Блог Вельнечука Дмитра Георгійовича: Основи матеріалознавства

Число.01.09.2020

Тема. Вступ, класифікація матеріалів за електропровідністю

Вступ

Матеріал - це об'єкт, що володіє певним составом, структурою й властивостями, призначений для виконання певних функцій. Матеріали можуть мати різний агрегатний стан: тверде, рідке, газоподібне або плазмове. Функції, які виконують матеріали - різноманітні. Це може бути забезпечення протікання струму - у провідникових матеріалах, збереження певної форми при механічних навантаженнях - у конструкційних матеріалах, забезпечення непротікання струму, ізоляція - у діелектричних матеріалах, перетворення електричної енергії в теплову - у резистивних матеріалах. Звичайно матеріал виконує кілька функцій, наприклад діелектрик обов'язково випробовує якісь механічні навантаження, а значить є конструкційним матеріалом.

Матеріалознавство - наука, що займається вивченням складу, структури, властивостей матеріалів, поведінку матеріалів при різних впливах: теплових, електричних, магнітних і т.д., а також при комбінації цих впливів. Теоретичною основою матеріалознавства є фізика й хімія. Стихійними матеріалознавцями були ще прадавні люди, наприклад, що навчилися робити кам'яні наконечники або сокири з певних каменів із шаруватою структурою. Технічний прогрес людства багато в чому заснований на матеріалознавстві. У свою чергу технічний прогрес дає нові можливості, методи, прилади для матеріалознавства, дозволяє створювати нові матеріали.

Розглянемо приклад з комп'ютерною технікою. Перші комп'ютери були на вакуумних електронних лампах і мали порівняно скромні можливості. Розмір їх був приблизно зі спортивний зал, розмір одиничного елемента для зберігання й обробки інформації становив кілька сантиметрів. Після відкриття напівпровідників розмір елемента поменшився приблизно в 10 раз, розміри комп'ютера поменшилися також приблизно в 10 раз. У міру дослідження напівпровідників їх розмір зменшувався, поки не відбувся якісний стрибок після відкриття інтегральних схем, коли кілька транзисторів з'єднали в одному елементі. Надалі й цей елемент постійно зменшувався й у ньому з'єднували все більшу кількість транзисторів. У цей час елементарний транзистор має розмір приблизно 0.5 мкм, у більших інтегральних схемах з'єднуються тисячі елементів. Передбачається, що в найближчому майбутньому буде поступово здійснюватися перехід на масштаб 0.2 мкм і 0.18 мкм. Є ідеї про створення елементів розміром з молекулу!

2.Класифікація матеріалів за електропровідністю,і їхні електричні властивості.

Усі електротехнічні матеріали діляться на групи по їх електропровідності з обліком функціонального призначення.

Провідникові матеріали. Чисті метали і їх сплави. Вони мають низький питомий опір ( високу провідність ). З них виготовляють струмоведучі частини електричних машин і апаратів: обмотки, котушки, контакти, струмоведучі жили проводів і кабелів.

Напівпровідникові матеріали. Ця група матеріалів має керовану провідність. Тобто, прикладаючи до виробів із цих матеріалів невелику керуючу напругу можна переводити їх зі струмопровідного стану в ізолююче. До напівпровідників належать такі матеріали як кремній, германій, селенів, арсенід галію. З них виготовляють силові електронні ключі: тиристори, транзистори.

Діелектрики. Це матеріали – антиподи провідників, вони мають високий питомий опір (низьку провідність ). Діелектричні матеріали мають надзвичайно важливе значення для електротехніки. Діелектрики використовуються в різних електротехнічних пристроях для створення електричної ізоляції, яка оточує струмоведучі частини електротехнічних пристроїв, відокремлює одну від одної частини, що перебувають під дією різних електричних потенціалів.

Ще одна область застосування діелектриків – це діелектрики в конденсаторах, що служать для нагромадження енергії електричного поля й створення певного значення електричної ємності конденсаторів.

Інша назва діелектриків – електроізоляційні матеріали. Призначення електричної ізоляції – не допустити проходження електричного струму по яких-небудь шляхах, не передбачених конструкцією або схемою пристрою. Очевидно, що ніякий пристрій не може бути виконаний без застосування електроізоляційних матеріалів.

У різних випадках до електроізоляційних матеріалів пред'являють найрізноманітніші вимоги. Крім електроізоляційних властивостей велике значення мають механічні, теплові й інші фізико-хімічні властивості. Важливе значення має також вартість і дефіцитність матеріалів.

По агрегатному стану електроізоляційні матеріали діляться на тверді, рідкі й газоподібні.

Велике практичне значення має розподіл електроізоляційних матеріалів відповідно до їхньої хімічної природи на органічні й неорганічні. Органічні матеріали мають коштовні механічні властивості – гнучкістю, еластичністю, їм легко надавати необхідну форму, однак за рідкісними винятками вони мають відносно низьку нагрівостійкість.

рис. 1. 1 Класифікація матеріалів

Композиційними називаються складні матеріали, до складу яких входять дуже різні за властивостями, нерозчинні або малорозчинні один в одному компоненти, які роздiленi в матерiалiв яскраво виявленою межею.

ЕЛЕКТРОТЕХНIЧНИМИ називаються матеріали, які мають певні особливості по відношенню до електромагнітного поля, i які використовуються в техницi з урахуванням цих особливостей.

По відношенню до магнітного поля електротехнiчнi матеріали поділяються на: діамагнетики, парамагнетики i феромагнетики.

Діамагнетики — матеріали, які намагнічуються протилежно до прикладеного поля та послаблюють його (відносна магнітна проникність ).

Парамагнетики — матеріали, які мають відносну магнітну проникність (Al та iн.) та слабо намагнічуються зовнішнім полем.

Феромагнетики характеризуються великим значенням вiдносної магнiтної проникностi (залiзо, нікель, кобальт). Їх здатність сильно намагнiчуватися широко використовується в технiцi.

По вiдношенню до електричного поля матерiали подiляються на три групи : провiдники, напівпровідники i дiелектрики.

Провідниками називаються матерiали зi значенням питомого електричного опору в межах . Використовуються для провiдникiв постiйного та змiнного струму, резисторiв, контактiв та ін.

Напівпровідниками називаються матерiали, якi за питомим електричним опором займають промiжне мiсце мiж провiдникамиi дiелектриками : .

Вiдмiнною особливiстю напівпровiдникiв є сильна залежнiсть вiд концентрацiї домiшкових носiїв електричного струму та їх рухливостi, а також часу життя носiїв електричного струму. Кожназ цих характеристик залежить вiд виду та кiлькостi домiшок, а також вiд дефектiв кристалiчної структури.

Напівпровідники використовуються для випрямлення, пiдсилення сигналiв i та ін.

Діелектриками називаються матерiали у яких . Характерною особливiстю діелектрикає здiбнiсть поляризуватися в електричному полi.

Дiелектрики можна подiлити на пасивнi: електроiзоляцiйнiі конденсаторнi; та активнi, тобто тi, якими можна керувати (наприклад: :п'єзоелектрики та iн.).

П'єзоелектрики — речовини, у яких пiд дiєю механiчних напруг виникає поляризацiя (прямий ефект), та навпаки, пiд дiєю електричного поля змiнюються розмiри (зворотнiй п'єзоефект). Цi ефекти використовуються для збудження звукових i УЗ хвильв середовищі та прийому ехо-сигналiв.

П'єзоелектрики являються основною складовою частиною дефектоскопiв, УЗ дiагностичних сканерiв, УЗ терапевтичнихі хiрургiчних апаратiв, iнгаляторiв; дальномірiв, систем охоронної сигналiзацiї, гiдроакустичних пошукових станцiй i багатьох iнших акустичних пристроїв.

До матерiалiв спецiального призначення вiдносяться, наприклад звуко- i вiбропоглинаючi матерiали, звукоiзоляцiйнi матерiали.

Основне призначення звукоiзоляцiйних матерiалiв полягаєу тому, щоб перешкоджати поширенню звуку. Вони мають коефiцiєнт вiдображення, який близький до одиницi.

Звукопоглинаючий матерiал поглинає енергiю звука, який розповсюджується в ньому.

Вiбропоглинаючі матерiали володiють здатністю перетворювати частину коливальної енергiї в теплову при деформацiях.

Закріплення знані:

1. Дайте визначення матеріалу

2. Чим займається матеріалознавство

3. Дайте визначення діелектриків

Число.08.09.2020

Тема. Класифікація матеріалів за різними властивостям

1.Класифікація матеріалів за магнітними властивостями.

Магнітно-м’які матеріали, можна поділити на три групи: електротехнічні сталі, сплави на основі заліза з іншими металами (нікель, кобальт, алюміній) і ферити (неметалеві феромагнетики). До магніто-м'яких матеріалів відносяться, наприклад, чисте залізо, електротехнічна сталь і деякі сплави. Ці матеріали застосовуються в приладах змінного струму, у яких відбувається безперервне перемагнічування, тобто зміна напрямку магнітного поля (трансформатори, електродвигуни).

Магнітно-тверді матеріали. Магнітно-тверді матеріали, застосовують:

- для виготовлення постійних магнітів;

- для запису інформації (наприклад, для звукозапису).

При оцінці властивостей магнітно-твердих матеріалів можуть виявитися істотними механічні властивості (міцність), оброблюваність матеріалу в процесі виробництва, а також щільність, питомий електричний опір, вартість і ін. Особливо важливе у деяких випадках питання стабільності магнітних властивостей.

Найважливішими матеріалами для постійних магнітів є сплави Fe-Ni-Al. Велику роль в утворенні висококоерцитивного стану цих сплавів грає механізм дисперсійного твердіння.

Такі матеріали мають велике значення коерцитивної сили, тому що їх намагнічування відбувається в основному за рахунок процесів обертання.

Феромагнетики (магнітні матеріали) - мають залежить від

напруженості магнітного поля (наприклад: залізо, нікель, кобальт і їх сплави,

сплави хрому і марганцю, ферити різного складу).

Ферити — це неметалеві магнітні матеріали (тверді розчини), виготовлені із суміші оксидів заліза з оксидами магнію, міді, марганцю, нікелю та інших металів. Загальна формула феритів має вигляд МеO×Fе2Оз, де Me – будь-який метал.

2.Класифікація за мех. властивостям матеріалів.

пружність – здатність тіл відновлювати розміри (форму та об’єм) після зняття навантаження;

еластичність – здатність матеріалу змінювати розміри під дією зовнішніх навантажень;

жорсткість – здатність матеріалу протидіяти зовнішнім навантаженням;

міцність – здатність тіл протидіяти руйнуванню під дією зовнішніх сил;

пластичність – здатність тіл зберігати (повністю або частково) зміну розмірів після зняття навантажень;

хрупкість – здатність матеріалу руйнуватися без виникнення помітних залишкових деформацій;

твердість — здатність матеріалу чинити опір деформуванню та руйнуванню під дією місцевих контактних зусиль

3.Класифікація за фізико-хімічним властивостями матеріалів

Щільність матеріалу показує, скільки він важить, коли займає певний об'єм.

Щільність металів (при 20 ° C)

	r, 103 кг/м3
Алюміній	2.6889
Вольфрам	19.35
Графіт	1.9 - 2.3
Залізо	7.874
Золото	19.32
Калій	0.862
Кальцій	1.55
Кобальт	8.90
Літій	0.534
Магній	1.738
Мідь	8.96
Натрій	0.971
Нікель	8.91
Олово (біле)	7.29
Платина	21.45
Плутоній	19.25
Свинець	11.336
Срібло	10.50
Титан	4.505
Уран	19.04
Хром	7.18
Цезій	1.873
Цирконій	6.45

Щільність сплавів (при 20 ° C)

	r, 103 кг/м3
Бронза	7.5 - 9.1
Сплав Вуда	9.7
Дюралюміній	2.6 - 2.9
Константан	8.88
Латунь	8.2 - 8.8
Ніхром	8.4
Платино-іридієвий	21.62
Сталь	7.7 - 7.9
Сталь нержавіюча	7.9 - 8.2
Чавун білий	7.6 - 7.8
Чавун сірий	7.0 - 7.2

Щільність деревини (сухий, при 20 ° C)

	r, 103 кг/м3
Бамбук	0.31 - 0.40
Береза	0.51 - 0.77
Дуб	0.60 - 0.90
Ялина	0.48 - 0.70
Клен	0.62 - 0.75
Модрина	0.67
Ялівець	0.56
Вільха	0.42 - 0.68
Горіх	0.64 - 0.70
Осика	0.50
Коркове	0.11 - 0.14
Сосна	0.37 - 0.60
Ясен	0.65 - 0.85

Щільність пластмас (при 20 ° C)

	r, 103 кг/м3
Вініпласт	1.38 - 1.45
Гетинакс	1.28 - 1.45
Древеснослоістий	1.25 - 1.30
Капрон	1.1 - 1.2
Лавсан	1.32 - 1.53
Пінопласт	0.2 - 0.4
Пінополіуретан	0.2
Поліамід	1.02 - 1.13
Полівінілхлорид	0.5 - 0.63
Поліпропілен	0.9 - 0.92
Полістирол	1.05 - 1.10
Поліуретан	1.21
Поліетилен	0.90 - 0.96
Смола епоксидна	1.13 - 1.20
Скловолокно	1.7 - 1.9
Скло органічне	1.18 - 1.19
Склопластик	1.65 - 1.78
Склотекстоліт	1.6 - 1.9
Текстоліт	1.25 - 1.45
Фторопласт	2.02 - 2.23

Теплове́ розши́рення — зміна геометричних розмірів (об'єму) тіла внаслідок зміни його температури^[1].

Ця властивість характерна для всіх речовин. Коли речовина нагрівається, її частинки починають інтенсивніше рухатися, що приводить до збільшення середніх відстаней між ними.

Більшість тіл збільшують свій об'єм в результаті зростання температури, однак відомо декілька винятків. Найвідомішими прикладами відхилення від правила є вода, яка в діапазоні від 0 °C до 4 °C зменшує свій об'єм при зростанні температури або чистий кремній при температурах між -255 °C та -153 °C.

Теплопрові́дність — здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності.

Явище теплопровідності полягає в тому, що кінетична енергія атомів й молекул, яка визначає температуру тіла, передається атомам і молекулам у тих областях тіла, де температура нижча.

4.Види матеріалів що застосовується під час ремонту автомобіля

1. Припої. каніфолі
2.Шиноремонтні матеріали

3. Вентиляторні паси
4. Віброізоляційні гумотехнічні вироби
5. Ущільнення гальмівних систем
6. Шланги
7. Рідинні прокладки
8. Ізоляційні матеріали

9. Пластмаси
10. Клеї та герметики
11. Грунтовки і шпаклівки
12. Розчинники і розбавники
13. Змивники
14. Шліфувальні та полірувальні матеріали

15. Миючі засоби для автомобілів

4.Закріплення знані:

1. Класифікація механічних властивостей

2. Міцність це -

3. Що відбувається під тепловим розширення

Число.11.09.2020

Тема . Класифікація металів, чавуни та сталі.

План

1. Класифікація металів

2. Чавуни та сталі

1.Класифікація металів

Металами є прості речовини більшості хімічних елементів (приблизно 80 % елементів періодичної системи елементів). Найпоширенішим хімічним елементом-металом, у земній корі є алюміній.

Вміст металів у земній корі

Метали	% маси земної кори
Алюміній	8,8
Залізо	5,1
Кальцій	3,6
Натрій	2,6
Калій	2,6
Магній	2,1
Титан	0,6
Марганець	0,09
Мідь	0,01

Доля інших металів у загальному не перевищує 2,0 %.

Широко використовуються такі типи металів:

чорні метали — залізо, манган, хром, використовуються як основні метали у чорній металургії, а їх сплави у всіх галузях машинобудування;
дорогоцінні метали: золото, срібло і платина, використовуються переважно в ювелірній промисловості;
важкі метали: мідь, цинк, олово і свинець, застосовуються в машинобудуванні, енергетиці;
рідкісні важкі метали: нікель, кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, вісмут, використовуються в сплавах з чорними металами як легуючі елементи;
легкі метали: алюміній, титан і магній, використовуються в авіації, космічній галузі;
лужні метали: калій, натрій і літій використовуються переважно у сполуках у вигляді солей та електролітів;
лужноземельні метали: кальцій, барій і стронцій, застосовуються в хімії

У техніці найбільшого застосування набули залізо, алюміній, мідь, свинець, цинк, олово, нікель. Вони ще мають назву «технічні метали».

2.Чавуни та сталі

Чаву́н — сплав заліза з вуглецем, який може містити від 2,14 до 4,3 % вуглецю і більше.

Чисте залізо має обмежене застосування. В техніці зазвичай використовують сплави заліза з вуглецем, які поділяють на сталі і чавуни. Сталі містять до 2 % вуглецю, а чавуни — від 2,14 до 4 % вуглецю і навіть більше.

Сплав заліза з вуглецем, який містить понад 2,14 (до 6,67)% вуглецю, називають чавуном. Чавун – первинний матеріал металургійної переробки залізних руд. Матеріали для одержання (плавки) чавуну в доменній печі називають шихтою. Шихта складається із залізної руди, яку попередньо готують для плавки, вапняку, необхідного для утворення шлаків, і палива, яким є металургійний кокс. Перед завантаженням у доменну піч залізну руду подрібнюють за допомогою спеціальних машин до шматків розміром 30-100 мм і збагачують, відокремлюючи від неї, по можливості, порожню породу. Для розплавлення залізної руди в доменній печі необхідна висока температура, яка утворюється за рахунок спалювання палива. Основним паливом є кокс, який одержують шляхом сухої перегонки кам'яного вугілля. Для горіння палива потрібен кисень, який беруть з повітря, що нагнітається в доменну піч. Порожня порода має дуже високу температуру плавлення. Щоб полегшити її розплавлення,застосовують флюси. Флюси, взаємодіючи з порожньою породою і золою, утворюють легкоплавкий шлак. Зазвичай, як флюс застосовують вапняк. Таким чином, залізна руда, паливо і флюси утворюють шихту, яку в певному порядку завантажують у доменну піч. Доменна піч (Рис. 13) - це шахта зі сталевих листів, яку зсередини викладено вогнетривкою цеглою. Сталевий кожух слугує для підсилення міцності. Шихту заповнюють через завантажувальний пристрій колошника. Після випуску з доменної печі чавун розливають у форми. Застиглий у формі чавун називають чушкою, яка важить приблизно 50 кг. У результаті доменного процесу утворюються відходи – шлак і доменний газ. Шлак після випускання з горна охолоджують. Його використовують у будівництві для виготовлення цементу, шлакобетону, шлакової цегли та ін.. Доменний газ, що утворюється під час згорання палива, піднімається шахтою, віддає частину свого тепла залізній руді і виходить через відводи. Його використовують для підігрівання повітря, яке подається в доменну піч як паливо для промислових цілей. Чавуни, виплавлені у доменних печах, поділяють на ливарний, переробний і спеціальні доменні феросплави. За характерним кольором на зламі чавуни поділяють на білі і сірі. Структура цих сплавів залежить від того, в якому стані у них перебуває вуглець. У білому чавуні весь вуглець перебуває у зв'язаному стані, утворюючи цементит . Такий чавун відрізняється високою твердістю і крихкістю, практично не піддається обробці різанням, тому має обмежене застосування. Його переробляють на сталь і називають переробним. Залежно від способу переробки на сталь, переробні чавуни бувають трьох видів: мартенівський, бесемерівський і томасівський. Невелика кількість білого чавуну йде для отримання ковкого чавуну. У сірому чавуні вуглець здебільшого у вигляді графітних виділень пластинчастої, кулястої або пластівчастої форми. Залежно від цього сірий чавун поділяють на звичайний, високоміцний і ковкий. Цей чавун називають ливарним. Він має хороші ливарні якості, щільно заповнює форму, його добре обробляти. Його застосовують для виробництва деталей машин, труб, санітарних приладів, санітарно-технічної арматури, деталей екскаваторів та інших будівельних машин. Механічні властивості сірих чавунів залежать від кількості, розмірів і характеру розподілу графітних виділень.Чим вони більші за формою та кількістю, тим гірші механічні властивості чавуну. Так, сірий чавун з великою кількістю крупних графітних пластинок , що розділяють його металічну основу, має грубозернистий злам і відносно низькі механічні характеристики, особливо міцність і пластичність. Найвищу міцність мають чавуни з кулястим графітом. Їх створюють модифікуванням невеликої кількості магнію, церію чи деяких інших елементів і називають високоміцними. Ковкий чавун з пластівчастим графітом за міцністю займає проміжне місце між звичайним сірим і високоміцним чавуном, проте має більшу пластичність і в'язкість. Його отримують методом випалу – томління з білого чавуну, використовуючи нестійкість цементиту. Наявність графіту в чавунах поліпшує оброблюваність різанням, підвищує їхні антифрикційні властивості, сприяє швидкому гасінню вібрацій і резонансних коливань, зменшує твердість чавуну.
У невеликих кількостях із сировини під час виплавляння чавуну можуть потрапляти різні випадкові домішки, але їхній вплив на властивості чавуну незначний. Маркують сірі чавуни, поєднуючи літери і цифри. Існуючі стандарти встановлюють такі літери позначення: Ч – чавун, С – сірий, В – високоміцний, К – ковкий. Цифрами позначують механічні характеристики чавунів. У марці звичайного сірого чавуну цифри після літер вказують границю міцності на розтяг. 2 Наприклад, СЧ10 - сірий чавун з границею міцності на розтяг 10 кГс/мм або 100 МПа. Номенклатура злитків із сірого чавуну та їхня маса різноманітні: від деталей в кілька грамів до злитків в сотні тон. Марки чавуну для конкретних умов роботи визначаються сукупністю технологічних і механічних властивостей. СЧ10, СЧ15, СЧІ8 - слабо- і середньо навантажені деталі: корпуси редукторів і насосів, кожухи, кришки, шківи, маховики, супорти, станини, фланці. СЧ20, СЧ21, СЧ25 -деталі, які працюють при підвищених статичних і динамічних навантаженнях: барабани зчеплення, блоки циліндрів, каретки, поршні, кокільні форми. СЧ30, СЧ35 - деталі, які працюють при високих навантаженнях або у важких умовах спрацювання: гільзи блоків циліндрів, зубчасті колеса, шпинделі, деталі пневматики і гідроприводів. Високоміцні чавуни позначають літерами ВЧ і двома числами через дефіс, перше з яких показує границю міцності при розтягуванні, а друге – відносне видовження, наприклад ВЧ80- 2–високоміцний чавун з границею міцності на розтяг 800 МПа і відносним видовженням 2%. Їх широко застосовують для виготовлення важковантажних злитків деталей шляхобудівних машин, ковальсько-пресового обладнання, колінчастих валів та інших деталей у турбо-, тракторо- і автомобілебудуванні. У марках ковкого чавуну також перші дві цифри вказують границі міцності на розтяг, другі - на відносне видовження. Наприклад, КЧ35-10 - ковкий чавун з границею міцності на розтяг 350 МПа 20 21 і відносним видовженням 10%. З ковкого чавуну марок від КЧ30-6 до КЧ80-1,5 виготовляють невеликі тонкостінні злитки, картери, муфти, гальмівні колодки та інші деталі, які працюють у важких умовах зношення і здатні витримувати ударні та знакозмінні навантаження. У марках антифрикційного сірого чавуну від АЧС-1 до АЧС-6, антифрикційного високоміцного чавуну АЧВ-1 і АЧВ-2 та антифрикційного ковкого чавуну АЧК-1 і АЧК-2 цифри вказують на порядковий номер марки за ГОСТом 1585-85. Іх застосовують для виготовлення підшипників ковзання, втулок, поршневих кілець та інших деталей, які працюють в умовах тертя при невисоких і підвищених тисках та малих швидкостях ковзання. Леговані чавуни за хімічним складом поділяють на хромисті, алюмінієві, кременисті, марганцевисті та нікелеві, а за умовами експлуатації - на жаростійкі, жароміцні, корозієстійкі, немагнітні та стійкі проти спрацювання. Літера Ч означає чавун, Ш - кулясту форму графіту, інші літери і цифри після них - середній процентний вміст відповідних легуючих елементів. Наприклад, жаростійкий чавун з графітом кулястої форми, який містить 19-25% АІ, маркують ЧЮ22ІІІ. Характерною особливістю легованих чавунів є те, що часто один і той самий легуючий елемент надає чавуну водночас кількох специфічних властивостей. Так, хромисті чавуни ЧХ1, ЧХ2, ЧX32 та інші застосовуються як жаростійкі, корозієстійкі і стійкі проти спрацювання. Кременисті чавуни ЧС5, ЧС5Ш, ЧС17 - окалино і корозієстійкі, алюмінієві чавуни ЧЮХШ, ЧЮ22Ш, ЧЮ3О жаростійкі і стійкі проти спрацювання, марганцевисті чавуни ЧГ6С3Ш, ЧГ7Х4, ЧГ8Д3 - немагнітні і стійкі проти спрацювання, нікелеві чавуни ЧНХТ, ЧН2Х, ЧНІ3Х3Ш - немагнітні, корозієстійкі, жароміцні і холодостійкі матеріали.

Ста́ль — сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14 % вуглецю і домішками (кремній, марганець, сірка, фосфор та гази).

За вмістом вуглецю сталі поділяють на дві групи:

м'яка сталь, або технічне залізо (містить до 0,3 % вуглецю)
тверда сталь (містить від 0,3 до 2,14 % вуглецю)

Сталь відрізняється від чавуну меншим вмістом вуглецю (до 2,14%) і звичайних домішок ( кремнію, марганцю, фосфору та сірки), а також підвищеними механічними властивостями. Процес отримання сталі з чавуну полягає у зменшенні вмісту цих домішок. Сталь виплавляють з переробного чавуну і сталевого брухту в конверторах, мартенівських та електричних печах. При мартенівському способі отримують сталь вищої якості, ніж при конверторному. Застосування природного газу як палива підвищує продуктивність мартенівських печей на 2-4% і знижує витрати на паливо (5-6%). Якість сталі, що виплавляється, поліпшується, бо в природному газі, на відміну від мазуту, менше шкідливих домішок. Досконалішим способом, порівняно з конверторним і мартенівським, є виплавка сталі в електропечах. У плавильному просторі електропечі підтримується висока температура (близько 2000°С), що дає можливість вводити у сталь тугоплавкі метали. Застосування розкислювачів дає змогу видаляти майже повністю фосфор і сірку, завдяки чому отримують сталь високої якості. Цим пояснюється застосування електроплавки. Шихта складається зі сталевого брухту, чавуну та спеціальних домішок. У виробництві сталі важливе значення має її розливання після плавлення. З конвертора чи плавильної печі сталь випускають у розливний ківш, а з нього розливають у спеціальні форми - виливниці, виготовлені з чавуну або сталі. У виливницях охолоджується розплавлений метал. Залежно від способу виплавляння розрізняють два види сталі: спокійна і кипляча. Спокійна сталь виділяє мало газів і не кипить, тому утворюється щільний злиток. У цьому разі сталь розливають, заповнюючи виливниці зверху. Кипляча сталь під час розливання виділяє велику кількість газів і кипить. Для киплячої сталі застосовують сифонний спосіб розливання, при якому одночасно заповнюють кілька виливниць знизу. Виливниці без дна встановлені на чавунну основу. Сталь наливають у центральний ливник, звідки по каналах в основі вона надходить у виливниці. Кипляча сталь дешевша, але поступається спокійній сталі за якістю. Найбільш продуктивним і економним є спосіб безперервної розливки. З ковша через проміжний розливний пристрій розплавлена сталь надходить в охолоджуваний водою кристалізатор. У кристалізаторі сталь твердне й утворюється злиток. Злиток безперервно витягується вниз роликами, які обертаються. Злитки потрібної довжини відрізають за допо- могою ацетиленокисневого різака, встановленого на візку. Візок через певний проміжок часу приєднують до злитка. Готові злитки відправляють на склад. При безперервному розливанні немає потреби у виливниці, і злитки виходять зручними для переробки і транспортування. У сталі вуглець завжди хімічно пов'язаний з залізом і знаходиться у вигляді цементиту, тому найважливішою характеристикою сталі є кількісний вміст вуглецю, а не його стан. Зі збільшенням вмісту вуглецю до 1,2% збільшується твердість, міцність і пружність сталі, при цьому, однак зменшуються пластичність і ударна в'язкість, погіршуються оброблюваність і зварюваність. Постійні домішки марганцю (до 1,2%) і кремнію (до 0,37%) позитивно впливають на властивості сталей, підвищуючи їхні міцність і пружність. Кремній, розчиняючись у фериті, зменшує пластичність сталі. Сірка і фосфор у звичайних умовах негативно впливають на фізико-механічні властивості сталей. Сірка – домішок, що викликає червоноламкість (властивість ставати крихким під час гарячої обробки тиском), гарячі тріщини та погіршує механічні властивості виливків. Проте вміст сірки до 0,3% поліпшує обробку різанням. Наявність фосфору знижує пластичність, сприяє появі холодноламкості (властивості ставити крихкими у холодному стані), ліквації у виливках з товщиною стінок більше 100 мм. Залежно від хімічного складу сталь поділяється на вуглецеву і леговану. Вуглецева сталь містить залізо, вуглець і невелику кількість домішок кремнію, марганцю, сірки та фосфору. Легована сталь, на відміну від вуглецевої, крім заліза, вуглецю і вже згаданих домішок, містить значну кількість спеціально введених легуючих добавок, які надають їй особливих властивостей. До таких добавок належать хром, вольфрам, нікель, титан, алюміній, молібден, кремній, марганець тощо. 24 Вуглецева сталь за своїм призначенням поділяється на конструкційну та інструментальну. Конструкційна сталь буває звичайної якості, якісна та високоякісна. Крім того, випускають спеціальну сталь, наприклад, автоматну. Сталі звичайної якості виплавляють конверторним або мартенівським способом і застосовують для виготовлення сортового прокату, балок, листового прокату, труб, гайок, шайб та інших деталей машин. Конструкційні сталі звичайної якості поділяються на три групи: сталь групи А, в ній заводвиробник гарантує механічні властивості; сталь групи Б, що поставляється за хімічним складом (у ній гарантується передбачений стандартом хімічний склад); сталь групи В поставляється за механічними властивостями та хімічним складом. Конструкційні сталі звичайної якості мають таке маркування: Ст0; Ст1; Ст2... до Ст7. Літери Ст. означають слово сталь, а цифри - порядковий номер, індекси кп, пс і сп - ступінь розкислення. Літери Б і В вказують на групу сталі. Група А не позначається. Чим більший номер, тим сталь міцніша. Цифри в марці сталі не відповідають вмісту в ній вуглецю. У сталях цієї групи вуглецю не більш як 0,65% .

Сірий чавун - найбільш широко застосовуваний вид чавуну (машинобудування, сантехніка, будівельні конструкції) - має включення графіту пластинчастої форми. Для деталей з сірого чавуну характерні мала чутливість до впливу зовнішніх концентраторів напружень при циклічних навантаженнях і більш високий коефіцієнт поглинання коливань при вібраціях деталей (в 2-4 рази вище, ніж у сталі). Важлива особливість конструкційна сірого чавуну - більш високе, ніж у сталі, ставлення межі текучості до межі міцності на розтяг. Наявність графіту покращує умови змащення при терті, що підвищує антифрикційні властивості чавуну. Властивості сірого чавуну залежать від структури металевої основи, форми, величини, кількості і характеру розподілу включень графіту. Перлітною сірий чавун має високі міцнісні властивості і застосовується для циліндрів, втулок і ін навантажених деталей двигунів, станин і т.д. Для менш відповідальних деталей використовують сірий чавун з феритної-перлітною металевою основою..

Білий чавун -Чавун, в якому весь вуглець хімічно пов'язаний в цементиті; білий чавун має високу твердість і крихкістю, практично не піддається обробці ріжучим інструментом; білий чавун широко застосовується для виготовлення деталей дробильного обладнання, прокатних валків і т.п..

Ковкий називається чавун в відливках, виготовлених з білого чавуну і підданих подальшому графітізірующему відпалу, в результаті чого цементит розпадається, а утворюється графіт набуває форми пластівців. Ковкий чавун має кращу демпфуючих здатністю, ніж сталь, і меншою чутливістю до надрізу, задовільно працює при низьких температурах. Механічні властивості ковкого чавуну визначаються структурою металевої основи, кількістю і ступенем компактності включень графіту. Металева основа ковкого чавуну в залежності від типу термообробки може бути феритної, феритної-перлітною і перлітною. З нього виготовляють деталі високої міцності, що працюють у важких умовах зношування, здатні сприймати ударні та змінні за напрямом навантаження (картери редукторів, гаки, скоби, фланці, маточини коліс, елементи карданних валів, ланцюги та ролики конвеєрів тощо).

Застосування чавуну для виготовлення деталей автомобіля

1. Картери редукторів.

2. Блок циліндра

3. Різні глянци

4. Корпуса підшипників

5. Томозні барабани, диски.

6. Корпуса редукторов

Запитання

1. Дайте визначення чавуну?

2. Дайте визначення сталі?

3. Застосування чавуну для виготовлення деталей машин?

Число.15.09.2020