Промышленная резка бетона: rezkabetona.su
На главную  История 

Конструкционные материалы

Движки, которые работают за счёт разности энергий, возникающей во времени и пространстве, появились давно. Часть из их действует по совершенно обычному и вполне ясному принципу. Но есть и такие, которые можно принять за вечный движок второго рода: разобраться, почему они работают, совсем непросто. Считается, что первое похожее устройство сделал голландец Корнелиус Дреббель (1572—1634), профессиональный инженер и физик В 1598 г. он запатентовал, а спустя девять лет показал английскому королю Якову I «вечные» часы, которые не требовали подзавода: их гири поднимало постоянно меняющееся атмосферное давление .

 

начале шестидесятых гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» либо «птичка Хоттабыча» (видимо, поэтому, что старик Хоттабыч умел творить разные чудеса). Узенькая стеклянная колбочка с горизонтальной осью в центре впаяна в небольшую ёмкость. Свободным концом колбочка практически касается ее дна. В нижнюю часть игрушки налито некординально воды, а верхняя, пустая, обклеена снаружи узким слоем ваты. Декоративный клюв, подставка в виде лапок и хвостик из перышка довершают вид забавной птички. Перед игрушкой ставят стаканчик с водой и наклоняют ее, заставляя «попить». И тут происходит нечто необыкновенное: не дожидаясь повторного приглашения, птичка начинает два-три раза в минуту наклоняться и окунать головку в стаканчик Раз за разом, непрерывно, днём и ночью кланяется птичка, пока в стаканчике не кончится вода. Механизм такового явления понятен: жидкость в нижней ёмкости испаряется под влиянием комнатного тепла, давление растёт и вытесняет жидкость в трубочку. Верхняя часть игрушки перевешивает, она наклоняется, и пар уходит в головку птички. Давление выравнивается, жидкость стекает в нижнюю ёмкость. Теперь уже она перевешивает и возвращает птичку в первоначальное положение. Через некоторое время процесс повторяется. На первый взгляд тут нарушается второе начало термодинамики: перепад температур отсутствует, «птичка Хоттабыча» только отбирает тепло из воздуха, т. е. работает за счёт «монотермического источника». Однако это только на первый взор. Птичка не напрасно окунает головку в стаканчик вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и «живёт» птичка. Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы), птичка, в полном согласии со вторым началом термодинамики, двигаться закончит, и даже Хоттабыч ей не поможет. Много необоснованных надежд породили и несложные бытовые устройства — кондюки. Некие их модели могут не только охлаждать помещение, но и нагревать его, отбирая тепло у прохладного уличного воздуха. Исследования показывают, что на каждый киловатт электрической мощности, подведённой к такому устройству, в комнате выделяется 2,5 кВт тепла — еще больше, чем от обыденного нагревателя. Однако это не значит, что кондюк нарушает второе начало термодинамики. Просто он работает как «тепловой насос», подобно обычному холодильнику, который тоже «откачивает» тепло из морозильной камеры в кухню. И хотя электроэнергию «тепловой насос» использует еще эффективнее, чем калорифер, не меньше половины её все-же пропадает. Мощность таких «псевдовечных движков» совершенно мала: очень уж малы разности температур и давлений, при которых они работают. Потому конкурировать с традиционными источниками энергии — электростанциями — они не могут и глобальных энергетических заморочек не решат. Зато остроумные механизмы, которые без всяких батареек способны вечно заводить часы, уже есть. Пробовать же выстроить «истинный» вечный движок хоть какого рода и получить даровую энергию, сколь бы заманчивым это ни казалось, никакого смысла не имеет. Законы природы обойти нельзя. И все-таки усилия бессчетных создателей вечных движков не пропали даром. Пытаясь сконструировать невозможное, они нашли много любознательных технических решений, выдумали механизмы и устройства, которые до сих пор употребляются в машиностроении. В бесплодных поисках вечного движения родились базы инженерной науки, подобно тому как из безуспешных попыток алхимиков найти «философский камень» в конце концов, появилась современная химия.

 

Под общим термином «конструкционные» соображают материалы (в первую очередь сплавы), предназначенные для производства различных конструкций, деталей машин и устройств. Требования к свойствам этих материалов определяются условиями, в которых они употребляются. Ведь технические средства работают повсюду: на песчаных просторах пустынь и во льдах Крайнего Севера, в океанских глубинах, в космосе и в сложных, иногда экстремальных условиях — под действием химических реактивов и радиации. При всем этом желательно, чтоб материалы были дешевыми и легко поддавались обработке. Из конструкционных материалов более распространено железо. Поточнее, не само железо (поскольку оно не владеет достаточной твёрдостью), а сплавы на его базе: чугуны и стали. В современном машиностроении из них изготовляется порядка 80—85% всех деталей, ну и добывается железа в 20 раз больше, чем всех других металлов совместно взятых. Стали и чугуны — это сложные сплавы железа с углеродом (в сталях его от 0,01 до 1,5%, в чугуне — от 2 до 6,7%) и легирующими (от нем. legieren — «сплавлять») добавками, которые вводят для улучшения конструкционных качеств. К примеру, если в стали содержится более 12% хрома, она становится нержавеющей; 18% хрома и 9—10% никеля разрешают выдерживать кипячение в растворах азотной и фосфорной кислот. Введение в броневые стали 4% молибдена повышает их сопротивление к пробиванию снарядами в 3 раза (это нашли на Путиловском заводе ещё в конце XIX в.). Если же в сталь добавить всего 0,1—0,2% ванадия, то крепкость её возрастет на 50%. Кроме легирования употребляют и другие методы конфигурации свойств материалов. К примеру, сплавы нагревают до 1000 °С и поболее, а потом скоро охлаждают в водяной либо масляной ванне. В итоге такой термообработки (ее называют закалкой) сталь приобретает завышенную прочность и твёрдость. Принципиальное значение для производства имеют также технологические характеристики материала: способность свариваться, заполнять в жидком состоянии литейную форму, деформироваться при штамповке и подвергаться обработке на металлорежущих станках. Ведь если материалы окажутся слишком твёрдыми, резцы станка просто сломаются. Для сталей, используемых в производстве фасонных профилей и в особенности штампованных деталей, важным свойством является пластичность, т. е. способность изменять свою форму не разрушаясь. Стали с маленьким зерном и небольшим содержанием углерода (до 0,7%) лучше всего штамповать, а стали, в состав которых входит 0,25% углерода, хорошо свариваются. Есть особые стали для обработки на автоматических металлорежущих станках (так называемые автоматные стали). Твёрдость их (до закалки) невысока: это позволяет обрабатывать сплав с большой скоростью. Стружка таковой стали выходит мелкая, её просто удалять. Резцы, фрезы, штампы делают из инструментальных сталей, посреди которых наиболее распространена сталь быстрорежущая. Заглавие стали отражает ее назначение: броневая, судостроительная, орудийная, котельная, рессорная, жаропрочная и т. д. Из сплавов на основе железа наилучшими литейными качествами владеет чугун. При застывании чугун незначительно расширяется и заполняет все самые мелкие детали формы. Из него отливают и станины станков, и всевозможные художественные изделия. В электротехнике царствует медь, которая владеет минимальным после серебра электрическим сопротивлением, просто прокатывается в тонкие листы и растягивается в проволоку, хорошо паяется и сваривается. Из меди делают провода, контакты и остальные детали электроустановок. Сплав меди с оловом — бронза — сыграл столь важную роль в судьбе населения земли, что период его широкого внедрения получил название «бронзовый век». Бронза упруга, отлично сопротивляется трению и выдерживает переменные перегрузки. Из неё изготовляют мембраны и пружины, подшипники скольжения и детали зубчатых передач. Ну а «музыкальные способности» бронзы издавна употребляют при отливке колоколов. Латунь (сплав меди с цинком) тоже довольно древний материал. За жёлтый цвет его в старину называли «фальшивое золото». Эти сплавы превосходят медь по прочности. Латуни владеют высочайшей стойкостью к действию воды, в том числе морской, а потому их употребляют в судостроении. Алюминий — сплав наиболее распространённый: в земной коре его содержится 8,8%. И сам он, и его сплавы совсем легки, отлично проводят электричество и тепло, устойчивы к коррозии. Сплавы алюминия пластичны, хорошо обрабатываются давлением и свариваются, а некие (силумины) владеют прекрасными литейными качествами. Из них отливают детали движков внутреннего сгорания, корпуса насосов, делают провода. Это основной материал для авиации и ракетной техники. Если алюминий подешевеет в 5—10 раз, то он начнёт интенсивно вытеснять сталь и остальные сплавы железа. Детали из титана внешне напоминают железные, однако почти в два раза легче. По прочности титан не уступает сталям и плавится при более высочайшей температуре. По содержанию в земной коре он стоит посреди металлов на четвёртом месте опосля алюминия, железа и магния. В морской воде титан служит в сотни раз дольше нержавеющей стали, его не разъедает «царская водка» (смесь соляной и азотной кислот), растворяющая даже «царя металлов» — золото. Титан хорошо деформируется при штамповке и сваривается, хотя достаточно тяжело обрабатывается резанием. Из титановых сплавов изготовляют детали обшивки и двигателей самолётов, ракет (на один лишь аэробус уходит более 40 т титановых сплавов). Из их же делают ёмкости для продуктов и брутальных сред, корабельные винты, корпуса судов и подводных лодок. Незапятнанный титан при контакте не разлагает кровь и не отторгается тканями живого организма, потому из него делают фиксаторы костей и различные протезы, в том числе искусственные клапаны сердца. Авиация, ракетно-космическая техника и почти все остальные отрасли требуют лёгких и в то же время прочных материалов. Сплавы на базе алюминия и магния при малом весе не имеют достаточной прочности, а крепкие легированные стали слишком тяжелы. Не постоянно выручают титановые и даже ещё более крепкие бериллиевые сплавы. Объединить их ценные свойства удалось в композитных материалах (см. статью «Нанотехника — разработка реального и будущего»). Они образуются из сочетания нескольких разнородных материалов и владеют качествами, которых не имеет ни один из компонентов. Наиболее узнаваемый пример такового материала — авто покрышка. Каркас (арматура) из узкой и крепкой проволоки, введённый в резиновую массу, воспринимает главные перегрузки и сохраняет форму изделия. Аналогичны по строению и материалы с железной матрицей, а именно детали из алюминия, армированные узкой стальной проволокой. Они соединяют малый вес с высочайшей прочностью. Помимо металлов и их сплавов для армирования композитных материалов обширно используют углеродные, борные, стеклянные, полимерные и другие волокна, также нитевидные кристаллы (так называемые усы), владеющие на нынешний день наивысшей прочностью. Композитные материалы на основе полимеров и всевозможные пластмассы всё почаще подменяют металл. Низкая теплопроводимость, высочайшая коррозионная и химическая стойкость, превосходные электроизоляционные свойства разрешают им занимать крепкое положение в ряду самых различных конструкционных материалов.



Самый обычный, самый универсальный. «художества огненныя», либо фейерверки. Как созидать через стенки. Дизайн.

На главную  История 





0.0136
 
Яндекс.Метрика