Что понимают под микроструктурой металла ответ


Макроструктура, микроструктура, металловедение, твердость — Студопедия

 

Макроструктура металла (от макро...  и лат. stuctura - строение), строение металла, видимое невооружённым глазом или с помощью лупы, то есть при увеличениях до 25 раз. М. изучают на плоских образцах - темплетах, вырезанных из изделия или заготовки, а также на изломах изделия. Для выявления М. поверхность темплета тщательно шлифуют, затем травят растворами кислот или щелочей. При исследовании М. можно обнаружить нарушения сплошности металла (раковины, рыхлость, газовые пузыри, расслоения, трещины и т.д.), выявить распределение примесей и неметаллических включений, форму и расположение кристаллитов (зёрен) в разных частях изделия, а иногда даже особенности строения отдельных зёрен металла (см. Металлография). Изучение М. позволяет сделать заключение о качестве заготовки и правильности ведения технологического процесса при литье, обработке давлением или сварке изделия. В некоторых случаях качество металла характеризуется видом излома, позволяющим установить, как проходит поверхность разрушения (по телу или по границам зёрен), выяснить причины разрушения и т.д.

Микроструктура металла (от микро... и лат. structura - строение), строение металла, выявляемое с помощью микроскопа (оптического или электронного). Металлы и сплавы состоят из большого числа кристаллов неправильной формы (зёрен), чаще всего неразличимых невооружённым глазом. Зёрна имеют округлую или вытянутую форму, могут быть крупными либо мелкими и располагаться друг относительно друга в определённом порядке или случайно. Форма, размеры и взаимное расположение, а также ориентировка зёрен зависят от условий их образования. Часть микроструктуры металла, имеющая однообразное строение, называемое структурной составляющей (например, избыточные кристаллы, эвтектика, эвтектоид, в частности для железоуглеродистых сплавов аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит, мартенсит). Количественное соотношение структурных составляющих сплава определяется его химическим составом и условиями нагрева и охлаждения.


Металловедение - научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с разнообразными механическими, физическими и химическими свойствами. Уже народам древнего мира было известно получение металлических сплавов (бронзы и др.), а также повышение твёрдости и прочности стали посредством закалки. Как самостоятельная наука металловедение возникло и оформилось в 19 веке, вначале под названием металлографии. Термин металловедение введён в 20-х гг.20 в. в Германии, причём было предложено сохранить термин "металлография" только для учения о макро - и микроструктуре металлов и сплавов. Во многих странах металловедение по-прежнему обозначают термином "металлография", а также называют "физической металлургией".


Твердость - сопротивление металлов вдавливанию. Твердость металлов не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода измерения. Т. м. характеризуется числом твёрдости. Наиболее часто для измерения Т. м. пользуются методом вдавливания. При этом величина твёрдости равна нагрузке, отнесённой к поверхности отпечатка, или обратно пропорциональна глубине отпечатка при некоторой фиксированной нагрузке. Отпечаток обычно производят шариком из закалённой стали (методы Бринелля, Роквелла), алмазным конусом (метод Роквелла) или алмазной пирамидой (метод Виккерса, измерение микротвёрдости). Реже пользуются динамическими методами измерения, в которых мерой твёрдости является высота отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого металла (например, метод Шора) или время затухания колебания маятника, опорой которого является исследуемый металл (метод Кузнецова - Герберта - Ребиндера). Числа твёрдости указываются в единицах НВ (метод Бринелля), HV (метод Виккерса), HR (метод Роквелла), где Н от английского hardness - твёрдость. Поскольку при определении твёрдости методом Роквелла пользуются как стальным шариком, так и алмазным конусом, часто вводятся дополнительные обозначения - В (шарик), С и А (конус, разные нагрузки). По специальным таблицам или диаграммам можно осуществлять пересчёт чисел твёрдости (например, число твёрдости по Роквеллу можно пересчитать на число твёрдости по Бринеллю). Выбор метода определения твёрдости зависит от исследуемого материала, размеров и формы образца или изделия и др. факторов.

Твёрдость весьма чувствительна к изменению структуры металла. Измерениями микротвёрдости пользуются при изучении механических свойств отдельных зёрен, а также структурных составляющих сложных сплавов.

Для относительной оценки жаропрочности металлических материалов иногда пользуются так называемой длительной твёрдостью (или микротвёрдостью), измерение которой производят при повышенной температуре длительное время (минуты, часы) начертить диаграмму железо – цементит.

Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис.1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe - Fе3С приняты международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а пунктирными - диаграмма состояния железо - графит (стабильная).

Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не железоуглеродистой (Fe - С), а железоцементитной (Fe - Fе3С), так как свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.

Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может образовать химическое соединение - цементит Fе3С или присутствовать в сплавах в виде графита.

В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит.

Феррит может иметь две модификации - высоко - и низкотемпературную. Высокотемпературная модификация d-Fe и низкотемпературная - a-Fe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в d - и a - железе.

 

Диаграмма состояния Fe-C.

Предельное содержание углерода в a-Fe при 723°С - 0,02%, а при 20°С - 0,006%. Низкотемпературный феррит a-Fe по свойствам близок к чистому железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С:

s = 250 МПа;

d - 50%;

y= 80%;

твердость - 80...90 НВ.

Аустенит g-Fe - твердый раствор углерода в g-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160... 200 НВ.

Цементит Fе3С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% углерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С. Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i растяжение очень мала (s =40 МПа).

В системе железо - цементит имеются две тонкие механические смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).

Ледебурит является смесью двух фаз g-Fe + Fе3С, образующихся при 1130°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.

Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в легированных сталях - карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого):

s=800...900 МПа;

d< 16%;

НВ 180. .,220.

Диаграмма состояния Fe - Fе3С (рис.1) является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).

Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения в железоуглеродистых сплавах.

Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).

В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь - ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чугуны).

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,0%С).

В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита, а по линии SE - вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией верхних критических точек, а линию PS - нижних критических точек.

В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз - феррита и распадающегося аустенита, а в области диаграммы SEE' - смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита.

В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 723°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита - перлит.

Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и образованию перлита. В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит.

Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK) и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных превращений (растворение углерода в железе способствует расширению температурной области существования аустенита и сужению области феррита).

Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе3С, обозначенная на рис.1 пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы - графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо - графит отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).

На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените):

• стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;

• чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит.

В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:

• менее 0,83 - доэвтектоидные стали;

• 0,83 - эвтектоидные стали;

• 0,83...2 - заэвтектоидные стали;

• 2...4,3 - доэвтектические чугуны;

• 4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.

3 Для заданных материалов приведите состав, свойства и примеры применения:

25ХГСА, У10А, 25Х13Н2, А20, ВЧ100, АМг2, текстолит.

Характеристика материала 25ХГСА.

Марка: 25ХГСА
Заменитель: 20ХГСА
Классификация: Сталь конструкционная легированная
Применение: ответственные сварные и штампованные детали, применяемые в улучшенном состоянии: ходовые винты, оси, валы, червяки, шатуны, коленчатые валы, штоки и другие детали.

 

Химический состав в% материала 25ХГСА.

C Si Mn Ni S P Cr Cu
0.22 - 0.28 0.9 - 1.2 0.8 - 1.1 до 0.3 до 0.025 до 0.025 0.8 - 1.1 до 0.3

 

Температура критических точек материала 25ХГСА.

Ac1 = 755, Ac3 (Acm) = 840, Ar1 = 690

 

Механические свойства при Т=20oС материала 25ХГСА.

Сортамент Размер Напр. sв sT d5 y KCU Термообр.
 - мм  - МПа МПа % % кДж / м2  -
Сталь 30 Ц 690 520 25 67 1830 Закалка 890oC, масло, Отпуск 600oC, вода,
Сталь 80 Ц 630 400 24 67 1860 Закалка 890oC, масло, Отпуск 600oC, вода,
Лист отожжен.     500-700   16      
Пруток Ж 15   1080 835 10 40 590 Закалка 880oC, масло, Отпуск 480oC, вода,

 

 Твердость материала 25ХГСА после отжига, HB 10 - 1 = 217 МПа
 Твердость материала 25ХГСА нормализованного, HB 10 - 1 = 149 - 207 МПа

 

Физические свойства материала 25ХГСА.

T E 10 - 5 a 10 6 l r C R 10 9
Град МПа 1/Град Вт/ (м·град) кг/м3 Дж/ (кг·град) Ом·м
20 2.13   35 7850   306
100 2.06 12.2 36 7830 496 338
200 1.94 13 37 7790 504 415
300 1.87 13.6 37 7760 512 501
400 1.75 14 39 7730 533 573
500 1.68 14.2 34 7690 554 660
600 1.63 14.4 32 7650 584 830
700 1.43 14.5 31 7610 622 1000
800 1.3 12.3 29   693 1100
T E 10 - 5 a 10 6 l r C R 10 9

 

Технологические свойства материала 25ХГСА.

 Свариваемость: без ограничений.
 Флокеночувствительность: чувствительна.
 Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

 

 Свариваемость:

без ограничений  - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая  - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая  - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

Характеристика материала У10А.

Материал

Документ

Заменитель 1 Заменитель 2 Заменитель 3
Сталь У10А

ГОСТ 1435-99

Сталь У12 Сталь У12А  

Плотность

7810 кг/м. куб.

Назначение

инструмент-метчики,рашпили, надфили, пилы, матрицы, калибры, топоры

Модуль упругости

E=208000 МПа

Модуль сдвига

G=81000 МПа

Свариваемость

Не применяется для сварных конструкций

KVmet

1.000

Xmat

0.100

Температура ковки

Начала 1180, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм на воздухе, 101-300 мм - в яме.

Химический состав

Кремний: 0.17-0.33, Марганец: 0.17-0.28, Медь: 0.20, Никель: 0.20, Сера: 0.018, Углерод: 0.96-1.03, Фосфор: 0.025, Хром: 0.20,

Склонность к отпускной способности

не склонна

Шлифуемость

хорошая

           

 

Механические характеристики

Состояние Сигма-В, МПа Сигма-Т, МПа Кси,% Дельта,% НВ Доп.
отжиг 770гр 750 н/д н/д 10 207  
закалка 770гр (вода), отпуск 200гр (воздух) н/д н/д н/д н/д HRCэ65  

 

определение микроструктуры по The Free Dictionary

Эти изменения в механическом поведении припоя являются результатом эволюции микроструктуры припоя, которая происходит во время старения. Компания 3D-Micromac, занимающаяся лазерной микрообработкой, представила систему лазерной абляции MicroPrep 2.0 для подготовки проб металлов, полупроводников, керамики и компаундов в больших объемах. материалы для диагностики микроструктуры и анализа отказов (FA) .Этот новый зазор и индикация для системы CLE на основе зонда Cellvizio, платформы визуализации, которая включает технологию лазерного сканирования для создания изображений внутренней микроструктуры тканей, заявляет, что ее можно использовать для визуализация внутренней микроструктуры тканей in vivo, включая идентификацию клеток и сосудов, а также их организацию или архитектуру во время эндоскопических процедур.Результаты некоторых опубликованных исследований низколегированных Cr-Mo-V литых сталей свидетельствуют о возможности регенеративной термообработки после длительной эксплуатации и влиянии микроструктуры на свойства [2, 3]. Механические свойства материала определяются его микроструктурой. Кроме того, можно контролировать параметры обработки направленной кристаллизации, чтобы изменить микроструктуру и затем улучшить характеристики алюминиевого сплава 6061 [2]. Наблюдение и количественная оценка микроструктуры.Чтобы подтвердить влияние добавленных микроэлементов на микроструктуру сплавов, были проведены наблюдения и количественная оценка оптической микроструктуры. Профиль поверхности первой измеренной микроструктуры был перенесен, как показано на рисунке 8, с использованием одинаковые вертикальные и горизонтальные графики построения графиков. Однако предыдущие исследования в основном были сосредоточены на влиянии микроструктуры на распространение усталостной трещины и оставшийся срок службы стали и сварного соединения с использованием стандартных испытаний на усталость и / или численного моделирования [18, 19].Из-за разницы в микроструктуре сварных швов ситуация с коррозией иная. Виртуальное литье включает в себя проектирование / выбор сплава, оптимизацию процесса, многомасштабное моделирование дефектов и микроструктуры, а также всесторонний анализ и прогнозирование механических свойств и характеристик компонентов. Процесс анализа ICME начинается с моделей обработки / производства материала, которые прогнозируют влияние условий обработки на характеристики микроструктуры материала. .

Механические свойства

Механические свойства

Механические свойства материала - это те свойства, которые связаны с реакцией на приложенную нагрузку. Механические свойства металлов определяют диапазон полезности материала и определяют ожидаемый срок службы. Механические свойства также используются для классификации и идентификации материала. Наиболее распространенными рассматриваемыми свойствами являются прочность, пластичность, твердость, ударопрочность и вязкость разрушения.

Большинство конструкционных материалов являются анизотропными, что означает, что свойства их материалов зависят от ориентации. Различия в свойствах могут быть обусловлены направленностью микроструктуры (текстуры) в результате операций формования или холодной обработки, контролируемым выравниванием армирования волокном и множеством других причин. Механические свойства обычно зависят от формы продукта, такого как лист, плита, экструзия, литье, ковка и т. Д. Кроме того, обычно можно увидеть механические свойства, перечисленные в виде направленной зернистой структуры материала.В таких продуктах, как лист и пластина, направление прокатки называется продольным направлением, ширина продукта называется поперечным направлением, а толщина называется коротким поперечным направлением. Ориентация зерен в металлических изделиях стандартной формы показана на изображении.

Механические свойства материала не являются постоянными и часто изменяются в зависимости от температуры, скорости нагрузки и других условий. Например, температуры ниже комнатной обычно вызывают повышение прочностных свойств металлических сплавов; в то время как пластичность, вязкость разрушения и удлинение обычно снижаются.Температуры выше комнатной обычно вызывают снижение прочностных свойств металлических сплавов. Пластичность может увеличиваться или уменьшаться с повышением температуры в зависимости от одних и тех же переменных.

Следует также отметить, что часто наблюдается значительная вариабельность значений, полученных при измерении механических свойств. На первый взгляд идентичный образец для испытаний из одной партии материала часто дает существенно разные результаты. Поэтому для определения механических свойств обычно проводят несколько испытаний, и сообщаемые значения могут быть средним значением или вычисленным минимальным статистическим значением.Кроме того, иногда указывается диапазон значений, чтобы показать изменчивость.

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Некоторые химические элементы называются металлами . Они являются большинством элементов периодической таблицы. Эти элементы обычно обладают следующими свойствами:

  1. Они могут проводить электричество и тепло.
  2. Их легко сформировать.
  3. У них блестящий вид.
  4. Они имеют высокую температуру плавления.

Большинство металлов остаются твердыми при комнатной температуре, но это не обязательно.Ртуть жидкая. Сплавы - это смеси, в которых хотя бы одна часть смеси представляет собой металл. Примеры металлов: алюминий, медь, железо, олово, золото, свинец, серебро, титан, уран и цинк. Хорошо известные сплавы включают бронзу и сталь.

Изучение металлов называется металлургией.

Признаки сходства металлов (свойства металлов) [изменить | изменить источник]

Большинство металлов твердые, блестящие, они кажутся тяжелыми и плавятся только при очень высоких температурах.Куски металла издают звон колокольчика при ударе чего-то тяжелого (они звонкие). Тепло и электричество могут легко проходить через металл (он проводящий). Кусок металла можно разбить на тонкий лист (он ковкий) или растянуть на тонкую проволоку (он пластичный). Металл трудно разорвать (у него высокая прочность на разрыв) или разбить (у него высокая прочность на сжатие). Если надавить на длинный тонкий кусок металла, он гнется, а не сломается (он эластичный). За исключением цезия, меди и золота, металлы имеют нейтральный серебристый цвет.

Не все металлы обладают этими свойствами. Ртуть, например, жидкая при комнатной температуре, свинец очень мягкий, а тепло и электричество не проходят через железо так, как через медь.

Мост в России металлический, вероятно, железный или стальной.

Металлы очень полезны людям. Их используют для изготовления инструментов, потому что они могут быть прочными и легко поддающимися обработке. Из железа и стали строили мосты, здания или корабли.

Некоторые металлы используются для изготовления таких предметов, как монеты, потому что они твердые и не изнашиваются быстро.Например, медь (блестящая и красного цвета), алюминий (блестящая и белая), золото (желтая и блестящая), а также серебро и никель (также белые и блестящие).

Некоторые металлы, например сталь, можно сделать острыми и оставаться острыми, поэтому их можно использовать для изготовления ножей, топоров или бритв.

Редкие металлы высокой стоимости, такие как золото, серебро и платина, часто используются для изготовления ювелирных изделий. Металлы также используются для изготовления крепежа и шурупов. Кастрюли, используемые для приготовления пищи, могут быть сделаны из меди, алюминия, стали или железа.Свинец очень тяжелый и плотный, и его можно использовать в качестве балласта на лодках, чтобы не допустить их опрокидывания или защитить людей от ионизирующего излучения.

Многие изделия, сделанные из металлов, на самом деле могут быть сделаны из смесей по крайней мере одного металла с другими металлами или с неметаллами. Эти смеси называются сплавами. Некоторые распространенные сплавы:

Люди впервые начали делать вещи из металла более 9000 лет назад, когда они обнаружили, как получать медь из [] руды. Затем они научились делать более твердый сплав - бронзу, добавляя к ней олово.Около 3000 лет назад они открыли железо. Добавляя небольшое количество углерода в железо, они обнаружили, что из них можно получить особенно полезный сплав - сталь.

В химии металл - это слово, обозначающее группу химических элементов, обладающих определенными свойствами. Атомы металла легко теряют электрон и становятся положительными ионами или катионами. Таким образом, металлы не похожи на два других вида элементов - неметаллы и металлоиды. Большинство элементов периодической таблицы - металлы.

В периодической таблице мы можем провести зигзагообразную линию от элемента бора (символ B) до элемента полония (символ Po). Элементы, через которые проходит эта линия, - это металлоиды. Элементы, расположенные выше и справа от этой линии, являются неметаллами. Остальные элементы - это металлы.

Большинство свойств металлов обусловлено тем, что атомы в металле не очень крепко удерживают свои электроны. Каждый атом отделен от других тонким слоем валентных электронов.

Однако некоторые металлы отличаются. Примером может служить металлический натрий. Он мягкий, плавится при низкой температуре и настолько легкий, что плавает на воде. Однако людям не следует пробовать это, потому что еще одно свойство натрия состоит в том, что он взрывается при соприкосновении с водой.

Большинство металлов химически стабильны и не вступают в реакцию легко, но некоторые реагируют. Реактивными являются щелочные металлы, такие как натрий (символ Na) и щелочноземельные металлы, такие как кальций (символ Ca). Когда металлы действительно вступают в реакцию, они часто реагируют с кислородом.Оксиды металлов являются основными. Оксиды неметаллов кислые.

Соединения, в которых атомы металлов соединены с другими атомами, образуя молекулы, вероятно, являются наиболее распространенными веществами на Земле. Например, поваренная соль - это соединение натрия.

Кусок чистой меди, найденной как самородная медь

Считается, что использование металлов - это то, что отличает людей от животных. До того, как стали использовать металлы, люди делали инструменты из камня, дерева и костей животных. Сейчас это называется каменным веком.

Никто не знает, когда был найден и использован первый металл. Вероятно, это была так называемая самородная медь, которую иногда находят большими кусками на земле. Люди научились делать из него медные инструменты и другие вещи, хотя для металла он довольно мягкий. Они научились плавке, чтобы получать медь из обычных руд. Когда медь плавили на огне, люди научились делать сплав под названием бронза, который намного тверже и прочнее меди. Из бронзы делали ножи и оружие.Это время в истории человечества примерно после 3300 г. до н.э. часто называют бронзовым веком, то есть временем бронзовых инструментов и оружия.

Примерно в 1200 году до нашей эры некоторые люди научились делать железные орудия труда и оружие. Они были даже тверже и прочнее бронзы, и это было преимуществом на войне. Время железных инструментов и оружия теперь называется железным веком. . Металлы были очень важны в истории человечества и цивилизации. Железо и сталь сыграли важную роль в создании машин. Золото и серебро использовались в качестве денег, чтобы люди могли торговать, то есть обмениваться товарами и услугами на большие расстояния.

В астрономии металл - это любой элемент, кроме водорода или гелия. Это потому, что эти два элемента (а иногда и литий) - единственные, которые образуются вне звезд. В небе спектрометр может видеть признаки металлов и показывать астроному металлы в звезде.

В организме человека некоторые металлы являются важными питательными веществами, такими как железо, кобальт и цинк. Некоторые металлы могут быть безвредными, например рутений, серебро и индий. Некоторые металлы могут быть токсичными в больших количествах. Другие металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, очень ядовиты.Источники отравления металлами включают горнодобывающую промышленность, хвостохранилища, промышленные отходы, сельскохозяйственные стоки, профессиональные воздействия, краски и обработанную древесину.

.

Как делается бетон (новое исследование) - Цементный бетон

Как производится бетон: - Бетон представляет собой жидкую смесь цемента, воды, песка и гравия . Бетон можно заливать в формы или формы, и он затвердеет, чтобы создать необходимые компоненты бетонной конструкции. Вам интересно узнать о микроструктуре бетона? Вот Новое исследование по микроструктуре бетона.

Химическая реакция и гидратация

схватывание и твердение бетона вызвано химической реакцией между портландцементом и водой, это можно продемонстрировать, добавив небольшое количество цемента в воду, содержащую индикатор, быстрое развитие синего цвета отражает выделение гидроксила. Ионы из растворяющегося цемента химическая реакция между цементом и водой называется гидратацией.

Связанные: - Высокопрочные свойства бетона, прочность, добавки и состав смеси

Рис.1. Состав бетона

Растворение цемента увеличивает уровни кальция и кремния в растворе, когда концентрация растворенных веществ достигает критических уровней, в результате реакции осаждения образуются новые твердые продукты. Это эскиз цементных зерен, взвешенных в воде.

Твердые продукты Hydration образуют покрытия вокруг частиц цемента и постепенно заполняют пространство между ними, когда покрытия впервые начинают схватываться, происходит устойчивое увеличение прочности по мере того, как покрытия растут вместе, величина прочности, достигаемая за счет смесь цемента и воды зависит от того, насколько эффективно заполнено пространство между зернами.

Бетон затвердеет в течение нескольких часов, , но гидратация продолжается в течение недель, даже лет после укладки. Вот изображение частиц цемента до воздействия воды. Сухой цемент представляет собой мелкий порошок, и частицы не прикрепляются друг к другу после того, как цемент смешан с водой и оставлен стоять.

Сейчас картина совсем иная, частицы сгруппированы вместе и прикреплены твердым материалом, обеспечивающим структурную целостность.Ученые из Национального института стандартов и технологий научились смоделировать гидратацию цемента на компьютере с помощью компьютерного моделирования.

Гидратация ускоряется за несколько минут, а не дней до гидратации. Моделирование частиц цемента размещаются на дисплее компьютера, компьютер определяет области частиц, которые могут растворяться в воде.

Кусочки растворенного цемента случайным образом диффундируют в воде и реагируют с образованием твердых фаз.Согласно определенным правилам после завершения цикла , растворения, диффузии и осаждения , компьютер переходит к другому циклу, поскольку этот процесс повторяется снова и снова.


Микроструктура бетона

Микроструктура развивает мосты между частицами, которые обеспечивают прочность материала. Компьютерное моделирование оказалось ценным, поскольку позволяет исследователям тестировать условия и проводить измерения, которые трудно достичь в реальной жизни.В конце моделирования гидратации структура затвердевшего цементного теста очень похожа на ту, что наблюдается под микроскопом.

Гидратация - это экзотермический процесс, при котором в результате химических реакций выделяется тепло, за процессом гидратации можно легко следить, отслеживая выделение тепла, которое сопровождает реакции,

это делается путем отхаркивания раствора из партии бетона и его взвешивания в бутылку, которая помещается в изотермический контейнер, термистор встраивается в свежий раствор , выходной сигнал термистора можно регистрировать с помощью На компьютере результаты этого эксперимента можно представить в виде кривой зависимости температуры от времени .

Подробнее : Производство портландцемента - процесс и материалы

Площадь под основным пиком может быть связана с ранним развитием прочности, начальное растворение цемента Purdue - это кратковременное выделение тепла, показанное первым пиком на калориметрической кривой.

После того, как продукты гидратации начального растворения быстро осаждаются на поверхности каждой частицы цемента, слой действует как защитный барьер и временно задерживает дальнейшее растворение частицы, это замедляет реакцию на несколько часов и называется период покоя.

Наличие периода покоя позволяет транспортировать бетон на строительную площадку, укладывать и обрабатывать формы, конец периода покоя представляет собой начало схватывания, после чего цемент снова начинает реагировать. быстро с водой, поскольку образуются новые продукты гидратации.

Ученые используют измерения других свойств для контроля схватывания и твердения бетона, исследователям часто необходимо знать, какая часть цемента гидратирована.


Степень гидратации

Степень гидратации можно оценить путем нагревания образца цементного теста и измерения потери веса в зависимости от температуры с использованием оборудования для термогравиметрического анализа , свободная вода в образце удаляется путем нагревания до 105 градусов Цельсия при 105 градусах . Образец сухой, но сохраняет свою прочность.

Вода, участвующая в реакциях гидратации, химически соединяется с цементом. Ее можно удалить из образца путем нагревания до 1000 градусов при 1000 градусов всей исходной смеси.вода была удалена из образца. Степень гидратации рассчитывается по весу химически объединенной воды, типичное цементное тесто, отвержденное во влажных условиях, достигает степени гидратации около 80% за 28 дней с,

Электрические свойства образцов цемента или раствора можно отслеживать с течением времени, что приводит к профилям изменений электрического сопротивления. Электрические свойства этого образца цемента измеряются с помощью двух металлических дорог и оборудования, которое измеряет сопротивление и импеданс.

Эта диаграмма показывает, как сопротивление электричества через цемент увеличивается по мере того, как цемент гидратируется в раннем возрасте, вода легко проводит ток через образец, но когда продукты гидратации заполняют открытые пространства внутри образца, электрический ток не может проходить так же легко, в этом случае Таким образом, электрические свойства могут быть связаны со степенью гидратации.

Сопротивление и импеданс цемента - это тема исследований, которые когда-нибудь могут изменить методы испытаний свежего бетона в полевых условиях.Текучие свойства бетона очень важны в этой области, потому что качественное строительство требует соответствующего уплотнения.

Стандартное испытание на осадку обеспечивает грубую оценку удобоукладываемости бетона, это испытание широко используется, потому что его легко проводить в полевых условиях, свойства жидкости также являются предметом исследования в лаборатории из-за потока изменений цемента по мере гидратации. Такие свойства, как вязкость и начальное сопротивление потоку, используются для характеристики жидких материалов.

Вода - это жидкость с низкой вязкостью и низким начальным сопротивлением текучести, но бетонный раствор и свежий цементный клей имеют гораздо более высокую вязкость, чем вода.

Вибрация часто используется для преодоления этого сопротивления в бетоне в лаборатории, жидкие свойства цементного теста могут быть измерены с помощью этого реометра Brookfield , исследователи используют более крупное оборудование, такое как реометр Tattersall, для измерения свойств раствора и бетона.


Реологическое оборудование т может использоваться для измерения начального сопротивления потоку, которое во время схватывания называется пределом текучести.Предел текучести начинает увеличиваться, и способность к течению теряется, исследователи заинтересованы в характеристиках потока, чтобы понять, как процесс гидратации делает свежий бетон жестким и приводит к его затвердеванию.

Скорость гидратации можно контролировать несколькими способами, такими как температура, тип цемента и примеси . влияет на скорость, одной из наиболее важных переменных является температура окружающей среды, высокие температуры ускоряют гидратацию, так что схватывание также происходит быстрее. как последующее развитие силы.

Обратное происходит, когда температура понижается, хорошее практическое правило состоит в том, что на каждые 10 градусов Цельсия изменение температуры скорость гидратации изменяется в два раза, например, повышение температуры с 20 градусов Цельсия до 30. градусов Цельсия удваивает скорость увлажнения , важно помнить, что когда погода становится более прохладной, бетон медленно затвердевает и его необходимо хранить в формах в течение более длительного периода времени.

Гидратацию бетона также можно контролировать, используя различные типы цемента для противодействия влиянию высоких или низких температур в полевых условиях, например, использование 3 типов цемента противодействует холоду, поскольку они быстрее гидратируются, также есть специальные химические вещества. которые регулируют гидратацию, могут быть добавлены в бетон, чтобы ускорить процесс гидратации.

Установить замедлители гидратации эти материалы широко доступны.

Таким образом, гидратация - это химическая реакция между цементом и водой, которая связывает частицы цемента и заполнитель в бетоне в прочную структуру, и во время массирования одним из важных преимуществ бетона перед другими строительными материалами является то, что он смешивается. и формируется на месте и может принимать очень больших и гибких. Способность бетона быстро набирать прочность делает его ценным материалом для дорог, зданий, мостов и других важных сооружений .

Вам также понравится:

(Посещали 1532 раза, сегодня 3 раза)

Продолжить чтение

.

Смотрите также