МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

 

 

620.22(07)

Г82

 

 

Грибанов А.И.

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

    Челябинск

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедение – наука, изучающая металлические и неметаллические материалы, применяемые в технике, и объективные зависимости их свойств от химического состава, строения (структуры) и способа обработки.

Решение многих технических проблем, связанных с уменьшением массы машин и приборов, повышением их надёжности и работоспособности во многом зависит от развития материаловедения. Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии. Но материаловедение развивается в основном экспериментально. Поэтому разработка новых методов исследования строения и физико-механических свойств материалов способствует развитию материаловедения.

Значительный вклад в развитие науки о материалах внесли русские и советские учёные. П.П. Аносов (1799–1851 гг.) установил связь между строением стали и её свойствами. Д.К. Чернов (1839–1921 гг.) открыл полиморфизм стали. Н.С. Курнаков (1860–1941 гг.) занимался разработкой методов физико-химического исследования и классификацией сложных фаз в металлических сплавах.

Большой вклад в развитие материаловедения внесли зарубежные учёные: А. Ле-Шателье (Франция), Р. Аустен (Англия), М. Лауэ и П. Дебай (Германия) и др.

 

 

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

 

Общая характеристика и структурные методы исследования металлов

Существуют две разновидности твёрдых тел, отличающиеся своими свойствами, кристаллические и аморфные. Кристаллические тела при нагреве остаются твёрдыми до вполне определённой… Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в…

Атомно-кристаллическая структура металлов

– высокой теплопроводностью и электропроводностью; – термоэлектронной эмиссией, то есть способностью испускать электроны при… – непрозрачностью и металлическим блеском;

Дефекты кристаллического строения

В реальных кристаллах нет идеально правильного расположения атомов во всём объёме кристалла. Всегда имеются нарушения правильности расположения атомов. Эти нарушения называются дефектами кристаллического строения (ДКС). Они делятся на: 1) точечные; 2) линейные; 3) поверхностные.

Точечные дефекты

  а) б) в)

Линейные дефекты

Мысленно надрежем идеальный кристалл и в образовавшуюся щель вставим дополнительную атомную полуплоскость (экстраплоскость). Такой «клин» искажает…  

Поверхностные дефекты

Поликристалл содержит огромное число мелких зёрен. Границы зёрен представляют собой переходную область, в которой кристаллическая решётка одного…  

Строение сплавов

В сплавах в зависимости от физико-химического взаимодействия могут образовываться следующие фазы: 1) жидкие растворы; 2) твёрдые растворы; 3)… Твёрдыми растворами называют фазы, в которых атомы одного элемента… Различают твёрдые растворы замещения (рис. 1.7, а) и внедрения (1.7, б). При образовании твёрдых растворов замещения…

Химические соединения

В отличие от твёрдых растворов химические соединения обычно образуются между элементами, которые имеют большое различие в строении атомов и… Наилучшие механические свойства имеют те сплавы, основой которых являются…  

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

Переход металла из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. При кристаллизации система переходит к термодинамически более устойчивому… Выше температуры Т0 более устойчив жидкий металл. Он имеет меньший запас…

ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Упругая и пластическая деформация

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешних сил. Различают упругую и пластическую деформации. Упругой называют деформацию, влияние которой на форму, размеры, структуру и… В случае возрастания касательных напряжений сверх определённой величины деформация становится необратимой. При снятии…

Механизм пластической деформации

В монокристаллах пластическая деформация может осуществляться двумя способами: 1) скольжением; 2) двойникованием. Скольжение – это сдвиг одной части…  

Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла

1) изменяются форма и размеры зёрен. До деформации металл имеет равноосную структуру. В процессе деформации зёрна вытягиваются вдоль плоскостей… До деформации После пластической деформации

Разрушение металлов

Разрушение – это процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Разрушение может быть хрупким или вязким. Механизм зарождения трещин одинаков… При своем росте трещина окаймлена узкой зоной пластической деформации. На создание этой зоны затрачивается…

ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА

ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА

Возврат и полигонизация

При нагреве до сравнительно низких температур (ниже 0,2…0,3 Тпл) начинается процесс возврата. Возвратом называют изменение тонкой структуры и… В процессе возврата различают две стадии. При более низких температурах (ниже… Вторая стадия возврата – полигонизация. При полигонизации в пределах каждого зерна образуются новые малоугловые…

Рекристаллизация

Рекристаллизация происходит при более высоких температурах и состоит из трёх стадий: 1) первичная (обработки); 2) собирательная; 3) вторичная. При первичной рекристаллизации происходит возникновение зародышевых центров… Наименьшая температура нагрева, при которой зарождаются новые зёрна, называется температурой рекристаллизации (Трек).…

Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла

На размер зерна после рекристаллизации влияют следующие факторы: 1) размер исходного зерна: чем меньше его размер, тем меньше размер и…   D e e4 …

Холодная и горячая деформации

Холодная – это такая деформация, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации (tдеф<tрек). Холодная деформация… Горячая – это такая деформация, которую проводят при температуре выше… Горячую деформацию в зависимости от состава сплава и скорости деформации проводят при температурах 0,7…0,75 Тпл.

ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

Компоненты и фазы в системе железо-углерод

Строение любых сплавов отражается диаграммой состояния. Чтобы экспериментально построить диаграммы состояния сплавов, образованных двумя…  

Железо

Железо – металл сероватого цвета. Атомный номер 26. Чистое железо содержит 99,999 % Fe, технические сорта 99,8…99,9 %. Температура плавления железа 1539 °С. Железо является полиморфным металлом.

До 911 °С – кристаллическая решётка ОЦК (Fe_α),

911…1392 °С – кристаллическая решётка ГЦК (Fe_γ),

1392…1539 – кристаллическая решётка ОЦК (Fe_α ,Fe_δ).

До температуры 768 °С α-железо ферромагнитно, выше парамагнитно. Температуру 768 °С, при которой происходит переход от ферромагнитного состояния к парамагнитному, называют точкой Кюри и обозначают А₂ . Плотность α-железа – 7,68 г/см³ .

Критическую точку перехода αγ при температуре 911 °С обозначают при нагреве Ас₃, а при охлаждении Аr₃ . Критическую точку перехода γα при температуре 1392 °С обозначают при нагреве Ас₄, а при охлаждении Аr₄.

Железо, как и другие чистые металлы, обладает низкой твёрдостью и прочностью, но высокой пластичностью и вязкостью. Железо со многими элементами образует твёрдые растворы, причём с металлами – твёрдые растворы замещения, с неметаллами, в том числе с углеродом, – твёрдые растворы внедрения.

Твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе называют ферритом. Он имеет ОЦК решётку.

Твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железе называют аустенитом. Он имеет ГЦК решётку.

Растворимость углерода в γ-железе больше, чем в α-железе.

Углерод

Железо с углеродом образует три химических соединения: 1) Fe3С (6,67 % С, остальное Fe). Это химическое соединение – карбид железа называется…  

Цементит

  5.2. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe–Fe3C) (метастабильное равновесие)

Формирование структуры углеродистых сталей

При медленном охлаждении

По структуре в медленно-охлажденном состоянии углеродистые стали делятся на три группы: 1) эвтектоидная (С=0,8 %); 2) доэвтектоидные (С от 0,02 до… Рассмотрим фазовые превращения в сталях при охлаждении. 1) Доэвтектоидная сталь с содержанием С=0,6 % (I) (рис. 5.4).

Формирование структуры белых чугунов

В зависимости от содержания углерода белые чугуны делятся на три группы: 1) эвтектический (С=4,3 %); 2) доэвтектические (С от 2,14 до 4,3 %); 3)… Рассмотрим фазовые превращения в белых чугунах при охлаждении.  

ЧУГУНЫ

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, в которых углерода содержится более 2,14 %. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита или графита, а также одновременно в виде цементита и графита. В зависимости от формы углерода в сплавах различают белые, серые, ковкие, высокопрочные чугуны.

Белые чугуны

В структуре белых чугунов много цементита. Он обладает высокой твёрдостью и хрупкостью. Белые чугуны не поддаются пластической деформации и…  

Серые чугуны

Серые чугуны кристаллизуются по диаграмме состояний железо–графит. Чугун с одним и тем же количеством углерода может быть белым и серым. Если…  

Высокопрочные чугуны

Шаровидная форма графита не является активным концентратором напряжений и поэтому меньше ослабляет металлическую основу. Высокопрочные чугуны… По ГОСТу 1985 года высокопрочный чугун маркируется только цифрой, которая… Высокопрочные чугуны применяют в различных отраслях промышленности. Они заменяют сталь во многих конструкциях и…

Ковкие чугуны

Ковкий чугун получают из белого чугуна в результате длительного нагрева при высоких температурах. Этот процесс называется графитизирующим отжигом. … В процессе отжига цементит разлагается с образованием графита хлопьевидной… Структура металлической основы определяется режимом отжига. По структуре металлической основы ковкие чугуны делятся на…

СТАЛИ

 

Примеси в сталях

Промышленные стали, помимо основных элементов (железа и углерода), всегда содержат и другие элементы. Эти элементы можно разделить на 4 группы: 1)… Легирующие элементы вводятся в сталь для получения специальных свойств. К… Стали, содержащие легирующие элементы, называют легированными или специальными.

Влияние углерода на свойства стали

Феррит – мягкий и пластичный, а цементит – твердый и хрупкий. Количество цементита увеличивается пропорционально концентрации углерода. По мере…  

Влияние постоянных примесей на свойства стали

Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, сера и фосфор. Марганец является полезной примесью. Он вводится в сталь для раскисления.… Кремний также полезная примесь. Он вводится в сталь в качестве активного раскислителя и остается в ней в количестве до…

Влияние легирующих элементов на критические точки железа

К первой группе относятся никель и марганец. Эти элементы понижают температуру точки А3 и повышают температуру точки А4. На диаграмме состояния… Ко второй группе относятся Cr, Mo, V, W, Si и ряд других элементов. Они… При определенной концентрации легирующих элементов критические точки А3 и А4 сливаются. Сплавы при всех температурах…

Классификация сталей

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные.

По концентрации углерода те и другие стали делят на низкоуглеродистые (С<0,3 %), среднеуглеродистые (С=0,3…0,6 %) и высокоуглеродистые (С>0,6 %).

Легированные стали в зависимости от введенных элементов делятся на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т.д.

По количеству введенных элементов легированные стали делят на низколегированные (до 5 % л.э.), среднелегированные (5…10 % л.э.) и высоколегированные (более 10 % л.э.).

По назначению стали делят на конструкционные (С<0,6 %), инструментальные (С>0,6 %) и с особыми свойствами.

Конструкционные – это стали, которые предназначены для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. К конструкционным также относятся стали со специальными свойствами (жаропрочные, жаростойкие, корозионностойкие, износостойкие).

Инструментальные – это углеродистые и легированные стали, имеющие высокую твердость, прочность и износостойкость. Они служат для изготовления различного инструмента.

К сталям с особыми свойствами относятся магнитные, трансформаторные, с высоким электрическим сопротивлением и т.п.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, которые определяются металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали во многом зависит от содержания газов и вредных примесей – серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества содержат до 0,055 % S и 0,045 % Р, качественные – не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественные – не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особо высококачественные – не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

По степени раскисления и характеру затвердения стали делят на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Спокойные сталираскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Содержание кислорода в этих сталях повышенное. Взаимодействуя с углеродом, кислород образует пузырьки СО, которые при выделении в процессе кристаллизации создают впечатление кипения.

Полуспокойные стали раскисляют марганцем и кремнием. По своему поведению они занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Маркировка сталей

Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные. Углеродистые стали обыкновенного качества маркируют: Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3,… Буквы Ст обозначают «сталь», цифры – условный номер марки. Чем больше условный номер марки, тем выше содержание…

Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы

Различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия происходит при воздействии на металл газов и неэлектролитов (нефть и ее… Стали, устойчивые к газовой коррозии при температурах выше 550 °С, называют… Чтобы повысить жаростойкость стали, в нее добавляют хром, алюминий или кремний. Эти элементы образуют на поверхности…

Жаропрочные стали и сплавы

В теплоэнергетике жаропрочные стали используют для изготовления деталей газовых и паровых турбин, элементов котельных агрегатов и т.п. С повышением температуры стали уменьшаются предел текучести, временное… Ползучесть – медленное нарастание при высоких температурах пластической деформации при постоянно действующих…

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ

Термическая обработка заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения до комнатной… Термическая обработка является наиболее рациональным способом изменения…  

Отжиг стали

Различают два вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода. Отжиг I рода, в зависимости от температуры, может включать процессы гомогенизации,… Отжигом II рода называют нагрев стали до температур, превышающих температуры… После отжига II рода в углеродистой стали образуются структуры согласно диаграмме железо–цементит. В доэвтектоидных…

Нормализация стали

Нормализация более экономична по сравнению с отжигом, так как на процесс охлаждения затрачивается меньше времени. При нормализации также происходит… После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, как и после… Легированные конструкционные стали после нормализации приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую…

Закалка стали

Доэвтектоидные стали при закалке нагревают до температуры на 30…50 °С выше точки АС3. Исходная структура стали перлит+феррит. При нагреве образуется… В заэвтектоидной стали содержится цементит, который по твердости превышает… Нагревать изделия из стали, особенно хрупкие, необходимо постепенно, чтобы избежать местных напряжений и трещин. Время…

Отпуск стали

В зависимости от температуры различают низкотемпературный (низкий), среднетемпературный (средний) и высокотемпературный (высокий) отпуск. При… Среднетемпературный отпуск проводят при 350…500 °С. Его применяют для пружин,… Высокотемпературный отпуск проводят при 550…650 °С. Его применяют для нагруженных деталей. Структура стали после этого…

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Химико-термическая обработка протекает в три стадии. На первой стадии происходят химические реакции в исходной (окружающей) среде.… На второй стадии эти элементы усваиваются поверхностью металла в процессе адсорбции или хемосорбции.

Цементация стали

Цементацию проводят при температурах 930…950 °С, то есть выше точки АС3. Аустенит устойчив при данных температурах и может растворять углерод в… Целью цементации с последующей закалкой и низким отпуском является получение… Стальные изделия цементируют различными методами. При цементации в твердом карбюризаторе источником углерода являются…

Азотирование стали

2NH3®2N+3H2. Обычно азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали,… Для улучшения механических свойств сердцевины детали перед азотированием деталь подвергают закалке и высокому отпуску,…

Нитроцементация и цианирование сталей

Жидкостное цианирование производится в ваннах с расплавами цианистых солей (NaCN, KCN, Ca(CN)2 и др.) при температуре, достаточной для их разложения… Низкотемпературное цианирование осуществляется при температурах 550…600 °С.… Высокотемпературное цианирование производят при температурах 800…850 °С в ваннах, содержащих 20…40 % цианистых солей с…

Диффузионная металлизация

Для многих деталей теплоэнергетического оборудования требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна сопротивляться действию рабочей или… При насыщении стали металлами с низкой температурой плавления (алюминий, цинк)… Алитирование обычно проводят отжигом в порошкообразных смесях или методом напыления с последующим диффузионным отжигом…

ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Свойства огнеупоров

При сооружении различных нагревательных устройств применяют огнеупорные материалы, которые должны защищать конструкцию от длительного воздействия… Огнеупорными называют неметаллические материалы, которые могут длительное… Огнеупорные изделия общего назначения представляют собой гетерогенный материал, отдельные зерна (компоненты) которого…

Классификация огнеупоров

Огнеупоры – это многокомпонентные соединения, которые изготавливают по следующей технологической схеме:

1) подготовка исходных материалов, целью которой является очистка от вредных примесей и получение путем обжига устойчивых соединений, их измельчение и сортировка;

 

 

2) приготовление исходной шихты, заключающееся в перемешивании определенных количеств исходных компонентов и увлажнение смеси;

3) формовка изделий;

4) сушка изделий, которая производится медленно с целью равномерного удаления гигроскопической влаги по всей толщине изделия до влажности 1…1,5 %. Наличие небольшой влажности необходимо для сохранения прочности изделия;

5) обжиг изделий – это наиболее ответственная операция в производстве огнеупоров. Основной целью обжига является получение твердого кристаллического тела. Большинство изделий обжигают в специальных печах.

В процессе обжига происходит расплавление связующих соединений и шлакование ими основных соединений, их растворение в полужидкой фазе и перекристаллизация с образованием новых прочно сросшихся кристаллов.

В зависимости от условий работы изделия из огнеупоров должны быть прочными, иметь высокую температуру плавления, не разрушаться при резких изменениях температуры, не взаимодействовать со шлаками и газами, иметь нужную теплопроводность, точные размеры и требуемую форму. Многочисленность требований и сложность их выполнения обусловили создание большого числа различных огнеупоров. Это определило необходимость классификации огнеупоров.

В настоящее время огнеупоры делят на огнеупорные формованные изделия (имеющие определённую геометрическую форму, размеры) и неформованные.

Огнеупоры также классифицируют по общим и специальным признакам. К общим классификационным признакам относят огнеупорность, химико-минеральный состав, пористость, область применения.

По огнеупорности огнеупоры делят на три вида: огнеупоры средней огнеупорности с огнеупорностью от 1580 до 1770 °С; высокой огнеупорности с огнеупорностью свыше 1770 до 2000 °С; и высшей огнеупорности с огнеупорностью более 2000 °С [7].

В зависимости от пористости огнеупоры подразделяют на особоплотные (до 3 % открытой пористости), высокоплотные (свыше 3 до 10 %), повышенноплотные (свыше 10 до 16 %), уплотнённые (свыше 16 до 20 %), среднеплотные (свыше 20 до 30 %), низкоплотные (свыше 30 % при общей пористости менее 45 %), высокопористые (от 45 до 75 % общей пористости), ультрапористые (свыше 75 % общей пористости). Огнеупоры с общей пористостью менее 45 % объединяют под общим названием «плотные», от 45 % и выше – под общим названием «теплоизоляционные».

В зависимости от области применения огнеупоры делятся на огнеупоры общего назначения и для определённых тепловых агрегатов и устройств.

Огнеупорные изделия также классифицируют по специальным признакам.

По способу изготовления огнеупоры делят на:

1) изделия пластичноформованные, изготовленные из масс в пластичном состоянии методом машинной формовки или прессованием на механических или других прессах;

2) сухоформованные, изготовленные из полусухих или сухих порошкообразных масс методами механического, гидравлического прессования, вибропрессования и т.п.;

3) изделия, изготовленные литьём из текучих масс;

4) термопластичнопрессованные, изготовленные методом прессования из масс с применением термопластичных добавок (парафина, воска и др.);

5) горячепрессованные, изготовленные горячим прессованием из нагретых до термопластичного состояния огнеупорных масс;

6) изделия плавленолитые, изготовленные литьём из расплавов;

7) изготовленные методом механической обработки из естественных горных пород или плавленых блоков.

В зависимости от термической обработки огнеупоры подразделяют на:

1) обожженные, подвергнутые спеканию в процессе обжига;

2) безобжиговые, состоящие из огнеупорных компонентов и связки, приобретающие заданные свойства при сушке, а в ряде случаев при нагреве до 250…400 °С;

3) горячепрессованные, подвергнутые спеканию в процессе прессования;

4) затвердевшие из расплава.

По форме и размерам огнеупорные изделия делят на:

1) нормальных размеров прямые (например, 230×114×65 мм) и клиновидные (например, 230×114×65/45 мм);

2) фасонные простые, сложные и особосложные;

3) блочные массой от 10 до 1000 кг;

4) крупноблочные массой более 1000 кг [8].

По химико-минеральному составу огнеупоры делятся на следующие типы:

1) кремнеземистые;

2) алюмосиликатные;

3) магнезиальные;

4) магнезиально-известковые;

5) магнезиально-шпинелидные;

6) магнезиально-силикатные;

7) углеродистые;

8) карбидкремниевые;

9) цирконистые;

10) окисные;

11) бескислородные.

В свою очередь каждый из типов включает в себя несколько групп.

Огнеупорные изделия

Кремнеземистые огнеупоры К кремнеземистым огнеупорам относятся динасовые (SiO2 ≥ 93 %) и… Огнеупорность динаса 1700…1730 °С, то есть сравнительно невысокая. Но динас способен выдерживать большие механические…

Огнеупорные бетоны, торкрет-массы, мертели

Огнеупорные бетонные массы (бетоны), состоят из огнеупорного заполнителя, вяжущего вещества, добавок и пор, затвердевающих при нормальной или… В качестве заполнителя в бетонах используется безусадочный огнеупорный… В смесь также вводят разные добавки – пластифицирующие, противоусадочные, регулирующие скорость схватывания и…

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Свойства теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы служат для уменьшения теплопотерь в окружающую среду в различных теплотехнических устройствах. Эти материалы должны… Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая… Непосредственную связь с пористостью имеет плотность теплоизоляционных материалов. Чем меньше плотность, тем, как…

Классификация теплоизоляционных материалов

По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы делят на штучные (формованные) и сыпучие (бесформенные). Формованные материалы в свою очередь подразделяются на жёсткие (плиты, блоки, кирпичи), а также полые цилиндры, полуцилиндры и сегменты для теплоизоляции трубопроводов и гибкие (маты, рулоны, шнуры, жгуты и др.).

Сыпучие теплоизоляционные материалы представляют собой минеральные вещества в виде бесформенных волокнистых или зернистых порошкообразных масс, а также механические смеси таких веществ.

По структуре теплоизоляционные материалы можно разделить на ячеистые, зернистые, волокнистые, пластинчатые и смешанные.

Ячеистое строение отличается однородностью пор и равномерностью их распределения в материале. Ячейки обычно имеют форму, близкую к сферической. Такое строение имеют: пеностекло, пенодиатомит, пенопласты и др.

Зернистое строение имеют сыпучие материалы. Чем однороднее по форме и размерам зерна, тем выше пористость материала.

Волокнистое строение характерно для материалов из минерального волокна: асбеста, минеральной и стеклянной ваты.

Пластинчатое строение встречается у материалов, содержащих в своем составе листочки слюды, например у вспученного вермикулита.

Смешанное строение может быть у материалов, содержащих волокна и зернистые порошки: асбесто-диатомитовые, совелитовые и др.

По плотности теплоизоляционные материалы делят на группы и марки (табл. 11.1).

Таблица 11.1

Деление теплоизоляционных материалов по плотности

 

Группа	Марки
Особо низкой плотности	15, 25, 35, 50, 75
Низкой плотности	100, 125, 150, 175
Средней плотности	200, 225, 250, 300, 350
Плотные	400, 450, 500, 600

 

Номер марки соответствует плотности теплоизоляционного материала в кг/м³.

По жесткости, которая измеряется значением относительного сжатия при заданных удельных нагрузках, теплоизоляционные материалы делят на пять видов: мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жесткости и твердые.

По температуре применения теплоизоляционные материалы делят на три группы: низкотемпературные (до 900 °С), среднетемпературные (900…1200 °С) и высокотемпературные (более 1200 °С).

По теплопроводности теплоизоляционные материалы делятся на три класса: класс А (низкая) – l<0,058 Вт/(м·К), класс Б (средняя) – l=0,058…0,116 Вт/(м·К), класс В (повышенная) – l=0,116…0,18 Вт/(м·К).

По происхождению теплоизоляционные материалы делят на естественные и искусственные.

Естественные теплоизоляционные материалы

Диатомиты и трепелы – пористые осадочные горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO2). В диатомитах содержится 90…95 % SiO2,… Диатомитовую обожженные крошку получают путем обжига, дробления и сортирования… В основном из диатомита (трепела) изготавливают диатомитовые и пенодиатомитовые теплоизоляционные изделия. Кроме того,…

Искусственные теплоизоляционные материалы

К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и различные волокнистые материалы. Для средне- и… Легковесные огнеупоры изготавливают различными способами. Наибольшее… Механическая прочность легковесных огнеупоров меньше чем плотных, а газопроницаемость в 2,5…4 раза выше. Но повышенная…

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Материаловедение: учебное пособие/ М.А. Смирнов, К.Ю. Окишев, Х.М. Ибрагимов, Ю.Д. Корягин. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – Ч. I. – 139 с. 2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учебник для высших технических учебных… 3. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений/ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и…

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….
1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
1.1. Общая характеристика и структурные методы исследования металлов……………………………………………………………………….
1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов………………………...
1.3. Дефекты кристаллического строения…………………………………..
1.4. Строение сплавов………………………………………………………...
2. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
3. ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
3.1. Упругая и пластическая деформация………………………………...
3.2. Механизм пластической деформации………………………………….
3.3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла………………………………………………………………………...
3.4. Разрушение металлов……………………………………………………
4. ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА
4.1. Возврат и полигонизация………………………………………………..
4.2. Рекристаллизация………………………………………………………..
4.3. Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла………………………………………………………………………...
4.4. Холодная и горячая деформации……………………………………….
5. ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
5.1. Компоненты и фазы в системе железо-углерод………………………..
5.2. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe–Fe3C) (метастабильное равновесие)………………………………………………..
5.3. Формирование структуры углеродистых сталей при медленном охлаждении……………………………………………………………………
5.4. Формирование структуры белых чугунов……………………………...
6. ЧУГУНЫ ………………………………………………………………………
6.1. Белые чугуны…………………………………………………………….
6.2. Серые чугуны…………………………………………………………….
6.3. Высокопрочные чугуны…………………………………………………
6.4. Ковкие чугуны…………………………………………………………...
7. СТАЛИ
7.1. Примеси в сталях………………………………………………………...
7.2. Влияние углерода на свойства стали…………………………………...
7.3. Влияние постоянных примесей на свойства стали…………………….
7.4. Влияние легирующих элементов на критические точки железа……..
7.5. Классификация сталей…………………………………………………..
7.6. Маркировка сталей………………………………………………………
7.7. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы………………...
7.8. Жаропрочные стали и сплавы…………………………………………..
8. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ…………………………………...
8.1. Отжиг стали………………………………………………………………
8.2. Нормализация стали……………………………………………………..
8.3. Закалка стали……………………………………………………………..
8.4. Отпуск стали……………………………………………………………..
9. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ………………………..
9.1. Цементация стали………………………………………………………..
9.2. Азотирование стали……………………………………………………...
9.3. Нитроцементация и цианирование сталей……………………………..
9.4. Диффузионная металлизация…………………………………………...
10. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
10.1. Свойства огнеупоров…………………………………………………...
10.2. Классификация огнеупоров……………………………………………
10.3. Огнеупорные изделия…………………………………………………..
10.4. Огнеупорные бетоны, торкрет-массы, мертели………………………
11. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
11.1. Свойства теплоизоляционных материалов…………………………...
11.2. Классификация теплоизоляционных материалов…………………….
11.3. Естественные теплоизоляционные материалы……………………….
11.4. Искусственные теплоизоляционные материалы……………………..
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………......