- •Оглавление.
- •Раздел I введение в технологию
- •Глава 1
- •Основные понятия и определения
- •§ 1.1. Предмет и содержание курса технологии отраслей промышленности
- •§ 1.2. Связь технологии с экономикой
- •§ 1.3. Понятие о технологических процессах: принципы их классификации
- •§ 1.4. Материальные и энергетические (тепловые) балансы
- •§ 1.5. Понятие о себестоимости и качестве промышленной продукции
- •§ 1.6. Общие положения по технике безопасности и охране труда на промышленных предприятиях
- •Глава 2 сырье, вода и энергия в промышленности § 2.1. Сырье в промышленности
- •Минеральное сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Обогащение сырья
- •Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов
- •§ 2.2. Вода в промышленности
- •Промышленная водоподготовка
- •Промышленные сточные воды и их очистка
- •§ 2.3. Роль энергии в технологических процессах
- •Рациональное использование энергии
- •Глава 3 научно-техническая революция и научно-технический прогресс в промышленности § 3.1. Сущность, значение и основные направления научно-технического прогресса
- •§ 3.2. Нтр и технология
- •§ 3.3. Химизация народного хозяйства - важное направление нтп
- •§ 3.4. Нтп в области промышленных материалов
- •§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства
- •§ 3.6. Применение вычислительной техники и асу в технологии
- •§ 3.7. Экологические проблемы нтп
- •Раздел II
- •§ 4.2. Основные закономерности, определения и классификация химических процессов
- •§ 4.3. Понятие о скорости и равновесии химических процессов
- •§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
- •§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
- •Перспективы развития и совершенствования химико-технологических процессов
- •Глава 5. Высокотемпературные процессы § 5.1. Сущность и значение высокотемпературных процессов
- •Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области
- •Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
- •Условия, ограничивающие применение высоких температур
- •Типовое оборудование
- •§ 5.2. Тенденции совершенствования высокотемпературных процессов
- •§ 5.3. Высокотемпературные процессы в металлургии
- •Высокотемпературные процессы черных металлов в производстве
- •§ 5.4. Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов
- •§ 5.5. Высокотемпературная переработка топлива
- •Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций
- •§ 5.6. Высокотемпературные процессы в химической промышленности
- •Глава 6 электрохимические процессы § 6.1. Значение и сущность электрохимических процессов
- •Основные закономерности электрохимических процессов
- •§ 6.2. Электролиз водных растворов Электрохимическое производство хлора и едкого натра (каустической соды)
- •Электролиз воды
- •Электрохимическое производство продуктов окисления
- •§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
- •§ 6.4. Электролиз расплавленных сред
- •Свойства расплавленных электролитов
- •Глава 7 каталитические процессы § 7.1. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения
- •§ 7.2. Применение каталитических процессов в промышленности
- •§ 7.3. Производство аммиака
- •§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
- •Глава 8 процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением § 8.1. Роль давления в технологии
- •§ 8.2. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов
- •§ 8.3. Роль давления в жидкофазных и твердофазных процессах
- •Глава 9 биохимические процессы § 9.1. Основные понятия и определения
- •§ 9.2. Применение биотехнологических процессов в промышленности
- •Глава 10 фотохимические процессы
- •Глава 11 радиационно-химические процессы
- •Глава 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
- •§ 12.2. Виды плазмохимических процессов
- •Глава 13 общие сведения о физических процессах химической технологии § 13.1. Значение физических процессов и их классификация
- •§ 13.2. Виды физических процессов Физико-механические процессы
- •Массообменные процессы
- •Раздел III
- •§ 14.2. Кислоты, щелочи Неорганические кислоты
- •§ 14.3. Минеральные удобрения
- •§ 14.4. Полимеры Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения
- •Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве
- •Химические волокна и их применение в народном хозяйстве
- •Каучуки и резина
- •§ 14.5. Нефтепродукты
- •Глава 15 строительные материалы § 15.1. Общие сведения
- •§ 15.2. Основные виды строительных материалов Природные (естественные) материалы, применяемые в строительстве
- •Керамические материалы
- •Огнеупорные материалы
- •Минеральные вяжущие
- •Бетон, железобетон и строительные растворы
- •Силикатные (автоклавные) материалы
- •Асбестоцементные материалы
- •Стекло и изделия на его основе
- •Теплоизоляционные материалы
- •Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
- •§ 16.2. Методы определения качества металла (сплава)
- •§ 16.3. Термическая и химико-термическая обработка
- •§ 16.4. Черные металлы и сплавы
- •Материалы со специальными свойствами (стали, сплавы)
- •Магнитные материалы
- •Инструментальные материалы
- •§ 16.5. Цветные металлы и их сплавы
- •§ 16.6. Коррозия металлов
- •Классификация коррозионных процессов
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •§ 16.7. Защита металлов от коррозии Защита металлов от химической коррозии
- •Экономия на 1 т листа
- •Защита металлов от электрохимической коррозии
- •Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
- •Раздел IV
- •Типы производств
- •Типизация технологических процессов
- •Технологичность конструкций изделий
- •Качество изделий
- •Понятие о точности обработки
- •Основные методы и средства контроля качества изделий
- •Шероховатость поверхности
- •Выбор заготовок
- •§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса
- •Глава 18
- •Литье в песчано-глинистые формы
- •Специальные способы литья
- •§ 18.2. Основы технологии производства заготовок методами пластической деформации
- •Формообразование заготовок, изделий из пластмасс и резины методами пластической деформации
- •Формообразование деталей методами порошковой металлургии
- •§ 18.3. Изготовление неразъемных соединений Понятие о неразъемных соединениях. Виды неразъемных соединений
- •Сущность процессов сварки материалов и их классификация
- •Сварка плавлением
- •Огневая резка материалов
- •Сварка давлением
- •Контроль качества сварных соединений
- •Клеевая технология
- •§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием
- •Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
- •Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращения
- •Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
- •Обработка плоских поверхностей
- •Обработка фасонных поверхностей
- •Методы изготовления деталей зубчатых зацеплений
- •Обработка резанием неметаллических материалов
- •Обработка заготовок на агрегатных станках
- •§ 18.5. Электрофизические методы обработки
- •Применение ультразвука в промышленности
- •Плазменная обработка материалов
- •Лазерная обработка
- •Глава 19 основные технологические процессы электроники и микроэлектроники § 19.1. Технология изготовления интегральных микросхем
- •Фотолитография в микроэлектронике
- •Нанесение тонких пленок в вакууме
- •Осаждение из газовой фазы
- •§ 19.2. Технология изготовления печатных плат
- •Технологические процессы изготовления пп
- •Субстрактивные методы изготовления печатных плат
- •Технология изготовления многослойных печатных плат
- •Аддитивные методы изготовления печатных плат
- •Печатные платы с многопроводным монтажом
- •Глава 20 технология сборочных процессов § 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и его организационных формах
- •§ 20.2. Контроль и испытание готовых изделий
- •Глава 21 основы технологии строительного производства § 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства ссср
- •§ 21.2. Строительные работы
- •§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
- •Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
- •§ 22.2. Методы оптимизации технологических процессов
- •Регрессионный и корреляционный методы анализа при оптимизации технологических процессов
- •Методы планирования эксперимента для оптимизации технологических процессов
Теплоизоляционные материалы
Применение теплоизоляционных материалов (главной функцией которых является тепловая изоляция ограждающих конструкций зданий, промышленного и энергетического оборудования, трубопроводов и др.) является одним из путей ускорения технического прогресса в строительстве. Основным наиболее массовым видом теплоизоляционных материалов являются минерало-ватные плиты и маты (более 50% в общем выпуске теплоизоляционных материалов). Наиболее эффективны минераловатные маты и плиты повышенной жесткости на синтетическом связующем, имеющие объемную массу менее 200 кг/м3. Если для создания надежной теплоизоляции 1 м2 наружной стены требуется 0,64 м3 кирпича массой 1100—1200 кг или 0,32 м3 керамзитобетона массой 250 — 300 кг, то эти же функции могут быть обеспечены 0,1 м3 минераловатных изделий массой 25 — 30 кг или 0,05 м3 поропласта массой 1,5 — 2 кг. Применение эффективных теплоизоляционных материалов позволяет снизить не только массу конструкции и грузоподъемность транспортного и монтажного оборудования при возведении зданий, но и эксплуатационные расходы на отопление зданий в период всего срока службы.
В качестве теплоизоляционных материалов широко применяются также древесноволокнистые плиты, изделия из стекловолокна, теплоизоляционные пластмассы, цементный фибролит и др.
Металлические конструкции
Конструкции из стального проката широко применяют в строительстве промышленных и гражданских зданий, мостов и других инженерных сооружений. В последние годы все шире в строительстве используют алюминиевые сплавы как конструктивный и отделочный материал. Алюминиевые сплавы обладают высоким коэффициентом конструктивного качества, малой объемной массой, стойкостью к коррозии, высокой технологичностью при обработке прессованием, прокаткой. Эти качества алюминия позволяют эффективно применять его и как конструктивно-облицовочный материал (листы профилированные, анодированные). Листовые материалы применяют для устройства перегородок, подвесных потолков и изготовления трехслойных стеновых и кровельных конструкций в сочетании с эффективными утеплителями. Однако алюминиевые сплавы пока еще остаются дорогим строительным материалом.
Применение металлов позволяет создать долговечные, высокопрочные, легкие конструкции. В настоящее время развивается производство эффективных конструкций из металлических труб, гнутых профилей, структурных конструкций и конструкций на основе стального профилированного листа. Для работы конструкций под большими нагрузками (подкрановые балки, каркасы нижних этажей многоэтажных зданий) и для строительства в труднодоступных районах металлические конструкции, как правило, эффективнее железобетонных.
Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
Для изготовления деталей (заготовок) машин, приборов, агрегатов, радиоэлектронных изделий используют конструкционные материалы и материалы специального назначения (электротехнические, полупроводниковые и др.).
Конструкционные материалы подразделяют на металлические, неметаллические и композиционные.
Особо большое значение в народном хозяйстве имеют металлы и их сплавы благодаря наличию комплекса свойств: высокой твердости, прочности, вязкости, пластичности, тепло- и электропроводности и др. Все металлы и сплавы делят на черные (на основе железа) и цветные. Наибольшее применение имеют сплавы, получаемые на основе меди, алюминия, цинка.
Металлы и их сплавы могут находиться в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Переход металлов и их сплавов в то или иное агрегатное состояние связан с изменением температуры, давления.
В твердом состоянии металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. В кристаллах атомы располагаются в строго определенном порядке, образуя при этом простые или сложные решетки. Наиболее характерными для металлов являются: объемно-центрированная кубическая (рис. 16.1, а), гранецентрированная кубическая (рис. 16.1,6) и гексагональная плотноупакованная (рис. 16.1, в) решетки.
Большое влияние на развитие науки о металлах и законов построения кристаллической решетки оказали работы М. В. Ломоносова, Д. И. Менделеева, П. П. Аносова, Е. С. Федорова и Д. К. Чернова.
Первичная кристаллизация металла (сплава) — процесс его перехода из жидкого в твердое состояние. В отличие от материалов, которые затвердевают при понижении температуры постепенно (рис. 16.2, а), металлы кристаллизуются при постоянной температуре, называемой критической температурой фазового превращения или теоретической температурой кристаллизации Ts. Практически же переход металла из жидкого состояния в твердое, кристаллическое проходит при температурах ниже Ts (в интервале от Ts до Тф) (рис. 16.2,6).
Рис. 16. 1
Рис. 16.2
Разность температур Ts- Тф = AT называется степенью переохлаждения. Таким образом, фазовое превращение — это скачкообразный переход металла (сплава) из одной фазы в другую под воздействием внешних факторов (температуры, давления) с изменением его свойств. Фазовые превращения могут проходить и в твердых металлах при изменении температуры.
В производстве различных изделий детали (заготовки) из чистых металлов применяются очень редко. Это объясняется трудностью получения абсолютно чистых металлов и их низкими механическими свойствами. Например, в чистом железе, получаемом современной технологией, содержание примесей не превышает 0,01 %; оно практически не используется.
В электротехническом производстве для изготовления электромагнитов, якорей электрических машин исполь-
Рис 16.3
зуют технически чистое железо, содержание примесей в котором находится в пределах 0,1—0,2%.
В преобладающем большинстве случаев для изготовления деталей изделий применяют сплавы. Сплав может представлять собой химическое соединение, твердый раствор, механическую смесь или их совокупность.
Химические соединения (интерметаллиды) наиболее характерны для элементов, относящихся к разным периодам и подгруппам периодической системы Д. И. Менделеева (например, золото — цинк, магний — свинец).
Твердые растворы — это твердые фазы, включающие в различных соотношениях атомы разных элементов в одной кристаллической решетке.
Механические смеси образуют вещества, не вступающие в химические соединения и не способные образовать твердые растворы.
Для получения сплава с требуемыми свойствами подбирают необходимые компоненты в различных соотношениях. Свойства сплава могут изменяться от внешних факторов (температуры, давления и др.). Состояния сплавов в зависимости от температуры и соотношения компонентов иллюстрируются диаграммой состояния сплава.
Следует отметить, что при изменении внешних факторов, например температуры, отдельные металлы (железо, кобальт и др.) могут приобретать новые свойства и структуру. Существование вещества с различными кристаллическими структурами и физическими свойствами называется аллотропией. Аллотропические формы обозначают буквами греческого алфавита: α, β, γ, δ.
Простейшая диаграмма состояния для железа — кривая охлаждения показана на рис. 16.3.
Наиболее сложной является диаграмма состояния сплава железо - углерод, упрощенный вид которой представлен на рис. 16.4. Оба элемента (железо и углерод) обладают способностью к аллотропии. Поэтому они могут образовывать химические соединения и твердые растворы, в которых даже незначительное изменение содержания углерода ведет к изменению структуры и свойств сплава.
Сплавы железо — углерод в зависимости от содержания углерода делятся на стали (содержание углерода до 2,14%) и чугуны (содержание углерода более 2,14%). Предельное содержание углерода в сплаве 6,67%.
Линии диаграммы ACD и AECF соответствуют фазовым превращениям. Сплавы железо — углерод, расположенные выше линии ACD, называемой линией ликвидуса, находятся в жидком состоянии. Линия AECF называется линией солидуса. Ниже линии солидуса сплавы любой концентрации находятся в твердом состоянии. Между линиями ликвидуса и солидуса сплавы имеют жидкотвердое (двухфазное) состояние.
При охлаждении жидкого сплава ниже линии АС в нем образуются кристаллы аустенита — твердого раствора углерода в железе (его аллотропической формы γ-железа). Твердый раствор углерода в α-железе называется ферритом; область чистого феррита незначительна (на диаграмме не показана).
Охлаждение сплава (с высоким содержанием углерода) ниже линии CD связано с образованием цементита (первичного), т. е. устойчивого химического соединения железа с углеродом Fe3C (карбида железа).
При дальнейшем понижении температуры аустенит претерпевает вторичную кристаллизацию, сопровождающуюся изменением формы кристаллической решетки и растворимости углерода. В низкоуглеродистых сплавах из аустенита выделяется феррит (ниже линии GS), в сплавах с более высоким содержанием углерода — цементит вторичный (ниже линии SE).
У низкоуглеродистых сплавов (до 0,8 % С) непрерывно возрастающее количество феррита, вызванное понижением температуры, ведет к выделению углерода и насыщению им оставшегося аустенита. При 727 °С насыщенный аустенит превращается в перлит — эвтектоидную смесь цементита и феррита. Структура таких сплавов после охлаждения будет состоять из феррита и перлита.
При охлаждении сплавов, содержащих углерода более 0,8% (до 2,14%), аустенитные зерна непрерывно растут за счет цементитной сетки и обедняются углеродом. При температуре 727 °С аустенит превращается в перлит, а структура охлажденного сплава будет включать перлит и цементит (вторичный).
Сплав, содержащий 0,8% С, называют эвтектоидной сталью; менее 0,8% — доэвтектоидной, а более 0,8 — заэвтектоидной. Структура эвтектоидной стали — перлит.
Чугуны по содержанию углерода делятся на доэвтектические (2,14-4,3% С), эвтектические (4,3% С), заэвтектические (4,3-6,67% С).
Доэвтектический чугун начинает кристаллизоваться при температурах ниже линии АС. С понижением температуры содержание аустенита увеличивается, а жидкая фаза обогащается углеродом. При 1147°С происходит эвтектическое превращение чугуна с образованием ледебурита (эотектики - механической смеси аустенита и цементита). Наличие ледебурита в структуре характерно для всех видов чугуна.
Часть диаграммы состояния сплава железо — углерод, относящаяся к сталям, имеет огромное значение при выборе режимов термической обработки для получения новой структуры и свойств сталей.