Материаловедение и технология конструкционных материалов
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
Контрольная работа
по дисциплине:
Материаловедение и технология конструкционных материалов
Выполнил студент 2 курса ф-та ЭиОВР Провоторов Э.Г. шифр: 4808
Калуга 2013
Свойствами теплопроводности.
Теплопроводность, согласно словарю, это перенос энергии, который происходит от более нагретых частей тела к менее нагретым.
Это происходит в результате движения тепла и взаимодействия между его составляющими частицами. Процесс теплопроводности приводит к равномерности температуры всего тела. Как правило, количество энергии, которая подлежит переносу, определяется в качестве плотности теплового потока, пропорциональному градиенту температуры. Коэффициент такой пропорциональности называется коэффициентом теплопроводности.
Также теплопроводность определяется как свойство тел передавать тепло, при этом такое свойство основано на теплообмене, происходящем между атомами и молекулами тела.
Ещё одно определение теплопроводности д
Объяснение явления теплопроводности с точки зрения физики.
Чем больше словарей, тем больше заумных и сложных объяснений. А суть этого явления, в общем-то проста – это равномерное распределение тепла по всему телу или по всему веществу, материалу.
Численную характеристику теплопроводности материала можно определить количеством теплоты, проходящей сквозь материал определённой толщины за определённое время. Численная характеристика важна при расчете теплопроводности различных профильных изделий.
Для осуществления теплопроводности
Здесь следует обратить внимание на то, что молекулы теплого тела не могут проникать в холодное тело. Происходит только передача кинетической энергии, что и даёт равномерное распределение тепла. Такая передача энергии будет продолжаться, пока соприкасающиеся тела не станут равномерно тёплыми. В таком случае достигается тепловое равновесие. На основании этих знаний можно рассчитать, какой утеплительный материал потребуется для устройства теплоизоляции того или другого здания.
Разные вещества обладают разной степенью теплопроводности
Некоторые вещества обладают лучшей теплопроводностью, чем другие. Хорошими проводниками тепла являются некоторые металлы - железо, медь, серебро, золото и другие металлы. Они передают тепло более интенсивно, чем другие материалы, такие, как пробка, асбест, керамика и древесина.
В ходе распределения тепла по материалу соприкасающиеся тела отдают всю свою кинетическую энергию, при этом в передаче тепла участвуют свободные электроны вещества. Однако некоторые вещества, такие, как стекло, древесина, пробка и другие не отдают своих свободных электронов.
Теплопроводность, как правило, определяет способность материала передавать свою тепловую энергию сквозь данный материал. Для газообразных и жидких веществ обычные свойства теплопроводности имеют достаточно незначительное значение. Здесь свою роль играет конвекция, которая является относительным аналогом теплопроводности для данных веществ. В теплотехнике существует специальный расчет теплопроводности с учетом конвекции. Можно допустить, что эффект конвекции увеличивает теплопроводность данных материалов в несколько раз.
Использование физического явления теплопроводности в жизни
Благодаря существованию в природе такого свойства, как теплопроводность, технологи создают специальные строительные материалы.которым присущи эти свойства. Такие материалы хорошо защищают жилище человека от холода и воздействия атмосферных явлений. Теплопроводность – свойство, присущее многим современным строительным материалам, которые играют роль теплоизоляции зданий и строений различного назначения. Здесь можно сделать плавный переход от конкретного физического явления теплопроводности к производству современных строительных материалов, призванных защищать жилище от холодов.
Такими материалами являются сегодня
разнообразные
Теплоизоляционные материалы созданы на основе закона теплопроводности.
Теплоизоляционные материалы сегодня различают по плотности, и это:
- особо лёгкие,
- лёгкие,
- средней плотности,
- и плотные.
Так же современная теплоизоляция делятся по степени жесткости на мягкие материалы, полужесткие, жесткие и твердые.
По применяемому в производстве
исходному сырью
- волокнистые.
минеральная вата, стекловатные изделия - ячеистые
пенополистирол, пенокерамика, пеностекло, пенобетон - зернистые
перлит, вермикулит и другие материалы
Гидромониторный способ разработки пород.
ГИДРОМОНИТОРНАЯ РАЗРАБОТКА (а. hydraulicmining;
н. Wasserstrahlgewinnung; ф. abattage a l'aidedumonitorhydraulique;
и. arranqueсоnmonitorhidrauliсо) — ведение горных
работ посредством разрушения породного
массива струёй воды гидромонитора; основной способ гидромеханизации.
Гидромониторная разработка проводится
с гидравлическимврубообразование
Гидромониторная разработка горных пород на открытых горных работах осуществляется
встречным, попутным и попутно-встречным забоем. При размыве уступа встречным забоем
(наиболее распространённый способ) направления
движения струи гидромонитора и потока
образующейся гидросмеси противоположны.
Расстояние от гидромонитора без дистанционного
управления (устанавливается на нижней
площадке уступа) до забоя, по условиям
безопасного ведения работ, — 0,8-1,2 высоты
уступа. При гидромониторной разработке
попутным забоем направления полёта струи
гидромонитора (устанавливается на верхней
площадке уступа) и потока гидросмеси
совпадают. Размыв попутно-встречным или
боковым забоем ведётся при плотных, трудноразмываемых
породах и высоких уступах.
Гидромониторная разработка гидромониторно-землесосными
установками осуществляется заходками.
Высота уступа при гидромониторной разработке
выбирается с учётом достижения максимальой
производительности гидромонитора по
породе и изменяется для средних условий
от 15 до 20 м (в зависимости от производительности
гидромонитора по воде и давления струи),
в отдельных случаях от 20 до 35 м (карьеры
КМА). Максимальное допустимое расстояние
от гидромонитора до забоя и ширина гидромониторного
забоя принимаются с учётом использования
для размыва эффективной части струи.
Например, при разработке глинистых пород
струёй с напором у насадки 78-118 кПа ширина
гидромониторного забоя 20-25 м. Вода к гидромониторам
подаётся из водоёма насосами. Размытая
порода с водой от забоя по площадке уступа
или канаве поступает в зумпф, откуда грунтовым
насосом перекачивается по трубопроводу
к месту укладки. При благоприятном рельефе
может быть применено самотёчноегидротранспортирован
Интенсивность размыва (характеризуется
объёмом породы, разрабатываемой с помощью
1 м3 воды) возрастает при уменьшении связности
породы, увеличении высоты уступа (до определённого
предела), расхода воды через гидромонитор,
при повышении компактности струи, уменьшении
расстояния от гидромонитора до забоя
(до допустимого значения). Необходимая
величина контактного давления и высота
уступа определяют параметры (напор и
удельный расход воды) гидромониторной
разработки (табл. 1).
Для интенсификации размыва плотных пород
выполняют специальные мероприятия: предварительное
рыхление породы экскаваторами, бульдозерами,
с помощью буровзрывных работ, водонасыщением и др. Порода экскаватором
или бульдозером подаётся в навалы, которые
смываются струёй гидромонитора в зумпф.
После буровзрывных работ порода, разрыхлённая
в массиве и частично обрушенная, размывается
струёй воды.
В условиях, пригодных для применения
гидромеханизации, производительность
труда при гидромониторной разработке
в 2-2,5 раза выше, а себестоимость в 1,5-2 раза
ниже, чем при экскаваторной разработке
с вывозкой пород колёсным транспортом.
Наибольший объём применения гидромониторной
разработки — при разработке угольных месторождений (табл. 2).
Для гидромониторной разработки угля (обычно с крепостью f до 1,3) в условиях
гидрошахт используются струи воды, формируемые
в гидромониторных насадках диаметром
16-32 мм под давлением до 12 МПа. Уголь в приповерхностном
слое массива разрушается в результате
приложения гидродинамической нагрузки
к площадке контакта струи с забоем. Производительность
гидромонитора (масса угля, отбиваемого
в единицу времени) при гидромониторной
разработке на очистных работах обычно
не менее 20 т/ч, на подготовительных —
не менее 10-12 т/ч. Удельный расход воды,
согласно условиям гидротранспорта и гидроподъёма пульпы, не превышает 3-5 м3/т. Расширение
области применения гидромониторной разработки
(на угли с f до 2, вязкие, слаботрещиноватые),
повышение эффективности этого способа
разрушения достигаются совершенствованием
существующего гидравлического оборудования
(например, повышением давления гидромониторных
струй до 30 МПа и расхода воды до 500 м3/ч),
созданием новых методов и средств гидромониторной
разработки (гидроимпульсаторы и импульсные
водомёты).
Достоинства гидромониторной разработки:
поточность технологических процессов;
относительно небольшой вес и простота
оборудования; высокая производительность
труда.
Недостатки: зависимость эффективности
гидромониторной разработки от характера
разрабатываемых горных пород; значительная
энергоёмкость; сезонность работ. Дальнейшее
совершенствование гидромониторной разработки
связано с применением мощного высокопроизводительного
оборудования с автоматическим управлением
и развитием способов, в которых сочетаются
гидравлические и другие виды разработок.
За рубежом гидромониторная разработка
применяется при добыче фосфоритов (США), олова
Основы технологий для получения черных металлов.
Основной способ производства черных металлов — получение чугуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало развиваться непосредственное получение стали из железных руд.
Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900 °С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаС03) необходим для перевода в расплавленное состояние пустой породы (состоящей в основном из Si02 и А1203), содержащейся в руде, и золы от сжигания топлива. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой в основном смесь силикатов и алюминатов кальция, близкую по составу к портландцементу.
Доменная печь — очень большое инженерное сооружение. Полезный объем печи — 2000…3000 м3, а суточная производительность — 5000…7000 т. В печь (рис. 7.1) сверху через устройство 3 загружают шихту, а снизу через фурмы 7 подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях ограниченного доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействуя с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до С02. Железо плавится и при этом растворяет в себе углерод (до 5 %), превращаясь в чугун. Расплавленный чугун 9 стекает в низ печи, а расплав шлака 2, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки 1 и 8 в ковш. На каждую тонну чугуна получается около 0,6 т огненно-жидкого шлака.
Доменный шлак — ценное
сырье для получения
Чугун главным образом (около 80 ) идет для производства стали, остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий.
В зависимости от состава
различают белый и серый
Производство стали. Сталь получают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печах, конверторах или электрических печах.
Рис. 7.1. Схема доменной печи:
1 — летка для выпуска жидкого чугуна;
2 — расплавленный шлак; 3 — загрузочное
устройство; 4 — газоотводная труба; 5 —
капли расплавленного чугуна; 6 — капли
шлакового расплава; 7 — фурма для подачи
воздуха; 8 — летка для выпуска расплавленного
шлака; 9 — жидкий чугун
Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными газами. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.
Изготовление стальных изделий.
Стальные слитки — полуфабрикат, из
которого различными методами получают
необходимые изделия. В основном
применяют обработку стали
Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 получаемой стали.
При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в основном в горячем состоянии. Сортамент стали горячего проката — сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др.
При волочении заготовка
последовательно протягивается
через отверстия (фильеры) размером
меньше сечения заготовки, вследствие
чего заготовка обжимается и вытягивается.
При волочении в стали
Ковка — обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.).
Штамповка — разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.
Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. ]J Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.
Холодное профилирование
— процесс деформирования листовой
или круглой стали на прокатных
станах. Из листовой стали получают
гнутые профили с различной
Основные гидроизоляционные материалы, применяемые в гидротехническом строительстве.
Гидроизоляционные материалы применяют для защиты строительных конструкций от
атмосферных осадков, от проникания агрессивных грунтовых вод, а также для
обеспечения водонепроницаемости железобетонных ёмкостей различного
назначения.
Назначение герметизирующих
стен, заполнение швов в оконных и дверных проёмах, в деталях и конструкциях
из металла, пластмассы, керамики и стекла.
Применение полимерных материалов в качестве гидроизоляции и герметизации
позволяет почти совсем исключить мокрые трудоёмкие и опасные процессы,
связанные с применением битумов, полностью механизировать эти работы и в
значительной степени снизить стоимость гидроизоляционных и кровельных работ.
Обладая такими свойствами, как лёгкость, механическая прочность,
водонепроницаемость, гнилостойкость, устойчивость к коррозионным
воздействиям химических веществ, атмосферной среды, сопротивляемость износу,
гидроизоляционные и кровельные полимерные материалы служат надёжной защитой
зданий и сооружений.
Полимерные материалы.
Полимерные материалы (пластмассы, композиты, пластики) - это композиции
определённого состава, получаемые из мономеров, олигомеров, полимеров с
введением при их изготовлении либо в процессе формирования изделия различных
компонентов (ингредиентов) для целенаправленного придания свойств как
материалу, так и изделию из него.
В полимерный материал могут входить одновременно или в различном состоянии:
связующее (полимерная матрица), наполнители, пластификаторы, стабилизаторы,
красители, сшивающие агенты (отвердители), структурообразователи,
порообразователи, смазки, антипирены, антистатики, антимикробные агенты и
другие компоненты, придающие специфические свойства композиции в целом.
Связующее в пластической массе или полимерная матрица в полимерном материале
(изделия) удерживает все
полученных после её переработки. Связующим (полимерной матрицей) могут быть
индивидуальные полимеры. Помимо основного компонента связующего - мономера,
чаще олигомера, полимера или их сочетания - в него вводят различные
органические соединения, изменяющие (модифицирующие) свойства компонентов
связующего на стадии изготовления полимерного материала или при его
переработке в изделия.
Модифицирование проводят либо без химических превращений основного полимера
путём изменения условий производства
полимерного материала или
малых количеств неполимерных веществ (структурная модификация), либо в
результате химических реакций, как на стадии синтеза (сополимеризация,
полимеризационное наполнение и др.), так и путём химических превращений уже
синтезированных олигомеров и полимеров (химическая модификация).
Наполнители - это твёрдые, жидкие, газообразные органические и неорганические
вещества, вводимые в мономер, олигомер или полимер с целью снижения стоимости
изделия с одновременным улучшением эксплуатационных параметров пластических
масс, ведущих к расширению областей их применения. Химическая природа,
физическое строение и форма наполнителя определяют механические,
электрические и химические свойства полимеров, а также их водо-, термо- и
теплостойкость. Наполнители в значительной степени влияют и на
технологический процесс производства пластической массы, и на способы её
переработки в изделия.
Наполнители в зависимости от химической природы и активности поверхности
разделяют на органические и неорганические, природные и синтетические,
активные м неактивные, а в зависимости от формы и структуры - на
порошкообразные (дисперсные), волокнистые и листовые.
В производстве полимерных композиционных материалов наибольшее применение
находят порошкообразные наполнители различных форм: кубической - полевой
шпат, кальциты; сферической - искусственные микросферы, стеклосферы;
игольчатой - древесная мука, силикат кальция; чешуйчатой - тальк, графит,
каолин, гидроокись алюминия; в виде параллелепипеда - полевой шпат, оксиды
кремния, бария, сочетание которых между собой может быть самым разнообразным.
Из волокнистых наполнителей широкое распространение получили хлопковые очёсы,
короткие целлюлозные, асбестовые, стеклянные, а также углеродные, борные,
металлические волокна.
Из листовых наполнителей применяют бумагу, различные ткани
(стеклохлопчатобумажные, боро-, органоткани и др.), ленты, например из
металлической фольги.
Пластификаторы - это продукт (вещества), вводимые в мономер, олигомер с целью
повышения эластичности и пластичности, а также облегчения диспергирования в
композиции сыпучих
Пластификаторы понижают температуру переработки и могут придавать материалу
такие свойства, как свето-, термо- и морозостойкость, негорючесть.
Известно свыше 500 наименований пластификаторов, применяется около 100.
Важнейшими из них являются эфиры
алифатических или
алифатических спиртов, эфиры гликолей и эфиры фосфорной кислоты,
эпоксидированные соединения, полиэфиры, хлорированные соединения и др.
Стабилизаторы (антиоксиданты, термо-, светостабилизаторы, противоутомители) -
вещества, повышающие устойчивость мономеров, олигомеров или полимеров к
действию кислорода, особенно при повышенных температурах в условиях
производства, переработки и хранения - эксплуатации полимерных материалов.
Различают окрашивающие и неокрашивающие антиоксиданты, среди которых
наибольшее применение находят неозон, нонокс, диафен, алкофены и др.
Сшивающие агенты (отвердители, вулканизирующие агенты) - вещества, создающие
в полимерной матрице композиционного материала на определённой стадии его
производства, чаще всего при изготовлении изделия, химические связи между
макромолекулами с целью повышения прочности, тепло- и химстойкости и других
свойств. Условно сшивающие агенты разделяют на отвердители для пластических
масс и вулканизирующие агенты для каучуков. К отвердителям относят
алифатические и ароматические амины, низкомолекулярные полиамиды, ангидриды
кислот, полиизоцианаты, гексаметилентетраамин, алкоксисиланы, активные
растворители - фурфурол и фуриловый спирт, стирол и др.; к вулканизирующим
агентам - серу, органические ди- и полисульфиды, органические перекиси,
диамины, производные хинона, алкилфенолоформальдегидные смолы, диизоцианаты,
окислы металлов и др.
Структурообразователями называют вещества, вводимые в полимерные материалы
для получения полимерной матрицы с определённой структурой. К таким веществам
относятся тонкодисперсные порошки окислов, нитридов металлов, карбиды, соли
органических кислот, поверхностно-активные вещества (ПАВ), вводимые в
количестве 0,1...1,0% от массы полимера. Выполняя роль центров кристаллизации
и (или) понижая поверхностное
способствуют улучшению
материалов.
Смазки (парафины, воска, стеараты) предохраняют от прилипания полимера к
поверхностям формирующего оборудования, способствуя диспергированию
ингредиентов в материале.
Антистатики (различные группы ПАВ, добавляемые в количестве до 1% от массы
полимера) предотвращают возникновение и накопление статического электричества
на изделиях из полимерных материалов.
Антипирены (галогеносодержащие соединения, производные фосфора, соединения
сурьмы, изоцианаты) снижают горючесть материала, затрудняя воспламенение и
распространение пламени.
Порообразователи - вспенивающие вещества, используемые для образования в
полимере или полимерном материале замкнутых, не сообщающихся (пенопласт) или
сообщающихся (поропласт) между собой пор, что ведёт к существенному снижению
плотности материала.
Порообразователями могут быть органические и неорганические жидкие и твёрдые
вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением CO2, NH2
, N2 (химические), либо воздух, N2, CO2, NH
2, H2 в виде газов, вводимых в композицию под давлением;
легкокипящие, но не разлагающиеся при нагревании жидкости (метиленхлорид,
пектан, гектан и др.) и водо-растворимые соли (KCl, NaCl и др.), вымываемые из
изделия (физические порообразователи).
Антисептики (доли процента органических соединений Sn, As, Hg, бромированных
салициламидов, меркаптанов) в полимерном материалу затрудняют появление и
распространение микроорганизмов.
Красители (органические и неорганические пигменты) вводятся в полимерные
матариалы для придания им цвета и товарного вида и должны обладать высокой
степенью дисперсности, свето-, термо- и атмосферостойкостью, стойкостью к
воздействию агрессивных сред (кислот, щелочей и др.) и отсутствием склонности
к миграции на поверхность изделия.
Полимерные строительные материалы - это чаще всего многокомпонентные системы,
основным отличительным
Однако в определённых условиях используются так называемыекомополимерные
материалы - полимеры, не содержащие каких-либо модифицирующих добавок.
Перечень этих материалов и области их использования довольно значительны.
При попытках классифицировать существующий массив полимерных материалов,
всегда возникают трудности, связанные с поливариантностью их состава и
структуры и отсюда практически неограниченным набором - сочетанием свойств
конечных продуктов и изделий из них.
На практике и в литературе используют несколько способов разделения
полимерных материалов, основу которых составляют:
¨ происхождение - природные, искусственные, синтетические;
¨ механизм синтеза - полимеризационные, поликонденсационные;
¨ способ синтеза - суспензионные, эмульсионные, блочные или массовые;
¨ поведение при воздействии высоких температур - термопласты, реактопласты;
¨ химическое строение - органические и неорганические или
карбоцепные, гетероцепные, элементоорганические и неорганические;
¨ конечный продукт - олигомеры, полимеры, пластические
массы или полимерные материалы;
¨ величина деформационных характеристик - жёсткие,
полужёсткие, мягкие и эластичные;
¨ область применения - так называемые потребительские ряды
- самый широкий спектр для классификации.
Кровельные материалы.
Жилищно-гражданские, промышленные, сельскохозяйственные и другие здания, за
исключением таких инженерных сооружений, как эстакады, мосты, трубы,
различные мачты, имеют крышу, т.е. требуют выполнения кровельных работ.
Хорошее состояние и долговечность зданий, а также расходы на их содержание во
многом зависят от качества кровли. Покрытие крыши подвержено суточным и
сезонным колебаниям температуры, солнечной радиации, воздействию атмосферных
осадков в сочетании с температурными изменениями, ветрами, а иногда и
вредными осадками, выбрасываемыми промышленными предприятиями. Поэтому для
нормальной эксплуатации зданий и сохранения их долговечности большое значение
имеют качество кровельных материалов и их рациональное применение. Показатели
свойств кровельных материалов определяют при лабораторных испытаниях
образцов. Порядок отбора и испытания образцов установлен государственными
стандартами или техническими условиями.
При кровельных работах применяют разнообразные природные и искусственные
кровельные материалы как
Требования к строительным материалам и изделиями содержаться в
государственных стандартах (ГОСТ) и технических условиях (ТУ). Основные
требования по вопросам проектирования и строительства городов и населённых
пунктов, предприятий, зданий, конструкций и инженерного оборудования и
определения их сметной стоимости
установлены Строительными
правилами (СНиП).
Кровельные материалы можно условно квалифицировать по виду исходного сырья,
виду вяжущего вещества, структуре, форме и внешнему виду, наличию основы и
др.
По виду исходного сырья кровельные материалы подразделяются на:
¨ органические (рубероид, деревянные плитки, кровельная дрань и стружка
и др.);
¨ минеральные (асбестоцементные листы и плитки, глиняная черепица).
По виду вяжущего вещества кровельные материалы делятся на:
¨ битумные рулонные материалы (пергамин, рубероид);
¨ дёгтевые (толь кровельный и гидроизоляционный);
¨ битумно-полимерные (эмульсия ЭГИК, БЛК);

- Материаловедение. Коррозийная защита оборудования
- Материаловедение Кристализация
- Материаловедение.Технологии конструкционных материалов
- Материаловедение. Технология конструкционных материалов
- Материаловедение. Технология конструкционных материалов
- Материаловедение ЭТМ
- Материаловедческий анализ тостера
- Материаловедение
- Материаловедение
- Материаловедение
- Материаловедение
- Материаловедение
- Материаловедение
- Материаловедение