Технология конструкционных материалов

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

М. В. Шкаруба

Учебное пособие

Омск

Издательство ОмГТУ

УДК 620.22

ББК 30.3

Ш 66

Рецензенты:

В. К. Федоров, проф. кафедры «Электротехника и электрификация
сельского хозяйства» ОмГАУ;

Ю. К. Машков, д-р техн. наук, проф. СибАДИ

Шкаруба, М. В.

Ш 66 Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. пособие / М. В. Шкаруба. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. − 116 c.

ISBN 978-5-8149-0991-6

Учебное пособие включает описания лабораторных работ, выполняемых студентами по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», и состоит из двух частей.

В первой части приведены описания лабораторных работ на стендах, которые можно выполнять только в лаборатории. Описания содержат подробные теоретические положения и фотографии стендов.

Во второй части приведены описания лабораторных работ на ЭВМ, которые студенты могут выполнять как в компьютерном классе кафедры, так и на домашних компьютерах.

Пособие предназначено для студентов дневной, очно-заочной и заочной форм обучения специальности 140211 – «Электроснабжение» и направления 140200 – «Электроэнергетика».

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета

УДК 620.22

ББК 30.3

ISBN 978-5-8149-0991-6 © ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2010

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» относится к числу общепрофессиональных дисциплин специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика».

Приведем основополагающие термины этой дисциплины.

Материаловедение – наука, изучающая строение, свойства материалов, связь между строением и свойствами, а также влияние на них внешних воздействий (теплового, механического, химического и т. д.).

Технология – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства [7].

Существует несколько классификаций материалов. По назначению материалы бывают:

1) электротехнические;

2) конструкционные;

3) триботехнические;

4) инструментальные;

5) рабочие тела;

6) топливо;

7) технологические.

В данной дисциплине для специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика» рассматриваются только электротехнические и конструкционные материалы, которые широко применяются в электроэнергетике. Причем изучению электротехнических материалов отведено больше времени, чем изучению конструкционных.

Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии, и характеризуются определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю. Электротехнические материалы могут подвергаться воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности. В данном курсе рассматривается только отдельное воздействие электрических и магнитных полей.

Классификация материалов по электрическим свойствам

Все материалы в зависимости от их электрических свойств можно разделить на диэлектрики, проводники и полупроводники. Различие между диэлектриками, проводниками и полупроводниками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел [2]. В энергетической диаграмме твердого тела различают три зоны: заполненная электронами, запрещенная (такие энергии электроны данного материала иметь не могут) и зона проводимости (свободная зона) (рис. 1).

У диэлектрика запрещенная зона настолько велика ( 3,5 эВ), что свободные электроны практически не возникают и электроны в обычных условиях не наблюдается, так как энергию 3,5 эВ имеют лишь фотоны космических лучей и радиоактивного излучения.

Полупроводники имеют узкую запрещенную зону (3,5 < < 0), которая может быть преодолена за счет внешних воздействий (облучение полупроводника, нагрев и т. д.), и у материала появляется проводимость.

У проводников заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается ею ( ). Вследствие этого электроны из заполненной зоны могут свободно переходить на незанятые уровни зоны проводимости под влиянием слабой напряженности электрического поля и вызывать протекание тока.

Рис. 1. Энергетические диаграммы диэлектриков (а),
полупроводников (б), проводников (в)

Классификация материалов по магнитным свойствам

Любое вещество, помещенное в магнитное поле, приобретает магнитный момент. Если взять катушку и поместить в нее сердечники из разных материалов, то магнитное поле, возникающее внутри сердечника, будет усиливать или ослаблять внешнее поле в m раз. По магнитным свойствам все материалы можно разделить на две группы:

1) слабомагнитные (µ» 1);

2) сильномагнитные (µ >> 1).

Слабомагнитные материалы в технике применяются редко, поэтому их рассматривать не будем. В энергетике в качестве магнитных материалов используются лишь материалы, у которых µ >> 1.

Таким образом, в разделе «Электротехнические материалы» будут рассмотрены следующие группы материалов:

1) диэлектрики;

2) проводники;

3) полупроводники;

4) магнитные материалы (µ >> 1).

Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механическому нагружению.

Они делятся на типы, основными из которых являются:

− металлы и сплавы;

− неметаллические материалы (пластмассы, полимеры, древесина и др.);

− композиционные материалы.

Наибольшее распространение из конструкционных материалов нашли металлы и сплавы. Поэтому в разделе «Конструкционные материалы» основное внимание уделено металлам и сплавам.

Ко всем разделам, перечисленным выше, разработаны лабораторные работы на стендах и ЭВМ.

Электротехнические материалы

1. Диэлектрики (часть 1: лаб. работы № 1−3; часть 2: лаб. работа № 1);

2. Проводники (часть 1: лаб. работа № 4; часть 2: лаб. работы № 2–4);

3. Полупроводники (часть 1: лаб. работа № 5; часть 2: лаб. работы № 5–6);

4. Магнитные материалы (часть 1: лаб. работы № 6–7; часть 2: лаб. работа № 7).

Дата добавления: 2014-12-27