1.5. Надежность

Надежность — представляет собой общие свойства, характеризующие проявление всех остальных свойств изделия в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Эти свойства связаны между собой.

Долговечность — свойство изделия или конструкции сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется степенью разрушения изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности, причем первая соответствует сроку службы не менее 100 лет, вторая — не менее 50 лет, третья — не менее 20. Долговечность определяется совокупностью физических, механических и химических свойств материала. Ее нужно оценивать применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Безотказностью называют свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт. К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы. Отказом называют события, при которых система, элемент или изделие полностью или частично теряют работоспособность. Потеря работоспособности вызывается такой неисправностью, при которой хотя бы один из основных параметров выходит за пределы установленных допусков.

Ремонтопригодность — свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправного состояния и сохранению заданной технической характеристики в результате предупреждения, выявления и устранения отказов. Показателем ремонтопригодности является среднее время ремонта на один отказ данного вида, а также трудоемкость и стоимость устранения отказов.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость количественно оценивается временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности.

1.6. Технологические свойства

К технологическим свойствам относится способность материалов подвергаться обработке. Для каменных материалов это пилимость, шлифуемость и др. Для бетонов — способность уплотняться, для древесины — способность обрабатываться пилящими и режущими инструментами и т. п.

Вопросы для самопроверки:

15. Назначение модели, стержня, стержневого ящика.

16. Назначение и устройство литниковой системы.

17. Из каких материалов изготавливают разовые, полупостоянные и постоянные формы?

18. Какие виды ручной формовки существуют?

19. Какие бывают виды форм?

20. Что относится к модельному комплекту?

21. Назначение модели и требования, предъявляемые к ее изготовлению.

22. Назначение стержней и стержневых знаков.

23. В каких случаях назначаются припуски на механическую обработку и их определения?

24. Назначение формовочных уклонов и их определение.

25. Назначение галтелей и их определение.

26. Как учитывается усадка металла при изготовлении моделей?

27. Чем размеры модели отличаются от размеров отливки?

28. Чем размеры отливки отличаются от размеров конструкторского чертежа?

Литература:

1. Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. пособие для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 542 с.89-141

2. Иваней А.А. Электронный конспект лекций.

3. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк. 2006. – 862с.

4. Основин В. Н., Шуляков Л. В., Дубяго Д. С. Справочник по строительным материалам и изделиям. ИД «Равновесие» стандарт электронного издания http://www.salebook.ru/info-service.php?RegKey=str&v=40

5. Рыбьев И.А. Основы строительного материаловедения в лекционном изложении:[учебное пособие]/И.А. Рыбьев. – М.: Астрель: АСТ: Хранитель, 2006. – 604с.

6. Технология металлов и материаловедение: Учебник для вузов и техникумов /Под ред. Л.Ф. Усовой – Производственное издание. М.: Металлургия, 1987. – с.106-123.

Форма отчета

Практическая работа № 6.

«Изучение способов производства строительных материалов»

5. По таблице заданий найти свой вариант.

13. Изучить теоретические сведения о строительных материалах и их основные свойства.

14. Дать краткое описание способа получения материала*, его основные свойства, области применения.

Таблица заданий.

№ варианта	Вид материала
1	строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок
2	древесные материалы и изделия (паркет)
3	красный кирпич
4	силикатный кирпич
5	керамические блоки и камни
6	оконное и облицовочное стекло
7	бетон
8	гипсовые и гипсобетонные изделия
9	плитки облицовочные и для настилки полов
10	изделия из фаянса и фарфора
11	природные камни
12	керамзит
13	цементы различных видов
14	черепица
15	каменное литье
16	искусственный гравий для легких бетонов
17	стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки)
18	асбестоцементные изделия и конструкции
19	стеклопрофилит (для ограждений)
20	известь
21	полимерные материалы и изделия (стеклопластик)
22	изделия из ситаллов и шлакоситаллов
23	гипсовые вяжущие
24	железобетон
25	стеклоблоки

*При наличии нескольких способов получения материала, перечислить все способы, но описать один на выбор самостоятельно.

Практическая работа № 7

«Композиционные материалы с металлической и не металлической матрицей»

Цель работы - ознакомиться с методами получения, применения и обработки композиционных материалов.

Задания:

15. Изучить теоретические сведения о строении композиционных материалов.

16. Составить краткую классификацию композиционных материалов.

Краткие теоретические сведения

1. Принципы создания и основные типы композиционных материалов

Композиционные материалы обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов, что и предопределило их успешное применение для совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций, Композиционными называют материалы, состоящие из двух компонентов и более, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом индивидуальные особенности.

Для композиционных материалов характерна следующая совокупность признаков:

• состав, форма и распределение компонентов материала определены заранее;

• материалы состоят из двух и более компонентов различного химического состава, разделенных в материале границей;

• свойства материала определяются каждым из его компонентов содержание которых в материале достаточно большое;

• материал обладает свойствами, отличными от свойств компонентов, взятых в отдельности;

• материал однороден в макромасштабе и неоднороден в микромасштабе;

• материал не встречается в природе, а является созданием человека.

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку. Компонент, который обладает непрерывностью по всему объему, является матрицей. Компонент же прерывный, разделенный в объеме композиционного материала, считается армирующим или упрочняющим.

В качестве матриц в композиционных материалах могут быть использованы металлы и их сплавы, а также полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные характеристики: плотность, удельную прочность, рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию агрессивных сред.

Армирующие или упрочняющие компоненты равномерно распределены в матрице. Они, как правило, обладают высокой прочностью, твердостью и модулем упругости и по этим показателям значительно превосходят матрицу. Более широким понятием, чем армирующий или упрочняющий компонент, является термин «наполнитель», поскольку наполнитель в матрице помимо изменения прочности оказывает влияние и на другие характеристики композиции.

Композиционные материалы классифицируют по геометрии наполнителя, расположению его в матрице и природе компонентов.

По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяют на три группы:

• с нуль-мерными наполнителями, размеры которых в трех измерениях имеют один и тот же порядок;

• с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превосходит два других;

• с двухмерными наполнителями, размеры которых значительно превосходят третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов:

• с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу;

• с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя в виде волокон, матов из нитевидных кристаллов, фольги в матрице в параллельных плоскостях;

• с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его распределении.

По природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:

• композиционные материалы, содержащие компонент из металлов или сплавов;

• композиционные материалы, содержащие компонент из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и др.;

• композиционные материалы, содержащие компонент из неметаллических элементов, углерода, бора и др.;

• композиционные материалы, содержащие компонент из органических соединений (эпоксидные, полиэфирные, фенольные и другие смолы).

В названную классификацию не входят полиармированные композиционные материалы, содержащие чередующиеся слои двух или более композиций, с матрицами, отличающимися химическим составом.

Свойства композиционных материалов зависят не только от Физико-химических свойств компонентов, но и от прочности связи между ними. Обычно компоненты для композиционного материала выбирают со свойствами, существенно отличающимися друг от друга.

Композиционные материалы по сравнению с современными конструкционными материалами обнаруживают более высокую удельную жесткость (Е/ρ) и удельную прочность (σ_в/ρ) (рис. 1.)

Модуль упругости композиционных материалов может изменяться в требуемом направлении в зависимости от схемы армирования.

Рис. 1. Удельная прочность и удельный модуль упругости алюминия (1),стали и титана (2), стеклопластиков (3), бериллия (4)и некоторых композиционных материалов

Высокая надежность в работе конструкций из композиционных материалов связана с особенностями распространения в них трещин. В обычных сплавах трещина развивается быстро и скорость роста ее в период работы конструкции детали возрастает. В композиционных материалах трещина обычно возникает и развивается в матрице и встречает препятствия на границе матрица — упрочнитель. Армирующий элемент тормозит ее распространение, задерживая на некоторое время ее рост.

2. Композиционные материалы с нуль-мерными наполнителями

В композиционных материалах этого типа наибольшее распространение получила металлическая матрица из металла или сплава. Композиции на металлической основе упрочняются равномерно распределенными дисперсными частицами различной зернистости: микроскопические с диаметром частицы d = 0,01—0,1 мкм; мелки с диаметром частицы d = 1—50 мкм.

Композиционные материалы с равномерным распределением частиц упрочнителя отличаются изотропностью свойств.

Получают композиции, армированные дисперсными частицами, чаще методами порошковой металлургии, включающей следующие этапы:

• получение порошковой смеси матричного металла и упрочнителя (рассев порошков на фракции, смешивание порошков в смесителях различных систем);

• прессование порошка в компактную заготовку в стальных матрицах (изостатическое прессование) с последующим спеканием.

На стадиях прессования и последующей деформационной и термической обработки в полуфабрикате формируется оптимальная, устойчивая дислокационная структура. Дисперсные частицы наполнителя способствуют образованию зерен с большой степенью неравноосности (волокнистой структуры) и задерживают протекание рекристаллизационных процессов.

В таких материалах матрица воспринимает всю нагрузку, а дисперсные частицы армирующего наполнителя препятствуют развитию пластической деформации, оказывая сопротивление движению как единичных дислокаций, так и дислокационных образований (субграниц, границ зерен). Эффективное упрочнение достигается при содержании 5—10% (об.) частиц упрочняющего вещества.

На уровень прочности композиций оказывают влияние объемное содержание частиц упрочнителя, степень дисперсности и расстояние между частицами. Сопротивление увеличивается с уменьшением расстояния между частицами согласно формуле Орована:

где G— модуль сдвига материала матрицы; b — межатомное расстояние; l — расстояние между частицами упрочнителя.

Армирующими наполнителями чаще служат дисперсные частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов (А1₂0₃, Th0₂ НfO₂, BN, SiC, Be₂C и др.). Эти тугоплавкие соединения имеют высокие значения модуля упругости, низкую плотность, значительную инертность в отношении материала матриц. Так, например, модуль упругости оксидов ThO₂ и А1₂ 0₃ равен 380,5•10³и 146,12•10³ МПа, а плотность — 1,0 и 3,97 г/см³ соответственно.

Кроме метода порошковой металлургии существуют и другие технологии получения дисперсионно-упрочненных композиционных материалов. Например, вводят частицы армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава. Улучшения смачивания частиц жидким металлом и равномерного распределения их в матрице достигают в этом случае ультразвуковой обработкой расплава или другими способами. Равномерное распределение упрочняющей фазы по объему композиции чаще все же достигается применением твердофазных методов.