Технології конструкційних матеріалів - промисловість, виробництво

Міністерство освіти і науки України

по темі: «Технології конструкційних матеріалів»

Технологія конструкційних матеріалів це наука про будову і властивості металів і сплавів, про поліпшення цих властивостей шляхом зміни хімічного складу за допомогою термічного та інших видів впливу на ці матеріали. Також вивчення поведінки металів і сплавів в процесі обробки і при експлуатації виробів виготовлених з них. Основою технології конструкційних матеріалів є відповідні розділи фізики і хімії.

Відмінність технології конструкційних матеріалів від інших фундаментальних наук полягає в тому, що вона є прикладною наукою.

Потрібно сказати, що головне в технології конструкційних матеріалів - це вчення про зв'язок між складом будовою і властивостями досліджуваних металів і сплавів. Основоположником технології конструкційних матеріалів є знаменитий український вчений Дмитро Костянтинович Чернов. Він встановив, що при нагріванні твердої стали до певних температур залежать від її складу в ній відбуваються внутрішні перетворення призводять до зміни її властивостей, була показана зв'язок між складом, будовою і властивостями стали.

Роль стали і чавуну в машинобудуванні

Сталь і чавун є основними конструкційними матеріалами у всіх галузях машинобудування. Дані поняття тісно пов'язані з наукою технології конструкційних матеріалів, що згодом є необхідною теоретичною частиною знань в цій області:

Корозія залізовуглецевих сплавів

Так як значення даних сплавів у виробництві настільки велике, то виходячи з цього, боротьба з корозією цих матеріалів має велике практичне значення. Сталь і чавун мають невисоку корозійну стійкість в агресивних середовищах внаслідок своєї фізичної і хімічної неоднорідності. До їх складу входять три основні структурні складові - ферит, цементит і графіт, які мають дуже різними електродними потенціалами. Найнижчий електродний потенціал у фериту (-0,44 в), найбільш високий у графіту (0,37 в). При зіткненні з електролітом залізовуглецевих сплави утворюють мікроелементи, в яких цементит і графіт є катодами, а ферит-анодом. Різниця потенціалів в макроелементах, що виникають при корозії залізовуглецевих сплавів, досягає досить значних велич. Роботою цих мікроелементів і пояснюється сильна електрохімічна корозія залізовуглецевих сплавів.

Залізовуглецеві сплави неоднорідні і за хімічним складом. Крім вуглецю, навіть у відносно чистих технічних сплавах (залізо Армко). Завжди містяться домішки марганцю, кремнію, сірки і фосфору.

У роботах українських вчених XIX ст. було використано питання захисту металів від корозії гальваностегіческімі методами. Родоначальником гальванопластики і гальваностегії є Б.С. Якобі, який в.838 г в українській Академії Наук зробив повідомлення про те, що за допомогою гальванічного струму можуть бути виготовлені копії з медалей та інших предметів. Впровадження цих робіт у виробництво було здійснено в майстерні експедиції заготовляння державних паперів (нині «Гознак»). У 1847 р за методом Б.С. Якобі гальванопластичним шляхом були виготовлені на мистецьку роботу двері, барельєфи і фігури для Ісаакіївського собору, Ермітажу, Петропавлівського собору і т.д. Про масштаби робіт можна судити за кількістю витраченого металу: 6749 пудів міді і 45 пудів 32 фунта золота.

У 1913 р Н. А. Ізгаришев, вивчаючи пасивність металів в різних середовищах, показав, що поверхня металу в розчинах електролітів є багатоелектродного систему, в якій кожна складова металу, т. Е. Кожен електрод, має свій, відмінний від інших електродів , значенням потенціалу. Більш пізніми роботами Н. А. Ізгаришева (1926 р) встановлено, що основним джерелом енергії гальванічного елемента є енергія гідратації іонів розчиняється металу.

Нове тлумачення електродних процесів в гальванічних елементах було дано в 1913 р Л.В. Пісаржевським, який пояснював виникнення стрибка потенціалу між металом і розчином протіканням двох процесів: 1) дисоціації атомів металу на іони (точніше - видалення електрона від іон-атома металу); 2) гідратації утворилися іонів металу. Пізніше А.Н. Фрумкін показав, що головним фактором, що визначає виникнення стрибка потенціалу, є подвійний електричний шар із зарядів металу і іонів розчину. Для вирішення практичних завдань боротьби з корозією велику роль зіграли дослідження Г.В. Акімова, Н.Д. Томашова і їх співробітників, що дозволили теоретично обгрунтувати явища структурної корозії і механізм корозійних процесів. Ними розроблена теорія багатоелектродних елементів і дано метод розрахунку як простих, так і складних гальванічних систем при будь-якому числі електродів. Радянські вчені значно розширили і доповнили вчення про пасивність метал новий, засноване на плівковій теорії В.А. Кістяківського. Великий інтерес представляють дослідження П.Д Данкова, який встановив основні принципи хімічного перетворення твердого тіла, що мають велике практичне і теоретичне значення при захисті металу від корозії різними плівками.

Корозія - це процес руйнування поверхні металів під впливом хімічного і електрохімічного впливу середовища їх навколишнього. Його здатна викликати навіть дистильована вода, в якій в залежності від температури більше або менше іонів, що визначають так званий водневий показник рН. Якщо він більше семи, то вода має лужну реакцію, якщо менше - кислотну. Для чистої води рН дорівнює семи (абсолютна нейтральність) тільки при температурі 25 ° С. При підвищенні температури вода стає слабокислотні (при 60 ° С її рН дорівнює 6,51, як у людської слини), а при зниженні - лужний (рН при 0 ° С дорівнює 7,47): залізо коррозирует активніше.

Незважаючи на те, що механізм корозійних процесів в умовах впливу механічних навантажень і динаміка зміни механічних властивостей напруженого металу при корозії вивчені недостатньо. З цієї ж причини не завжди представляється можливим прогнозувати надійність конструкцій в експлуатації і ефективність електрохімічного захисту. Однак позитивний досвід її застосування на багатьох відповідальних металоконструкціях з нержавіючих і високоміцних сталей, мідних, титанових і алюмінієвих сплавів вимагає пояснення принципів здійснення електрохімічного захисту.

По механізму корозійного процесу розрізняють три основних типи корозії: хімічну, електрохімічну і біохімічну.

Стисло розглянемо механізм корозійних процесів в вершині мікротріщини СКРН. Відомо, що в тріщині розвиваються процеси анодного розчинення металу, що супроводжуються генерацією водню. В результаті катодного процесу на кордоні контакту H2S - середовище - метал переважно відновлюється водень і відбувається подальше наводороживание металу.

З розгляду механізму корозійного процесу випливає, що основним катодних процесом при корозії металів в нейтральних електролітах є реакція відновлення кисню. Тому якщо виключити цю реакцію або сильно її загальмувати, можна практично повністю придушити корозійний процес. На практиці цей метод широко використовується. Зокрема, процес підготовки води для атомних і звичайних електростанцій включає як один з обов'язкових елементів видалення кисню. Нижче детально розглядається механізм корозійних процесів в системі нафтопродукт вода метал, найбільш характерною і важливою для хіммотологія. Незалежно від механізму корозійного процесу в зоні катода утворюється атомарний водень, який здатний дифундувати через кристалічну решітку металу, а на поверхні, з'єднуючись з іншими атомами водню, утворює молекулярний водень.

Способи вирішення проблеми корозії металів

Не всім відомо, що сумарний збиток від корозії металів в промислово-розвинених країнах може досягати 4-5% національного доходу, незалежно від типу конструкцій та умов її експлуатації, як наслідок зменшення прибутку (тобто втрата зайвих грошей), яка могла б послужити в надалі інвестиціями в її розвитку, як в економічному так і індустріальному.

Розглянутий вище механізм корозійних процесів, а також причини, їх вибувають, дають можливість вибору захисних заходів. Зараз найбільш простим і доступним способом боротьби з корозією є застосування захисних лакофарбових покриттів (ЛКП). Л КП зручні в нанесенні, Оновлюваність, створюють декоративний фон. Захисна дія їх обумовлюється або механічною ізоляцією поверхні, або хімічним і електрохімічним взаємодією покриття і поверхні. Основними недоліками більшості ЛКП є їх обмежена паро-, газо- і водопроникність, недостатня термо- і морозостійкість в ряді випадків.

Виробництво сталі і чавуну

В основному Чавун виплавляється в домнах. Це складна інженерна споруда, що працює безперервно протягом довгого часу. Піч працює за принципом протитоку. Зверху завантажується руда, флюси і кокс, а знизу подається повітря. Кокс служить для нагрівання і розплавлення руди, а також бере участь у відновленні заліза з оксидів руди. У коксі має бути мінімум сірки і фосфору. Флюси (вапняки, кремнеземи.) Необхідні для отримання шлаків. При згорянні палива утворюється окис вуглецю, яка і є головним відновлювачем заліза. Відновлення заліза відбувається від вищих оксидів до нижчих і, в кінцевому підсумку, до металу: окисом вуглецю СО і твердим вуглецем С. Відновлення марганцю, кремнію та інших елементів виконується також коксом.

Продуктами доменного виробництва є: чавун переробний, що містить 4 ... 4,5% С, 0,6 ... 0,8% Si, 0,25 ... 1,0% Mn, до 0,3% S і до 0,05% Р ; чавун ливарний, що містить Si близько 3%; феросплави: феросиліцій (9 ... 13% Si) і феромарганець (70 ... 75% Mn), призначені для розкислення і легування сталей; шлаки, використовувані для виробництва шлаковати, шлакоблоків, цементу.

Також є спосіб індукційної плавки. Індукційна плавка застосовується зазвичай для переплавки сталей і отримання високолегованих і спеціальних сталей в умовах вакууму або спеціальної регульованої атмосфери.

Список використаної літератури

властивості конструкційних матеріалів. Основні методи обробки конструкційних матеріалів: лиття, обробка тиском, зварювання та обробка різанням. Ці методи в сучасній технології конструкційних матеріалів характеризується різноманіттям традиційних і нових технологічних процесів, що виникають на їх злитті і взаємопроникнення. 1. Холодне деформування Зазвичай під холодним штампуванням.

оброблювані по 6-ому класу точності (RA = 2,5) є остновнимі, тобто по ним присходит з'єднання втулки з іншими деталями. Втулку в основному виготовляють з конструкційних і легованих сталей, що відповідають вимогам високої точності, хорошою оброблюваності, малої чутливості до конструкційних напруженням, підвищену зносостійкість. Втулка працює без змащення ;.

кремнезему в зернах заповнювача, а бетон з хлористим солями - в залізобетонних конструкціях. 3. Класифікація якісних вуглецевих сталей за призначенням та їх маркування. Сталь - основний конструкційний матеріал, який застосовується в будівництві. За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеві і леговані. Вуглецеві сталі містять залізо, вуглець і домішки (марганець.