İnşaat malzemelerinin uygulanması. Yapı malzemelerinin özellikleri ve sınıflandırılması

YAPISAL MALZEMELER, mekanik yükleri algılayan yapıların (makine veya mekanizma parçaları, aletler, yapılar, araçlar vb.) imalatına yönelik malzemeler. Yapısal malzemeler (diğer teknik malzemelerin aksine - optik, yalıtım, yağlama, boya, dekoratif, aşındırıcı vb.), çalışma koşullarında güvenilir ve uzun süreli çalışmalarını sağlayan yüksek yapısal güce sahip olmalıdır. Yapısal malzemelerin kalitesi için ana kriterler, dış (statik, döngüsel ve darbe) yüklere karşı direnç parametrelerini içerir - mukavemet, özgül mukavemet (özellikle uçak ve roket imalatında kullanılan yapısal malzemeler için), ısı direnci, dayanıklılık ve kırılma tokluğu (direnç) malzemenin çatlaması). Bazı durumlarda, yapısal malzemelerin önemli özellikleri ayrıca aşınma, ısıl ve korozyon direnci, kaynaklanabilirlik, sertleşebilirlik vb.'dir. Yapı malzemelerinin mekanik özellikleri çalışma ortamından etkilenir (çoğunlukla olumsuz), korozyon çatlaması nedeniyle yüzey hasarına neden olur veya yüzey tabakasının kimyasal bileşimindeki değişiklik istenmeyen elementlerle doygunluğun bir sonucu olarak (örneğin, metal yapıların gevrekleşmesine neden olan hidrojen). Yapı malzemeleri geniş bir sıcaklık aralığında kullanılır - -269 ila 2500 °C; Yüksek sıcaklıklarda performans sağlamak için malzemenin ısı direncine ve düşük sıcaklıklarda soğuğa dayanıklı olması gerekir. Yapısal malzemelerin üretilebilirliği (kesilerek işlenebilirliği, basınç, döküm kabiliyeti vb.) parça imalatının kalitesini belirler.

Yapısal malzemeler alt bölümlere ayrılır: malzemelerin doğasına göre - metalik, metalik olmayan ve kompozit malzemeler, teknolojik versiyona göre - deforme (haddelenmiş ürünler, dövmeler, damgalamalar, ekstrüde profiller vb.), Dökme, sinterlenmiş, kalıplanmış, yapıştırılmış, kaynaklı (ergitme, patlama, difüzyon ekleme vb.); çalışma koşullarına göre - düşük sıcaklıklarda çalışanlar için, ısıya dayanıklı, korozyona, kireçlenmeye, aşınmaya, yakıta, yağa dayanıklı vb.; mukavemet kriterlerine göre - geniş bir plastisite marjına sahip düşük ve orta mukavemetli malzemeler ve orta derecede bir plastisite marjına sahip yüksek mukavemetli malzemeler için.

Yapısal çelik ve dökme demir, metalik yapı malzemeleri arasında en yaygın olanlarıdır. Yapısal çelikler, çok çeşitli gerilme mukavemeti ile karakterize edilir - 200-3000 MPa; inşaatta, otomobilde, uçakta, traktörde, gemi yapımında vb. kullanılır. Alaşıma bağlı olarak dökme demirin çekme mukavemeti 110 MPa (dökme demir) ile 1350 MPa (magnezyum ile alaşımlı dökme demir) arasında değişir. Dökme demir, makine mühendisliğinde çerçevelerin, krank millerinin, dişlilerin, içten yanmalı motorların silindirlerinin, oksitleyici bir ortamda 1200 ° C'ye kadar sıcaklıklarda çalışan parçaların vb. imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Demir dışı metal bazlı alaşımlar da yaygın olarak kullanılmaktadır. teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır. Nikel alaşımları ve kobalt alaşımları 1000-1100 °C'ye kadar mukavemet ve ısı direncini korur, Ni 3 Al bileşiğine dayalı intermetalik alaşımlar - 1200 °C'ye kadar; uçak ve roket motorlarında, buhar ve gaz türbinlerinde, agresif ortamlarda çalışan cihazlarda vb. kullanılırlar. Alüminyum alaşımları, belirli sertlikte çeliğe göre önemli ölçüde üstündür, dövme alaşımların çekme mukavemeti 750 MPa'ya kadar, dökümhane - 550'ye kadar MPa; uçak, helikopter, roket, gemi vb. gövdelerinin imalatında kullanılır. Magnezyum alaşımları düşük yoğunlukta (çelikten 4 kat daha az) ayırt edilir, 400 MPa'ya kadar çekme mukavemetine sahiptir; esas olarak uçak yapılarında, otomotiv endüstrisinde, matbaa endüstrisinde vb. döküm parçalar şeklinde kullanılırlar. Titanyum alaşımları (1600 MPa'ya kadar çekme mukavemeti) çelik ve alüminyum alaşımlarından spesifik mukavemet, korozyondan üstündür. direnç ve sertlik; uçak motorları için kompresörlerin, petrol arıtma ve kimya endüstrileri için aparatların vb. imalatında kullanılırlar. Zirkonyum alaşımları, küçük bir termal nötron emme kesiti ile birlikte, agresif ortamlarda mukavemet, süneklik ve korozyon direncine sahiptir; nükleer santral reaktörlerinin çekirdeğinin yapısal elemanları için nükleer enerji endüstrisinde kullanılır. Geleneksel yöntemlerle elde edilen metal yapı malzemelerinin performans özelliklerinde bir artış, alaşımlı ve nanokristal metal tozlarının kullanımı ile ilişkilidir.

Metalik olmayan yapısal malzemeler arasında polimer malzemeler, seramikler, refrakterler, cam, kauçuk ve ahşap bulunur. Termoplastikler (polistiren, polimetil metakrilat, poliamidler, floroplastikler) ve ayrıca termoplastikler, elektrikli ve radyo ekipmanlarının parçalarında, kimyasal olarak aktif olanlar da dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda çalışan sürtünme ünitelerinde kullanılır: yakıtlar, yağlar, vb. Camlar (silikat, kuvars , organik ) ve bunlara dayalı tripleksler gemileri, uçakları, roketleri camlamak için kullanılır; seramik malzemeler, yüksek sıcaklıklarda çalışan parçaların imalatında kullanılır. Refrakterler, yüksek sıcaklıklarda (900 °C'nin üzerinde) çalışan ünitelerde refrakter astarların üretiminde ağırlıklı olarak demir ve demir dışı metalurjide kullanılır. Kord kumaşlarla güçlendirilmiş çeşitli kauçuklara dayalı kauçuklar, uçak ve otomobil lastiklerinin veya monolitik tekerleklerinin yanı sıra çeşitli hareketli ve sabit contaların üretiminde kullanılır. Ahşap travers, destek, kömür ve madencilik endüstrileri için, üretim için kullanılır. bina yapıları, evler vb.

Kompozit yapı malzemeleri, özgül dayanım ve özgül elastisite modülü açısından çelik veya alüminyum alaşımlarından %50-100 daha üstündür ve yapıların kütlesinde %20-50 oranında bir azalma sağlar. Kompozit yapısal malzemeler (karbon plastikler, organoplastikler, organoteksolitler, alüminyum-cam plastikler vb.), uçak, roket, enerji mühendisliği, ulaşım mühendisliği ve diğerlerinin yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Gelişmiş (geleneksel yapısal malzemelere kıyasla) özelliklere sahip yeni yapısal malzemelerin elde edilmesi, sınırlayıcı özelliklere sahip (nihai mukavemet, refrakter, termostabil) elementlerden submikroskopik bir yapıya sahip malzemelerin sentezi ile ve ayrıca kullanımı ile ilişkilidir. özel yöntemler imalat (malzemelerin mukavemetini ve dayanıklılığını önemli ölçüde arttırmak). Örneğin, metalik yapı malzemeleri için, çeliklerin ve alaşımların yönlü kristalizasyonu, sütunlu bir tane yapısına sahip döküm parçalar, hareket eden gerilmelere (gaz türbini kanatları) göre belirli bir kristalografik oryantasyona sahip nikel alaşımlarından tek kristal parçalar elde etmek için kullanılır; metalik olmayan yapısal malzemeler için doğrusal makromoleküllerin oryantasyon yöntemleri kullanılır polimer malzemeler, nanoparçacıklarla modifikasyon (fullerenler, nanotüpler, nanolifler), polimer nanokompozitlerin oluşturulması.

Yanıyor.: Makine Mühendisliği: Ansiklopedi. M., 2001. T. 2/3: Demir dışı metaller ve alaşımlar. Kompozit metalik malzemeler / Ed.-sost. I.N. Fridlyander; Bolton U. Yapısal malzemeler: metaller, alaşımlar, polimerler, seramikler, kompozitler. 2. baskı. M., 2007.

Yapısal malzemeler, bir güç yükünü algılayan yapı parçalarının (makineler ve yapılar) yapıldığı malzemeler. Yapı malzemelerinin tanımlayıcı parametreleri, onları diğer teknik malzemelerden (optik, yalıtım, yağlama, boya, dekoratif, aşındırıcı vb.) ayıran mekanik özelliklerdir. Modern mekanizmaların detaylarının karmaşık alternatif yükler, yüksek sıcaklıklar vb. Altında çalışması nedeniyle, yapısal malzemelerin kalitesi için ana kriterler, dış yüklere karşı direnç parametrelerini içerir: mukavemet, viskozite, güvenilirlik, hizmet ömrü. Ana yapısal malzemeler, demir (dökme demir ve çelik), bakır (bronz ve pirinç), kurşun ve kalay bazlı metal alaşımlarıdır.

Demir bazlı alaşımlar. Dökme demir. Haline gelmek. Çeliklerin sınıflandırılması, çelik kaliteleri. Mekanik cihazlarda (miller, dişliler, bağlantı elemanları) uygulama.

dökme demir

Bunlar, sabit manganez, silikon, fosfor ve kükürt safsızlıklarının yanı sıra gerekirse alaşım elementleri içeren demir-karbon alaşımlarıdır.

Karbonun bulunduğu yapıya ve duruma (serbest veya kimyasal olarak bağlı) bağlı olarak, gri, beyaz ve dövülebilir dökme demirler ayırt edilir. Dökme demirler de amaca göre sınıflandırılır - yapısal ve özel özelliklere sahip; ve kimyasal bileşimden - alaşımlı ve alaşımsız.

Yapısal bir malzeme olarak, tüm karbonun lamel grafit kapanımları şeklinde serbest durumda olduğu gri dökme demirler en yaygın şekilde kullanılır. Orta mukavemete, iyi döküme ve diğer teknolojik özelliklere (akışkanlık, düşük doğrusal büzülme, işlenebilirlik) sahiptirler, alternatif streslerin konsantrasyonuna karşı duyarsızdırlar ve sürtünme önleyicidirler.

Beyaz dökme demirlerde, katı bir demir çözeltisinde çözünmeyen fazla karbon, demir karbürler şeklinde bulunur. Düşük mekanik özellikler - yüksek kırılganlık ve sertlik, zayıf işlenebilirlik - nedeniyle beyaz dökme demirler yapısal malzemeler olarak kullanılmaz.

Sfero döküm, beyazdan, grafit pul şeklinde parçalanana kadar müteakip tavlama ile elde edilir. Ayrıntıları küçük deformasyonlara tabi olabilir. Gri dökme demirden yapılmış parçalardan daha az kırılgandırlar, ancak %30 ... %100 daha pahalıdırlar.

Sfero döküm, sıvı demirin magnezyum katkı maddeleri ile modifiye edilmesiyle elde edilen küresel veya ona yakın bir grafit inklüzyon formu ile karakterize edilir. Küresel grafit, metal tabanı en az derecede zayıflatır ve bu da yüksek mekanik özelliklere yol açar. Sfero döküm iyi döküm ve servis özelliklerine sahiptir.

Haline gelmek

Çelikler, demirin karbon ve diğer elementlerle dövme alaşımlarıdır.

Kimyasal bileşime göreçelikler karbon ve alaşımlı çelikler olarak ikiye ayrılır.

Randevuylaçelikler yapısal, alet ve özel özelliklere göre ayrılır. Çoğu

kaliteye göreçelikler sıradan, yüksek kaliteli, yüksek ve ekstra yüksek kaliteli olarak ayrılır.

Donmanın doğası gereği sıvı halden deoksidasyon derecesi sakin, yarı sakin ve kaynayan çeliği ayırt eder.

Pullar sıradan kalitede karbon çeliği harflerle gösterilir
St (çelik) ve gelen sayılar 0 önce 6 , Örneğin Adım0 – Adım6. Rakamlar, kimyasal bileşime ve mekanik özelliklere bağlı olarak koşullu marka numarasına karşılık gelir. Sayı ne kadar büyük olursa, çelikteki karbon içeriği o kadar yüksek, mukavemet o kadar yüksek ve süneklik o kadar düşük olur. Bu çelikler üç gruba ayrılır - FAKAT, B Ve İÇİNDE. Çelik grubu FAKAT garantili mekanik özelliklere sahip ve ısıl işleme tabi tutulmamış, A grubu çelik sınıfında belirtilmemiştir. Çelik bant için BÇelik grubu için garantili kimyasal bileşim İÇİNDE– kimyasal bileşim ve mekanik özellikler.

deoksidasyon derecesi marka numarasının sağındaki indekslerle belirtilmiştir: kp- kaynamak ps- yarı sakin cn- sakinlik. Örneğin, çelik St2kp– grup çelik FAKAT, kaynamak; Bst3ps– grup çelik B, yarı sakin; VSt5sp– grup çelik İÇİNDE, sakinlik.

Karbon kalite çelikler iki haneli etiketli (08, 10, 15, …, 70) , çelikteki ortalama karbon içeriğini yüzde yüzde biri olarak gösterir. Bu çelikler şartlı olarak birkaç gruba ayrılabilir. Haline gelmek 08, 10 yüksek plastisiteye sahip, iyi damgalanmış ve kaynaklı. Düşük karbonlu çelikler 15, 20, 25 iyi kaynaklanmış ve kesilerek işlenmiştir, karbonlama ve ısıl işlemden sonra aşınma direnci arttırılmıştır.

Karbon takım çelikleri bir harfle işaretlenmiş saat ve yüzde ondalık olarak karbon içeriğine karşılık gelen sayılar, örneğin çelik kalitesi U9 ortalama %0.9 karbon içerir.

Alaşımlı çelikleri işaretleyin kimyasal bileşimini gösteren harfler ve sayılar. Derecelerin harflerden önceki ilk haneleri, yapısal çelikler için yüzde yüzde (iki hane) ve alet ve özel çelikler için - onda biri olarak karbon içeriğini gösterir. Ayrıca, atama, hangi alaşım elementlerinin çeliğin parçası olduğunu gösteren harflerden ve alaşım elementinin ortalama içeriğini yüzde olarak karakterize eden her harfin hemen ardından gelen rakamlardan oluşur. Alaşım elementi içeriği %1,5'ten az olduğunda harfin arkasındaki sayılar konulmaz. Alaşım elementleri aşağıdaki harflerle belirtilir: T- titanyum, İTİBAREN- silikon, G- manganez, x- krom H- nikel, m- molibden, İÇİNDE- tungsten, vb. Örneğin, paslanmaz çelik Х18Н10Т%18 krom, %10 nikel ve %1.5'e kadar titanyum içerir; yapısal alaşımlı çelik 30HGS%0,30 karbon ve her biri %1,5'e kadar krom, manganez ve silikon içerir; alet alaşımlı çelik 9XC%0,9 karbon ve her biri %1,5'e kadar krom ve silikon içerir. çeliklerde 30HGS Ve 9XC%0.8'den fazla silikon, çelikte manganez 30HGS%1'den fazla.

Bazı özel çelik kalitesi tanımları, çeliğin amacını belirten bir harf içerir. Örneğin, bir mektup W– bilyalı rulman çeliği ( ShKh15– ≈ %1,5 krom içeriği ile), E– elektrik mühendisliği, vb.

Çoğu zaman, şaftlar ve akslar için malzeme olarak aşağıdaki karbon ve alaşımlı çelikler kullanılır: yüksek kaliteli çelikler 40, 45, 50 , Çelik 40X– ısıl işlem görmüş şaftlar için; haline gelmek 20, 20X- pimlerin yüzey karbonlaması ile kaymalı yataklardaki yüksek hızlı miller için; sıradan kalite karbon çelikleri Adım4, Adım5- ısıl işlem görmemiş kritik olmayan şaftlar için; Çelik Х18Н10Т– korozyona dayanıklı, manyetik olmayan miller için.

Silindirik ve konik tekerleklerin imalatında ısıl işlem görmüş çelikler ana malzemedir. Periferik diş hızları için 3 m/s yüksek kaliteli çelik kullanın 20, 30, 35 ve daha yüksek çevresel hızlarda - çelik 45, 50 , takım çelikleri U8A, U10A ve alaşımlı çelikler 20H, 40H, 40HN, 30HGSA, 12HN3A uygun ısıl işlemle (normalleştirme, sertleştirme, iyileştirme - yüksek tavlama ile sertleştirme). Dişli dişlerinin sertliğinin (daha yüklüdürler) tekerlek dişlerinin sertliğinden (20 ... 50) HB daha fazla seçilmesi tavsiye edilir. Bu nedenle dişli malzemesini tekerlek malzemesinden daha dayanıklı hale getirmeye çalışırlar.

Cıvatalar, vidalar, somunlar karbon ve alaşımlı çeliklerden yapılmıştır. bağlantı elemanları Genel kullanım genellikle çelik kalitelerinden yapılır Adım3, Adım4, Adım5 sonraki ısıl işlem olmadan. Daha kritik parçalar çelikten yapılmıştır 35, 45, 40X, 40XH yüzey veya genel ısıl işlem ile. Küçük vidalar pirinçten yapılmıştır LS59-1, duralümin D1, D16. Bağlantı elemanlarının yüzeylerini korozyondan korumak, istenilen rengi vermek için çinko kaplama, krom kaplama ve kadmiyum kaplama kullanılmaktadır. Pimler çelikten yapılmıştır 45, A12, U8. Anahtarlar orta karbonlu çeliklerden yapılmıştır 40, 45, St6.

Bakır ve alüminyum bazlı alaşımlar. Sınıflandırma, atama, avantajlar ve dezavantajlar. Alaşımların mekanik cihazlarda (elastik elemanlar, destekler) yapısal malzeme olarak kullanımı.

Bakır ve alaşımları

Saf haliyle bakır, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik, basınçla iyi işlenebilirlik, düşük mukavemet ile karakterize edilir ve iletken parçaların imalatında kullanılır. Daha geniş uygulama alınan bakır alaşımları: pirinç ve bronz. Pirinçte ana alaşım elementi çinko, bronzda - diğer elementler.

Bakır alaşımlarının derecelerindeki alaşım elementleri aşağıdaki harflerle gösterilir: FAKAT- alüminyum, H- nikel, HAKKINDA- teneke, C- çinko, İTİBAREN- öncülük etmek, F- Demir, Mts- manganez, İLE- silikon, F- fosfor, T- titanyum.

Pirinç ikili ve çok bileşenli alaşımlar olarak ikiye ayrılır. Çiftlerde çinko içeriği %50'ye kadar çıkabilir. Bu tür pirinç markaları harfle belirtilir. L ve örneğin bakır yüzdesini gösteren bir rakam L59. Mekanik, teknolojik ve korozyon özelliklerini iyileştirmek için çinkonun yanı sıra çeşitli alaşım elementleri (alüminyum, silikon, manganez, kalay, demir, kurşun) küçük miktarlarda pirinç içine katılır. Çok bileşenli pirinç sınıflarında, ilk rakamlar ortalama bakır içeriğini ve sonraki rakamlar alaşım elementlerini gösterir. Örneğin, pirinç LKS80-3-3%80 bakır, %3 silikon ve kurşun içerir, geri kalanı çinkodur.

Bronz ve bakır-nikel alaşımlarının markaları sırasıyla harflerle başlar. br Ve m, ve aşağıdaki harfler ve sayılar, alaşım elementlerinin varlığını ve buna bağlı olarak yüzdelerini gösterir. Örneğin, bronz BrOCS 5-5-5 her biri %5 kalay, çinko ve kurşun veya bakır-nikel alaşımı cupronickel içerir MH19%19 nikel içerir.

Bronzlar ana alaşım elementlerine göre adlandırılır: kalay, alüminyum, berilyum, silikon vb. Kalay bronzları yaygın olarak kullanılır, karakterize edilirler. yüksek direnç aşınmaya karşı, düşük kayma sürtünmesi. Tüm bakır alaşımları atmosferik korozyona karşı iyi bir dirence sahiptir.

Yapı malzemesi olarak pirinç ve bronz kullanılmaktadır. Özellikle yüksek süneklik ile karakterize edilen pirinç L63, pabuçlar, burçlar, pullar ve pirinç gibi iletken ve yapısal parçaların imalatında kullanılır. LK80-3L- döküm parçaların üretimi için. kalaysız bronzlar BRAZh9-4, BRAMts9-2 yüksek mekanik ve sürtünme önleyici özelliklere sahiptirler, iyi işlenirler, bu nedenle küçük dişli ve sonsuz dişli çarkların, kaymalı yatak burçlarının, vida mekanizmalarında çalışan somunların imalatında kullanılırlar. Kalay bronzları en iyi sürtünme önleyici özelliklere sahiptir.

Yüksek mukavemeti ve elastikiyeti nedeniyle markanın berilyum bronzu, elastik elemanların imalatında özel bir yere sahiptir. BrB2. Manyetik değildir, dona, tatlı ve tuzlu suya dayanıklı, iyi kaynaklanmış ve işlenmiş. Akım taşıyan yay kontakları, yaylar, membranlar gibi kritik parçaların imalatında kullanılır.

Bakır alaşımlarının, özellikle pirinçlerin mukavemeti çeliklere göre daha düşüktür ve korozyon direnci çok daha fazladır. Alüminyum hariç tüm pirinçler ve çoğu bronz iyi lehimlenir.

Burç malzemesi aşınmaya dayanıklı olmalı, iyi çalışmalı ve muylu malzemesiyle eşleştirilmiş minimum sürtünme katsayısına sahip olmalıdır. Çelik muylular için şu koşullar sağlanır: yüksek basınçlar ve düşük çevresel hızlar - bronz BRAZh9-4 ve pirinç LS59-1; yüksek basınç ve hızlarda - bronz BrOF10-1 Ve BrOTsS-5-5-5.

Temas ve tork antimanyetik, korozyona dayanıklı yaylar fosfordan yapılmıştır BrOF 6-0.15, BrOF 4-0.2 ve berilyum BrB2 bronz

Boru şeklindeki manometrik yaylar, körükler, diyaframlar ve diyafram kutuları pirinçten yapılmıştır L62, L68, L80, bronz BrOF4–0.2.

Helezon yayların malzemesi olarak bronz bantlar kullanılmaktadır. BrOF 6.5-0.15.

Metal membranlar fosfor ve berilyum bronzlarından yapılmıştır.

Körükler dikişsiz veya lehimli L80 pirinçten, berilyum bronzlarından yapılmıştır BrB2, BrB2.5.

Pirinçten yapılmış boru şeklindeki yaylar L80 veya bronz.

Alüminyum ve alaşımları

Saf alüminyum, düşük mukavemete sahip olduğu için nadiren kullanılır. Çoğu zaman, parça imalatında alüminyum bazlı alaşımlar kullanılır. Düşük yoğunluklu, yüksek elektriksel ve termal iletkenliğe, korozyon direncine ve özgül mukavemete sahiptirler. Alüminyum alaşımları teknolojik özelliklerine bağlı olarak dövme ve döküm olarak ikiye ayrılır.

Dövme alaşımlarının en yaygın olanları, alüminyum-bakır-magnezyum ve alüminyum-magnezyum alaşımlarının söndürülmesi ve yaşlandırılmasıyla termal olarak sertleştirilir. Birincisi duraluminler (markalar) olarak adlandırılır. D1, D16), ikinci en yaygın kullanılan alaşım markasının AMg6. Yüksek mekanik özelliklere sahiptirler, çubuk, levha, boru, şekilli profiller şeklinde üretilirler. Raflar, kapaklar, burçlar vb. orta yüklü parçalar için kullanılırlar. Yüksek mukavemetli alüminyum-magnezyum-çinko alaşımı deforme olabilir B95, artan statik yüklere sahip parçalar (miller, dişliler) için kullanılır.

Deforme olabilen, çok yüksek mukavemet özellikleri (elastisite modülü, çekme mukavemeti σ ut ve akma mukavemeti σ y) ile karakterize edilen sinterlenmiş alüminyum alaşımlarıdır. Bunlar iki tiptir: RUAM(sinterlenmiş alüminyum tozu) ve CAC(sinterlenmiş alüminyum alaşımı). RUAM kontrollü bir oksijen kaynağı ile bir nitrojen atmosferinde alüminyum tozunun öğütülmesi sürecinde oluşan dağılmış alüminyum oksit Al203 parçacıkları ile sertleştirilmiştir. Toz briketlenir, sinterlenir ve deformasyona tabi tutulur - presleme, haddeleme, dövme. Al 2 O 3 içeriğine bağlı olarak (alüminyum oksitte% 20 - 22'ye kadar bir artışla alaşımın gücü artar), 4 kalite ayırt edilir SAP (SAP-1, SAP-2, SAP-3 Ve SAP-4). alaşımlar CAC%25'e kadar silikon ve %5 demir içerir. Sıvı bir alaşımın püskürtülmesi, elde edilen granüllerin briketlenmesi ve ardından deformasyon ile elde edilirler. Sinterlenmiş alüminyum alaşımları, yüksek yüklü parçaların (blok gövdeler, çerçeveler, raflar vb.) ve çeşitli profillerin imalatında kullanılır.

Dökme alüminyum alaşımlarından alüminyum-silikon alaşımları - siluminler - en yaygın olarak kullanılır. İyi döküm ve orta mekanik özelliklere sahiptirler. Silümin pulları AL-2, AL-4, AL-9 kasaların, kapakların, braketlerin ve diğer karmaşık orta yüklü parçaların dökümü için kullanılır.

Alüminyum ve alaşımlarının lehimlenmesi zordur.

1.

2. Alüminyum üretimi için kaynak malzemeler ve yöntemler.

3. Ahşabın özellikleri ve kullanım alanları.

4.

1. Yapı malzemelerinin özelliklerinin sınıflandırılması. Operasyonel özellikler, göstergeleri.

Yapısal malzemeler, bir güç yükünü algılayan yapı parçalarının (makineler ve yapılar) yapıldığı malzemeler olarak adlandırılır. Yapı malzemelerinin tanımlayıcı parametreleri, onları diğer teknik malzemelerden (optik, yalıtım, yağlama, boya, dekoratif, aşındırıcı vb.) ayıran mekanik özelliklerdir. Yapısal malzemelerin kalitesi için ana kriterler, dış yüklere karşı direnç parametrelerini içerir: mukavemet, tokluk, güvenilirlik, hizmet ömrü vb.

Yapısal malzemeler alt bölümlere ayrılır (Şekil 1): malzemelerin doğasına göre - bu ve diğer malzemelerin olumlu özelliklerini birleştirerek metalik, metalik olmayan ve kompozit malzemelere; teknolojik tasarıma göre - deforme (haddelenmiş ürünler, dövmeler, damgalamalar, ekstrüde profiller, vb.), Dökme, sinterlenmiş, kalıplanmış, yapıştırılmış, kaynaklı (ergitme, patlama, difüzyonla yapıştırma vb.); çalışma koşullarına göre - düşük sıcaklıklarda çalışanlar için, ısıya dayanıklı, korozyona, kireçlenmeye, aşınmaya, yakıta, yağa dayanıklı vb.; mukavemet kriterlerine göre - büyük bir plastisite marjına sahip düşük ve orta mukavemetli malzemeler için, orta derecede bir plastisite marjına sahip yüksek mukavemetli malzemeler için.

Teknolojinin gelişimi, mevcut yapısal malzemelere yeni, daha yüksek talepler getirir ve yeni malzemelerin yaratılmasını teşvik eder. Örneğin, uçak yapılarının kütlesini azaltmak için hafifliği, sertliği ve sağlamlığı birleştiren çok katmanlı yapılar kullanılır. Metal kapalı hacimlerin (toplar, silindirler, silindirler) fiberglas ile dış takviyesi, metal yapılara kıyasla ağırlıklarını önemli ölçüde azaltabilir. Teknolojinin birçok alanı, yapısal gücü yüksek elektriksel, ısıya dayanıklı, optik ve diğer özelliklerle birleştiren yapısal malzemeler gerektirir.

Pirinç. 1. Yapısal malzemeler için sınıflandırma şeması

Belirli bir ürün veya tasarım için bir malzeme seçerken, kullanımının ekonomik fizibilitesini (fiyat ve kalite arasındaki uygunluk), yapısal kriterlerin korunmasını (gerekli dayanıklılık, dayanıklılık, güvenilirlik) ve bir ürün haline getirme olasılığını dikkate alırlar. (teknolojik kriterler - işlenebilirlik, kaynaklanabilirlik, dövülebilirlik, vb.). . P.). Bu kriterler dikkate alınarak, şu veya bu nitelikte bir malzeme seçilir.

metal malzemeler. Bunlar, metalleri ve bunlara dayalı alaşımları içerir. Sırayla, özelliklerde birbirinden farklı olan birkaç gruba ayrılırlar:

1. Demirli metaller. Bunlar demir ve buna dayalı alaşımlardır - çelikler ve dökme demirler;

2. Demir dışı metaller. Bu grup metalleri ve bakır, alüminyum, titanyum, nikel vb. gibi alaşımlarını içerir;

3. Soy metaller. Bunlar arasında altın, gümüş, platin; 4. Nadir toprak metalleri. Bunlar lantan, neodim, praseodimdir.

metalik olmayan malzemeler. Ayrıca birkaç gruba ayrılırlar:

1. Plastikler. Bunlar makromoleküler bileşiklere dayalı malzemelerdir - esas olarak dolgu maddeleri içeren polimerler;

2. Seramik malzemeler (seramik). Karbürler, borürler, nitrürler ve oksitler gibi refrakter bileşiklerin tozlarına dayanırlar. Örneğin: TiC, SiC, Cr7C3, CrB, Ni3B, TiB2, BN, TiN, Al2O3, SiO2, ZrO2, vb.;

3. Metal-seramik malzemeler (sermet). Bu malzemelerde temel, belirli bir miktar metalin eklendiği, bağlayıcı olan ve süneklik ve tokluk gibi özellikler sağlayan seramiklerdir;

4. Cam. Bu bir oksit sistemidir. çeşitli unsurlar, öncelikle silikon oksit Si02;

5. Kauçuk. Bunlar kauçuk bazlı malzemelerdir - kükürt ve diğer elementlerin eklenmesiyle bir hidrojen-karbon polimeri;

6. Ağaç. Odunsu bitkilerin karmaşık organik dokusu.

Kompozit malzemeler. İki veya daha fazla maddeden yapay olarak elde edilen malzemelerdir. çeşitli malzemelerözellikleri bakımından birbirinden çok farklıdır. Sonuç olarak, özelliklerindeki bileşim, kurucu bileşenlerin özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır, yani. ortaya çıkan malzeme yeni bir dizi özelliğe sahiptir. Kompozit malzemelerin bileşimi hem metalik hem de metalik olmayan bileşenleri içerebilir.

Yapısal malzemelerin özelliklerinin sınıflandırılması

1. Mekanik özellikler malzemenin dış etki faktörlerinin etkisi altında deformasyona ve çökmeye direnme yeteneği ile karakterize edilir.

· Kuvvet - bu, bir malzemenin dış yüklerin etkisi altında tahribata direnme ve plastik olarak deforme olma yeteneğidir;

· Sertlik malzemelerin yerel, temas ve kuvvet etkisi altında yüzey tabakasındaki deformasyona direnme yeteneğidir;

· esneklik - bu, bir malzemenin dış kuvvetlerin etkisi altında tahribat olmadan şeklini ve boyutunu eski haline getirme yeteneğidir;

· viskozite - malzemenin mekanik enerjiyi emme ve aynı zamanda bozulmadan önce önemli plastik deformasyon yaşama yeteneği;

· kırılganlık - bu, malzemenin elastik deformasyondan hemen sonra dış kuvvetlerin etkisi altında çökme yeteneğidir.

2. Fiziksel özellikler malzemenin yüzeyini termal, yerçekimi, elektromanyetik ve radyoaktif alanlarda karakterize eder.

· Işık - bu, bir malzemenin belirli bir ışık dalga boyuna sahip ışık ışınlarını yansıtma yeteneğidir;

· Yoğunluk maddenin birim hacminin kütlesidir;

· Erime sıcaklığı - bir maddenin katı fazdan sıvı faza geçtiği sıcaklıktır;

· Elektiriksel iletkenlik - bu, malzemenin iyi ve kayıpsız bir şekilde iletebilme yeteneğidir. elektrik;

· Termal iletkenlik bir malzemenin taşıma yeteneğidir Termal enerji daha sıcak bir bölgeden daha az ısıtılmış bir alana;

· Isı kapasitesi - bir malzemenin belirli bir miktarda ısıyı emme yeteneğidir;

· Manyetik özellikler - malzemenin iyi manyetize olma yeteneği;

· Hacimsel ve doğrusal genişleme katsayısı - vücut büyüklüğündeki değişikliği sıcaklıktaki bir değişiklikle karakterize eder.

3. teknolojik özellikler malzemenin çeşitli tiplerde sıcak ve soğuk işleme tabi tutulabilmesi ile karakterize edilir.

Döküm özellikleri; O içerir akışkanlık - metallerin ve alaşımların kalıbın kanallarından akma ve doldurma yeteneği. doluluk - metallerin ve alaşımların, kılcal kuvvetlerin etkisinin büyük ölçüde ortaya çıktığı özellikle ince bölümlerde dökümlerin dış hatlarını yeniden oluşturma yeteneğini karakterize eder. hacimsel büzülme - katılaşma ve soğutma sürecinde sıvı haldeki sıcaklığın azalmasıyla metalin hacmindeki değişimi karakterize eder katı metal. Doğrusal büzülme - yüzeyinde katı kristal bir iskeletin oluşmasından ve oda sıcaklığına soğutulmasından sonra dökümün doğrusal boyutlarındaki değişikliği yansıtır.

· süneklik (basınçlı işlemde önemlidir) metallerin ve alaşımların dövme ve diğer basınç işlemlerinden (haddeleme, çekme, presleme, damgalama) geçme kabiliyetidir;

· kaynaklanabilirlik (bu, malzemenin kaynaklı bağlantıları ne kadar gösterebileceğinin bir göstergesidir);

· işleme;

· Sertleşebilirlik;

· Sertleşebilirlik.

4. operasyonel özellikler, malzemelerin, mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklere dayalı olarak belirli koşullar ve işlemler altında ürünlerin güvenilir ve dayanıklı çalışmasını sağlama yeteneğini karakterize eder.
operasyonel özellikler. Bu özellikler makinenin çalışma koşullarına bağlı olarak özel testler ile belirlenir. En önemli operasyonel özelliklerden biri, aşınma direnci, soğuğa dayanıklılık, ısı direnci, sürtünme önleme vb.

Aşınma direnci - bir malzemenin aşınmaya direnme özelliği, yani sürtünme sırasında ürünün yüzey tabakasının tahrip olması nedeniyle vücudun boyutunda ve şeklinde kademeli bir değişiklik. Metallerin aşınma testi, laboratuvar koşullarında numuneler üzerinde ve gerçek operasyonda parçalar üzerinde gerçekleştirilir. Numuneleri test ederken, gerçeklere yakın olan sürtünme koşulları simüle edilir. Numunelerin veya parçaların aşınma miktarı belirlenir Farklı yollar: ölçüm boyutları, numunelerin tartılması ve diğer yöntemler.

Soğuk direnç - malzemelerin, elemanların, yapıların ve bunların bileşiklerinin düşük ortam sıcaklıklarında gevrek kırılmaya direnme yeteneği.

Isı direnci, bir metalin yüksek sıcaklıklarda plastik deformasyona ve kırılmaya direnme yeteneğidir. Sürünme olayı meydana geldiğinde, yüksek sıcaklıklarda çalışan parçaların imalatı için ısıya dayanıklı malzemeler kullanılır. Isı direncini değerlendirme kriterleri, kısa vadeli ve uzun vadeli mukavemet, sürünmedir.

Sürtünme önleme, bir malzemenin düşük kayma sürtünme katsayısı ve dolayısıyla düşük sürtünme kayıpları ve eşleşen parçanın düşük aşınma oranı sağlama yeteneğidir.

5. Kimyasal özellikleri Bir malzemenin diğer maddelerle kimyasal etkileşime girme yeteneğini karakterize eder.

· çözünürlük (bir malzemenin çözelti adı verilen bir veya daha fazla madde ile homojen sistemler oluşturma yeteneği);

· Isı dayanıklılığı (bir malzemenin, yüksek sıcaklıklarda hava veya diğer oksitleyici atmosfer tarafından yüzeyin kimyasal bozulmasına direnme yeteneği);

· korozyon direnci (kabiliyet metal malzemeler dış agresif bir ortamın yüzeylerinde kimyasal veya elektrokimyasal etkinin bir sonucu olarak tahribata direnir (metalik olmayan malzemeler için benzer bir özellik - kimyasal direnç ));

· Oksidasyon (malzemelerin elektron verme, yani kimyasal etkileşimle oksitlenme yeteneği) Çevre veya başka bir konu).

2. Alüminyum üretimi için kaynak malzemeler ve yöntemler.

Alüminyum en önemli metallerden biridir ve üretim miktarı, diğer tüm demir dışı metallerin çıktısını geride bırakır ve yalnızca çelik üretiminden sonra ikinci sıradadır. Alüminyumun yüksek popülaritesi, elektrik mühendisliği, uçak ve otomotiv mühendisliği, ulaşım, ev aletleri, inşaat, paketleme alanlarında geniş uygulama bulması nedeniyle benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Gıda Ürünleri vb.

Son zamanlarda, makine mühendisliği, özellikle uçak endüstrisi, roket bilimi, nükleer endüstri ve demiryolu taşımacılığında giderek artan bir şekilde hafif metallere ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle alüminyum elde etmek için yeni ve daha ekonomik yöntemlerin geliştirilmesi ve mevcut yöntemlerin iyileştirilmesi büyük önem taşımaktadır.

Bazı alüminyum alaşımları elektrotermal yöntemle elde edilse de, kriyolit-alümina eriyiklerinin elektrolizi, alüminyum elde etmek için ana yöntemdir.

İlk endüstriyel elektrolizörler 0,6 kA'ya kadar akımlar içindi ve sonraki 100 yıl içinde 300 kA'ya yükseldi. Ancak bu, üretim sürecinin temellerinde önemli değişiklikler getirmedi.

Alüminyum üretiminin genel şeması, Şek. 2. Ana ünite elektrolizördür. Elektrolit, içinde alüminanın çözüldüğü hafif bir fazla alüminyum florür içeren bir kriyolit eriyiğidir. İşlem, yaklaşık %1 ila %8 (ağırlıkça) arasında değişen alümina konsantrasyonlarında gerçekleştirilir. Yukarıdan, kısmen elektrolite batırılmış banyoya bir karbon anot indirilir. İki ana tip kurban anot vardır: kendi kendine pişirilen ve önceden pişirilen. İlki, bir dolgu koku ve bir bağlayıcı, zift karışımından oluşan anot kütlesini kavurmak için elektroliz ısısını kullanır. Pişmiş anotlar, önceden pişirilmiş kok ve zift bağlayıcı karışımıdır.

Pirinç. 2 Alüminadan alüminyum üretim şeması.

Elektroliz sıcaklığında (950 - 960°C) erimiş alüminyum elektrolitten daha ağırdır ve elektrolizörün alt kısmında bulunur. Kriyolit-alümina eriyikleri çok agresiftir ve karbonlu ve bazı yeni malzemelerle direnç gösterilebilir. Bunlardan elektrolizörün iç astarı yapılır.

Alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için modern fabrikalar, bir silikon dönüştürücü trafo merkezine (CPS) monte edilmiş, 850V gerilimli ve %98,5 dönüşüm oranına sahip yarı iletken doğrultucular kullanır. Bir redresör ünitesi 63 kA'ya kadar akım verir. Bu tür birimlerin sayısı, hepsi paralel bağlı olduklarından gerekli akım gücüne bağlıdır.

Elektrolizörde yer alan işlem, elektrolit içinde çözülmüş alüminanın elektrolitik bozunmasından oluşur. Alüminyum, bir vakumlu kepçe kullanılarak periyodik olarak dökülen ve dökme veya bir karıştırıcı için dökümhane departmanına gönderilen sıvı bir alüminyum katot üzerinde serbest bırakılır, burada metalin diğer amacına bağlı olarak silikon, magnezyum, manganez, bakır ile alaşımlar hazırlanır veya rafinasyon yapılır. Anotta karbon, salınan oksijen tarafından oksitlenir. Egzoz anot gazı, CO2 ve CO karışımıdır.

Elektrolizörler genellikle egzoz gazlarını ve bir temizleme sistemini gideren barınaklar ile donatılmıştır. Bu, zararlı maddelerin atmosfere salınımını azaltır. Teknolojik süreç, gazın fanlar kullanılarak toplayıcıya emilmesini sağlamak için sığınağın sızdırmaz hale getirilmesini gerektirir. Elektrolizörlerden çıkarılan gazlara karbondioksit hakimdir ( çoğu karbon monoksit ya elektrolitin üzerinde ya da gaz toplama çanından sonra özel brülörlerde yakılır), nitrojen, oksijen, gaz ve katı florürler ve alümina tozu parçacıkları. Bunları ortadan kaldırmak ve sürece geri döndürmek için çeşitli teknolojik şemalar kullanılır.

Modern elektrolizörler, yükleme süresi 10-30 dakika olan bir otomatik alümina besleme sistemi (AAF) ile donatılmıştır.

Elektrolizörde meydana gelen genel reaksiyon, denklem ile temsil edilebilir.

Bu nedenle, teorik olarak, elektroliz işlemi için alümina ve anot karbonunun yanı sıra sadece elektrolitik işlemin uygulanması için değil - alüminanın ayrışması için değil, aynı zamanda yüksek bir çalışma sıcaklığının korunması için gerekli elektrik gücü tüketilir. Uygulamada, buharlaşan ve astar tarafından emilen belirli bir miktarda florür tuzu da tüketilir. 1 ton alüminyum elde etmek için ihtiyacınız olan:

Alüminyum üretimi en enerji yoğun süreçlerden biridir, bu nedenle alüminyum izabe tesisleri enerji kaynaklarına yakın inşa edilir.

Elektroliz için sağlanan tüm malzemeler, elektroliz sırasında bu safsızlıklar neredeyse tamamen metale geçtiğinden, alüminyumdan (demir, silikon, bakır vb.) daha elektropozitif olan minimum miktarda yabancı maddeye sahip olmalıdır.

Alüminyum-silikon alaşımlarının elektrotermal üretimi.

Oksitinin doğrudan indirgenmesiyle saf alüminyum elde etmek imkansızdır. Karbotermal işlemler, alüminayı azaltmak için yüksek sıcaklıklar (yaklaşık 2000°C) gerektirir ve alaşım oluşturan bileşenlerin yokluğunda metal, karbona bağlanarak alüminyum karbür (A14C3) verir. Alüminyum karbür ve alüminyumun birbiri içinde çözünür olduğu ve çok refrakter karışımlar oluşturduğu bilinmektedir. Ayrıca A14C3, A12O3 içinde çözünür, bu nedenle alüminyum oksidin karbon ile indirgenmesi sonucunda yüksek erime noktalarına sahip alüminyum, karbür ve oksit karışımları elde edilir. Böyle bir kütleyi fırından çıkarmak genellikle mümkün değildir. Bu yapılsa bile, ayrılık maliyeti yüksek olacaktır.

Alüminyum-silikon alaşımlarının üretimi için genel teknolojik şema, Şek. 3. Hammadde olarak kaolinlere (Al2O3×2SiO2×2H2O), kiyanitlere (Al2O3×SiO2), distensilimanitlere (Al2O3×SiO2) ve düşük demirli boksitlere ek olarak kullanılabilir.

Elektrikli eritme işleminden sonra alaşım, metalik olmayan safsızlıklardan arındırılmak üzere sağlanır. Bunu yapmak için, bu safsızlıkları ıslatan ve onları "toplayan" bir kriyolit ve sodyum klorür karışımından oluşan bir akış sağlanır. Rafine silikoalüminyum ortalama bir bileşime (%) sahiptir: A1 - 61; Si - 36; Fe - 1.7; Ti - 0.6; Zr - 0,5; Ca - 0.7. Bu alaşım silümin üretimi için uygun değildir ve demirden arındırılması gerekir. En yaygın saflaştırma yöntemi, demir ile refrakter intermetalik bileşikler oluşturan manganezdir.

Pirinç. 3. Alüminyum-silikon alaşımlarının üretimi için genel şema.

Elde edilen alaşım, çeşitli silüm derecelerine karşılık gelen bir bileşime teknik elektrolitik alüminyum veya ikincil alüminyum ile seyreltilir ve külçelere dökülür.

Elektrolitik alüminyumun kristal silikon ile füzyonu üzerinden silüm elde etmenin bu yönteminin avantajları şunlardır: tek bir ünitenin yüksek gücü - modern fırınların gücü 22,5 MB × A'dır, bu bir fırının gücünden yaklaşık 30 kat daha fazladır. 160 kA elektrolitik hücre ve buna bağlı olarak kargo akışlarında azalma , sermaye maliyetlerinin ve işçilik maliyetlerinin azalması; rezervleri doğada oldukça büyük olan düşük silikon modüllü hammaddelerin kullanımı.

Teorik olarak, saf alüminyum, çeşitli yöntemlerle bir alüminyum-silikon alaşımından izole edilebilir. Ancak endüstrideki donanım ve teknolojik tasarımın karmaşıklığı nedeniyle bu yöntemler şu anda uygulanmamaktadır.

Bu süreç

Thoth yöntemiyle alüminyum elde etme şeması, Şek. 4. Alüminyum içeren hammaddeler uygun hazırlandıktan sonra akışkan yatakta kok ve SiCl4 varlığında klorlanır. İkincisi, Si02 klorlama reaksiyonunu bastırmak için kullanılır. Akışkan yataklı fırınlarda (BF) klorlamanın bir sonucu olarak, A1C13, FeCl3, TiCl4 ve SiCl4'ü içeren bir gaz-buhar karışımı (VGM) elde edilir. İlk kondansatörde, katı haldeki yaklaşık %75 FeCl3, PGM'den salınır ve oksitleyici reaktöre gönderilir, burada atmosferik oksijen ile etkileşime girerek Fe2O3 ve C12 oluşumuna neden olur. Klor, klorlama için iade edilir. İkinci yoğunlaştırıcıda kalan FeCl3 serbest bırakılır ve A1C13 yoğunlaşır. Titanyum ve silikon klorürler üçüncü kondansatörde yoğunlaştırılır. Bu klorürlerin ayrılması, bir damıtma kolonunda gerçekleştirilir.

Pirinç. 4. Thoth yöntemiyle alüminyum elde etme şeması.

İkinci kondansatörden boşaltılan alüminyum ve demir klorürleri ısıtılır, bir kontak temizleyiciye pompalanır, burada hareketli bir katı alüminyum partikül tabakası ile ters akımda temas ederler. Reaksiyonun gerçekleştiği yer burasıdır:

Saflaştırılmış alüminyum klorür metalotermik indirgemeye beslenir. Alüminyumdan daha fazla klor afinitesine sahip teknik olarak mevcut indirgeyici maddeler sodyum, magnezyum ve manganezdir. Ancak yolun ilk iki unsuru ve bunların üretimi çok enerji yoğundur. Bu nedenle, işlemin geliştiricilerine göre, manganez kullanımının, çok daha düşük enerji tüketimi ile karbotermik yöntemle klorürden yeniden üretilebilen belirli avantajları vardır. Alüminyum klorürün manganez ile indirgenmesi sırasında aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir:

MnCl2 ile reaksiyona girmemiş AlCl3 karışımından elde edilen alüminyum, siklon ayırıcılarda ayrılır ve manganez ve alüminyum klorürler bir buharlaştırıcıda ayrılır. Alüminyum klorür, alüminyum üretmek için reaktöre geri döndürülür ve manganez klorür, katı manganez ve klor oksitleri oluşturmak için oksijenle reaksiyona girer. Manganez oksit, kok ve kireç taşının yüklendiği şaft fırınlarında karbotermik yöntemle metale indirgenir. Manganez, işlem sırasındaki kayıplarını telafi etmek için fırına eklenir.

Diğer metalotermik yöntemlerin yanı sıra bu işlemin dezavantajları arasında, ortaya çıkan ürünün bir indirgeyici metal ile kirlenmesi, indirgeyici maddenin yenilenmesi için üretimin organize edilmesi ihtiyacı ve sermaye maliyetlerinde artış yer alır.

Klorür eriyiklerinin elektrolizi

Ocak 1973'te, alüminyum üretimi ve işlenmesinde dünya liderlerinden biri olan Alcoa, alüminyum üretimi için yeni bir yöntem geliştirdiğini duyurdu.

Temel teknolojik şema, Şek. beş.

Alüminyum klorür su için yüksek bir afiniteye ve oksitler ve hidrooksiklorürler oluşturma eğilimine sahiptir. Bu bağlamda, onu saf haliyle elde etmek zor bir iştir. Nemin varlığı korozyona neden olur ve oksijen içeren bileşiklerin varlığı anotların çökelmesine ve oksidasyonuna yol açar. "Alcoa" firması, bu sorunları kısmen çözen saflaştırılmış alüminanın klorlanmasını önerdi. Bununla birlikte, hidrojen veya nem ile ilgili olarak klorlama sırasında karbonun saflığı için artan gereksinimlere uymak gerekir.

Pirinç. 5. Klorürden alüminyum elde etmek için teknolojik şema.

Granül veya buhar halinde elde edilen alüminyum klorür, elektrolize beslenir. Bu teknolojide kullanılan elektrolitik hücre, şamot ile kaplanmış çelik bir mahfazadan ve alt kısımda ayrıca diyatomlu tuğlalarla, yani klorür eriyikleri ile zayıf şekilde etkileşime giren ısı yalıtıcı, iletken olmayan bir ateşe dayanıklı malzemeden oluşur. Banyonun alt kısmında sıvı alüminyumun toplanması için grafit bölme bulunmaktadır. Hücre kapağı, alüminyum klorürün yüklenmesi, alüminyumun periyodik olarak emilmesi ve alüminyum klorür üretiminde kullanılan gaz halindeki klorun sürekli çıkışı için açıklıklara sahiptir. Elektrolizörün yan duvarları ve kapağı su soğutmalıdır.

Elektroliz, grafit tüketilmeyen elektrotlar kullanır. Bu avantaj (kriyolit-alümina eriyiklerinin elektrolizi ile karşılaştırıldığında), nispeten düşük bir işlem sıcaklığı (yaklaşık 700ºС) ile birlikte, elektrolizörlerin tamamen sızdırmaz hale getirilmesini mümkün kılar.

Alüminyum klorürün elektrolitik ayrışması, teorik olarak, alüminyum klorürün ayrışma voltajı çok daha yüksek olduğu için, kriyolit-alümina eriyiklerinin elektrolizinden daha yüksek bir voltaj gerektirir. Bu nedenle, işlemin dezavantajları, elektrolizöre büyük miktarda ısı tedarik etme ihtiyacını ve önemli voltaj kayıplarını içerebilir. Bununla birlikte, bir bipolar elektrot sistemi kullanıldığında yüksek omik ve termal kayıplar önemli ölçüde azalır. Hücrede, üst elektrot anottur, alt kısım katottur ve aralarında üst kısmı katot ve alt kısmı anot olan grafit elektrotlar bulunur. Aynı zamanda, hesaplama sonuçları, bipolar elektrot sayısındaki artış ve kesit alanlarındaki azalma ile kaçak akımların arttığını, yani akımın bir kısmının astarın elektrolit emdirilmiş kısmından aktığını ve elektrokimyasal çalışma yapmadan astar ve bipoller arasındaki kanallar. Bu kaçak akımlar, akım çıkışında bir azalmaya neden olur.

Atmosferik basınçta erime ve kaynama noktalarının yakınlığı nedeniyle, alüminyum klorür pratik olarak erimeden süblimleşir. Süblimleşme sıcaklığı 180.2°C'dir. Üçlü nokta, 192,6°C'lik bir sıcaklığa ve 0,23 MPa'lık bir mutlak basınca karşılık gelir. Bu bağlamda elektrolit olarak alüminyum klorür (%5 ± 2 (kütle)), lityum klorür (~%28 (kütle)) ve sodyum klorür (%67 (kütle)) erimiş bir karışımı kullanılır. Bu eriyiklerde A1C13'ün aktivitesi azalır. Bu, büyük ölçüde, erimiş klorür karışımlarında A1C13'ün kompleks anyonlara bağlanmasından kaynaklanmaktadır.

Kriyolit-alümina eriyiklerinin elektrolizi ile karşılaştırıldığında, klorürünün elektrolizi yoluyla Alcoa alüminyum üretimi yönteminin Amerika Birleşik Devletleri'ndeki endüstriyel uygulaması sırasında öngörülen ve onaylanan ana avantajlar, düşük kaliteli alüminyum içeren hammaddeler kullanma olasılığıdır. elektroliz sırasında yaklaşık %30 oranında özgül güç tüketimi ve yüksek kaliteli karbon içeren elektrot malzemelerinin tüketiminin ortadan kaldırılması, florürler yerine daha az kıt ve agresif klorürlerin kullanılması, işgücü verimliliğinin artırılması, sermaye yatırımlarının azaltılması, maliyetlerin düşürülmesi, nihai ürünler ve çevreye zararlı emisyonlar.

Bu nedenle, alüminyum üretimi için alternatif yöntemlerden en umut verici olanı, bipolar elektrotlu elektrolizörlerde alüminyum klorürün elektrolizidir.

3. Ahşabın özellikleri ve kullanım alanları.

Gezegenimizin büyük alanları ormanlarla kaplıdır, arazinin yaklaşık üçte birini işgal ederler. Ormanın ana ürünü kerestedir. Orman bitki örtüsünün türüne göre, ılık ılıman bir iklimin iğne yapraklı ormanları, ekvator yağmur ormanları, tropikal nemli yaprak döken ormanlar ve kuru bölgelerin ormanları ayırt edilir.

Ahşap, eski zamanlardan beri konut inşa etmek, ev eşyaları yapmak, ulaşım araçları ve farklı ürünler. Zamanla inşaatta ahşapla birlikte metal, çimento, kiremit, cam ve plastik kullanılmaya başlandı.

Ahşabın bir takım dezavantajları olduğu da belirtilmelidir: özelliklerin gövde ekseni boyunca ve çapraz yönde değişkenliği; kütlesinde bir artışa ve mukavemetinde bir azalmaya yol açan higroskopikliğe sahiptir ve kurutulduğunda ahşabın boyutu azalır (büzülme meydana gelir); çatlar ve bükülür; çürümeye yol açan mantarlardan etkilenir; odun yanabilir. Bu eksiklikler, ahşabın kağıt, karton, sunta ve sunta, kontrplak vb.

Yetişkin bir ağacın gövdesi, tacı ve kökleri vardır. bagaj bağları kök sistem bir ağacın tacı ile. Gövde ahşabın büyük kısmını oluşturur (tüm ağacın hacminin %50 ila %90'ı) ve büyük endüstriyel öneme sahiptir. Gövdenin üst ince kısmına üst, alt kalın kısmına popo denir. Ahşap, bagaj hacminin en büyük bölümünü kaplar. Gövdenin çapı, yaklaşık 6-8 ila 100 cm arasında değişmektedir, Gövdenin enine kesitinin şekli ve dolayısıyla ahşabın şekli genellikle bir daireye yakındır, ancak bazen kesit şekli alır. bir elips. Çap, gövdenin yüksekliği ile azalır. Gövdenin üst kısmında ağaç, dal kalıntıları olan budaklarla delinir. Dışarıda, ahşap, ana türler için nispi hacmi tabloda verilen ağaç kabuğu ile kaplıdır:

AHŞAP ANA ÖZELLİKLERİ

1. Ahşabın kimyasal özellikleri

Odun ve kabuğun kimyasal bileşimi. Ahşap esas olarak organik maddeden oluşur. Tüm türlerin ahşabının temel kimyasal bileşimi neredeyse aynıdır. Kesinlikle kuru ahşabın (103°C'de kurutulmuş) organik kısmı ortalama olarak %49-50 karbon, %43-44 oksijen, yaklaşık %6 hidrojen ve %0.1-0.3 nitrojen içerir.

İnorganik kısım odun yakılarak kül olarak izole edilebilir. Odundaki kül miktarı yaklaşık %0.2-1'dir. Külün bileşimi kalsiyum, potasyum, sodyum, magnezyum, daha küçük miktarlarda fosfor, kükürt ve diğer elementleri içerir. Çoğu suda çözünmeyen mineraller oluştururlar. Çözünürler arasında ilk sırada alkali - potasyum ve soda ve çözünmeyen - kalsiyum tuzları bulunur.

Kimyasal elementler karmaşık organik bileşikler oluşturur. Başlıcaları, ahşabın hücre duvarlarının bir parçası olan selüloz, lignin, hemiselülozdur. Geri kalan maddelere ekstraktif denir. Bunlar reçineler, tanenler ve boyalardır.

2. Ahşabın fiziksel özellikleri

Ahşabın fiziksel özellikleri, test numunesinin bütünlüğünü bozmadan ve kimyasal bileşimini değiştirmeden belirlenen, yani muayene, tartma, ölçme, kurutma ile tespit edilen özelliklerdir.

İLE fiziksel özellikler ahşap şunları içerir: görünüm ve koku, yoğunluk, nem ve ilgili değişiklikler - büzülme, şişme, çatlama ve bükülme.

Ahşabın görünümünü rengi, parlaklığı, dokusu ve makro yapısı belirler.

Ahşabın kokusu, içindeki reçinelere, uçucu yağlara, tanenlere ve diğer maddelere bağlıdır. İğne yapraklı türler - çam, ladin - karakteristik bir terebentin kokusuna sahiptir. Meşe tanen, arkalık ve gül ağacı - vanilya kokusuna sahiptir. Ardıç hoş kokar, bu nedenle dalları fıçıları buharda pişirirken kullanılır. Büyük önem konteyner imalatında odun kokusuna sahiptir. Taze kesildiğinde ahşap, kurutulduğundan daha güçlü bir kokuya sahiptir.

ahşabın nem içeriği. Büyüyen bir ağaçta, yaşamı ve büyümesi için su gereklidir; kesme odunda, bir dizi olumsuz fenomene yol açtığı için suyun varlığı istenmez.

Nem (mutlak) odun, su kütlesinin yüzde olarak ifade edilen kesinlikle kuru odun kütlesine oranıdır.

Büzülme. Büzülme, kurutma sırasında ahşabın doğrusal boyutlarında ve hacminde bir azalmadır. Tahtadan serbest nemin tamamen çıkarılmasından sonra ve bağlı nemin çıkarılmasının başlangıcından, yani nem içeriği hücre duvarlarının doyma sınırının ötesine düştüğünde başlar.

Şişme, büzülmenin tersi olan ve aynı yasalara uyan bir ahşabın özelliğidir. Şişme, bağlı su içeriğindeki artışla ahşabın doğrusal boyutlarında ve hacminde bir artıştır.

3 Ahşabın mekanik özellikleri

Mekanik özellikler, ahşabın kuvvetlerin etkisine direnme yeteneğini karakterize eder. Ahşabın mekanik özellikleri, bazı operasyonel ve teknolojik özelliklerin yanı sıra mukavemet ve deforme olabilirliği içerir.

Mukavemet - ahşabın mekanik kuvvetlerin etkisi altında yıkıma direnme yeteneği; özelliği, çekme mukavemetidir - ahşabın kırılmadan dayanabileceği maksimum stres. Mukavemet göstergeleri, ahşabı sıkıştırma, çekme, bükme, kesme ve nadiren burulma açısından test ederken ayarlanır.

Deformabilite, dış kuvvetlerin etkisi altında ahşabın şeklindeki ve boyutundaki bir değişikliktir.

Sertlik, ahşabın belirli bir şekle sahip bir gövdenin girişine direnme özelliğidir.

Darbe mukavemeti, ahşabın darbe üzerine işi kırılmadan absorbe etme yeteneğini karakterize eder. Bükme testleri sırasında belirlenir. Numuneyi yok etmek için ne kadar çok çalışma gerekiyorsa, viskozite o kadar yüksek olur.

Ahşabın aşınma direnci, yüzey katmanlarının aşınmaya, yani sürtünme işlemi sırasında yıkıma direnme yeteneğidir.

Ahşap, çeşitli ahşap malzemeleri elde etmek için kullanılır. Bu malzemeler şunları içerir: yuvarlak malzemeler, biçilmiş, rendelenmiş, soyulmuş, yarma ahşap, kıyılmış ahşap, kompozit ahşap malzemeler. Tüm bu malzemeler mobilya endüstrisinde, gemi yapımında, araba yapımında, makine mühendisliğinde, elektrik mühendisliğinde, inşaatta, standart ahşap evlerin imalatında, otomobil, plastik, muşamba, endüstriyel patlayıcıların üretiminde, gıda ve endüstriyel ambalajlama için yaygın olarak kullanılmaktadır. ürünler, fibril levhaların vb. imalatı için ve ayrıca yapısal, yalıtım ve kaplama malzemesi olarak diğer endüstrilerde.

4. Dökme demir. Gri dökme demirin işaretlenmesi, özellikleri ve uygulaması.

Dökme demirler, %2.14'ten fazla C içeren karbonlu demir alaşımlarını içerir (Şekil 6).

% 4.0 - 4.5'e kadar karbon içeriğine sahip dökme demirler pratik uygulama bulur. saat daha fazla karbon, mekanik özellikler önemli ölçüde bozulur.

Endüstriyel dökme demirler ikili alaşımlar değildir, ancak Fe ve C'ye ek olarak, karbon çelikleri Mn, Si, S, P, vb. ile aynı safsızlıkları içerir. Bununla birlikte, bu safsızlıklar dökme demirlerde daha fazladır ve etkileri, dökme demirlerdekinden farklıdır. çelikler. Dökme demirde bulunan tüm karbon, demir karbür (F3C - sementit) şeklinde kimyasal olarak bağlı durumdaysa, bu tür dökme demirlere beyaz dökme demir denir. Karbonun tamamının veya çoğunun bir veya başka bir grafit inklüzyonları şeklinde serbest halde olduğu dökme demir, grafitleştirilmiş olarak adlandırılır.

Pirinç. 6. Demir-sementit sisteminin durumunun yapısal diyagramı

Grafit kalıntılarının şekline bağlı olarak, grafitize dökme demir gri, yüksek mukavemetli, dövülebilir dökme demir ve sıkıştırılmış grafitlidir.

Gri dökme demirler, beyaz dökme demirlere göre daha düşük soğutma hızında elde edilir. Güçlü bir grafitleştirme etkisi olan %1 - 3 Si içerirler.

Gri dökme demir, kesici alet tarafından iyi işlenir. Bundan makine yatakları, silindir blokları, temel çerçeveleri, silindir burçları, pistonlar vb. üretilmektedir.

Gri dökme demirin mekanik özellikleri

Gri dökme demirdeki grafit, dağlanmamış bir bölümün açık renkli arka planına karşı koyu kapanımlar olarak gözlenir. Dağlanmamış bölüm, gri dökme demirin mekanik özelliklerinin büyük ölçüde bağlı olduğu grafitin şeklini ve dağılımını değerlendirmek için kullanılır.

Gri dökme demirler, grafitizasyonun tamlığına bağlı olarak metal tabanın mikro yapısına göre alt bölümlere ayrılır. Grafitizasyonun derecesi veya tamlığı, serbestçe salınan (bağlanmamış) karbon miktarı ile tahmin edilir (Şekil 7).

Grafitizasyonun eksiksizliği, başlıcaları soğutma hızı ve alaşımın bileşimi olan birçok faktöre bağlıdır. Hızlı soğutma ile sementit oluşumu kinetik olarak grafitten daha uygundur. Soğutma ne kadar yavaş olursa, grafitleşme derecesi o kadar büyük olur. Silikon, soğumayı yavaşlatmakla aynı yönde hareket eder, yani grafitleşmeyi destekler ve karbür oluşturan bir element olan manganez grafitleşmeyi engeller.

Pirinç. 7. Dökme demirlerin metal tabanın yapısına ve şekline göre sınıflandırılması

grafit kapanımları

Katı halde grafitleşme tamamen geçtiyse, dökme demir iki yapısal bileşen içerir - grafit ve ferrit. Östenitin ötektoid bozunması yarı kararlı sisteme göre gerçekleştiyse

ötektoid (perlit), daha sonra dökme demirin yapısı grafit ve perlitten oluşur. Böyle bir alaşıma perlit bazlı gri dökme demir denir. Östenit kısmen ötektoid reaksiyonla ferrit ve grafite ve kısmen de perlit oluşumuyla ayrıştığında bir ara varyant da mümkündür. Bu durumda, dökme demir üç yapısal olanı içerir - grafit, ferrit ve perlit. Böyle bir alaşıma ferrit-perlitik bazda gri dökme demir denir.

Dökme demirin metal tabanındaki ferrit ve perlit, çeliklerdeki ile aynı mikroyapısal özelliklere sahiptir. Gri dökme demirler, akışkanlığı artıran ve üçlü ötektik sağlayan artan miktarda fosfor içerir.

Gri dökme demirin metal tabanında, hafif, iyi tanımlanmış alanlar şeklinde fosfit ötektiği bulunur.

Tüm yapısal malzemeler şartlı olarak ayrılabilir: homojen Ve kompozit, metalik ve metalik olmayan(Şekil 6.1).

metaller- ile serbest halde basit maddeler oluşturan kimyasal elementler metalik bağ atomlar arasında.

alaşımlar- iki veya daha fazla bileşenin kaynaşmasıyla oluşan katılar. Alaşım, hem tamamen fiziksel süreçlerin (çözünme, karıştırma) hem de elementler arasındaki kimyasal etkileşimin bir sonucu olarak oluşur. Atomlar arası bağ türlerinin ve alaşımların kristal yapılarının bileşiminin çeşitliliği, fizikokimyasal, elektrik, manyetik, mekanik, optik ve diğer özelliklerinde önemli bir farklılığa neden olur. Demir bazlı alaşımlara denir. siyah, diğer metallere dayalı renkli.

Metalik olmayan malzemeler– inorganik ve organik malzemeler, metalik olmayan kompozit malzemeler, yapıştırıcılar, dolgu macunları, boyalar, grafit, cam, seramik vb.

polimerler- makromolekülleri aynı yapıya sahip çok sayıda temel birimden (monomer) oluşan maddeler.

Kompozit malzemeler- heterofaz (farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip fazlardan oluşan) sistemler, her bir bileşenin bireyselliğini korurken iki veya daha fazla bileşenden elde edilir.

burada:

malzeme makro ölçekte homojen ve mikro ölçekte heterojendir (bileşenlerin özellikleri farklıdır, aralarında net bir arayüz vardır);

hacim boyunca sürekliliği olan bileşenlerden biri bir matristir; bileşimin hacmine bölünmüş süreksiz bir bileşen, takviye edici veya takviye edici olarak kabul edilir.

Enstrümantasyonda plastik, kauçuk, cam, seramik, boya ve vernik gibi çeşitli metalik olmayan malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. yapıştırıcı malzemeler ve kimyanın gelişmesi ve yeni teknolojilerin gelişmesi ile enstrümantasyonda metalik olmayan malzemelerin payı sürekli artmaktadır.

Plastik seçimi, parçanın amacı ve üretiminin karakteristik özelliği (presleme, döküm ve diğer yöntemler) ile belirlenir ve plastiklerin yapısal özellikleri, mekanik ve fiziksel özellikleri parçanın tasarımını ve yöntemi önemli ölçüde etkiler. onun imalatı.

Toz malzemelerin kullanımı, diğer üretim yöntemleriyle ulaşılamayan özel özelliklere ve yapıya sahip ürünler veya olağan bileşim, yapı ve özelliklere sahip ancak çok daha uygun ekonomik üretim göstergelerine sahip ürünler üretme ihtiyacına göre belirlenir.

Yapısal malzemelerin özellikleri aşağıdakilere ayrılır:

mekanik;

teknolojik;

operasyonel.

Mekanik özellikler şunları içerir:

kuvvet;

esneklik;

plastik;

sertlik;

darbe gücü.

Bu özellikler yapının sağlamlığını ve dayanıklılığını belirler.

Kuvvet bir malzemenin deformasyona ve tahribata direnme yeteneğidir.

deformasyon dış kuvvetlerin etkisi altında vücudun büyüklüğünde ve şeklinde meydana gelen değişikliktir. Deformasyonlar elastik ve plastik olarak ikiye ayrılır. Kuvvetlerin etkisi sona erdikten sonra elastik deformasyonlar kaybolurken, plastik deformasyonlar kalır.

Plastik- malzemenin deforme olma yeteneği. Plastisite, yük altındaki parçaların yapısal mukavemetini sağlar ve gerilim yoğunlaştırıcıların (delikler, kesikler vb.) etkisini nötralize eder. Bir metalin plastik deformasyonu sırasında, şekil değişikliği ile aynı anda bir takım özellikler değişir, özellikle soğuk deformasyon sırasında mukavemet artar, ancak süneklik azalır.

Malzemelerin mekanik özelliklerinin çoğu, numunelerin çekme testi ile belirlenir (GOST 1497-84).

Kesit alanı S 0 ve çalışma (hesaplanan) uzunluğu l olan numuneleri gererken, koordinatlarda bir gerilim diyagramı çizilir: yük P - numunenin uzaması ∆l (Şekil 6.2).

Şekil 6.2 - Germe diyagramı

Streç Tablosu yüklemenin başladığı andan numunenin bozulmasına kadar deformasyon sırasında metalin davranışını karakterize eder. Diyagramda üç bölüm vardır:

elastik deformasyon - yük kontrolüne kadar;

Р upr'den Р max'a eşit plastik deformasyon;

ve P max'tan P k'ye konsantre plastik deformasyon.

Numune P kontrolü dahilinde yüklenir ve ardından tamamen boşaltılır ve uzunluğu ölçülürse, yüklemenin hiçbir sonucu saptanmayacaktır.

Diyagramın lineer bölümü için Hooke yasası: σ = E ε, burada E elastisite modülü veya Young modülü olarak adlandırılır. E, kg/cm2 boyutundadır ve malzemenin fiziksel sabitlerinden biridir. Gerilimdeki elastisite modülü, gerilim diyagramının eğiminin apsis eksenine olan tanjantına sayısal olarak eşittir.

Basit çekme ve basmada bağıl enine deformasyon ile bağıl boyuna deformasyon arasında, Hooke yasasının uygulanabilirlik sınırları dahilinde, mutlak değeri olarak adlandırılan sabit bir ilişki vardır. Poisson oranıμ \u003d ε 1 / ε boyutsuz bir değerdir ve tüm izotropik malzemeler için 0 - 0,5 aralığındadır (mantar için 0, kauçuk için 0,5, çelik için 0,3).

Örnek yüklendiğinde, R kontrolü belirir artık (plastik) deformasyon. Metal deformasyon sürecinde güçlendirildiği için artan yük ile plastik deformasyon meydana gelir. Bir metalin deformasyon sırasında sertleşmesine denir. sertleştirilmiş.

Daha fazla yükleme ile, plastik deformasyon ve bununla birlikte işleme sertleşmesi, numunenin tüm hacmine eşit olarak dağılarak giderek daha fazla artar. P max yükünün maksimum değerine ulaştıktan sonra, en zayıf yerde, numunede yerel bir incelme görülür - esas olarak daha fazla plastik deformasyonun meydana geldiği bir boyun. Boynun gelişimi ile bağlantılı olarak, metalin sürekli sertleşmesine rağmen, yük P max'tan P k'ye düşer ve P k yükünde numune tahrip olur. Bu durumda numunenin elastik deformasyonu ortadan kalkarken plastik şekiller kalır.

deforme olduğunda sağlam vücut iç güçler onun içinde ortaya çıkar. Numunenin kesitinin birim alanı başına düşen kuvvetlerin büyüklüğüne stres denir.. Gerilme birimi MPa'dır.

Belirtilen özellikleri kullanarak ve numunenin kesit alanını S 0 bilerek, malzeme mukavemetinin ana özellikleri belirlenir:

σ pc \u003d R pc / S 0 - orantılılık sınırı; σ y \u003d R y /S 0 - elastik sınır; σ t \u003d P t /S 0 - akma dayanımı; σ in = P max /S 0 - çekme mukavemeti veya gerilme mukavemeti; σ k \u003d P k / S 0 - kopma anındaki stres.

Metallerin gerilim diyagramı sadece metallerin özelliklerini değil, aynı zamanda numunenin boyutlarını da karakterize ettiğinden, onu göreceli koordinatlarda yeniden inşa etmek gelenekseldir σ - ε, böyle bir diyagrama denir stres diyagramı.

Plastik bağıl uzama ve bağıl daralma ile karakterize edilir:

burada l 0 ,S 0 - örneğin ilk uzunluğu ve kesit alanı;l k ,S k - kopmadaki son uzunluk ve alan.

Hesaplamalarda izin verilen stres değerleri 1,5 - 2,5 kat daha az seçilir.

Sertlik malzemenin standart bir gövde (indenter) tarafından yüzeyine nüfuz etme direncidir. Sertlik, ya girintinin penetrasyon derinliğine ya da girintiden gelen izlenimin boyutuna göre değerlendirilir. Her durumda, malzemenin plastik deformasyonu meydana gelir. Malzemenin plastik deformasyona karşı direnci ne kadar yüksek olursa, sertlik de o kadar yüksek olur.

Brinell, Rockwell, Vickers ve mikrosertliğin sertliğini belirlemek için en yaygın kullanılan yöntemler. Test şemaları Şekil 3.4'te gösterilmiştir.

Şekil 6.3 - Brinell (a), Rockwell (b)'ye göre, Vickers (c)'ye göre bir malzemenin sertliğini belirleme şeması.

Brinell sertliği, bir Brinell sertlik test cihazında belirlenir.Çapı D = 2.5 olan sertleştirilmiş bir çelik bilye girinti olarak kullanılır; beş; Ürün kalınlığına bağlı olarak 10 mm.

Elde edilen baskı, bir Brinell büyüteç kullanılarak iki yönde ölçülür. Sertlik, uygulanan P yükünün baskının küresel yüzeyine oranı olarak tanımlanır.

Rockwell yöntemi top veya elmas koni şeklinde bir ucun belirli bir yükü altında yüzeye girintiye dayanır. Yumuşak malzemeler için (HB 230'a kadar) 1/16” (1,6 mm) çapında çelik bilye, daha sert malzemeler için elmas koni kullanılır.

Yükleme iki aşamada gerçekleştirilir. İlk olarak, ucu numune ile yakın temasa getirmek için bir ön yük P 0 (100 N) uygulanır. Daha sonra ana yük P 1 uygulanır, bir süre toplam çalışma yükü P etki eder.Ana yükü kaldırdıktan sonra, sertlik değeri P yükü altında h ucunun kalıntı girintisinin derinliğinden belirlenir.

Vickers sertliği girinti baskısının boyutuna göre belirlenir: 136 o'luk bir açıyla elmas tetrahedral piramit.

Sertlik, uygulanan P yükünün baskının yüzey alanına oranı olarak hesaplanır.

Yük Р 50…1000 n'dir. Baskı köşegeni d, cihaza monte edilmiş bir mikroskop kullanılarak ölçülür.

Bu yöntemin avantajı, herhangi bir malzemenin, ince ürünlerin, yüzey tabakalarının sertliğini ölçmenin mümkün olmasıdır. Yöntem, yüksek hassasiyetle yüksek doğruluk sağlar.

Mikrosertlik yöntemi- alaşımın tek tek yapısal bileşenlerinin ve fazlarının sertliğini belirlemek için kullanılır, çok ince yüzey tabakaları (milimetrenin yüzlercesi). Yöntem, Vickers yöntemine benzer. Girinti daha küçük bir piramittir, girinti yükleri P 5…500 N'dir.

darbe gücü malzemenin güvenilirliğini, kırılgan kırılmaya direnme kabiliyetini karakterize eder. için testler darbe gücü sarkaç başlıklar üzerinde üretilmiştir. Test numuneleri belirli bir şekil ve büyüklükte kesiklere sahiptir. Numune, belirli bir yüksekliğe kaldırılan sarkaç bıçağının darbesinin tersi yönde bir çentik ile kopra desteklerine monte edilir. GOST'ye göre, ortada bir yoğunlaştırıcı (çentik) bulunan bir prizmatik numunenin sarkaç darbe test cihazının bir darbesiyle özel imha çalışması olarak belirlenir: KS = K / S, burada K, imha işidir; S yoğunlaştırıcıdaki numunenin kesit alanı. MJ / m 2 cinsinden ölçülür. KCU, KCV, KCT, U, V, T - yoğunlaştırıcı tipini belirtin (U, V - şekilli; T - yorulma çatlağı).

Yapı malzemelerinin teknolojik özellikleri.

Teknolojik özellikler, bir malzemenin çeşitli soğuk ve sıcak işleme yöntemlerine tabi tutulabilme yeteneğini karakterize eder.

Metallerin ve alaşımların teknolojik özellikleri şunları içerir:

döküm özellikleri;

deforme olabilirlik;

kaynaklanabilirlik;

bir kesici aletle işlenebilirlik.

Bu özellikler, form değiştiren işlemeyi gerçekleştirmeyi ve boşluklar ve makine parçaları elde etmeyi mümkün kılar.

döküm özellikleri malzemenin ondan yüksek kaliteli dökümler elde etme yeteneğini karakterize eder.

Döküm özellikleri, erimiş metal veya alaşımın kalıbı doldurma kabiliyeti (akışkanlık), elde edilen dökümün enine kesiti üzerindeki kimyasal heterojenlik derecesi (segregasyon) ve ayrıca büzülme miktarı - lineer azalma ile belirlenir. kristalizasyon ve daha fazla soğutma sırasında boyutlar.

Bir malzemenin şekillendirilebilirliği - bu, bir malzemenin dış yüklerin etkisi altında çökmeden (talaş kaldırmadan işleme) boyutları ve şekli değiştirme yeteneğidir. Üretime mümkün olduğunca yakın koşullarda yapılan teknolojik testler sonucunda kontrol edilir. Sac malzeme, küresel bir deliğin bükülmesi ve çizilmesi için test edilir. Tel bükülme, bükülme, sarma için test edilir. Borular genleşme, belirli bir yüksekliğe kadar düzleşme ve bükülme açısından test edilir. Malzemenin uygunluğu için kriter, testten sonra kusurların olmamasıdır.

kaynaklanabilirlik- bu, malzemenin kaynak yaparken gerekli kalitede kalıcı bağlantılar oluşturma yeteneğidir. Özellik, kaynağın kalitesi ile değerlendirilir.

işlenebilirlik- malzemenin bir kesici aletle işlenebilme yeteneğini karakterize eder. Takım ömrü ve işlenmiş yüzeyin kalitesi ile değerlendirilir.

Teknolojik özellikler genellikle bir yapı için malzeme seçimini belirler. Geliştirilen malzemeler, ancak teknolojik özellikleri gerekli gereksinimleri karşılaması halinde üretime sokulabilir.

Modern otomatik üretim, malzemenin teknolojik özelliklerine özel gereksinimler getirir: yüksek hızlarda kaynak yapma, dökümlerin hızlandırılmış soğutması, yüksek modlarda kesme, vb. gerekli kondisyon – Yüksek kalite alınan ürünler.

operasyonel özellikler malzemenin belirli koşullarda çalışma yeteneğini karakterize eder:

aşınma direnci - bir malzemenin dış sürtünme etkisi altında yüzey tahribatına direnme yeteneği;

korozyon direnci - bir malzemenin agresif asidik ve alkali ortamların etkisine direnme yeteneği;

ısı direnci - bir malzemenin yüksek sıcaklıklarda gazlı bir ortamda oksidasyona direnme yeteneği;

ısı direnci, bir malzemenin yüksek sıcaklıklarda mukavemet ve sertliği koruma yeteneğidir;

soğuğa dayanıklılık - bir malzemenin düşük sıcaklıklarda plastik özelliklerini koruma yeteneği;

antifriksiyon - bir malzemenin başka bir malzemeye girme yeteneği.

Bu özellikler, ürünlerin çalışma koşullarına bağlı olarak özel testlerle belirlenir. Bir yapı oluşturmak için bir malzeme seçerken, yapısal, teknolojik ve operasyonel özellikleri dikkate almak gerekir.

İnşaat malzemeleri

bir güç yükünü algılayan yapı parçalarının (makineler ve yapılar) yapıldığı malzemeler. CM'nin tanımlayıcı parametreleri, onları diğer teknik malzemelerden (optik, yalıtım, yağlama, boya, dekoratif, aşındırıcı vb.) ayıran mekanik özelliklerdir. Mekanik malzemelerin kalitesi için ana kriterler, dış yüklere karşı direnç parametrelerini içerir: güç, viskozite, güvenilirlik, kaynak vb. Gelişiminde uzun bir süre boyunca, insan toplumu ihtiyaçları için kullandı (emek ve av araçları, mutfak eşyaları). , mücevher vb.) sınırlı bir malzeme yelpazesi: ahşap, taş, bitki ve hayvansal lifler, pişmiş kil, cam, bronz, demir. 18. yüzyılın sanayi devrimi. ve teknolojinin daha da geliştirilmesi, özellikle buhar motorlarının yaratılması ve 19. yüzyılın sonunda ortaya çıkması. içten yanmalı motorlar, elektrikli makineler ve otomobiller, karmaşık alternatif yükler, yüksek sıcaklıklar vb. altında çalışmaya başlayan parçalarının malzemelerinin gereksinimlerini karmaşıklaştırdı ve farklılaştırdı. Demir bazlı metal alaşımlar (dökme demirler ve çelikler (Bkz. Çelik)) , bakır (bronz (Bkz. Bronz) ve pirinç (Bkz. Pirinç)) , kurşun ve kalay.

Uçak tasarımında, kompozit malzemeler için yüksek özgül mukavemet temel gereksinim haline geldiğinde, ahşap esaslı plastikler (kontrplak), düşük alaşımlı çelikler ve alüminyum ve magnezyum alaşımları yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Havacılık teknolojisinin daha da geliştirilmesi, nikel ve kobalt bazlar, çelikler, titanyum, alüminyum, uygun magnezyum alaşımları üzerinde yeni ısıya dayanıklı alaşımların (Bkz. Isıya dayanıklı alaşımlar) oluşturulmasını gerektirdi. uzun iş yüksek sıcaklıklarda. Geliştirmenin her aşamasında teknolojinin gelişmesi, karmaşık malzemeler (sıcaklık direnci, aşınma direnci, elektriksel iletkenlik vb.) için yeni, giderek artan karmaşık gereksinimler getirdi. Örneğin, gemi yapımı, iyi kaynaklanabilirlik ve yüksek korozyon direncine sahip çeliklere ve alaşımlara ihtiyaç duyarken, kimya mühendisliği, agresif ortamlarda yüksek ve uzun vadeli dirence ihtiyaç duyar. Nükleer enerji mühendisliğinin gelişimi, çeşitli soğutucularda sadece yeterli mukavemete ve yüksek korozyon direncine sahip olmakla kalmayıp aynı zamanda yeni bir gereksinimi karşılayan kompozit malzemelerin kullanımıyla ilişkilidir - küçük enine kesit nötron yakalama

Kompozit malzemeler alt bölümlere ayrılır: malzemelerin doğasına göre - metalik, metalik olmayan ve kompozit malzemeler , bu ve diğer malzemelerin olumlu özelliklerini birleştirmek; teknolojik tasarıma göre - deforme (haddelenmiş ürünler, dövmeler, damgalamalar, ekstrüde profiller, vb.), Dökme, sinterlenmiş, kalıplanmış, yapıştırılmış, kaynaklı (ergitme, patlama, difüzyonla yapıştırma vb.); çalışma koşullarına göre - düşük sıcaklıklarda çalışanlar için, ısıya dayanıklı, korozyona, kireçlenmeye, aşınmaya, yakıta, yağa dayanıklı vb.; mukavemet kriterlerine göre - büyük bir plastisite marjına sahip düşük ve orta mukavemetli malzemeler için, orta derecede bir plastisite marjına sahip yüksek mukavemetli malzemeler için.

K. m.'nin ayrı sınıfları sırayla çok sayıda gruba ayrılır. Örneğin, metal alaşımları ayırt edilir: alaşım sistemlerine göre - alüminyum, magnezyum, titanyum, bakır, nikel, molibden, niyobyum, berilyum, tungsten, demir bazlı vb.; sertleştirme türlerine göre - sertleştirilmiş, geliştirilmiş, eskitme, çimentolu, siyanürlü, nitrürlü, vb.; yapısal bileşime göre - östenitik ve ferritik çelikler, pirinç vb.

Metalik olmayan malzemeler, izomerik bileşimlerine, teknolojik tasarımlarına (preslenmiş, dokunmuş, sarılmış, kalıplanmış vb.), dolgu maddelerine (takviye elemanları) göre ve yerleştirme ve yönelimlerinin doğasına göre alt bölümlere ayrılır. Çelik ve alüminyum alaşımları gibi bazı malzemeler yapı malzemesi olarak ve bazı durumlarda ise betonarme gibi yapı malzemeleri olarak kullanılmaktadır. , mühendislik yapılarında kullanılır.

Kompozit malzemelerin teknik ve ekonomik parametreleri şunları içerir: teknolojik parametreler - metallerin basınçla işlenebilirliği, kesme, döküm özellikleri (akışkanlık, döküm sırasında sıcak çatlak oluşturma eğilimi), kaynaklanabilirlik, lehimlenebilirlik, kürleme hızı ve polimerik malzemelerin normal ve yüksek akışkanlıktaki akışkanlığı sıcaklıklar, vb.; ekonomik verimlilik göstergeleri (maliyet, emek yoğunluğu, kıtlık, metal kullanım oranı vb.).

Sektörün ürettiği çelik kalitelerinin çoğunluğu metal K. m'ye aittir. İstisna, taşıyıcı yapı elemanlarında kullanılmayan çeliklerdir: takım çelikleri (Bkz. Takım çeliği) , ısıtma elemanları, dolgu teli (kaynak yaparken) ve özel fiziksel ve teknolojik özelliklere sahip diğerleri için. Çelikler, teknolojinin kullandığı mekanik malzemelerin büyük bir kısmını oluşturur. Geniş bir güç yelpazesine sahiptirler - 200'den 3000'e MN/m2(20-300 kgf/mm2), çeliklerin plastisitesi ulaşır 80%, viskozite - 3 MJ / m2. Yapısal (paslanmaz dahil) çelikler dönüştürücülerde, açık ocakta ve elektrikli fırınlar. Ek arıtma için bir pota içinde argon temizleme ve sentetik cüruf işleme kullanılır. Haline gelmek sorumlu atama yüksek güvenilirlik gerektiren, vakum-ark, vakum-indüksiyon ve elektroslag yeniden ergitme, gaz giderme ve özel durumlarda - eriyikten çekilerek kristalleşmeyi (sürekli veya yarı sürekli döküm tesislerinde) geliştirerek üretilir.

Dökme demirler, makine mühendisliğinde çerçevelerin, krank millerinin, dişlilerin, içten yanmalı motorların silindirlerinin, oksitleyici ortamlarda 1200 ° C'ye kadar sıcaklıklarda çalışan parçaların vb. imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Dökme demirlerin mukavemeti, alaşımlamaya bağlı olarak değişir. 110'dan MN/m2(chugal) 1350'ye kadar MN/m2(alaşımlı magnezyum dökme demir).

Nikel alaşımları ve Kobalt alaşımları 1000-1100 °C'ye kadar mukavemetini korur. Vakum indüksiyon ve vakum ark fırınlarında ve ayrıca plazma ve elektron ışını fırınlarında eritilirler. Uçak ve roket motorlarında, buhar türbinlerinde, agresif ortamlarda çalışan cihazlarda vb. kullanılırlar. Alüminyum alaşımlarının mukavemeti (Bkz. Alüminyum alaşımları) 750'ye kadar deforme olabilir MN / m2, 550'ye kadar dökümhaneler MN / m2,özgül sertlik açısından, çelikten önemli ölçüde üstündürler. Çeşitli amaçlar için uçak, helikopter, roket, gemi vb. Gövdelerinin imalatında kullanılırlar. Magnezyum alaşımları, yüksek bir özgül hacimle (çelikten 4 kat daha yüksek) ayırt edilir, 400'e kadar mukavemete sahiptir. MN/m2 Ve daha yüksek; esas olarak uçak yapılarında, otomotiv endüstrisinde, tekstil ve baskı endüstrilerinde vb. döküm şeklinde kullanılırlar. Titanyum alaşımları çelikler ve alüminyum alaşımları ile bir dizi teknolojinin dalında başarılı bir şekilde rekabet etmeye başlar ve bunları spesifik mukavemet, korozyon direnci ve sertlikte geride bırakır. Alaşımlar 1600'e kadar mukavemete sahiptir MN/m2 ve dahası. Uçak motorları için kompresörler, kimya ve petrol arıtma endüstrileri için aparatlar, tıbbi aletler vb. imalatında kullanılırlar.

Metalik olmayan malzemeler arasında plastikler, termoplastik polimer malzemeler (polimerlere bakın), seramikler (seramiklere bakın), refrakterler, cam (camlara bakın), kauçuk (kauçuklara bakın) ve ahşap (ahşaba bakın) bulunur. Termoset, epoksi, fenolik, organosilikon termoplastik reçineler ve floroplastik bazlı plastikler (Bkz. Floroplastikler) , cam, kuvars, asbest ve diğer lifler, kumaşlar ve bantlarla güçlendirilmiş (güçlendirilmiş), uçak, roket, enerji, ulaşım mühendisliği vb. yapımında kullanılırlar. Termoplastik polimer malzemeler - Polistiren, polimetil metakrilat, poliamidler, floroplastikler, kimyasal olarak aktif olanlar da dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda çalışan elektrikli ve radyo ekipmanlarının, sürtünme birimlerinin ayrıntılarının yanı sıra: yakıtlar, yağlar, vb.

Camlar (silikat, kuvars, organik), bunlara dayalı tripleksler gemileri, uçakları, roketleri camlamak için kullanılır; seramik malzemeler, yüksek sıcaklıklarda çalışan parçaların imalatında kullanılır. Kord kumaşlarla güçlendirilmiş çeşitli kauçuklara dayalı kauçuklar, uçak ve otomobil lastiklerinin veya monolitik tekerleklerinin yanı sıra çeşitli hareketli ve sabit contaların üretiminde kullanılır.

Teknolojinin gelişimi, mevcut kompozit malzemeler üzerinde yeni, daha yüksek talepler yaratır ve yeni malzemelerin yaratılmasını teşvik eder. Örneğin, uçak yapılarının kütlesini azaltmak için hafifliği, sertliği ve sağlamlığı birleştiren çok katmanlı yapılar kullanılır. Metal kapalı hacimlerin (bilyalar, silindirler, silindirler) fiberglas ile dış takviyesi (bakınız fiberglas) metal yapılara kıyasla ağırlıklarını önemli ölçüde azaltabilir. Teknolojinin birçok alanı için, yapısal gücü yüksek elektriksel, ısıya dayanıklı, optik ve diğer özelliklerle birleştiren kompozit malzemelere ihtiyaç vardır.

Periyodik tablonun neredeyse tüm elementleri CM'nin bileşimine girdiğinden ve özel olarak seçilmiş alaşımlama, yüksek kaliteli eritme ve uygun ısıl işlemin birleştirilmesiyle metal alaşımları için zaten klasik hale gelen sertleştirme yöntemlerinin etkinliği azalır. , örneğin, son derece güçlü, son derece refrakter, termal olarak kararlı, vb. gibi sınırlayıcı özelliklere sahip elementlerden malzemelerin sentezi ile ilişkili CM özelliklerini iyileştirme beklentileri. Bu tür malzemeler yeni bir kompozit malzeme sınıfını oluştururlar.Bir plastik matris ile birbirine bağlanan yüksek mukavemetli elemanlar (lifler, filamentler, tel, bıyıklar, granüller, dağılmış oldukça sert ve ateşe dayanıklı bileşikler, takviye veya dolgu maddesi) kullanırlar. dayanıklı malzeme(metal alaşımları veya metalik olmayan, ağırlıklı olarak polimerik malzemeler). Özgül mukavemet ve özgül elastisite modülü açısından, kompozit malzemeler çelik veya alüminyum alaşımlarından %50-100 daha üstün olabilir ve yapıların kütlesinde %20-50 tasarruf sağlayabilir.

Yönlendirilmiş (ortotropik) yapıya sahip kompozit kompozit malzemelerin geliştirilmesine ek olarak, kompozit malzemelerin kalitesini iyileştirmenin umut verici bir yolu, geleneksel kompozit malzemelerin yapısını düzenlemektir.Örneğin, çeliklerin ve alaşımların yönlü kristalizasyonu, döküm parçalarörneğin, tane sınırlarının (yüksek sıcaklıklı alaşımlardaki zayıf noktalar) boşaltılacağı şekilde ana gerilimlere göre yönlendirilmiş kristallerden oluşan gaz türbini kanatları. Yönlü kristalizasyon, plastisiteyi ve dayanıklılığı birkaç kez artırmayı mümkün kılar. Ortotropik moleküler malzemeler oluşturmak için daha da ilerici bir yöntem, uygulanan gerilimlere göre belirli bir kristalografik yönelime sahip tek kristalli parçaların üretilmesidir. Yönlendirme yöntemleri metalik olmayan malzemelerde çok etkin bir şekilde kullanılmaktadır.Örneğin, polimerik malzemelerin doğrusal makromoleküllerinin yönelimi (poli(metil metakrilattan yapılmış camların yönelimi)), mukavemetlerini, tokluklarını ve dayanıklılıklarını önemli ölçüde artırır.

Kompozit malzemelerin sentezlenmesinde ve yönlendirilmiş bir yapıya sahip alaşımların ve malzemelerin oluşturulmasında malzeme bilimindeki gelişmeler kullanılmaktadır.

Aydınlatılmış.: Kiselev B.A., Fiberglass, M., 1961; Yapısal malzemeler, cilt 1-3, M., 1963-65; Makine mühendisliğinde refrakter malzemeler. El kitabı, ed. A. T. Tumanov ve K. I. Portnoy, Moskova, 1967. Yapısal özellikler plastikler, çev. İngilizce'den, M., 1967; Kauçuk, modern makine mühendisliğinin yapısal bir malzemesidir. Doygunluk. Sanat., M., 1967; Makine mühendisliğinde malzemeler. Seçim ve uygulama. El kitabı, ed. I.V. Kudryavtseva, cilt 1-5, M., 1967-69; Khimushin F.F., Isıya dayanıklı çelikler ve alaşımlar, 2. baskı, M., 1969; Modern kompozit malzemeler, çev. İngilizce'den, M., 1970; alüminyum alaşımları. Doygunluk. Art., cilt 1-6, M., 1963-69.

A.T. Tumanov, N.S. Sklyarov.