ИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт промышленных технологий и инжиниринга
Кафедра «Материаловедения и
технологии конструкционных
материалов»
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ И ИХ
ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине:
«Механические и физические свойства материалов»
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.00.ПЗ.
ВЫПОЛНИЛ:
студент гр. МТМ(ТЭК)бп-17-1
Новопашин Е.И.
ПРОВЕРИЛ:
к.т.н., доцент кафедры МТКМ
Плеханов В.И
Тюмень, 2020
2
ЗАДАНИЕ
№
п/п
Тема курсовой работы
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ И ИХ
ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ
18
Стали
Чугуны
Цветные сплавы
А40Г
ЖЧЮШ-22
АК4
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………….…………….
4
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………….
6
1.1 Материалы с эффектом Зеебека………………………………………….
6
1.2 Материалы с эффектом Пельтье…………………………………………
10
1.3 Материалы с эффектом Томсона………………………………………… 12
2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………….….
14
2.1 Написание марки материала согласно ЕСТД и ЕСКД………………….
14
2.2 Расшифровка материала согласно принятой классификации…………
14
2.3 Основные свойства материалов………………………………………….
14
2.4 Металлургический метод получения материала………………………
18
2.5 Предпочтительный метод получения заготовок (деталей) из заданного
материала………………………………………………………………………
2.6
Применяемость
материала
в
машиностроении
с
20
указанием
конкретных деталей…………………………………………………………..
21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….. 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………
24
4
ВВЕДЕНИЕ
Термоэлектрические материалы - сплавы металлов или химические
соединения, обладающие выраженными термоэлектрическими свойствами и
применяемые в той или иной степени в современной промышленности. У
термоэлектрических материалов три основных области применения преобразование
тепла
в
электричество
(термоэлектрогенератор),
термоэлектрическое охлаждение, измерение температур (от абсолютного
нуля до тысяч градусов). Термоэлектрическими свойствами обладают
металлы и их соединения: оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды,
фосфиды, карбиды и др. Термоэлектрические свойства обнаружены также у
сплавов металлов, сплавов соединений.
К
настоящему
термоэлектрических
времени
материалов,
исследовано
большое
перспективных
для
количество
практического
использования как по термоэлектрической добротности, так и по рабочему
интервалу температур. Число материалов, широко применяемых для
практических целей значительно меньше. В основном это сплавы на основе
Bi2Te3 и Bi-Sb для интервала низких температур.
В основе применения термоэлектрических материалов и различных
приборов
с
их
использованием
Термоэлектрические
обусловленных
явления
взаимосвязью
-
лежат
термоэлектрические
совокупность
между
физических
тепловыми
и
явления.
явлений,
электрическими
процессами в металлах и полупроводниках.
К термоэлектрическим явлениям относятся:
1. Эффект Зеебека
2. Эффект Пельтье
3. Эффект Томсона
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.00.ПЗ.
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плуханов В.И.
Подпись Дата
Лит.
ВВЕДЕНИЕ
Лист
Листов
4
2
Гр. МТМ(ТЭК)бп17-1
5
В некоторой степени все эти эффекты одинаковы, поскольку причина
всех термоэлектрических явлений - нарушение теплового равновесия в
потоке носителей.
Технические устройства, построенные на использовании эффектов
Пельтье,
Зеебека
термоэлектрические
устройства,
и
Томпсона
генераторы,
измерители
можно
классифицировать
термоэлектрические
температур.
на
охлаждающие
Общим
недостатком
термоэлектрических материалов является их сравнительно невысокая
эффективность,
что
препятствует
масштабному
промышленному
применению термоэлектрических преобразователей энергии.
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.00.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
2
6
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Материалы с эффектом Зеебека
Эффект Зеебека заключается в возникновении электродвижущей силы
(ЭДС) в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно
соединённых
разнородных
проводников,
контакты
между
которыми
находятся при различных температурах (данное явление открыто в 1821 г.
немецким физиком Т.И. Зеебеком).
Проявление эффекта Зеебека поясняется на рисунке 1. В электрической
цепи, составленной из разных проводников М1 и М2, возникает термо-ЭДС,
если места контактов А и B поддерживаются при разных температурах. Если
же цепь замкнута, то в ней течет термоиндуцированный электрический ток
(термоток) IT, причем изменение знака у разности температур спаев
сопровождается изменением направления термотока.
Рисунок 1 - Схема возникновения термоиндуцированного электрического
тока в двух спаянных проводниках при различных температурах контактов
Цепь, составленная из двух разных проводников М1 и М2, называется
термоэлементом, а ее ветви – термоэлектродами. Величина термо-ЭДС
зависит от абсолютных значений температур спаев TA и TB, разности этих
температур ∆T и от природы материалов, составляющих термоэлемент.
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
Лит.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
ЧАСТЬ
Лист
Листов
6
8
Гр. МТМ(ТЭК)бп17-1
7
В небольшом интервале температур термо-ЭДС EТ можно считать
пропорциональной разности температур:
EТ = αАВ(TA – TB),
где αАВ – термоэлектрическая способность (коэффициент термоЭДС).
Эффект Зеебека обусловлен следующими причинами:
преимущественной диффузией носителей тока в проводнике от

нагретого конца к холодному (объемная составляющая термоЭДС);
зависимостью контактной разности потенциалов от температуры,

связанной с зависимостью химического потенциала от температуры;

увлечение электронов фононами (квантами поля колебаний
кристаллической решетки), которые преимущественно перемещаются от
нагретого конца проводника к холодному и, взаимодействуя с электронами,
вызывают преимущественное перемещение их в том же направлении
(фононная составляющая термо-ЭДС).
Так как в электрических схемах обычно имеются контакты различных
проводников, то при колебаниях температуры в местах контактов возникает
термо-ЭДС, которую необходимо учитывать при точных измерениях.
Наиболее важной технической реализацией эффекта Зеебека являются
термопары, которые представляют собой термочувствительные элементы в
устройствах для измерения температуры. Термопара состоит из двух
разнородных металлических проводников, соединенных пайкой или сваркой.
В сочетании с электроизмерительными приборами она образует
термоэлектрический
термометр.
Существуют
две
схемы
включения
термопары в измерительную цепь:
1) измерительный прибор подключается с помощью соединительных
проводов в разрыв одного из термоэлектродов (рисунок 2, а)
2)
измерительный
прибор
подключается
к
концам
двух
термоэлектродов (рисунок 2, б).
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
2
8
Рисунок 2 - Схемы включения термопары в измерительную цепь с
подключением измерительного прибора в разрыв одного из термоэлектродов
(а) и к концам двух термоэлектродов (б): 1 – измерительный прибор; 2 –
соединительные провода; М1, М2 – термоэлектроды; ТА, ТВ – температуры
соответственно «горячего» и «холодного» контактов термопары.
Диапазон температур, измеряемых с помощью термопар, весьма
широк: от температуры жидких газов до температуры в доменных печах.
Точность измерения температуры с помощью термопар может доходить до
сотых долей градуса.
Для изготовления термоэлектродов используются следующие пары
металлов или сплавов (для разных температурных областей): золото – медь,
медь – константан, хромель – копель, хромель – алюмель, платинородий –
платина, вольфрам – рений.
С помощью эффекта Зеебека, кроме температуры, можно определять и
другие физические величины, измерение которых может быть сведено к
измерению температур: электрического тока, потока лучистой энергии,
давления газа и т.д.
Для
повышения
чувствительности
термопары
соединяют
последовательно в термобатареи. При этом все четные спаи поддерживаются
при одной температуре, а все нечетные – при другой.
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
3
9
Термо ЭДС такой батареи равна сумме термо-ЭДС отдельных элементов.
Термобатареи могут играть роль термоэлектрогенераторов, для
создания
которых
термоэлектрические
обычно
материалы,
используются
обеспечивающие
полупроводниковые
наиболее
высокий
коэффициент преобразования тепла в электричество. Основная область
применения термоэлектрогенераторов – маломощные автономные источники
электроэнергии.
На рисунке 3 показана типичная конструкция термоэлектрогенератора,
установленного на тепловой трубе, по которой может проходить, например,
добываемая нефть или природный газ, топочные или выхлопные газы.
Рисунок 3 - Термоэлектрогенератор на тепловой трубе
Термоэлектрогенераторы
находят
применение
в
транспортных
средствах, работающих на двигателях внутреннего сгорания. Такие
двигатели весьма неэффективно используют энергию (потребляют только
20–25 % энергии, произведенной в результате сгорания топлива). Чтобы
улучшить КПД двигателя по топливу, можно с помощью термоэлементов
преобразовывать тепловую энергию от двигателя в электрическую энергию, а
затем использовать её для питания различных устройств, расположенных
транспортных средствах, как показано на рисунке 4.
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
4
10
Рисунок 4 - Автомобиль с интегрированным в выхлопную систему
термоэлектрогенератором
Термоэлектрогенераторы
также
применяются
в
системах
преобразования солнечной энергии. При этом увеличение плотности
теплового потока, проходящего через каждый термоэлемент, осуществляют с
помощью гелиоконцентраторов, выполненных в виде системы зеркал или
линз, собирающих (фокусирующих) солнечные лучи, либо с помощью
теплопроводящих пластин.
Солнечные термоэлектрогенераторы перспективны для применения в
качестве источников электропитания в установках для подъёма грунтовых
вод в сельском хозяйстве, в устройствах навигации и связи, в космических
аппаратах и т.д
1.2 Материалы с эффектом Пельтье
Эффект Пельтье заключается в выделении или поглощении теплоты
при прохождении электрического тока в месте контакта двух разнородных
проводников (данное явление открыто в 1834 г. французским физиком Ж.
Пельтье). Эффект Пельтье обратен эффекту Зеебека.
Теплота Пельтье QП пропорциональна силе протекающего тока I
времени прохождения тока t:
Qп = ПIt,
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
11
где П – коэффициент Пельтье (зависит от природы материалов, образующих
контакт).
Причина возникновения эффекта Пельтье связана с наличием
контактной разности потенциалов, которая создаёт внутреннее контактное
поле. При этом в одном из контактов электроны, движущиеся под действием
внешнего
электрического
поля,
тормозятся
контактным
полем.
Их
кинетическая энергия уменьшается и, соответственно, спай охлаждается.
Другой
спай,
наоборот,
нагревается,
так
как
в
нем
протекают
противоположные процессы. Таким образом, знак теплоты Пельтье зависит
от направления протекающего тока.
Эффект
Пельтье
лежит
в
основе
действия
преобразователей,
называемых элементами Пельтье. На практике такие элементы обычно
изготавливают из полупроводников, поскольку при контакте металлов
эффект Пельтье настолько мал, что почти незаметен на фоне омического
нагрева и явлений теплопроводности. Достоинством элементов Пельтье
являются небольшие размеры и простота конструкции.
Эффект
Пельтье
лежит
в
основе
действия
преобразователей,
называемых элементами Пельтье. На практике такие элементы обычно
изготавливают из полупроводников, поскольку при контакте металлов
эффект Пельтье настолько мал, что почти незаметен на фоне омического
нагрева и явлений теплопроводности. Достоинством элементов Пельтье
являются небольшие размеры и простота конструкции.
Элементы Пельтье широко используются для создания маломощных
холодильников, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей
температур, например, маленьких автомобильных холодильников, поскольку
применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных
размеров.
Также
элементы
Пельтье
используются
для
охлаждения процессоров, как показано на рисунке 5, кондиционеров,
устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах, приёмников
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
12
излучения в инфракрасных сенсорах, для термостатирования диодных
лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.
Рисунок 5 - Кулер с элементом Пельтье для процессора
Элементы Пельтье могут служить для отопления помещений: теплый
спай помещается внутри помещения, охлаждающийся – снаружи (летом
следует поменять направление тока, и помещение будет охлаждаться).
1.3 Материалы с эффектом Томсона
Эффект Томсона заключается в выделении или поглощении теплоты в
однородном неравномерно нагретом проводнике током, дополнительно к
теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля – Ленца (данное
явление открыто английским физиком У. Томсоном (Кельвином) в 1856 г.).
Теплота Томсона QТ пропорциональна силе тока I, времени прохождения
тока t и перепаду температур (Т1 – Т2):
Qт = (Т1 – Т2)It,
где П – коэффициент Пельтье (зависит от природы материала).
В более нагретой части проводника тепловые скорости электронов
выше, поэтому их диффузия к холодной части больше, чем в обратном
направлении. Соответственно энергия в нагретой части больше. Если ток
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
13
течет в направлении возрастания температуры, то электроны переносят в
холодную
часть
дополнительную
энергию,
выделяющуюся
в
виде
дополнительного тепла и наоборот.
Эффект Томсона до сих пор не нашел технического применения,
однако его следует учитывать в точных расчетах термоэлектрических
устройств; кроме того, его можно использовать для определения типа
примесной проводимости полупроводников.
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.01.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
14
2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Написание марки материала согласно ЕСТД и ЕСКД
1) Сталь А40Г ГОСТ 1414 – 75
2) Чугун ЖЧЮШ-22 ГОСТ 7769—63
3) Сплав АК4 ГОСТ 4784 - 97
2.2 Расшифровка материала согласно принятой классификации
1) Сталь конструкционная повышенной обрабатываемости резанием,
содержит в среднем 0,4% углерода, Г - указывает содержание марганца в
стали около 1%.
2) Чугун алюминиевый с шаровидным графитом, с содержанием
алюминия 22%.
3) Алюминиевый деформируемый сплав, с содержанием кремния 4%,
упрочняемый термообработкой.
2.3 Основные свойства материалов
2.3.1 Химический состав в %
Материал
А40Г
C
0,370,45
Si
0,150,35
Mn
1,201,55
ЖЧЮШ-
1,6-
1,0-2,0
0,4-0,8
22
2,5
АК4
Cu
≤0,25
Аl
-
-
-
19-25
Cu
Mg
Примесей
S
P
Cr
0,18- ≤0,05 0,30
До
До
0,05
0,2
Al
Fe
Si
Mn
Ni
0.8 -
0.5 -
до 0.2
0.8 -
91.2 - 1.9
1.4 -
прочие,
1.3
1.2
1.3
94.6
1.8
каждая 0.05;
-
всего 0.1
2.5
2.3.2 Физические свойства
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ.
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
Лит.
ПРАКТИЧЕСКАЯ
ЧАСТЬ
Лист
Листов
14
9
Гр. МТМ(ТЭК)бп17-1
15
1) А40Г
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Наименование
Обозначение
параметра
Цвет
Плотность

Температура плавления
ТПЛ
Теплопроводность

Тепловое расширение
Α
Теплоёмкость
Ср
Электропроводность
R
Магнитные свойства

Числовое
значение
Серый
кг/м3
7800
1350
С
36
Вт/(мС)
1/Град
12,3
кДж/(кг·град)
0,42
250
Омм
МГм(ГСэ)
3,57
Ед. изм.
2) ЖЧЮШ-22
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Наименование
параметра
Цвет
Плотность
Температура плавления
Теплопроводность
Тепловое расширение
Теплоёмкость
Электропроводность
Магнитные свойства
Обозначение
Ед. изм.

кг/м3
С
Вт/(мС)
1/Град
кДж/(кг·град)
Омм
МГм(ГСэ)
ТПЛ

Α
Ср
R

Числовое
значение
Серый
7900
1200
36
11,1
4,18
240
2,53
3) АК4
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Наименование
параметра
Цвет
Плотность
Температура плавления
Теплопроводность
Тепловое расширение
Теплоёмкость
7.
8.
Электропроводность
Магнитные свойства
Обозначение

ТПЛ

Α
Ср
R

Числовое
значение
серебристый
3
кг/м
2770
660
С
180
Вт/(мС)
1/Град
22
кДж/(кг·град
0,92
)
50
Омм
МГм(ГСэ)
1,26
Ед. изм.
2.3.3 Механические свойства
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
2
16
1) А40Г
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Наименование
параметра
Прочность
Жёсткость
Твёрдость
Упругость
Выносливость
Ползучесть
Износоустойчивость
Обозначение
Ед. изм.
σв
σ0,2
HB 10-1
E 10-5
σ-1
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
Обозначение
Ед. изм.
σв
σ0,2
HB 10-1
E 10-5
σ-1
V 10-4
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
%/ч
Обозначение
Ед. изм.
σв
σ0,2
HB 10-1
E 10-5
σ-1
Δ
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
%
Числовое
значение
1470
1270
207
-
2) ЖЧЮШ-22
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Наименование
параметра
Прочность
Жёсткость
Твёрдость
Упругость
Выносливость
Ползучесть
Износоустойчивость
Числовое
значение
300
280
241-375
150
1,0
-
3) АК4
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Наименование
параметра
Прочность
Жёсткость
Твёрдость
Упругость
Выносливость
Ползучесть
Износоустойчивость
Числовое
значение
411,36
343
120
7
-
2.3.4 Технологические свойства
1) А40Г
№
Наименование параметра
п/п
1. Литейные свойства
2. Штампуемость
Качественная
Оценка
Хорошая
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
3
17
3.
4.
5.
6.
Ковкость
Прокатываемость
Способность к вытяжке
Свариваемость
7.
8.
Паяемость
Обрабатываемость резанием
Хорошая
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Трудно свариваемая.
Способы сварки: РД,
РАД и КТ
Удовлетворительная
В горячекатаном
состоянии
при ≤207 HB и σв = 590
Н/мм2
Kv=1,3 (твердый сплав)
Kv=1, (быстрорежущая
сталь)
2) ЖЧЮШ-22
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Наименование параметра
Литейные свойства
Штампуемость
Ковкость
Прокатываемость
Способность к вытяжке
Свариваемость
Паяемость
Обрабатываемость резанием
Качественная
Оценка
Хорошие
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Плохая
Нет
Плохая
Удовлетворительно
Удовлетворительно
3) АК4
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Наименование параметра
Литейные свойства
Штампуемость
Ковкость
Прокатываемость
Способность к вытяжке
Свариваемость
Паяемость
Обрабатываемость резанием
Качественная
Оценка
Хорошие
Удовлетворительно
Хорошая
Хорошая
Есть
Без ограничений
Удовлетворительно
Удовлетворительно
2.3.5 Эксплуатационные свойства
Лист
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
4
18
1) А40Г
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Наименование параметра
Жаростойкость
Жаропрочность
Хладостойкость
Износостойкость
Надежность
Долговечность
Живучесть
Качественная
Оценка
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Высокая
Высокая
Высокая
Удовлетворительно
2) ЖЧЮШ-22
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Наименование параметра
Жаростойкость
Жаропрочность
Хладостойкость
Износостойкость
Надежность
Долговечность
Живучесть
Качественная
Оценка
Высокая
Хорошая
Удовлетворительно
Высокая
Высокая
Высокая
Удовлетворительно
3) АК4
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Наименование параметра
Жаростойкость
Жаропрочность
Хладостойкость
Износостойкость
Надежность
Долговечность
Живучесть
Качественная
Оценка
Нормальная
Высокая
Высокая
Хорошая
Удовлетворительно
Высокая
Нормальная
2.4 Металлургический метод получения материала
1) А40Г
Сталь А40Г выплавляется в ДСП-3 одношлаковым процессом, с
жидким стартом - завалкой шихты на "болото" (оставление части металла и
шлака 5-10 тонн от предыдущей плавки). После слива предыдущей плавки
Лист
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
5
19
производится операция по заправке печи огнеупорными материалами и
подварке порога печи.
Для заправки печи используется магнезитовый порошок. Заправка
производится сухим материалом, либо увлажненным водным раствором
жидкого стекла, с помощью лотков, вручную, или штатными средствами
заправки. Порог рабочего окна должен быть очищен от остатков металла и
шлака. Порог заправляется (подваривается) сухим магнезитовым порошком
или доломитом, либо порошком фракции, не превышающей 20 мм, из
переработанных второгнеупоров.
Загрузка металлошихты, состоящей из лома черных металлов и
передельного чугуна, осуществляется с помощью специальных корзин в два
приема - завалка (основная) и подвалка. Шихтовка плавок для стали А40Г
производится по 3 вариантам с использованием легированного лома в
количестве, обеспечивающим содержание легирующих элементов в жидком
металле на нижнем пределе.
После загрузки металлошихты в печь заводится свод, опускаются
графитированные электроды и производится расплавление шихты в
автоматическом режиме, за счет образования электродуги и использования
энергии топливно-кислородных горелок (ТКГ). В автоматическом режиме
осуществляется также энергетический режим (переключение ступеней
напряжения) и присадка шлакообразующих материалов.
После
производится
расходования
включение
от
1000
до
1500
газокислородных
кВт·ч
горелок
электроэнергии
с
инжектором.
Суммарный расход природного газа на все горелки поддерживается
автоматически составляет 1750 м3/ч, кислорода около 8500 м3/ч газа, угля 15-40 кг/мин. Продолжительность работы горелок от 15 до 18 мин.
После расхода электроэнергии от 7000 до 10000 кВт·ч в печь
присаживают коксовую мелочь или кокс с размером фракции от 25 до 40 мм
массой 400кг разовыми порциями до 50 кг, присадка извести массой до 4,0
тонн производится отдельными порциями массой от 200 до 300 кг.
Лист
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
6
20
При вдувании кислорода через копье, находящееся под шихтой, после
отработки 7000 кВт·ч электроэнергии его массовый расход повышают от
1200 до 1500 м3/ч. После отработки 17000-20000 кВт·ч производится
подвалка металлошихты. Масса подвалки составляет 50-60 т.
2) ЖЧЮШ-22
Процесс выплавки сплава ЖЧЮШ-22 довольно простой. Пожалуй,
самый распространенный метод получения такого чугуна это — магниевый
процесс. Технология заключается в том, что в расплав металлического
магния
добавляются
магниевые
лигатуры
различных
комплексных
модификаторов, содержащих магний. Свойства чугуна с шаровидным
графитом разнообразные, но особо его выделяет хорошее сочетание
литейных свойств и высокая прочность. Данный материал очень пластичен,
благодаря чему хорошо обрабатывается резанием. Достаточно устойчив к
переменным
нагрузкам
и
отличается
низкой
чувствительностью
к
концентраторам напряжения.
3) АК4
Способ термической обработки сплава АК4, который заключается в
закалке
с
температуры
530±5°С,
выдержке
при
этой
температуре,
охлаждении в воде с температурой 10-40°С и последующем старении при
температуре 195°С 12 часов.
2.5 Предпочтительный метод получения заготовок (деталей) из
заданного материала
1) А40Г
Горячекатаный прокат и прокат круглый с обточенной поверхностью
изготовляют как в термически обработанном состоянии (отожженный,
высокоотпущенный,
нормализованный,
нормализованный
с
высоким
отпуском), так и без термической обработки.
Калиброванный прокат поставляют в нагартованном, нагартованноотпущенном
и
термически
обработанном
состояниях
(отожженный,
нормализованный, нормализованный с высоким отпуском, улучшенный
Лист
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
7
21
(закалка+отпуск), а сталь со специальной отделкой поверхности - в
нагартованном, нагартованно-отпущенном или отожженном состоянии.
2) ЖЧЮШ-22
Заготовки, получаемые литьём. Отливка - изделие или заготовка,
полученные технологическим методом литья. Около 75 % всех отливок (по
массе) изготовляют из чугуна, примерно 20 % из сталей и до 4 %  из
цветных сплавов. Сущность литейного производства состоит в получении
отливок заливкой жидкого сплава нужного состава в литейную форму. Для
получения отливок более высокого качества были разработаны специальные
способы литья – в металлические формы, под давлением, в оболочковые
формы и другие.
Отливки из чугуна марки ЖЧЮШ-22, за исключением отливок простой
конфигурации,
поставляются
после
снятия
напряжений
термической
обработкой.
3) АК4
В качестве заготовки для различных деталей применяют сплав АК4 в
виде: прутка, поковки и профиля.
2.6 Применяемость материала в машиностроении с указанием
конкретных деталей
1) А40Г
Сталь используется для изготовления деталей сложной конфигурации,
которые обрабатываются на станках-автоматах, изделий с повышенными
требованиями к чистоте поверхности, работающие при повышенных
давлениях/ напряжениях:
- валики
- оси
- кольца
- втулки
- пальцы
- шестерни
Лист
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
8
22
- ходовые винты металлорежущих станков
- болты
- винты
- гайки
2) ЖЧЮШ-22
Этот чугун используют для отливки печной арматуры:
- фурм доменных печей,
- футерованных плит топочных устройств
3) АК4
В первую очередь жаропрочный кованый сплав АК4 был создан для
изготовления поршневых и реактивных авиадвигателей, части которых
переносят большие вибрационные и температурные нагрузки. Однако,
сегодня из него делают разнообразные детали для самолетов:
- кольца
- поршни
- диски
- крыльчатки вентиляторов
- колеса компрессоров
- воздухозаборники
- лопасти
Алюминиевый сплав АК4 не только используют в авиации, но и в
машиностроении, где требуются прочные и жаростойкие конструкционные
материалы, подвергаемые повышенным механическим воздействиям. В
частности, он идет на производство профилей, листов, плит, труб, штамповок
и
прутков,
которые
обязательно
покрывают
защитным
слоем,
препятствующим их коррозийному разрушению.
Лист
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
9
23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Термоэлектрические материалы — сплавы металлов или химические
соединения, обладающие выраженными термоэлектрическими свойствами и
применяемые в той или иной степени в современной промышленности. У
термоэлектрических материалов три основных области применения —
преобразование
тепла
в
электричество
(термоэлектрогенератор),
термоэлектрическое охлаждение, измерение температур (от абсолютного
нуля до тысяч градусов).
В настоящее время используется исследовано большое количество
материалов, которые имеют термоэлектрические свойства, но не многие
получили практическое применение из-за малой термоэлектрической
добротности и проблем связанных с их получением. Полупроводниковые
сплавы обладают высокой термоэлектрической добротностью, но плохими
конструкционными свойствами, а металлы более прочные, но имеют
маленький КПД. Самыми оптимальными материалами являются теллуриды
висмута и карбид кремния из-за возможностей работать в большом
диапазоне температур и хорошими термоэлектрическими параметрами.
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.00.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
Лит.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Лист
Листов
23
24
Гр. МТМ(ТЭК)бп17-1
24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/A40G
2.
ГОСТ
1414-75.
Прокат
из
конструкционной
стали
высокой
обрабатываемости резанием.
3. ГОСТ 7769-63. Отливки из жаростойкого чугуна.
4. http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/AK4
5. ГОСТ 4784 – 97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые.
6. https://revolution.allbest.ru/manufacture/00640842_0.html
7. https://metallurgicheskiy.academic.ru
КП.22.03.01.03-3030/12К.053.2020.18.00.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
Лит.
Лист
Листов
24
24
Гр. МТМ(ТЭК)бп17-1