СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛАХ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПОЖАРНОЙ ТЕХНИКЕ

Виды материалов и их свойства. Материаловедение изучает виды н свойства, а также способы получения, обработки и улучшения машиностроительных и эксплуатационных материалов.

Материалы, применяе.мые в пожарной технике, подразделяются на три основных вида: 1) металлы; 2) неметаллические материалы; 3) эксплуатационные материалы.

Металлами называются вещества, обладающие следующими свойства.ми: тепло- и электропроводпостью, пластичностью и ковкостью, прочностью, особым металлическим блеском, непрозрачностью (в обычных условиях), кристаллическим строением (в обычном состоя-пии).

Под термином металлы понимают всю группу металлических материалов, т. е. ч1;стые металлы и сплавы. Чистые .металлы используются в тех случаях, когда от материала требуется высокая тепло- и электропроводность и высокая температура плавления. Чистые металлы используются в радиотехнике, электротехнике, теле-видепии, телемеханике, автоматике и т. д.

Сплавами называются сложные вещества, полученные путе.м сплавления нескольких элементов.

По сравнению с чистыми металлами сплавы имеют следующие преимущества:

1) более высокую прочность;

2) способность изменять свойства при изменении химического состава;

3) способность улучшать свойства под влиянием термической обработки;

4) более низкую температуру плавления;

5) большую жидкотекучесть в расплавленном состоянии;

6) меньшую усадку.

Сплавы часто приобретают новые свойства, которых нет у входящих в сплав чистых металлов.

Например, железо в чистом виде - мягкий, пластический металл. Однако если в него добавить 1-2% углерода, то полученный сплав становится прочным и твердым. Чем выше прочность сплава, тем меньше его нужно для изготовления машины и тем меньше масса и ниже стоимость этой машины. Добавление к железу никеля и хрома делает его нержавеющим. Чистое олово плавится при температуре 232°С, а свинец -при температуре 327°С. Температура плавления оловянно-свинцового сплава в зависимости от соотношения компонентов колеблется в пределах 60-180°С.

Способность металлов к взаимному растворению, образованию многочисленных соединений создает благоприятные условия для получения различных сплавов, отличающихся структурой и полезными свойствами. Благодаря высокой прочности, легкости, износоустойчивости, антикоррозионности, жаростойкости значение металлических сплавов в технике непрерывно возрастает. В настоящее время используются 10 тыс. сплавов, в состав которых входит более 40 химических элементов в различных сочетаниях.

Металлы и сплавы, которые используются в технике, подразделяются на два основных класса: первый класс- черные металлы (сталь, чугун) и ферросплавы, второй класс - цветные металлы и их сплавы.

Физические свойства металлов. К основным физическим свойствам металлов относятся: плотность, теплопроводность, электропроводность, температура плавления, магнитные свойства и некоторые другие.

Плотностью металлов называется количество данного материала (его масса), содержащееся в единице объема (кг/м).

Теплопроводность -способность металлов и сплавов с различной скоростью проводить тепло при нагревании и охлаждении. Теплопроводность измеряется в ккал/(мХ Хчтрад) [Вт/(мтрад)].

Электропроводность -способность металлов и сплавов проводить электрический ток. Этим свойством обла-

дают все чистые металлы. Для сплавов характерно электросопротивление- свойство, обратное электропроводности.

Температура плавления - степень нагрева, при которой металл переходит от твердого состояния в жидкое.

Железо и сталь обладают магнитными свойствами, т. е. они могут притягиваться магнитом и намагничиваться.

Механические свойства металлов. К механическим свойства.м металлов и сплавов относятся: твердость, прочность, упругость, пластичность и вязкость.

Эти свойства обычно являются решаюпшми 1юказа-теля.ми, определяющими способность металлов сопротивляться прилагаемым к деталям внешним нагрузкам, характеризующим пригодность изделия к различным условиям эксплуатации.

Твердость - способность металла оказывать сопротивление проникновению в поверхность другого более твердого тела.

Прочность - способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.

Упругость - способность металла принимать первоначальные фор.му и размеры после прекращения действия нагрузки.

Пластичность - способность металла, не разрушаясь, из.мепять первоначальные форму и размеры под действием нагрузки и сохранять приданные форму и размеры после прекращения действия нагрузки.

Вязкость -способность металлов сопротивляться быстроприложенным нагрузкам.

Знание механических свойств металлов необходимо при изготовлении и ремонте пожарпого оборудования.

Технологические свойства определяют способпость металла подвергаться различным видам обработки: обрабатываемость резанием, ковкость, жидкотекучесть, усадка, свариваемость.

Химические свойства. Под химическими свойствами металлов понимается их способность вступать в соединения с различными веществами и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Разрушение металлов и сплавов под действием окружаюп1,ей среды называется коррозией.

Неметаллические и эксплуатационные материалы.

К неметаллическим и эксплуатационным материалам относятся пластмассы, древесина, резина, лаки, краски, горюче-смазочные и прокладочные материалы.

Изделия из пластмасс имеют высокую механическую прочность, приближающуюся к прочности чугуна, бронзы и стали. Они обладают хорошими антифрикционными и электроизоляционными свойствами, не поддаются действию слабых, а часто и сильных растворов кислот и щелочей.

Изделия из дерева отличаются сравнительно высокой механической прочностью, имеют небольшую плотность, массу, малую теплопроводность, легко обрабатываются и т. д.

Резина характеризуется вибростойкостью, высокой эластичностью, сравнительно высокой механической прочностью, электроизоляционными свойстзами, непроницаемостью для воды и газов. Краски и лаки предохраняют детали машин и сооружений от коррозии, а также придают им красивый внешний вид.

Глава II. ЧЕРНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

К черным металлам относятся железо и сплавы железа: сталь и чугун. Черные металлы применяют при изготовлении деталей машин, зданий и сооружений. Уровень производства черных металлов является одним из важнейших показателей развития народного хозяйства страны, ее экономической и оборонной мощи.

§ I. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА и ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Чугун вырабатывается в доменных печах. Исходным (сырьевым) материалом для получения чугуна служат железная руда, топливо и флюсы.

Железная руда состоит из рудного вещества (соединения железа с кислородом) и пустой породы (песок, глина и т. д.).

Главнейшими рудами являются: магнитный железняк- руда черного цвета, обладающая магнитными свойствами, с содержанием железа 56-72%; красный

железняк -руда красного цвета с содержанием железа 40-65%; бурый железняк -руда буро-желтого цвета с содержанием железа 25-60%.

Топливом для доменной плавки служит чаще всего кокс. Для получения легированных чугунов используется древесный уголь.

Флюсы -материалы, способствующие превращению в шлак пустой породы и золы топлива. В качестве флюса в доменных печах используется известняк.

Кроме указанных материалов, в доменную печь подается большое количество воздуха, необходимого для горения топлива.

Устройство доменной печи. Современная доменная печь представляет собой сооружение высотой до 35 м и диаметром 7-10 м. Снаружи доменная печь защищена стальным кожухом, а внутри выложена толстым слоем огнеупорного шамотного кирпича.

Верхняя часть печи, в которую загружают исходные материалы, называется колошником. К колошнику прикреплены трубы для отвода доменного газа. Ниже колошника располагается самая высокая, расширяющаяся книзу часть, которая называется шахтой; niaxra заканчивается распаром - наиболее широкой частью печи. Под распаром находятся заплечики- конусная часть, суживающаяся книзу. Внизу располагается горн. В верхней части горна имеются отверстия, через которые по специальным трубам (фурмам) в печь поступает дутье. В нижней части горна для выпуска расплавленного чугуна устроено отверстие (летка), а несколько выше устроены два отверстия для выпуска шлака. Нижняя часть горна называется металлоприемником, а дно горна - Лещадью (рис. 1).

Работа доменной печи. Домепиые печи работают по принципу противотока: сырые, исходные материалы нагружаются сверху и постепенно опускаются вниз, а образовавшиеся в нижней части печи горячие газы поднимаются кверху- навстречу исходным материалам.

Загружаемые в печь поочередными слоями тоЛливо, руда и флюсы после опускания колокола загрузочного устройства попадают в верхнюю часть шахты, где при температуре 200-400°С нагреваются и подсыхают.

В центральной части шахты при температуре 400 - бООС происходит восстановление железа прямым и косвенным путем. Прямое восстановление осуществляется

с помощью твердого углерода-кокса, который отнимает у окислов железа кислород, в результате чего получается окись углерода СО и некоторое !количество двуокиси СОа. Эти реакции совершаются в зоне наивысшей температуры, т. е. вблизи фурм-отверстий, через которые подается кислород. Окись углерода с потоком воздуха поднимается вверх и продол- ... ii ,\ жает восстановительную toma деятельность, превращаясь в двуокись углерода. Этот процесс называют косвенным восстановлением. Он играет в доменном процессе решающую роль. По мере опускания вниз восстановленное железо нагревается до 900-1000°С и растворяет в себе углерод, кремний, марганец, фосфор и серу. При дальнейшем опускании вниз в плавильном поясе печи железо насыщается углеродом (до 5-6%) и превращается в чугун. Последний, расплавляясь, стекает крупными каплями вниз и скапливается в горне.

В СССР впервые в мире для интенсификации доменного процесса применены природный газ и дутье высокого нагрева, введено повышенное давление газа под колошником. В настоящее время осваивается использование природного газа совместно с кислородом, а также мазута в качестве дополнительного доменного топлива.

Чугун. Применяемые в промышленности чугуны подразделяются на следующие основные виды: серый (литейный) чугун, белый (передельный), ковкий и ферросплавы.

Вид получаемого чугуна (белый или серый) и его свойства зависят главным образом от содержания в нем

Рис. 1. Схема доменной печи / - колошник; 2 - загрузочное устройство; 3 -шахта; -распар; 5 -запле-чик; ff -гори; 7 -лещадь; в -флюс; 9 руда; 10 - топливо; / / - подготовительный пояс; /2 - восстановительный пояс; 13 - цементирующий пояс; Н - плавильный пояс