Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia. Ehitusmaterjalide tehnoloogia. Kvalifikatsioonide ja ametikohtade loetelu Materjaliteadus, kellega koos töötada

Selline eriala nagu "Materjaliteadus ja -tehnoloogia" on viimasel ajal taotlejate seas nõudlust saanud. Vaatleme selle suuna põhijooni ja selle omadusi.

Spetsialistide kutsetegevuse valdkond

Suund "Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia" hõlmab:

• eri suundade orgaanilise ja anorgaanilise iseloomuga materjalide uurimine, arendamine, kasutamine, muutmine, käitamine, kõrvaldamine;
• tehnoloogiad nende loomiseks, struktuuri moodustamiseks, töötlemiseks;
• instrumentide valmistamise ja masinaehituse, raketi- ja lennutehnoloogia, majapidamis- ja spordivarustuse, meditsiiniseadmete kvaliteedijuhtimine.

Meistrite tegevusobjektid

Eriala “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” on seotud järgmiste tegevusobjektidega:

• funktsionaalsete orgaaniliste ja anorgaaniliste materjalide põhitüüpidega; hübriid- ja komposiitmaterjalid; nanokatted ja polümeerkiled;
• kilede, materjalide, katete, toorikute, pooltoodete, toodete, igat tüüpi testimis- ja juhtimisseadmete, analüüsiseadmete, arvutitarkvara tulemuste töötlemiseks, samuti andmeanalüüsi diagnostika ja testimise, uurimise ja kvaliteedikontrolli vahendid ja meetodid ;
• tehnoloogilised tootmisprotsessid, katete ja materjalide töötlemine ja muutmine, seadmed, tehnoloogilised seadmed, tootmisahela juhtimissüsteemid.

Eriala “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” eeldab regulatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni, toodete ja materjalide sertifitseerimissüsteemide ning aruandlusdokumentatsiooni analüüsi oskust. Kapten peab tundma eluohutuse ja ohutusmeetmete dokumentatsiooni.

Treeningvaldkonnad

Eriala "Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia" on seotud koolitusega järgmist tüüpi kutsetegevuses:

• Uurimis-, arvutus- ja analüütiline töö.
• Tootmine ja projekteerimine ning tehnoloogiline tegevus.
• Organisatsiooniline ja juhtimissuund.

Millise töökohaga peaksite pärast eriala "materjaliteadus ja materjalitehnoloogia" omandamist töötama? Lõpliku tunnistuse edukalt läbinud lõpetaja saab kvalifikatsiooni "meisterinsener". Ta võib leida tööd erinevates ettevõtetes arvutus-, analüüsi- ja uurimistegevuseks.

Lisaks annab eriala “Uute materjalide materjaliteadus ja tehnoloogia” võimaluse viia läbi teadus- ja rakenduskatseid, osaleda uuenduslike materjalide ja uute toodete loomise ja katsetamise protsessides.

Sarnase kvalifikatsiooniga meistrid tegelevad tööplaanide, programmide, meetodite väljatöötamisega, mille eesmärk on luua tehnoloogilisi soovitusi uuenduste juurutamiseks tootmisprotsessis, ning tegelevad tavatöötajate jaoks teatud ülesannete ettevalmistamisega.

Suuna eripära

Eriala „Struktuurimaterjalide materjaliteadus ja tehnoloogia“ hõlmab uurimistulemuste põhjal publikatsioonide, ülevaadete, teadus- ja tehnikaaruannete koostamist. Sellised spetsialistid süstematiseerivad teaduslikku, inseneri- ja patendiinfot uurimisprobleemi kohta, ülevaateid ja järeldusi teostatud projektide kohta.

“Materjaliteaduse ja materjalitehnoloogia” valdkonna valdanud insenerid ei tegele mitte ainult projekteerimise ja tehnoloogilise tegevusega, vaid ka tootmistegevusega.

Suuna omadused

Selle spetsialiseerumise saanud insenerid tegelevad projektidokumentatsiooni väljatöötamise ülesannete ettevalmistamise ja innovaatiliste valdkondade loomisele suunatud patendiuuringute läbiviimisega. Nad otsivad optimaalseid võimalusi erinevate materjalide, seadmete, paigaldiste ja nende tehnoloogiliste seadmete töötlemiseks ja töötlemiseks automaatsete projekteerimissüsteemide abil.

Sertifitseeritud spetsialistid hindavad teatud tehnoloogilise protsessi majanduslikku tasuvust, osalevad alternatiivsete tootmismeetodite analüüsis, korraldavad toodete töötlemist ja töötlemist ning osalevad toodete ja tehnoloogiate sertifitseerimise protsessis.

Treeningu spetsiifika

Selle profiili bakalaureuseõpe on koolitatud järgmiste oskuste alal:

• valida andmebaaside ja erinevate kirjandusallikate abil teavet saadaolevate materjalide kohta;
• analüüsida, valida, hinnata materjale nende tööomaduste alusel, tehes samas terviklikku struktuurianalüüsi;
• suhtlemisoskus ja oskus töötada meeskonnas;
• koguda teavet käimasolevate katsete valdkonnas, koostada aruandeid, ülevaateid, teatud teaduspublikatsioone;
• koostada dokumente, protokolle, katseprotokolle.

Bakalaureuseõppes on oskused kontrollida loodud projektide täielikku vastavust kõikidele seadusandlikele standarditele. Nad kavandavad kõrgtehnoloogilisi protsesse, mis on ette nähtud esmaseks uuringuks ja projekteerivad-tehnoloogilisi struktuure, korraldavad ja varustavad töökohti vajalike seadmetega.

Kohustused

Materjaliteaduse ja -tehnoloogia eriala diplomi omajad on kohustatud teostama seadmete diagnostikat. Nad pööravad erilist tähelepanu keskkonnaohutusele töökohal. Tehniliste kirjelduste väljatöötamisel teatud komponentide loomiseks keerukates mehhanismides võtavad insenerid arvesse nende tööomadusi.

Pärast töö lõpetamist kontrollivad nad saadud tulemuste vastavust märgitud tingimustele ja loodud mehhanismide ohutust. Just need spetsialistid koostavad dokumente uute piltide registreerimiseks ja koostavad spetsiaalse tehnilise dokumentatsiooni.

Väga sageli alustavad lõpetajad oma erialast teed "keemia- ja spektraalanalüüsi insenerina", samuti "kattematerjalide ja materjalide testimise insenerina".

Järeldus

Pärast eriala „Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia“ omandamist ei teki äsja vermitud spetsialistil probleeme töö leidmisega. Temast võib saada insener igas suures tehases või tehases. Need spetsialistid, kellel on teatud teadmised metallitöötlemise alal ja kõrgharidusdiplom, võivad arvestada termotehnoloogi ja veaotsija ametikohaga.

Piisav hulk tööstusettevõtteid ja rasketööstusorganisatsioone vajab metallurge ja metallograafe. Kui omandate algselt teoreetilised teadmised metallitöötlemise vallas, siis sel juhul saate esmalt leida tööd insenerina ja jätkata haridusteed, saades eriala "keemia- ja spektraalanalüüsi insener" või "kattekatseinsener".

Eriala “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” on nüüdseks kujunenud üheks peamiseks erialaks nende üliõpilaste jaoks, kes tegelevad masinaehitusega.

Õpilased uurivad juba rasketööstuses kasutusel olevate materjalide valikut ning ennustavad ka uute metallurgiatööstusele mõeldud ainete teket.

Tänapäeval on materjaliteaduse tööstusel oluline roll teaduse ja tehnoloogia arengus. Juhtub, et materjaliteadus võib hõlmata kõiki inimtegevuse valdkondi, mis muudab selle meie uute tehnoloogiate ajal väga asjakohaseks ja nõutavaks.

Uue platsi avamise auks otsustasime küsida juhatajalt. Masinaehituse ja materjaliteaduse osakond Eremin Jevgeni Nikolajevitš, mis tööstuses hetkel toimub ja mis ootab meie tudengeid-lõpetajaid tulevikus.

Jevgeni Nikolajevitš, mis on tänapäeval materjaliteaduse valdkond?

Ilma materjalideta on meie elu võimatu ette kujutada. Uute materjalide tootmine ja väljatöötamine, nende töötlemise meetodid on kaasaegse tootmise aluseks ja määravad suuresti selle arengutaseme, riigi teadusliku, tehnilise ja majandusliku potentsiaali. Paljude teadlaste ja inseneride edumeelsed ideed uute masinate loomiseks ei saanud pikka aega ellu viia, kuna puudusid vastavad, kõrgete füüsikaliste ja mehaaniliste omadustega materjalid. 20. sajandit iseloomustasid suured saavutused materjaliteaduse teoorias ja praktikas: loodi ülitugevaid materjale detailide ja tööriistade jaoks, töötati välja komposiitmaterjale, avastati ja kasutati pooljuhtide omadusi, avastati ülijuhte, neid kasutati energeetikas ja muud tehnikaharud. Samal ajal täiustati osade tugevdamise meetodeid termilise ja keemilis-termilise töötlemisega.

Materjaliteadus on viimastel aastakümnetel eriti intensiivselt arenenud. Seda seletatakse vajadusega uute materjalide järele kosmoseuuringuteks, elektroonika arendamiseks ja tuumaenergiaks. See nõudis peaaegu kõigi perioodilisuse tabeli elementide lisamist tööstuslike materjalide hulka.

Tänapäeval on Venemaal mitmeid maailmakuulsaid teaduskeskusi, mis tegelevad materjalide väljatöötamisega, mis võivad erinevatel mõjutustel usaldusväärselt töötada. Nad loovad üha uusi materjale, mis viivad tööstusliku tootmise uuele tasemele.

Materjalide säästliku tarbimise ning masinate ja seadmete kaalu vähendamisega seotud olulisemate tehniliste probleemide lahendamine sõltub suuresti materjaliteaduse arengust. Kaasaegse tehnoloogia jaoks uute materjalide pidev loomise protsess rikastab materjaliteadust.

Millise tegevusalaga on lõpetajate tulevane elukutse seotud?

Tänapäeval on materjaliteaduse tööstus kõrgtehnoloogiline tegevusvaldkond. Materjaliteadus on kantud kõigi maailma arenenud riikide prioriteetsete arenguvaldkondade nimekirja ja on iseenesest üks populaarsemaid tööstusharusid.

Lääne-Siber on üld-, eri- ja transporditehnika, instrumentide valmistamise ja ehitustööstuse peamine keskus. Need tööstusharud kuuluvad Omski majanduse juhtivate sektorite hulka ja annavad olulise panuse majanduslikult aktiivse elanikkonna tööhõivesse. Tööstuslik tootmine on Omski oblasti üks dünaamilisemalt arenevaid majandustegevuse valdkondi. Siin asub suur hulk asjakohaseid riikliku ja rahvusvahelise tähtsusega ettevõtteid, disaini- ja teadusorganisatsioone. Toodete tootmine surve-, valu- ja keevitusmeetoditel on iga ettevõtte hanketoodangu aluseks. Samal ajal on ratsionaalsete ja konkurentsivõimeliste toodete kujundamine ja nende tootmise korraldamine võimatu ilma piisava teadmiste tasemeta materjaliteaduse valdkonnas, mis on kaasaegse sertifitseeritud spetsialisti hariduse kõige olulisem näitaja.

Kõik see eeldab vastavate masinaehitusspetsialistide, sh materjaliteadlaste väljaõpet ning eeldab ettevõtete, organisatsioonide ja uurimisinstituutide kõrge kvalifikatsiooniga personali vajadust.

Masinaehitusinstituudi lõpetanute erialane tegevus on seotud kaasaegsete materjalide hankimise, töötlemise ja töötlemise tehnoloogiliste protsessidega; nende keemilise koostise, faasiseisundi uurimine; materjalide ja katete sertifitseerimine, nende valmistamise tehnoloogiliste protsessidega, samuti seadmete töötlemise ja diagnostikaga. Olen kindel, et meie üliõpilased omandavad oma õpetajate ja mentorite juhendamisel täielikult oma teadusliku eriala ja saavad oma tegevusala professionaalideks.

Masinaehituse bakalaureuse- ja magistrantide peamised tarbijad on suured kaasaegsed kaitsetööstuse ettevõtted, näiteks föderaalne riigi ühtne ettevõte "GKNPTs im. M.V. Hrunitšev" PA "Polet", FSUE "Gaasiturbiinitehnika teadus- ja tootmiskeskus "Salyut" (filiaal "P.I. Baranovi nimeline OMO"), FSUE OmPO "Irtõš", FSUE NIID, FSUE "Omsktransmash", FSUE "Priborostroenie", OJSC Omskaggregat, LLC NTK "Cryogenic Technology", FSUE OPZ nime saanud. Kozitsky, OJSC "Siberi instrumendid ja süsteemid", OJSC "Saturn", OJSC "transporditehnika disainibüroo", OJSC "masinaehituse projekteerimisbüroo", LLC "mootoriehituse projekteerimisbüroo", FSUE "automaatika keskne projekteerimisbüroo" , FSUE "Omski instrumenditehnika teaduslik uurimisinstituut", aga ka teiste tööstusharude ettevõtted, nagu NPO Mostovik, OJSC OMUS-1, LLC valukoda ja mehaanikatehas, LLC Omskenergoremont, LLC RMZ Sibneft-ONPZ, LLC teadus- ja tehnikaala Keskus "Transport" , betoonitehased, Sibmontazhkomplekt LLC, High Technologies OJSC, Transsibneft OJSC, Nefteprovodstroy OJSC, Sibgazstroydetal Plant CJSC ja paljud teised.

Nõudlust masinaehituse erialade inseneride järele kinnitavad ettevõtete taotlused sihtõppeks, sealhulgas sõjatööstuskompleksi (DIC) ettevõtete föderaalse sihtmääruse raames.

Mida sooviksite meie õpilastele?

Head uut aastat kõigile meie õpilastele. Soovin teile kõigile siiralt tervist, õitsengut ja lootuste täitumist ning loomulikult ka vääramatult läheneva seansi edukat läbimist, mille tulemuseks on stipendium ja võib-olla ka mitu stipendiumi korraga, mille kogusumma mõned õpilased ulatuvad 10-15 tuhande rublani.

Olge aktiivsed, edukad ja rõõmsad, kallid sõbrad!

Materjaliteadus ja uute materjalide tehnoloogia

Profiili info

Sertifitseeritud bakalaureuseõppe suund 03/22/01 - “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” kinnitati Vene Föderatsiooni Haridusministeeriumi 12. novembri 2015 korraldusega nr 1331. Põhiõppekava bakalaureuseõppe õppesuunal “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” täiskoormusega õppes on 4 aastat.

Lõpetaja (keda koolitatakse) peamised tegevusliigid, millega lõpetaja hakkama saab

Lõpetajate kutsetegevuse valdkond:

• anorgaanilise ja orgaanilise loodusega materjalide arendamine, uurimine, muutmine ja kasutamine erinevatel eesmärkidel; nende kujunemise protsessid, kuju ja struktuuri kujunemine; ümberkujundamine tootmise, töötlemise ja käitamisetappides;
• protsessid materjalide, toorikute, pooltoodete, osade ja toodete hankimiseks, samuti nende kvaliteedi juhtimiseks erinevates inseneri- ja tehnoloogiavaldkondades (mehaanika- ja instrumenditehnika, lennundus- ja raketi- ja kosmosetehnoloogia, tuumaenergia, tahkiselektroonika, nanotööstus, meditsiiniseadmed, spordi- ja kodumasinad jne)

Lõpetaja kutsetegevuse objektid:

• kaasaegsete struktuursete ja funktsionaalsete anorgaaniliste (metallist ja mittemetallist) ja orgaaniliste (polümeer ja süsinik) materjalide peamised liigid; komposiidid ja hübriidmaterjalid; ülikõvad materjalid;
• intelligentsed ja nanomaterjalid, kiled ja katted;
• testimis- ja diagnostikameetodid ja -vahendid, materjalide, kilede ja katete, pooltoodete, toorikute, osade ja toodete uurimine ja kvaliteedikontroll, igat tüüpi uurimis-, kontrolli- ja katseseadmed, analüütilised
• seadmed, arvutitarkvara tulemuste töötlemiseks ja saadud andmete analüüsimiseks, materjalide käitumise modelleerimiseks, nende tööomaduste hindamiseks ja prognoosimiseks;
• materjalide ja katete, osade ja toodete tootmise, töötlemise ja muutmise tehnoloogilised protsessid; seadmed, tehnoloogilised seadmed ja seadmed; protsesside juhtimissüsteemid;
• materjalide ja toodete regulatiivne ja tehniline dokumentatsioon ning sertifitseerimissüsteemid, nende tootmise ja töötlemise tehnoloogilised protsessid; aruannete dokumentatsioon, protokollid ja protokollid katsete edenemise ja tulemuste kohta, dokumentatsioon ohutusmeetmete ja eluohutuse kohta.

Lõpetaja kutsetegevuse tüübid:

uurimine ja arvutus-analüütiline:

• andmete kogumine olemasolevate materjalide tüüpide ja kaubamärkide, nende struktuuri ja omaduste kohta seoses määratud probleemide lahendamisega andmebaaside ja kirjandusallikate abil;
• osalemine spetsialistide rühma töös eksperimentide läbiviimisel ja nende tulemuste töötlemisel materjalide loomisel, uurimisel ja valikul, hinnates nende tehnoloogilisi ja teenindusomadusi nende struktuuri ja omaduste tervikliku analüüsi kaudu,
• füüsikalis-mehaanilised, korrosiooni- ja muud katsed;
• katseteemalise teadusliku ja tehnilise teabe kogumine ülevaadete, aruannete ja teaduspublikatsioonide koostamiseks, osalemine täidetud ülesande aruannete koostamisel;
• asjaajamine ning projekteerimis- ja töötehnilise dokumentatsiooni, protokollide ja protokollide koostamine; väljatöötatud projektide ja tehnilise dokumentatsiooni regulatiivsetele dokumentidele vastavuse kontrollimine.

tootmine ja disain ning tehnoloogiline:

• osalemine kindlaksmääratud tehnoloogiliste ja funktsionaalsete omadustega materjalide valmistamisel, kõrgtehnoloogiliste protsesside kavandamisel esmase projekteerimise, tehnoloogilise või uurimisosakonna osana;
• töökohtade korraldamine, nende tehniline varustus, tehnoloogiliste seadmete hooldus ja diagnostika, tehnoloogilise distsipliini ja keskkonnaohutuse jälgimine tootmisosakonnas materjalide töötlemisel ja töötlemisel, valmistatud toodete kvaliteedikontroll;
• tehniliste kirjelduste väljatöötamine materjalide hankimise ja töötlemise tehnoloogiaga ette nähtud seadmete, seadmete ja eritööriistade üksikute üksuste projekteerimiseks;
• osalemine protsesside, seadmete ja materjalide standardimise, ettevalmistamise ja sertifitseerimise töös, dokumentide koostamine ettevõttes või organisatsioonis kvaliteedijuhtimissüsteemi loomisel.

organisatsiooniline ja juhtimisalane:

• tehnoloogilise protsessi juhtimine, tootmise tehnilise ja keskkonnaohutuse tagamine oma kutsetegevuse valdkonnas;
• tehnilise dokumentatsiooni (töögraafikud, juhendid, plaanid, kalkulatsioonid, materjalide ja seadmete nõuded jms) koostamine, kehtestatud aruannete koostamine vastavalt kinnitatud vormidele;
• vigastuste, kutsehaiguste ennetamine, keskkonnaalaste rikkumiste ennetamine oma kutsetegevuse valdkonnas.

Koolitusprofiili lühikirjeldus

"Materjaliteadus ja uute materjalide tehnoloogia" on kaasaegse tehnoloogia alus: lennukid ja raketid, autod ja laevad, hooned ja rajatised, mikroelektroonika ja arvutid, mobiiltelefonid ja navigaatorid. Need on konstruktsioonimaterjalid (tugevad, kerged, korrosioonikindlad) ja funktsionaalsed materjalid (spetsiaalsete magnetiliste, elektriliste, optiliste ja muude omadustega). Uued materjalid sisenevad üha enam meie igapäevaellu ja muudavad radikaalselt selle kvaliteeti. Siiski on veel palju lahendamata probleeme, mida teie, tänased taotlejad, peate lahendama. Näiteks sajandi probleem, millega materjaliteadlased silmitsi seisavad, on keraamilise mootori loomine. Selline mootor on kerge, kõrge temperatuuriga, suure kasuteguriga, madala kütusekulu ja madala heitgaasiga keskkonda. Aga praegu on keraamika väga habras materjal, millest mootorit teha ei saa.

Põhidistsipliinid

• Sissejuhatus materjaliteadusesse ja uute materjalide tehnoloogiasse.
• Osade tootmine komposiitmaterjalidest.
• Instrumendid ja meetodid nanomaterjalide uurimiseks.
• Kõvad sulamid ja pinnakate.
• Nanomaterjalide omadused ja rakendused.
• Materjalide ja nanomaterjalide uurimine.
• Keraamilised materjalid ja klaas.

Lõpetajate võimalikud tegevusalad

• Materjalide keemilise ja spektraalanalüüsi insener.
• Radioloogiainsener.
• Elektronmikroskoopia insener.
• Metallograafiainsener.
• Materjalide ja katete testimise insener.
• Vigade tuvastamise insener.
• Materjalide hävimise põhjuste uurimise insener.
• Komposiitmaterjalide tehnoloogiainsener.
• Kaitsekatete protsessiinsener.
• Materjalivarustuse insener.
• Materjalide ja pinnakatete turundusinsener.

• Igolkina Nadezhda - JSC "Gidroavtomatika", insener,
• Kondratjev Valeri - FSUE GNP RKT-d "TsSKB-Progress", keevitussektori juht,
• Aleksander Podkatov - Volgaburmash OJSC, töödejuhataja,
• Shibanov Denis - Volgaburmash OJSC, disainiinsener,
• Shuldeshov Dmitry - SPRP ORC NK CHPP-1, Novokuibyshevsk, keevitusmeister.

Ettevõtted, kellega osakond teeb koostööd, suhtlemine ettevõtetega, kus praktika toimub

• OJSC "Volgaburmash";
• OJSC "Volzhskaya territoriaalne tootmisettevõte";
• OJSC "VNIIT NEFT";
• OJSC Samara naftatöötlemistehas;
• FSUE RKT RKT-d "TSSKB – edenemine";
• OJSC "Metalist - Samara";
• OJSC "Lennukilaagrite tehas";
• ZAO Alcoa-SMZ;
• JSC "Aviaagregat";
• JSC "KOTROKO";
• OÜ "IDC "AE-Systems";
• Riigiettevõte "Samara Instrument-Making Plant - Reid";
• OJSC "AVTOVAZ" (Toljatti);
• OJSC "DAAZ" (Dimitrovgrad);
• OJSC "Tyazhmash" (Syzran)
• Venemaa Teaduste Akadeemia (ISMAN) Struktuurimakrokineetika ja Materjaliteaduse Probleemide Instituut, Tšernogolovka, Moskva oblast.

Kontaktid

Metallurgia osakond, pulbermetallurgia, nanomaterjalid

G. Samara, st. Molodogvardeiskaja, 133

Nanotehnoloogia

Polümeeride, komposiitmaterjalide ja kaitsekatete tehnoloogiad

Teave haridusprogrammi kohta

Osakonna põhieesmärk on koolitada kõrgelt kvalifitseeritud personali plastide, komposiitmaterjalide ja kaitsekatete töötlemise alal.

osakond "Polümeer- ja komposiitmaterjalide keemia ja tehnoloogia" valmistab ette ja lõpetab bakalaureuseõppe suunal 22.03.01 "Materjaliteadus ja materjalitehnoloogiad" programmi “Polümeer-, komposiitmaterjalide ja kaitsekatete tehnoloogia” raames.

Lõpetajate tegevuste tüübid

Lõpetajad saavad teadmisi, oskusi ja vilumusi, mis võimaldavad omandada arenenud tootmismeetodeid ja kaasaegseid plastide ja komposiitmaterjalide töötlemise meetodeid ning näiteid.

Põhidistsipliinid

• Komposiitmaterjalid
• Arvutigraafika arvutipõhises disainisüsteemides
• Arvutipõhise disaini alused
• Plastitöötlemise teoreetilised alused
• Polümeerliimid ja katted
• Elastomeerid. Hariduskeemia ja töötlemistehnoloogia
• Nanomõõtmeliste materjalide omadused ja tehnoloogiad
• Plastitöötlemistehaste projekteerimise alused
• Mehaanilised protsessid
• Survevalu seadmed, tehnoloogia ja arvutused
• Ekstrusiooni seadmed, tehnoloogia ja arvutused jne.

Näited lõpetajate tööleasumist

Materjaliteadus ja -tehnoloogia

Sissejuhatus

Distsipliin “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” on tuleohutusinseneri üldtehnilise koolituse üks peamisi erialasid erialal 330400 ja põhineb sellistel riikliku kõrgharidusstandardi erialadel nagu füüsika, keemia, matemaatika, insenerigraafika ja rakendusmehaanika.

Distsipliin koosneb kahest, struktuurselt ja metoodiliselt omavahel kooskõlastatud sektsioonist, mis võimaldab õpilastel mitte ainult mõista insenerimaterjalide olemust, vaid uurida ka nende omadusi sõltuvalt keemilisest koostisest, struktuurist ja järgnevatest töötlustest. Väga oluliseks võib pidada traditsiooniliste ja uute tehnoloogiliste protsessidega metalliliste ja mittemetalliliste materjalide tootmiseks, samuti tooriku ja valmistoodete valmistamise tehnoloogiatega tutvumist.

Testis töötavad õpilased iseseisvalt välja konkreetse toote valmistamise marsruuditehnoloogia, võttes arvesse kõiki võimalikke metallurgilise tootmise etappe. Õppematerjali tuleb käsitleda juhendis esitatud järjekorras. Enne iga teemaga tutvumist lugege need juhised hoolikalt läbi. Seejärel töötage pakutud kirjandust kasutades läbi koolitusmaterjal koos kohustuslike märkmete koostamisega. Pärast iga teema uurimist vastake enesetesti küsimustele.

Distsipliiniprogrammi juhised

Kursusel õppima asudes on vaja mõista metallurgia- ja masinaehitusliku tootmise rolli riigi materiaal-tehnilise baasi loomisel ning tutvuda tehnika arengu suundadega nendes tööstusharudes.

Pärast kursuse läbimist peaks üliõpilane teadma põhilisi konstruktsioonimaterjalide liike, nende valmistamise meetodeid, samuti tehnoloogilisi protsesse konstruktsioonimaterjalidest toodete ja detailide vormimiseks.

Konstruktsioonimaterjalid on materjalid, mida kasutatakse masinaosade, tarindite ja tarindite valmistamiseks. Mõiste „konstruktsioonimaterjalid” hõlmab must- ja värvilisi metalle ning hõlmab laia valikut mittemetallilisi materjale, nagu plastid, kummimaterjalid, aga ka silikaatklaasid, klaaskeraamika ja keraamika. Konstruktsioonimaterjalide erirühma kuuluvad komposiitmaterjalid, pulbermetallurgia materjalid ja tooted. Konstruktsioonimaterjalid peavad vastama teatud nõuetele, võttes arvesse nende mehaanilisi, füüsikalis-keemilisi, tehnoloogilisi ja tööomadusi.

Kursusel õppimisel tuleb erilist tähelepanu pöörata erinevate tootmismeetodite abil ühte tüüpi toote saamise võimalustele ning oskusele viia läbi nende meetodite tehniline ja majanduslik võrdlus.

Enesetesti küsimused

1. Millised metallid ja sulamid on värvilised?

2. Millised metallid ja sulamid liigitatakse mustadeks?

3. Loetlege mittemetalliliste konstruktsioonimaterjalide põhirühmad.

Jaotis 1. MATERJALITEHNOLOOGIA

Konstruktsioonimaterjalide tehnoloogia on teadmiste kogum materjalide tootmismeetodite ja nende töötlemise tehnoloogia kohta, et valmistada toorikud ja tooted erinevatel eesmärkidel. See osa hõlmab süstemaatiliselt ja sidusalt kaasaegse tootmise erinevaid etappe, mis võimaldavad vormida materjale nii metallilisel kui ka mittemetallilisel alusel erineva töötlemistäpsuse ja pinnakvaliteediga.

Teema 1. Metallurgia tootmise alused

Kaasaegne metallurgia tootmine on erinevate tööstusharude kompleks, mis põhineb maakide, koksisöe ja energiarajatiste ladestustel.

Kuulaja peab mõistma kaasaegse metallurgia tootmise skeemi, võttes arvesse kõiki võimalikke põhi- ja abietappe. On vaja teada peamisi musta ja värvilise metalli metallurgia toodete liike.

1.1 Metallurgia tootmise füüsikalis-keemilised alused

Looduses on peaaegu kõik metallid oma kõrge keemilise aktiivsuse tõttu erinevate keemiliste ühendite kujul seotud olekus. Maak on looduslik mineraal, mis sisaldab metalli, mida saab kaevandada majanduslikult soodsal tööstuslikul meetodil. Metallurgia ülesanne on saada maakidest ja muudest toorainetest metalle ja metallisulameid. Selleks võib olenevalt metalli iseloomust ja tooraine tüübist kasutada erinevaid meetodeid. Mõista redutseerimise, elektrolüüsi ja metallotermia olemust metallurgia tootmises. Mõelge peamistele materjalidele, mida kasutatakse maakidest metallide saamiseks (tööstuslik maak, räbustid, kütused, tulekindlad materjalid).

Enesetesti küsimused

1. Kaasaegse metallurgia tootmise struktuur.

2. Materjalid metallide ja sulamite tootmiseks.

3. Metallurgiliste protsesside põhitüübid.

1.2. Raua tootmine

Malmi sulatamiseks kasutatakse peamiselt kõrgahjutoodangut. Malmi tootmisprotsessi uurimisel tuleb arvestada kõrgahju ja abiseadmete konstruktsiooni. Malmi tootmise lähtematerjalid on raua- ja mangaanimaagid, räbust ja kütus. Rauamaagi omadusi uurides tuleks mõista, et maagi metallurgilise väärtuse määrab rauasisaldus maagis, maagi rikastamise võimalus, kahjulike lisandite olemasolu, maagi füüsikaline olek (poorsus, suurus). tükkideks) ja aheraine koostist. Maagi sulatamiseks ettevalmistamise peamised toimingud hõlmavad purustamist, rikastamist ja aglomeratsiooni.

Metallurgilistes protsessides on suur tähtsus räbustidel, st maakide sulatamisel lisatavatel ainetel, mis vähendavad jääkkivi sulamistemperatuuri ja toodavad vedelat räbu. Lisaks aitavad räbustid puhastada metalli kahjulikest lisanditest ja eemaldada koksi tuhka. Uurige, milliseid räbusteid kõrgahjude tootmisel kasutatakse.

Raua tootmisprotsessid toimuvad kõrgel temperatuuril. Tuleks uurida kõrgahjukütuse omadusi ja nõudeid. Samuti on vaja tutvuda tulekindlate materjalide tüüpidega (happeline, aluseline, neutraalne).

Kõrgahjuprotsessi füüsikaline ja keemiline olemus on järgmine. Kõrgahjus tuleb rauast eraldada, viia selle metalliliseks olekuks ja lõpuks kombineerida õige koguse süsinikuga, et vähendada selle sulamistemperatuuri. Nende muudatuste elluviimiseks on vaja keerulisi protsesse: 1) kütuse põletamine; 2) raua ja muude elementide oksiidide redutseerimine; 3) raua karburiseerimine; 4) räbu teke. Need protsessid toimuvad ahjus üheaegselt, kuid erineva intensiivsusega ja ahju erinevatel tasanditel. Mõelge igale neist protsessidest.

Kõrgahjude tootmise toodeteks on erineva klassi malm ja ferrosulamid, kõrgahjuräbu ja kõrgahjugaas.

Kõrgahjude tootmise tulemuslikkuse parandamise tööd tehakse mitmes suunas: 1) ahjude konstruktsiooni täiustamine; 2) laengumaterjalide ettevalmistamise tõhustamine; 3) kõrgahjuprotsessi intensiivistamine; 4) kõrgahjuprotsesside juhtimise kompleksse mehhaniseerimise ja automatiseerimise süsteemide täiustamine.

Enesetesti küsimused

1. Rääkige meile maagi tootmiseks ettevalmistamise tehnoloogilistest protsessidest.

2. Milline on räbusti roll kõrgahjude tootmisel?

3. Milliseid kütuseliike kõrgahjus kasutatakse?

4. Tulekindlate materjalide klassifikatsioon.

5. Kõrgahjus toimuvad füüsikalis-keemilised protsessid.

6. Joonistage kõrgahju siseprofiili skeem ja nimetage selle põhiosad. Esitage ligikaudsed temperatuurid kõrgahju erinevates piirkondades.

7. Miks ja millistes ühikutes kõrgahju juhitud õhku köetakse?

8. Mida saavutatakse hapnikuga rikastatud puhuri kasutamisega, samuti õhu niisutamisega?

9. Nimetage kõrgahjussulatuse tooted ja märkige nende kasutusalad.

10. Rääkige meile kõrgahju tootlikkuse tõstmise meetmetest.

1.3. Terase tootmine

Terase tootmise peamised lähtematerjalid on: malm ja terasejäägid (jäägid).

Teras erineb malmist selle poolest, et selles on vähem süsinikku, räni, mangaani, väävlit ja fosforit. Lisandite eemaldamine, st malmi muundamine teraseks, toimub kõrgel temperatuuril toimuvate oksüdatiivsete reaktsioonide tõttu. Seetõttu taanduvad kõik malmi teraseks töötlemise meetodid peamiselt malmi kokkupuutele hapnikuga kõrgel temperatuuril. Kuid süsiniku ja muude lisandite selektiivse oksüdatsiooni käigus neelab sularaud ka hapnikku, mis mõjutab negatiivselt valmisterase kvaliteeti. Seetõttu seotakse terasevalmistamise protsessi viimases etapis liigne hapnik teiste metallide oksiidideks ja eemaldatakse räbu, st deoksüdatsioon viiakse läbi räni, mangaani ja alumiiniumi lisamisega.

Malmi saab muuta teraseks erinevates metallurgiaseadmetes. Peamised neist on hapnikumuundurid, lahtise koldega ahjud ja elektriahjud.

Tutvuge nende agregaatide konstruktsiooni, tööpõhimõtte, neis terase tootmise tehnoloogilise protsessi iseärasustega ning nende töö tehniliste ja majanduslike näitajatega.

Mõnel juhul ei pruugi viimistletud teras alati vastata sellele esitatavatele nõuetele. Eriti kvaliteetsete teraste saamiseks kasutatakse spetsiaalseid meetodeid: terase valamine inertses atmosfääris; töötlemine sünteetilise räbuga; vaakumdegaseerimine; elektriräbu, vaakumkaare, elektronkiire ja plasmakaare ümbersulatamine. Uurige neid meetodeid.

Praegu on peaaegu kõik terasetootmisprotsessid tsüklilised ja katkendlikud. Katkendliku protsessi asendamine pidevaga võimaldab tõsta agregaatide tootlikkust ja parandada terase kvaliteeti. Tutvuge pidevate terasevalmistusseadmete tööpõhimõttega.

Terase (raua) tootmise progressiivsed meetodid hõlmavad mittelõhkemeetodeid, mis võimaldavad saada metallist rauda käsna, kooriku või vedela metalli kujul otse maagist, mööda kõrgahjust. On vaja uurida nende protsesside mustreid ja iseärasusi.

Valmis teras valatakse toorikute saamiseks. Peaksite tutvuma valukulbi ja vormide ehitusega, samuti peamiste terase valamise meetoditega: pealisvalu, sifoonivalu, pidevvalu. Eespool loetletud meetodeid kasutades saadakse toorikud, mida hiljem kasutatakse detailide valmistamiseks erinevate tehnoloogiliste meetodite abil. Vormides toodetud metallivaluplokkide struktuuril on suur mõju toorikute omadustele. Uurige rahulike ja keevate terasvaluplokkide struktuuri.

Enesetesti küsimused

1. Märkige malmi ja malmi keemilise koostise peamised erinevused.

2. Rääkige meile malmi teraseks muutmise füüsikalisest ja keemilisest olemusest.

3. Terase deoksüdatsiooniprotsessi eesmärk.

4. Terase tootmise hapnikukonverteri meetod. Selle omadused ja eelised.

5. Avatud koldeahju ehitus ja tööpõhimõte.

6. Terase tootmise tunnused lahtise koldega ahjudes.

7. Terase tootmine kaar- ja induktsioonelektriahjudes.

8. Millised tehnilised ja majanduslikud näitajad iseloomustavad terase tootmist konverterites, avakoldes ja elektriahjudes? Milline neist tootmismeetoditest on majanduslikult tulusam ja miks?

9. Loetlege ja kirjeldage kvaliteetsete teraste valmistamise meetodeid.

10. Pidevad terassulatusseadmed: ehitus, tööpõhimõte.

11. Rääkige meile mittedomeenilistest meetoditest terase (raua) tootmiseks.

12. Valamiskulbi ja vormide ehitus.

13. Terase valuvormidesse valamise meetodid.

14. Terase pidevvalu eelised.

15. Rahulikust ja keevast terasest valuploki ehitus.

1.4. Värviliste metallide tootmine

Vase tootmine. Vaske leidub looduses oksiidi- ja sulfiidühendite kujul. Välja on töötatud hüdrometallurgilised ja pürometallurgilised meetodid vase maakidest vase eraldamiseks. Õppige vase tootmise pürometallurgilist meetodit, tutvuge vase tootmise tehnoloogilise skeemi iga etapi füüsikalis-keemilise olemusega.

Alumiiniumi tootmine. Tootmismahu poolest on alumiinium maailmas raua järel teisel kohal. Alumiiniumi tootmise peamiseks tooraineks on boksiit.Alumiinium saadakse sula krüoliidis lahustunud alumiiniumoksiidi elektrolüüsil. See on keeruline ja energiamahukas protsess. Analüüsige alumiiniumi saamise skeemi ja selle rafineerimise meetodeid.

Titaani tootmine. Titaanil on mitmeid väärtuslikke omadusi: madal erikaal, kõrged mehaanilised omadused, hea korrosioonikindlus. Nende näitajate järgi on titaan ja selle sulamid oluliselt paremad kui paljud metallmaterjalid. Titaani laialdast kasutamist kaasaegses tehnoloogias takistab aga selle metalli kõrge hind, mis tuleneb selle maakidest ekstraheerimise äärmuslikust raskusest. Üks levinumaid meetodeid titaani tootmiseks on magneesiumitermiline meetod. Õppige seda titaani tootmise meetodit.

Enesetesti küsimused

1. Nimeta peamised vasemaagid.

2. Rääkige meile vasemaakide rikastamise meetoditest.

3. Esitage vase tootmise lihtsustatud skeem.

4. Andke alumiiniumi tootmise tööstusskeem

5. Millised on alumiiniumoksiidi ja krüoliidi tootmise toorained?

6. Nimetage peamised titaanimaagid.

7. Kirjeldage magneesiumtermilise meetodi olemust titaani tootmiseks.

1.5 Jäätmevabad ja ressursse säästvad tehnoloogiad

metallurgia tootmine

Jäätmevabade ja jäätmevabade tehnoloogiate loomisel metallurgia tootmises saab eristada järgmisi valdkondi:

1. Metallimaakide kompleksne kasutamine. Näiteks vase maakidest, kasutades vase tootmiseks pürometallurgilist meetodit, ei ekstraheerita mitte ainult vaske, vaid ka kulda, hõbedat, seleeni ja telluuri; Koos titaaniga saadakse titanomagnetiitidest ka rauda.

2. Seotud kaevandusmaterjalide kasutamine. Selgub, et ca 70% kaevandamisel puistangusse sattuvatest katte- ja aherainekivimitest sobivad räbustite, tulekindlate ja ehitusmaterjalide tootmiseks. Praegu kasutatakse selliseid materjale vaid 3-4%.

3. Koksi- ja metallurgiatööstuse jäätmete kasutamine. Nendes tööstusharudes on terav probleem kõigi jäätmete töötlemine toodeteks. Hetkel rakendatakse järgmisi jäätmekäitlusprotsesse: koksitööstuses saadakse jäätmetest ammoniaaki, ravimeid, värvaineid, naftaleeni ja muid aineid; kõrgahjutootmises kasutatakse jäätmeid ehitusmaterjalide saamiseks (räbu) ja kõrgahju siseneva õhupuhastuse soojendamiseks (pealmine gaas). Vase tootmisprotsessi käigus toodetakse vääveldioksiidi heitgaasist kõrvalsaadusena väävelhapet.

4. Suletud tsüklite loomine. See tähendab teatud ainete korduvat kasutamist tootmistsüklis. Näiteks titaani tootmisel suunatakse pärast titaankäsna rafineerimist taaskasutatud magneesium uuesti tootmisse – titaani taastamiseks.

Enesetesti küsimused

1. Nimeta põhisuunad jäätmevabade tehnoloogiate loomisel.

Teema 2. Metallist toorikute saamise alused

Selle jaotise uurimist alustades on vaja mõista, et töödeldavate detailide, osade ja toodete vormimine on võimalik, kui metallid ja sulamid on erinevates agregatsiooniseisundites: tahke (vormimine, töötlemine, keevitamine), vedel (valu), gaasiline ( pihustamine). Toorikute vormimise meetodi valiku üheks kriteeriumiks on tooriku materjali omadused, nagu plastilisus, kõvadus, keevitatavus, valuomadused ja mitmed teised.

2.1. Valutehnoloogia põhialused

Valukoda on masinaehituse haru, mis toodab vormitud detaile, valades sulametalli vormi, mille õõnsuses on detaili konfiguratsioon. Valandite tootmise peamised eelised ja eelised on suhteline odavus võrreldes muude osade valmistamise meetoditega ja võimalus toota erinevatest sulamitest kõige keerulisema konfiguratsiooniga tooteid.

Sulamite sobivuse valandite valmistamiseks määravad järgmised valuomadused: voolavus, kokkutõmbumine, segregatsioon, gaasiimavus. Peaksite tutvuma metallide ja sulamite valuomadustega.

Praegu on vormide valmistamiseks ja valandite valmistamiseks rohkem kui 100 erinevat meetodit. Veelgi enam, tänapäevased toorikute valamise valmistamise meetodid tagavad üsna laialdaselt toorikute kindlaksmääratud täpsuse, pinnakareduse parameetrid ning füüsikalised ja mehaanilised omadused. Seetõttu on tooriku saamise meetodi valimisel vaja hinnata iga võrreldava variandi kõiki eeliseid ja puudusi.

Valatud toorikute üldises tootmises hõivab olulise mahu liiv-savi vormidesse valamine, mis on seletatav selle tehnoloogilise mitmekülgsusega. See valumeetod on majanduslikult otstarbekas igat tüüpi tootmisel, mis tahes kaalu, konfiguratsiooni ja suurusega osade jaoks, valandite tootmiseks peaaegu kõigist valusulamitest. Liiv-savi vormides valatud vormitoodete valmistamise tehnoloogiline protsess koosneb olulisest hulgast toimingutest: vormi- ja südamikusegude valmistamine, vormide ja südamike valmistamine, valuvormide valamine, valandite vormidest vabastamine, valandite korrastamine ja puhastamine. Muutes vormimismeetodit, kasutades erinevaid mudelmaterjale ja vormisegusid, on võimalik saada üsna puhta pinnaga ja täpsete mõõtudega valandeid.

Liiva-savi segudest valuvormide valmistamine on kõige keerulisem ja vastutusrikkam toiming. Vajalik on õppida käsitsi ja masinvormimise valuvormide valmistamise tehnoloogiat ning tutvuda valutehnoloogiliste seadmetega. Valandite väljalöömine ja puhastamine on kõige töömahukamad ja kõige vähem mehhaniseeritud protsessid. Peaksite meeles pidama valandite väljalöömise meetodeid, valandite lõikamise ja puhastamise meetodeid, tutvuma valandite defektide ja nende kõrvaldamise meetmetega.

Vaatamata mitmekülgsusele ja madalatele kuludele on liiv-savi vormidesse valamise meetod seotud suure abimaterjalide voolu ja suurenenud töömahukusega. Lisaks muutub kuni 25% valandite massist töötlemisel laastudeks.

Võrreldes liiv-savi valuvormidesse valamisega on erivaluvormide eelised järgmised: valandite täpsuse suurendamine ja pinnakvaliteedi parandamine; väravasüsteemi kaalu vähendamine; vormimismaterjalide tarbimise järsk vähenemine. Lisaks on erimeetoditel valandite valmistamise tehnoloogiline protsess kergesti mehhaniseeritav ja automatiseeritav, mis suurendab tööviljakust, parandab valandite kvaliteeti ja vähendab nende maksumust.

Spetsiaalsete valumeetodite hulka kuuluvad: kestavalamine, täppisvalu, metallivalu (vormid), tsentrifugaalvalu, survevalu ja pidev valuvorm. Peaksite hoolikalt mõistma eri tüüpi valamise olemust, funktsioone ja rakendusvaldkondi.

Enesetesti küsimused

1. Valutootmise tähendus ja ulatus.

2. Valandite valmistamise meetodite klassifikatsioon.

3. Valatud osade saamise peamised eelised.

4. Sulamite valuomadused.

5. Valuvormide ja -südamike valmistamiseks kasutatavad vormimaterjalid.

6. Millised on nõuded vormimismaterjalidele?

7. Põhitoimingud valandite hankimisel.

8. Vorm, käsitsi ja masin, liiv- ja savivormidesse valamisel.

9. Varraste otstarve ja tootmine.

10. Valandite väljalöömise ja puhastamise meetodid.

11. Kirjeldage kaotatud vaha valamise meetodi olemust, selle meetodi eeliseid ja puudusi.

12. Kestavalu meetodi olemus ja selle eelised.

13. Märkige metallvormidesse (vormidesse) valamise eelised.

14. Kirjeldage survevalumeetodi olemust.

15. Selgitage tsentrifugaalmasinate abil vormitud valandite valmistamise olemust.

16. Pidevvalu ulatus.

Enesetesti küsimused

1. Selgitage pressimisprotsessi olemust otse- ja pöördmeetodil.

2. Põhilised tööriistad ja seadmed pressimiseks.

3. Pressimisprotsessi tehnoloogia.

4. Pressitud tooted.

5. Millised on pressimise kui ühe OMD meetodi eelised ja puudused?

Joonistamine- metallmaterjalide deformatsioon külmas olekus. Külma plastilise deformatsiooni käigus metall kõvastub (karastatakse). Joonistustoodetel on suur mõõtmete täpsus ja hea pinnakvaliteet. Vajalik on hästi mõista joonestamise tehnoloogilise protsessi toiminguid, eriti metalli eeltöötlemise toimingutes, uurida joonistamise tööriistu ja seadmeid, selle meetodi eeliseid ja puudusi, tunda joonestamise tooteid. joonistamine.

Enesetesti küsimused

1. Joonistamisprotsessi olemus ja omadused.

2. Tõmbeveskite skeemid ja tööpõhimõtted.

3. Joonistustooted.

Painutatud profiilide tootmine– meetod lehtmaterjali profileerimiseks külmas olekus. Sel juhul saadakse väga keerulise konfiguratsiooni ja suure pikkusega vormitud õhukeseseinalised profiilid. Mõistke selle meetodi olemust ja selle ulatust.

Enesetesti küsimused

1. Rääkige lehestoorikust painutatud profiili valmistamise tehnoloogilisest protsessist.

Tasuta sepistamine- metallide kuumvormimine, mille käigus töödeldav detail deformeeritakse universaalse tööriista abil. Sepistamise ajal toimub kuju muutumine metalli voolu tõttu deformeeriva tööriista - lööki - liikumisega risti olevates suundades. Sepistamine on ratsionaalne ja kulutõhus protsess kõrgekvaliteediliste, kõrgete mehaaniliste omadustega detailide tootmiseks väikesemahulises ja üksiktootmises.

Tutvuge sepistamisel kasutatavate detailide, lahtise stantsiga sepistamise ja nendega seotud tööriistadega. Mõelge igas rakenduses kasutatavatele seadmetele ning avatud stantsiga sepistamise eelistele ja puudustele.

Enesetesti küsimused

1. Mis on avatud sepistamisprotsessi olemus?

2. Mis on toorik sepistamise ajal?

3. Milliseid avatud sepistamisoperatsioone teate ja milliseid sepistamistööriistu kasutatakse?

Tembeldamine- sepistamise tüüp, mis võimaldab seda protsessi mehhaniseerida ja automatiseerida. Tembeldamine võib olla kuum ja külm, mahuline ja leht. On vaja uurida mahu- ja lehtstantsimise põhimeetodeid ja toiminguid, tööriistu, seadmeid, eeliseid ja puudusi. Pöörake tähelepanu mahulise stantsimise progressiivsetele meetoditele: ristkiilvaltsimine, pöörlev kokkusurumine, stantsimine poolitatud stantsides jne.

Enesetesti küsimused

1. Võrrelge sepistamist ja stantsimist. Milline töötlemisviis on progressiivsem? Miks?

2. Kirjeldage kuumstantsimise sepistamise peamisi etappe.

3. Millised on stantsimise sepistamise esialgsed toorikud?

4. Võrrelge stantsimise eeliseid ja puudusi avatud ja suletud stantsides.

5. Joonistage külmstantsiga sepistamisoperatsioonide skeemid.

6. Mis on tooraine ja lehtmetalli stantsimistooted?

7. Milliseid lehtmetalli stantsimise toiminguid teate?

2.3. Keevitustehnoloogia alused

Keevitamine on kõige progressiivsem, kõrge tootlikkusega ja väga ökonoomsem tehnoloogiline meetod püsiliidete valmistamiseks. Keevitamist võib käsitleda monteerimisoperatsioonina (eriti ehitustööstuses) ja toorikute valmistamise meetodina. Paljudes tööstusvaldkondades kasutatakse laialdaselt kombineeritud keevitatud detaile, mis koosnevad erinevate tehnoloogiliste protsesside ja mõnikord ka erinevate materjalide abil valmistatud üksikutest detailidest. Detail tükeldatakse koostisosadeks koos nende järgneva keevitusega, kui selle valmistamine täisvaluna või tahke sepisena on seotud suurte tootmisraskustega, seadmete puudumise, keerulise töötlusega või kui detaili üksikud osad töötavad eriti rasketes tingimustes. tingimused (suurem kulumine ja temperatuur, korrosioon jne) ning nende tootmine eeldab kallimate materjalide kasutamist.

Keevitussektsiooniga tutvuma asudes tuleb ennekõike mõista keevitusprotsesside füüsikalist olemust, mis seisneb tugevate aatom-molekulaarsete sidemete tekkimises ühendatavate detailide pinnakihtide vahel. Keevisliite saamiseks on vaja keevispinnad puhastada saasteainetest ja oksiididest, viia liidetud pinnad üksteisele lähemale ja anda neile teatud energiat (aktiveerimisenergia). Seda energiat saab edastada soojuse (termiline aktiveerimine) ja elastoplastilise deformatsiooni (mehaaniline aktiveerimine) kujul. Sõltuvalt aktiveerimismeetodist on kõik keevitusmeetodid jagatud kolme klassi: termiline, termomehaaniline ja mehaaniline.

Tuleks tutvuda keevitamise võimaliku soojusallikaga ja materjalide keevitatavuse kriteeriumidega ning pöörata tähelepanu ka keevisliidete valmistatavusele.

Keevituse termiline klass- ühendamine sulatamise teel soojusenergia abil (kaar, elektriräbu, plasma, elektronkiir, laser, gaas).

Kaarkeevitusel on metalli sulatamise soojusallikaks tooriku ja elektroodi vahel tekkiv elektrikaar. Elektrikaarkeevitust õppides peab üliõpilane tutvuma kaareprotsessi olemusega, tutvuma käsitsi kaarkeevituse tehnoloogia, seadmete, kasutusvaldkondadega, aga ka teiste kaarkeevitamise meetoditega: automaatse sukelkaare keevitusega ja keevitamise teel. kaitsegaasi keskkond. Erilist tähelepanu tuleks pöörata elektriräbu keevitamise küsimusele. Tuleb mõista, et elektrikaar põleb siin alles räbuvanni ettevalmistamise protsessi alguses ning täiteaine ja mitteväärismetalli edasine sulamine saavutatakse soojuse tõttu, mis tekib elektrivoolu läbimisel räbuvanni.

Keevitamine elektronkiirega vaakumis, plasmajoa või laserkiirega on elektrikeevituse erimeetod. Mõelge seda tüüpi keevitamise tehnoloogiale, keevisliidete omadustele ja rakendusalale.

Gaaskeevituse eripäraks on gaasileegi kasutamine soojusallikana. Soovitatav on uurida põlemisprotsessi ja keevitusleegi struktuuri, gaasipõleti konstruktsiooni, seadmeid ja keevitustehnoloogiat.

Järgmisena peame kaaluma metallide lõikamist. Lõikamist on kolm peamist tüüpi: eraldus-, pind- ja hapnikutoru lõikamine. Sõltuvalt metalli kuumutamise meetodist kuni sulamiseni toimub metallide hapniku-, hapnikuvoo-, plasma- ja õhukaare lõikamine.

Enesetesti küsimused

1. Selgitage elektrikaarkeevitusprotsessi olemust.

2. Tarbitavate ja mittetarbivate elektroodidega keevitamise omadused ja omadused.

3. Miks ja milliste katetega kaetakse metallelektroodid?

4. Käsikaarkeevitus.

5. Joonistage automaatse sukelkaarkeevituse skeem.

6. Selgitage kaarkeevitusprotsesside olemust kaitsvas keskkonnas.

7. Joonistage elektriräbu keevitamise skeem.

8. Loetle ja iseloomusta spetsiaalseid sulakeevitusmeetodeid.

9. Selgitada gaaskeevituse tehnoloogiat.

10. Rääkige meile gaasikeevituse ulatusest.

Elektriline kontaktkeevitus oli keevitusviis, millega kaasneb vuugi lühiajaline kuumutamine ja kuumutatud detailide väänamine. See on väga produktiivne keevitusviis, seda saab hõlpsasti automatiseerida ja mehhaniseerida, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt masinaehituses. Vajalik on tutvuda elektritakistuskeevitusega ja selle sortidega: põkk, koht, õmblus, reljeef. On vaja üksikasjalikult uurida elektrilise kontaktkeevituse tehnoloogiat, režiime ja seadmeid.

Difusioonkeevitamisel tekib liitekoht kontaktmaterjalide pinnakihtide aatomite vastastikuse difusiooni tulemusena. See keevitusmeetod võimaldab teil saada kvaliteetseid metallide ja sulamite liitekohti homogeensetes ja heterogeensetes kombinatsioonides. Mõista difusioonkeevituse tehnoloogia iseärasusi ja rakendusi.

Enesetesti küsimused

1. Joonistage ja selgitage punkt-, rull-, õmblus- ja reljeefse elektrikontaktkeevituse skeeme.

2. Too näiteid takistuskeevituse kasutamisest masinaehituses.

3. Rääkige, millistes rahvamajanduse sektorites difusioonkeevitust kasutatakse.

Mehaanilise keevitamise klass- keevitamine, mis toimub mehaanilise energia ja rõhuga ilma ühendatavaid detaile eelsoojendamata (külmkeevitus, ultrahelikeevitus, plahvatuskeevitus, hõõrdekeevitus). On vaja tutvuda seda tüüpi keevitamise tehnoloogia, eeliste ja ulatusega.

Enesetesti küsimused

1. Joonistage ja selgitage skeeme mehaanilise klassi keevitusliikide kohta.

Pinnastamine- meetod kulunud osade taastamiseks ja tugevdamiseks. Praegu on välja töötatud ja laialdaselt kasutatud erinevaid pinnakatte ja katmise meetodeid. Pindamistöödega luuakse detailidele nõutavate omadustega pinnakihid. Vajalik on uurida erinevate pindamismeetodite, materjalide ja pindamistöödel kasutatavate seadmete tehnoloogiat.

Enesetesti küsimused

1. Märkige pindamise tehnikad ja meetodid.

2. Selgitage pindamise rakendusi.

Jootmine- tehnoloogiline protsess metallist toorikute ühendamiseks ilma neid sulatamata, viies nende vahele sulametalli - jootet.

Jooteaine sulamistemperatuur on madalam kui ühendatavate metallide sulamistemperatuur. Peaksite mõistma jootmisprotsesside füüsilist olemust, teadma jootmismeetodeid ja jooteühenduste tüüpe. Oluline on mõista, millistel juhtudel tuleks kasutada pehmet ja millistel kõvajoodet. On vaja uurida metallide ja sulamite jootmise rakendusvaldkondi.

Enesetesti küsimused

1. Jootmisprotsessi füüsiline olemus.

2. Mis on räbusti otstarve jootmisel?

3. Milliseid seadmeid kasutatakse jootmiseks?

Keevis- ja jooteühenduste kvaliteeti hinnatakse destruktiivsete katsemeetodite abil. On vaja uurida ühenduste väliseid ja sisemisi defekte ning nende kontrollimise meetodeid.

Keevitustehnoloogiliste tingimuste rikkumine toob mõnel juhul kaasa pingete ja deformatsioonide tekkimise keevisliidetes. On vaja tutvuda keevitamise ajal tekkivate pingetega võitlemise meetmetega ning deformeerunud elementide ja konstruktsioonide korrigeerimise meetoditega.

Enesetesti küsimused

1. Loetlege keevis- ja jooteühenduste defektid.

2. Loetlege destruktiivsed ja mittepurustavad meetodid keevis- ja jooteühenduste testimiseks.

3. Nimetage keeviskonstruktsioonides jääkpingete tekkimise põhjused.

4. Kuidas saab keevitamise ajal konstruktsioonide deformeerumist vähendada või täielikult kõrvaldada?

Teema 3. Masinaosade toorikute mõõtmete töötlemise alused

Mõõtmetöötluse all mõistetakse joonisele vastavate osade suuruste ja kujundite andmist erinevate lõikemeetodite abil, kasutades selleks spetsiaalseid masinaid ja tööriistu. Lõikamist võib pidada erinevate masinaehitustoodete tootmistsükli viimaseks toiminguks, kuna ainult see tagab teatud täpsuse.

3.1. Põhiteave metalli lõikamise protsessi kohta

Metalli lõikamise eesmärk on anda osadele vajalik geomeetria koos sobiva pinnapuhtusega. Sel juhul nimetatakse tulevast detaili enne töötlemise algust toorik, töötlemise ajal nimetatakse seda toorikut toorikuks ja igat tüüpi töötlemise lõpus saadakse valmis detail.

Töötlemise käigus eemaldatavat metallikihti nimetatakse varuks ja varu käsitsi eemaldamine vastab metallitöötlemisele ja masinate pealt eemaldamine mehaanilisele töötlemisele.

Metallilõikepinkide täitevorganite liikumine jaguneb töö- ja abistavaks. Arutage, milliseid liikumisi nimetatakse töötajateks, ja kujutage neid skemaatiliselt joonisel. Pange tähele, et lõikeriista kogu liikumist töödeldava detaili suhtes nimetatakse sellest tulenevaks lõikeliikumiseks.

Lõikamisel arvestatakse järgmisi toiminguid: treimine, puurimine, freesimine, hööveldamine, läbimurdmine, lihvimine. Mõistke, et see jaotus on suhteline, kuna mis tahes tüüpi töötlemisel on mitmeid alatüüpe, näiteks kui kasutatakse lisaks puurimist, süvistamist, hõõritamist jne.

Kasutades õpikutes toodud diagramme ja jooniseid, mõista töödeldavate pindade tüüpe. Sel juhul pöörake erilist tähelepanu lõikeriista geomeetriale, kasutades treiriista näidet. Laastu moodustamise protsess on peamine lõikamismehhanism ja see sõltub lõikejõust ja lõiketingimustest. Seda kõike iseloomustab lõikejõud. Nende parameetrite põhjal uurige standardseid lõikeparameetreid ja mõistke lõiketingimuste valiku põhimõtteid, sh töötlemisaja arvutamist.

Enesetesti küsimused

1. Milliseid liigutusi töötlemisel nimetatakse tööks ja milliseid abistavateks?

2. Mis tüüpi pindu eristatakse mehaanilisel töötlemisel?

3. Milliseid nurki eristatakse tööriista lõikeosas:

4. Mida mõeldakse tasapindade lõikamise all staatilises koordinaatsüsteemis?

5. Kirjeldage kiibi moodustumise protsessi.

6. Mida mõeldakse lõikejõu all?

7. Millised toimingud hõlmavad lõikerežiimi ja kuidas see valitakse?

8. Kuidas arvutatakse töötlemisaega?

3.2. Lõikepinkide klassifikatsioon ja tehnoloogia

lõikamise töötlemine

Kõik metallilõikemasinad on jagatud rühmadesse vastavalt teostatava töö iseloomule ja kasutatavate tööriistade tüübile. Mõelge üksikasjalikult Venemaal vastu võetud klassifikatsioonile ja mõistke tööpinkide sümboolse tähistamise ühtset süsteemi, mida mõistetakse nummerdamisena. Seejärel tutvuge üksikasjalikult erinevate metallilõikepinkide lõiketehnoloogiatega.

Töötlemine treipingil. Uurige piltide abil kruvilõikepingi põhikomponente ja saage aru, miks treipinke nimetatakse sageli universaalseteks. Analüüsige treipinkide tüüpe.

Töötlemine puur- ja puurmasinatel. Saage aru, mida tähendab puurmasinatel ümarate aukude töötlemine.

Töötlemine freespinkidel. Saate aru, mis on freesimine ja milliseid lõikureid selleks kasutatakse.

Töötlemine höövel-, pilu- ja avamismasinatel. Võttes arvesse pinnatöötluse tüüpe hööveldamisega, tõstke esile selle masinarühma omadused. Uurige nendel eesmärkidel kasutatavate tööriistade tüüpi. Koostage selle rühma masinate tööskeem.

Töötlemine lihvimis- ja viimistlusmasinatel.Õppige lihvimisprotsessi ja selleks kasutatavaid tööriistu. Pange tähele, et lihvimine viitab ka lõikamistoimingutele ja mõistke, mida see hõlmab. Vaadake üle lihvimismeetodid ja lihvimismasinate tüübid.

Kõigi kaalutud lõikamistehnoloogiate puhul uurige võimalikke tööliike.

Kokkuvõtteks pöörake tähelepanu metallilõikepinkide mehhaniseerimise ja automatiseerimise võimalustele. Saate aru, mis on arvuti arvjuhtimisseadmed (CNC) ja kuidas neid painduvateks automaatseteks liinideks (FAL) kokku pannakse. Tutvustage enda jaoks robotite ja manipulaatorite kontseptsiooni.

Enesetesti küsimused

1. Milleks treipinke kasutatakse?

2. Miks nimetatakse treipinke sageli universaalseteks?

3. Mida mõeldakse suurte aukude süvistamise ja hõõritsemise all.

4. Millised on peamised lõikurite tüübid?

5. Millised on höövelmasinate omadused?

6. Mida mõeldakse lihvimisprotsessi all?

7. Mida mõeldakse abrasiivse tööriista all?

8. Millistel eesmärkidel kasutatakse mehaanilisel töötlemisel roboteid ja manipulaatoreid?

3.3. Materjalide elektrofüüsikalis-keemiline töötlemine

Võrreldes tavapärase metallilõikamisega on nendel töötlemisviisidel mitmeid eeliseid: need võimaldavad töödelda kõrgete mehaaniliste omadustega materjale, mille töötlemine tavameetoditega on keeruline või täiesti võimatu (kõvad sulamid, rubiinid, teemandid ja isegi ülikõvad materjalid), ning võimaldavad töödelda ka kõige keerukamaid pindu (kõvera teljega augud, vormitud profiiliga pimeaugud jne).

Kõik need meetodid jagunevad tavaliselt kahte suurde rühma, mis hõlmavad:

Elektrofüüsikalised töötlemismeetodid. Sellesse rühma kuuluvaid meetodeid nimetatakse kõige sagedamini elektroerosiooniks ja elektrokiireks, olenevalt töödeldava pinna energiaga varustamise meetodist.

Juhtivate metallide ja sulamite elektrilahendusega töötlemine põhineb materjali lokaalsel hävimisel selle ja spetsiaalse elektroodi vahel kulgeva impulss-elektrivoolu mõjul.

Voolu väljalasked viiakse läbi otse töötlemistsoonis, kus need muundatakse soojuseks, sulatades töödeldava metalli osakesed.

Esiletõstmine:

Elektrisädemete töötlemine;

Elektriline impulssravi;

Elektriline kontaktkaare töötlemine;

Ultraheli ravi.

Elektrokiirtöötlust teostatakse mis tahes materjalidel ja see ei sõltu nende elektrijuhtivusest. Sel juhul tarnitakse töödeldavale pinnale energia kvantgeneraatorite (laserite) või elektronkiirerelvade abil.

Esiletõstmine:

valguskiire töötlemine (laser);

Elektronkiire töötlemine.

Mõelge igale meetodile eraldi ja visandage oma märkmetes töötlemisskeem.

Elektrokeemilised töötlemismeetodid. Neid meetodeid kasutatakse laialdaselt tööstuses ja need põhinevad metalli (anoodi) anoodsel lahustamisel alalisvoolu elektrolüüdi läbi lahuse juhtimisel.

Esiletõstmine:

Elektrokeemiline söövitus (poleerimine);

Mõõtmeline elektrokeemiline töötlemine;

Elektrokeemilis-mehaaniline töötlemine;

Keemiline-mehaaniline töötlemine.

Mõistke ise iga meetodi olemust, selle võimalusi ja rakendusala. Lisage kokkuvõttele töötlemisprotsessi diagrammid.

Enesetesti küsimused

1. Mis on elektrofüüsikaliste töötlemismeetodite olemus?

2. Miks saab elektrilahendusega töödelda ainult elektrit juhtivaid materjale?

3. Mis on ultraheli töötlemisel energiaallikas?

4. Milliseid tehnoloogilisi toiminguid saab laserite abil teha?

5. Mis on elektrokeemiliste töötlemismeetodite olemus?

6. Millistel eesmärkidel kasutatakse elektrokeemilist söövitamist (poleerimist)?

7. Miks nimetatakse üht tüüpi elektrokeemilist töötlemist dimensiooniliseks?

Teema 4. Toorikute ja detailide tootmistehnoloogia alused

mittemetallist ja komposiitmaterjalidest valmistatud masinad

Mõiste "mittemetallilised materjalid" hõlmab plastmassi, kummimaterjale, puitu, silikaatklaase, keraamikat, klaaskeraamikat ja muid materjale.

Mittemetallilised materjalid ei ole ainult metallide asendajad, vaid neid kasutatakse sageli iseseisvate materjalidena, mõnikord isegi asendamatute materjalidena (kumm, klaas). Mõnedel materjalidel on kõrge mehaaniline ja eritugevus, kergus, soojus- ja keemiline vastupidavus, kõrged elektriisolatsiooni omadused jne. Eriti tähelepanuväärne on mittemetalliliste materjalide valmistatavus. Mittemetalliliste materjalide kasutamine tagab olulise majandusliku efektiivsuse.

Mittemetallist konstruktsioonimaterjalid

Mittemetalliliste konstruktsioonimaterjalide uurimisel on kõigepealt vaja mõista, et mittemetalliliste materjalide aluseks on polümeerid. On teada, et polümeeri makromolekulid on lineaarsed, hargnenud, ristseotud ja suletud ruumilise võrgustiku struktuuriga. Polümeeri makromolekulide tüüp määrab nende käitumise kuumutamisel. Sõltuvalt sellest jagatakse polümeerid termoplastilisteks ja termoreaktiivseteks. Uurige polümeeride struktuuriomadusi ja nende klassifikatsiooni. Pöörake erilist tähelepanu polümeeride füüsikalisele olekule ja faasi koostisele.

Plastid on orgaanilistest polümeeridest valmistatud kunstlikud materjalid. On vaja uurida lihtsate ja keerukate plastide koostist, tutvuda nende omaduste ja klassifikatsiooniga. Erilist tähelepanu tuleks pöörata termoplastsete ja termoreaktiivsete plastide kasutamisele.

Plastide töötlemine toodeteks ja osadeks on võimalik kõigis kolmes polümeeri olekus: viskoosne, väga elastne ja tahke. Lisaks toimub toorikute peamine vormimine ja tootmine viskoosses-vedelas olekus. Plastikust valmistatud osadele ja toodetele lõpliku kuju ja suuruse andmine toimub väga elastses ja kõvas olekus. Õppida plastide toodeteks töötlemise meetodeid ning plastist püsiliidete valmistamise meetodeid keevitamise ja liimimise teel. Mõista kasutatud meetodite, tööriistade ja seadmete olemust.

Oluliseks polümeeride rühmaks on kummid, mis moodustavad aluse eraldi konstruktsioonimaterjalide klassile - kummidele. Tehnilise materjalina on kummil kõrged plastilised omadused. Lisaks on kummil mitmeid olulisi omadusi nagu gaasi- ja veekindlus, keemiline vastupidavus, väärtuslikud elektrilised omadused jpm Mõista kummide koostist ja erinevate lisandite mõju nende omadustele. Uurige erinevate kaubamärkide kummi füüsikalisi ja keemilisi omadusi ja kasutusvaldkondi.

Kummitoodete valmistamise tehnoloogiline skeem hõlmab kummisegu valmistamise, selle vormimise ja vulkaniseerimise (kummi ja väävli keemiline koostoime) toiminguid. Kaaluge kummitoodete valmistamise meetodeid ja kummikangast toodete valmistamise meetodeid.

Erirühma moodustavad värvid ja liimid. Saage ise aru, mis on lakid ja emailid. Siinkohal on oluline mõista, et tegemist on keerukate mitmekomponentsete süsteemidega, mis sisaldavad erinevaid aineid, mis tagavad nõutud omaduste komplekti. Tehke kindlaks iseloomulikud tunnused ja koostage värvide ja lakkide klassifikatsioon.

Liimide roll tänapäevases tootmises on väga oluline. Need võimaldavad saada püsiühendusi, sealhulgas oma olemuselt täiesti erinevate materjalide vahel. Uurige liimide klassifikatsiooni koostise ja eesmärgi järgi, nende muutuste tunnuseid ja mehaanilisi võimeid.

Enesetesti küsimused

1. Mis on polümeer?

2. Mille alusel liigitatakse polümeerid termoplastideks ja termoreaktiivseteks?

3. Mis iseloomustab polümeeride kristalset olekut.

4. Selgitage polümeeride kolme füüsikalist olekut: klaasjas (tahke), väga elastne ja viskoosne.

5. Loetlege polümeeride vananemise põhjused.

6. Loetlege kompleksplastide sisalduvad komponendid ja koostis.

7. Milliseid plastist täiteaineid teate?

8. Märkige termoplastide ja termoreaktiivsete materjalide kasutusala.

9. Millised on plasti eelised metallmaterjalide ees? Millised on nende puudused?

10. Millistest komponentidest koosneb kumm ja kuidas need mõjutavad nende omadusi?

11. Räägi meile kummitoodete valmistamise tehnoloogilistest meetoditest.

12. Mis vahe on õlivärvidel ja emailidel?

13. Millised näitajad iseloomustavad liimvuugi kvaliteeti?

Anorgaanilised konstruktsioonimaterjalid

Anorgaaniliste materjalide rühma kuuluvad anorgaanilised klaasid, klaaskristallilised materjalid (keraamika), keraamika, grafiit ja asbest. Mõista, et anorgaaniliste materjalide aluseks on peamiselt metallide oksiidid ja hapnikuvabad ühendid. Pange tähele, et enamik neist materjalidest sisaldab erinevaid räniühendeid koos teiste elementidega ja seetõttu nimetatakse neid sageli ühiselt silikaatmaterjalideks. Praegu on anorgaaniliste materjalide valik oluliselt laienenud. Kasutatakse puhtaid alumiiniumi, magneesiumi, tsirkooniumi jt oksiide, mille omadused ületavad oluliselt tavaliste räniühendite oma. Mõelge anorgaaniliste materjalide füüsikalis-keemiliste ja mehaaniliste omaduste kompleksile ja võrrelge neid orgaaniliste polümeersete materjalide sarnaste näitajatega.

Erirühma moodustavad looduslikud anorgaanilised materjalid, mille hulka kuuluvad grafiit, asbest, puit ja mitmed kivimid (marmor, basalt, obsidiaan). Uurige nende materjalide omadusi ja tehnilisi võimalusi.

Enesetesti küsimused

1 Millised mineraalsed materjalid kuuluvad silikaatklaasi?

2. Mis on klaaskeraamika, märkige, kuidas seda hankida.

3. Mis on tehniline keraamika?

Komposiitkonstruktsioonimaterjalid

Komposiitmaterjalid on tehismaterjalid, mis on saadud keemiliselt erinevate komponentide kombineerimisel. Komposiitmaterjalides, erinevalt sulamitest, säilitavad komponendid oma olemuslikud omadused ja nende vahel on selge liides. On looduslikke (eutektilisi) ja tehislikke komposiitmaterjale.

Valgevene Vabariigi Haridusministeerium

VALGEVENE kodanik

TEHNIKAÜLIKOOL

Info- ja mõõteseadmete ja -tehnoloogiate osakond

LABORITÖÖD

(JUHTUMIUURING)

Distsipliini järgi

"Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia"

1. osa

Minsk 2003 Sissejuhatus

Kursuse “Materjaliteadus ja materjalitehnoloogia” õppimise protsessis on loengute ja praktiliste harjutuste kõrval oluline roll laboripraktikal. Omandamata materjalide käitumise analüüsi kasutamise oskust erinevates tingimustes, ei ole uute materjalide sihipärane süntees ja nende mõistlik praktikas kasutamine võimatu.

Laboratoorsete tööde läbimine võimaldab kinnistada materjaliteaduse põhiharude teoreetilisi põhimõtteid, tutvuda kaasaegsete teadusuuringute meetoditega ja analüüsida saadud katsetulemusi. Selle tulemusena saate teha väikese, täielikult lõpetatud teadusliku uuringu.

Õpik (1. osa) sisaldab konstruktsioonimaterjalide füüsikaliste ja keemiliste põhiomaduste ning nende struktuuri uurimist kajastavaid laboratoorseid töid.

Esitatud materjali eripäraks on üsna ulatuslik teoreetilise osa olemasolu, mis võimaldab õpilastel tundideks iseseisvalt valmistuda. Kasutusjuhend sisaldab lisakirjanduse loetelu, mis hõlbustab teoste üksikasjalikumat uurimist.

Käsiraamatu eesmärk on tutvuda erinevate instrumentide valmistamisel kasutatavate metalliliste ja mittemetalliliste konstruktsioonimaterjalidega ning saada selgeid ettekujutusi materjalides erinevates tingimustes esinevate füüsikaliste ja keemiliste nähtuste mitmekesisusest nende sünteesi ja toimimise käigus. .

Pärast laboritöö lõpetamist koostatakse aruanne, mis sisaldab:

1) tiitelleht;

2) teoreetilised aluspõhimõtted;

3) tulemuste tabelina ja graafiliste sõltuvuste vormis esitamisega töö tegemise kord;

4) saadud tulemuste analüüs ja järeldused. Laboritööde tegemisel on vaja rangelt järgida ohutusnõudeid.

Laboratoorium töö nr 1

METALLIDE JA NENDE SULAMITE STRUKTUURI UURIMINE

Töö eesmärk: uurida raud-süsinik olekudiagrammi, tutvuda raud-süsinik sulamite (terased ja malmid), pulberkomposiitmaterjalide mikrostruktuuriga.

Teoreetiline osa

Komponentide kontsentratsiooni muutumisel sulamites, samuti nende jahutamisel või kuumutamisel (konstantse välisrõhu all) toimuvad nendes sulamites olulised faasi- ja struktuurimuutused, mida saab selgelt jälgida kasutades diagrammid olekud, mis on sulamite oleku graafiline kujutis. Diagrammid on koostatud sulamite tasakaaluoleku jaoks. Tasakaal olek- stabiilne olek, mis aja jooksul ei muutu ja mida iseloomustab süsteemi minimaalne vaba energia.

Faasidiagrammid koostatakse tavaliselt eksperimentaalselt. Nende ehitamiseks kasutatakse termilist meetodit. Seda kasutatakse sulamite jahutuskõverate saamiseks. Nendel kõveratel olevatest peatustest ja käänetest, mis on põhjustatud transformatsioonide termilistest mõjudest, määratakse transformatsioonide endi temperatuurid. Faasdiagrammide abil määratakse sulamite sulamis- ja polümorfsete muundumiste temperatuurid, mitu faasi ja millised faasid on antud koostisega sulamis antud temperatuuril, samuti nende faaside kvantitatiivne suhe sulamis. Tahkes olekus toimuvate transformatsioonide uurimine hõlmab lisaks termilisele meetodile mikrostruktuuri uurimist optiliste ja elektronmikroskoobide abil, röntgendifraktsioonianalüüsi, sulamite füüsikaliste omaduste uurimist jne.

Binaarsetes sulamites kuvatakse temperatuur vertikaalselt ja komponentide kontsentratsioon horisontaalselt. Iga punkt x-teljel vastab ühe ja teise komponendi teatud sisule, arvestades, et komponentide kogusisaldus selle telje igas punktis vastab 100%.

Seetõttu peaks sulami ühe komponendi koguse suurenedes ka teise komponendi sisaldus sulamis vähenema.

Faasidiagrammi tüüp määratakse vedelas ja tahkes olekus sulamite komponentide vahel toimuva interaktsiooni olemuse järgi. Eeldatakse, et vedelas olekus on komponentide vahel piiramatu lahustuvus, s.t. nad moodustavad homogeense vedela lahuse (sula). Tahkes olekus võivad komponendid moodustada puhaste komponentide mehaanilisi segusid, piiramatul hulgal tahkeid lahuseid, piiratud koguses tahkeid lahuseid, stabiilseid keemilisi ühendeid, ebastabiilseid keemilisi ühendeid ning läbida ka polümorfseid muundumisi.

Mehaanilised segud tekivad siis, kui sulami moodustavad elemendid vedelast olekust tahkestamisel ei lahustu üksteises ega interakteeru. Segu struktuur on heterogeenne keha. Õhukesel lõigul on kujutatud erinevate komponentide kristalliite, mis moodustavad mehaanilise segu. Keemiline analüüs tuvastab ka erinevad komponendid. Eristatakse kahte tüüpi kristallvõre.

Tahke lahendusi- faasid, milles üks komponentidest (lahusti) säilitab oma kristallvõre ja teiste (lahustunud) komponentide aatomid paiknevad selle võres, moonutades seda. Tahke lahuse keemiline analüüs näitab kahe elemendi olemasolu ja röntgendifraktsioon ühte tüüpi lahustivõre. Struktuur on homogeensed terad. Kui mõlemal komponendil on sama tüüpi kristallvõre ja nende aatomi läbimõõt ei erine rohkem kui 8–15%, siis on võimalik piiramatu lahustuvus (näiteks kuld ja hõbe).

Keemilised ühendid tekivad siis, kui sulamit moodustavad elemendid reageerivad üksteisega. Oma struktuurilt on need homogeensed tahked ained. Keemiliste ühendite omadused erinevad neid moodustavate elementide omadustest. Neil on pidev sulamistemperatuur. Keemilise ühendi kristallvõre erineb algkomponentide võrest. Keemilises ühendis säilib teatud elementide aatomite suhe, s.t. ühendil on keemiline valem.

Raud-süsinik süsteemi olekuskeem

Raud ja selle sulamid süsinikuga

Saage

Saage- kuni 2,14% süsinikku sisaldavad raud-süsinik sulamid. Lisaks sisaldab sulam tavaliselt mangaani, räni, väävlit ja fosforit. Mõnda elementi saab lisada spetsiaalselt füüsikaliste ja keemiliste omaduste parandamiseks (legeerivad elemendid).

Struktuuri järgi terased jagunevad:

1) hüpoeutektoid kuni 0,8% süsinikusisaldusega (koostis P+P);

2) eutektoidterased sisaldab 0,8% süsinikku (P);

3) hüpereutektoid sisaldavad rohkem kui 0,8% süsinikku (P+sec.C).

Punkt D - eutektoidne punkt(jahtumisel tekib austeniidist ferriidi ja tsementiidi mehaaniline segu). Eutektoidne transformatsioon ei toimu vedelikust, vaid tahkest lahusest.

Sõltuvalt keemilisest koostisest eristatakse süsinik- ja legeerteraseid. Omakorda süsinikterased võib olla:

1) madala süsinikusisaldusega (süsinikusisaldus alla 0,25%);

2) keskmise süsinikusisaldusega (süsinikusisaldus on 0,25 - 0,60%);

3) kõrge süsinikusisaldusega, milles süsiniku kontsentratsioon ületab 0,60%.

Legeerterased jagatud:

1) madala legeeritud - legeerivate elementide sisaldus kuni 2,5%;

2) keskmiselt legeeritud - t- 2,5 kuni 10% legeerivaid elemente;

3) kõrglegeeritud – sisaldavad üle 10% legeerivaid elemente.

Eesmärgi järgi terased on:

1) konstruktsiooniline, mõeldud kere- ja inseneritoodete jaoks;

2) instrumentaal, millest valmistatakse lõike-, mõõtmis-, stantsimis- ja muid tööriistu. Need terased sisaldavad

rohkem kui 0,65% süsinikku;

3) eriliste füüsikaliste omadustega, näiteks teatud magnetiliste karakteristikute või väikese joonpaisumisteguriga (elektriteras, Invar);

4) eriliste keemiliste omadustega, näiteks roostevaba, kuumuskindel või kuumakindel teras.

Olenevalt kahjulike lisandite sisaldusest(väävel- ja fosfor) terased jagunevad:

1. Tavaline kvaliteetteras, väävlisisaldus kuni 0,06% ja

kuni 0,07% fosforit.

2. Kvaliteetne - kuni 0,035% väävlit ja fosforit kumbki eraldi.

3. Kõrge kvaliteet - kuni 0,025% väävlit ja fosforit.

4. Eriti kõrge kvaliteediga, kuni 0,025% fosforit ja kuni 0,0] 5% väävlit.

Vastavalt hapniku eemaldamise astmele valmistatud terasest, st. Deoksüdatsiooni astme järgi eristatakse neid:

1) rahulik teras, st. täielikult deoksüdeeritud, tähistatud tähtedega "sp" kaubamärgi lõpus;

2) keevad terased - kergelt deoksüdeeritud, tähistatud tähtedega "kp";

3) poolvaiksed terased, mis asuvad kahe eelneva vahel; tähistatakse tähtedega "ps".

Sõltuvalt standardsetest näitajatest (tõmbetugevus σ, suhteline pikenemine δ%, voolavuspiir δ t, külmpainutamine) jagatakse iga rühma teras kategooriatesse, mida tähistatakse araabia numbritega.

Tavaline kvaliteetteras tähistatakse tähtedega "St" ja tavapärase marginumbriga (0 kuni 6), olenevalt keemilisest koostisest ja mehaanilistest omadustest. Mida suurem on terase süsinikusisaldus ja tugevusomadused, seda suurem on selle arv. Terase kategooria märkimiseks lisatakse kaubamärgi tähisele lõppu kategooriale vastav number, esimest kategooriat tavaliselt ei märgita.

Näiteks: St1kp2 - tavalise kvaliteediga, keev süsinikteras, klass nr 1, teine ​​kategooria, tarnitakse tarbijatele mehaaniliste omaduste alusel (rühm A).

Kvaliteetsed terased märgitakse järgmiselt: märgi alguses märkige terase süsinikusisaldus protsentides,

Näiteks: ST45 - kvaliteetne süsinikteras, rahulik, sisaldab 0,45% C.

U7 - süsinik tööriistateras, kvaliteetne teras, sisaldab 0,7% C, rahulik (kõik tööriistaterased on hästi deoksüdeeritud).

Terases sisalduvad legeerivad elemendid on tähistatud vene tähtedega: A - lämmastik, K - koobalt, T - titaan, B - nioobium, M - molübdeen, F - vanaadium, B - volfram, N - nikkel, X - kroom, G - mangaan , P - fosfor, D - vask, C - räni.

Kui legeerivat elementi tähistava tähe järel on number, siis näitab see selle elemendi sisaldust protsentides. Kui numbrit pole, sisaldab teras 0,8–1,5% legeerivat elementi.

Näiteks: 14G2 - madala legeeritud kvaliteetne teras, rahulik, sisaldab ligikaudu 14% süsinikku ja kuni 2,0% mangaani.

OZH16N15MZB - kõrglegeeritud kvaliteetteras, rahulik teras sisaldab 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, kuni 3,0% Mo, kuni 1,0% Nb.

Kvaliteetsed ja eriti kvaliteetsed terased on tähistatud samamoodi nagu kvaliteetsed, kuid kvaliteetse terase klassi lõppu panevad nad tähe A (see täht kaubamärgi tähise keskel näitab spetsiaalselt terasesse sisestatud lämmastiku olemasolu), ja eriti kvaliteetse hinde järel eraldatakse täht “Ш” kriipsuga.

Näiteks: U8A - kvaliteetne süsiniktööriistateras, mis sisaldab 0,8% süsinikku;

ZOKHGS-Sh on eriti kõrge kvaliteediga keskmiselt legeeritud teras, mis sisaldab 0,30% süsinikku ja 0,8–1,5% kroomi, mangaani ja räni.

Teatud teraserühmad on tähistatud mõnevõrra erinevalt.

Kuullaagrite terased on tähistatud tähtedega “ШХ”, mille järel näidatakse kroomisisaldust kümnendikku protsentides (ШХ6).

Kiirterased (sulamiga legeeritud) on tähistatud tähega "P", sellele järgnev number näitab volframi sisaldust selles (P18).

Automaatterased on tähistatud tähega “A” ja numbriga, mis näitab keskmist süsinikusisaldust sajandikprotsendides (A12).

Malm

Malm nimetatakse raua ja süsiniku sulamiteks, mis sisaldavad üle 2,14% süsinikku. Need sisaldavad samu lisandeid nagu teras, kuid suuremas koguses.

Erinevalt terasest on malm, millel on täielik kristalliseerumine koos eutektika moodustumisega, madal plastilise deformatsioonivõime ja kõrged valuomadused.

Sõltuvalt süsiniku olekust malmis on:

1) malm, milles kogu süsinik on seotud olekus karbiidina (valgemalm);

2) malm, milles süsinik on suures osas või täielikult vabas olekus grafiidi kujul (hall, kõrgtugev tempermalm).

Valge malm ei sisalda grafiiti, kogu süsinik on seotud tsementiidiga Fe 3 C. Valge malm jaguneb olenevalt süsinikusisaldusest:

1) hüpoeutektiline - süsinikusisaldus kuni 4,3%. Struktuur koosneb perliidist, sekundaarsest tsementiidist ja ledeburiidist;

2) eutektiline - süsinikusisaldus 4,3%. Struktuur koosneb ledeburiidist;

3) hüpereutektiline - süsinikusisaldus üle 4,3%. Konstruktsioon koosneb ledeburiidist ja primaarsest tsementiidist.

Punkt C - eutektika. Eutektiline muundumine toimub vedelikust. Saadud eutektikumi nimetatakse ledeburiidiks. Punktis C eksisteerivad samaaegselt tasakaalus kolm faasi: vedelsulam, austeniit ja tsementiit.

Hall malm sisaldavad süsinikku vabas olekus plaadikujulise grafiidi kujul. Mikroskoobi all vaadeldakse grafiiti tumedate kumerate triipude kujul heledal taustal. Võrreldes metallalusega on grafiit madala tugevusega. Selle asukohti võib pidada katkestusteks. Hallmalmil on tõmbekatsetes testimisel halvad mehaanilised omadused. Hallmalmil on aga ka mitmeid eeliseid: see võimaldab saada odavaid valandeid ja on heade valuomadustega. töödeldavus, kõrged summutusomadused.

Hallmalm on tähistatud kahe tähega SC ja kahe numbriga, mis vastavad minimaalsele tõmbetugevuse väärtusele MPa-des.

Näiteks: SCh10 - hallmalm tõmbetugevusega 100 MPa.

Grafiidi kandmisel ümardades väheneb nende negatiivne roll metallaluse sisselõigetena ning malmi mehaanilised omadused suurenevad. Grafiidi ümar kuju saavutatakse modifitseerimisega. Magneesiumi kasutamisel modifikaatorina koguses kuni 0,5%, saadakse ülitugev malm.

Kõrgtugev malm sisaldab süsinikku vabas olekus sfääriliste grafiidisulgudena. Mikroskoobi all vaadeldakse heledal taustal erineva suurusega ümaraid tumedaid teri. Kriitilised osad on valmistatud ülitugevast malmist. Kõrgtugev malm on tähistatud tähtedega HF ja tõmbetugevuse väärtust iseloomustava numbriga.

Näiteks: HF 35 - ülitugev malm tõmbetugevusega 350 MPa.

Tempermalm sisaldab süsinikku vabas olekus helbekujulise grafiidi kujul. Tempermalm saadakse valgest malmist grafitiseeriva lõõmutamise teel (pikaajaline lõõmutamine temperatuuril 1000°C). Mikroskoobi all vaadeldakse heledal taustal flokuleerivat faasi.

Tempermalm on tähistatud tähtedega KCH ja kahe numbriga: esimene on tõmbetugevus, teine ​​suhteline pikenemine.

Näiteks: KCh 35-10 - tempermalm, mille tõmbetugevus on 350 MPa ja suhteline pikenemine 10%.

Malmi mikrostruktuur koosneb metallist alusest ja grafiidist. Malmi omadused sõltuvad metallist aluse omadustest ja grafiidi lisandite olemusest.

Metallist alus võib olla:

1) perliit (tume alus mikroskoobi all);

2) ferriit-perliit (vahelduvad heledad ja tumedad alad mikroskoobi all);

3) ferriitne (valgusalus mikroskoobi all).

Metallaluse struktuur määrab malmi kõvaduse.

Grafitiseerimine on grafiidi sadestamise protsess raua-süsiniku sulamite kristalliseerumise või jahutamise ajal. Grafitiseerimine on difusiooniprotsess ja toimub aeglaselt. Grafitiseerimisprotsess koosneb mitmest etapist:

1) keskuste moodustamine, grafitiseerimine;

2) süsinikuaatomite difusioon grafitiseerimiskeskustesse;

3) grafiidimaardlate kasv.

Meetodi abil saadud komposiitmaterjalid

Pulbermetallurgia

Sulami struktuuri uurimine

eksperimentaalne osa

1. Pulbermaterjalide mikrolõikeproovide abil uurige ja kujutage graafiliselt materjalide struktuuri mikroskoobi all. Võrrelge struktuuri albumis oleva kirjeldusega.

2. Teraste mikrolõikeproovide ja fotodega abialbumi abil uurige ja kujutage graafiliselt nende struktuuri. Määrata proovide süsinikusisaldus ja faasi koostis, kasutades teoreetilises osas toodud faasidiagrammi.

3. Kasutades malmi mikrolõikeproove ja fotodega abialbumit, uurige ja kujutage graafiliselt nende struktuuri. Määrake malmi tüüp, grafiidi lisandite kuju ja metallist aluse tüüp. Määrake valge malmi süsinikusisaldus. Faasidiagrammi abil määrake valge malmi faasikoostis.

4. Uurige raud-süsinik faasi diagrammi. Tuvastage likviidsed jooned, solidusjooned, eutektoidsed ja eutektilised punktid, faasisiirde jooned, raua, tsementiidi sulamispunktid jne.

5. Tehtud töö tulemuste põhjal sõnastada järeldused.

Laboritöö nr 2,

MEHAANILISTE OMADUSTE UURIMINE

EHITUSMATERJALID

Töö eesmärk: uurida konstruktsioonimaterjalide mehaanilisi omadusi ja omaduste hindamise meetodeid.

Teoreetiline osa

Materjalide mehaanilised omadused sõltuvad pingeseisundi tüübist (tekib proovides katsetamise käigus), koormuse tingimustest ja iseloomust, kiirusest, temperatuurist ja väliskeskkonna seisundist. Materjalide mehaanilise testimise eesmärk on määrata täpselt need või muud omadused või nende kombinatsioon, mis kõige täpsemini iseloomustavad vastavate toodete töökindlust antud kasutustingimustes. Selliste mehaaniliste omaduste kogumit võib nimetada konstruktsioonitugevuseks.

Hindamiskriteeriumideks on võetud erinevad mehaaniliste omaduste kombinatsioonid. Eristatakse järgmisi kriteeriumide rühmi:

1. Materjalide tugevusomaduste hindamine, mida määratakse sageli ja sõltumatult nendest valmistatud toodete omadustest ja nende kasutustingimustest. Tavaliselt määratakse need tugevusomadused tõmbetingimustes staatilise koormuse korral.

2. Toodete kasutustingimustega otseselt seotud materjalide omaduste hindamine ning nende vastupidavuse ja töökindluse määramine.

3. Konstruktsiooni kui terviku tugevuse hinnangud, mis on määratud stendi- ja töökatsete käigus.

Seejärel määratakse proovide põhjal kaks esimest kriteeriumide rühma omaduste hindamiseks

nagu viimane - valmis osadel ja konstruktsioonidel.

Materjalide peamised mehaanilised omadused on järgmised:

1) tugevus- materjali võime taluda hävitamist koormuse all;

2) plastist- materjali võime muuta pöördumatult kuju ja suurust ilma koormuse all purunemata;

3) haprus- materjali võime laguneda ilma kaitsva energia neeldumiseta;

4) viskoossus- materjali võime neelata pöördumatult mehaanilist energiat kuni hävimise hetkeni;

5) elastsus- materjali võime taastada oma kuju ja suurus pärast koormuse eemaldamist;

6) kõvadus- materjali võime seista vastu teise keha sissetungimisele pinnakihis.

Pingediagramm

Materjalide kõvaduse määramine

Kõvadus- materjali võime taluda deformatsioone pinnakihis lokaalse kokkupuute mõjul.

Kõvaduse testimise eelised

Kõvaduse määramine Mohsi skaala järgi

eksperimentaalne osa

1. Tõmbekatsed.

1.1. Võtke silindrilised terasest proovid, mille pinget on testitud.

1.2. Mõõtke nihiku abil vajalikud proovide pikkuste ja läbimõõtude mõõtmised. Sisestage andmed tabelisse 2.2.

Tabel 2.2

1.3. Määrake töö teoreetilises osas toodud valemite abil peamised mehaanilised omadused, nimelt materjali tõmbetugevus, suhteline pikenemine ja suhteline kokkutõmbumine.

1.4. Koostage terase kujutiste tõmbediagramm P-Δl koordinaatides.

1.5. Tutvuda õpetaja antud erinevate konstruktsioonimaterjalide tõmbediagrammidega, tuua välja põhitsoonid, määrata mehaanilised omadused.

2. Materjalide kõvaduse määramine.

2.1. Brinelli kõvaduse määramine:

a) katseproov asetatakse kõvaduse mõõteseadme lauale;

b) määrata kindlaks koormusjõu suurus ja koormuse kestus;

c) teha proovile jäljend, langetada instrumendilaud, eemaldada näidis;

d) mõõta mikroskoobi abil saadud trükise läbimõõt ja arvutada Brinelli kõvadus.

2.2. Vickersi kõvaduse määramine:

a) määrab mikroskoobi staadiumile paigaldatud proovi jäljendi diagonaalide pikkused;

2.3. Terase süsinikusisalduse mõju uurimine selle kõvadusele;

a) mõõta teraste ST20, ST45, U8 saadud näidiste süvendite läbimõõdud;

b) määrake võrdlustabelite abil Brinelli kõvaduse väärtused;

c) konstrueerida kõvaduse graafiline sõltuvus süsinikusisaldusest ja selgitada seda.

3. Töö tulemuste põhjal sõnastada järeldused.

Laboritöö nr 3

MATERJALIDE KRISTALLISEERIMISE PROTSESSI UURIMINE

Töö eesmärk: uurida materjalide kristalliseerumisprotsessi iseärasusi soolade ja metallide näitel, määrata* erinevate tegurite mõju kristalliseerunud materjali struktuurile, tutvuda termilise analüüsi meetoditega.

Teoreetiline osa

Iga aine võib olla ühes kolmest agregatsiooni olekust: tahke, vedel ja gaasiline. Üleminek ühest olekust teise toimub teatud temperatuuril, mida nimetatakse sulamis-, kristalliseerumis-, keemis- või sublimatsioonitemperatuuriks.

Tahked kristalsed kehad on korrapärase struktuuriga, milles aatomid ja ioonid paiknevad kristallvõre sõlmedes (nn lühimaa järjestus) ning üksikud rakud ja plokid on üksteise suhtes teatud viisil orienteeritud (pikk. -vahemiku järjekord). Vedelikes ei laiene teatav orientatsioon kogu ruumalale, vaid ainult vähesele hulgale aatomitele, mis moodustavad suhteliselt stabiilseid rühmi ehk kõikumisi (lühiala järjestus). Temperatuuri langedes suureneb kõikumiste stabiilsus ja neil on võime kasvada.

Tahke aine temperatuuri tõustes suureneb aatomite liikuvus võrekohtades, vibratsiooni amplituud suureneb ja kui see jõuab

Teatud temperatuuril, mida nimetatakse sulamistemperatuuriks, variseb võre kokku, moodustades vedela faasi.

Vedeliku (sula) jahutamisel ja selle järgneval tahkumisel täheldatakse vastupidist pilti. Jahtumisel aatomite liikuvus väheneb ja sulamistemperatuuri lähedal tekivad aatomirühmad, millesse aatomid on pakitud nagu kristallides. Need rühmad on kristallisatsioonikeskused või tuumad, millele hiljem kasvab kristallide kiht. Kui saavutatakse sulamis-tahkumise temperatuur, moodustub uuesti kristallvõre ja metall läheb tahkesse olekusse. Nimetatakse metalli üleminekut vedelalt tahkeks teatud temperatuuril kristalliseerumine.

Iseloomustab kristallkehasid anisotroopia- omaduste sõltuvus suunast. Amorfsed kehad (näiteks klaas) on isotroopne- nende omadused ei sõltu suunast.

Vaatleme kristalliseerumise termodünaamilisi tingimusi. Iga süsteemi energiaseisundit iseloomustab teatud siseenergia reserv, mis koosneb molekulide, aatomite jne liikumisenergiast. Vaba energia on see siseenergia komponent, mida saab isotermilistes tingimustes tööks muuta. Vaba energia hulk muutub temperatuurimuutuste, sulamise, polümorfsete muundumiste jms.

Termodünaamika teise seaduse kohaselt kaldub iga süsteem vaba energia miinimumväärtusele. Igasugune spontaanselt käimasolev protsess toimub ainult siis, kui uus olek on stabiilsem, s.t. tal on vähem vaba energiat. Näiteks kipub pall kaldtasapinnast allapoole veerema, vähendades sellega oma vaba energiat. Palli spontaanne tagasipöördumine kaldtasandist üles on võimatu, kuna see suurendaks selle vaba energiat.

Kristallisatsiooniprotsess järgib sama seadust. Metall tahkub, kui tahkes olekus on vähem vaba energiat, ja sulab, kui vedelas olekus on vähem vaba energiat. Vedela ja tahke oleku vaba energia muutus temperatuurimuutustega on näidatud joonisel fig. 3.1. Vaba energia temperatuurimuutused on aine vedelas ja tahkes olekus erinevad.

Riis. 3.1. Termodünaamilise kristallisatsiooni seisund

Eristatakse teoreetilist ja tegelikku kristallisatsioonitemperatuuri.

T 0 on teoreetiline ehk tasakaaluline kristalliseerumistemperatuur, mille juures F vedelik = tahke aine F. Sellel temperatuuril on metalli olemasolu nii vedelas kui ka tahkes olekus võrdselt tõenäoline. Tõeline kristalliseerumine algab siis, kui see protsess on süsteemile termodünaamiliselt kasulik tingimusel ΔF = F l - F tahke aine, mis nõuab mõningast ülejahutamist. Temperatuuri, mille juures kristalliseerumine praktiliselt toimub, nimetatakse tegelik kristallisatsioonitemperatuur T kr. Teoreetilise ja tegeliku kristallisatsioonitemperatuuri erinevust nimetatakse hüpotermia aste:ΔT = T 0 - T kr. Mida suurem on ülejahutuse aste ΔT, seda suurem on vabade energiate ΔF erinevus, seda intensiivsem on kristalliseerumine.

Nii nagu tahkestumine nõuab tegeliku kristallisatsioonitemperatuuri saavutamiseks ülejahutamist, nõuab sulamine tegeliku sulamistemperatuuri saavutamiseks ülekuumenemist.

Kristalliseerimisprotsessi mehhanism

Termiline analüüs

Pehme terasest valuploki struktuur

eksperimentaalne osa

1. Tehke metalli termiline analüüs.

1.1. Lülitage sisse ahi, millesse metalliproov asetatakse.

1.2. Kuumutage (sulatage) proov laborandi määratud temperatuurini.

1.3. Võtke mõõteseadme näidud iga 60 sekundi järel. Näidud tõlgitakse kalibreerimistabeli abil.

1.4. Kui katse lõpptemperatuur on saavutatud, lülitage ahi välja ja viige läbi metalli jahutamisprotsess (kristalliseerimine).

1.5. Võtke mõõteseadme näidud iga 60 sekundi järel.

1.6. Koostage kütte- ja jahutuskõverad koordinaatides

"temperatuur - aeg" ühel graafikul.

1.7. Määrata koondteisenduste kriitilised punktid ja

hüpotermia aste.

2. Uurige kristalliseerumisprotsessi metallisoolade näitel.

2.1. Kandke tilgad küllastunud soolalahuseid klaasklaasile ja asetage mikroskoobi staadiumile.

2.2. Mõelge ja kujutage graafiliselt soolade struktuure, mis on saadud teatud aja möödudes vee loomuliku aurustumisprotsessi käigus. Määrake kristalsete moodustiste tüübid, tsoonide moodustumise järjekord, nende arv.

3. Katsetulemuste põhjal sõnastada järeldused.

Laboritöö nr 4

SOOJUSOMADUSTE UURINGUD

EHITUSMATERJALID

Sihtmärk töö: materjalide termofüüsikaliste omaduste uurimine. Määrake sulami lineaarse paisumise temperatuuritegur.

Teoreetiline osa

Mitmed instrumentide valmistamise tööstusharud nõuavad rangelt reguleeritud soojuslike omadustega materjalide kasutamist.Peamised termofüüsikalised omadused on: kuumakindlus, külmakindlus, soojusjuhtivus, kuumakindlus, soojusmahtuvus, soojuspaisumine.

Kuumakindlus viitab materjalide võimele taluda usaldusväärselt kõrgendatud temperatuure (lühiajaliselt või normaalse tööajaga võrreldava aja jooksul) ilma kahjustusteta ja ilma muude praktiliselt oluliste omaduste aktsepteeritava halvenemiseta. Kuumakindluse suurust hinnatakse vastavate temperatuuriväärtuste järgi, mille juures ilmnesid muutused omadustes (näiteks anorgaaniliste dielektrikute elektrilised omadused). Orgaaniliste dielektrikute kuumakindluse määrab sageli mehaanilise deformatsiooni algus. Kui omaduste halvenemine avastatakse alles pärast pikaajalist kokkupuudet kõrgendatud temperatuuridega – aeglaselt toimuvate keemiliste protsesside tõttu, siis on tegemist nn. materjali termiline vanandamine. Lisaks temperatuuri mõjudele võivad vananemiskiirust oluliselt mõjutada: suurenenud õhurõhk, hapniku kontsentratsioon,

erinevad keemilised reaktiivid jne.

Mitmete habraste materjalide (klaas, keraamika) puhul on oluline vastupidavus äkilistele temperatuurimuutustele – soojusimpulssidele. Võime taluda termilisi muutusi nimetatakse kuumakindlus. Materjali pinna kiirel kuumutamisel või jahutamisel võivad materjali välis- ja sisekihi vahelise temperatuurierinevuse ning ebaühtlase soojuspaisumise või kokkutõmbumise tõttu tekkida praod. Soojustakistust hinnatakse soojustsüklite arvu järgi, mille materjalinäidis on talunud ilma märgatava omaduste muutumiseta.

Katsete tulemusena määratakse materjali vastupidavus termilistele mõjudele ja see takistus ei pruugi erinevatel juhtudel olla sama. Näiteks materjal, mis talub kergesti lühiajalist kuumutamist teatud temperatuurini, võib osutuda termilise vananemise suhtes ebastabiilseks pikaajalisel kokkupuutel isegi madalamal temperatuuril, või materjal, mis talub pikaajalist kuumutamist kõrge ja konstantse temperatuurini. temperatuur võib kiiresti jahutamisel praguneda ja muuta selle omadusi. Mõnikord võib osutuda vajalikuks kõrgendatud temperatuuri test läbi viia samaaegselt kõrgendatud õhuniiskusega (troopiline kliima).

Kui seadmed on kavandatud töötama madalatel temperatuuridel, on oluline selle külmakindlus - materjali võime usaldusväärselt taluda madalaid temperatuure, näiteks alates -60 ° C ja alla selle, ilma kahjustusteta ja ilma muude praktiliselt oluliste omaduste lubamatu halvenemiseta. Madalatel temperatuuridel reeglina paranevad isoleermaterjalide elektrilised omadused, kuid paljud tavatemperatuuril painduvad ja elastsed materjalid muutuvad madalatel temperatuuridel väga hapraks ja jäigaks, mis põhjustab ebausaldusväärse töö.

Kõik tahked ained on võimelised juhtima soojust ühel või teisel määral. Mõned on halvemad, teised on paremad. Soojusjuhtivus on materjalide omadus juhtida soojust rohkem kuumenenud kehaosadest vähem kuumutatud osadesse, mis viib temperatuuri ühtlustumiseni.

Põhimõtteliselt on aines soojusenergia ülekandmiseks järgmised meetodid:

1) kiirgust- kõik kehad, olenemata nende temperatuurist, kiirgavad energiat. See võib olla puhtalt termiline nähtus (soojuskiirgus) ja

luminestsents (fosforestsents ja fluorestsents), mis on mittetermilise päritoluga;

2) konvektsioon- vedelike ja gaaside liikumisega seotud otsene soojusülekanne;

3) soojusjuhtivus- soojusülekanne aine aatomite või molekulide vastastikusest mõjust. Tahketes ainetes toimub soojusenergia ülekanne peamiselt sellel meetodil.

Fourier' soojusjuhtivuse põhiseadus ütleb, et soojusvoo tihedus on võrdeline temperatuurigradiendiga. Seadus kehtib isotroopsete kehade kohta (omadused ei sõltu suunast). Anisotroopseid tahkeid aineid iseloomustavad soojusjuhtivuse koefitsiendid peatelgede suunas.

Üldjuhul toimub tahkete ainete soojusjuhtivus kahe mehhanismi abil - voolukandjate (peamiselt elektronide) liikumine ja võre aatomite elastsed termilised vibratsioonid. Alumiiniumil, kullal, vasel ja hõbedal on maksimaalne soojusjuhtivuse koefitsient. Keerulisema võrestruktuuriga kristallid on madalama soojusjuhtivusega, sest soojuselastsete lainete hajumise aste on seal suurem. Soojusjuhtivuse vähenemist täheldatakse ka tahkete lahuste moodustumisel, sest sel juhul tekivad täiendavad soojuslainete hajumise keskused. Heterofaasilistes (mitmefaasilistes) sulamites on soojusjuhtivuse koefitsient saadud faaside soojusjuhtivuse summa. Ühendite soojusjuhtivus on alati oluliselt madalam kui neid moodustavate komponentide soojusjuhtivus.

Soojusmahtuvus- see on aine enda omadus; see ei sõltu konkreetse toote struktuuriomadustest, selle poorsusest ja tihedusest, kristallide suurusest ja muudest teguritest. Soojusmahtuvus on soojushulk, mis vastab aine ühikulise koguse temperatuuri muutusele 1°C võrra.

Soojuspaisumine- kehade mahu ja lineaarsete mõõtmete suurenemine koos temperatuuri muutumisega. See on iseloomulik peaaegu kõigile materjalidele.

Kuigi sidumisjõudude tugevus tahkes aines on väga suur, on olemas võimalused elementaarosakeste (aatomite, ioonide) liikumiseks. Nii amorfsetes kui ka kristalsetes kehades vibreerivad aatomid tasakaalukeskme lähedal.

Sellisel juhul suureneb võnkumiste amplituud temperatuuri tõustes. Praktika näitab, et enamiku ainete erimaht suureneb temperatuuri tõustes, s.t. toimub soojuspaisumine. Soojuspaisumise nähtust aga ei seostata aatomite vibratsioonilise liikumise amplituudi suurenemisega, vaid selle anharmoonsusega. Nähtuse olemuse mõistmiseks on vaja arvestada jõu vastasmõju aatomitevahelise keemilise sideme moodustumisel, samuti süsteemi potentsiaalse energia sõltuvust aatomitevahelisest kaugusest. Igasugune keemiline side hõlmab aatomite vahel atraktiivsete ja tõrjuvate jõudude tasakaalu. Kui aatomid lähenevad üksteisele, domineerivad alguses tõmbejõud. Aatomite teatud piirile lähemale toomine vähendab süsteemi energiat, s.t. annab sellele suurema stabiilsuse. Piisavalt väikesel aatomitevahelisel kaugusel ilmnevad aga tõukejõud, mis takistavad aatomite edasist lähenemist. Nende jõudude mõju suureneb aatomitevahelise kauguse vähenemisega, mis vastab süsteemi energia suurenemisele. Aatomitevahelise kauguse teatud väärtusel tasakaalustatakse tõuke- ja tõmbejõud, mille järel on edasine lähenemine eeldab välisjõu rakendamist, mis vastab tekkiva jõu F res positiivsetele väärtustele.

Riis. 4.1. Jõu vastastikmõju skeem vahel

vastupidiselt laetud osakesed

Potentsiaalset kaevu iseloomustab tugevalt väljendunud asümmeetria. Oletame, et teatud temperatuuril on vibreerival aatomil teatud energia. Sel juhul võngub see keskpunkti suhtes, kaldudes vaheldumisi "vasakule-paremale". Alates positsioonist nihkumistest

tasakaal peab olema identne, siis põhjustab süsteemi energia suurenemine võnkekeskme nihke piki aatomitevahelise kauguse telge. Seega keskmine aatomitevaheline kaugus temperatuuri tõustes suureneb, mis vastab keha soojuspaisumisele.

Seega põhineb tahkete ainete soojuspaisumise nähtus selle aatomite võnkeliikumise anharmoonsusel ja soojusvibratsioonide harmoonilise seadusest kõrvalekaldumise astmel, s.o. keha soojuspaisumise suuruse määrab suuresti potentsiaalikaevu asümmeetria aste. Reeglina iseloomustab ioonse sidemega ainete potentsiaalikaevu märkimisväärne laius ja asümmeetria. See asjaolu määrab keskmiste aatomitevaheliste kauguste olulise suurenemise nende kuumutamisel või ioonsete ühendite olulise soojuspaisumise.

Vastupidi, valdavalt kovalentse sidemega ainetes (boriidid, nitriidid, karbiidid) on potentsiaalikaev terava süvendi kujuga ja seetõttu on selle sümmeetriaaste suurem. Seetõttu on aatomite vahelise kauguse suurenemine kuumutamisel suhteliselt väike, mis vastab nende suhteliselt väikesele soojuspaisumisele. Metallide soojuspaisumine on reeglina suurenenud, kuna metallilised sidemed on üldiselt nõrgemad kui ioonsed ja kovalentsed sidemed. Lõpuks iseloomustab orgaanilisi polümeere kuumutamisel väga suur paisumine, mis on tingitud molekulide vahel mõjuvatest nõrkadest van der Waalsi jõududest, samas kui molekulides toimivad tugevad kovalentsed jõud.

Kvantitatiivselt hinnatakse materjalide soojuspaisumist järgmiste väärtustega:

1. Lineaarse paisumise temperatuuritegur antud temperatuuril (TCLE), mis vastab proovi suhtelisele pikenemisele lõpmata väikese temperatuurimuutusega.

2. Mahupaisumise temperatuuritegur, mis iseloomustab aine kolmemõõtmelist paisumist.

Oluline praktiline tagajärg on vajadus kasutada TCLE andmeid, mis on saadud konkreetses temperatuurivahemikus, milles materjal töötab. Temperatuurikoefitsiente ei saa võrrelda
erinevatel temperatuuridel mõõdetud materjalide paisumine.

Isotroopsete materjalide (kuupvõrega kristallid, klaas) puhul on soojuspaisumistegur kõikides suundades sama. Enamik kristalseid aineid on aga anisotroopsed (paisumine on erinevatel telgedel erinev). See nähtus avaldub kõige enam näiteks kihilistes materjalides (grafiit), kui keemilistel sidemetel on väljendunud suunalisus. Selle tulemusena on grafiidi paisumine piki kihti palju väiksem kui sellega risti. Mõnede sarnaste tugevalt väljendunud anisotroopsusega materjalide puhul võib LTEC väärtus ühes suunas osutuda isegi negatiivseks. Näiteks kordieriit 2MgO 2A1 2 O 3 5SiO 2, milles termilise paisumise ajal täheldatakse kristallide paisumist piki ühte telge ja kokkusurumist piki teist telge, mis vastab struktuuri kihtide lähenemisele. Seda nähtust kasutatakse tehnoloogias; Väljas ja kristallilises materjalis viib kristallide kaootiline jaotus nende positiivse ja negatiivse paisumise vastastikusele orientatsioonile. Tulemuseks on madala TCLE väärtusega materjal, mida iseloomustab väga kõrge kuumakindlus. Samal ajal võivad sellistes materjalides terade piiridel tekkida märkimisväärsed pinged, mis mõjutavad nende mehaanilist tugevust. Mitmefaasiliste materjalide puhul mõjuvad kahe erineva soojuspaisumisteguriga kontaktfaasi piiril survepinged suure paisumisteguriga faasile ja tõmbepinged väikese soojuspaisumisteguriga faasile (kuumutamisel). Jahutamisel muutuvad pinged märgid. Kriitiliste pingeväärtuste ületamisel võivad tekkida praod ja materjali isegi hävimine.

Seega on TCLE struktuuritundlik omadus ja on tundlik materjali struktuuri muutuste suhtes, näiteks polümorfsete transformatsioonide esinemise suhtes selles. Sellega seoses võib mitmefaasiliste materjalide paisumiskõverates täheldada kõverusi ja nende monotoonsus on häiritud.

Kui keha paisumine antud temperatuurivahemikus toimub ühtlaselt, siis graafiliselt väljendatakse paisumist sirgjoonena (joonis 4.2.) ja keskmine lineaarpaisumise koefitsient on arvuliselt võrdne keha nurga puutujaga. selle sirgjoone kalle temperatuuritelje suhtes, mis on seotud proovi pikkuse suhtelise muutusega.

Riis. 4.2. Kere ühtlane laienemine kuumutamisel

Valimi laienemine ei toimu aga alati ühtlaselt. Soojuspaisumise tunnuste uurimine erinevates temperatuurivahemikes võimaldab teha ka kaudseid järeldusi temperatuuri ja materjali erinevate struktuurimuutuste olemuse kohta. Sellistel juhtudel ei väljendata soojuspaisumise sõltuvust temperatuurist sirgjoonega, vaid keerulisema sõltuvusega (joonis 4.3).

Riis. 4.3. Kere ebaühtlane laienemine kuumutamisel

Paisumisteguri väärtuse leidmiseks paisumiskõvera üksikutes punktides tuleb joonistada temperatuuritelje puutuja läbi mõõtmistemperatuurile vastava kõvera punkti. Lineaarse paisumise koefitsiendi suurust väljendatakse puutuja kaldenurga puutujaga temperatuuritelje suhtes.

Kehade soojuspaisumise suurus kuumutamisel sõltub eelkõige materjali iseloomust, s.o. selle keemilise ja mineraloogilise koostise, ruumilise võre struktuuri, keemilise sideme tugevuse jms kohta. Niisiis,

Keraamika soojuspaisumise koefitsiendi väärtuse määrab ennekõike kristalse faasi iseloom, klaasi - keemilise koostise ja klaaskeraamika - kristalse faasi olemuse, jääkklaasi keemilise koostise järgi. faas ja nende suhe.

Klaasmaterjalidel on paisumine keeruline temperatuurisõltuvus. Esialgu kuni nn klaasistumistemperatuurini, mis on pehmenemistemperatuuri lähedal, on paisumine võrdeline temperatuuriga. Klaasistumistemperatuurist kõrgemal temperatuuril suureneb pikenemiskiirus järsult. See lõik vastab üleminekuintervallile rabedast olekust väga viskoossesse olekusse, mille käigus toimuvad klaasi struktuurse ümberstruktureerimise protsessid, ja klaasistumistemperatuuri peetakse rabeduse oleku piiriks. Pärast maksimumi saavutamist hakkab venivus vähenema, mis on seotud klaasiproovi kokkutõmbumisega selle pehmenemise tagajärjel.

TCLE on materjali tehniline omadus ja arvutatakse valemiga

kus l 0 on keha pikkus algtemperatuuril T 0 ;

l t - temperatuurini T kuumutatud keha pikkus.

TCLE on pikkuse muutus 1 kraadise temperatuurimuutusega, mis on seotud proovi algse pikkusega. Madala soojuspaisumise koefitsiendiga materjale kasutatakse ülitäpsete instrumentide ja seadmete osana, mille mõõtmed kuumutamisel ei tohiks muutuda. Seadme osade jäigalt ühendamisel, näiteks metall-klaasi ristmikus, on vaja valida sarnaste TCLE väärtustega materjalid, vastasel juhul tekivad jahtumise ajal osade liitumiskohas pinged ja võib tekkida pragusid. habras klaas ja ühenduskoht ei ole vaakumitihe. TCLE lähedus on vajalik ka mikroskeemide kihtide jaoks, mis on tehnoloogiliste toimingute või töö ajal temperatuurimuutustega seotud, vastasel juhul võivad vooluahela kihid hävida.

Materjalide soojustakistuse hindamisel on oluline roll ka soojuspaisumisteguril: mida madalam on TCLE, seda suurem on soojustakistus.

On metallisulameid, mis ei allu üldistele soojusomaduste seadustele. Sellised sulamid on raua-nikli sulamid Re-M1. 36% niklit sisaldava sulami TCLE väärtus on nullilähedane ja seda nimetatakse invar(ladina keeles "muutmatu").

Insenerid kasutavad ära veel üht soojusomadust, nimelt elastsusmooduli soojustegur(TKMU). Igas tahkes kehas, sealhulgas metallides, täheldatakse kuumutamisel elastsusmooduli vähenemist, mis on aatomitevaheliste sidemete jõudude mõõt. Fe-Ni sulami puhul on sellel omadusel anomaalne sõltuvus: TKMU moodul suureneb või jääb temperatuuri tõustes konstantseks. Samal 36% niklit sisaldaval invaril on maksimaalne TKMU. Konkreetse keemilise koostise valik võimaldab välja töötada sulameid, mille TMC-d on temperatuurist praktiliselt sõltumatud. Neid sulameid nimetatakse elinvars.

Valmistamiseks kasutatakse teatud soojuspaisumisega teraseid termobimetallid, kui madala soojuspaisumisega kiht (passiivkiht) on rullimise teel kindlalt ühendatud teise suurema soojuspaisumisega kihiga (aktiivne kiht). Bimetallplaate kasutatakse instrumentide valmistamisel temperatuuriregulaatorina.

Sellise plaadi kuumutamine viib selle kumeruseni, mis võimaldab elektriahelat sulgeda. Termobimetallide peamine omadus on termiline tundlikkus- võime painduda, kui temperatuur muutub.

Lineaarpaisumise temperatuuriteguri mõõtmiseks kasutatava kvartsdilatomeetri kirjeldus

eksperimentaalne osa

1. Tutvuge dilatomeetri seadmega.

2. Asetage pronksist proovi sisaldav toru toruahju.

3. Lülitage ahi ja kombineeritud arvesti näitude tegemiseks sisse.

4. Seadke indikaator nulli.

5. Võtke regulaarsete ajavahemike järel (näiteks pärast 20°C) indikaatori näidud kalibreerimistabeli abil.

6. Sisestage katseandmed tabelisse. 4.2.

kus α on lineaarpaisumise koefitsient;

n- indikaatorinäidud;

k- indikaatorjaotuse hind;

(T 2 - T 1) - valitud intervalli temperatuuride erinevus (ruum ja lõpp);

l- proovi esialgne dyne;

α kv - kvartsi paisumise parandus.

8. Koostage ja selgitage proovi pikenemise graafilist sõltuvust temperatuurist.

9. Analüüsige saadud tulemusi pronksi, mis on vase ja tina sulam, võttes arvesse, et α vask = 160 ·10 -7 g -1, α tina = 230 ·10 -7 g -1.

10. Tutvuge mittemetalliliste materjalide paisumiskõveratega, tõstke esile iseloomulikud tsoonid, selgitage materjalides kuumutamisel toimuvaid protsesse.

11. Töö tulemuste põhjal sõnastada järeldused.

Laboritöö nr 5

POORSETE KOMPOSIITMATERJALIDE UURIMISE MEETODID

Töö eesmärk: tutvuda erinevate poorsete materjalide ja nende valmistamise tehnoloogiaga. Määrata polümeer-, komposiit- ja klaaskeraamiliste materjalide veeimavus ning teha saadud tulemuste võrdlev analüüs.

Teoreetiline osa

Kõikidel materjalidel on suuremal või vähemal määral vee imendumine, st. imendumisvõime V niiskust keskkonnast ja niiskuse läbilaskvus, need. võime vett ise läbi lasta. Atmosfääriõhk sisaldab alati teatud koguses veeauru.

Materjali veeimavust mõjutavad oluliselt selle struktuur ja keemiline olemus. Olulist rolli mängib materjali sees olevate kapillaaride vahede olemasolu ja suurus, millesse niiskus tungib. Väga poorsetel materjalidel, eriti kiulistel, on kõrge veeimavus. Veeimavuse määramine niisutatud proovi massi suurenemise järgi annab aimu materjali niiskuse imamisvõimest.

Igasugune poorne struktuurmaterjal (metall, keraamika, klaaskeraamika või polümeer) on reeglina tahke aine kombinatsioon tühimike - pooridega. Pooride maht, nende suurus ja jaotus mõjutavad märkimisväärselt paljusid toodete ja materjalide omadusi. Näiteks keraamika mehaaniline tugevus ei sõltu ainult üldpoorsusest, vaid ka pooride suurusest ja nende jaotumise ühtlusest. Pole kahtlust, et poorsuse suurenemisega väheneb keraamika tugevus, kuna konstruktsioonivigade suurenemine ja sideme tugevus väheneb.

On kindlaks tehtud, et veega täidetud pooride maht määrab toodete külmakindluse; pooride jaotuse arv, suurus ja iseloom määravad suuresti ahju vooderdiste räbukindluse; poorsus mõjutab materjalide soojusjuhtivust.

Materjalides olevad poorid on erineva kuju ja piirjoontega ning võivad kogu mahu ulatuses ebaühtlaselt jaotuda, mistõttu on isegi tänapäevaste poromeetrite kasutamisel äärmiselt raske saavutada täielikku poorsuse karakteristikku. Vaatamata kujundite mitmekesisusele saab poorid jagada järgmisteks osadeks:

1. Suletud poorid- vedelikud ja gaasid, mis on ligipääsmatud nendesse tungimiseks.

2. Avatud- läbitungimiseks ligipääsetavad poorid.

Avatud poorid jagunevad omakorda:

1) ummiktee- vedeliku ja gaasiga täidetud poorid, avatud ühelt poolt;

2) kanali moodustamine- poorid avanevad mõlemast otsast, tekitades poorikanalid.

Materjali niiskuse läbilaskvuse määravad eelkõige kanalit moodustavad poorid nende avatud otstes rõhuerinevuse juuresolekul. Poorsus ja läbilaskvus on igat tüüpi tehniliste materjalide puhul olulised tekstuuriomadused.

Kuna materjalide poorsuse mõõtmise otsesed meetodid on äärmiselt keerulised, hinnatakse seda näitajat sageli muude poorsusest otseselt sõltuvate omaduste määramise teel. Nende näitajate hulka kuuluvad materjali tihedus ja veeimavus.

Vaatame mõningaid määratlusi.

Tõeline tihedus- materjali massi ja mahu suhe ilma poore arvestamata.

Näiv tihedus- see on kehamassi suhe kogu selle poolt hõivatud mahusse, sealhulgas poorid.

Suhteline tihedus- näiva tiheduse ja tegeliku tiheduse suhe. See tähistab materjalis olevate tahkete ainete mahuosa.

Vee imendumine on materjalis täisküllastuse korral neeldunud vee massi ja kuiva proovi massi suhe (väljendatuna protsentides).

Ülaltoodud karakteristikuid mõõtes saab hinnata keraamika üld-, avatud ja suletud poorsust.

Tõeline (täielik) poorsus- kõigi avatud ja suletud pooride kogumaht, väljendatuna protsentides materjali kogumahust. Seda väärtust tähistatakse P-ga ja see on numbriliselt võrdne suletud ja avatud poorsuse summaga.

Näiv (lahtine) poorsus- see on keha kõigi avatud pooride (keemise ajal veega täidetud) mahu ja materjali kogumahu, sealhulgas kõigi pooride mahu suhe. Väärtus on tähistatud P 0 ja seda väljendatakse protsentides.

Suletud poorsus- see on keha kõigi suletud pooride mahu ja selle ruumala, sealhulgas kõigi pooride mahu suhe, mida tähistatakse P 3-ga ja väljendatakse protsentides.

Polümeermaterjalide veeimavus

Plastide klassifikatsioon

Plaste saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi, näiteks koostise, suhte järgi soojuse ja lahustitega jne.

Koostise järgi Plastid jagunevad:

1) täitmata. Need on vaik puhtal kujul.

2) täidetud (liit). Lisaks vaigule sisaldavad need täiteaineid, plastifikaatoreid, stabilisaatoreid, kõvendeid ja spetsiaalseid lisandeid.

Täiteained lisatakse koguses 40-70% (massi järgi), et suurendada mehaanilisi omadusi, vähendada kokkutõmbumist ja vähendada materjali maksumust (täiteaine maksumus on madalam kui vaigu maksumus). Täiteaine suurendab aga plastide hügroskoopsust ja halvendab elektrilisi omadusi.

Plastifikaatorid(glütseriin, kastoor või parafiinõli) lisatakse 10-20% hapruse vähendamiseks ja selgroo kuju parandamiseks.

Stabilisaatorid(tahma, väävliühendeid, fenoole) lisatakse vananemise aeglustamiseks mitme protsendi ulatuses, mis stabiliseerib omadusi ja pikendab kasutusiga. Vananemine on materjali olulisemate tööomaduste spontaanne pöördumatu muutus töötamise ja ladustamise ajal, mis tekib keerukate füüsikaliste ja keemiliste protsesside tulemusena.

Kõvendid Neid lisatakse ka mitme protsendi ulatuses, et ühendada polümeerimolekulid keemiliste sidemetega.

Spetsiaalsed lisandid- määrdeained, värvained, staatiliste laengute vähendamiseks, süttivuse vähendamiseks, hallituse eest kaitsmiseks.

Vahu ja poorsete plastide valmistamisel lisatakse pooride moodustajaid - aineid, mis kuumutamisel pehmenevad, vabastades suurel hulgal gaase, mis vaiku vahutavad.

Seoses kütmisega ja lahustid, plastid jagunevad termoplastideks ja termoreaktiivseteks.

Termoplastilised polümeerid(termoplastid) - polümeerid, mis võivad kuumutamisel korduvalt pehmeneda ja jahutamisel kõvastuda, muutmata nende omadusi. Nendes polümeerides toimivad molekulide vahel nõrgad van der Waapsi jõud ja puuduvad keemilised sidemed. Termoplastidel on ka lahustuvus lahustites.

Termoreaktiivsed polümeerid(termosaktiivsed) sulavad teatud temperatuurini kuumutamisel ja samal temperatuuril toimuvate keemiliste reaktsioonide tulemusena jahtumisel kõvastuvad (nagu öeldakse "küpsetatud"), muutudes kõvaks, mittesulavaks ja lahustumatuks aineks. Sel juhul toimivad koos nõrkade van der Waalsi jõududega molekulidevahelised tugevad keemilised sidemed, mida nimetatakse põiksuunalisteks sidemeteks. Nende esinemine on polümeeri kõvenemisprotsessi olemus.

Vähendades täiteaine mõju Plastid jagunevad järgmisteks tüüpideks:

1) koos lehega täiteaine (getinaks, tekstoliit, klaaskiud, puitlamineeritud plastik);

2) kiudtäiteainega(klaaskiud, asbestklaaskiud, klaaskiud);

3) pulbri täiteainega(fenoplastid, aminoplastid,

epoksüpressipulbrid);

4) ilma täiteaineta(polüetüleen, polüstüreen);

5) gaas-õhk täiteainega(vahtplastid).

Getinax koosneb kahest või enamast kihist vastupidavast, kuumakindlast immutatud paberist, mida on töödeldud termoreaktiivse fenool-formaldehüüdi resoolitüüpi vaiguga (bakelite). Kuumakindluse suurendamiseks lisatakse mõnele getinaxi kaubamärgile täiendavalt räniorgaanilisi aineid ja kleepuvusvõime suurendamiseks lisatakse epoksüvaike. Getinax on odav materjal, mida kasutatakse elektroonikaseadmetes erinevat tüüpi lamedate elektriisolatsiooniosade ja trükkplaadi aluste valmistamiseks.

Getinaxi kuumakindlus on 135°C. Puudused: lihtsus kihistumisel mööda täitelehti, hügroskoopsus (see halvendab elektriisolatsiooni omadusi). Niiskuse eest kaitsmiseks kaetakse pind lakiga.

Textoliit on pressitud materjal, mis põhineb puuvillase kanga lehtedel, immutatud nagu getinax, bakeliidiga. Seda on lihtsam töödelda kui getinaxi ning sellel on suurem veekindlus, surve- ja löögitugevus. Textoliit on getinaksist 5-6 korda kallim. Kuumakindlus 150°C.

Klaaskiud– materjal, mis koosneb kahest või enamast kihist leelisevaba klaaskangast, mis on immutatud erinevate termoreaktiivsete vaikudega.

Klaaskiud, võrreldes getinaksi ja tekstoliidiga, on suurenenud niiskuskindluse, kuumakindluse ning paremate elektriliste ja mehaaniliste parameetritega, kuid on vähem mehaaniliselt töödeldud. Klaaskiul on hea summutusvõime (vibratsiooni summutamise võime) ja see on selles osas parem kui teras ja titaanisulamid. Soojuspaisumise poolest on see lähedane terasele. Kuumakindlus - 185°C. Klaaskiudu kasutatakse laialdaselt, kuna see ühendab endas väikese kaalu, suure tugevuse, kuumakindluse ja head elektrilised omadused.

Puitlamineeritud plastik on saepuru või spooniga täidetud materjal.

Lehtfooliumplastid on eriotstarbelised ja neid kasutatakse trükkplaatide valmistamiseks. Need on lamineeritud plastikust, mis on ühelt või mõlemalt poolt vooderdatud elektrolüütiliselt toodetud vaskfooliumiga.

Selline fooliumi valmistamise meetod tagab ühtlase koostise ja ühel küljel kareda pinna, mis parandab liimimise ajal fooliumi nakkumist dielektrikuga. Puuvillakiudude ja kangastega täidetud komposiitplastid, aga ka puidupõhised materjalid võivad tänu täiteainele olla suure veeimavusega. Vastavalt standardile GOST 4650-73 määratakse polümeermaterjalide veeimavus, hoides proovi 24 tundi toatemperatuuril vees (või keetes 30 minutit).

Tabel 5.1.

Plastide omadused

Poorsed keraamilised ja klaaskeraamilised materjalid

Poorsed metallmaterjalid

eksperimentaalne osa

1. Määrake polümeermaterjalide veeimavus.

1.1. Enne katsetamist kaaluge polümeersete materjalide proove (mass m 1).

1.2. Asetage proovid keeduklaasi Koos vesi, tuua juurde. keeta ja hoida keemistemperatuuril 30 minutit.

1.3. Eemaldage proovid keeduklaasist, kuivatage filtriga

paber ja kaalu (mass m 2).

1.4. Sisestage mõõtmistulemused tabelisse. 5.2.

1.5. Määrake valemi abil iga proovi veeimavus

Tabel 5.2

2. Määrata klaas-I keraamiliste materjalide veeimavus ja avatud poorsus.

2.1. Kaaluge klaaskeraamiliste materjalide näidiseid. Mõõtke nihiku abil mahu arvutamiseks vajalike proovide mõõtmed.

2.2. Proovid asetatakse keeduklaasi, kuumutatakse keemiseni ja hoitakse keemistemperatuuril 60 minutit.

2.3. Eemaldage proovid keeduklaasist ja kaaluge. Tähelepanu! Proove ei tohiks põhjalikult kuivatada, sest Suhteliselt suurtest urgudest eemaldatakse vesi.

2.4. Määrake ülaltoodud valemi abil iga proovi veeimavus.

2.5. Määrake proovide näivtihedus valemi abil

2.6. Arvutage näiv (avatud) poorsus Pc:

2.7. Sisesta arvutustulemused tabelisse 5.3.

Tabel 5.3

3. Katsetulemuste põhjal viia läbi võrdlev analüüs ja sõnastada järeldused.

Mida teeme saadud materjaliga:

Kui see materjal oli teile kasulik, saate selle oma sotsiaalvõrgustike lehele salvestada: