- •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
Коэффициенты теплоемкости материалов
-
№
Материалы
Коэффициент теплоемкости с материалов
Дж / (кгК) ×103
Кал /(гК)
1
2
3
4
5
6
7
8
Вода
Лесоматериал
Лед
Алюминий
Каменные материалы
Сталь
Медь
Свинец
4,2
2,3
2,1
0,91
0,85
0,5
0,39
0,13
1,0
0,55
0,50
0,217
0,20
0,113
0,093
0,031
Иногда используется коэффициент удельной объемной теплоемкости, т.е. количества тепла, необходимого при нагреве 1м3 материала на 1оС.
Аналогичная ситуация и с парообразованием: тепло расходуется на превращение воды в пар. Например, для воды удельная теплота парообразования составляет 539 кал/г, т. е. для превращения 1 г воды в пар надо затратить 539 кал.
Таблица 2.7
Температуры плавления и удельная теплота плавления материалов
-
№
Вещество
Температура плавления, С
Удельная теплота плавления, кал / г
1
2
3
4
5
6
Лед
Алюминий
Медь
Цинк
Олово
Свинец
0
658
1083
419
232
327
80,0
76,8
42,0
28,1
14,0
5,86
Суммарный расход тепла Q на процессы нагрева Qнагр. тв. мат. и расплавления Qплавл материала, на нагрев жидкости до температуры кипения Qнагр. жид.до кипения и ее испарение Qкипения находят в виде суммы всех этих составляющих:
Q=Qнагр. тв. мат. +Qплавл. +Qнагр. жид.до кипения+Qкипения .
Пример. Определить количество тепла, которое надо затратить на то, чтобы 2 кг льда, находящегося при температуре –20 С расплавить, а воду нагреть до кипения.
Расчет проводим по формуле:
Q=cльда m (0- -20) + k пл. льда m + cводы m (100-0)
Подставив значения коэффициентов, получаем
Q=0,5 200020 +802000 +12000100=380000 кал= 380 кКал.
(1 кал= 4,2 Дж, 1 кВт ч= 3.6 Дж, 1 кВтч =0,86 кКал)
Тепловое расширение – способность материала к изменению формы и размеров при его нагревании.
Общеизвестно, что при нагревании вещество обычно расширяется, а при охлаждении – сжимается (рис.2.7). Причем зависимость эта линейная:
l = l Т,
где l – абсолютное удлинение материала;
l- начальная длина образца материала;
- коэффициент относительного удлинения материала.
Из этой формулы следует, что коэффициент линейного расширения твердых тел (табл.2.8) - это величина относительного изменения линейного размера материала (l/ l) при изменении температуры на 1оС (1К):
= l / (l Т).
Коэффициент линейного расширения для различных материалов изменяется в широких пределах (табл.2.8.).Так, сплав инвар в 10 раз меньше расширяется, чем стекло и в 25 раз меньше, чем алюминий.
Рис. 2.7. Схема определения коэффициента линейного расширения материала
Полимерные материалы, в свою очередь, имеют коэффициенты линейного расширения на порядок выше, чем металлы.
Это надо учитывать при монтаже полиэтиленовых труб. Пример: Днем в летний период при температуре +30 С сварили плеть труб из полиэтилена ПЭ 80 длиной 500 метров, уложили ее в траншею. За ночь при снижении температуры до +10 С труба будет короче на l = 0,00018 500000 (30 - 10) = 1800 мм = 1,8 м.
Таблица 2.8