- •Н.В. Храмцов Основы материаловедения
- •Введение
- •Общие понятия о материалах
- •Исходные понятия
- •1.2. Классификация материалов
- •1. 3. Качество материалов
- •2. Свойства материалов
- •2.1. Химический состав. Макро и микроструктура металлов
- •2.2. Физические свойства материалов
- •Значения плотности некоторых материалов*
- •Взаимосвязь плотности с другими показателями
- •Где ф и o - прочность пористого (фактического) и беспористого материала;
- •Следовательно, более пористые материалы имеют более низкую прочность (рис. 2.2) по сравнению с материалами, имеющими меньше пор. Температурные характеристики
- •Т аблица 2.4 Некоторые температурные характеристики материалов
- •Коэффициенты теплопроводности материалов
- •Теплота плавления
- •Коэффициенты теплоемкости материалов
- •Коэффициенты линейного расширения материалов
- •Характеристики взаимодействия материалов с жидкостями и газами
- •Коэффициенты водопоглащения материалов
- •Электромагнитные свойства
- •Магнитные свойства материалов
- •2.3. Механические характеристики материалов
- •У сталостные испытания
- •2.4. Технологические свойства
- •Потребительские показатели качества материалов
- •Влияние воздуха и воды на свойства материалов
- •Влажность воздуха
- •Точка росы
- •2.7. Экологическая безопасность строительных материалов
- •Средние затраты энергии на производство единицы продукции
- •3. Металлы и сплавы
- •3.1. Кристаллическая структура металлов
- •3.2. Чугуны и стали
- •Сравнительные показатели чугунов и сталей
- •3.3. Углеродистые и легированные стали
- •Легированные стали
- •Арматурные стали
- •3.4. Жаростойкие и тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.5. Термообработка сталей
- •Закалка сталей
- •3.6. Общие свойства цветных металлов и сплавов
- •Свойства цветных металлов
- •3.7. Алюминиевые сплавы
- •3.8. Медные сплавы
- •3.9. Свинец, олово, серебро и цинк
- •3.10. Титан и его сплавы
- •4. Каменные строительные материалы
- •4.1. Природные каменные материалы
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы
- •Определение марки цемента в результате испытаний
- •4.3. Искусственные каменные материалы
- •Классификация бетонов
- •Классификация керамики
- •Основные различия между силикатными и керамическими кирпичами
- •4.3. Современные стеновые строительные материалы
- •5. Органические материалы
- •5.1. Лесоматериалы
- •Защита древесины от гниения и возгорания
- •5.2. Строительные изделия из древесины
- •Изделия из древесины
- •5.3. Использования древесных отходов
- •5.4. Органические вяжущие
- •5.5. Современные технологии деревянного домостроения
- •Клееные брусья
- •Термодревесина
- •6. Порошковые и композиционные материалы
- •6.1. Классификация порошковых материалов
- •Классификация порошковых материалов
- •Конструкционные металлические порошковые материалы по назначению могут быть:
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей
- •6.3. Композиционные материалы
- •Примерами композиционных материалов являются:
- •7. Полимерные и пластические материалы
- •7.1. Общие свойства
- •Классификация полимерных материалов
- •Достоинства пластмасс:
- •Недостатки пластмасс:
- •7.2. Термопластичные полимеры
- •Группы полимерных материалов
- •Классификация наполнителей полимерных материалов
- •7.3. Изготовление и ремонт деталей
- •Сварка полимерных материалов
- •Способы сварки пластмасс
- •Клеевые составы на основе эпоксидных смол
- •7.5. Резиновые материалы
- •8. Основы получения сырья, обработки материалов, изготовления деталей и сборки конструкций
- •8.1. Добыча сырья
- •8.2. Изготовление материалов
- •Поризация строительных материалов
- •8.3. Обработка камня
- •8.4. Обработка древесины
- •8.5. Литье и прокатка металлов
- •Технология изготовления бесшовных труб
- •8.6. Резка металлов
- •Причины затрудненной резки некоторых сплавов
- •8.7. Антикоррозионная защита металлов и сплавов
- •8.8. Механическая обработка металлов
- •8.9. Сборка деталей
- •9. Сварка металлов
- •9.1. Классификация способов сварки
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.3. Основы электродуговой сварки и наплавки
- •9.4. Ручная электродуговая сварка и наплавка
- •9. 5. Особенности сварки чугуна и алюминия
- •9.7. Газовая сварка и наплавка
- •9.8. Оценка качества сварки
- •Методы контроля с разрушением сварного соединения
- •10. Перспективные технологии
- •10.1. Нанотехнологии
- •Размерные приставки для единиц измерения
- •Фуллерены
- •Нанотрубки
- •Шунгиты
- •Шунгит имеет следующие замечательные свойства:
- •Нанобетоны и наноасфальты
- •Полимерцементогрунт
- •Области применения наноматериалов
- •Научные перспективы
- •10.2. Фаббер-технологии в производстве деталей и строительных конструкций
- •10.3. Лазерные технологии
- •Характеристики резки материалов лазером мощностью 1,5 кВт
- •Литература
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы -82
- •5. Органические материалы -102
- •6. Порошковые и композиционные материалы - 111
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей -115
- •7. Полимерные и пластические материалы -120
- •9. Сварка металлов - 163
- •Механические свойства арматурной стали по классам
6.3. Композиционные материалы
В композиционный материал (металлический или неметаллический) вводятся усиливающие его элементы: нити, волокна или хлопья из более прочного материала.
Примерами композиционных материалов являются:
- пластик, армированный углеродными, борными или стеклянными волокнами;
- алюминий, армированный нитями стали или бериллия;
- шины транспортных средств, где резина армирована кордными тканями или проволокой;
- кермет, т.е. керамические частицы, армированные в металлической матрице;
- древесина, как естественный композит с трубками целлюлозы в матрице лингвина;
- фанера, ЦСП, ДСП, ГВЛ и др.
Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получить композиционный материал с требуемыми значениями прочности и абразивной стойкости, упругости, жаростойкости и других свойств.
Компонент, обладающий непрерывностью во всем объеме, является матрицей, а прерывный компонент, разделенный в объеме композиционного материала, считается армирующим.
По схеме расположения волокон выделяют три группы композиционных материалов (рис.6.4):
- с одноосным (линейным) расположением волокон, нитей в матрице параллельных друг другу;
- с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя;
- с трехосным (объемным) и отсутствием преимущественного направления в его распределении.
П о природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:
- из металла или сплава;
- из неорганических соединений (оксидов, карбидов, нитридов);
- из неметаллических соединений (углерод, бор и др.);
- из органических соединений (эпоксидные, фенольные и др. смолы).
Композиционные материалы с металлической матрицей – это материалы, состоящие из металлической (это чаще всего Al, Mg, Ni и их сплавы) матрицы, упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тугоплавкими тонкодисперсными частицами.
Эти материалы отличаются от обычных сплавов большими значениями прочности на растяжения в и модуля упругости Е, высокой жаропрочностью и пониженной склонностью к трещинообразованию.
Они используются для облегчения веса в авиации: обшивки лонжеронов, панелей и других высоконагруженных деталей; в двигателях: лопатки турбин и компрессоров; в автомобилестроении: панели, бамперы и прочие детали; в строительстве: пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений.
Имеются композиционные матрицы с никелевой матрицей. Матрица является никелево-хромовый (20% никеля), а в качестве упрочнителя используется диоксид или оксид гафния. Эти материалы очень пластичны и хорошо деформируются при изготовлении деталей: сопловые лопатки, стабилизаторы пламени, камеры сгорания авиационных двигателей, а также сосуды и трубопроводы, работающие при высоких температурах и давлениях.
Для упрочнения композиционных материалов используют высокопрочные проволоки из стали (Х18Н9, Х18Н10Т, 30Х13, Х17Н2, 13Х14Н3ФА, 20Х15Н5АМ3,…), бериллия, молибдена, вольфрама и др. металлов и их окислов, волокна из бора, углерода, стекла, а также монокристаллы из оксидов, нитридов алюминия и кремния и др.
Стальные и бериллевые проволоки используются для материалов, работающих при низких и умеренных температурах, а вольфрамовые и молибденовые – при высоких.
Промышленностью выпускают углеродные волокна в виде жгута с диаметром волокон 7 мкм и количеством 1…160 тысяч штук в жгуте (крученном или некрученом).
В композиционных материалах на неметаллической основе в качестве матрицы используют эпоксидные, фенольные, полимерные и другие смолы. Армирование проводят нитями: стеклянными, углеводородными, борными и др.