Особенности строение металлов и сплавов

Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д.

Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.

В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют параметрами, или периодами решетки.

Строение сплавов. Для рассмотрения строения и св-в сплавов вводятся следующие понятия:

компоненты – химические элементы, входящие в состав сплава;

фаза – однородная часть системы, имеющий одинаковый состав и св-ва и отделения от остальных частей поверхн. Раздела.

Система – софокупность фаз, наход. В состоянии устойчивого равновесия.

 

 

Атомно-кристаллические несовершенства структуры

Встречающиеся в природе кристаллы, как монокристаллы, так и зерна в поликристаллах, никогда не обладают строгой периодичностью в расположении атомов т. е. не являются «идеальными» кристаллами. В действительности «реальные» кристаллы содержат те или иные несовершенства (дефекты) кристаллического строения.

Дефекты в кристаллах принято классифицировать по характеру их измерения в пространстве на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные), объемные (трехмерные).

Точечными дефектами называются такие нарушения периодичности кристаллической решетки, размеры которых во всех измерениях сопоставимы с размерами атома.

Линейные дефекты в кристаллах характеризуются тем, что их поперечные размеры не превышают нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размера кристалла. К линейным дефектам относятся дислокации — линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла.

В кристаллах встречаются и так называемые смешанные дислокации. Дислокации не могут обрываться внутри кристалла — они должны быть либо замкнутыми, либо выходить на поверхность кри­сталла.

 

ДЕРЕВЯННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Древесина была всегда необходимой для человеческих потребностей. Из-за своих уникальных физических свойств, древесина держит заслуженный статус как технический, материальный и функциональный товар. Древесина является стойкой, закалённой, относительно лёгкой, так как её клетки, в основном, заполнены воздухом. Будучи растительного происхождения, она мягкая, по сравнению с железом или камнем (другими материалами эквивалентной силы), и поэтому сравнительно легка в обработке, но, при этом, удивительно прочна.

Вместе с тем древесина имеет недостатки она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов

Технологический процесс изготовления деревянных конструкций включает в себя следующие операции:

Заготовка пиломатериалов,

Сушка древесины;

Сортировка;

Механическая обработка;

Нанесение защитных покрытий;

Сборка конструкций;

Контроль качества

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Полимерные материалы находят всё большее применение в строительстве и других отрослях промышленности.

Различают природные и синтетические полимеры. К природным полимерам относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химич. Синтеза.

По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические.

Основная цепь элементоОРГ соедин. Построена из атомов кремния и кислорода.

Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния.

Органические полимеры составл. Наибольшую группу соединений, состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов.

Пластмассы хар-ся значительно большим, чем элатомеры, межмолекулярным взаимодействием. Пластмассы классифицруют по виду наполнителя (твердый или газообразный) и по реакции связующего полимера к повторным нагревам.

Резины (эластомеры) – низкомодульные конструкц. Мат., продукт вулканизации каучука. Это плстмассы с редкосетчатой структурой, в которым связующим выступает полимер.

 

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Керамическими называются искусственные каменные материалы и изделия, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками путем их формования, сушки, обжига. Сырьем для керамических материалов служат различные глины.

Керамические материалы и изделия объединяют в группы по назначению и свойствам, по основному используемому сырью или его фазовому составу. По назначению строительные керамические материалы и изделия классифицируются на стеновые материалы, пустотелые изделия для перекрытий, облицовочные материалы для наружной и внутренней отделки зданий, кровельные материалы, трубы, огнеупорные материалы, заполнители для легких бетонов, санитарно-технические изделия, специальные изделия.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Сво-ва: Водопоглощение, Предел прочности при сжатии

 

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Композиционные материалы, представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.)

Классификация композиционных материалов.

По виду наполнителя: а) волокнистые.

Б) С дисперсными частицами;

По схеме расположения наполнителей:

А) С одноосным расположением: параллельные волокна.

По природе компонентов:

а) содержащие Ме или сплавы;

б) содерж. неМе элементы;

в) содерж. Компонент из неорганич. Соединений;

г) Содерж. Компонент из органич. Соединений.

3.1. Волокнистые композиционные материалы. Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами.

3.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.

материалах матрица является основным элементом,несущим нагрузку

Стекловолокниты.

Стекловолокниты – это композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя.

Карбоволокниты.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции,состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в видеуглеродных волокон (карбоволокон).

Карбоволокниты с углеродной матриццей.

 

Коксованные материалы получают из обычных полимерныхкарбоволокнитов, подвергнутых пиролизу в инертной или восстановительнойатмосфере.

Бороволокниты.

Бороволокниты представляют собой композиции из полимерногосвязующего и упрочнителя – борных волокон.

Органоволокниты.

Органоволокниты представляют собой композиционные материалы,состоящие из полимерного связующего и упрочнителей (наполнителей) в видесинтетических волокон.

ВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ

Конструкционная матрица должна иметь необходимую пластичность и быть работоспособной в той области температур, для которой предназначен композит. Для изготовления композитов, работающих при t ниже 200 град. Используют полимерные матрицы. К таким композитам относятся стекло-, угле-, боро- и органопластики. Стеклопластики применяют для изготовления корпусов автомобилей, лодок, некоторых бытовых приборов. Углепластики используют в судо- и автомобилестроении, в производстве спортивного инвенторя.

Пластичность металлов сообщает конструкции необходимую вязкость. Это способствует быстрому выравниванию локальных механических нагрузок.

Таким образом, наиболее важным критерием выбора матричного материала является рабочая температура эксплуатации композита.

Помимо высокой прочности и жесткости, основными требованиями, предъявляемыми к волокнам для композитов, служат хорошее смачивание материала волокна расплавленной матрицей в процессе изготовления, слабое взаимодействие волокна с матрицей и его высокая окислительная стойкость.

Прочность и модуль упругости, а также сопротивление материалов удару для однонапраленных композиционных материалов на основе алюминия, магния и титана повышаются по мере увелечения в композиции объемного содержания волокон.

Основными недостатками являются сложность изготовления и высокая стоимость.