость и тому подобное.

Специальные свойства: декоративность (цвет, блеск, фактура), акустические свойства (звукопоглощение, звукопроницаемость, звукоизоляция), электропроводность, прозрачность, газопроницаемость, радиационная непроницаемость.

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушительному действию внешних факторов: атмосферо- и повитростийкисть, биостойкость, коррозионная стойкость, старение, надежность и тому подобное.

Технические характеристики строительных материалов следует приводить в-Международной системе единиц (СИ) в соответствии с СН 528-80 «Перечень единиц физических величин, подлежащей применению в строительстве».