Изучая процесс нормализации, прежде всего надо отметить разницу назначения и способа проведения процессов отжига и нормализации. При отжиге скорость охлаждения очень медленная, обеспечивается охлаждением с печью, при нормализации охлаждение проводят на воздухе. После нормализации у разных сталей получается разная структура. В углеродистой стали структура после нормализации получается практически такая же, как и после отжига, но более мелкая, поэтому прочность нормализованных сталей несколько выше, чем отожженных. В ряде случаев для углеродистых сталей вместо отжига можно производить нормализацию.
Закалка - один из наиболее важных видов термической обработки. Следует помнить, что температуру нагрева выбирают в зависимости от содержания углерода в стали.
Детали, которые должны иметь твердость только на поверхности, подвергаются поверхностной закалке. В результате поверхностной закалки увеличивается также общая прочность деталей, так как увеличивается предел усталости. Основное внимание следует уделить закалке токами высокой частоты, так как она дает наилучшие результаты и ее легко автоматизировать. При изучении поверхностной закалки газовым пламенем нужно иметь в виду, что для крупных деталей это в ряде случаев единственный метод поверхностного упрочнения.
Учащиеся должны знать новые прогрессивные методы упрочнения деталей: термомеханическую, ультразвуковую, термомагнитную обработку. Высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО) можно подвергать любые стали, а низкотемпературной (НТМО) - только те, у которых переохлажденный аустенит обладает повышенной устойчивостью, т. е. легированные.
При изучении процессов химико-термической обработки следует обращать внимание на температуру процесса, химический состав стали (особенно процентное содержание углерода) для данного вида химико-термической обработки и на необходимость термической обработки до или после того или иного вида химико-термической обработки. Каждый вид химико-термической обработки имеет свою область применения, определенные достоинства и недостатки.
При изучении цементации особое внимание надо уделять газовой цементации как наиболее прогрессивному методу, разрешающему наиболее полно осуществить механизацию и автоматизацию процесса. Твердость поверхностного слоя после цементации получается только при последующей закалке, сердцевина при этом остается вязкой, так как стали с малым содержанием углерода практически не подвергаются закалке.
Достоинства азотирования состоят в том, что твердость материалов не снижается при повторных нагревах до 500-600°С и увеличивается сопротивление коррозии в неэлектролитах. Но азотирование - процесс очень дорогой и непроизводительный, поэтому применять его следует только в тех случаях, когда никакая другая обработка не обеспечивает нужных свойств.
При изучении цианирования следует обратить внимание на свойства цианированного слоя в зависимости от температуры, при которой производится цианирование, и на область применения низко-, средне-, высокотемпературного цианирования. Высокотемпературное цианирование обычно производится в газовой среде. Этот процесс называется нитроцементацией.
Нужно иметь представление о диффузионной металлизации хромом, алюминием и другими элементами, понимать принципиальное отличие диффузионного насыщения поверхности металлами от гальванических покрытий, а главное - знать назначение каждого метода.
Коррозия металлов - весьма вредный и опасный процесс. Потери металлов от коррозии составляют около 8-12 % общего количества потребляемых металлов. Но к убыткам от коррозии относятся не только потери металла, но и затраты на защитные покрытия, ремонт и перемонтаж оборудования и т. п. Электрохимическая коррозия распространена шире, чем химическая. Наиболее опасным видом является межкристаллитная коррозия.
Изучая химическую коррозию, важно отметить, что она не сопровождается образованием электрического тока (в отличие от электрохимической). Суть коррозии заключается в образовании окисной пленки на поверхности металла, слой которой со временем увеличивается. Очень важно знать факторы, способствующие интенсивному развитию химической коррозии.
Особое внимание при рассмотрении коррозии металлов необходимо уделить методам защиты металлов от коррозии. Следует помнить, что борьба с коррозией имеет важное народнохозяйственное значение, а предохранение от коррозии экономит миллионы тонн металла.
Защита металла от коррозии осуществляется различными методами. Наиболее рациональный и надежный путь - изготовление изделий из коррозионно-стойких материалов. Но этот путь борьбы с коррозией не всегда может быть использован в силу экономических, технических и технологических соображений. Поэтому в промышленности часто изготовляют изделия из дешевых доступных материалов, обладающих высоким механическими и технологическими свойствами с последующей их защитой от коррозии.
Изучая методы защиты от коррозии, необходимо обращать внимание на то, какой метод защиты, при каких условиях работы изделия целесообразнее применять.
Литература; [4], с. 91-134.
РАЗДЕЛ 2. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2. 1. Общие свойства проводников
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и сплавы.
Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление при нормальной температуре не более 0,05 мкОм∙м, и сплавы высокого сопротивления с удельным электрическим сопротивлением при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм∙м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин, трансформаторов и т. п.
Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т. п.
К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся: удельная проводимость γ или обратная ей величина - удельное сопротивление ρ; температурный коэффициент удельного сопротивления ТК ρ или αρ; термо-э. д. с.
Нужно иметь четкое представление обо всех этих характеристиках. Необходимо уяснить зависимость удельного электрического сопротивления металла от температуры, чистоты обработки металла.
Литература: [3], с. 247-249.
2. 2. Проводниковые материалы
К материалам высокой электропроводности относятся серебро, медь, алюминий.
Самым малым сопротивлением обладает серебро при нормальной температуре ρ = 0,016 Ом∙м. Этот металл стойкий против окисления. Применяется для изготовления контактов, обкладок керамических и слюдяных конденсаторов и др.
Медь является одним из основных проводниковых материалов благодаря высокой электропроводности (ρ =0, 0172 0м м), механической стойкости и стойкости к атмосферной коррозии. Кроме того, медь хорошо обрабатывается, относительно легко паяется и сваривается.
Алюминий - второй по значению (после меди) проводниковый материал. Удельное сопротивление ρ = 0,028 Ом∙м. Он относится к группе легких металлов. При одинаковом весе и длине сопротивление алюминиевого провода получается вдвое меньше, чем медного. Доступность, сравнительно большая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии обеспечили алюминию широкое применение в электротехнике. Однако для воздушных линий электропередачи чистый алюминий неприменим из-за малой механической прочности. В этом случае используются алюминиевые сплавы. Наибольшее значение имеет альдрей - сплав алюминия с магнием, кремнием и железом.
Для линий передач широко применяют также сталеалюминевый провод, представляющий собой сердечник из стальных жил, обвитый снаружи алюминиевой проволокой.
В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов в проводниковых конструкциях выгодно применять так называемый проводниковый биметалл - сталь, покрытую снаружи слоем меди.
У ряда металлов при температурах, близких к абсолютному нулю, наблюдается явление исчезновения электрического сопротивления, которое названо сверхпроводимостью, температура при охлаждении, до которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние, - температурой сверхпроводникового перехода Тс.
Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым. Следует обратить внимание на существование критического значения магнитной индукции Вс (различного для различных металлов), превышение которого разрушает эффект сверхпроводимости.
Материалы, способные при охлаждении до достаточно низкой температуры переходить в сверхпроводящее состояние, получили название сверхпроводников.
Сверхпроводниками являются ниобий, свинец, тантал, ртуть, алюминий. Лучшие сверхпроводники - ниобий и сплавы на его основе.
Помимо явления сверхпроводимости, в современной электротехнике все шире используется явление криопроводимости, т. е. достижение некоторыми металлами весьма малой удельной проводимости при криогенных температурах, но более высоких, чем температура сверхпроводникового перехода, если данный материал вообще принадлежит к сверхпроводникам.
Материалы, обладающие указанной способностью, называются криопроводниками или гиперпроводниками.
Наибольший интерес для использования в качестве криопроводников, помимо обычных проводниковых материалов - алюминия и меди, представляет бериллий.
Следует изучить область применения сверхпроводников и криопроводников, т. к. применение этих материалов весьма перспективно.
Материалы с большим сопротивлением можно классифицировать по области применения, определяющей предъявляемые к ним требования.