Контрольная работа выполняется после изучения материала дисциплины по шести разделам: I. Основные характеристики электротехнических - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Экономика предприятий (организаций) 1 204.73kb.
Контрольная работа по истории государства и права зарубежных стран... 1 311.57kb.
Контрольная работа выполняется на бумажном носителе и сдается на... 1 43.06kb.
Контрольная работа выполняется в объеме школьной тетради или не менее... 5 753.55kb.
Тематика контрольных работ по дисциплине «Криминология» для студентов... 1 52.22kb.
Контрольная работа выполняется в виде реферата объемом 10-15 машинописных... 1 287.92kb.
Контрольная работа по «Геологии нефти и газа» 1 100.07kb.
Лабораторная работа Использование цифрового осциллографа gds-840C... 1 79.8kb.
Контрольная работа №1 5 appendix 28 контрольная работа №2 39 appendix... 5 683.62kb.
Урок изучения нового материала практическая работа 1 84.85kb.
Контрольная работа Структура контрольной работы 1 59.63kb.
Электрическое поле. Законы постоянного тока 1 63.37kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Контрольная работа выполняется после изучения материала дисциплины по шести разделам - страница №1/1

Методические указания к контрольной работе № 1 

 

  Задания к контрольной работе разработаны на 10 вариантов. Вариант для каждого студента представляет собой последнюю цифру его шифра.



Контрольная работа выполняется после изучения материала дисциплины по шести разделам: I. Основные характеристики электротехнических материалов.

          

                         II.                Проводниковые материалы.

III.             Диэлектрические материалы.

IV.            Проводниковые изделия.

V.               Магнитные материалы.

VI.            Основы металловедения.

 

    В задании каждого варианта пять теоретических описательных вопроса, на которые можно дать исчерпывающие ответы только после изучения всего материала охватываемого заданием. При изучении дисциплины особое внимание следует уделить рассмотрению электротехнических процессов в материалах (поляризация, электропроводность) пробой, намагничивание и т.д.), а также физических процессов, происходящих в каждом материале под действием электрических и магнитных полей или при изменении условий окружающей среды. Кроме того выяснить практическое применение тех или других видов материалов. Про изучении дисциплины приходится встречаться с большим количеством цифровых данных, которые не следует заучивать. Но основной порядок величин, определяющих качественные характеристики материала, его достоинства и недостатки и возможность применения знать нужно.



Изучение дисциплины основывается на знаниях, полученных студентами по общеобразовательным, общетехническим и  специальным дисциплинам. 

В свою очередь ЭТМ является базовой дисциплиной для специальных дисциплин: «Электрические измерения», «ОЭ и МПТ», «Электрические машины» и др. 


Методические указания по темам

Введение 


    Электротехника наглядно показывает, что ее прогресс связан с получением и применением электротехнических материалов. Действуют новые конструкции электрических генераторов, электродвигателей, трансформаторов, выключающих аппаратов  и другого оборудования, новые электростанции и линии электропередач.

За последнее время  условия, в которых работают материалы в электрических устройствах и аппаратуре автоматики и радиоэлектроники, резко изменились: повысились рабочие напряжения электрических машин и аппаратов, воздушных и кабельных линий электропередачи; повысились единичные мощности машин и аппаратов, в радиоэлектронике приходится иметь дело с высокими и сверхвысокими частотами.

  В ряде случаев электротехническим материалам приходится работать в условиях повышенной влажности окружающей среды, воздействия химически активных реагентов, проникающего излучения, механических усилий и пр. Из сказанного вытекает необходимость всестороннего исследования свойств новых материалов, по которым еще не накоплен опыт эксплуатации, а также определения пригодности старых материалов в новых условиях работы.

Для изучения темы необходимо ознакомиться с развитием промышленности по производству электротехнических материалов. 

Раздел 1. Основные характеристики электротехнических материалов 

Тема 1.1.  Классификация электротехнических материалов:

                   механические, электрические, тепловые и физико-химические характеристики.

    Все электротехнические материалы систематизируются по определенным свойствам, природному происхождению, назначению, характеристикам, параметрам, применению.

В зависимости от свойства проводимости электрического тока их можно проклассифицировать следующим образом: сверхпроводники, криопроводники, проводники, полупроводники, диэлектрики.

Основной характеристикой проводниковых материалов является их удельное электрическое сопротивление.

При удельном сопротивлении, равном нулю, наступает явление сверхпроводимости. Практически сверхпроводимость у ряда металлов наступает при температуре, близкой к абсолютному нулю. Рассмотрите отличие сверхпроводников от криопроводников.

Диэлектрик при постоянном напряжении характеризуется удельным объемным и поверхностным сопротивлениями, так как благодаря наличию свободных электронов в техническом диэлектрике под воздействием приложенного напряжения возникает ток утечки.

Этот ток мал по величине и проходит через толщину диэлектриков и по его поверхности. При переменном напряжении свойства диэлектриков определяются величиной диэлектрических потерь и зависят от структуры диэлектрика.

В большой степени диэлектрические потери зависят от tg    . tg      является важной электрической характеристикой диэлектрика.

Чем меньше tg     (0,0001 – 0,05), тем лучше диэлектрик. Любой диэлектрик может быть использован при напряжениях, не превышающих предельных значений, характерных для него в определенных условиях.

       При напряжениях выше этих предельных значений наступает явление пробоя диэлектрика – полная потеря им изоляционных свойств.

Следует отличать понятие пробивное напряжение Uпр  и  электрическая прочность Епр.

Выясните физический смысл относительной диэлектрической проницаемости.

Ознакомьтесь со способами измерения электрических характеристик диэлектриков.

При изучении физико-химических свойств электроизоляционных материалов следует уяснить, какое влияние оказывают эти характеристики на электрические свойства диэлектриков. Например, водостойкость позволяет определить способность противостоять воздействию воды, которая, проникая в поры материала, вызывает снижение его электрических характеристик.

Особое внимание надо уделить тепловым характеристикам и в первую очередь нагревостойкости. Следует уяснить, какие материалы относятся к тому или иному классу нагревостойкости.  


Вопросы для самопроверки


 

1.     По какой формуле подсчитывают удельное электрическое сопротивление металлических материалов?

2.     Что представляет собой температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала и какое свойство материала он определяет?

3.     Что представляет собой механическая смесь, твердый раствор и химическое соединение?

4.     Где используется явление сверхпроводимости в промышленности?

5.     Назовите тепловые характеристики диэлектриков, охарактеризуйте их.

6.     Перечислите основные механические характеристики электроизоляционных материалов и единицы их измерения.

7.     В чем разница между теплостойкостью и нагревостойкостью диэлектриков?

8.     Основные физико-химические характеристики электроизоляционных материалов.

9.     Классы нагревостойкости. 


Раздел 2. Проводниковые материалы

Тема 2.1.  Проводниковые материалы высокой проводимости


 

Студент должен ознакомиться с основными проводниковыми материалами, нашедшими широкое применение в электротехнической промышленности: медью, алюминием и их сплавами.

Необходимо учесть, что медь является дефицитным материалом и в ряде случаев может быть заменена алюминием.

В настоящее время предусматривается расширение использования алюминия вместо меди в электродвигателях и трансформаторах. Алюминий находит все более широкое применение в качестве проводникового материала в качестве проводникового материала в кабелях и проводах. В виде фольги он используется в конденсаторах и маслонаполненных кабелях. 

Тема 2.2. Проводниковые материалы высокого сопротивления 


        Для материалов высокого сопротивления важную роль играет стабильность сопротивления во времени и при температурных колебаниях. Последнее требование связано с возможно малыми значениями температурного коэффициента удельного сопротивления. Термо-э.д.с. этого материала относительно меди должна быть возможно меньшей, чтобы в измерительной схеме не возникли посторонние разности потенциалов.

К материалам для реостатов повышаются требования в отношении допустимой рабочей температуры.

Важнейшее требование к материалам для нагревательных приборов – высокая рабочая температура – может быть удовлетворено при достаточно высокой температуре плавления материала и полном окислении или окислении с образованием тугоплавких нелетучих, непористых окислов, предохраняющих их от дальнейшего окисления. 

Тема 2.3. Контакты, контактные материалы, припои, флюсы 


       К контактным материалам предъявляется важное требование стабильности контактного сопротивления. При изучении контактных материалов следует обратить внимание на классификацию контактов.

Рассматривая сущность процесса паяния, надо уяснить, когда применяется способ паяния, в чем достоинства и недостатки данного способа неразъемного соединения в сравнении со сваркой. При изучении технологии паяния металлов необходимо знать, чем отличается процесс паяния твердыми припоями от паяния мягкими припоями. Рассмотрите назначение флюсов и их отличие при различных способах паяния. Марки припоев и флюсов и их назначение смотрите в таблицах учебника.


Тема 2.4. Металлокерамические, электроугольные материалы и   изделия. 


В основе электротехнических угольных материалов лежат графит и уголь, имеющие отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления, хотя по проводимости они немногим уступают металлам и их сплавам, в силу чего в различных электротехнических устройствах угольные изделия используются как проводящие элементы. При изучении данного материала разберитесь с производством угольных изделий и с их видами.

Вопросы для самопроверки


 

1.     Основные свойства и характеристики меди.

2.     Сравните алюминий как проводниковый материал с медью.

3.     Каково назначение биметаллического провода?

4.     Почему наружный слой в биметаллах медный?

5.     Укажите область применения манганина и его основные свойства.

6.     Константан. Состав, свойства, область применения.

7.     Какие требования предъявляются к сплавам высокого сопротивления?

8.     Где применяется электротехнический уголь?

9.     Какие материалы применяются для изготовления слабонагруженных контактов?

10. Какие условия необходимо выполнить при выборе компонентов для металлокерамических контактов?

 

Раздел 3. Диэлектрические материалы 

Тема 3.1. Электропроводимость и пробой твердых, жидких и   газообразных диэлектриков. 


      Чтобы понять, что происходит в диэлектриках под действием приложенного напряжения, надо учесть, что все вещества состоят из таких основных элементарных частиц, как протоны, нейтроны и электроны.

В диэлектриках связи между зарядами в атомах, молекулах или ионах велики, поэтому характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического поля, является поляризация – ограниченное смещение электрически связанных зарядов или ориентация дипольных молекул. 


Тема 3.2. Твердые полимеризационные диэлектрики 


       Для изучения этой темы в первую очередь следует обратить внимание на реакции получения высокополимерных диэлектриков, на связи в молекулах полимера.

К этой группе относятся широко применяющиеся в промышленности синтетические высокомолекулярные вещества (полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид, капрон), обладающие ценными техническими свойствами в сочетании с доступностью и дешевизной получения.


Тема 3.3. Твердые поликонденсационные диэлектрики  


        Основными продуктами реакции поликонденсации являются различные смолы: резольные, новолачные, эпоксидные и т.д.

При изучении смол следует усвоить разнообразие их свойств в отношении охлаждения, растворения и затвердевания, а также обратить внимание на понятия термопластичности и термореактивности. 



Тема 3.4. Электроизоляционные резины. 

       Резины широко применяются в производстве электрических проводов и кабелей, где они выполняют роль электроизоляционных материалов (электроизоляционные резины) или защитных покровов (шланговые резины). Основным сырьем для изготовления всех резин являются натуральные и синтетические каучуки.

Назначение электроизоляционных и защитных резин требует, чтобы они обладали определенными механическими и физико-химическими свойствами. Рассмотрите влияние процентного содержания серы на свойства резины. 

Тема 3.5.  Компаунды, лаки, эмали. 


       Лаки представляют собой коллоидные растворы различных пленкообразующих веществ в легко испаряющихся растворителях. Пленкообразующие вещества при испарении растворителей образуют пленку. Поэтому лаки, как и эмали, относят к твердеющим электроизоляционным материалам. Рассмотрите отличие растворителей от разбавителей. Лаки делят по назначению на клеящие, покровные и пропиточные. Эмали относятся к покровным материалам и имеют более густую консистенцию в сравнении с лаками за счет введения в их состав пигментов. Разберитесь в составных частях лаков и эмалей. В компаундах отсутствуют летучие растворители, что придает им монолитность после затвердения. Для изготовления лаков и компаундов широко применяются битумы. 

Тема 3.6. Волокнистые электроизоляционные материалы 

       Волокнистые материалы состоят из волокон – природных, искусственных и синтетических. По своей химической природе волокна могут быть неорганическими (асбестовые, стеклянные) и органическими (хлопок, шелк, капрон и др.). На основе текстильных материалов, пропитанных электроизоляционным лаком, изготавливают лакоткани. В соответствии с примененной тканевой основой их делят на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые, стеклянные. 

Тема 3.7.  Пластмассы и слоистые пластики 

     При изучении данной темы необходимо уяснить не только электрические, механические, тепловые характеристики пластмасс и пленок, но и разобраться в технологии изготовления пластических изделий прессованием, литьем и т.п. Пластмассы состоят из связующего материала, наполнителей, пластификаторов, красителей, стабилизаторов и др. В зависимости от физико-химической природы связующего вещества пластмассы и изделия из них разделяют на термопластичные и термореактивные. Особый интерес представляют пластмассы на основе кремнийорганических смол, так как они обладают высокой нагревостойкостью и малой зависимостью электрических характеристик от температуры. Из слоистых пластмасс наиболее широкое применение получили гетинакс, текстолит и стеклотекстолит. Из них особый интерес представляют стеклотекстолиты. Они отличаются высокой нагревостойкостью (180-200о), так как в качестве связующего вещества в них используются кремнийорганические смолы. Своеобразный вид изделий из органических полимеров – тонкие прозрачные гибкие пленки, выпускаемые в рулонах. Они обладают высокой электрической и механической прочностью и находят широкое применение в изоляции электрических машин, кабелей и обмоточных проводов, в качестве диэлектрика конденсаторов.Ознакомьтесь с методами изготовления и разновидностями пленок. 

Тема 3.8. Электроизоляционная слюда и слюдяные материалы 


       Слюда является важнейшим из природных минеральных электроизоляционных материалов. Она обладает ценными качествами – высокой электрической прочностью, нагревостойкостью. Важнейшими из различных видов слюд для электротехнической промышленности являются мусковиты и флогопиты.

Надо обратить внимание на отличие в основных свойствах этих минералогических разновидностей слюд.

Неорганические слюдяные материалы обладают малой гибкостью. Получить гибкую изоляцию удается только в виде наклеенных листочков слюды на гибкую подложку (миканиты).

Рассмотрите способ получения искусственной слюды – фторфлогопита, ее свойства и применение. 


Тема 3.9. Электрокерамические и силикатные материалы 


       В этой теме студенты знакомятся с основными представителями неорганических электроизоляционных материалов: электрокерамическими и стеклянными.

Все электрокерамические материалы по их назначению можно разделить на три группы: изоляторная керамика, конденсаторная керамика, сегнетоэлектрическая керамика. Эти материалы имеют высокую механическую прочность, малые диэлектрические потери, значительную нагревостойкость, устойчивость к электрическому и тепловому старению, негигроскопичны. Недостатком электрокерамических материалов  является их сравнительно большая объемная усадка при обжиге (10-15%).

Одним из широко применяемых керамических материалов является фарфор. Из него изготавливают изоляторы высокого и низкого напряжения.

Другим электрокерамическим материалом является стеатит. Он отличается от электрофарфора повышенной механической прочностью и лучшими электрическими характеристиками.

Ознакомьтесь с процессом изготовления фарфора и стеатита, а также с технологией изготовления изоляторов.

Конденсаторные керамические материалы отличаются от обычных керамических материалов значительно большей величиной диэлектрической проницаемости. Надо разобраться в основных методах изготовления керамических конденсаторов, а также в основных характеристиках керамических материалов.

При изготовлении материала данной темы надо разобраться в электрических, физико-химических характеристиках электроизоляционного стекла, а также с основой технологии его изготовления. 

Вопросы для самопроверки


 

1.      Что представляет собой процесс полимеризации?

2.      Что представляет собой процесс поликонденсации?

3.      Назовите примеры термопластичной изоляции и область их применения.

4.      Где применяются поликонденсационные смолы?

5.      Основные свойства фторпласта-4.

6.      Что такое поливинилхлорид и где он применяется?

7.      Чем отличаются резольные смолы от новолачных?

8.      Каковы достоинства эпоксидных смол и какова область их применения?

9.      Назовите основные компоненты при производстве резин.

10.  Что такое вулканизация?

11.  Что такое эбонит?

12.  Отличие шланговых резин от электроизоляционных.

13.  Почему перед нанесением резиновой изоляции на медный провод его  

      нужно предварительно облудить или покрыть слоем электроизоляционной

      бумаги?

14.  Какие виды лаков применяются в электротехнической промышленности?

15.  Что представляют собой компауды и на какие группы они делятся?

16.  Что входит в состав эмалей? Где они применяются?

17.  С какой целью в электротехнике используют ткани и ленты?

18.  Какие сорта электроизоляционных бумаг применяются в электрической 

      промышленности?

19.  Каково отличие электротехнических бумаг от картонов?

20.  Чем отличаются воздушные картоны от масляных?

21.  Что представляют собой лакоткани?

22.  Опишите способ получения гетинакса. 

23.  Какова технология изготовления изделий из пластмасс?

24.  С какой целью в пластмассы вводят наполнители?

25.  В чем отличительная особенность изготовления намоточных изделий от  

      слоистых пластиков?

26.  В чем ценность слюды и слюдяных материалов?

27.  Какие электроизоляционные материалы изготавливают на основе щепаной слюды?

28.  Что представляют собой слюдинитовые электроизоляционные материалы?

29.  Состав и основные свойства миканитов.

30.  В чем состоят преимущества керамики как изоляционного материала?

31.  По каким признакам подразделяется керамика и какие особенности

      характерны для каждой  из групп?

32.  Перечислите основные характеристики изоляторов высокого напряжения.

33.  Что представляет собой конденсаторная керамика и из каких исходных ма-териалов она изготавливается?

34.  Из каких исходных материалов изготавливают стекло?

35.  Опишите технологию получения стекловолокна. 

Раздел 4. Проводниковые изделия 

Тема 4.1. Обмоточные установочные и монтажные провода


 

     Проводниковые изделия весьма разнообразны. Токоведущая часть обмоточных проводов, применяемых для всевозможных обмоток, изготавливается из меди и алюминия. По виду изоляции обмоточные провода делятся на следующие группы: с эмалевой, с эмалево-волокнистой, с волокнистой, с пленочной и оксидной изоляцией. Необходимо разобраться с маркировкой обмоточных проводов. Особый интерес для машиностроения представляют провода с нагревостойкой изоляцией.  Рассмотрите основные характеристики и область применения монтажных и установочных проводов. 

Тема 4.2. Кабели 

    По назначению кабели делят на силовые и контрольные. В силовых кабелях применяются специальные защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции жилы. Основными видами силовых кабелей по типу изоляции являются следующие: с пропитанной маслом или маслоканифольным составом бумажной изоляцией с различными защитными оболочками, маслонаполненные  с пропитанной маслом бумажной изоляцией и т.д. Жилы кабелей могут быть медные и алюминиевые. С целью экономии дефицитного свинца оболочки изготавливают из алюминия, полиэтилена, полихлорвинила. 

Вопросы для самопроверки 

1.     С какой изоляцией изготавливаются обмоточные провода?

2.     С какой изоляцией выпускаются монтажные и установочные провода?

3.     Укажите размеры и материал шин.

4.     Какие провода применяются для воздушных линий электропередач?

5.     Какова конструкция кабелей с бумажной изоляцией?

6.     Какова конструкция кабелей с резиновой изоляцией?

7.     Какова конструкция маслонаполненных кабелей?

8.     Как расшифровать марку кабелей?

 

Раздел 5. Магнитные материалы

 

Тема 5.1. Металлические магнитомягкие и магнитотвердые материалы. 



   По величине остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силы магнитные материалы делят на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, малую остаточную магнитную индукцию и небольшую коэрцитивную силу, а также должны иметь малые потери на гистерезис и вихревые токи.

    Самым распространенным магнитомягким материалом является электротехническая сталь, легированная кремнием. Выясните назначение кремния в электротехнической стали и влияние процентного содержания кремния на свойства стали.

    Различают горячекатаную и холоднокатаную электротехническую сталь. Разберитесь в различии этих сортов стали, особенностях их свойств и областях применения.

    При изучении магнитомягких материалов помимо электротехнической стали надо рассмотреть пермаллои и альсиферы.

    Магнитотвердые материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса и соответственно большими значениями остаточной магнитной индукции и коэрцетивной силы.

    Они должны быть нечувствительны к механическим воздействиям, не терять своих свойств от нагрева и не изменяться во времени.

    В зависимости от технологии обработки различают материалы: ковкие – обрабатывающиеся механически, нековкие – механически плохо обрабатывающиеся.

   Основными ковкими материалами, подвергающимися закалке, являются стали: углеродистая, хромистая, вольфрамовая, кобальтовая. Следует разобраться в свойствах и различиях этих сталей.

   Нековкие магнитотвердые материалы получают обычно методами литья и порошковой металлургии. Эти материалы вследствие высокой твердости и крупнокристаллического строения плохо поддаются механической обработке. Магнитодиэлектрики получают путем прессовки порошкообразного ферромагнетика с изолирующей органической или неорганической связкой. 

Тема 5.2.  Ферриты ( неметаллические магнитные материалы) 

    Металлические магнитные материалы имеют большие  потери и почти не могут применяться в полях высокой частоты, поэтому в таких случаях используются ферриты, изготавливаемые на основе смеси окиси железа с окислами других металлов. Ферриты подразделяются на магнитомягкие и магнитотвер-дые. Их широкому использованию способствуют большая величина удельного сопротивления, небольшие потери энергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно хорошими магнитными свойствами при малых габаритах. Изготавливаются  ферриты по керамической технологии.

    Для запоминающих устройств счетно-вычислительных машин наибольший интерес представляют ферриты, обладающие прямоугольной формой петли гистерезиса. 



Вопросы для самопроверки 

1.     Перечислите характерные свойства магнитомягких материалов.

2.     Какие магнитные стали называются текстурованными?

3.     Каковы состав и характерные свойства пермаллоев?

4.     Какие сплавы применяются в качестве магнитомягких материалов?

5.     Перечислите характерные свойства магнитотвердых материалов.

6.     Что означает «закалка на мартенсит»?

7.     Какие сплавы применяются в качестве магнитотвердых материалов?

8.     Опишите металлокерамический принцип получения магнитотвердых сплавов.

9.     Какие требования предъявляются к основе и связующему магнитодиэлект-рика?

10. Как влияет химический состав и структура ферритов на их магнитные и электрические характеристики?

11. Какова технология получения ферритов?

12. Приведите классификацию ферритов и укажите область их применения в электротехнической промышленности.

 

Раздел 6. Основы металловедения

 

Тема 6.1. Строение и свойства металлов и сплавов

 

    Изучение этого раздела надо начать с истории металловедения. Разностороннее применение различных металлов и сплавов в промышленности требует знания их свойств, которые зависят во многом от строения металлов.  Все явления, происходящие в металлах при нагревании и охлаждении, связаны с атомно-кристаллическим строением металла. Наиболее распространенным для большинства металлов являются следующие кристаллические решетки:



1)     кубическая объемно-центрированная;

2)     кубическая гранецентрированная;

3)     гексагональная (плотноупакованная) 

   Кубическую объемно-центрированную решетку имеют такие металлы, как железо, хром, вольфрам, молибден, натрий.

   Кубическую гранецентрированную – железо ((900о – 1400о), медь, свинец, золото, алюминий.

   Гексагональную решетку имеют магний, цинк, кадмий.

   Некоторые металлы (например, железо) в твердом состоянии имеют раз-личное кристаллическое строение, а следовательно, и свойства при различных температурах. Способность металлов в твердом состоянии иметь различное кристаллическое строение называется аллотропией или полиморфизмом.

   Пространственные кристаллические решетки образуются в металлах при переходе их из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.

   При изучении физических, химических и механических свойств металлов и сплавов особое внимание обратите на методы механических испытаний.

   Для определения механических свойств металлов надо уметь производить несложные расчеты, например, предела прочности:

                         Рв

                       ------  МПа/см2



                                 Fo     

Где Рв  - наибольшая нагрузка, которую может выдержать образец, МПа,

       Fo  - сечение образца, см2.

 

Тема 6.2. Сплавы железа с углеродом

 

   При изучении сплавов следует уяснить, что при затвердевании жидкого сплава двух компонентов могут образовываться: механические смеси, твердые растворы, химические соединения.



   Механическая смесь – это такие сплавы, в которых одного компонента расположены между кристаллами другого и могут быть различимы при рассмотрении под микроскопом.

  Твердым раствором  называют такой вид взаимодействия между компонентами, образующими сплав, когда атомы одного компонента располагаются в кристаллической решетке другого, то есть в процессе кристаллизации образуется общая кристаллическая решетка. Под микроскопом будут просматриваться только кристаллы твердого раствора, а компоненты, составляющие сплав, под микроскопом различимы не будут.

   Химическое соединение, как и твердый раствор имеет однородную структуру, а кристаллическая решетка соединения включает в себя атомы обоих компонентов.

   Но между химическим соединением и твердым раствором имеется существенная разница. В кристаллической решетке химического соединения атомы каждого компонента находятся в строго определенном числе и расположены всегда одинаково. Химическое соединение, например Fe3C, имеет постоянный состав, который может быть выражен химической формулой. Состав твердых растворов изменяется в широких пределах и не может быть выражен химической формулой.

   При изучении процессов, происходящих в металлах и сплавах при их превращениях, и описании их строения в металловедении пользуются следующими понятиями: система, фаза, компонент.

   Анализируя упрощенную диаграмму состояния системы железо-цемент, необходимо выяснить, какие превращения происходят по отдельным точкам, линиям и участкам.

   Рассматривая тему «Чугуны», необходимо четко уяснить, какое сырье применяют для производства чугуна, общие сведения о конструкции доменной печи, сущность доменного процесса.

   Различают белый и серый чугун. На свойства чугуна влияют примеси. Основными примесями в чугунах являются углерод, кремний, марганец, сера и фосфор.

   Для повышения прочности чугунов производится их легирование (никелем, хромом, молибденом, медью и др.), а также модифицирование. Модификаторами называют вещества, которые вводят в жидкий чугун перед разливкой для увеличения количества центров кристаллизации.

   Ковкий чугун – условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна специальной термической обработкой.

   При рассмотрении темы «Чугуны» студенты должны четко знать, какими свойствами характеризуются серые, белые, легированные, модифицированные и ковкие чугуны. Ознакомьтесь с маркировкой чугунов по ГОСТу.

  При рассмотрении темы «Углеродистые стали» необходимо выяснить сначала методы передела чугуна в сталь. Рассмотреть основные способы получения стали, такие, как мартеновский, конвертерный и в электропечах. Следует четко уяснить, в чем отличие стали от чугуна. Нужно рассмотреть, как влияет углерод на структуру и свойства стали.

  При изучении углеродистой стали рассмотрите классификацию ее: по химическому составу (низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую), по назначению (конструкторскую и инструментальную).

  Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легирующие элементы, резко улучшающие ее свойства.

При изучении легированных сталей необходимо выяснить назначение их и применение. Надо рассмотреть классификацию легированных сталей по назначению. Маркировку сталей смотрите по ГОСТу. При изучении темы «Твердые сплавы» обратите внимание на сплавы, применяемые для изготовления резцов. Твердые сплавы по способу получения разделяют на  литые и металлокерамические.

   Нужно рассмотреть сплавы меди: латуни и бронзы, их состав, свойства, виды и применение. Латунями называют сплав меди с цинком. Сплавы меди с оловом, бериллием, кадмием называют бронзами. Рассмотрите маркировку латуней и бронз по ГОСТу. Алюминиевые сплавы у нас в стране принято делить на две группы:

1)     деформируемые сплавы и

2)     литейные сплавы.

Различают сплавы алюминия: дуралюмины и силумины.

 Дуралюмины – сплавы на основе Al-CU-Mg, в которые дополнительно

вводят Mn для повышения коррозийной стойкости сплава.

   Силумины – сплавы алюминия с кремнием. Изучая тему, следует рассмотреть все эти сплавы, их свойства, состав, применение и маркировку .

 

Вопросы для самоконтроля

 

1.        Что называется металлом, какое строение имеют металлы?



2.        Перечислите типы кристаллических решеток металлов.

3.        Как происходит кристаллизация металлов?

4.        Что называется аллотропией?

5.        Назовите физические, механические и технологические свойства металлов.

6.        В каких единицах измеряется твердость металлов?

7.        Что называется прочность и твердостью металлов?

8.        Поясните возможные дефекты строения кристаллических решеток.

9.        Дайте определение сплава.

10.   Какой сплав называется механической смесью?

11.   Какой сплав называется химическим соединением?

12.   Какой сплав называется твердым раствором?

13.   Где применяется белый чугун и какими свойствами он обладает?

14.   В чем отличие серого чугуна от белого?

15.   Как получают модифицированный чугун? Назовите его основные свойства.

16.   Какие чугуны называются легированнми?

17.   Назовите основные способы получения стали, их преимущества и недостат-ки.

18.   В чем отличие чугуна от стали?

19.   Как подразделяются стали в зависимости от процентного содержания в них углерода?

20.   Какая сталь называется легированной?

21.   Назовите марки литейных твердых сплавов и порошкообразных твердых сплавов, выпускаемых в России.

22.   Какой сплав называется латунью и какими свойствами обладает?

23.   Какой сплав называется бронзой, его состав, виды и применение?

24.   Чем отличаются деформируемые сплавы на алюминиевой основе от литейных?

 

Контрольное задание № 1

 

Вариант 1

 

1.     В чем основные особенности меди и алюминия как электротехнических материалов?



2.     В чем опасность воздушных (газовых) включений в изоляцию электротехнических конструкций?

3.     Как классифицируются и маркируются силовые кабели?

4.     Типы кристаллических решеток. Укажите возможные дефекты кристаллических решеток.

5.     Как осуществляется пайка металлов при применении магнитных припоев? Укажите назначение и марки флюсов при пайке мягкими припоями.

 

 

Вариант 2



 

1.       Перечислите виды волокон, применяемых в электротехнике. Почему предпочитают применение волокнистых электроизоляционных материалов в пропитанном виде?

2.       Как классифицируются и маркируются контрольные кабели?

3.       Конструкция и способы получения биметаллических проводов. Почему слой меди в биметаллическом проводе должен быть снаружи?

4.       Какие магнитные материалы используются для низкочастотных магнитопроводов. Почему цепи делают шихтованными?

5.       Поясните методы химико-термической обработки стали; свойства, которые предает изделию каждый из этих методов.

 

Вариант 3

 

1.   Поясните физический смысл        и  tg      диэлектриков. Какие факторы



      влияют на величины      и   tg      диэлектриков?

2.  Назначение монтажных и установочных проводов. С какой изоляцией

     выпускаются монтажные и установочные провода?

3.   Опишите основные характеристики и области применения германия.

6.   Дайте определение механических свойств металлов и назовите, с помощью каких приборов они определяются и по каким формулам вычисляются.

7.   Какое значение имеют флюсы при паянии и что используется в качестве флюсов?

 

Вариант 4

 

1.         Как классифицируются проводниковые материалы? Какие свойства характерны для каждой из групп? 



2.         Что входит в состав резины? Каково назначение компонентов, входящих в состав резин?  Влияние процентного содержания серы на свойства резин.

3.         Назначение и устройство специальных кабелей. Как маркируются специальные кабели?

4.         Почему в цепях переменного тока нельзя применять сплошных (нешихтованных) магнитных цепей?

5.         Что называется прессованием? Когда целесообразно применять этот способ и в чем его преимущества и недостатки?

 

Вариант 5

 

1.       Что представляют собой резольные и новолачные смолы и чем они отличаются друг от друга? Где применяются эти смолы?



2.       Обмоточные провода, их назначение и виды. С какой изоляцией изготавливаются обмоточные провода?

3.       Какие требования предъявляются к контактным материалам?

4.       На какие группы подразделяются магнитомягкие материалы и каковы особенности каждой из групп?

5.       Назовите три основных вида сплавов. Вычертите упрощенную диаграмму железо-углерод и дайте определение характерным точкам, линиям, областям.

 

 

Вариант 6



 

1.     На какие основные группы разделяются керамические электроизоляционные материалы и что они собой представляют?

2.     Как классифицируются полупроводниковые материалы? Какие свойства характерны для каждой из групп?

3.     Перечислите сортамент стальных шин.        

4.     В чем сущность закалки стали и каково ее назначение? Методы и области применения поверхностной закалки.

5.     Назовите сплавы на основе меди и алюминия.  По какому принципу маркируются алюминиевые и медные сплавы?

 

Вариант 7

 

1.       В чем сущность электрической и тепловой формы пробоя твердых диэлектриков? По каким признакам можно определить тип пробоя?



2.       Какие требования предъявляются к сплавам высокого сопротивления и для каких целей они применяются?

3.       Основные характеристики и применение селена.

4.       Какие виды потерь электроэнергии имеют место в магнитных материалах? Поясните механизм их образования и способы уменьшения потерь. 

5.       Сплавы железа с углеродом. Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.

 

Вариант 8

 

1.     Объясните разницу в понятиях «пробой» и «перекрытие».Почему внешняя поверхность изоляторов делается ребристой?



2.     Металлокерамические материалы. Какова технология получения и область применения металлокерамики.

3.     Основные характеристики и применение карбида кремния.

4.     На какие группы подразделяются магнитотвердые материалы и каковы особенности каждой из групп?

5.     Коррозия, виды коррозии, способы борьбы с коррозией.

 

Вариант 9

 

1.          Объясните сущность дипольной, электронной и объемнозарядной поляризации. Дайте определение диэлектрической проницаемости, полярных и нейтральных диэлектриков.



2.          Из каких составных частей состоят пластмасс? Их свойства, область применения.

3.          Собственная и примесная проводимость полупроводников.

4.          Как осуществляется пайка металлов при применении твердых припоев? Укажите назначение и марки флюсов при пайке твердыми припоями.

5.          Основные способы обработки металлов резанием. Укажите область применения различных способов обработки.

 

Вариант 10

 

1.      Опишите свойства и применение синтетических жидких диэлектриков: совола, совтола, гектола. Чем объяснить ограниченную область применения синтетических жидких диэлектриков?



2.      С какой изоляцией изготавливаются обмоточные провода? Область их применения.

3.      Каковы особенности применения серебра в электротехнической промышленности? Область их применения.

4.      Опишите металлокерамический принцип получения магнитотвердых сплавов. В чем достоинства данного способа получения магнитных материалов?

5.      Кривые нагревания и охлаждения чистого железа. Как происходит кристаллизация  металлов?



Вопросы, выносимые на экзамен 

1. Диэлектрические потери.  Зависимость tg    от температуры влажности, час-

     тоты тока, напряженности электрического поля.

2. Влияние примесей на качество стали. Классификация углеродистых сталей

    по назначению. Маркировка углеродистых сталей.

3. Резины. Влияние серы на свойства резины. Состав, вулканизация, область

    применения.

4. Магнитотвердые ферриты, их свойства и применение.

5. Газообразные диэлектрики и их свойства.

6.      Обмоточные провода: изоляция, основные характеристики, маркировка и

    область применения.

7.      Электропроводность диэлектриков. Удельное  объемное и поверхностное 

     сопротивление  диэлектрика, их зависимость от температуры, влажности, н    

     напряженности поля.

8.      Современные способы получения чугуна и стали. Деление железо-      углеродистых сплавов по содержанию углерода.

9.     Поликонденсационные материалы, их структура, основные характеристики и области применения.

10. Магнитотвердые материалы (МТМ), их состав, магнитные характеристики и области применения.

11. Лаки, эмали, компаунды, их классификация, основные характеристики, получение, область применения.

12. Чугун, его свойства, область применения.

13. Каучуки натуральные и синтетические, свойства, получение, область применения.

14. Магнитомягкие ферриты, их свойства и область применения.

15. Электротехнический уголь: свойства,  получение, изделия в электротехнической  промышленности, прочие области применения.

16. Кабели силовые: конструкции, маркировка, область применения.

17. Материалы высокой электрической проводимости.

18. Процесс кристаллизации чистых металлов и сплавов. Кривые нагревания и охлаждения чистого железа.

19. Материалы высокого электрического сопротивления.

20. Припои, их свойства, требования, классификация, выбор, применение.

21. Основные характеристики магнитных материалов.

22. Сплавы железа с углеродом: свойства, классификация, применение.

23. Сплавы на основе алюминия: маркировка, применение.

24. Флюсы: состав, свойства, назначение, выбор, применение.

25. Сегментокерамические материалы,  электроизоляционные свойства, состав, применение в электротехнической промышленности.

26. Сплавы на основе меди: маркировка, применение.

27. Электроизоляционные пленки: свойства, получение, область применения. 

28. Углеродистые стали. Влияние содержания углерода на структуру и свойства стали

29. Пластмассы:  состав, способы получения, классификация, свойства, область применения.

30. Неметаллические магнитные материалы, их характерные свойства, состав, структура, магнитные и электрические характеристики.

31. Электроизоляционные бумаги, картоны. Их виды, свойства и область применения.

32. Легированные стали с особыми свойствами: нержавеющие, жаропрочные, кислостойкие. Их маркировка и применение.

33. Тепловые характеристики электроизоляционных материалов. Классификация материалов по классам нагревостойкости.

34. Структура металлов. Типы кристаллических решеток, дефекты, их строение.

35. Пробой диэлектриков, пробивное напряжение, электрическая прочность. Виды пробоя.

36. Твердые сплавы, их свойства и применение.

37. Диэлектрическая проницаемость, поляризация диэлектриков и зависимость между ними.

38. Коррозия металлов: виды, способы борьбы с коррозией.

39. Классификация электротехнических материалов и область их применения.  Задачи развития электротехнических материалов.

40. Механические характеристики электротехнических материалов.

41. Установочная и конденсаторная керамика: состав, свойства и область применения.

42. Термическая обработка стали, ее виды и назначение.

43. Электрические характеристики и свойства проводников.

44. Металлокерамические твердые сплавы и другие сплавы получаемые порошковой металлургией.

45. Физико-химические характеристики электроизоляционных материалов.

46. Легированные стали, назначение, применение, маркировка.

47. Полимеризационные материалы, их характеристики и области применения.

48. Магнитомягкие материалы (МММ), их состав, характеристики, области применения.

49. Керамика: способы получения, классификация, состав, область применения.

50. Контакты и контактные материалы; показатели состояния контактов, причины отказа, требования к материалам.

51. Электроизоляционная слюда и слюдяные материалы. Состав, свойства, область применения.

52. Сплавы на основе меди, алюминия, серебра: состав, свойства, применение.

53. Монтажные провода и кабели: конструкция, маркировка, назначение.

54. Компаунды, лаки, эмали: классификация, состав, применение.

55. Силовые кабели: классификация, конструкция, маркировка, применение.

56. Стекла: состав, классификация, способы получения, применение. 

57. Структуры металлов и сплавов. Типы кристаллических решеток и возможные дефекты.

58. Смолы: виды, свойства, получение, применение.

59. Процесс кристаллизации. Кривые охлаждения чистого железа. Критические точки в процессе кристаллизации.

60. Понятие пробоя; виды, причины возникновения, влияние на электрические свойства электроизоляционных материалов. 

 

Список литературы


 
    Основная  

 

  1. Журавлева Л. В. Электроматериаловедение: учебник /-2-е изд., стереотип..-М.: Academia, 2004. – 312 с.

  2. Технология конструкционных материалов. Под ред. Дальского А.М. М.: Машиностроение, 1993. – 448 с.

  3. Пасынков В. В., Сорокин В. С. Материалы электронной техники: Учебник для студ. вузов по спец. электронной техники. 3-е изд. — СПб.: Издательство «Лань», 2001. — 368 с.

Дополнительная

 ГОСТы

 

ГОСТ 17516-72      Изделия электротехнические. Условия эксплуатации в части   воздействия механических   факторов внешней среды.



 

ГОСТ  17516.1-90Е Изделия электротехнические. Общие требования в части   стойкости к механическим внешним воздействующим    факторам.

 

ГОСТ  Р 50509-93   Маркировка изолированных проводников   (МЭК 391-72)



 

ГОСТ  Р 50344-92   Материалы электроизоляционные твердые. Методы испытаний (МЭК 167-64) для определения сопротивления изоляции.

 

ГОСТ  Р 50499-93   Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления.



 

ГОСТ  Р 50532-93  Материалы электроизоляционные твердые. Стандартные   условия, устанавливаемые до и во время испытаний.

 

ГОСТ  Р 50623-93    Материалы электроизоляционные слюдяные. Методы  (МЭК 371-2-87)    испытаний.



 

ГОСТ  Р 51180-98    Материалы электроизоляционные. Требования  безопасности и методы испытаний.

 

ГОСТ  Р МЭК 811-1-4-94  Общие методы испытаний материалов для изоляции  и оболочек электрических кабелей. Испытания при низкой   температуре.



 

ГОСТ  23286-78     Кабели, провода и шнуры. Нормы толщин изоляции, оболочек и испытаний напряжением.

 

ГОСТ  26445-85 Е  Провода силовые изолированные.



 

ГОСТ  24334-80 Е  Кабели силовые для нестационарной прокладки. Общие   технические требования.









Возлюби ближнего, как самого себя, но не будь близок с кем попало. Луис Бил
ещё >>