Свердловская железная дорога – филиал ОАО «РЖД»

Свердловская железная дорога – филиал ОАО «РЖД»

Екатеринбургский учебный центр № 1

Материаловедение

 

 

Опорный конспект

 

 

для всех профессий, изучающих материаловедение

 

 

2013

Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии № 2 «___»_______________2013 г. ______________ Плющий И.Л.

УТВЕРЖДАЮ Заместитель начальника учебного центра №1 ________________ Кашина Т. Г. «_____» ______________ 2013 г.

 

Автор:   преподаватель Екатеринбургского учебного центра № 1 Складнева З.И.

 

 

Опорным конспектом по предмету «Материаловедение» предусматривается изучение строения и свойств различных видов материалов, способов их обработки, методов контроля качества материалов и их примене­ние на железнодорожном транспорте.

 

 

Оглавление

Глава 1. Основы металловедения. 5

Введение. 5

1.1. Строение металлов. 5

1.2. Классификация материалов. 7

1.3. Классификация металлов. 17

1.4. Свойства металлов: физические, химические, технологические и механические. 20

1.5. Основные методы определения механических. 23

свойств металлов. 23

1.6. Основы процесса кристаллизации металлов. 27

1.7. Основы теории сплавов. 30

1.8. Виды коррозии металлов, их сущность. 32

Глава 2. Сплавы железа с углеродом.. 35

2.1. Влияние содержания углерода на свойства стали. 35

2.2. Структурные составляющие сплавов, их характеристика и свойства. 36

2.3. Диаграмма состояния системы сплавов железо-цементит, ее практическое назначение. 37

2.4. Углеродистые стали. Влияние примесей на структуру и механические свойства стали. 40

Глава 3. Стали, чугуны.. 43

3.1. Классификация углеродистых сталей по назначению.. 43

3.2. Стали доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные, их структура. 46

3.3. Чугуны. Влияние основных примесей на структуру и свойства чугунов. 47

3.4. Виды чугунов. Белый и серый чугуны. 47

3.5. Ковкий чугун. 50

3.6. Высокопрочный чугун. 51

3.7. Чугуны доэвтектические, эвтектические, заэвтектические; их структура. 52

Глава 4. Основы термической и химико-термической обработки металлов

4.1. Основные виды термической обработки и их назначение. 54

4.2. Отжиг. Виды отжига и его назначение. Структура и механические свойства стали     после отжига 54

4.3. Закалка стали. 56

4.4. Отпуск стали. 57

4.5. Химико-термическая обработка. 58

Тема 5. Легированные стали и твердые сплавы

5.1. Легирующие элементы и их влияние на механические свойства стали. 61

5.2. Распределение легирующих элементов в стали. 62

5.3. Конструкционные легированные стали. 63

5.4. Классификация и маркировка легированных сталей. 64

5.5. Виды твердых сплавов. 67

Тема 6. Сплавы цветных металлов

6.1. Сплавы цветных металлов. 69

6.2. Сплавы на медной основе. Латунь. 69

6.3. Бронза. 70

6.4. Сплавы на основе алюминия. 73

6.5. Магниевые и титановые сплавы.. 75

Тема 7. Способы обработки конструкционных материалов

7.1. Литейное производство. 78

7.2. Формовочные и стержневые смеси. 78

7.3. Литейные свойства чугуна, стали, цветных металлов. 80

Тема 8. Обработка металлов давлением

8.1. Основные виды обработки давлением.. 83

8.2. Нагрев металла. Режим нагрева. 83

8.3. Прокатка, ее назначение. 84

8.4. Волочение. 85

8.5. Ковка. 86

8.6. Штамповка. 86

Тема 9. Сварка, резка и пайка

9.1. Основные способы сварки. Виды сварных соединений и швов. 88

9.2. Электродуговая сварка металлов. 88

9.3. Контактная сварка. 89

9.4. Газовая сварка металлов. 90

9.5. Электрическая и газовая резка металлов. 90

9.6. Пайка металлов. 93

Тема 10. Электротехнические материалы

10.1. Электроизоляционные, проводниковые, полупроводниковые материалы.. 96

10.2. Общие сведения о магнитных материалах. 98

10.3. Магнитно-мягкие материалы.. 98

10.4. Магнитно-твердые материалы.. 101

Тема 11. Дефекты кристаллического строения. 102

Обозначения 93

Глава 1. Основы металловедения

Введение

 

Производство вагонов, локомотивов, рельсов и других изделий, используемых на ж.д. транспорте, является одним из самых металлоёмких. Для эффективной эксплуатации металлоизделий требуется иметь необходимые знания о свойствах металлов, методах их улучшения и технологических процессах производства и изготовления конструкций.

Правильный выбор материала детали и технологии её изготовления обеспечивает надёжную работу всей конструкции. Если материал детали не удовлетворяет эксплуатационным требованиям, то такая деталь будет быстро выходить из строя, при этом необходима её замена или произведение ремонтно-восстановительных работ. Это изначально увеличивает эксплуатационные расходы, снижает производительность и надёжность конструкции в целом.

Ремонтные работы, связанные со сваркой и наплавкой, являются более сложной и ответственной операцией, чем изготовление, т.к. неравномерный нагрев приводит к появлению остаточных растягивающих напряжений от термодеформационного цикла сварки и возникновению дополнительных напряжений. Высокий уровень возникающих напряжений способствует зарождению и дальнейшему распространению трещин, что, в конечном итоге, может привести к полному разрушению детали и возникновению аварийной ситуации.

Материаловедение - это наука о взаимосвязи электронного строения, структуры материалов с их составом, физическими, химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами, о методах термической и механической обработки, процессах изготовления и ремонта деталей и конструкций.

 

Строение металлов

 

У веществ в твёрдом состоянии строение кристаллическое или аморфное. В кристаллическом веществе атомы расположены по геометрически правильной схеме и на определённом расстоянии друг от друга. У аморфных веществ (стекле, канифоли) расположение атомов случайно, хаотично. У всех металлов и их сплавов строение кристаллическое (имеют кристаллическую решётку). Кристаллическая решётка состоит из элементарных ячеек.

Элементарнаяячейка – кристаллическая решётка наименьшего объёма, повторяется непрерывно в трёх измерениях множество раз, образуя пространственную кристаллическую решётку.

 

Рис.1.1. Схема кристаллической решетки

 

Всего для кристаллических тел существует 14 типов решеток. Большинство металлов образуют одну из высокосимметричных сложных решёток с плотной упаковкой атомов:

 

1. Объемноцентрированная кубическая (ОЦК), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре. Кубическая объёмно-центрированная решётка характерна для тугоплавких металлов (Na, K, V, Nb, Cr, Mo, W, Ti, Feα).	Рис. 1.2
2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК), атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней (Ag, Au, Pt, Cu, Al, Pb, Ni)	Рис. 1.3
3. Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник: · простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2-х оснований (углерод в виде графита); (Be, Mg, Zn, Cd) · плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).	Рис. 1.4

Контрольные вопросы

 

1. Дайте определение элементарной ячейки

2. Назовите основные параметры кристалла

3. Что подразумевают под размерами рёбер элементарной ячейки?

4. Как обозначают углы между осями рёбер ячейки?

5. На что указывает координационное число (Z)?

6. Дайте определение базиса решетки.

7. Дайте определение плотности упаковки атомов в кристаллической решетке.

8. Всего для кристаллических тел существует 14 типов решеток.

9. Как  располагаются атомы в объемноцентрированной кубической решётке (ОЦК)?

10. Как  располагаются атомы в гранецентрированной кубической решётке (ГЦК)?

11. Как  располагаются атомы в гексагональной решётке, в основании которой лежит шестиугольник:

· в простой –?

· в плотноупакованной (ГПУ) –?

 

Классификация материалов

 

Классификация материалов: неметаллические, электротехнические, строительные, смазочные, а также топливо.

Неметаллические материалы резина, стекло, керамика, пластмассы, ситаллы.

Резина (от лат. resina - смола) - эластичный мате­риал, образующийся в результате специальной обработ­ки (вулканизации) смеси каучука, вулканизирующих веществ (агентов) и различных добавок.

 

Ингредиенты вводятся в состав резины для улучше­ния её физико-химических свойств.  

Противостарители - для замедления процессов старения резины.

Наполнители - для повышения её механических свойств (углеродистая и белая сажа, окись цинка и др.) или удешевления ее стоимости (мел, тальк, барит, резиновый регенерат) в виде порошка или тканей - корд, асбестовая ткань и др.

Ускорители (полисульфиды, окислы цинка, магния и др.) -  для изменения режимов вулканизации и свойств вулканизаторов.

Мягчители (парафин, вазелин, битумы, стеари­новая кислота, растительные масла, дибутилфталат) об­легчают переработку резины, увеличивают эластичность и морозостойкость.

Красители (минеральные или орга­нические) - для окраски резины.

Резина применяется в основном для производства шин (свыше 50%), резиновых технических изделий (около 22%), кабелей, герметиков, клеев, одежды, обу­ви и др.

Различают резины общего и специального назначе­ния. К резинам общего назначения относятся вулканиза­ты натурального и искусственных каучуков Специальные резины под­разделяются на маслобензостойкие, термостойкие (ин­тервал рабочих температур от —60 до +250°C), моро­зостойкие (температура стеклования - 75°C и ниже), светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические (электроизоляционные и электропроводные) и др.

 

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются материалы?

2. Как классифицируются неметаллические материалы?

3. Дайте определение резины.

4. Какие ингредиенты вводятся в состав резины для улучше­ния её физико-химических свойств?

5. Назовите область применения резины.

 

Стекло — это твердый прозрачный аморфный мате­риал, получаемый охлаждением стеклообразных распла­вов различного химического состава.

Преимущества стекла:

- высокое светопропус­кание (до 90 % видимой части спектра),

- химическая стойкость (снижа­ется при наличии окислов лития, натрия, калия, бария, свинца),

- низкая теплопроводность,

- ценные художествен­но-декоративные свойства.

Стекло — диэлектрик, что обусловливает его широкое применение для изготовления электроизоляторов.

Недостатки:

- по­вышенная хрупкость,

- малое сопротивление изгибу и рас­тяжению,

- невысокая термостойкость. Наиболь­шей термостойкостью (до 1000°C) обладают кварцевые стекла.

По назначению стекло подразделяется:

- на техническое (оптическое, химико-лабораторное, медицинское, электро­техническое, конструкционное),

- строительное (оконное, витринное, профильное, армированное, облицовочное и др.),

- бытовое (зеркальное, мебельное, тарное и др.).

 

Контрольные вопросы

                                                                                  

1. Дайте определение стекла.

2. Назовите преимущества  стекла.

3. Назовите недостатки стекла.

4. Назовите классификацию стекла по назначению.

 

Керамика -  материал, получаемый из глинистых веществ с минеральными или органическими добавками или без них путем формования и последую­щего обжига.

Основным компонентом сырьевой массы для произ­водства керамики являются глины и каолины, которые смешиваясь с водой, образуют плас­тичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело.

Вредные примеси: окислы железа и мар­ганца, углекислые и сернокислые соли, понижающие ог­неупорность глин, приводящие к образованию в процес­сах обжига трещин и вздутий (дутик), белых налетов (высолов), придающих изделиям красно-бурую окраску.

Для придания необходимых свойств глинам и кера­мике в состав сырьевых материалов вводятся различные добавки:

· отощающие (шамот - обожженная и размолотая глина; шлаки, кварцевые пески, пылевидный кварц, кремень) - для уменьшения пластичности, воздушной и огневой усадки при сушке и обжиге, предотвращения деформации и трещин в изделиях;

· выгорающие (опилки, торф, молотый мел) - для по­рообразования и повышения теплозащитных свойств;

· уплотняющие - для понижения температу­ры спекания и огнеупорности (полевые шпаты, доломит, железная руда, магнезит, тальк, мел);

· окрашивающие (окислы железа, кобальта, хрома) - для получения цветной керамики.

По характеру строения черепка различают тонкую и грубую керамику.

По плотности керамика подразделяется на плотную (водопоглощение менее 5 %) и пористую (водопоглощение более 5 %). К плотной керамике относятся фар­фор, плитки для полов, клинкерный кирпич, к пори­стой— глиняный кирпич, фаянс, черепица и др.

По назначению строительные керамические материа­лы и изделия подразделяются на стеновые, облицовоч­ные и отделочные, кровельные, кислотоупорные, огне­упорные, санитарно-технические, специальные и трубы.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение керамики.

2. Что является основным компонентом сырьевой массы для произ­водства керамики?

3. Какое влияние на свойства керамики оказывают вредные примеси в её составе?

4. Какое влияние на свойства керамики оказывают различные добавки в её составе?

5. Назовите классификацию керамики по плотности.

6. Назовите классификацию керамики по назначению.

Пластмассы – твёрдые полимер­ные материалы, которые вследствие своей пластичности способны под воздействием тепла и давления принимать и устойчиво сохранять придаваемую им форму. По составу представляют собой композиционные ма­териалы, основу которых составляют высокомолекуляр­ные соединения (30-60%) и, кроме того, наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, смазывающие вещест­ва, катализаторы, антистатики, антипирены, красители и газообразователи.

Наполнители (40-70 %) вводятся для повышения механической прочности, теплостойкости, улучшения электроизоляционных, фрикционных и антифрикционных свойств, уменьшения усадки и снижения стоимости пластмасс. Ор­ганические наполнители: древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древес­ный шпон; неорганические: асбест, графит, слюда, кварц, стеклоткань, стекловолокно.

Пластификаторы (дибутилфталат, трикрезолфосфат и др.) для увеличения текучести, элас­тичности, гибкости и морозостойкости пластмасс, умень­шения их хрупкости.

Стабилизаторы (ароматические амины, фенолы, га­зовая сажа), повышаю­т стойкость пластмасс против старения.

Смазывающие вещества снижают вязкость компози­ций и предотвращают прилипание пластмасс к обору­дованию в процессах изготовления изделий.

Катализаторы (отвердители) - ускоряю­т процесс отверждения пластмасс.

Антистатики уменьшают их электризацию в процес­сах переработки и использования, антипирены понижа­ют горючесть.

Красители применяют для производства цветных пластмасс, а газообразователи представляют собой ве­щества, которые при нагревании переходят в газообраз­ное состояние и используются для получения вспененных (газонаполненных) пластмасс.

Пластмассы подразделяют по назначению на сило­вые (для изготовле­ния деталей, несущих силовые нагрузки), ударопрочные (устойчивые к ударным нагрузкам), антифрикционные (обладают малым коэффициентом трения) и фрикционные (обладают большим коэффициентом трения), термо-, радиационно-, тропико-, вибро-, тепло- и звукоизоляционные (для изоляции оборудования и строительных конструк­ций от воздействия перепадов температур и шума),  влагохимостойкие, электроизоляционные (для изоляции арматуры токопроводящих частей электрообо­рудования и проводов), прокладочно-уплотнительные (для обеспечения герметичности подвижных и неподвиж­ных соединений узлов), светотехнические, оптические (прозрач­ные) и декоративные.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение пластмассы.

2. Назовите классификацию пластмассы по назначению.

3. Какое влияние на свойства пластмассы оказывают наполнители?

4. Какое влияние на свойства пластмассы оказывают пластификаторы и стабилизаторы?

5. Какое влияние на свойства пластмассы оказывают смазывающие вещест­ва и катализаторы?

6. Какое влияние на свойства пластмассы оказывают антистатики и антипирены?

7. Какое влияние на свойства пластмассы оказывают красители и газообразователи?

Строительные материалы.

По виду сырья и способу производства различают природные материалы (песок, щебень, бутовый камень), мине­ральные (неорганические) вяжущие вещества и матери­алы на их основе, органические вяжущие вещества и материалы на их основе, керамические материалы и из­делия, стекло и стеклоизделия, лесные и бумажные ма­териалы, металлы и металлоизделия, материалы и изделия из пластмасс и лакокрасочные материалы.

По назначению строительные материалы подразделя­ются на стеновые, вяжущие, кровельные, теплоизоляци­онные, отделочные, огнеупорные, акустические и для са­нитарно-технических нужд.

По области применения природные каменные ма­териалы могут быть классифицированы на строительныеи облицовочныематериалы из массивных горных пород(облицовочные, декоративные, кислотоупорные, огнеупор­ные, дорожные и стеновые, штучные камни, щебень, гра­вий, а также песчаные, песчано-гравийные и песчано-галечные материалы из рыхлых осадочных пород для бетонов, растворов и дорожных работ).

 

Контрольные вопросы

 

1. Назовите классификацию строительных материалов по виду сырья.

2. Назовите классификацию строительных материалов по способу производства.

3. Назовите классификацию строительных материалов по назначению.

4. Назовите классификацию природных каменных ма­териалов по областиприменения.

 

Смазочные материалы - вещества, вво­димые между трущимися поверхностями различных уз­лов машин и механизмов для уменьшения силы трения и снижения их износа; за­щищают материалы от коррозии, охлаждают трущиеся поверхности; предотвращают образование отло­жений, выполняют функции рабочей жидкости (в гидравлических и регулирующих системах), уплотнительной и теплоотводной среды.

По происхождению подразде­ляются на органические, неорганические и элементорга­нические (состоящие как из органических, так и неорга­нических веществ). Органические делятся на раститель­ные, животные, нефтяные и искусственные (продукты переработки каменноугольной, торфяной и сланцевой смол), а неорганические — на природные (графит, тальк, слюда) и синтетические (сульфиты вольфрама и молиб­дена, нитрид бора, синтетическая слюда и др.).

По агрегатному состоянию смазочные материалы под­разделяются на твердые, жидкие и пластичные (консис­тентные).

Смазочные материалы, находящиеся при обычной тем­пературе в жидком состоянии, называются маслами. По назначению масла подразделяются на:

- моторные – (для уменьшения из­носа деталей двигателя, снижения потерь энергии на тре­ние, выполняют функции теплоотводящей среды в зазо­рах между поршневыми кольцами и стенками цилиндров); в зависимости от типа двигателя масла подразделяются на авиационные (наиболее вы­сококачественные) и автомобильные (карбюраторные, ди­зельные, автотранспортные, реактивные);

- трансмиссионные - для смазки зуб­чатых передач (цилиндрических, конических, гипоидных и др.) в коробках передач, ведущих мостах, механизмах рулевого управления, бортовых передачах, а также в гидравлических приводах машин и механизмов;

- индустриальные - для смазыва­ния подшипников и пар трения металлообрабатывающих станков, промышленного оборудования, контрольно-измерительной аппаратуры, а также применения в качест­ве рабочей и закалочной жидкости и для изготовления консистентных смазок. Эти масла работают при темпе­ратурах, редко превышающих 50—60°C, и подразделя­ются на масла общего и специального назначения;

- турбинные;

- компрес­сорные - для смазки поршневых и ротационных компрессоров, воздуходувок и холодильных машин. Они работают в условиях высоких температур (200-220°C) и давления (15,0-20,0 МПа);

- трансформаторные масла применяются в качестве диэлектрика и теплоотводящей среды (марок TK, T-750, T-1500 и ПТ). Вязкость этих масел при 50°C составляет - 9,6 сСт, цифры в маркировке указывают предел напряже­ния, кВ.

Конденсаторные масла предназначены для заливки и пропитки изоляции конденсаторов, кабельные масла (МН-4, С-220, КМ-25) -для использования в качестве пропиточной и изолирующей среды в маслонаполненных кабелях.

Цилиндровые масла применяются для смазывания го­рячих частей паровых молотов и насосов, судовых ма­шин. Они обладают высокой термоокислительной ста­бильностью, хорошими антикоррозионными и антинагар­ными свойствами.

Консервационные масла применяют для защиты от коррозии металлических узлов, деталей и инструмента.

В последнее время всё большее внимание уделяется регенерации (восстановлению качества отработанных ма­сел). Это позволяет увеличить ресурсы смазочных мате­риалов, предотвратить загрязнение окружающей среды, более рационально использовать топливно-энергетические ресурсы. Регенерация отработанных масел осуществля­ется на специальных установках или заводах. Все отра­ботанные нефтепродукты поставляются группами: масла моторные отработанные (MMO); масла индустриальные отработанные (МИО); смесь нефтепродуктов отработан­ных (CHO).

В народном хозяйстве находят широкое применение также технологические (соляровое - для замасливания хлопка, мягчители резины) и белые масла (парфюмер­ные, вазелиновые и др.).

Смазка железнодорожная ЛЗ - ЦНИИ (ГОСТ 19791-74) применяется в роликовых подшипниках же­лезнодорожных вагонов при температурах от -60 до +100°C, цвет мази - от желто- до темно-коричневого.

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение смазочных материалов.

2. Назовите классификацию смазочных материалов по происхождению.

3. Назовите классификацию смазочных материалов по агрегатному состоянию.

4. Дайте определение масла.

5. Назовите классификацию масел по назначению.

6. Назовите область применения моторных масел.

7. Назовите область применения трансмиссионных масел.

8. Назовите область применения индустриальных масел.

9. Назовите область применения компрес­сорных масел.

10. Назовите область применения трансформаторных масел.

11. Назовите область применения консервационных масел.

Топливо - горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. На практике топливом считают только те вещества, которые воспламеняются при умеренной температуре, имеют высокую теплотворную способность и могут быть получены в достаточном количестве доступными средствами.

К природным топливам органического происхождения относятся торф, каменные и антрацитные угли, нефть и природный газ. Эти материалы часто называют ископаемыми топливами, так как они являются конечными продуктами физико-химических превращений окаменевших остатков растений.

Все они являются ценным сырьем для производства различных химических продуктов, горючего для двигателей и масел для смазки, а также служат источниками тепла и электрической энергии.

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость с характерным запахом. Цвет нефти (зависит от растворенных в ней смол) - черный, темно-бурый, иногда буро-зеленоватый. Встречается слабоокрашен­ная в желто-зеленый цвет и даже бесцветная нефть.

Моторные топлива - это светлые нефтепродукты, применяемые для сжигания в двигателях. В зависимос­ти от типа двигателя они подразделяются на карбюра­торные, дизельные и реактивные.

Общим для всех видов моторного топлива свойством является высокая теплота сгорания. Например, дизель­ное топливо и бензины имеют низшую теплоту сгорания 42-43 МДж/кг. Чем выше теплота сгорания, тем ниже удельный расход топлива.

Преимуществами газообразного топлива, расширяю­щими его применение, являются высокая теплотворная способность, отсутствие золы при сгорании, меньшее за­грязнение воздуха отработанными газами, возможность автоматизации процессов и режимов горения, легкость транспортирования, удобство пользования, значительные запасы в природе. Основной недостаток газообразного топлива - высокая взрывоопасность.

По происхождению газообразное топливо подразделя­ется на естественное и искусственное. К естественному относится природный и попутный газы, к искусственно­му - газы, получаемые при переработке твердых и жид­ких топлив.

На глубине при повышенном давлении все углеводо­родные газы (кроме метана) переходят в жидкое состояние. При вскрытии таких залежей на поверхность вы­рывается газ, состоящий на 90 % из метана. Остальные газы остаются в пластах в виде прозрачной жидкости, состоящей почти полностью из бензина. Это так называ­емый газовый конденсат.

Наиболее распространенным искусственным газовым топливом является коксовый, доменный и генераторный газы.

Коксовый газ получают при коксовании твердого топ­лива. Его низшая теплота сгорания 16 МДж/м³, а содер­жание метана - 25,5 %. Он используется для отопления коксовых, мартеновских и стекловаренных печей, для коммунально-бытовых нужд и как сырье в химической промышленности.

Доменный газ является побочным продуктом выплав­ки чугуна. Его теплотворная способность достигает 3,8 МДж/м³. Низкая теплота сгорания и большое количе­ство пыли вызывают необходимость его смешивания с коксовым газом и дополнительной очистки.

Генераторный газ получают при окислении (газифи­кации) твердого топлива в специальных установках-гене­раторах. В зависимости от окислителя генераторный газ вырабатывается воздушный (окислитель - воздух), во­дяной (окислитель - водяной пар) и парокислородный (окислитель - смесь водяного пара и кислорода).

По агрегатному состоянию различают сжиженный и сжатый газы.

Сжиженные газы при температуре от -30°C до +40°C или давлении 0,2-1,6 МПа находятся в жидком состоянии, а при повышении температуры или уменьше­нии давления переходят в газообразное состояние. Их получают на газоконденсаторных установках при газо­вых месторождениях и как побочный продукт при пере­работке нефти. Теплота сгорания 44,8-46,9 МДж/м³. Выпускаются трех марок: пропан технический; бутан технический и смесь пропана и бутана — пропан-бутан.

Сжитые газы находятся в баллонах и трубопрово­дах в сжатом состоянии под давлением до 20 МПа. Сжатые газы выпускаются трех марок: коксовый ме­танизированный, коксовый обогащенный и природный.

По назначению различают газообразное топливо для коммунально-бытовых нужд, для газобаллонных авто­мобилей и газ углеводородный топливный.

К твердому топливу относятся ископаемые угли (ант­рацит, полуантрацит, каменные, бурые), торф, горючие сланцы, древесное топливо и его искусственные виды - кокс, полукокс, термоантрацит, древесный уголь.

Ископаемые угли - твердые горючие полезные иско­паемые осадочного происхождения. Они состоят из орга­нических веществ (продуктов преобразования растений и микроорганизмов), а также минеральных примесей. Угли залегают в земных недрах в виде пластов или лин­зообразных образований, имеют массивную, слоистую или зернистую структуру и цвет от коричневого до чер­ного.

Состав и свойства углей и других видов ископаемо­го твердого топлива, определяются их геологическим и химическим возрастом.

Геологический возраст - это время, на протя­жении которого образовалось топливо. Химический возраст (степень метаморфизма) свидетельствует о глу­бине преобразований исходного материала.

Наилучшие свойства у антрацита, выс­шая теплота сгорания которого 33,9-34,8 МДж/кг.

Антрацит, полуантрацит и каменные угли механически прочны, обладают высокой теплотой сгорания, стойки при хранении, поэтому являются топливом союзного зна­чения. Бурые угли химически более молоды, а поэтому и менее качественны. Они отличаются повышенным содержанием серы (до 5 %), кислорода и азота (до 17-20 %), влажностью (20-55 %). Для них характерна термичес­кая неустойчивость, небольшая твердость, малая меха­ническая прочность. На воздухе бурые угли выветрива­ются, превращаясь в угольную пыль, склонны к окисле­нию и самовозгоранию. Поэтому они относятся к топливу местного значения.

В зависимости от химического возраста бурые угли подразделяются на лигниты, землистые и смо­листые. Наиболее качественными являются смолистые, наименее качественными - лигниты.

Торф - самое молодое по возрасту ископаемое твер­дое топливо. По внешнему виду -  рыхлая масса от бурого до черного цвета, образовавшуюся вследствие преобразований органических веществ под слоем воды без доступа воздуха. Торф относится к мест­ному топливу и применяется для отопительных целей и получения теплоэнергии на электростанциях, является сырьем для химической переработки, изготовления строительных материалов (торфоплит) и получения компостированных удобрений.

Горючие сланцы - продукты преобразования органического ила (сапропеля) на дне водоемов без доступа воздуха, его смешивания с известняками» глиной, песком. Они отличаются повышенной сернистостью (до 4,5%), влажностью (до 20 %) и зольностью, вследствие чего относятся к местному топливу. Лучшими из них являются прибалтийские.

Древесное топлив о - это дрова, а также отходы лесо­заготовок и лесопильно-деревообрабатывающих производств. Его качество зависит от породы древесины, влажности, возраста, наличия пороков и др.

В зависимости от размеров различают дрова - швырок (0,25—1 м) и дровяное долготье (более 1 м).

С точки зрения энергетического использования дре­весина по сравнению с другими видами топлива имеет ряд преимуществ:

· это единственный вид топлива, естественно возобновляющийся в природе;

· сжигание древесины не нарушает равновесие в природе, поскольку при этом из атмосферы поглощается кислород, выделившийся в процессе жизнедеятельности деревьев;

· древесина практически не содержит одной из вреднейших примесей топлива - серы.

Свойства древесины в значительной степени зависят от влажности. В зависимости от содержания влаги, различают мокрую древесину с влажностью более 100%, свежесрубленную – 35-40%, воздушно-сухую – 15-20%, комнатно-сухую – 8-12% и абсолютно сухую древесину. Условно за стандартную влажность, на которую пересчитывают все показатели свойств древесины, принята влажность 12%.

 

Контрольные задания

1. Дайте определение топлива.

2. Дайте определение нефти.

3. Дайте определение моторного топлива.

4. Что является общим свойством для всех видов моторного топлива?

5. Как подразделяется газообразное топливо по происхождению?

6. Как подразделяется газообразное топливо по агрегатному состоянию

7. Назовите классификацию твёрдого топлива.

8. Чем определяется состав и свойства углей, и других видов ископаемого твердого топлива?

9. Дайте определение геологического возраста топлива.

10. Дайте определение химического возраста топлива.

11. Дайте определение торфа.

12. Дайте определение горючих сланцев.

13. Дайте определениедревесного топлива.

14. Назовите классификацию древесного топлива в зависимости от размеров.

Классификация металлов

 

В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место.

Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике. Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми:

· «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);

· высокая пластичность;

· высокая теплопроводность;

· высокая электропроводность.

· положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, означающий рост сопротивления с повышением температуры и сверхпроводимость многих металлов (около 30%) при температурах, близких к абсолютному нулю;

· термоэлектронная эмиссия, т.е. способность к испусканию электронов при нагреве;

· кристаллическое строение в твердом состоянии.

Все металлы и сплавы можно разделить на две группы: чёрные и цветные.

Чёрные металлы имеют тёмно-серый цвет. К ним относятся железо и сплавы на его основе (сталь и чугун). Железо обладает полиморфизмом (способностью изменять строение кристаллической решётки при нагреве до определённых температур).

Цветные металлы в большинстве окрашены в красный, жёлтый или белый цвет. Для многих из них характерно отсутствие полиморфизма.

В соответствии с температурой плавления и затвердевания металлы делятся на:

· низкоплавкие (лёгкоплавкие), температура плавления ниже 1000°С;

· высокоплавкие -  интервал температур от 1000° до 2000°С;

· тугоплавкие - температура плавления выше 2000°С.

По сходным свойствам металлы можно разделить на:

· Железные металлы – железо (Fе), кобальт (Со), никель (Ni) – так называемые ферромагнетики и близкий к ним по свойствам марганец (М);

· Тугоплавкие металлы – молибден (Мо), тантал (Та), вольфрам (W) и другие.

· Урановые металлы – актиноиды, имеющие преимущественное применение в сплавах для атомной энергетики;

· Редкоземельные металлы (РЗМ) – лантан (Lа), церий (Се), неодим (Nd), празеодим (Рr), и др., объединяемые под названием лантаноидов, и сходные с ними по свойствам иттрий (Y) и скандий (Sс);

· Щелочноземельные металлы в свободном металлическом состоянии применяются в особых случаях;

· Лёгкие металлы - бериллий (Be), магний (Mg), алюминий (Al), обладающие малой плотностью;      

·   Благородные металлы – серебро (Ag), золото (Au), металлы платиновой группы: платина (Pt), палладий (Pd), иридий (Ir), родий (Rh), осмий (Os), рутений (Ru). К ним может быть отнесена и «полублагородная» медь   (Cu);

Лёгкоплавкие металлы - цинк (Zn), кадмий (Cd), ртуть (Hg), олово (Sn), свинец (Pb), висмут (Bi), таллий (Ti), сурьма (Sb) и элементы с ослабленными металлическими свойствами - галлий (Ga), германий (Ge).

Тяжёлые условия эксплуатации подвижного состава железной дороги (длительный срок службы и