Неметаллические материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Применение неметаллических материалов для изготовления аппаратов

2. Вырезка контрольной пробы металла

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Неметаллические материалы - это органические, и неорганические полимерные материалы: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика. В качестве конструкционных материалов они служат важным дополнением к металлам, в некоторых случаях с успехом заменяют их, а иногда сами являются незаменимыми. Достоинством неметаллических материалов являются такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Также следует отметить их технологичность и эффективность при использовании. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5-6 раз ниже, они в 4-5 раз дешевле по сравнению с металлическими. В связи с этим непрерывно возрастает использование неметаллических материалов в машиностроении автомобилестроении, авиационной, пищевой, холодильной и криогенной технике и др.Двигатели внутреннего сгорания из керамики обходятся без водяного охлаждения, что невозможно при изготовлении их из металла; обтекатели ракет делают только из неметаллических материалов (графит, керамика). Трудно представить домашнюю утварь, аудио- и видеотехнику, компьютеры, спортивное снаряжение, автомобили и другую технику без неметаллических материалов - пластмассы, ламината, керамики, резины, стекла и др.

Неметаллические химически стойкие материалы находят широкое применение почти во всех областях народного хозяйства. Особое значение они приобрели в качестве защитных покрытий металла от воздействия агрессивных сред или как самостоятельный конструкционный материал в аппаратостроении химической и родственных с ней отраслей промышленности. В ряде химических производств, где агрессивная среда разрушительно действует на металлическое оборудование, применение неметаллических материалов нередко представляет единственную возможность организовать технологический процесс.

1. Применение неметаллических материалов для изготовления аппаратов

Современное развитие основной отрасли химической индустрии - сернокислотного производства стало возможным благодаря внедрению таких материалов, как кислотоупорные цементы, природные кислотоупоры и высококачественная керамика. Производство соляной кислоты до последнего времени было всецело основано на применении кислотоупорной керамики, которая в настоящее время вытесняется новым, еще более эффективным неметаллическим кислотоупорным материалом-графитом, пропитанным фенольной смолой. Однако и в тех производствах, где еще недавно применялись исключительно цветные или высоколегированные металлы и сплавы, в настоящее время с успехом начинают внедряться неметаллические материалы. Неметаллические материалы делятся на две группы: А. Материалы неорганического происхождения; Б. Материалы органического происхождения. К первой группе относятся: 1) естественные химически стойкие материалы (природные кислотоупоры); 2) керамические материалы; 3) литые силикатные материалы; 4) замазки и бетоны. Ко второй группе относятся: 1) дерево, уголь, графит; 2) пластмассы; 3) материалы на основе каучука; 4) битуминозные материалы; 5) лакокрасочные материалы. Особенно значительную роль в деле замены меди, свинца, нержавеющих сталей играют защитные покрытия черных металлов на базе кислотоупорных цементов, некоторые пластические массы (винипласт, фаолит и др.) и химически стойкие лакокрасочные покрытия (перхлорвиниловые лаки). Их состав и физико-технические свойства колеблются в довольно широких пределах и недостаточно освещены в литературе. Необходимо иметь в виду, что в отличие от металлов неметаллические материалы, в особенности органического происхождения, не могут быть охарактеризованы на основании элементарного химического состава. Многие из органических соединений, не сходные между собой, имеют одинаковый химический состав, например этиловый спирт (жидкость) и метиловый эфир (газ) имеют химический состав С2Н6О. Естественно, что для таких материалов описание физико-механических свойств дает более полную и точную характеристику, чем их химический состав. Эти соображения вызвали необходимость дать краткое описание неметаллических материалов и их физико-механических свойств. Помимо низкой стоимости и доступности к неметаллическим химически стойким материалам должны быть предъявлены следующие требования. 1. Химическая стойкость, т. е. способность материала противостоять химическому воздействию агрессивной среды. 20 Коррозионная стойкость материалов. 2. Термическая стойкость, т. е. способность материала противостоять действию повышенной температуры и резкой перемене ее без изменения свойств и формы. 3. Непроницаемость, т. е. свойство материала не пропускать жидкость или газы. 4. Механическая прочность, т. е. способность материала сопротивляться растяжению, сжатию, изгибу и т. д. 5. Небольшой объемный вес. 6. Легкость обработки. 7. Хорошая сцепляемость с другими материалами (для футеровочных материалов). В приводимых характеристиках освещены перечисленные выше свойства материалов. Особое внимание уделялось характеристике химической стойкости. Несмотря на все возрастающее значение неметаллических материалов и увеличение их ассортимента, методика определения их химической стойкости далеко не совершенна. Методы, применяемые при изучении коррозии металлов, здесь не применимы, так как процесс разрушения неметаллических материалов под действием химически активных сред принципиально отличен от коррозии металлов. Неметаллические материалы, как правило, не являются проводниками электрического тока, и закономерности электролитической теории коррозии металлов к ним не применимы. Материалы, содержащие кремнезем, отличаются весьма высокой кислото-стойкостью в отношении всех кислот за исключением фтористоводородной и горячей фосфорной. Фтористоводородная кислота растворяет кремнезем SiOa с образованием летучего соединения четырехфтористого кремния SiF4. Растворы едких и углекислых щелочей действуют разрушающе на все силикатные материалы, кремнезем которых образует с гидроокисью щелочного металла растворимые соединения. Материалы, отличающиеся высоким содержанием основных окислов, стойки в щелочных растворах. Так, например, портланд-цемент и другие марки гидравлических вяжущих, в основном состоящих из силикатов кальция, будучи нестойкими во всех минеральных кислотах (кроме фосфорной), вполне стойки в щелочных растворах. Материалы с мелкозернистой структурой менее проницаемы для газов и жидкостей, чем материалы с крупнозернистой структурой. Всякого рода включения и прожилки ослабляют химическую стойкость материала, так как разрушение обычно начинается на их границах. Химическая стойкость материалов органического происхождения в значительной степени зависит от строения их молекул и молекулярного веса. Чем больше молекулярный вес вещества, тем оно более инертно. Высокомолекулярные вещества, полученные в результате реакции конденсации или полимеризации, химически весьма стойки (фенолоформальдегидные смолы, поливинилхлорид, политетрафторэтилен и т. д.). Химическая стойкость битумных материалов объясняется преобладанием в их составе сложных углеводородов. Насыщенные соединения в большинстве случаев более стойки, чем ненасыщенные. Примерами таких высокомолекулярных насыщенных, химически стойких веществ являются парафин и полиэтилен. В результате вулканизации каучука, при которой происходит присоединение серы по месту двойных связей изопренов, и образования новых связей между молекулами, непредельные углеводороды переходят в насыщенные соединения, являющиеся химически инертными. Физико-механические свойства высокомолекулярных материалов также связаны с химической природой, структурой и величиной макромолекул. Так, например, сополимер винилиденхлорида с хлорвинилом (совиден) обладает большей механической прочностью, чем полимеры каждого из них в отдельности. На физико-механические свойства высокополимерных конструкционных материалов оказывают также влияние степень полимеризации, разветвленность цепей и другие причины. Наиболее стойкие в химическом отношении материалы становятся непригодными при температуре выше 200 - 250 С, так как при этом начинается химическое разложение, влекущее за собой полный распад органического вещества.

Характер разрушения органических веществ под действием агрессивных сред сильно отличается от характера разрушения силикатных материалов. Степень разрушения этих веществ большей частью определяется не убылью веса, а наоборот, увеличением первоначальных веса и объема материала. Как правило, окислительные среды (азотная кислота, серная кислота высокой концентрации, перекись водорода и др.) разрушают материалы органического происхождения. Органические растворители (ацетон, сероуглерод, хлороформ, бензин и др.) также действуют разрушающе на большинство этих материалов. Эффективность неметаллических материалов как защитных химически стойких покрытий аппаратуры в значительной мере зависит от техники нанесения покрытия. Учитывая относительную новизну вопроса и отсутствие соответствующих руководств, составители справочника сочли необходимым привести (см. приложение) краткое описание основных технологических процессов производства некоторых важных видов защитных покрытий, для которых не требуется создания специальных цехов.

Расположение материалов в таблицах

Неметаллические материалы разделены на девять групп: каждой группе отведена особая таблица физико-механических свойств. Материалы в этих таблицах расположены в алфавитном порядке; нумерация материалов начинается не с № 1, а с № 526, поскольку перечень неметаллических материалов является продолжением перечня металлов и сплавов, насчитывающего 525 марок. В таблицах химической стойкости неметаллические материалы расположены в той же последовательности, в какой они расположены в таблицах физико-механических свойств. В первой графе таблиц указаны номера материало в, а во второй - их наименования (подобно тому, как это имеет место в таблицах физико-механических свойств). В третьей графе приводится концентрация реагентов, представляющая собой в большинстве случаев весовые проценты содержания вещества в воде как растворителе. В некоторых случаях концентрация выражается не цифрами, а словами "Любая", "Разбавленный раствор", "Насыщенный раствор". Четвертая графа служит для указания температуры в С, а пятая - продолжительности испытания в часах. В некоторых случаях в одной или нескольких из трех последних граф имеется прочерк (знак -), что свидетельствует о неполноте имеющихся в литературе данных по испытанию материала. В этих случаях, при наличии положительной оценки в шестой графе, для окончательного суждения о пригодности материала необходимо проведение испытаний в условиях, близких к производственным. Данная в шестой графе оценка химической стойкости сопровождается ссылкой на номер литературного источника, приводимого в седьмой графе. В подавляющем большинстве случаев оценка произведена по данным не одного, а по возможности нескольких литературных источников, из которых читатель сможет получить подтверждение даваемой в справочнике оценки материала, а в ряде случаев и дальнейшие подробности о его стойкости. Таблицы химической стойкости, хотя и отражают результаты большого числа экспериментальных исследований, все же не охватывают всего разнообразия возможного применения химически стойких неметаллических материалов. Тем не менее, в случае отсутствия в справочнике необходимых сведений, имеющиеся в нем аналогичные или близкие данные помогут вполне обоснованно поставить соответствующие дополнительные опыты.

2. Вырезка контрольной пробы металла

Вырезка контрольной пробы металла имеет целью проведение исследования металла и оценки изменений его физико-механических свойств под воздействием условий эксплуатации и, в зависимости от предполагаемого объема исследований, может быть трех типоразмеров :

- квадрат со стороной, равной 600 мм;

- круг диаметром 250 мм;

- пробка диаметром 30-50 мм;

Контрольная вырезка в форме квадрата со стороной, равной 600 мм, позволяет определить химический состав металла и провести полный комплекс испытаний и металлографических исследований металла и сварного соединения (в т.ч. испытание на усталость пли малоцикловую усталость).

Контрольная вырезка в виде круга диаметром 250 мм позволяет определить химический состав металла, проверить статические прочностные характеристики металла и выполнить металлографические исследования.

Контрольная вырезка в виде пробки диаметром 30-50 мм позволяет определить химический состав металла, провести металлографические исследования и замерить твердость.

Необходимость проведения контрольной вырезки металла, количество вырезок, их тип и конкретное положение на поверхности обследуемого оборудования определяет ответственный исполнитель работ на основании результатов проведенного обследования оборудования.

Основными причинами контрольной вырезки металла являются:

- неудовлетворительные результаты измерения твердости металла;

- изменение структуры металла, выходящее за пределы требований нормативно-технической документации на металл;

- воздействие на металл (в результате аварийных ситуаций) силовых и термических нагрузок выше допустимых, определяемых нормативно-технической документацией:

- выявление в процессе обследования дефектов, причина которых не может быть установлена неразрушающими методами;

- отсутствие в технической документации сведении о примененной для изготовления или ремонта несущего элемента оборудования марки стали, а полученные результаты неразрушающего контроля и прочностных расчетов вызывают сомнение в надежности работы обследуемого оборудования.

К месту вырезки предъявляются следующие требования:

- вырезка контрольной пробы должна производиться в зоне наибольших силовых и температурных нагрузок;

- вырезку контрольной пробы в форме квадрата следует располагать таким образом, чтобы один из продольных сварных швов оборудования располагался вдоль одной из осей квадрата;

- место вырезки должно быть удобным для проведения работ по вырезке пробы металла и вварки "латки".

На контрольной вырезке должны быть обозначены наружная и внутренняя поверхности и направления оси сосуда или аппарата, из которого она вырезана.

Контрольная проба металла в форме квадрата 600x600 или круга диаметром 250 мм может вырезаться любым огневым или безогневым способом. Вырезка контрольной пробы в виде пробки диаметром 30-50 мм должна производиться только безогневым способом (например, рассверловкой с использованием кондуктора). В процессе вырезки не допускаются механические воздействия на торцевые поверхности пробки (например, нанесение ударов молотком).

В месте вырезки контрольной пробы металла вваривается "латка" (пробка) из металла (биметалла) аналогичной марки стали и толщины.

Допускается в качестве контрольной пробы использовать металл, вырезанный из обследованного оборудования при проведении ремонта, например, при замене деформированных участков конструкции обследуемого оборудования.

Для группы однотипных по конструктивному и материальному оформлению аппаратов, работающих в одинаковых условиях, вырезку контрольной пробы металла допускается производить из аппарата, техническое состояние которого будет признано худшим по результатам обследования, а результаты исследования металла этой пробы распространить на все аппараты данной группы.

Результаты исследования контрольной пробы металла прилагаются к заключению по остаточному ресурсу работоспособности рассматриваемого оборудования.

неметаллический проба работоспособность оборудование

Список литературы

1. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.:?Машиностроение?, 1990

2. Под редакцией С.И. Богодухова, В.А Бондаренко. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996

3. РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю. Утверждена Постановлением Госгортехнадзора России от 11.06.03 г. № 9.

4. Доллежаль Н.А. Коррозионная и химическая стойкость материалов

Размещено на Allbest.ru