- •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
Сварка полимерных материалов
Для неразъемного соединения полимерных материалов в основном применяют сварку плавлением и очень редко химическую сварку.
Сварка плавлением основана на свойстве полимерных материалов при нагреве выше определенных температур или в набухшем состоянии (при введении растворителя) переходить в вязкотекучее состояние, которое при наличии плотного контакта соединяемых деталей способствует возникновению межмолекулярного взаимодействия. Сваркой плавлением сваривают термопласты и эластотермопласты.
Для обеспечения плотного контакта свариваемых поверхностей и удаления из зоны сварки прослоек, препятствующих взаимодействию макромолекул, необходимо, помимо нагрева или введения растворителя, прикладывать усилие. При этом в зоне контакта протекают реологические (перемешивание расплава, изменение ориентации и др.) и диффузионные процессы, которые в значительной степени определяют качество сварного соединения.
Основными параметрами режима сварки принято считать температуру и время нагрева свариваемых деталей, а также давление при сварке и время его действия.
Режимы сварки определяются путем варьирования температуры нагрева в интервале выше температуры текучести, но ниже температуры деструкции при различной продолжительности и удельном давлении.
Таким образом, вязкость полимера связывает основные параметры сварки (температуру нагрева деталей, время нагрева, давление при сварке, скорость приложения давления) с физико-химической природой полимера.
В основе химической сварки лежит процесс реализации химических связей между макромолекулами. Она может быть осуществлена за счет функциональных групп свариваемых полимеров или с помощью мостикообразующих веществ, вводимых в сварной шов. Например, дополнительным нагревом до температур, превышающих температуру отверждения, заставляют прореагировать между собой оставшиеся в поверхностных слоях деталей реакционноспособные группы реактопластов на основе фенолоформальдегидных, анилиноформальдегидных и других смол.
Способы сварки пластмасс
Для сварки пластмасс используются следующие способы (рис.7.6…7.11):
Нагретым газом (рис. 7.6).
Контактная тепловая сварка (рис.7.7).
Накладными электронагревателями (рис.7.8) .
Сварка экструдируемой присадкой (рис. 7.9).
Трением (рис. 7.10)
Ультразвуком и лазером (рис. 7.11).
Рис. 7.6. Сварка
нагретым воздухом
В практике наиболее распространены первые два способа сварки.
С варка нагретым газом (рис. 7.6) - способ, при котором тепло на свариваемые поверхности (3,4) подают нагретой в горелке (1) струей газа. Сварку газовым теплоносителем можно вести с присадочным материалом и без него. Присадочный материал при сварке листов может быть в виде прутка (2) круглого ( 2…6 мм) или другого сечения, а при сварке пленок - в виде ленты шириной 10…15 мм.
Присадочный материал обычно содержит 3…10 % пластификатора. Жесткие пластины толщиной менее 2 мм могут свариваться без разделки кромок и без зазора. В качестве газа - теплоносителя чаще всего используют воздух. Основными параметрами режима сварки газовым теплоносителем являются температура газа на выходе из сопла, его расход, а также связанные с этим скорость сварки и давление на присадочный пруток.
Рис. 7.8. Сварка накладными электронагревателями: 1-электромуфта, 2, 3 – свариваемые детали; 4 – нихромовая проволока
Контактная тепловая (рис. 7.7) сварка (сварка нагретым инструментом) подразделяется на два вида: оплавением и проплавлением.
При роликовой сварке нагреватель (1) перемещается вдоль свариваемой поверхности шва (3), а нагретые участки сжимаются роликом (2). При роликовой высокочастотной сварке можно сваривать изделия толщиной до 5мм при хорошем качестве и высокой производительности процесса.
Сварку накладными нагревателями (рис.7.8) осуществляют путём нагрева свариваемых поверхностей (2,3) током, пропускаемым по металлическому проводнику (1). Усилие в зоне плавления, необходимое для сварки, создается вследствие теплового расширения нагреваемого и расплавляемого материала. Этим методом очень удобно сваривать трубы (раструбные соединения) в труднодоступных местах.
Р еологические процессы, протекающие в шве, имеют решающее значение в получении шва высокого качества. Эти процессы зависят не только от свойств материала, геометрических параметров, но и от режима сварки. Начальное давление нагревателя по мере оплавления неровностей на кромках свариваемого материала должно снижаться, чтобы уменьшить количество вытекающего из зоны контакта расплава. После нагрева и осадки охлаждение по всей площади сварки должно происходить равномерно под постоянным давлением.
При сварке (рис.7.9) экструдируемой присадкой (1) из барабана кассеты (1) присадочный материал плавится в корпусе (2) и непрерывно поступает в зону соединения свариваемых деталей (5) . Прочность сварного соединения (4) увеличивается при прокатке формируемого шва (4) роликом (6). Иногда используется сварка литьем, когда присадочный материал в расплавленном виде подается непосредственно из литьевой машины.
С варка трением (рис. 7.10) используется для тел вращения. Одна деталь вращается, а вторая неподвижна, или может также вращаться, но в противоположном направлении; к деталям прикладывается нагрузка сжатия. В результате трения через некоторое время пластмасса в зоне трения нагревается до плавления, вращение прекращается, нагрузка сжатия увеличивается и детали свариваются.
С варку ультразвуком (рис. 7.11) ведут на токах частотой 20…50 кГц с помощью ультразвукового электрического генератора. Электромагнитные колебания с помощью магнито - или электростикатора (1-корпус, 2-катушка, 3- трансформатор – усилитель) преобразуются в механические колебания волновода (4), часть энергии механических колебаний которых переходит в тепловую, пластмасса нагревается до температуры плавления и детали (5) свариваются.
Сварка деталей лазером (рис. 7.11) используется для полимерных пленок. Соединяемые (7) кромки пленок нагревают инфракрасными лучами (2). Луч (2) лазера (3) отклоняющим зеркалом (1) и фокусирующей линзой (4) подается на пленки (7), перемещаемые роликом (6) и прижимаемые роликом (6), нагревает и сваривает пленки.