Министерство образования Российской Федерации
Институт дистанционного образования
ГОУ ВПО « Тюменский государственный университет »
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: « Материаловедение»
Тема: « I. Цветные металлы: классификация, области применения.
II. Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы»
Разработал студент Петренко Н.В.
Нижневартовск 2010
План курсовой работы
Введение
1. Цветные металлы: классификация, области применения
1.1 Классификация цветных металлов
1.2 Особенности применения и обработки
1.3 Алюминий и алюминиевые сплавы
2. Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы
2.1 Классификация электротехнических материалов
2.2 Проводниковые материалы
2.3 Полупроводниковые материалы
2.4 Магнитные материалы
Введение
В данном курсовом проекте будет освещен материал по темам «Цветные металлы: классификация, области применения» и «Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы», вторую из них совместил из трех тем, чтобы показать основу по роду моей профессии, т.к. занят в энергетической области.
1. Цветные металлы: классификация, области применения
1.1 Классификация цветных металлов
Все применяемые в технике металлы и сплавы делятся на чёрные и цветные.
К чёрным металлам относят железо и его сплавы (сталь, чугун, ферросплавы). Все остальные металлы и сплавы составляют группу цветных металлов.
Наибольшее распространение в технике получили чёрные металлы. На их долю приходится свыше 90% производимой металлопродукции. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, сравнительно простой технологией выплавки чугунов и сталей, их высокой конструктивной прочностью (прежде всего сталей) и относительно небольшой стоимостью.
Цветные металлы применяются в технике реже, чем чёрные. Это объясняется незначительным содержанием многих цветных металлов в земной коре, сложностью процесса их выплавки из руд, недостаточной прочностью. Цветные металлы дороже чёрных, и, когда это возможно, их заменяют чёрными металлами, пластмассами и другими более дешёвыми материалами. Однако цветные металлы имеют свойства, которые делают их применение в технике незаменимым. Например, медь и алюминий обладают высокой электро- и теплопроводностью и используются для изготовления проводников электрического тока в электротехнике, в различных теплообменниках, радиаторах, холодильниках. Сплавы магния, алюминия и титана благодаря малой плотности, высокой удельной прочности широко применяются в самолётостроении, космической технике и т.д.
Из цветных металлов и сплавов наибольшее распространение получили сплавы алюминия и меди. Из года в год возрастает интерес к титану и его сплавам, которые широко применяются в авиа- и ракетостроении, в химической промышленности, цветной металлургии и т.д.
Цветные металлы условно подразделяются на:
· легкие (литий, магний, бериллий, алюминий, титан и др.), обладающие малой плотностью (до 5000 кг/м3);
· легкоплавкие (ртуть, цезий, галлий, рубидий, олово, свинец, цинк и др.), имеющие низкую температуру плавления;
· тугоплавкие (вольфрам, тантал, молибден, ниобий и др.), температура плавления которых более высокая, чем железа (1539 °С);
· благородные (золото, серебро, металлы платиновой группы), обладающие высокой коррозионной стойкостью;
· урановые - актиниды, используемые в атомной технике;
· редкоземельные (РЗМ) (скандий, иттрий, лантан и лантаниды), применяемые в качестве присадок к сплавам других элементов;
· щелочные (натрий, калий, литий и др.), не находящие применения в свободном состоянии (за исключением особых случаев, например в качестве теплоносителей в ядерных реакторах).
| Плотность металлов (при 20°C): | |
| т/м3 | |
| Алюминий | 2.6889 |
| Вольфрам | 19.35 |
| Графит | 1.9 — 2.3 |
| Железо | 7.874 |
| Золото | 19.32 |
| Калий | 0.862 |
| Кальций | 1.55 |
| Кобальт | 8.90 |
| Литий | 0.534 |
| Магний | 1.738 |
| Медь | 8.96 |
| Натрий | 0.971 |
| Никель | 8.91 |
| Олово (белое) | 7.29 |
| Платина | 21.45 |
| Плутоний | 19.25 |
| Свинец | 11.336 |
| Серебро | 10.50 |
| Титан | 4.505 |
| Уран | 19.04 |
| Хром | 7.18 |
| Цезий | 1.873 |
| Цирконий | 6.45 |
| Плотность сплавов (при 20°C): | |
| т/м3 | |
| Бронза | 7.5 — 9.1 |
| Сплав Вуда | 9.7 |
| Дюралюминий | 2.6 — 2.9 |
| Константан | 8.88 |
| Латунь | 8.2 — 8.8 |
| Нихром | 8.4 |
| Платино-иридиевый | 21.62 |
| Сталь | 7.7 — 7.9 |
| Сталь нержавеющая (в среднем) | 7.9 — 8.2 |
| марки 08×18Н10Т, 10×18Н10Т | 7,9 |
| марки 10×17Н13М2Т, 10×17Н13М3Т | 8 |
| марки 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ | 7,95 |
| марки 08×22Н6Т, 12×21Н5Т | 7,6 |
| Чугун белый | 7.6 — 7.8 |
| Чугун серый | 7.0 — 7.2 |
1.2 Цветные металлы: особенности применения и обработки
На сегодняшний день цветные металлы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Металл является химически простым веществом, обладающим такими характеристиками, как ковкость, теплопроводность, электропроводность; внешне отличается особым блеском.
Цветные металлы — техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов, называемых черными металлами). Термин в русском языке соответствует термину в европейских языках.
Цветные металлы весьма востребованы в нашей стране, их производство широко распространено во всех регионах.
Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. Различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.
Применение цветных металлов
В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.
Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.
Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике, в электроэнергетике и т. п.
Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и электроэнергетике. В связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.
Особенности цветных металлов
Некоторые металлы (медь, магний, алюминий) обладают сравнительно высокими теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что способствует быстрому охлаждению места сварки, требует применения более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев предварительного подогрева детали.
Для некоторых металлов (медь, алюминий, магний) и их сплавов наблюдается довольно резкое снижение механических свойств при нагреве, в результате чего в этом интервале температур металл легко разрушается от ударов, либо сварочная ванна даже проваливается под действием собственного веса (алюминий, бронза).
Все цветные сплавы при нагреве в значительно больших объемах, чем черные металлы, растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. Особенно активные в этом смысле более тугоплавкие и химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Эту группу металлов часто выделяют в группу тугоплавких, химически активных металлов.
Особенности обработки цветных металлов.
Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один — способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода .
Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка — незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки
Для алюминиевых оснований используют специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят — эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается , его лучше полностью удалить с помощью растворителя , после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.
Основные цветные металлы:
Алюминий