СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ Механические свойства характеристики

СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Механические свойства характеристики, определяющие поведение вещества или материала под действием приложенных внешних механических сил. Прочность сопротивление материала деформации и разрушению. Пластичность — способность материала к остаточной деформации (после снятия деформирующих нагрузок) без разрушения.

Деформация - изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Деформация является следствием действия внешних сил, приложенных к телу (сдавливающих, растягивающих, изгибающих и др. ), или различных физико-механических процессов, возникающих в теле (например, изменение объема отдельных кристаллитов при фазовых превращениях или вследствие температурного градиента).

Под действием внешних сил в материале возникает напряжение — сила реакции, которая уравновешивает действующие силы и выражается в виде отношения действующей нагрузки (P) к площади поперечного сечения нагружаемого материала (F) = P/F

Концентраторы напряжений: трещины, надрезы и иных повреждений эксплуатационного характера, внутренние дефекты, сквозные отверстия, резкие изменения толщины. Вблизи них наблюдается повышенная локализованная величина напряжения, и здесь в первую очередь происходит разрушение нагружаемого материала, при этом усредненная величина напряжения в материале может быть сравнительно небольшой.

Причины напряжений l l Временные напряжения обусловлены действием внешней нагрузки и исчезают после ее снятия. Внутренние напряжения возникают и уравновешивающиеся в пределах изделия без действия внешней нагрузки. l Тепловые напряжения возникают в процессе l Фазовые или структурные напряжения связанны быстрого нагрева или охлаждения материала вследствие неоднородного расширения или сжатия поверхностных и внутренних слоев материала. с превращением фаз и изменением кристаллической структуры в процессе быстрой кристаллизации, при термической обработке.

Упругой называется деформация, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешних сил. Нет заметных остаточных изменений в структуре и свойствах материала. Пластическая деформация необратимая и сохраняющаяся при снятии нагрузки - возникает при возрастании касательных напряжений выше определенной величины (предел упругости).

Пластическая деформация скольжением Скольжение (смещение) отдельных частей кристалла относительно друга под действием касательных напряжений определенной (критической) величины. В кристаллической решетке оно протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов, где величина сопротивления сдвигу наименьшая. Чем больше в металле возможных плоскостей и направлений скольжения, тем выше его способность к пластической деформации. Металлы с кубической решеткой (например, Fe, Cu, Al), обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них происходит во множестве направлений. Металлы с гексагональной плотноупакованной структурой (например, Zn, Mg, Be) менее пластичны и поэтому труднее поддаются прокатке, штамповке и другим деформирующим воздействиям.

Кубическая и гексагональная упаковки

Скольжение осуществляется в результате перемещения дефектов кристаллической решетки — дислокаций, представляющих собой объемные несовершенства и образующиеся при кристаллизации, а также при иных процессах, сопровождающихся накапливанием дефектов в кристалле. Дислокация в двух измерениях имеет размеры порядка атомных, а в третьем — значительно больше и может затрагивать весь кристалл. При пластической деформации происходит перемещение дислокаций.

Двойникование как разновидность механизма пластической деформации характерно для некоторых металлов, имеющих плотноупакованные кристаллические решетки. Двойникование - процесс образования в монокристалле областей с закономерно измененной ориентацией кристаллической структуры.

Определение механических свойств материалов Статические испытания: нагрузка возрастает медленно и плавно. К этой группе относятся определение твердости, испытания на растяжение, сжатие, кручение, изгиб.

Твердость — это свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое. Определение твердости: а) по Бринеллю, б) по Роквелу, в) по Виккерсу

Виды термической обработки Отжиг - изделия нагреваются до заданной температуры, выдерживаются при этой температуре с последующим постепенным охлаждением Закалка применяется для получения высокой твердости и заключается в нагреве стальной детали до высокой температуры, выдержке при этой температуре и резком охлаждении в воде, масле. Отпуск стали - нагрев закаленного изделия ниже критической точки с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением Закалка с последующим высоким отпуском термическое улучшение.

Прибор для испытания клинка

Классификация дефектов Конструктивные дефекты: ошибочный выбор материала изделия, неверное определение размеров деталей, режима термической обработки. Производственные дефекты возникают в результате нарушения технологического процесса при изготовлении деталей. Эксплуатационные дефекты возникают в результате износа, усталости, коррозии и неправильной эксплуатации.

Виды изломов l l l усталостные — разрушения при длительном циклическом нагружении (например, при продолжительной эксплуатации автотранспортных средств или иных механизмов, детали которых работают с циклической нагрузкой); хрупкие — разрушения, возникающие приложении значительной нагрузки с большой скоростью (например, в результате столкновения автотранспортного средства с препятствием); пластичные — разрушения, вызванные воздействием на деталь статически приложенной нагрузки с небольшой скоростью, по величине значительно большей предела текучести (случай не характерен, например, для деталей рулевого управления и ходовой части автомобиля).

Тепловые свойства веществ и материалов

Количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы твердого вещества для того, чтобы превратить ее в жидкость, называется удельной теплотой плавления. Переход из кристаллического в жидкое состояние при равномерном подводе тепла происходит при постоянной, определенной для каждого вещества температуре плавления. Давление насыщенных паров специфично для каждого вещества и характеризует его летучестью, т. е. способностью к испарению.

Виды теплообмена 1. Теплопроводность — процесс передачи энергии от более нагретых тел или частей тела (твердого, жидкого, газообразного) к менее нагретым (при соприкосновении) или частям этого же тела вследствие хаотического теплового движения микрочастиц (атомов, молекул, свободных электронов) в отсутствие макроскопического движения тел или частей одного и того же тела относительно друга.

2. Конвективный теплообмен — процесс теплообмена, обусловленный совместным действием теплопроводности и конвекции (переноса энергии путем видимого перемещения жидкости или газа в пространстве между областями с разными температурами). Различают конвекцию свободную (движение среды вследствие наличия разности ее температур и, соответственно, плотности по объему, например, в вытяжной трубе камина или в конвективной колонке над очагом пожара) и вынужденную (движение среды в открытом пространстве или в трубах под влиянием внешнего механического воздействия на нее крыльчатки вентилятора, насоса и т. п. ).

3. Лучистый теплообмен — процесс переноса лучистой энергии в пространстве электромагнитными волнами, испускаемыми телом за счет его внутренней энергии в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов.

Самовозгорание: тепловое — в результате самонагревания за счет внутренних экзотермических реакций при наличии благоприятных условий для накопления тепла в массе вещества (материала, смеси) под воздействием нагрева извне; l микробиологическое — в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества или материала (как правило, растительного происхождения, например, нередки случаи возгорания травяной или рыбной муки); l химическое — в результате химического взаимодействия веществ (например, для пирофорных веществ самовозгорание происходит при контакте их с воздухом). l

l Температура самовоспламенения, самая низкая температура вещества (материала, смеси), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. l Температура пламени, определяется из теплового баланса процесса горения. Тепло, выделяющееся при горении, затрачивается на нагрев образующихся продуктов горения, потери тепла в окружающую среду с тепловым и излучением, затраты тепла на подготовку еще негорючего вещества к горению. l Температура пламени и продуктов горения не является постоянной для данного вещества величиной, а может меняться в зависимости от условий, в которых происходит горение.

По горючести вещества и материалы разделены на три группы: l негорючие (несгораемые) — те, которые не способны к l трудногорючие (трудносгораемые) — те, которые способны l горючие (сгораемые) те, которые способны самовозгораться, а горению на воздухе; возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способны самостоятельно гореть после его удаления; также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления (в этой группе дополнительно выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы по их способности воспламеняться от кратковременного воздействия источника зажигания с малой энергией, типа пламени спички, искры, тлеющей сигареты и т. п. ).

Термические источники зажигания l l l открытый огонь (непотушенной спички, топки, печи, зажигалки, паяльной лампы, керосинового прибора, свечи, горелки, костра, факела, огневого реактора, газовой плиты); нагретая поверхность (сушилки, печи, радиатора, трубопровода); искры (топки, двигателей внутреннего сгорания, газосварки, сушилки, работающей при сжигании топлива; тление (непотушенной сигареты, головешки, непотушенного костра, угля, шлака); нагретый газ (сушилок, печей, двигателей внутреннего сгорания, топок, продуктов химических реакций.

Механические источники зажигания: l l l разогрев от трения подшипников при перекосе, заклинивании, дефектах смазок и работе без смазки, при объемном расширении; транспортных лент, приводных ремней при пробуксовке, заклинивании, трение ленты и кожуха, перегрузке; волокон материала, намотанного на вал вентилятора, транспортера; материалов при обработке с увеличенной скоростью резания, сверления, при увеличении глубины подачи, работе затупленным инструментом; теплота адиабатического сжатия газов, пластмасс при прессовании; искры фрикционные при шлифовании, работе металлическим инструментом, попадании камней, металла в машину, аппарат, ударе лопатки вентилятора о кожух, ударе крышки металлического люка.

Самовозгорание l микробиологическое; l химическое — вследствие взаимодействие вещества с водой, кислородом воздуха, другим веществом, в пирофорном веществе; l физическое, тепловое — вследствие воздействия на вещество света, тепла, удара, трения.

Электрические источники зажигания: l l l разряд атмосферного электричества (прямой удар молнии, вторичное воздействие, занос высокого потенциала молнии; разряд статического электричества (между проводящими телами, в металлических заземленных аппаратах; пробой жидкого и твердого диэлектрика; импульсная форма короны длинной искры; поверхностный разряд; скользящий искровой разряд; коронный разряд); газовый разряд (дуговой и искровой коммутационный; импульсная форма короны длинной искры; коронный тлеющий); нагретая поверхность (например, при утечке тока, выносе напряжения на аппарат, коротком замыкании и повышенном переходном сопротивлении на контактах; повышенного напряжения в сети, несоответствия сечения электропроводки нагрузке в сети, отключения фазы (двухфазный режим), увеличения электросопротивления электронагревательных приборов для отопления и приготовления пищи, электроламп и др. ); электромагнитное поле; раскаленные частицы металла (при коротком замыкании, электрической сварке, выключении и включении в коммутационных аппаратах).

Взрыв представляет собой быстрое неуправляемое высвобождение энергии, которое вызывает ударную волну, способную перемещаться на некоторое расстояние от источника. Взрыв может быть вызван детонацией конденсированного взрывчатого вещества, быстрым сгоранием легковоспламеняющегося облака газа, внезапным разрушением сосуда со сжатым газом или с перегретой жидкостью, смешиванием перегретых твердых веществ (расплавов) с холодными жидкостями и т. д.

Поражающее действие взрыва l бризантное действие взрыва, проявляется в l фугасное действие взрыва заключается в l осколочное действие состоит в поражении людей ближней зоне действия и заключается в дробящем эффекте продуктов взрыва, воздействующих на предметы окружающей обстановки; поражении людей или разрушении сооружений продуктами взрыва и образующейся ударной волной. Оно характеризуется объемом воронки в грунте и избыточным давлением на фронте ударной волны; (объектов) за счет кинетической энергии (ударного действия) осколков как самого взорванного устройства, так и вторичными осколками предметов окружающей обстановки;

l зажигательное (термическое) действие взрыва, заряда взрывчатого вещества проявляется в воспламенении (зажигании) объектов; l кумулятивное действие заряда состоит в поражении (пробитии) объектов за счет мгновенного сосредоточенного воздействия высокоскоростной металлической кумулятивной струи, образующейся при обжатии кумулятивной воронки взрывом заряда взрывчатого вещества и характерно, в основном, для боеприпасов направленного действия типа кумулятивных противотанковых снарядов и гранат; l воздействие (на человека) ядовитых газов, являющихся продуктами взрыва (окись углерода, окислы азота, сероводород, углекислый газ), возможны также тяжелые поражения нервной системы в виде так называемой взрывной психической травмы.

Аварийными режимами работы электротехнических устройств являются такие режимы работы, при которых нарушается соответствие номинальных параметров и нормальных условий эксплуатации узлов или всего изделия в целом.

Короткое замыкание аварийный пожароопасный режим работы в электроустановках, при котором происходит соединение разнополярных проводников, находящихся под напряжением, через весьма малое сопротивление, не предусмотренное нормальным режимом работы. l При коротком замыкании температура токопроводящих жил или деталей резко локально увеличивается, что вызывает их оплавление от электрической дуги. l В месте короткого замыкания происходит электродинамический взрыв жидкой перемычки металла между двумя замкнувшими разнополярными проводниками, вследствие чего образуется большое количество раскаленных частиц различного диаметра. Капли металла — носители значительного запаса тепла, разлетаясь на большие расстояния, являются потенциальными источниками зажигания. Кроме того, мощный источник зажигания — это непосредственно электрическая дуга. l Характерными признаками короткого замыкания являются локальные оплавления различной формы токопроводящих деталей. l

Токовая перегрузка — это прохождение по элементу электросети суммарного тока, превышающего номинальное значение, на которое рассчитан данный элемент (провод, кабель, устройство электрозащиты), в результате чего происходят различного рода повреждения этого элемента.

Переходные сопротивления в местах перехода электрического тока с одной контактной поверхности на другую через площадки действительного их соприкосновения также обусловливают локальный нагрев металла токопроводящих деталей и прилегающих материалов вплоть до появления источников зажигания.

Шкала электромагнитных волн

Цветовое зрение Цвет — одно из свойств света, приходящего в глаз наблюдателя, познаваемое наблюдателем при зрительном восприятии и определяемое характеристиками "красный", "зеленый", "синий". . . Учение о цвете, его восприятии и измерении представляет самостоятельную область науки — колориметрию.

Человеческий глаз обладает избирательной чувствительностью к свету. Максимум его чувствительности лежит в желтозеленой области спектра. Смешение цветных лучей создает в глазу ощущение белого света. Зрительный аппарат обладает интегральной чувствительностью. Ощущения одинакового цвета могут создаваться при разных спектральных составах поступающего в глаз света. Это явление называется метамеризмом.

Метамерические пары