Головна

Вступ

  1.  I. ВСТУП
  2.  I. Вступ
  3.  I. Вступ
  4.  I. ВСТУП
  5.  I. ВСТУП
  6.  I. Вступ.
  7.  I. ВСТУП.

Сучасний науково-технічний прогрес нерозривно пов'язаний з розробкою і використанням нових матеріалів. Удосконалення застосовуваних матеріалів є необхідною умовою успішного розвитку будь-якої галузі техніки. Повною мірою це відноситься до таких технічних галузях, як електротехніка і радіоелектроніка, для яких саме якість матеріалів стає ключем до розробки складних інженерних рішень і створення новітньої електронної апаратури. Застосовувані в цих областях металеві та неметалеві матеріали мають особливими фізичними властивостями: електричними, магнітними, властивостями теплового розширення і т. Д. Знання властивостей матеріалів і об'єктивних закономірностей залежності цих властивостей від фізичної природи, структури, складу, технологічних і експлуатаційних факторів дозволяє фахівцеві не тільки грамотно вибирати матеріал при проектуванні електротехнічних пристроїв, але і грамотно експлуатувати їх.

Електротехнічними є спеціальні матеріали, з яких виготовляють електричні машини, апарати, прилади та інші елементи електрообладнання та електроустановок. Основні групи: провідникові, напівпровідникові, магнітні і електроізоляційні - діелектрики.
 Провідникові матеріали використовуються в електротехнічних пристроях в якості провідників електричного струму: всілякі обмотки в машинах, апаратах і приладах, контактні вузли, проводи та кабелі для передачі і розподілу електричної енергій.

Напівпровідники займають по питомій провідності проміжне місце між провідниками і діелектриками. Їх застосовують в випрямлячах, в підсилювачах, в фотодатчиком, в якості спеціальних джерел струму і т. П.

Магнітні матеріали відрізняються здатністю посилювати магнітне поле, в яке їх поміщають, т. Е. Мають великий магнітною проникністю. Вони використовуються для виготовлення магнітопроводів в електричних машинах і трансформаторах, для екранування магнітного поля, а також у вигляді постійних магнітів, що створюють навколо себе магнітне поле.

Електроізоляційні матеріали не проводять електричний струм. Діелектрики служать для ізоляції один від одного різних струмопровідних деталей, що знаходяться під різними потенціалами, або для створення електричної ємності в конденсаторах.
 Діелектрики бувають газоподібними (повітря, водні, елегаз), рідкими (дистильована вода, різні масла), твердими (папір, кераміка, гума та т. Д.).

Причинами виходу ізоляції з ладу є старіння і пробою.

Під старінням розуміється комплекс процесів в матеріалах, викликаних різними факторами, під впливом яких погіршується їх якість. Основні фактори: підвищена температура, підвищена напруга, кліматичні чинники, механічні дії, забруднення. Процес старіння можна сповільнити, а іноді віддалити його початок. Для цього застосовують спеціальні речовини (стабілізатори і інгібітори), що запобігають дію електричного поля і хімічних реакцій. Додаються в матеріали для уповільнення окислення домішки (антиоксиданти), які більш активні по відношенню до кисню, ніж частки самого матеріалу.

Пробоєм називають раптову втрату електроізоляційною здатності електричної ізоляції або неконтрольоване підвищення електричної провідності ізоляції, яке можуть викликати такі процеси: ударна іонізація, надмірний нагрів, старіння.

Протистояти діям тривало без погіршення властивостей може тільки надійна ізоляція. Оцінюють властивості ізоляції на заводах - виробниках в результаті проведення цілого комплексу випробувань. При випробуванні ізоляційних матеріалів вибирають більш жорсткі умови, ніж в експлуатації. Встановлено два види випробувань: контрольні та типові.

Контрольним випробуванням піддають кожну партію виробів, наприклад, при виготовленні лакотканин приймають один рулон. У контрольні випробування входять: перевірка матеріалу візуальним оглядом, визначення розмірів, пробивної напруги і т. Д.

Типові випробування найбільш розширені, їх проводять не рідше одного разу на три місяці або ж в тому випадку, коли змінюється технологічний процес виготовлення або застосовується інша сировина, а також в разі вимоги служб надійності заводу - виробника.


Кристалічна будова металів

Речовини в твердому стані мають кристалічну або аморфну ??будову.

В аморфних речовинах (бурштині, смолах, бітумах, кварцовому склі) атоми розташовані безладно, при нагріванні аморфні речовини розм'якшуються і переходять в рідкий стан.

Більшість мінералів, все метали і сплави мають кристалічну будову. Ці речовини при нагріванні залишаються в твердому стані і переходить до ліквідність при певній температурі.




Малюнок 1. Атомно - кристалічна будова металів

Розташовуючись в строгому геометричному порядку, атоми в площині утворюють атомну сітку (рис.1, а), а в просторі - атомно-кристалічну решітку (рис.1, б).
 Кристалічні решітки складаються з величезної кількості осередків. Типи кристалічних решіток у різних металів різні. Найбільш часто зустрічаються: кубічна об'ємно-центрована (рис. 1, в), кубічна гранецентрированная (рис. 1, г) і гексагональна щільноупакована (рис.1, д). На малюнку 1, в приведена осередок і частина кубічної об'ємно - центрованої просторової решітки, обмежена вісьмома суміжними елементарними осередками; вузли, розташовані по вершинах і в центрі кожного осередку, відзначені гуртками.

Елементарна комірка кубічної гранецентрированной решітки (рис.1, г) обмежується 14 атомами: вісім з них розташовані ні вершин куба, шість - по його гранях.

На малюнку 1, д наведена схема елементарної комірки гексагональної решітки. Вона обмежена 17 атомами, з яких 12 розташовані по вершинах шестіграннойпрізми, два атома - в центрі підстав і три - всередині призми.

Дефекти кристалічних решіток
 Реально структура кристалів відрізняється від наведених ідеальних схем, в них

є дефекти.


Малюнок 2 Дефекти кристалічних решіток

Точковими, дефектами є порожні вузли, або вакансії (рис. 2, а) і межузельние атоми (рис.2, б); число цих дефектів зростає з підвищенням температури. Найважливішими лінійними (одновимірними) дефектами є дислокації, що представляють як би зрушення частини кристалічної решітки (див. Лінію ММ на рис. 2, в). Поверхневі (двомірні) дефекти визначаються наявністю субзерен або блоків 1, 2 всередині кристалу (рис. 2, г), а також різною орієнтацією кристалічних решіток зерен 3, 4 (рис. 2, д). По межах зерен решітка одного кристала переходить в решітку іншого, тут порушена симетрія розташування атомів. Дефекти кристалів істотно впливають на механічні, фізичні, хімічні і технологічні властивості металів.

Метали є анізотропними, так як в окремо взятому кристалі властивості різні в різних напрямках. Наслідком анізотропності кристалів є розщеплення, яка виявляється при руйнуванні кристалів. У зламах, що проходять через кристал, є правильні мікроплоскості, що вказує на зсув частин зерен під впливом зовнішніх сил правильними рядами і в певному напрямку, а не безладно, як це має місце у аморфних речовин. Ці мікроплоскості називаються площинами спайності; по площинах спайності сили зв'язку між шарами слабкіше, ніж по іншим площинах кристала.

Аморфні тіла ізотропні, тобто. Е. Все їх властивості однакові в усіх напрямках; злам аморфного тіла завжди має неправильну, викривлену, так звану раковістим форму.

Метали, затверділі в звичайних умовах, складаються з безлічі кристалів, кристалічна решітка яких по-різному орієнтована, тому властивості литого металу приблизно однакові в усіх напрямках; це називають квазіізотропностью.

Аллотропия металів (або поліморфізм) - властивість перебудовувати решітку при певних температурах у процесі нагрівання і охолоджування - властива багатьом металам (залозу, марганцеві, нікелю, олова, титану, ванадію та ін.).
 Компонентом називають хімічно індивідуальна речовина, т. Е. Компонентами є хімічні елементи та хімічні сполуки.

Системою називають сукупність речовин в твердому, рідкому і газоподібному станах. Системи бувають прості і складні. Проста система складається з одного компонента. Складна система включає кілька компонентів і представляє всі можливі кількісні поєднання їх при різних температурах.

Фазою називають однорідну частину системи, відділену від інших складових (фаз) поверхнею розділу. У рідкому стані однорідна система містить одну фазу; при затвердінні завжди є дві фази: рідка і тверда. Після затвердіння утворюється або одна фаза (хімічний елемент, хімічна сполука, твердий розчин) або сплав, що містить поєднання фаз.

кристалізація металів
Кристалізацією називається утворення кристалів в металах і сплавах при переході з рідкого стану в тверде (первинна кристалізація), а також перекристалізація в твердому стані (вторинна кристалізація) при їх охолодженні. До вторинної кристалізації відносяться перекристалізація з однієї модифікації в іншу (поліморфні перетворення), розпад твердих розчинів, розпад або

утворення хімічних сполук.

Температура, яка відповідає будь-яких перетворенню в металі, називається критичною точкою.



 Малюнок 3. Криві процесу кристалізації металу


 На рис.3, а приведена крива охолодження металу. Тут точки а і в відповідають початку і закінчення затвердіння. Ділянка ав характеризує незмінність температури при триваючому охолодженні. Це вказує на те, що при кристалізації виділяється теплова енергія. Щоб викликати в металевому розплаві виділення твердої фази, потрібен певний переохолодження (tпх) Системи проти рівноважної температури (tр), При якій рідка і тверда фази є термодинамічно стійкими; і назад, щоб викликати плавлення кристалів, метал необхідно кілька перегріти (tпг) Проти рівноважної температури (рис. 3, б).

При затвердінні і алотропічних перетвореннях в металі спочатку виникають зародки кристала (центри кристалізації), навколо яких потім групуються атоми, утворюючи відповідну кристалічну решітку.

Таким чином, процес кристалізації складається з двох етапів: утворення центрів кристалізації і росту кристалів. У кожного з зростаючих кристалів кристалографічні площини орієнтовані випадково, крім того, при первинній кристалізації кристали можуть повертатися, так як вони оточені рідкою фазою. Суміжні кристали ростуть назустріч один одному і точки дотику визначають межі кристалітів (зерен, гранул). У аморфних речовин криві охолодження плавні, без площадок і уступів: аллотропии у цих речовин бути не може.


Основні властивості металів

У металів виділяють механічні, технологічні, фізичні та хімічні властивості.
 Механічні властивості:

1) Міцність - це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню і появі залишкових деформацій під дією зовнішніх сил;

2) Твердість - опір матеріалу деформації в поверхневому шарі при місцевому силовому контактному впливі (виготовляють ріжучі інструменти);

3) Еластичність - властивість матеріалу відновлювати свою форму після припинення дії зовнішніх сил, що викликали деформацію;

4) В'язкість - здатність матеріалу поглинати механічну енергію і при цьому проявляти значну пластичність аж до руйнування. В'язкі метали застосовують для деталей, які при роботі піддаються ударному навантаженню.

5) Пластичність металів дає можливість обробляти їх тиском (кувати, прокатувати, волочити).
 Фізичні властивості:

1) Здатність плавитися при нагріванні використовують для отримання виливків шляхом заливання розплавленого металу в форми. Деякі складні сплави мають таку низьку температуру плавлення, що розплавляються в гарячій воді. Такі сплави застосовують для відливання друкарських матриць, в приладах, що служать для запобігання від пожеж і т. П.

2) Метали мають високу електропровідність (мідь, алюміній) використовують в електромашинобудуванні, для влаштування ліній електропередачі, а сплави з високим електроопору-для ламп розжарювання, електронагрівальних приладів.

3) Магнітні властивості металів відіграють першорядну роль в електромашинобудуванні (електричні генератори, електродвигуни, трансформатори), приладобудуванні (телефонні, телеграфні апарати) і т. Д.

4) Теплопровідність металів дає можливість рівномірно нагрівати їх для лиття, обробки тиском, термічної обробки; вона забезпечує також можливість пайки металів, їх зварювання і т. п.

Хімічні властивості. Корозійна стійкість особливо важлива для виробів, що працюють в хімічно активних середовищах (колосникових решіток, деталей апаратів і машин в хімічній промисловості). Для деталей, які повинні мати високу корозійну стійкість, виробляють спеціальні корозійно, кислотостійкі та жаротривкі стали і інші сплави.


Основні відомості про сплави
Металевими сплавами називають поєднання двох або декількох металів і неметалів, у яких зберігаються металеві властивості. Більшість сплавів отримують в рідкому стані сплавом, однак вони можуть бути отримані також

шляхом спікання, електролізу, конденсації з пароподібного стану.

За кількістю компонентів сплави поділяють на подвійні, потрійні і т. Д. В залежності від природи компонентів утворюються такі види сплавів:

- Механічна суміш компонентів;

- Твердий розчин компонентів;

- Хімічна сполука компонентів.

Сплави - механічні суміші - неоднорідні і представляють собою суміш кристалів компонентів.

Сплави - тверді розчини і сплави - хімічні сполуки - однорідні, причому перші можуть містити різне співвідношення компонентів, а другі утворюються тільки при строго визначеному масовому співвідношенні компонентів, як будь-яке хімічна сполука.

У сплавах - твердих розчинах - атоми розчинної речовини заміщають атоми розчинника в кристалічній решітці (рис. 4, а) або впроваджуються в неї (рис. 4, б); сплави - хімічні сполуки - утворюють нову кристалічну решітку.

Малюнок 4. Розташування атомів в твердих розчинах


діаграми стану

Діаграми стану представляють системи, компоненти яких повністю взаємно розчиняються в рідкому стані. Вони характеризують процеси затвердіння та структурної зміни різних сплавів і дають наочне уявлення про фазовий складі в будь-якому сплаві даної системи і при всіх охоплених діаграмою температурах.

За діаграмою стану сплавів даних компонентів можна заздалегідь судити про властивості всіх сплавів системи. Діаграма стану дозволяє вибирати температуру нагрівання сплаву при термічній обробці сплаву, обробці його тиском, температуру нагрівання для лиття.

Побудова діаграм стану проводиться за кривими охолодження, отриманим за допомогою термічного аналізу, який зводиться до виявлення критичних точок при нагріванні і охолодженні металів і сплавів.

Діаграма стану сплавів, компоненти яких у твердому стані утворюють механічні суміші. Наприклад, розглянемо сплав свинцю і сурми (Pb - Sb)

Малюнок 5 Діаграма стану механічної суміші

- По лінії АВ починається виділення кристалів свинцю;

- В області діаграми АВD знаходяться кристали свинцю і рідкий растрів;

- По лінії BD твердне весь розчин;

- По лінії ВС починається виділення кристалів сурми;

- В області діаграми СВ знаходяться кристали сурми і рідкий розчин

- У точці в відбувається одночасно кристалізація сурми і свинцю, утворюється евтектичних сплав (легкоплавящійся), має низьку температуру плавлення.

Лінія АВС - лінія ліквідусу, рідкий стан. Лінія DBE - лінія солідусу, твердий стан.

При повільному охолодженні в кожен момент кристалізації склад кристалів вирівнюється внаслідок дифузії. Якщо охолодження виробляти швидко, склад всередині кристалів не встигає вирівнюватися. Це явище називається ліквацією.

Тверді розчини на відміну від сумішей є однофазними. Взаємна розчинність компонентів в твердому стані визначається наступними факторами:

- Близькістю їх розташування в періодичній системі Менделєєва (тобто сходностью будови електронних оболонок їх атомів);

- Близькістю атомних діаметрів;

- Подобою кристалічних решіток:

- Незначною різницею температур плавлення компонентів.




 Класифікація сталей. |  Стали і сплави з особливими властивостями |  маркування сталей |  Основи термічної і хіміко - термічної обробки металів |  загартування сталі |  Спеціальні обробки стали |  Кольорові метали та їх сплави. Сплави на мідній основі. |  порошкова металургія |  Провідникові метали і сплави |  Матеріали високого опору |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати