Пайка мягкими припоями. Припои, флюсы, инструмент. Технология пайки. Применение пайки мягкими припоями

Б-9

9. Пластическая деформация металлов. От каких факторов зависит пластичность металлов. Холодная и горячая обработка металлов давлением. Дать понятие о наклепе и рекристаллизации

Пластическая деформация - сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его механические и физико-химические свойства. Рассмотрела физическую сущность процесса пластической деформации.

Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке.

При особых условиях охлаждения металл затвердевает в виде большого кристалла правильной формы, называемого монокристаллом. Строение монокристалла определяется соответствующей кристаллической решеткой.

B промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации. Поэтому после затвердевания такой металл состоит не из одного кристалла, а из большого числа прочно сросшихся друг с другом кристалликов неправильной формы, называемых кристаллитами или зернами. Металлы такого строения называются поликристаллическими.

Рассмотрим холодную пластическую деформацию монокристалла. Под действием внешних сил в монокристалле возникают напряжения. Пока эти напряжения не превысили вполне определенной для данного металла величины (называемой пределом упругости), происходит упругая деформация. При упругой деформации атомы отклоняются с мест устойчивого равновесия на расстояния, не превышающие межатомные. После снятия нагрузки под действием межатомных сил атомы возвращаются в прежние места устойчивого равновесия, форма тела восстанавливается, при этом изменений в строении и свойствах металла не происходит. Упругая деформация сопровождается незначительным обратимым изменением объема тела, которое, например, для меди при напряжениях сжатия 100 кг/млti2 (980 Мн/м2) составляет 1,3%.

C увеличением внешней нагрузки увеличиваются и отклонения атомов. При определенных для данного металла напряжениях (пределе текучести) атомы смещаются в новые места устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки форма монокристалла не восстанавливается, он получает пластическую деформацию.

Необратимые смещения атомов в монокристалле происходят в основном в виде скольжения и в меньшей степени, в виде двойникования.

Скольжение представляет собой смещение атомов в тонких слоях монокристалла. Смещения происходят по особым кристаллографическим плоскостям, причем расстояние между плоскостями скольжения составляет 100 200А. При определенных условиях следы скольжения можно наблюдать в виде полос на поверхности деформируемого металла.

Двойникование, которое в основном происходит при ударных нагрузках, состоит в стройном смещении группы атомов относительно особой плоскости - плоскости двойникования.

Смещенная часть монокристалла будет являться зеркальным отображением (двойником) недеформированной его части.

Пластическая деформация монокристалла сопровождается искажениeм кристаллической структуры, образованием осколков и возникновeниeм остаточных напряжений в кристалле.

Эти явления, затрудняя процесс дальнейшей деформации, вызывают изменения механических и физико-химических свойств исходного металла: прочность, твердость, электросопротивление и химическая активность увеличиваются, при oдноврeменном уменьшении пластичности, ударной вязкости, магнитной проницаемости и т. д.

Совокупность изменений механических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называют упрочнением (или наклепом).

Необходимо иметь в виду, что при пластической деформации никакого изменения плотности металла практически не происходит, его объем остается постоянным.

Как указывалось выше, применяемые в промышленности металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение.

При обработке давлением таких металлов происходит пластичecкая деформация отдельных зерен путем скольжения и двойникования (аналогично монокристаллу) и смещение их относительно друг друга. Деформация сопровождается раздроблением зерен и их удлинением в направлении наибольшего течения металла.В результате этого,последиий приобретает строчечную мелкозернистую структуру, отчетливо наблюдаемую под микроскопом (рис. 1, а).

Одновременно в зернах, так же как и при холодной деформации монокристалла, искажается кристаллическая структура, oбpазуются кристаллитныe осколки и возникают остаточные напряжения. Рассмотренные явления вызывают упрочнение поликристаллического металла.

B большинстве сплавов всегда присутствуют нeметалличeские примеси (окислы, карбиды и т. д.), которые располагаются между зернами в виде пленок или отдельных шариков. При обработке давлением эти включения раздробляются и вытягиваются, придавая металлу волокнистое строение (рис. 1, б), котоpoе при соответствующей обработке поверхности наблюдается невооруженным глазом.

Величина пластической деформации металлов ограничена их пластическими свойствами. При некоторой, вполне определенной для каждого металла, величине деформации в нем образуются микротрещины, которые при дальнейшем деформировании интенсивно развиваются и вызывают его разрушение.

Рис. 1. Схемы скольжения (а) и двойникования (б) атомов при пластической деформации монокристалла

Большинство металлов обрабатываются давлением в нагретом состоянии. Объясняется это тем, что с повышением температуры пластичность увеличивается, сопротивление деформации уменьшается (рис. 2).

Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и, в некоторой степени, устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, строчечная и волокнистая структура металла полностью сохраняются. В результате рассмотренных явлений, называемых возвратом, прочностные свойства металла уменьшаются, пластические - увеличиваются.

Рис. 1. Микроструктура холоднодеформированного металла (а), волокнистое строение деформированного металла (б), микроструктура деформированного металла после рекристаллизации (в)

Возврат у чистых металлов происходит при температурах Тв = (0,25 ? 0,3) Тпл, где Тпл - абсолютная температура плавления металла. Сплавы же имеют температуру возврата более высокую, чем чистые металлы. Чем выше температура нагрева, тем подвижнее атомы и тем активнее протекает возврат. При температуре выше температуры возврата в деформированном металле происходит рекристаллизация - процесс зарождения и роста новых равноосных зерен неискаженной кристаллической структурой взамен деформированных. В результате рекристаллизации остаточные напряжения снимаются, восстанавливаются исходные его свойства и, таким образом, полностью снимается упрочнение, полученное металлом в процессе его деформирования.

Рис. 2. Влияние температуры на Рис.3. Микроструктуры металла

пластичность ? и предел прочности коленчатых валов, изготовленных по разным

при растяжении ?b стали. технологиям.

Если рекристаллизация ликвидирует строчечную структуру деформированного металла (рис. 1, в), то его волокнистое строение сохраняется, так как примеси между зернами являются неметаллическими веществами и рекристаллизация в них не происходит.

Итак, обработка давлением металлов при повышенных температурах сопровождается одновременным действием как упрочняющих, так и разупрочняющих процессов. В зависимости от того, какие из этих процессов преобладают, обработка давлением подразделяется на холодную, неполную горячую и горячую деформацию. Холодная деформация характеризуется интенсивным упрочнением, строчечной микроструктурой и отсутствием каких-либо следов возврата и рекристаллизации. Прочность при холодной деформации резко увеличивается, а пластичность существенно уменьшается.

При неполной горячей деформации рекристаллизация отсутствует, но протекает процесс возврата. Чем больше скорость деформирования и ниже температура металла, тем в меньшей степени происходит разупрочнение. Поэтому, необходимо помнить, что такой деформации нельзя подвергать малопластичные металлы и сплавы.

При горячей обработке давлением упрочнение, полученное металлом в процессе пластической деформации, полностью снимается рекристаллизацией, а металл получает Равноосную микроструктуру, причем волокнистое строение сохраняется.

Прочность и ударная вязкость волокнистого металла вдоль волокон выше, чем поперек волокон и это свойство деформированного металла используется при разработке технологического процесса изготовления деталей. Заготовку для будущей детали деформируют таким образом, чтобы направление волокон совпадало с направлением максимальных растягивающих напряжений, возникающих в детали при работе, а сами волокна огибали контур детали и не перерезывались при окончательной механической обработке изделия.

Например, в коленчатом вале, изготовленном путем вырезания напуска 1 (рис. 3, а), рабочие напряжения в щеках 2 направлены поперек волокон. Наоборот, в вале, изготовленном путем гибки (рис. 3, б), волокна огибают контур детали и возникающие при работе напряжения совпадают с направлением волокон. Очевидно, что второй вал будет более прочным, чем первый.

35. Проводниковые материалы применяемые для силовых кабелей. Электрическая изоляция их. Привести примеры.

Проводниковые материалы, применяемые при изготовлении трансформаторов

В качестве проводниковых материалов чаще всего применяют медь и алюминий, кроме того, используют и латунь. Медь имеет сравнительно высокую электропроводность, т. е. малое удельное электрическое сопротивление постоянному току (при 20° С оно равно 0,01724 Ом·мм2/м), сравнительно высокие механическую прочность и стойкость по отношению к атмосферной коррозии. Медь хорошо поддается механической обработке (обточке, строжке, сверловке, штамповке, ковке, сварке и пайке). Температура плавления равна 1065—1080° С, плотность 8,9 кг/дм3. Алюминий по электропроводности уступает меди. Он хорошо поддается обработке прокаткой, протяжкой и ковкой. При опиловке алюминия употребляют напильники с острой насечкой, фрезы затачивают острее, чем при обработке других металлов. Удельное электрическое сопротивление алюминия при 20° С равно 0,0283 Ом·мм2/м. Температура плавления 657° С. Плотность 2,71 кг/дм3. Алюминий устойчив к атмосферной коррозии. На воздухе поверхность алюминиевых изделий всегда покрыта тонкой оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. Паять и сваривать алюминий значительно сложнее, чем медь. Латунь — сплав меди с цинком. Латунь лучше обрабатывается, чем медь, и значительно дешевле ее, поэтому, если не нужна высокая электропроводность, а необходима значительная твердость, целесообразно применять латунь для изготовления контактов в переключающих устройствах трансформаторов, крепежных деталей и др. В трансформаторостроении широко применяют латунь Л62 (содержит 35—40% цинка) и ЛС59 (содержит 38—42% цинка и 0,8— 2% свинца). Температура плавления 920° С, плотность 8,5 кг/дм3.

Сейчас вместо силового кабеля, который имеет изоляцию из пропитанной бумаги и из поливинилхлоридного пластиката выпускают силовой кабель со сшитым полиэтиленом. В связи с этим, производители силового кабеля осваивают именно этот вид. Рассмотрим преимущества и недостатки разных видов изоляции силового кабеля.

ПВХ-пластикат - полярный полимер, он имеет пониженные диэлектрические характеристики в сравнении с неполярным полиэтиленом или бумагой, а это приводит к увеличению показателя потерь в изоляции. Но, ПВХ-пластикат – это материал, не распространяющий горение.

Кабель с бумажной изоляцией должен иметь металлическую оболочку, для того чтобы защитить изоляцию и предотвратить проникновение воды к силовому кабелю. Кабель с изоляцией из полиэтилена для защиты от проникновения влаги предполагает специальный металлический слой из алюмополимерной ленты.

У кабеля с бумажной изоляцией есть еще одно преимущество. Он производится с бронепокровом из стальных проволок, защищающих кабель. Кроме того такой кабель имеет токопроводящие жилы, что позволяет значительно уменьшить размеры изделия, в сравнени с кабелями, у которых жилы круглой формы. Но существует значительный недостаток: при прокладке кабелей на крутонаклонных трассах маслоканифольный состав, который пропитывает бумажную изоляцию, может стекать. Для уменьшения этого эффекта используют кабель с нестекающим составом. Силовой кабель в полимерной изоляции подобного недостатка не имеет.

Одна из самых главных характеристик изоляционных материалов – допустимая температура нагрева жил. Чем выше этот параметр, тем выше допустимая нагрузка, которую можно пропускать в течение длительного времени. Допустимая температура нагрева полиэтиленовой изоляции значительно выше, других материалов, т.к. это термореактивный материал.

У различных конструкций кабелей есть свои достоинства и недостатки. Поэтому при использовании силовых кабелей должны учитываться требования, которые предъявляются к надежности кабельных линий и условия установки и эксплуатации.

Б-10

10. Сортопрокатное производство. Суть, технология, продукция и её применение.

36. Проводниковые материалы применяемые для высоковольтных линий электропередач. Перечислить требования предъявляемые к ним.

Б-11

11. Листопрокатное производство. Суть, технология. Горячекатаные и холоднокатаные листы: Различие их по толщине и механическим свойствам.

Листопрокатное производство обеспечило сегодня прирост выпуска алюминиевого листа в 1 8 раза без увеличения численности работающих и производственных площадей, досрочно освоена мощность нового производства лакированной ленты. В результате самоотверженного труда рабочих, инженерно-технических работников и служащих завода, коллективов строительных и монтажных организаций, большой организаторской и массово-политической работы партийных, профсоюзных и комсомольских организаций, широко развернутого социалистического соревнования внесен большой вклад в выполнение задач, поставленных XXV съездом КПСС, по повышению эффективности и качества работы. [1]

Листопрокатное производство развивается одновременно с совершенствованием прокатных станов путем применения многовалковых станов для холодной прокатки тонких и тончайших листов, станов для прокатки с натяжением, непрерывных станов в сочетании с современным вспомогательным оборудованием для обрезки, правки, отделки и транспортировки листов. [2]

Особенностью развитиялистопрокатного производства является непрерывное увеличение холоднокатаного листового и ленточного проката. Это связано с интенсивным развитием ряда отраслей народного хозяйства, потребляющих тонколистовой прокат с высокими механическими свойствами. [3]

Из отделочных операцийлистопрокатного производства следует отметить правку листов ( толщиной до 50 мм) и обрезку - поперечную и продольную. Правка производится обычно в многовалковых правильных машинах. Обрезка производится на ножницах самых разнообразных конструкций - гильотинных, дисковых и др. Обрезка листов толщиной более 20 мм может производиться с помощью огневой резки. [4]

Слябы служат заготовкой длялистопрокатного производства, а блюмы - для сортопрокатного производства различных профилей. Трубопрокатное производство получает исходные заготовки от блюмингов и слябингов. [5]

Металлопрокат, по сути, является строительным материалом и крайне редко применяется для отделки. Обычно его монтируют в стены, каркас, фундамент, перегородки, то есть в скрытые от глаз части здания. Поэтому механические свойства металлопроката зачастую важнее его внешних качеств. Однако и в этом правиле есть исключения, а именно, листовой прокат.

По способу прокатки весь металлопрокат, будь то трубы, профили или арматура, делятся на два вида: горячекатаный и холоднокатаный. Но если вся продукция производится из тех самых заготовок, в чем же разница? Разберем это на примере листовой стали. Основная особенность холодного проката – обработка пластичного металла давлением. Сначала изготавливается методом горячей прокатки рулонная сталь. Потом, эти листы подвергаются специальной обработке – травлению, и только после этого подаются на станы холодной прокатки. Именно поэтому толщина холоднокатаного листа не превышает 5 мм, но поверхность листа становится намного качественнее (ровнее). В дальнейшем лист может кроится на ленту или листы небольшого размера.

Ровная поверхность холоднокатаного листа пользуется спросом у производителей изделий, с качественной поверхностью и улучшенными механическими свойствами. Но это еще не все, лист после холодного проката может служить заготовкой для изготовления другой продукции: оцинковка, лист с полимерным покрытием, жесть белая, профнастил, кровельное железо…
Зачем же тогда нужен горячекатаный лист? Основное его преимущество, конечно же, цена. Особенно это сказывается на строительстве больших объектов. Кроме того, тысячи предприятий в России используют горячекатаный лист в качестве полуфабриката, подвергая его дальнейшей обработке.

37. Полупроводники. Виды проводимости, классификация, свойства и применение. Привести примеры простейших полупроводников

полупроводники́

вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (10⁶—10⁴ Ом^-1 см^-1) и диэлектриков (10^-8—10^-12 Ом^-1 см^-1). Характерная особенность полупроводников — возрастание электропроводности с ростом температуры; при низких температурах электропроводность полупроводников мала; на неё влияют и другие внешние воздействия: свет, сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т. д. Высокая чувствительность электрических и оптических свойств к внешним воздействиям и содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна для полупроводников. Все эти особенности и определяют их широкое применение в технике (см. Полупроводниковые приборы). К полупроводникам относится большая группа веществ (Si, Ge и др., см. Полупроводниковые материалы). Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости и дырки (носители положительного заряда). В идеальных кристаллах они появляются всегда парами, так что концентрации обоих типов носителей равны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимость осуществляется практически только одним типом носителей. Полное описание природы носителей заряда в полупроводниках и законов их движения даётся в квантовой теории твёрдого тела (см. также Зонная теория).

ПОЛУПРОВОДНИКИ́, вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (10⁶ — 10⁴ Ом^-1 см^-1) и диэлектриков (10^-8 — 10^-12 Ом^-1 см^-1), обусловлена переносом электронов и возрастает при повышении температуры. Наиболее существенная особенность полупроводников — способность изменять свои свойства в чрезвычайно широких пределах под влиянием различных воздействий (температуры, освещения, электрического и магнитного поля, внешнего гидростатического давления). В результате таких воздействий характеристики полупроводника могут сильно изменяться, (например, электропроводность может меняться в 10⁶-10⁷ раз). Именно эта способность изменять свойства под влиянием внешних воздействий и обусловила широкое применение полупроводников. На основе различных полупроводниковых материалов (см. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ) разработано и создано огромное количество разнообразных полупроводниковых приборов (см. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ).
Физические свойства полупроводников получили свое объяснение на основе зонной теории (см. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ), которая позволяет сформулировать критерий, разделяющий твердые вещества на два класса — металлы и полупроводники (диэлектрики). В металлах валентная зона (см. ВАЛЕНТНАЯ ЗОНА) заполнена полностью или перекрывается с зоной проводимости (см. ПРОВОДИМОСТИ ЗОНА). В полупроводниках и диэлектриках зона проводимости отделена от валентной зоны запрещенной зоной (см. ЗАПРЕЩЕННАЯ ЗОНА), и не содержит носителей. Деление неметаллических веществ на полупроводники и изоляторы (диэлектрики) является чисто условным. Ранее к изоляторам относили вещества с величиной запрещенной зоны Eg >2—3 эВ. Однако многие из таких кристаллов являются типичными полупроводниками.

Б-12