Магнитные стали

18. Магнитные стали  и сплавы их состав и свойства. Примеры марок по стандарту и область применения.

Магнитные стали и сплавы разделяются на две группы: магнитнотвердые и магнитномягкие.

 Первые характеризуются  большим значением коэрцетивной силы (Нс) и применяются для постоянных магнитов, вторые обладают низким значением Нс и малыми потерями на гистерезис (перемагничивание), применяются для сердечников трансформаторов и магнитопроводов. Природу магнитных явлений объясняет теория доменов.

 

 Магнитнотвердые стали и сплавы разделяют:

 

- углеродистые стали.  У10 - У12, которые после закалки  имеют Нс = 60 ... 65 Э.

- хромистые стали. (1 % С и 1.5 ... 3 % Cr). Приблизительно те же свойства.

- кобальтовые стали (легированные  дополнительно 15 % Со). Нс = 100 ... 170 Э.

- сплавы Fe - Ni - Al (11 - 14 % Al, 22 - 34 % Ni, ост. Fe)- альнико или ЮНДК. Нс = 400 ... 500 Э.

 Сплавы альнико изготавливают методами порошковой металлургии. Высокие магнитные свойства получают, используя дисперсионнотвердеющие системы сплавов типа Fe - V - Co, Fe - Mo - Co. Однако кобальт и молибден являются остродефицитными металлами. Среди магнитных сталей широкое распространение получили марки ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2 ГОСТ 6862 - 71.

 Магнитномягкие материалы разделяются на:

- техническое железо (очищенное  от углерода и примесей). Нс = 0.01... 1 Э.

- электротехническая сталь.  Здесь высокая магнитная проницаемость  и низкая Нс обеспечена легированием Si до 3% и специальной прокаткой и рекристаллизационными отжигами, позволяющими получить крупное ферритное зерно. Прокатка т.ж. создает текстуру (ориентирует зерна в направлении максимальной магнитной проницаемости). Текстурованная сталь называется трансформаторной, а нетекстурованная - динамной. В динамной стали нет анизотропии свойств и ее применяют для изготовления деталей электродвигателей переменного тока. Марки электротехнических сталей Э11, Э12 .. Э1200 ГОСТ 21473 - 75.

Первая цифра - содержание кремния, вторая уровень электротехнических свойств, “00“ - холоднокатанная слаботекстурованная.

- железоникелевые сплавы (пермалои) Ni около 78.5 %. Они имеют исключительно высокую начальную магнитную проницаемость, в 10 раз больше чистого Fe, что позволяет их использовать для работы в очень слабых магнитных полях (радио, телеметрия и т.п.). Кроме пермалоев применяют гайперники - 45 - 50 % Ni. Их преимущество в том, что они не требуют высокотемпературного нагрева в среде водорода, хотя уступают пермалоям.

 К магнитномягким материалам принадлежат: альсиферы (Al - Si - Fe), перминвары (Ni - Co), термалой (легирование до 30 % Cu), порошковые сплавы Fe - P, Fe - Si.

 Магнитомягкие материалы изготавливаются преимущественно порошковой металлургией.

Особую группу образуют немагнитные  стали, которые заменяют цветные  металлы и обладают высокой конструкционной  прочностью 55Г9Н9Х3 и 45Г17Ю3 (аустенитная структура).

 

 

30. Древесные материалы:  свойства, достоинства и недостатки. Виды древесных материалов, характеристика  и область их применения. Приведите  примеры.

Древесина - сравнительно твердый  и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть  стволов, ветвей и корней деревьев и  кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в  основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.

Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась в том ли ином виде, и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал.

Древесину применяют для  изготовления мебели, столярно-строительных изделий. Из неё делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты, спички, карандаши, бумагу, предметы обихода, игрушки, сувениры. Натуральную или модифицированную древесину применяют в машиностроении и горнорудной промышленности; она является исходным сырьём для целлюлозно-бумажной промышленности, производства древесных плит.

Широкому использованию  древесины способствуют её высокие  физико-механические качества. Хорошая  обрабатываемость. А также эффективные  способы изменения отдельных  свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, при небольшой массе хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Древесина соединяется крепёжными изделиями, прочно склеивается, сохраняет красивый внешний вид, на неё хорошо наносятся защитно-декоративные покрытия. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов, гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию. Кроме того, древесина имеет пороки биологического происхождения, которые снижают её качество. Чтобы использовать древесину, надо знать её свойства, строение и пороки.

 

 

Строение дерева

 

Растущее дерево состоит  из кроны, ствола и корней. При жизни  дерева каждая из этих частей выполняет  свои определенные функции и имеет  различное промышленное применение.

Крона состоит из ветвей и листьев (или хвои). Из углекислоты, поглощаемой из воздуха, и воды, получаемой из почвы, в листьях образуются сложные  органические вещества, необходимые  для жизни дерева. Промышленное использование  кроны невелико. Из листьев (хвои) получают витаминную муку - ценный продукт для  животноводства и птицеводства, лекарственные  препараты, из ветвей - технологическую  щепу для производства тарного картона  и древесноволокнистых плит.

Ствол (от 50 до 90% объема всего  дерева растущего дерева) Образуется он благодаря камбию. Форма ствола - нейлоид. Проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх, а с органическими веществами - вниз к корням; хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины и имеет главное промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть - комлем. Процесс роста можно представить как нарастание конусообразных слоев древесины. Каждый последний конус имеет большую высоту и диаметр основания. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола.

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить  следующие основные его части: кору, камбий, древесину и сердцевину.

Сердцевина - узкая центральная  часть ствола, представляющая рыхлую ткань. Сердцевина совместно с древесной  тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. На торцовом разрезе имеет вид темного (или  другого цвета) пятнышка диаметром 2-5 мм. На радиальном разрезе сердцевина видна в виде прямой или извилистой темной узкой полоски. Она может быть круглой овальной, треугольной (ольха), четырёхугольной (Ясень), пятиугольной (тополь) и зубчатой (дуб).

Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из внешнего коркового слоя и внутреннего  слоя - луба, который проводит воду с  органическими веществами, выработанными  в листьях, вниз по стволу. Кора предохраняет дерево от механических повреждений, резких перемен температуры, насекомых  и других вредных влияний окружающей среды. Вид и цвет коры зависят  от возраста и породы дерева. У молодых  деревьев кора гладкая, а с возрастом  в коре появляются трещины. Кора может быть гладкой (пихта), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник), бородавчатой (бересклет). Цвет коры имеет множество оттенков, например белая у березы, темно-серая у дуба, темно-бурая у ели. В зависимости от породы, возраста дерева и условий произрастания у наших лесных пород кора составляет от 6 до 25% объема ствола. Кора многих древесных пород имеет большое практическое применение. Она используется для дубления кож, изготовления поплавков, пробок, теплоизоляционных и строительных плит. Из луба коры делают мочало, рогожи, веревки и др. Из коры добывают химические вещества, применяемые в медицине. Кора березы служит сырьем для получения дегтя. Между корой и древесиной располагается очень тонкий, сочный, не видимый невооруженным глазом слой - камбий, состоящий из живых клеток.

Камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону  коры клетки луба и внутрь ствола, в  значительно большом объеме, - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Корни (мелкие и грубые) Функции: удерживают дерево в вертикальном положении, проводят воду с растворенными в  ней минеральными веществами вверх  по стволу; хранят запасы питательных  веществ. Корни используются как  второсортное топливо. Пни и крупные  корни сосны через некоторое  время после валки деревьев служат сырьем для получения канифоли и  скипидара. Может быть использовано для изготовления технологической  трески.

 

Древесина. (Заболонь, ядро)

В раннем возрасте древесина  состоит из заболони, по мере роста  анатомические компоненты закупориваются, отмирают живые ткани в центральной  зоне, откладываются экстрактивные  вещества и образуется ядро. Внутренние элементы консервируются, и таким  образом ядро имеет большую стойкость  к загниванию. При этом у отдельных  пород вся масса древесины  окрашена в один цвет (ольха, береза. граб), у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница. сосна). Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая - заболонъю. Породы, имеющие ядро, называют ядровыми. В других породах, где отмирание не сопровождается потемнением, такие породы называются безядровыми. В том случае, когда центральная часть ствола отличается меньшим содержанием воды, т.е. является более сухой, ее называют спелой древесиной, а породы - спелодревесными.(Ель, пихта, бук, осина, граб). Остальные породы, у которых нет различия между центральной и периферической частью ствола ни по цвету, ни по содержанию воды, называют заболонными (берёза, клён, ольха).

В безядровых породах бывает тёмный окрас в средней части и это называется ложное ядро. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других - на 30-35-й год (сосна). Поэтому заболонь у тиса узкая, у сосны широкая.

Переход от заболони к ядру может быть резким (лиственница, тис) или плавным (орех грецкий, кедр). В  растущем дереве заболонь служит для  проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет  механическую функцию.

Микроструктура древесины. Строение древесины, видимое в микроскоп, называется микроструктурой. Исследование древесины под микроскопом показывает, что она состоит из мельчайших частичек - клеток, преимущественно (до 98%) мертвых. Растительная клетка имеет  тончайшую прозрачную оболочку, внутри которой находится протопласт, состоящий  из цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка у молодых  растительных клеток представляет собой  прозрачную, эластичную и весьма тонкую (до 0,001 мм) пленку. Она состоит из органического вещества - клетчатки, или целлюлозы.

По мере развития, в зависимости  от функций, которые призвана выполнять  та или иная клетка, размеры, состав и строение ее оболочки существенно  изменяются. Наиболее частым видом  изменения клеточных оболочек является их одревеснение и опробкование.

Одревеснение клеточной  оболочки происходит при жизни клеток в результате образования в них  особого органического вещества - лигнина и сопровождается сильным  разбуханием оболочки. Одревесневшие  клетки или совсем прекращают рост, или увеличивают размеры в  значительно меньшей степени, чем  клетки с целлюлозными оболочками.

Целлюлоза в клеточной  оболочке представлена в виде волоконец, которые называются микрофибриллами. Промежутки между микрофибриллами заполнены в основном лигнином, гемицеллюлозами и связанной влагой. В процессе роста клеточные оболочки утолщаются, при этом остаются неутолщенные места, называемые порами. Поры служат для проведения воды с растворенными питательными веществами из одной клетки в другую.

Макроскопические элементы дерева. Годичные слои, ранняя и поздняя  древесина. На поперечном разрезе видны  концентрические слои, расположенные  вокруг сердцевины. Эти образования  представляют собой ежегодный прирост  древесины. Называются они годичными  слоями. На радиальном разрезе годичные слои имеют вид продольных полос, на тангентальном - извилистых линий. Годичные слои нарастают ежегодно от центра к периферии и самым молодым слоем является наружный. По числу годичных слоев на торцовом разрезе на комле можно определить возраст дерева. Ширина годичных слоев зависит от породы, условий роста, положения в стволе. У одних пород (быстрорастущих) годичные слои широкие (тополь, ива), у других - узкие (самшит, тис). В нижней части ствола расположены наиболее узкие годичные слои, вверх по стволу ширина слоев увеличивается, так как рост дерева происходит и в толщину и в высоту, что приближает форму ствола к цилиндру. У одной и той же породы ширина годичных слоев может быть различной. При неблагоприятных условиях роста (засуха, морозы, недостаток питательных веществ, заболоченные почвы) образуются узкие годичные слои.

 

Физические свойства древесины

 

Внешний вид древесины  определяется ее цветом, блеском, текстурой  и макроструктурой.

 

Цвет древесины

Цвет древесине придают  находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые  находятся в полостях клеток. Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от белого (осина, ель, липа) до черного (черное дерево). Древесина, произрастающая в жарких и южных районах, имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной умеренного пояса. В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Так, древесина граба имеет светло серый цвет, дуба и ясеня - бурый, грецкого ореха - коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.