Классификация и требования к материалам

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Железо и его сплавы

Железо - серебристо-серый металл, принадлежащий к VII группе периодической системы.

Железо в твердом состоянии может находится в двух полиморфных модификациях: объемно-центрированной и гранецентрированной (куб).

 

Кривая нагрева и охлаждения.

 

 

В двух полиморфных и одном магнитном превращениях.

При магнитном превращении температурная остановка 768°С связанная не с перестройкой кристалической решетки и перекристализацией, а с внутренним и внешним изменением электронных оболочек.

Углерод (С) принадлежит к IV группе периодической системы. В природе: алмаз и графит - мягкий материал и обладает низкой прочностью.

Углерод образует с железом твердые внедрения.

В системе железо-углерод присутствуют следующие фазы: жидкая, твердые растворы феррита и аустенита, химические соединения цементита и графита.

Феррит (Ф) - внедрение углерода (С) в a-железо, свойства близки к чистому железу, при температуре +20°С в феррите растворяется около 0,006% углерода.

Аустенит (А) - внедрение углерода в g-железо при температуре 727°С - 0,8% углерода. Обладает большей вязкостью, хорошей сопротивляемостью старению, химической стойкостью и твердостью.

Цементит (Ц) - карбид железа (Fe-Fe₃C) 6,67% углерода. Температура плавления 1252°С, высокая твердость, легко царапает стекло, очень хрупок, низкая пластичность, при нагреве распадается.

Кермет - эвтектоидная смесь зерен цементита и феррита, соответствующая полному распаду твердого раствора аустенита и содержащая 0,8% углерода.

Ледебурит - состоит из цементита и аустенита, предельно насыщенного углеродом. Аустенит при 727°С превращается в кермет, и при нормальной температуре ледебурит состоит из смеси кермета и цементита, содержит 4,3% углерода. Характерен для структуры белых чугунов.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов.

 

 

Представлены две системы сплавов.

- Система Fe-Fe₃C - неустановившаяся (нестабильная), т.к. цементит - неустановившееся соединение, способное при нагреве распадаться (сплошные линии). Характеризует стали и белые чугуны.

- Система Fe-С (стабильная, пунктиром) характеризует сплавы, в которых углерод находится в свободном состоянии (графит).

По вертикальной оси отложена температура, а по горизонтальной - концентрация углерода.

Диаграммы охватывают сплавы, с содержанием С до 6,67%, с большим содержанием углерода сплавы применения не находят.

Точка А - соответствует температуре плавления t_ПЛ (затвердевания) чистого железа (1539°С) - D - t_ПЛ цементита (1250°С).

АСD - линия ликвидуса;

AECF - линия солидуса.

Выше линии ликвидуса - сплавы находятся в жидком состоянии.

Линия солидуса показывает температуру затвердевания сплавов, на ней заканчиваются процессы первичной кристаллизации.

Между солидусом и линией PSK - проходят процессы вторичной кристаллизации.

Первичная кристаллизация:

АСЕ - охватывает сплавы, содержащие до 4,3% углерода.

По линии АС из жидкого расплава выделяются кристаллы твердого раствора углерода в -железе (аустенит).

На линии АF - заканчивается кристаллизация сплавов содержащих до 2,14% углерода и образуется аустенит.

Между АС и АЕС - сплавы имеют двухфазное состояние: кристаллы железа, изменяющие свой состав по линии АЕ, и жидкий сплав, изменяющий свой состав по линии АС.

При температуре 1147°С в аустените содержится 2,14% углерода (точка Е), а в жидкой части сплава 4,3% углерода (точка С).

Сплавы, содержащие 4,3% углерода выделяются среди других в системе: они затвердевают при одной температуре 1147°С (точка С), образуя только эвтектику (ледебурит).

Линия DC - начало выделения из жидкого сплава кристаллов первичного цементита Fe₃С₁. В интервале от DС до СF - двухфазное состояние: кристаллы цементита и жидкий сплав, состав которого изменяется по линии DС до концентрации 4,3%. На линии СF - кристаллизация заканчивается появлением эвтектики.

 

Вторичная кристаллизация - ниже линии солидуса.

В сталях на участке между линиями АЕ и GSE все сплавы имеют однофазное состояние и имеют структуру аустенита.

Точка S (сталь содержит 0,8% углерода при температуре 727°С) претерпевает эвтектоидное превращение: из аустенита образуется смесь феррита и цементита (кермет). Это превращение называют аллотропическим.

При охлаждении линия GS - начало выделения из аустенита кристаллов феррита.

По линии ЕС - из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита.

На линии SK - аустенит превращается в перемет.

Сплавы содержащие 2,14 ¸ 6,67% углерода ниже линии ЕСF (1147°С) находятся в двухфазном состоянии: аустенит и цементит. Аустенит по линии ЕСF - имеет максимальную концентрацию углерода 2,14%. Ниже ЕСF - при охлаждении из аустенита выделяется вторичный цементит.

При температуре 727°С остается 0,8% углерода и он превращается в перит.

 

Углеродистые стали.

Основной продукцией черной металлургии является сталь, причем, 90% изготавливается, углеродистой стали, а 10% легированной.

Углеродистая сталь помимо основы (железа и углерода) содержит постоянные примеси (Si, Mn, P, S, O₂, N₂, H₂) и случайные примеси (хром, никель, медь). Некоторые примеси (Mn, Si) необходимы в стали по условиям технологии её выплавки. Вредные примеси (S, P) не поддаются полному удалению.

 

Влияние примесей на свойства сталей.

Кремний - раскисляет сталь и растворяясь в феррите, повышает его упругость и жесткость.

Марганец - упрочняет феррит, образуя карбид Mn₃С, повышает механические свойства стали, увеличивает ее прокаливаемость и устраняет вредное действие серы.

Сера - вредная примесь, приводит к красноломкости стали (повышенной хрупкости в горячем состоянии при ковке и прокатке), понижает сопротивляемость стали к истиранию и усталостному разрушению, уменьшает химическую стойкость.

Фосфор - вредная примесь, увеличивает хрупкость при нормальной температуре (хладоломкость), понижает ударную вязкость стали.

N₂ и О₂ - понижают ударную вязкость и увеличивают порог хладноломкости.

Н₂ - если его немного он выделяется из металла, но если представлен в большом количестве - приводит к внутренним надрывам в металле.

 

Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.

 

Стали классифицируют по:

- химическому составу;

- структуре;

- способу производства;

- качеству;

- назначению;

- раскислению.

 

По структуре: малоуглеродистые (до 0,3% углерода), среднеуглеродистые (0,3 …0,65% С) и высокоуглеродистые (более 0,65% углерода).

По способу производства: в электропечах, мартеновских печах и кислородно-конверторным способом.

По способу раскисления: кипящие, полуспокойные, спокойные.

По качеству: обыкновенного качества (серы £ 0,06 %, фосфора £ 0,04 %), качественные (серы < 0,04%, фосфора < 0,04%), высококачественные (серы < 0,03%, фосфора < 0,03%).

По назначению: конструкционные и инструментальные.

Конструкционные - строительные (малоуглеродистые) и машиностроительные (мало- и среднеуглеродистые).

Инструментальные - для изготовления режущего, измерительного и штампового инструмента.

 

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-71). Изготовляют в крупных мартеновских печах и кислородных конверторах.

Обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6.

Ст - сталь, цифры - номер марки стали в зависимости от ее химического состава.

В конце обозначения ставят буквы: "кп" - кипящая;

"пс" - полуспокойная;

"сп" - спокойная.

Качественные углеродистые стали. (ГОСТ 1050-88). Изготовляют в электропечах, кислородных конверторах, мартеновских печах.

Маркируют двухзначными цифрами: 05, 15, … 60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывают степень раскисляемости "кп", "пс". В случае спокойной - не указывается.

 

Высококачественные стали бывают не углеродистые, а легированные, в конце марки добавляют букву А (например У10А).

 

Если углерода > 2,14% - чугун.

 

Легированные стали

Сталь содержащая, кроме постоянных примесей (марганец, кремний) один или несколько специальных элементов или повышенные концентрации марганца, кремния более 1%, называется легированной. В качестве легирующих примесей используют: хром, никель, вольфрам, марганец, титан, кобальт и т.д.

 

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали.

Хром - увеличивает твердость и прочность, увеличивает прокаливаемость стали, увеличивает сопротивляемость коррозии, при содержании хрома более 13%, сталь становится нержавеющей. Хром увеличивает жаропрочность, изменяет магнитные свойства стали.

Никель - придает прочность, высокую пластичность, вязкость. Его используют в значительных количествах когда необходимо получить немагнитную сталь и сталь с повышенной антикоррозионной стойкостью. Для легирования инструментальных сталей никель не применяется.

Вольфрам - увеличивает твердость стали и придает ей красностойкость (способность сохранять твердость при высоких температурах). Его вводят в инструментальные и быстрорежущие стали.

Ванадий - увеличивает твердость, способствует образованию мелкозернистой структуры, увеличивает упругость и сопротивление усталости (добавляется в инструментальные стали).

Молибден - увеличивает твердость и прочность при повышенных температурах. Способствует глубокой прокаливаемости стали, придает мелко- зернистость (добавляется в конструкционные, инструментальные и жаропрочные стали).

Марганец - увеличивает прочность, и твердость стали, сильно увеличивает глубину ее прокаливаемости, придает стали износостойкость, и магнитоустойчивые свойства.

Кремний - увеличивает кислотостойкость, жаропрочность, электрическое сопротивление и магнитную проницаемость.

Алюминий - добавляется для увеличения твердости азотируемой стали. Сталь с 5-6% алюминия приобретает окалиностойкость.

 

Классификация, маркировка и применение легированных сталей.

Легированные стали делятся по: назначению, химическому составу, по структуре.

 

По назначению:

1). Конструкционные - изготовление деталей, машин конструкций (работающих в условиях обычных и повышенных температур, окалиностойкие, высокие механические свойства).

2). Инструментальные стали (3 вида: для режущего инструмента, для штампов, для измерительного инструмента). Должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

3). Стали и сплавы с особыми свойствами: нержавеющие, с высоким электрическим сопротивлением, электротехнические, с особым тепловым расширением, магнитные, для работы при высоких температурах (жаропрочные и жаростойкие).

По химическому составу:

а) в зависимости от количества одновременно находящихся легирующих элементов: тройные, четверные и сложнолегированные.

б) от основных легирующих элементов: хромистые, марганцовистые, хромо марганцовистые и др.

в) в зависимости от общего содержания легирующих элементов: низколегированные (не больше 3%), среднелегированные (3 ¸ 10 %), и высоколегированные (больше 10%).

г) в зависимости от химического состава и свойств конструкционная сталь делится на качественную, высококачественную и особо высококачественную.

По структуре в отожженном состоянии: доэвтектоидные (свободный феррит) и заэвтектоидные (ледебурит).

По структуре после охлаждения: керметная, мартенситная, аустенитная.

Маркировка

Легированные элементы обозначают буквами: Х - хром, Н - никель, В - вольфрам, М - молибден, Ф - ванадий, Т - титан, Ю - алюминий, Д - медь, Г - марганец, С - кремний, К - кобальт, Ц - цирконий, Р - бор, Б - ниобий. Буква "А" в середине марки - содержание азота, в конце - сталь высоколегированная.

Для конструкционных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента.

Например:

18ХГТ

0,18% углерод, марганец -1%, хром -1%, титан -0,1%.

 

Около 1% легирующих элементов цифра не ставится.

 

Например:

03Х13АГ19 - 0,03% углерод, 13% - хром, азот, 19% марганец.

 

Для некоторых групп применяют дополнительные обозначения.

 

Автоматные стали с А, подшипниковые - с Ш, быстрорежущие - с Р, электротехнические - с Э, магнитотвердые - с Е.

 

Инструментальные стали.

Предназначены для изготовления различных видов инструмента, делятся на 4 категории: пониженной прокаливаемости (углеродистые), повышенной прокаливаемости (легированные), штамповые, быстрорежущие.

Инструменты делят на: режущие, измерительные, штампы.

Для режущих применяют стали повышенной твердости и красностойкости.

Для измерительных - износостойкие, способные сохранять свои размеры.

Штампы - стали с повышенной твердостью и вязкостью.

 

Инструментальные стали пониженной прокаливаемости.

Включают в себя: все углеродистые, инструментальные и с небольшим содержанием легирующих элементов. Эти стали закаливают в воде.

Инструмент, изготавливаемый из этих сталей, имеет незакаленную сердцевину. После термообработки стали приобретают высокую твердость, прочность и износостойкость, но сохраняют их лишь при относительно невысоком нагреве (200 -250°С).

В качестве углеродистых инструментальных сталей используют стали по ГОСТ 1435-74 имеющие невысокую твердость и хорошую обрабатываемость в отожженном состоянии (слесарный инструмент, матрицы для холодной штамповки).

Легированные - матриц, метчиков, сверл.

Инструментальные стали повышенной прокаливаемости - легирующие элементы от 1 до 3%. Их закаливают в масле. Из них изготавливают инструменты, для которых необходима повышенная твердость и износостойкость (сверла, фрезы, плашки, калибры).

 

Стали для измерительных инструментов.

Из углеродистых сталей и легированных пониженной и повышенной прокаливаемости. Для измерительных инструментов большое значение имеет стабильность размеров в течении длительного времени, и коэффициент теплового расширения, не изменяющийся при температурных колебаниях, высокая твердость, износостойкость.

Быстрорежущие стали для изготовления режущих инструментов (высокая твердость, износостойкость, красностойкость при высоких скоростях резания). Их обозначают буквой Р (рапир - скорость). Цифры после Р показывают среднее содержание основного легирующего элемента вольфрама.

 

Стали и сплавы с особыми свойствами.

Нержавеющая, жаропрочная, жаростойкие и износостойкие.

Нержавеющие стали - обладают стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, щелочной, кислотной).

Химическая стойкость обусловлена наличием в их составе элементов, которые образуют твердые растворы высокой химической стойкости с образованием поверхностных пленок. Они предохраняют сталь от разрушающего действия кислорода воздуха, кислот и других коррозийных сред. В состав нержавеющей стали вводят хром, никель и марганец.

Нержавеющие стали делят на: применяемые в слабоагрессивных средах (воздух, вода, пар) для изготовления изделий с повышенной пластичностью (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода); стали работающие в атмосферных условиях, уксуснокислых и других соленных средах, в средах средней агрессивности (оборудование пищевой и мясной промышленности); в средах повышенной и высокой агрессивности для изготовления сварных изделий, работающих в азотной кислоте и азотнокислых средах при повышенных температурах.

Для деталей химической аппаратуры применяют, двухслойные листовые стали, которые состоят из основного слоя - низколегированной или углеродистой стали и планирующего слоя - коррозионостойкой стали, коррозионных сплавов на никелевой основе. Для изготовления корпусов, днищ и других деталей химической аппаратуры и сосудов.

 

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы.

Жаропрочность - способность материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах.

Жаростойкость (окалиностойкость) - способность сталей и сплавов сопротивляться окислению при высокой температуре.

Жаростойкость зависит от непроницаемости и жаропрочности пленки окислов, образующихся на поверхности сплавов в процессе газовой коррозии при высоких температурах.

Для получения прочной и непроницаемой пленки сталь легируют хромом, кремнием и алюминием.

Жаропрочные сплавы классифицируют по температуре эксплуатации.

Жаропрочные стали делятся:

1. Керметные от 500-550°С. Из них изготовляют крепеж, трубы, паропроводы и др. Они содержат малое количество углерода, и легированы хромом, молибденом, ванадием.

2. Мартенситные - детали энергетического оборудования (диафрагмы, роторы) при 600-620°С. Легированы хромом, вольфрамом, молибденом, ванадием.

3. Аустенитные - роторы, диски, клапаны дизельных двигателей 600-700°С. Легируют вольфрамом, молибденом, ванадием, бором.

4. Сплавы на никелевой основе при температуре 700-900°С: нихром - для нагревательных элементов; нимоники - стареющие сплавы на основе никеля, содержащие хром, титан, алюминий.

5. Керамические материалы - материалы на основе SiС, Si₃Н₄, системы Si-Al-O-N применяют для поршней, головок блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Керамические материалы имеют низкую плотность, прочны, износостойки, хорошо сопротивляются коррозии и эрозии. Детали могут работать при температурах больше 1500-1700°С не боясь перегрева и не требуя принудительного охлаждения.

Недостатки: хрупкость, сложность изготовления деталей.

6. Тугоплавкие материалы для работы при температурах свыше 1000°С. Это металлы у которых температура плавления больше железа: хром 1900°С, ниобий - 2415°С, молибден -2620°С, вольфрам - 3410°С.

Расширение производства и применения тугоплавких материалов и сплавов связано с развитием атомной теплоэнергетики и ракетно-космической техники.

Все тугоплавкие материалы имеют низкую жаростойкость. Для защиты их от окисления применяют различные покрытия.

 

Износостойкие стали.

Долговечность машин в большей мере зависит от износостойкости материала, из которого изготавливают их детали.

Износостойкость стали, зависит от ее химического состава, структуры, термической обработки и твердости структуры составляющих.

Для сопрягаемых деталей большое влияние на износостойкость оказывает характер работы и условия износа. Например, графит, являясь внутренней смазкой, уменьшает трение и износ при неабразивном истирании.

Структура мартенсит обладает наивысшей износостойкостью из-за наличия твердых и равномерно распределенных карбидов.

К износостойким относят углеродистые инструментальные стали, хромистые, хромо - вольфрамовые, быстрорежущие, графитуированные, имеющие высокое содержание углерода и кремния (используют для холодных штампов, калибров и др.).

Широкое распространение получили высокомарганцовистые аустенитные стали. Они обладают высокой вязкостью, износостойкостью, в условиях ударных нагрузок и больших давлений, и применяются для изготовления гусениц тракторов.

 

 

Основы термической и химико-термической обработки стали.

Термической обработкой, называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоянии, для изменения их структуры, и получения нужных физико-механических свойств.

Отжиг - нагрев стали до заданной температуры, выдержка и медленное охлаждение (вместе с печью) для получения не напряженной структуры и устранение мехвации.

Отжиг бывает I и II рода. Рекристаллизационный отжиг (I рода) - нагрев сплава для устранения наклепа, полученного в результате холодной деформации и повышения пластичности. Этот вид термообработки основан на процессах возврата, рекристаллизации и гомогенизации.

Отжиг с фазовой перекристаллизацией (II рода), характеризуется нагревом сплава выше температуры фазовых превращений, с целью снижения твердости и устранения структурной неоднородности стали.

Нормализация - нагрев стали выше температуры фазовых превращений, с последующим охлаждением на воздухе (в нормальных условиях), для улучшения микроструктуры стали и повышения механических свойств, а также для подготовки к последующей термообработке.

Закалка - нагрев стали выше температуры фазовых превращений, с последующим охлаждением по определенному режиму, для получения нужной структуры и повышения прочности и твердости.

Отпуск - нагрев закаленной стали ниже температуры фазовых превращений, для снятия температурных напряжений и получения более равновесной структуры.

 

Основные факторы термической обработки - это температура и время.

 

 

АБ - скорость нагрева сплава;

БВ - выдержка при заданной температуре;

V₁, V₂, V₃, V₄ - скорость охлаждения.

 

Теория и технология термической обработки стали.

Теория термической обработки.

Превращения при нагреве стали.

При нормальной температуре доэвтектоидные стали имеют структуру феррит + кермет, эвтектоидные - кермет, заэвтектоидные - кермет + цементит, т.е. исходное состояние сталей - феррит и цементит.

При нагреве более 727°С происходит фазовое превращение a-железа в g-железо и растворение цементита в g-железе с образованием аустенита.

Доэвтектоидные стали на участке GSP - имеют структуру феррит - аустенит. На линии GS - феррит полностью растворяется в аустените.

Эвтектоидные стали выше S, имеют структуру аустенита.

В заэвтектоидных сталях премет превращается в аустенит, который в дальнейшем при нагревании растворяет вторичный цементит.

Т.о. любой нагрев стали выше GSЕ приводит к превращению ее в аустенитное состояние.

Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.

Аустенит устойчив только при температурах выше линии GSЕ. При охлаждении ниже этой линии начинается его превращение.

При медленном охлаждении с температуры выше 727°С происходит эвтектоидное превращение аустенита с образованием смеси феррит и цементита - кермета. Аустенит превращается в кермет диффузионно; углерод выделяясь из аустенита, образует зародыши цементитовых включений.

Количество зародышей и скорость их роста зависят от степени переохлаждения. При малой степени переохлаждения аустенит превращается в смесь крупных частиц феррита и цементита (т.к. число центров мало и они успевают вырасти). С увеличением степени переохлаждения можно получить смесь феррита с цементитом, в результате чего твердость и прочность возрастают, а плотность снижается.

Регулируя степень переохлаждения аустенита, можно изменять характер продуктов его распада и получать следующие структуры: кермет, сорбит, троостит, мартенсит.

Кермет, сорбит и троостит являются смесью феррита и цементита с различной степенью измельченности.

 

Сорбит и троостит получаются при повышенных скоростях охлаждения (40-80°С). Сорбит имеет хорошую вязкость и упругость. Троостит меньшую вязкость чем сорбит.

При охлаждении со скоростью 150-300°С образуется мартенсит. Он имеет игольчатое строение, высокую твердость, большую хрупкость и внутреннее напряжение. Он неустойчив по своей природе и при определенных условиях может распадаться.

Отжиг.

 

 

 

1. Полный отжиг доэвтектоидной стали.

2. Неполный отжиг заэвтектоидной стали.

3. Неполный отжиг доэвтектоидной стали.

4. Низкотемпературный отжиг и рекристаллизационный отжиг.

5. Диффузионный отжиг.

6. Нормализация.

В зависимости от температуры отжига различают: диффузионный отжиг (гомогенизация), полный отжиг, неполный отжиг, отжиг на зернистый кермет, изотермический отжиг.

 

Троостит.

Диффузионный отжиг обычно применяют когда в сплаве наблюдается зернистая или внутрикристаллическая меквация. При этом виде отжига используют процесс диффузии в твердом растворе, приводящий к выравниванию в стали концентрации углерода и примесей. Иногда такой отжиг называют гомогенизацией, т.к. цель его - сделать сталь однородной (гомогенной).

Отжиг операция нагрева стали выше А_С1 (727°С) на 150-300°С, длительной выдержкой при данной температуре и последующим медленным охлаждением. Диффузионный отжиг применяют для слитков из легированных сталей.

Полный отжиг - сталь нагревают выше критической точки А_С3 на 30-50°С выдерживают при данной температуре, а затем медленно охлаждают. Этот вид отжига проводят чтобы снизить вязкость, т.е. привести сталь в равновесное состояние.

Полный отжиг применяют для доэвтектоидных углеродистых и легированных сталей, находящихся в неравновесном состоянии, т.е. когда сталь закалена, недоотпущена, после горячей обработки давлением.

Для заэвтектоидных сталей полный отжиг не применяется, т.к. при медленном охлаждении этих сталей с температур выше А_ст вторичный цементит выделяется по границе зерен аустенита и при нормальной температуре сохраняется в виде сетки, окаймляющей зерна кермета, что придает стали хрупкость.

Неполным отжигом - называется нагрев стали выше критической точки А_С1 на 30-50°С, выдержка при заданной температуре и последующее медленное охлаждение. Данный отжиг является наиболее общим видом термической обработки, потому что он может быть применен не только к сталям, но и ко всем металлическим материалам, в которых возникают внутренние напряжения. При неполном отжиге наблюдают только частичную перекристаллизацию. Избыточный феррит в доэвтектоидных сталях или цементит в заэвтектоидных сталях не переходят в твердый раствор (аустенит).

Неполный отжиг для доэвтектоидных сталей применяют для исправления структуры (измельчения зерна) после обработки давлением. Такому обжигу подвержены эвтектоидные доэвтектоидные стали для снятия внутренних напряжений, уменьшения твердости, увеличения пластичности.

 

Отжиг на зернистый кермет

Сталь имеющую структуру пластичного кермета нагревают до температуры 740°С, 5 часов выдерживают при данной температуре, затем медленно охлаждают до 680°С (А_Т1) и опять выдерживают 5 часов. После этого весь процесс повторяют до получения необходимой степени сфероидизации цементита. Иногда этот отжиг называют цикличным. Цель такого отжига - перевод пластичного кермета в зернистый, уменьшение прочности и твердости, улучшение обрабатываемости.

Изотермический отжиг - сталь нагревают как и для полного отжига, быстро охлаждают до температуры меньше А_С1 на 50 -100°С, при этой же температуре выдерживают до полного распада аустенита на кермет. После выдержки охлаждение ведут на воздухе (для легированных сталей).

Нормализация.

Это более экономичный, чем отжиг, термический процесс (нет операции охлаждения металла вместе с печью).

Нормализация зависит от состава стали. При нормализации измельчается зерно кермета, разрушается сетка цементита в заэвтектоидных сталях и увеличиваются механические свойства стали. В этих случаях нормализация служит окончательной операцией термической обработки.

Закалка.

Это нагрев стали до определенной температуры (на 30-50°С выше линии GSК), выдержка и быстрое охлаждение в воде, масле, расплавленных солях и других средах.

Изменение свойств стали при закалке связано с образованием неравновесных структур (мартенсит, троостит, сорбит). Закалка основана на фазовых превращениях при нагреве и охлаждении.

Скорость охлаждения, при которой в структуре стали, фиксируется образование чистого мартенсита, называют критической скоростью закалки. Она зависит от температуры нагрева стали перед закалкой, ее состава, размера зерен и других факторов.

При закалке, происходит превращение аустенита в мартенсит. Превращение происходит мгновенно, и измерить скорость роста кристаллов трудно.

Аустенит не успевший распасться называется остаточным.

При закалке доэвтектоидные стали, имеющие в равновесном состоянии структуру феррит - кермет, нагревают до температуры выше линии GS для получения аустенита (на 30-50°С).

После выдержки при данной температуре сталь охлаждают с критической скоростью для получения мартенсита.

Закалка с нагревом до температуры (между линиями РS и GS) называют неполной закалкой.

Заэвтектоидные стали, имеющие структуру кермет + цементит нагревают под закалку выше линии SК на 30-50°С. Кермет перейдет в аустенит, а цементит сохранится, и при быстром охлаждении стали, ее структура будет состоять из мартенсита и избыточного цементита. Присутствие цементита - повышает износостойкость стали.

Наиболее распространенные закалочные среды - вода, различные масла, водные растворы солей, иногда расплавленные металлы и соли.

Желательно, чтобы закалочная среда быстро охлаждалась в интервале температур малой усталости? аустенита (600-550°С), и медленно в интервале 300-200°С, чтобы уменьшить деформации и напряжения.

Вода создает энергичное охлаждение в двух температурных интервалах и это является недостатком.

Масла имеют изменение охлаждения в 10 раз меньше, чем вода, что уменьшает возможность возникновения дефектов при закалке.

Применяют несколько способов закалки:

1. Закалка в одном охладителе (самая распространенная для углеродистых и легированных сталей): Нагретое до температуры закалки изделие погружают в охлаждающую среду до полного охлаждения (углеродистые стали в воде, легированные стали - в масле). Этот способ может вызвать появление внутренних напряжений.

2. Прерывистая закалка (в двух средах): при закалке крупных изделий из углеродистой и низколегированной стали. Сначала изделие резко охлаждают в воде до 300-200°С, затем переносят в масло или на воздух, где они медленно охлаждаются. Недостатком является трудность распределения время выдержки.

3. Ступенчатая закалка: нагретое изделие погружают в соляную ванну, температура которой больше температуры начального мартенситного превращения стали. Затем изделие выдерживают в ванне для выравнивания температуры по всему его объему и охлаждают на воздухе до нормальной температуры, что уменьшает внутреннее напряжение (для тонких стальных изделий из углеродистых сталей).

4. Закалка с самоотпуском (по цветам??????) изделие охлаждают от температуры закалки в охлаждаемой среде, только в течении времени, которое необходимо для его прокаливания на определенную глубину. Дальнейшее охлаждение идет на воздухе. При этом осуществляется отпуск за счет теплоотдачи из внутренних слоев изделия (применяют для ударного инструмента).

5. Изотермическая закалка: характерна промежуточным охлаждением в соляной ванне с заданной температурой до конца превращения аустенита, с последующим быстрым охлаждением (ударный инструмент).

6. Поверхностная закалка: нагрев поверхностного слоя до температуры закалки и охлаждения для получения мартенситной структуры в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины.

4 вида нагрева при поверхностной закалке: нагрев пламенем газовой горелки, контактный электронагрев, нагрев токами высокой частоты, нагрев в электролите.

Наибольшее распространение в промышленности получил способ поверхностной закалки токами высокой частоты, а при ремонте - пламенем газовой горелки. Поверхностный слой изделия нагревают пламенем газовой горелки до температуры закалки, а затем быстро охлаждают водой - поверхностный слой быстро нагревается, а внутренние слои не успевают. Такой способ позволяет получить высокую поверхностную прочность и сохранить вязкой середину, устраняет образование закалочных трещин.

Поверхностная закалка токами высокой частоты основана на нагреве поверхности вихревыми токами. При этом используется явление поверхностного эффекта, заключающегося в неравномерном распространении плотности переменного тока по сечению проводящего тела. Чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева. Деталь нагревают в инкубаторе, по которому пропускают ток, он представляет собой медную трубку, изогнутую по контуру нагреваемого изделия. Закалочной средой служит вода, эмульсия, масло и др.

 

Отпуск.

Отпуск - нагрев закаленной стали до температуры ниже 727°С, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе. Цель отпуска - повышение вязкости закаленной стали при сохранении высокого предела прочности, уменьшение внутренних напряжений после закалки и получение устойчивых структур.

В зависимости от температуры - низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий - нагрев закаленной стали до 250°С для снижения внутренних напряжений при сохранении высокой твердости (для инструментов и изделий, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, в том числе для цементированных изделий).

Средний - нагрев до 350-450°С, который приводит к понижению твердости и повышению вязкости стали по сравнению с низким отпуском. Кроме того происходит образование более устойчивой структуры троостита и троостосорбита (для пружин, штампов, рессор и др.).

 

Высокий - нагрев от 450-650°С, который способствует получению наибольшей вязкости при сохранении высокой прочности. Твердость снижается и образуется сорбит. Этот процесс называется улучшением. Сорбит отпуска с зернистой формой цементита имеет более высокие показатели прочности и вязкости, чем сорбит закалки с пластинчатой формой цементита.

 

Обработка холодом - отпуск при температуре ниже нуля (обработка закаленных изделий холодом при температуре порядка -80°С и ниже. Остаточный аустенит при низких температурах распадается в результате возникновения внутренних напряжений. Данный метод повышает твердость режущего инструмента.

Температура нагрева стали при различных видах термической обработки.

 

Химико-термическая обработка.

Это процесс поверхностного насыщения стали химическими элементами (углеродом, азотом, хромом, алюминием, кремнием и др.) для повышения износостойкости, твердости, жаростойкости и других свойств.

К химико-термической обработке относят цементацию, азотирование, цианирование, дифференциальную металлизацию.

Цементация - процесс поверхностного науглероживания стальных изделий для придания им высокой поверхностной твердости при сохранении вязкой сердцевины.

Цементации подвергают: зубчатые колеса, кулаки валиков и др. Для изготовления цементируемых деталей применяют низкоуглеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,15-0,35%.

Вещества предназначенные для науглероживания стали, называют карбюризаторами??? Цементацию можно проводить в твердом, жидком и газообразном карбюризаторе.

При цементации детали загружают в металлический контейнер, наполненный карбюризатором, и нагревают в печи до 900-950°С, за 1 час получается цементируемый слой глубиной 0,1 мм. Карбюризатор - 75% березового угля и 25% Ba_­СО₃ или NaСО₃. Глубина науглероживаемого слоя тем больше, чем выше температура цементации и чем больше время выдержки в печи. Содержание углерода уменьшается от поверхности к сердцевине. Изменение содержание углерода по глубине приводит к получению 3-х зон: заэвтектоидной (кермет + сетка Fe₃С), эвтектоидной (кермет) и доэвтектоидной (феррит + кермет).

Цементация в твердом карбюризаторе применяется в условиях применяется в условиях ремонтного производства.

При газовой цементации поверхностный слой стали насыщается углеродом при нагреве в атмосфере углеродосодержащих газов. Детали нагревают в специальных печах, в которые непрерывным потоком подают цементирующий газ, получаемый при разложении нефтепродуктов. Температура газовой цементации 900-930°С. Время выдержки при газовой цементации в два раза меньше, чем в твердом карбюризаторе. При газовой цементации легко и удобно регулировать состав и количество подаваемого газа, это сокращает продолжительность цикла и снижает стоимость обработки.

Жидкостную цементацию применяют для мелких деталей, когда требуется небольшая глубина цементованного слоя (0,3-0,5 мм). Проводят ее в соляных ваннах, состоящих из 75% Na₂CО₃, 15% NaCl, 10% SiC при температуре 900°С.

 

Азотирование - процесс насыщения стали азотом для повышения твердости, износостойкости и усталости против коррозии.

Азотируют детали машин работающих при высоких температурах (гильзы цилиндров, клапаны), а также измерительный инструмент.

Процесс азотирования проводят в специальных герметизированных печах при температуре 500-600°С. Через печь пропускаю аммиак NН₃, предварительно просушенный хлористым кальцием, который при нагреве диссоциирует по реакции 2NН₃ = 2N + 6Н. Образующийся азот в атомарном состоянии поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали, образуя твердые растворы и химические соединения, называемые нитридами.

Для изготовления деталей, подвергаемых азотированию, применяют легированные стали. Чем выше температура азотирования, тем глубже слой, но меньше его твердость. Продолжительность азотирования зависит от требуемой глубины поверхностного слоя, например, для азотируемого слоя 0,3-0,6 мм нужно 30-60 часов.

Перед азотированием проводят термическую обработку (закалка и отпуск). Это придает сердцевине изделия высокие механические свойства.

 

Цианирование - одновременное насыщение поверхности углеродом и азотом для повышения твердости и износостойкости и увеличения сопротивляемости коррозии. Чем выше температура, тем сильнее поверхностный слой насыщается углеродом, чем ниже - азотом.

Цианирование - высокотемпературное: 800-950°С; низкотемпературное: 500-600°С.

Высокотемпературное: при нем получают твердый поверхностный слой глубиной до 2 мм, обладающий высокой износостойкостью. После цианирования изделия непосредственно из ванны или печи закаливают, а затем отпускают. Данную обработку используют для увеличения срока службы шестерен и других деталей.

Низкотемпературное: для инструмента из быстрорежущей стали прошедшей термообработку. Толщина слоя 0,02 -0,07 мм и зависит от режима цианированиря.

На практике применяют два вида цианирования: в жидкостной цианистой ванне, содержащей 45% NaCN, 35% Na₂СО₃, 20% - NaCl, и газовое (нитроцементация), в среде состоящей из 80% науглероженного газа и 20% аммиака.

 

Диффузионная металлизация - процесс насыщения поверхностного слоя различными металлами (алюминием, хромом, кремнием и др.) для придания окалиностойкости, коррозионной стойкости, твердости и износостойкости.Ее проводят в твердой, жидкой и газообразных сферах при температуре 1000-1200°С.

Насыщение изделий из стали алюминием (алитирование) придает им высокую жаростойкость (для изделий работающих при высоких температурах). Для устранения хрупкости алитированные изделия подвергают дифференциальному отжигу.

Насыщение поверхности хромом (хромирование) приводит к увеличению коррозионной стойкости, окалиностойкости, твердости и износостойкости.стальных изделий(режущий инструмент).

Насыщение стали кремнием (силицирование) придает ей коррозионную стойкость в некоторых агрессивных средах, несколько повышает ее износостойкость и жаростойкость.

Цветные металлы и сплавы

Медь и ее сплавы

Медь - тяжелый цветной металл, температура плавления 1083°, кипения - 2360°С. Кристаллическая решетка - гранецентрированный куб. В чистом виде медь применяют для электротехнических целей (провода, кабели).

Согласно ГОСТу техническую медь делят на 10 марок (М00 (99,99 Cu), М0 (99,95%), М1 (99,9%), М2 (99,70%), М3 (99,5%), М4 (99%), М0б, М1р, М2р, М3р). Медь устойчива к воздействию воздуха и воды, но окисляется в сернистых газах и аммиаке. Ее легко обрабатывать давлением, но трудно резанием. Медь имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки.

Широкое применение получили сплавы на основе меди (латунь, бронза).

Латунь - сплав меди с цинком, если цинка менее 39%, то латунь имеет однофазную структуру (a -латунь) - она мягкая и пластичная, если цинка 40-45% - двухфазная структура, такая латунь тведая и хрупкая. Максимальная пластичность у латуни с 30% содержанием цинка.

Латуни содержащие до 10% цинка - томпаки, 10-20% цинка - полутомпаки.

Латуни - простые (двойные) - медь и цинк, сложные (легированные) - содержат один или несколько легирующих элементов. Некотрые из них (алюминий, никель, железо) для улучшения механических свойств, олово, марганец - для увеличения коррозионной стойкости, свинец для улучшения резания.

Латуни обозначают буквой Л и двухзначными цифрами (содержание меди в процентах), в специальных латунях после Л (в порядке убывания) обозначение легирующих элементов и цифры содержания меди и этих элементов.

Например: Л62 - 62% меди и 38% - цинка; ЛС59-1 - 59% меди, 1% - свинец, 40% цинка.

А - алюминий, Б - берилий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, МГ - магний, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Х - хром.

Свинцовистые - хорошие механические свойства, хорошо обрабатываются резанием (для изготовления деталей горячей штамповкой и обрабатывания резанием).

Оловянистые - высокое сопротивление коррозии, обрабатывается давлением в горячем состоянии.

Никелевые - высокая прочность, вязкость, высокие антикоррозионные и антифрикционные свойства. Хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Алюминиевые - антифрикционные детали.

 

Бронза - медь + олово, алюминий, свинец, кремний, бериллий, хром, сурьма, марганец.

Раньше к бронзам относили только двойные системы медь-олово, сейчас добавляют другие элементы, а название тоже.

Бронзы маркируют Бр, затем буквы элементов (аналогичны латуням), а затем цифры, указывающие среднее содержание элементов в процентах (содержание меди не указывают, а определяют вычитанием из 100% суммы всех входящих в бронзу элементов).

Бр.0Ф10-1 - 10% олова, 1% - фосфора и 89% меди.

По содержанию легирующих компонентов бронзы - оловянные и безоловянные.

 

Алюминиевые сплавы меди с 4-11,5% алюминия, в который вводят для улучшения свойств железо, никель, марганец. Они обладают высокими механическими свойствами, повышенной жаропрочностью, антикоррозийной стойкостью. Алюминий при содержании его до 10%, повышает прочность сплава. Если 6-8% алюминия - обрабатывают давлением в холодном и горячем состояниях. 9-10% алюминия - при высоких температурах. Если в конце обозначения есть Л - то бронза литейная.

По коррозионной стойкости алюминиевые бронзы превосходят оловянные, особенно по устойчивости в соленной воде, при повышенных температурах. По сопротивлению к коррозии они до 12 раз устойчивее оловянных и в 2-3 раза - нержавеющих сталей.

Бериллевая - сплав меди с бериллием. Высокая прочность и упругость, химическая стойкость, износостойкость. Хорошо обрабатывается резанием. Данную бронзу закаливают с 800°С в воде, подвергают искусственному старению при 350°С в течении 9 часов. После этого бронза приобретает высокую прочность и твердость.

Сочетание в бериллиевых бронзах элементов????????, коррозионной стойкости, упругости и прочности, позволяет изготовлять из нее наиболее ответственные детали. Инструменты из нее при работе не дают искр. Недостатком является высокая стоимость.

Кремниевые медь + 0,6-3,5% кремния + немного никеля и марганца. Обладают высокой упругостью, выносливостью, антикоррозийной стойкостью и анти-фрикционностью. Обрабатываются литьем, давлением, свариваются и обрабатываются резанием.

Свинцовистые медь + 26-63% свинца. Антифрикционные свойства (для работы в условиях трения скольжения).

 

Алюминий и его сплавы.

Алюминий - метал серебристо-белого цвета с матовым оттенком. Кристаллическая решетка гранецентрированный куб. Температура плавления составляет 660°С.

Чистый алюминий применяют в электрической технике для изготовления проводников тока. Тепло- и электропроводность алюминия меньше, чем у меди. Коррозионная стойкость алюминия высокая, благодаря защитному действию плотной пленки окисла. Алюминий стоек в атмосферных условиях и в концентрированной азотной кислоте, но легко разрушается соляной, серной кислотами и щелочами.

А99 - содержит 99,99% алюминия и 0,01% примесей.

Алюминий высокой частоты применяют для изготовления фольги идущей на электролитические конденсаторы. Основную массу алюминия используют для изготовления сплавов.

Сплавы алюминия: деформируемые и литейные, сплавы получаемые методом порошковой металлургии (САП - спеченные алюминиевые порошки, САС - спеченные алюминиевые сплавы).

 

Литейные - должны обладать высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой и малой склонностью к образованию горячих трещин. Чаще применяют сплавы алюминия и кремния, алюминия и меди, алюминия и магния в которые могут вводится модифицирующие добавки. Литейные сплавы обозначаются АЛ.

Сплавы полученные на основе системы алюминий-кремний - силумины. От 6 до 13% кремния (для изготовления изделий сложной конфигурации и небольшой нагруженности).

Сплавы алюминия и магния имеют высокую коррозионную стойкость для изготовления деталей работающих при высоких температурах.

Сплавы алюминия и меди - для производства фасонного?? Литья. 8% меди - сплавы обладают хорошими литьевыми и механическими свойствами.

 

Деформируемые - делят на сплавы не упрочняемые термической обработкой и сплавы упрочняемые термической обработкой.

Сплавы, не упрочняемые термической обработкой, обладают высокой пластичностью и сопротивляемостью коррозии. Это сплавы алюминий + марганец, алюминий + магний.

Сплавы алюминий + марганец обладают коррозионной стойкостью, пластичностью хорошей свариваемостью. Прочность этих сплавов выше чем у чистого алюминия. Они применяются для изготовления сварных резервуаров для жидкостей и газов.

Сплавы алюминий + марганец - высокая прочность, пластичность, коррозионная стойкость и свариваемость. Применяются для изготовления трубопроводов для бензина и масла, арматуры.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы алюминий - медь - магний, называемые диарамолигенами???. Упрочняют их закалкой с последующим старением.

Медь и магний - основные элементы диарамолигенах, которые придают сплавам высокие механические свойства после соответствующей термической обработки.

Все сплавы диарамолигены обозначают буквой Д и цифрами, которые показывают условный номер марки сплава.

К спекаемым алюминиевым сплавам относят сплавы на основе Al-Al₂О₃, они содержат большое количество легирующих элементов.

 

Магний и его сплавы.

Механические свойства чистого магния не высокие, поэтому для изготовления деталей он не применяется. Магниевые сплавы имеют меньший удельный вес, меньшую электро- и теплопроводность по сравнению с алюминием. Кроме того они сильно подвержены коррозии. Все магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием. Они подразделяются на деформируемые содержащие 7,8-9,2% алюминия, 0,15-0,5% марганца, 0,2-0,8% цинка, магний - остальное, и литейные: 2,5-3,5% алюминий, 0,15-0,5% марганца, 0,5-1,5% цинка, магний - остальное.

Способность магниевых сплавов воспринимать ударные нагрузки позволяет применять их для изготовления деталей подверженных значительным вибрациям. Магниевые сплавы защищают от коррозии оксидированием (образованием оксидных пленок) и нанесением лакокрасочных покрытий.

 

Титан и его сплавы.

Титан широко распространен в земной коре, где его содержится около 0,6%, а по распространенности он занимает 4 место после алюминия, железа и магния.

Титан - металл серебристо-белого цвета, имеющий малую плотность. Температура плавления 1672 ± 5°С. В зависимости от степени его чистоты. Он имеет две полиморфные модификации: a-титан с гексагональной решеткой и высокотемпературную модификацию b-титан с кубической объемно-центрированной решеткой.

Температура полиморфного a«bпревращения составляет 882°С.

Титан имеет низкий модуль упругости, это затрудняет изготовление жестких деталей. Для повышения жесткости приходится увеличивать толщину деталей и их массу.

Хотя титан относится к числу химически активных металлов, он обладает высокой коррозионной стойкостью, т.к. на его поверхности образуется стойкая пленка ТiО₂. Благодаря этому титан и его сплавы не корродируют в атмосфере, прсной и морской воде, а также в кислотах органического происхождения. Из-за высокой химической активности обработку его проводят в вакууме или в атмосфере инертных газов.

Сплавы титана имеют несколько меньшую жаропрочность, чем специальные стали.

Рабочая температура их испарения не превышает 550 – 600 °С. При возрастании температуры выше 500 °С титан и его сплавы легко окисляются и интенсивно поглощают водород и другие газы (азот, кислород). При технических и эксплуатационных нагревах необходимо принимать меры для защиты титана от газонасыщения.

Титан пластичен и легко обрабатывается давлением при комнатной и повышенной температурах. Титан и его сплавы хорошо свариваются, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения.

Основной целью легирования титановых сплавов является повышение механических свойств. Широкое применение нашли сплавы титана с Al, Cr, Mo, Mn. Основным легирующим элементом является Al, который обычно содержится во всех сплавах.

По структуре различают следующие типы сплавов титана:

1) Сплавы с α-структурой, легированные α-стабилизаторами (наиболее используемый Al) 4 - 6% Al в виде твердого раствора.

2) Сплавы (α+β)–структурой (двухфазные), содержащие 4 – 6% Al, ρ–стабилизаторов: Cr, V, Mn, Mo. Сплавы этой группы упрочняются с помощью термической обработки.

3) Сплавы с устойчивой μ-структурой имеют меньшее промышленное применение из-за необходимости использования большого количества дорогих легирующих ванадия, молибдена, ниобия, тантала, к тому же обладающих высокой плотностью. Сплавы этого типа менее пластичны и дороже.

 

Упрочнение титанических сплавов может достигаться легированием, наклепом или термической обработкой.

Термообработка подобна термообработке стали и состоит из закалки от температуры 800-950°С и отпуска(старения) при 450-600°С, но в отличие от стали достигается меньшее упрочнение.

 

Титановые сплавы к повышенному налипанию на инструмент, что затрудняет их механическую обработку.

 

При проведении сплавки титановых сплавов во избежание появления дефектов в швах, необходимо тщательное удаление оксидной пленки.

 

В настоящее время титан широко используется в ракетно-космической промышленности и авиационной техника, в судостроении и транспортном машиностроении, где особенно важную роль играют малая плотность в сочетании с высокой прочностью и сопротивляемостью коррозии. Из сплавов титана делают обшивку фюзеляжа и крыльев самолетов, панели ракет. Морскую аппаратуру, обшивку судов. Титановая обшивка не обрастает ракушками.

 

Высокая стойкость к коррозии делает сплавы титана перспективными для применения в пищевой промышленности. Титан используется в медицине благодаря высокой устойчивости в тканях человеческого организма. Титан не отторгается костной и мышечной тканью и легко обрастает ими.

 

классификация и требования к материалам

 

Электротехнические материалами называются материалы, характеризующимися определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учетом их свойств.

 

Материалы электротехники

электротехнические материалы

конструкционные и специальные

 

слабомагнитные	сильномагнитные
- диэлектрики	- проводящие
- полупроводники	- полупроводящие
- проводники	- непроводящие (диэлектрики)

По поведению в магнитном поле материалы делятся на сильномагнитные (магнетики) и слабомагнитные.

Магнетики широко применяют в технике. По поведению в электрическом поле материалы делят на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрики.

Большинство электротехнических материалов можно отнести к слабомагнитным и практически немагнитным.

Среди магнетиков следует различать проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники – это материалы, основным электронным свойством которых является сильно выраженная электропроводность по сравнению с др. электротехническими материалами. высокая теплопроводность при нормальной температуре.

Полупроводники – материалы, которые являются по своей электропроводности промежуточными между проводниками и диэлектриками отличительным свойством которых является очень сильно выраженная зависимость удельной проводимости от концентрации вида примесей или дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий.

Диэлектрики - материалы, основным эл. свойством которыми является способность к поляризации и в которых возможно существовать электростатические поля.

Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость, чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеянием и выделением механической энергии и тепла.

В различных случаях радиоприменения к диэлектрикам довольно четко определялась потребность в использовании пассивных или активных свойств этих материалов.

На основе пассивных свойств диэлектриков материалы применяют в качестве электроизоляторов или диэлектрических конденсаторов.

Электроизоляцонные материалы называются диэлектриками, если они не допускают утечку электрических зарядов, т.е. с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или только ведущие части устройств в приборах и аппаратах от проводящих, но не только ведущих частей (корпуса, земли).

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, приоэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике.

В зависимости от условия эксплуатации к материалам предъявляются жесткие требования. Изоляционные материалы должны иметь низкие диэлектрические потери, высокую электроплотность, магнитные сердечники должны обладать высокой магнитной проницаемостью и удельным сопротивлением.

Материалы для производства радиоаппаратуры должны быть прямыми, легкими, не боятся тряски, вибрации и ударов. они должны обеспечивать эксплуатации при –60⁰- -80⁰ до +150⁰-+200⁰ С. Также они не должны портиться при чередовании температуры циклов.

Материалы, которые контактируют с внешней средой, должны позволять использовать аппаратуру в странах с тропическим климатом, при влажности 98% и температуры 40⁰ С. материалы должны быть дешевыми.

строение материалов

Основными элементарными частицами, из которых построены все вещества являются протоны, электроны, нейтроны. Из протонов и нейтронов состоит ядро атома. Электронные оболочки атомов компенсируют положительный заряд ядра.

Газы, жидкости и твердые тела состоят из атомов, молекул и ионов. В зависимости от строения внешних оболочек атомов могут образовывать различные виды связи. Наиболее часто встречаются ковалентные и ионные химические связи.

Ковалентные связи (гомеополярная).

При этой связи у веществ объединения атомов в молекулу достигается за счет электронов, которые становятся общими для пар атомов. Молекулы с ковалентной связью бывают полярные и неполярные.

Молекулы, в которой центры положительных и отрицательных ионов совпадают, называются, неполярными (н-р, молекула СН₄)

Если в молекулах центры противоположных по знаку зарядов не совпадают и находятся на некоторых расстояниях друг от друга, то такие молекулы называются полярными или дипольными.

Ионная связь определяется силами притяжения между положительными и отрицательными ионами. Примером ионных кристаллов является галоидные соли щелочных металлов.

Молекулы веществ с ионной связью всегда полярные

Также существуют донорно-акцепторная связь это, когда один атом (донор) отдает электрон другому атому (акцептор) после чего они способны образовывать химические соединения). Также существует в системах, построенных из положительных атомных составов, находящихся в среде свободных электронов.

Притяжение между положительными ____________ и электронами обуславливает целостность металла. Благодаря свободным электронам металлы обладают высокой тепло и электропроводностью.