Задание 1. Сплавы железа. Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и их свойства.
Ответ
1.1 Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.
Сплавляя железо с углеродом и варьируя содержание компонентов, получают сплавы с различными структурой и свойствами [1, c.121-136].
Сплавы, в которых углерода менее 0,02%, называются технически чистым железом. Техническое железо имеет высокую магнитную проницаемость. Оно является электротехническим магнитно-мягким материалом (марки Э, ЭА, ЭАА) и применяется для сердечников, полюсных наконечников, электромагнитов, пластин аккумуляторов.
Железоуглеродистые сплавы - сплавы железа Fe (основной компонент) с углеродом С. Различают чистые железоуглеродистые сплавы (со следами примесей), получаемые в небольших количествах для исследовательских целей, и технические железоуглеродистые сплавы, содержащие примеси, легирующие элементы и специальные добавки.
В зависимости от содержания углерода эти славы делятся на стали и чугуны.
Сталь — железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится до 2%.
Сталь обладает высокой прочностью и твердостью, хорошо сопротивляется ударным нагрузкам. Сталь можно ковать, прокатывать, легко обрабатывать на металлорежущих станках. Стальные изделия хорошо свариваются.
Чугун — железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2%. В технике наибольшее применение получили чугуны, имеющие от 2,4 до 3,8% углерода.
Чугун более хрупок, чем сталь, он хуже сваривается, но обладает лучшими литейными свойствами. Поэтому изделия из чугуна получают исключительно литьем. Большая часть чугуна идет на переплавку в сталь.
1.2 Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и их свойства.
Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.
Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности σВ=250 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение δ=50%).
Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 0С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 0С).
В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).
Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.
Задание 2. Классификация проводниковых материалов.
Ответ
Проводниковые материалы классифицируются по агрегатному состоянию и по удельному электрическому сопротивлению [2, с. 218-230]
По агрегатному состоянию:
1) Газообразные
Газы при низких значения напряжённости электрического поля не являются проводниками [2, c. 219]. При высоких значениях напряжённости электрического поля, начинается ударная ионизация и газ может стать проводником с электронной и ионной проводимостью. При сильной ионизации и равенстве в единице объеме электронной и ионов газ представляет собой особую электронную среду, носящую название плазмы.
2) Жидкие.
а) Электролиты (водные растворы кислот, щёлочей, солей) – носители заряда ионы вещества, при этом состав электролита постепенно изменяется, и на электродах выделяются продукты электролиза.
Задание 3. Применение газообразных диэлектриков (воздух, азот, водород, элегаз, фреон, инертные газы, вакуум) в электрических устройствах.
Ответ
Газообразные диэлектрики делятся на две группы: естественные и искусственные [2, c.106-109].
Естественные газообразные диэлектрики. Наибольшее применение из них в силу своей распространенности получил воздух, даже в тех случаях, когда его присутствие в изоляции нежелательно.
Искусственные газообразные диэлектрики. К ним относятся элегаз, хладоген 12 и др. Основными газообразными диэлектриками, применяющимися в электротехнике, являются: воздух, азот, водород и элегаз (гексафторид серы ).
По сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками, газы обладают малыми значениями диэлектрической проницаемости и, высоким удельным сопротивлением и пониженной электрической прочностью в нормальных условиях. Основные характеристики газов как диэлектриков - это диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая прочность. Кроме того, зачастую важны теплофизические характеристики, в первую очередь теплопроводность.
В числе газообразных диэлектриков, прежде всего, должен быть упомянут воздух, который в силу своей всеобщей распространенности даже помимо нашей воли часто входит в состав электрических устройств и играет в них роль электрической изоляции, дополнительной к твердым или жидким электроизоляционным материалам. В отдельных частях электрических установок, например, на участках воздушных линий электропередачи воздух образует единственную изоляцию между голыми проводами линии. При недостаточно тщательно проведенной пропитке изоляции электрических машин, кабелей, конденсаторов в ней могут оставаться воздушные включения, часто весьма нежелательные, так как они при высоком рабочем напряжении изоляции могут стать очагами образования ионизации.
Воздух — смесь газов с электрической прочностью Eпр = 3,2 кВ/мм (при 0,1 МПа и 20°С), плотностью— 1,293 кг/м3. Электрическая прочность воздуха зависит в основном от расстояния между электродами, давления, температуры и влажности.
Задание 4. Классификация магнитомягких материалов. Требования к ним. Основные области применения.
Ответ
Магнитомягкие материалы — это такие материалы, которые обладают малой коэрцетивной силой Нс и высокой магнитной проницаемостью μ [2, c.319-325].
Магнитомягкие материалы можно классифицировать на низкочастотные и высокочастотные.
В свою очередь низкочастотные классифицируются на:
-железо и низкоуглеродистые стали;
-кремнистая электротехническая сталь;
-низкокоэцитивные сплавы (пермалои, альсиферы, аморфные сплавы).
Высокочастотные магнитомягкие материалы классифицируются на:
-ферриты;
-магнитодиэлектрики.
Но более целесообразно классифицировать по технологическому признаку с учетом магнитных свойств материалов:
-технически чистое железо;
-электротехнические стали;
-пермаллои;
-аморфные сплавы;
-магнитомягкие ферриты;
-магнитодиэлектрики;
-прочие специальные материалы.
Магнитомягкие материалы обладают способностью намагничиваться до насыщения уже в слабых магнитных полях (высокая магнитная проницаемость), имеют малые потери на перемагничивание, обладают высокой начальной и максимальной проницаемостью и малой коэрцитивной силой.
