Поняття про сплави

Характерною рисою металів є їхня здатність утворювати один з одним чи з неметалами сплави. Металевими сплавами називають складні з’єднання (суміші) на основі металів, що зберігають високу електро- і теплопровідність, ковкість і інші властивості. Сплави можуть складатися з декількох металів або металів і неметалів. Щоб одержати сплав, суміш металів звичайно піддають плавленню, а потім прохолоджують з різною швидкістю, що визначається природою компонентів і зміною характеру їхньої взаємодії в залежності від температури. Іноді сплави одержують спіканням тонких порошків металів, не прибігаючи до плавлення (порошкова металургія). Отже сплави – це продукти хімічної взаємодії металів.

Сучасна техніка використовує величезне число сплавів, причому в переважній більшості випадків вони складаються не з двох, а з трьох, чотири і більшого числа металів. Цікаво, що властивості сплавів часто різко відрізняються від властивостей індивідуальних металів, з яких вони утворені. Так, сплав, що містить 50% вісмуту, 25% свинцю, 12,5% олова і 12,5% кадмію, плавиться усього при 60,5 градусах Цельсія, у той час як компоненти сплаву мають відповідно температури плавлення 271, 327, 232 і 321 градус Цельсія. Твердість олов'яної бронзи (90% міді і 10% олова) утроє більше, ніж у чистої міді, а коефіцієнт лінійного розширення сплавів заліза і нікелю в 10 разів менше, ніж у чистих компонентів.

Однак деякої домішки погіршують якість металів і сплавів. Відомо, наприклад, що чавун (сплав заліза і вуглецю) не має ту міцність і твердість, що характерні для сталі. Крім вуглецю, на властивості стали впливають добавки сірки і фосфору, що збільшують її крихкість.

Серед властивостей сплавів найбільш важливими для практичного застосування є жароміцність, корозійна стійкість, механічна міцність і ін. Для авіації велике значення мають легкі сплави на основі магнію, чи титана алюмінію, для металообробної промисловості – спеціальні сплави, що містять вольфрам, кобальт, нікель. В електронній техніці застосовують сплави, основним компонентом яких є мідь. Надпотужні магніти удалося одержати, використовуючи продукти взаємодії кобальту, самарію й інших рідкоземельних елементів, а зверхпровідні при низьких температурах сплави – на основі інтерметалідів, утворених ніобієм з оловом і ін.

Питання до самоконтролю:

1. Назвіть склад основних груп металів.

2. Перелічте фізичні властивості металів.

3. Якою буває будова атомів металів? Що таке поліформізм, анізотропія, дефекти,кристалізація металів?

4. Що таке корозія металів та як їй запобігти?

5. Наведіть приклади сплавів металів та їх властивостей.

Тема 2.2. Асортимент і призначення вуглецевих сталей

План: 1. Чавуни та сталі

2. Види вуглецевої сталі

3. Призначення вуглецевих сталей у виробництві

Чавуни та сталі

Сплав заліза з вуглецем, вміст якого не перевищує 2%, називають сталлю, а понад 2% до 4,27% - чавуном.

Чавун в розплавленому стані текучий, тому добре заповнює ливарні форми і на виробництві широко використовується для виготовлення деталей литвом. Є сірий чавун (СЧ), білий (БЧ), ковкий (КЧ), високоміцний (ВЧ), жаростійкий (ЖЧХ, ЖЧС, ЖЧЮ тощо), жароміцний та стійкий проти корозії (ЧН), антифрикційний (АЧС). З сірого чавуну виготовляють більшість деталей, що не несуть ударного навантаження; білий чавун дуже міцний на стирання, але крихкий; ковкий чавун можна згинати на невеликий кут тощо.

Сталі більш поширені, ніж чавуни, завдяки своїм властивостям, які дозволяють ширше використовувати їх у виготовленні різних товарів. Сталі класифікують залежно від особливостей виробництва — на конверторну, мартенівсь­ку та вироблену електроплавильними способами; за хімічним скла­дом — на вуглецеву та леговану; залежно від способу розкислення — на спокійну, напівспокійну та киплячу.

Більш поширеними є вуглецеві сталі, які залежно від призначен­ня випускається конструкційними та інструментальними. Конст­рукційні вуглецеві сталі використовуються у виготовленні метале­вих будівельних товарів, виробів для кріплення, різних побутових металевих приладів або деталей до них.

Інструментальні сталі мають високі механічні властивості і використовуються для виготовлення різних видів метало- та деревооб­робного, монтажного та іншого інструменту, ножів, ножиць та інших товарів, що повинні мати велику твердість та зносостійкість. Основ­ним недоліком вуглецевих сталей є їх низька корозійна стійкість.

Леговані сталі — це сталі, до складу яких вводять легувальні компоненти, що помітно змінюють їх властивості. У якості легувальних компонентів використовують хром, нікель, титан, вольфрам, кобальт, алюміній та інші метали. Леговані сталі залежно від їх хімічного складу можуть мати підвищену корозійну стійкість, зно­состійкість, жаротривкість, пружність та інші специфічні властивості.

Види вуглецевої сталі

Сталь вуглецеву звичайної якості поділяють на три групи:

А – поставляється за механічними властивостями і застосовується в основному тоді, коли вироби з неї піддають гарячої обробки (зварювання, кування і т.п.), яка може змінити регламентовані механічні властивості (Ст0, Ст1 та ін);

Б – поставляється за хімічним складом і застосовують для деталей, що піддаються такій обробці, при якій механічні властивості змінюються, а рівень їх крім умов обробки визначається хімічним складом (БСт0, БСт1 та ін);

В – поставляється за механічними властивостями та хімічним складом для деталей, що піддаються зварюванні (ВСт1, ВСт2 та ін.)

Вуглецеві сталі звичайної якості виготовляють наступних марок: Ст0, Ст1КП, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп. Букви Ст означають "Сталь", цифри - умовний номер марки в залежності відхімічного складу, літери "кп", "пс", "сп" – ступінь розкислення ("кп" –кипляча, "пс" – напівспокійна, "сп" – спокійна).

Сталь вуглецева якісна конструкційна за видами обробки припостачання ділиться на гарячекатану і ковану, калібровану, круглу зспеціальною обробкою поверхні – сріблянку. За вимогами до випробуваннямеханічних властивостей сталь поділяють на п'ять категорій. Сталь істотно змінює свої властивості залежно від вмісту вуглецю, технології виготовлення та вмісту домішок.

Вуглецеві сталі звичайної якості позначаються буквами Ст та цілими цифрами, наприклад СтЗ, Ст4, які вказують номер цієї марки згідно ГОСТ. Якісні вуглецеві сталі позначаються Сталь 50, Сталь 70 тощо. Тут цифри вказують вміст вуглецю в сотих долях процента. Так ще позначають і автоматні сталі, лише починають з букви А, наприклад А12. Ці сталі добре обробляються і частіше всього на верстатах-автоматах. Подібно позначаються і вуглецеві інструментальні сталі, лише перша буква у них У, наприклад У8, У12А, лише цифри в цьому випадку вказують вміст вуглецю в десятих долях процента, а буква А говорить, що сталь – підвищеної якості.

Призначення вуглецевих сталей у виробництві

Із сталі Ст 2, Ст 3 виготовляють кутники, швелери, дріт, прутки; із Сталі 40 – вали машин, з Сталі 45 – деталі підвищеної міцності; Сталь 65Г – стійка проти стирання, має пружні властивості, наприклад прутки елеватора картоплекопачів та картоплекомбайнів; із Сталі П, Сталі Н – виготовляють пружини холодним способом, а Сталі 60СЗА (кремниста) – пружини та ресори з наступною термообробкою.

Марку сталі та її якість на промислових підприємствах визначають спектрографічним шляхом та пробами на твердість.

Питання до самоконтролю:

1. Що таке чавуни та сталі? Яки їх різновиди існують?

2. Назвіть групи вуглецевої сталі

3. Наведіть приклади призначення вуглецевих сталей у виробництві.

Тема 2.3 Основний асортимент і призначення кольорових металевих матеріалів

План: 1. Призначення міді, латуні, бронзи.

2. Призначення мідно-нікелевих сплавів, алюмінія, цинку.

3. Призначення магнію, титану, олова, свинцю.

4. Призначення хрому, нікеля, срібла.

Призначення міді, латуні, бронзи

Кольорові метали – це мідь, алюміній, цинк, олово, свинець, нікель, хром, срібло та інші. Вони мають загальну властивість утворювати на поверхні окисну плівку, яка запобігає подальшій корозії металу.

Мідь – позначається від МОО (99,99 % чистої міді) до М4 (вміщує 99,0 % чистої міді). Мідь марок МФІ, МФ2 та МФЗ має домішку фосфору, який надає їй пружних властивостей та доброї текучості у розплавленому стані.

Латунь – це сплав міді з цинком. Вона має жовтуватий колір. Позначається звичайна латунь буквою Л з цифрою, яка вказує на процентний вміст у латуні міді, а решта - цинк. Наприклад, Л62 (62 % міді), Л90 (90 % міді).

Спеціальні латуні випускаються з домішками легуючих елементів (алюміній - А, залізо - Ж, марганець - Мц, нікель - Н, свинець - С, олово - О, кремній - К та ін.), крім букви Л, містять букви позначень легуючих елементів, далі цифру - вміст міді і через рисочку вміст легуючих елементів.

Наприклад, латунь ЛМцЖ-57-3-1 містить міді 57 °/о, марганцю 3 %, заліза 1 %, а решта цинк. Ця латунь стійка проти дії морської води.

Домішки кремнію, олова, алюмінію підвищують міцність, антифрикційні властивості та корозійну стійкість латуні на повітрі, в морській воді та атмосфері. Марганець надає жаростійкості, а залізо твердості. Свинцеві латуні добре поліруються, а домішка до алюмінієвої латуні миш'яку, нікелю та заліза підвищує її стійкість проти розведених кислот і лугів.

Бронза – це сплав міді з оловом (олов'янисті бронзи) або іншими елементами, крім цинку (хоча цинк може входити від З - 5 % і в олов'янисті бронзи). Останні називають без олов'яними або спеціальними. Позначають бронзи буквами Бр, а далі йдуть елементи, які входять до її складу і процентний вміст (крім міді). Наприклад, БрОф8,0 - 0,3 містить 8 % олова і 0,3 % фосфору, решта мідь; БрС30 - З0 % свинцю, решта мідь. Порівняно з латунню бронзи міцніші, корозієстійкі, мають антифрикційні властивості. З бронз виготовляють крани, вентилі, втулки навантажених підшипників тощо.

Берилієві бронзи після гартування за твердістю та пружними властивостями перевищують високоякісні сталі, а кадмієві та хромисті бронзи найбільш тепло- та електропровідні.

Призначення мідно-нікелевих сплавів, алюмінія, цинку

Мідно-нікелеві сплави мають високу корозійну стійкість та особливі електричні властивості, які змінюються залежно від вмісту нікелю. Крім нікелю, до складу сплаву можуть входити й інші елементи. Позначаються ці сплави МН0,6, МН16, тобто вміщують 0,6 % нікелю або 16 % нікелю і так далі. Деякі мідно-нікелеві сплави мають власні назви:

константан (МНМц40-1,5) – вміщує марганець і характеризується високим електричним опором. Використовується для реостатів, нагрівних приладів (до 500 °С);

манганін (МНМцЗ-12) також вміщує марганець. Використовують для електротехнічних виробів та опорів;

копель (МНМц43-0,5) – для термопар;

куніаль (МНАІЗ-З) – для машин підвищеної міцності;

нейзільбер, «нове срібло» (МНЦ15-20) – для деталей електромашин, медичного інструменту, посуду;

мельхіор (МНЖМцЗО-0,8-1) – для труб термостатів, а МН19 – столового посуду.

Жароміцні сплави міді містять у невеликих кількостях кадмій - близько 1%, цирконій - до 0,5%, хром - до 1,0%, кобальт - до 2,7 %, берилій - до 0,7 %, титан - до 0,15%. Використовують ці сплави для електродів машин контактного і шовного зварювання, колекторів електродвигунів та інших деталей, які в процесі роботи нагріваються.

Алюміній (Аl) легкий та малоокислюваний метал, дуже поширений в домашньому побуті. Чистий алюміній позначається А з відповідною цифрою (А99 – А0). Проте здебільшого використовується алюміній з невеликими домішками. Так, є деформівний технічний алюміній АД1, корозієстійкі сплави з домішкою марганцю АМц та магнію АМг, конструкційні сплави (дюралюміній) ДІ – Д19, жароміцний з домішкою міді АК4, конструкційний високоміцний з домішкою цинку та міді В93 – В96ц; ливарний алюміній АЛ1 – АЛ21, ВАЛ1. З останніх двох відливають поршні, головки двигунів та інші деталі, що працюють при температурі до 350 °С. Дюралюміній широко використовують в авіації.

Цинк (Zn) у чистому вигляді – ЦВЧ, ЦО, ЦЗ використовують в основному як покриття чорних металів, щоб захистити їх від корозії. Оскільки чорні метали і цинк мають різний електричний потенціал, на поверхні виробу цинкове покриття тримається дуже міцно.

Крім сплаву цинку з міддю, що утворюють латунь, є сплави цинку з алюмінієм, міддю і магнієм – ЦАМ4-1 і з алюмінієм ЦА4, з яких відливають карбюратори автомобілів, рамки спідометрів, бензонасоси, деталі пилососів тощо. Є також антифрикційні сплави ЦАМ9-1.5, ЦАМІО-5 для виготовлення вкладишів, втулок та інших.

Призначення магнію, титану, олова, свинцю

Магній (Мg) метал, який в чистому вигляді майже не використовують, але є магнієво-літієві сплави надлегкі ИМБ2, з високою звукопровідністю МА17, з високою демпфуючою здатністю МЦП, їх використовують у конструкціях, що піддаються вібрації.

Титан (Ті) – майже вдвоє легший за сталь, за такої ж міцності він має вищу температуру плавлення, низьку теплопровідність і погані антифрикційні властивості, але легко кується, штампується. При нагріванні до 500 °С на повітрі він не окислюється, а при вищій температурі на його поверхні утворюється міцна захисна плівка. Тому з титану та його сплавів виготовляють обшивку надзвукових літаків, компресори реактивних двигунів, в турбобудуванні – лопаті та диски турбін тощо. З листового титану можна виготовити (із застосуванням аргонового зварювання) легкі глушники для автомобілів, які не іржавіють і не прогоряють.

Олово (Sn) – важкий м'який метал сріблястого кольору з температурою плавлення 232°С. У чистому вигляді олово не окислюється, стійке проти дії харчових кислот. Раніше ним покривали кухонний посуд, молочні бідони. Тепер для цього переважно застосовують нержавіючу сталь або «харчовий алюміній».

Використовують олово для паяння у чистому вигляді або для приготування різних припоїв (переважно з свинцем). Днище та крила автомобіля, покриті оловом або його сплавом, не піддаються корозії, але цю луджену поверхню слід захистити від ударів камінців, піску тощо м'якою мастикою.

Пруток чистого олова при згинанні хрустить, бо відбувається розрив кристалів. Якщо олово зберігається при температурі нижче - 13°С, воно поволі перетворюється в сірий порошок. Таке явище називають «олов'яною чумою». Тому прутки чистого олова слід зберігати при вищій температурі.

Свинець (Рb) – м'який, важкий, синювато-сірого кольору, блискучий метал з температурою плавлення 327,4 °С. Він дуже пластичний, тому в чистому вигляді його використовують для захисту кабелів, які укладають у землю, для зачеканення з'єднань чавунних труб, де його запресовують за допомогою спеціальних оправок, для ущільнень кришок котлів, вода в яких не використовується для харчування. З нього також відливають рибацькі грузила. Свинець стійкий проти соляної та сірчаної кислот. Азотна та плавикова кислоти добре його розчиняють. В основному ж свинець використовують для приготування припоїв у сплаві з оловом та іншими легкоплавкими металами.

Призначення хрому, нікеля, срібла

Хром (Сr) – блискучий метал з синюватим відтінком, за питомою вагою близький до заліза. Він досить твердий (на одиницю менше від алмаза), проте крихкий. Температура плавлення 1910 °С. Він стійкий проти окислення в атмосфері та у воді.

В чистому вигляді хром широко використовують для декоративного та антикорозійного покриття інших металів (хромування). Проте плівка хрому пориста, через неї проникає волога і чорні метали під хромом згодом іржавіють. Тому чорні метали спочатку вкривають міддю, зверху нікелем, а вже потім хромом, тобто робиться тришарове покриття. Інколи чорний метал вкривають нікелем, а вже потім хромом.

Хром досить міцний проти стирання, але на ньому погано утримується мастило, тому спочатку наносять плівку пористого хрому, яка добре утримує масло і досить добре захищає поверхню від стирання. В промисловості хром широко використовують для виготовлення легованих хромистих сталей високої міцності.

Нікель (Ni) – сріблясто-білий метал. Порівняно із хромом має жовтуватий відтінок. Температура плавлення 1455°. На повітрі та у вологому середовищі не окислюється і за цими властивостями наближається до благородних металів. Концентровані сірчана та соляна кислоти діють на нікель слабо, але азотна його розчиняє.

Використовують нікель для захисного та декоративного покриття металів (нікелювання), а також для приготування нержавіючих сталей. Сплав нікелю з хромом називають ніхромом. З нього виготовляють спіралі електронагрівальних приладів.

Срібло (Аg) – благородний метал білого кольору з синюватим відтінком. Температура плавлення 960 °С. Теплопровідність у срібла найвища серед металів. На повітрі і у вологому середовищі срібло не окислюється. Добре розчиняється у підігрітій сірчаній або азотній кислотах.

З срібла 916, 900, 875 та 800-ї проби виготовляють прикраси (персні, браслети, серги) та побутові предмети (виделки, ложки тощо). Контакти різних розмикальних пристроїв (наприклад, у переривника автомобіля), покриті тонким шаром срібла, працюють без «загорання» довго і надійно.

Іони срібла, розчиненого у воді, знезаражують її. Така «срібна вода» тривалий час зберігається без псування, а вживання її позитивно впливає на організм. У продажу є спеціальні апарати для «сріблення» води.

Срібло широко використовують у ювелірному виробництві для домішок до золота (у відповідності до проби), а також для приготування фотографічних матеріалів, припоїв тощо.

Питання до самоконтролю:

1. Яке мають призначення мідь, латунь, бронза у виробництві?

2. Яке мають призначення мідно-нікелеві сплави, алюміній, цинк у виробництві?

3. Яке мають призначення магній, титан, олово, свинець у виробництві?

4. Яке мають призначення хром, нікель, срібло у виробництві?

3. Паливо і мастильні матеріали

Паливо є сировиною для одержання різноманітних цінних продуктів. Нафта необхідна для розвитку хімічної промисловості. З неї одержують, окрім паливних матеріалів, різні масла й змащувальні матеріали, пластмаси, миючі речовини, синтетичні волокна та тканини, добрива. З природного газу виробляють синтетичні спирти і білкові препарати, вилучають сірку. Вугілля є цінною технологічною сировиною у чорній металургії, джерелом для одержання пластмас, бензину та інших продуктів виробництва.

Паливо, масла та мастильні матеріали є основними експлуатаційними матеріалами на автомобільному транспорті. Вони можуть відрізнятись своїми якостями у залежності від різновиду та особливостей сировини, з якої їх отримано, а також у залежності від виду переробки цієї сировини.

Тема 3.1.Поняття про паливо та його класифікація

План: 1. Поняття про паливо, його різновиди

2. Бензин: основні характеристики і марки

3. Дизельне паливо, його властивості та маркування

4. Мазут. Основні властивості, марки і застосування

Поняття про паливо, його різновиди

Паливо — речовина, що виділяє при згорянні значну кількість тепла і може використовуватись для отримання енергії.

Природні види палива — кам'яне вугілля, (включаючи паливні продукти, одержані при збагаченні та сортуванні на підприємствах вугільної промисловості), буре вугілля (лігніт), сланці горючі, торф паливний, дрова опалювальні, деревинні відходи лісозаготівлі, деревинні відходи деревообробки, відходи сільськогосподарського виробництва (солома, качани та стебла кукурудзи, лушпиння соняшникове та рисове тощо), інші види первинного твердого палива (непридатні шпали, рудникові стійки, дерев'яна тара тощо), нафта, включаючи газовий конденсат, природний газ, до якого входить шахтний метан.

До альтернативних видів рідкогопалива належать:

- горючі рідини, одержані під час переробки твердих видів палива (вугілля, торфу, сланців);

- спирти та їх суміші, олії, інше рідке біологічне паливо, одержане з біологічної сировини (у тому числі з поновлюваних відходів сільського та лісового господарства, інших біологічних відходів);

- горючі рідини, одержані з промислових відходів, у тому числі газових викидів, стічних вод, виливів та інших відходів промислового виробництва;

- паливо, одержане з нафти і газового конденсату нафтових, газових та газоконденсатних родовищ непромислового значення та вичерпаних родовищ, з важких сортів нафти та природних бітумів, якщо це паливо не належить до традиційного виду.

До альтернативних видів газового палива належать:

- газ (метан) вугільних родовищ, а також газ, одержаний у процесі підземної газифікації та підземного спалювання вугільних пластів;

- газ, одержаний під час переробки твердого палива (кам'яне та буре вугілля, горючі сланці, торф), природних бітумів, важкої нафти;

- газ, що міститься у водоносних пластах нафтогазових басейнів з аномально високим пластовим тиском, в інших підземних газонасичених водах, а також у газонасичених водоймищах і болотах;

- газ, одержаний з природних газових гідратів, та підгідратний газ;

- біогаз, генераторний газ, інше газове паливо, одержане з біологічної сировини, у тому числі з біологічних відходів;

- газ, одержаний з промислових відходів (газових викидів, стічних вод промислової каналізації, вентиляційних викидів, відходів вугільних збагачувальних фабрик тощо);

- стиснений та зріджений природний газ, зріджений нафтовий газ, супутний нафтовий газ, вільний газ метан, якщо вони одержані з газових, газоконденсатних та нафтових родовищ непромислового значення та вичерпаних родовищ і не належать до традиційних видів палива.

Бензин: основні характеристики і марки

Бензин є одним з основних видів карбюраторного палива. Він являє собою суміш легких ароматичних, нафтенових і парафінових вуглеводнів. До складу бензину входять вуглець (85 %) і водень (близько 15 %), а також кисень, азот та сірка. Бензин — безбарвна чи трохи жовтувата рідина з характерним запахом, щільністю 0,7 – 0,8 г/см3. Температура його спалаху нижче – 40 °С, застигання — нижче – 60 °С. Бензин застосовується також як розчинник жирів, смол і інших матеріалів. Основну частину бензину одержують прямою перегонкою і каталітичним крекінгом. Властивості автомобільних бензинів характеризуються теплотою згорання, детонаційною стійкістю, фракційним складом, хімічною стабільністю, вмістом сірки та інших шкідливих домішок.

Здатність палива протистояти детонаційному згоранню називається детонаційною стійкістю і характеризується октановим числом. Чим вище октанове число, тим більше може бути стиснута в циліндрі пальна суміш.

Маркування: промисловість випускає автомобільні бензини марок А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. У марці бензину буква «А» показує, що він автомобільний, а цифра — мінімальне октанове число. У бензинах А-72 і А-76 октанове число (72 і 76) установлено моторним методом, а в бензинах АИ-93 і АИ-98 друга буква «И» показує, що октанове число (93 і 98) установлено дослідницьким методом.

Пальне для авіаційних двигунів, що експлуатуються в різних режимах: звичайному (крейсерському) і форсованому (режимі злету літака), повинно зберігати свою стійкість як на бідних, так і на багатих сумішах. Детонаційна стійкість авіаційного бензину при роботі на бідній суміші оцінюється октановим числом, а при роботі на багатій суміші — сортністю.

Фракційний склад є важливим показником якості бензину та його випаровуваності, тобто здатності переходити з рідкого в газоподібний стан. Від випаровуваності палива залежать утворення пальної суміші, тривалість прогріву і легкість пуску двигуна.

Промисловістю випускаються сезонні (літні і зимові) автомобільні бензини. Для бензину зимового виду температура викіпання 10% палива має бути не більше 55°С, а літнього виду — не більше 70°С.

Хімічна стабільність характеризується стійкістю бензину до окислювання, смоло- і нагароутворення та інших хімічних змін у двигуні, залежить від фракційного складу і вмісту смол та смолоутворюючих речовин.

Вміст смол установлюється спеціальними стандартами і для різних марок бензину не повинен перевищувати 7–15 мг/100 мл.

Дизельне паливо, його властивості та маркування

Дизельне паливо, як і бензин, являє собою суміш парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводів і є продуктом прямої перегонки нафти з додаванням (не більш 20%) компонентів каталітичного крекінгу. Щільність дизельного палива 0,79— 0,97 г/см3, температура спалаху 35—80°С, температура помутніння для літніх сортів не вище -5°С, а для зимових — від -25 до -30°С. Температура застигання повинна бути на 5—10°С нижча температури помутніння. Дизельне паливо використовується в двигунах, установлених на великовантажних автомобілях, тракторах і дорожніх машинах, на водному і залізничному транспорті, у різних енергетичних установках і випускається двох видів: легке, малов'язке паливо — для швидкохідних дизелів і важке, високов'язке паливо — для тихохідних дизелів.

Дизельне паливо, на відміну від карбюраторного, містить більш важкі фракції вуглеводнів: газові, газойлеві і солярові, які не схильні до детонації. Фізикохімічні властивості дизельного палива характеризуються теплотою згорання, займистістю, фракційним складом і температурою спалаху, в'язкістю, температурою помутніння, початку кристалізації і застигання, вмістом сірки й інших шкідливих домішок. Для реактивних авіаційних двигунів як паливо використовується гас і лігроїн прямої перегонки нафти, а також газойлеві фракції дистилятів окремих нафт із продуктами вторинного походження і прямогонні дистиляти.

Один з основних показників якості дизельного палива є загорання, що характеризує здатність палива займатися без джерела запалювання й оцінюється цетановим числом. Температура самозапалювання дизельного палива знижується зі збільшенням цетанового числа.

Маркування: у залежності від умов застосування промисловість випускає дизельне паливо трьох марок: Л (літнє) — для експлуатації при температурі навколишнього повітря 0°С і вище; З (зимове) — для експлуатації при температурі навколишнього повітря — 20°С і вище; А (арктичне) — для експлуатації при температурі навколишнього повітря — 50°С і вище. Норма цитанового числа для всіх трьох марок дизельного палива встановлена не менше 40. За вмістом сірки дизельні палива поділяються на види: І — не більше 0,2% і II — не більше 0,5% (для марок А — не більше 0,4%). У маркірування палива Л входять вміст сірки і температура спалаху; палива 3 — вміст сірки і температура застигання; палива А — вміст сірки.

Мазут. Основні властивості, марки і застосування

Мазут – найбільш розповсюджений вид котельно-пічного палива. Його одержують як у процесі прямої перегонки нафти, так і при крекінгу нафтопродуктів — це залишки після відгону з нафти бензину, гасу, фракцій дизельного палива. Використовується на залізничному транспорті, у хімічній промисловості як сировина й в інших галузях народного господарства, а також для забезпечення населення, дрібних комунально-побутових і сільськогосподарських підприємств.

Найважливішими характеристиками мазуту є теплота згорання, в'язкість, температура застигання, щільність, температура спалаху, зольність, вміст сірки й інших домішок. Основним показником якості мазуту при його маркіруванні є в'язкість, що визначає умови заповнення і зливу з ємкостей, транспортування по трубопроводах, подавання в топковий простір печей й т. ін. В'язкість мазуту залежить від температури, щільності, смолистості.

Маркування: нафтопереробною промисловістю виробляється кілька марок мазутів, які використовуються як паливо: флотські Ф-5 і Ф-12, топкові 40 і 100. Цифри, що входять у марки (5, 12, 40, 100), вказують на максимальну в'язкість при температурі 50°С в одиницях умовної в'язкості. Мазути Ф-5 і Ф-12 (легке па­ливо) застосовуються в суднових котлових установках, 40 (середнє паливо) і 100 (важке паливо) — як масове паливо у всіх котлових і нагрівальних установках загального призначення. Мазути марок 40 і 100 за вмістом сірки підрозділяються на малосірчисті, сірчисті і високосірчисті.

Паливо для мартенівських печей поставляється марок МП — малосірчисте і МПС — сірчисте. Газотурбінне паливо виробляється двох марок: ТГ — звичайне і ТГВК — вищої категорії якості, а паливо пічне побутове випускається марки ТПБ.

Питання до самоконтролю:

1. Дайте визначення паливу, та перелічте його різновиди.

2. Що являє собою бензин? Які його основні характеристики і марки?

3. Що таке дизельне паливо, його властивості та маркування?

4. Що таке мазут? Назвіть основні властивості його, марки і застосування.

Тема 3.2. Поняття про нафту та її класифікація

План: 1. Загальна характеристика нафти та продуктів її переробки

2. Фізичні та хімічні властивості нафти та їх класифікація

Загальна характеристика нафти та продуктів її переробки

Нафта – це пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною. Найголовнішою властивістю нафти, які принесли їй світову славу виняткових енергоносіїв, є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла. Нафта і її похідні володіють найвищою серед усіх видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти – 41 МДж/кг, бензину – 42 МДж/кг.

У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопродукти: бензин, лігроїн, гас, газойль — солярове масло, а в залишку — в'язку чорну рідину — мазут. Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове та ін. З мазуту деяких сортів нафти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону називають нафтовим пеком або гудроном.

Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне пальне.

Лігроїн служить пальним для дизельних двигунів, а також розчинником у лакофарбовій промисловості. Велику кількість його переробляють на бензин.

Гас застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигунів, а також для побутових потреб.

Солярове масло використовують як моторне пальне, а мастила — для змащення механізмів.

Вазелін використовують у медицині.

Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, для просочення деревини у виробництві сірників і олівців, для виготовлення свічок, гуталіну і т. д.

Гудрон — нелетка темна маса, після часткового окислення його застосовують для одержання асфальту.

Мазут, крім переробки на мастила і бензин, використовують як котельне рідке пальне.

Мастила, які виділяються під час перегонки мазуту, називають мінеральними (нафтовими) маслами на відміну від синтетичних масел, які одержують штучно (хоча всі масла є сумішами органічних сполук).

Фізичні та хімічні властивості нафти та їх класифікація

До складу нафти входять насичені вуглеводні (парафіни), ароматичні вуглеводні, нафтени, а також органічні сполуки, що містять азот, кисень, сірку, деякі метали (залізо, ванадій, кобальт, мідь тощо). Залежно від геологічних і геохімічних особливостей родовищ нафти відносний вміст у ній вуглеводнів, сірчистих сполук і нафтових смол неоднаковий. Найпростішими природними сумішами вуглеводнів є нафтові гази, у складі яких переважають газоподібні парафіни (метан, етан, пропан, бутани — нормальний та ізобутан). Природна нафта — густа масляниста флуоресціююча рідина, кольору від темно-бурого до чорного.

За складом нафта — складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, головним чином рідких (в них розчинені тверді і газоподібні вуглеводні). Звичайно ці вуглеводні парафінові, ароматичні, циклоалкани, співвідношення яких в нафтах різних родовищ змінюється в широких межах. Крім вуглеводнів, нафта містить оксиген-, сульфур- і нітрогеновмісні органічні сполуки.

Залежно від переважного вмісту вуглеводнів того чи іншого класу в нафтовій фракції з температурою кипіння 250-300 °С розрізняють такі основні види нафти:

1) метанова нафта, яка складається переважно з нерозгалужених алканів;

2) нафтенова нафта, яка складається в основному з циклічних неароматичних вуглеводнів — циклоалканів, або нафтенів;

3) змішана нафта, яка включає суміш алканів, нафтенів і ароматичних вуглеводнів. Змішана нафта зустрічається найчастіше.

Усі види нафти мають домішки нітроген- і сульфурвмісних органічних сполук.

Також існує класифікація нафти, в основу якої покладено такі ознаки: щільність; груповий склад фракцій, що википають при температурі до 250-300°С; технологічна класифікація за потенційним вмістом основних компонентів.

Щільність нафти, як уже вказувалося, перебуває в межах 780 – 1040 кг/м3. Нафту щільністю нижче 900 кг/м3 називають легкою, вище 900 кг/м3 — важкою. У важких нафтах містяться в основному циклічні вуглеводні.

Колір нафти залежить від її щільності: світлі нафти мають меншу щільність, чим темні. А чим більше в нафті смол і асфальтенів, тим вище її щільність.

При видобутку нафти важливо знати її в'язкість. Розрізняють динамічну і кінематичну в'язкість. Динамічною в'язкістю називається внутрішній опір окремих часток рідини руху загального потоку. У легкій нафті в'язкість менше, ніж у важкій. При видобутку і подальшому транспортуванні важкі нафти підігрівають.

Речовини, що входять до складу нафти, залежно від хімічної структури і розмірів молекул, характеризуються різною температурою кипіння, в залежності від якої вони поділяються на фракції-групи речовин, що википають із суміші при визначених температурах.

В основу хімічної класифікації нафти покладений груповий склад фракцій. Нафту відносять до класу парафінових, нафтенових або ароматичних, якщо в ній має перевагу відповідний ряд вуглеводнів.

Технологічна класифікація передбачена стандартом, будується з урахуванням складу нафти і потенційного вмісту в ній основних компонентів

Питання до самоконтролю:

1. Подайте загальну характеристику нафти та продуктів її переробки.

2. Наведіть фізичні та хімічні властивості нафти та класифікацію її видів.

Тема 3.3 Поняття про мастильні матеріали та їх класифікація

План: 1. Мастильні матеріали та їх класифікація

2. Основні експлуатаційні властивості мастил

3. Маркування мастил

4. Застосування мастил

Мастильні матеріали та їх класифікація

Мастильні матеріали — це речовини, які використовуються для змащування і охолодження деталей машин та механізмів, що призводить до зменшення сили тертя і вилучення зношених частинок. Крім того, мастильні матеріали захищають метал від корозії, виконують функцію робочої рідини, яка охолоджує різні частини при їхній взаємодії.

Основна частина мастильних матеріалів мінерального походження отримується у результаті переробки нафти. Органічні мастила (рослинні і тваринні), хоч і володіють хорошими властивостями щодо змащування, чутливі до дії підвищеної температури, тому застосовуються, головним чином, як добавки до мінеральних олій. Недоліками мастильних матеріалів (мінеральних і органічних) є те, що вони застигають при охолодженні до температури нижче -20°С, випаровуються і окислюються при нагріванні до температури вище 150—200°С. Синтетичні мастильні матеріали, які виробляються на основі спиртів, ефірів і кремнійорганічних з'єднань, відзначаються високими експлуатаційними властивостями (у тому числі і термостійкістю), однак мають поки обмежене застосування, тому що вони дорожчі нафтових олій.

Мастила підрозділяються на:

• моторні, призначені для використання в карбюраторних, дизельних і авіаційних двигунах внутрішнього згорання;

• індустріальні, які застосовуються для змащення промислового устаткування, приладів, гідравлічних передач, металорізальних верстатів, сепараторів, контрольно-вимірювального обладнання й інших машин і механізмів;

• трансмісійні — для змащення агрегатів усіх видів трансмісій;

• турбінні;

• компресорні й ін.

Для поліпшення експлуатаційних властивостей у мастила вводять присадки — складні органічні або металоорганічні з'єднання. Кількість присадок залежить від призначення й умов експлуатації мастильних матеріалів і коливається від сотих часток до десятків відсотків. Присадки поділяються на індивідуальні (при додаванні в мастило поліпшують лише якусь одну його властивість) і багатофункціональні (комплексні). За здатністю поліпшувати ті або інші властивості мастил застосовуються присадки в'язкі, депресорні, антиокисні, протизносні, антикорозійні, миючі і комплексні.

Основні експлуатаційні властивості мастил

Основні експлуатаційні властивості мастил — в'язкість, температура застигання і спалаху, ступінь окислювання, корозійна стійкість, протизносність, миючі і протипінні властивості. Найважливішою характеристикою мастил є в'язкість, яка впливає на ефективність охолодження, легкість запуску і т.ін., тому значення в'язкості вказується в марках багатьох мастил. В'язкість залежить від температури, причому для різних видів мастил в'язкість нормується при різній температурі і визначається за часом витікання випробуваного мастила в обсязі кульової ємкості через капіляр віскозиметра. З підвищенням температури в'язкість мастил знижується, однак інтенсивність зміни в'язкості від температури різна для різних видів мастил.

Температура застигання мастил — це температура, при якій мастило в процесі дослідження застигає настільки, що при нахилі пробірки з продуктом під кутом 45° залишається нерухомим протягом 1 хв. Наприклад, температура застигання моторних мастил від -20° до -30°С, а малов'язких (трансформаторне, приладове й ін.) — від -50 до -60°С.

Температура спалаху мастила характеризує межі його кипіння і пожежну безпеку. Властивості мастил змінюються не тільки під дією температури, а й у присутності кисню. Здатність мастил протистояти реакціям взаємодії з киснем називається хімічною стабільністю. Хімічна стабільність мастил з підвищенням температури значно знижується.

Корозійна стійкість деталей машин багато в чому залежить від якості і хімічного складу мастил. Найбільш шкідливого корозійного впливу завдають органічні і мінеральні кислоти, що знаходяться в мастилі, вода і сірчисті з'єднання, тому їхній вміст повинен бути обмеженим.

Для зниження корозії підшипників і деталей циліндропоршневої групи в мастила додають антифрикційні присадки: сірчані і фосфорні з'єднання, алкілфеноляти лужних металів та ін.

Протизношувальні властивості мастил залежать від в'язкості, хімічного складу і чистоти. Перед застосуванням мастила варто очищати від механічних домішок відстоюванням або фільтрацією. Ефективними зносостійкими присадками є екстракти олій, ефіри й ін.

Мийні властивості характеризують здатність мастил створювати необхідну чистоту деталей, підтримуючи продукти окислювання в зваженому стані. Мийні властивості залежать від хімічного складу, способу одержання та очищення мастила і можуть бути поліпшені введенням у мастило мийних присадок: сульфанатів кальцію, барію та ін.

Протипінні присадки поліпшують експлуатаційні властивості мастил і підвищують їхню здатність виділяти повітря і гази без появи піни.

Дата добавления: 2015-09-03