Контрольная. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ МАТ-ДеНиЕ1-2. Задача материаловедения

• Название: Задача материаловедения
• Анкор: Контрольная
• Дата: 27.03.2023
• Размер: 0.69 Mb.
• Имя файла: ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ МАТ-ДеНиЕ1-2.docx
• Тип: Задача; #1019591
• страница: 4 из 10

Биоэнергетика позволяет из биотоплива разного вида получать энергию и тепло. Биоэнергетика сейчас находится в стадии активного развития. Крупные промышленные и сельскохозяйственные предприятия активно переходят на биотопливо, что дает им получать электроэнергию и тепло из органического мусора.

К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).

Мировой океан аккумулирует энергию в разных видах: энергию биомассы, энергию приливов и отливов, энергию океанических течений, тепловую энергию и др. Проблема заключается в том, чтобы найти экономически и экологически приемлемые способы ее использования. По прогнозным оценкам доступная часть энергии Мирового океана во много раз превышает уровень потребления всех энергетических ресурсов в мире.

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

25.

ОсновныеместорожденияэнергоносителейвРоссии.

Энергетические ресурсы – это разные виды природных ресурсов, необходимых для выработки электрической энергии.

К энергетическим ресурсам относятся: топливные (горючие) полезные ископаемые – природный газ, нефть, каменный и бурый уголь, горючие сланцы и торф; водная энергия рек, особенно горных рек; энергия радиоактивных химических элементов (уран, плутоний); солнечная энергия; ветровая энергия; энергия морских приливов и отливов; геотермальная энергия (внутреннее тепло Земли).

Россия обладает большими запасами энергетических ресурсов. Так, по запасам (48 трл тонн) и добыче природного газа Россия – на 1-м месте в мире (1/3 часть всех мировых запасов). По запасам нефти (1/7 часть всех мировых запасов) Россия входит в первую десятку стран мира, а по ее добыче занимает 1—3 места. По угольным запасам (1/8 часть всех мировых запасов) занимает 1-е место в мире, а по добыче – 3-е место. Как по запасам, так и по добыче урановых руд Россия входит в первую десятку стран мира.

В России на 1 человека потребляется около 4000 кг условного топлива (у. т.), что почти в 2 раза больше среднемирового уровня (2100 кг).

Энергоресурсы в России находятся в основном в ее азиатской части (3/4 всего угля, более 2/3 нефти и свыше 9/10 газа), в то время как население и производство сконцентрированы в европейской части. Такая диспропорция создает проблему добычи и транспортировки энергоресурсов с востока на запад России.

В России из всех энергетических ресурсов важнейшее значение имеют топливные ресурсы (газ – 50%, нефть – 29%, уголь – 14%). Первое место в России по запасам и добыче горючих полезных ископаемых занимает Западная Сибирь, в северной части которой добывают природный газ, в средней – нефть, а на юге (в Кузбассе) – каменный уголь. Затем следуют районы Урало-Поволжья (нефть, газ, бурый уголь), Северного Кавказа (каменный уголь Донбасса, нефть и газ кавказского краевого прогиба), северо-восточной части Русской равнины (Печорский каменноугольный бассейн и Ухтинская нефтегазоносная провинция в Республике Коми) и Восточной Сибири (бурый уголь Канско-Ачинского бассейна, каменный уголь Иркутского бассейна, Южно-Якутский каменноугольный бассейн – месторождение Нерюнгри и Вилюйская нефтегазоносная провинция в Якутии). Большое значение имеют шельфовые участки морей, омывающих территорию России, на которых обнаружено углеводородное сырье. Промышленная добыча нефти и газа ведется в Каспийском, Баренцевом, Карском и Охотском морях.

26.

Структураметаллургическогопроизводства.

Металлургическое производ­ство - это область науки, техники и от­расль промышленности, охватывающая различные процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, способствующие улучшению свойств металлов и сплавов.

Оно включает:

• 
  шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;
  

• 
  горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подго­тавливая их к плавке;
  

• 
  коксохимические заводы, где осуществляют подготовку уг­лей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов;
  
• 
  энерге­тические цехи для получения, сжатого воз­духа (для дутья доменных печей), кисло­рода, очистки металлургических газов;
  
• 
  доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окаты­шей;
  
• 
  заводы для производства ферроспла­вов; сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;
  
• 
  прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат: балки, рельсы, прутки, проволоку, лист.
  

27.

Получениечугуна.

Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов, содержащихся в железных рудах, коксом при высокой температуре. Кокс, сгорая, образует углекислый газ. При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верней части печи. Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в взаимодействии с коксом и частично растворяя его, превращается в чугун. 

В готовом чугуне содержится около 93% железа, до 5% углерода и небольшое количество примесей кремния, марганца, фосфора, серы и некоторых других элементов, перешедших в чугун из породы. В зависимости от количества и формы связи углерода и примесей с железом, чугуны имеют разные свойства, в том числе цвет, подразделяясь по этому признаку на белые и серые.

28.

Получениестали. Повышениекачествастали.

 Сталь получают из чугуна путем удаления из него части углерода и примесей. Существуют три основных способа производства стали: конвертерный, мартеновский и электроплавильный.

   Конвертерный основан на продувке расплавленного чугуна в больших грушевидных сосудах-конверторах сжатым воздухом. Кислород воздуха окисляет примеси, превращая их в шлак; углерод выгорает. При малом содержании в чугуне фосфора конвертеры футеруют кислыми огнеупорами, например, динасом, при повышенном – основными, периклазовыми. Соответственно выплавляемую в них сталь по традиции называют бессемеровской и томасовской. Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение. К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающими качество стали. Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали.

Мартеновский способ осуществляется в специальных печах, в которых чугун сплавляется вместе с железной рудой и металлоломом (скрапом). Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступившего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов. Состав стали хорошо поддается регулированию, что позволяет получать в мартеновских печах высококачественные стали для ответственных конструкций.

   Электроплавление является наиболее совершенным способом получения высококачественных сталей с заданными свойствами, но требует повышенного расхода электроэнергии. По способу ее подведения электропечи подразделяются на дуговые и индукционные. Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи. В электропечах выплавляют специальные виды сталей, средне- и высоколегированные, индустриальные, жаропрочные, магнитные и другие.

Повысить качество стали означает уменьшить в ней количество вредных примесей: серы, фосфора и газов.

Способы повышения качества стали:

1. 
   Обработка синтетическим шлаком в ковше. Расплавленный шлак специального состава заливается на дно ковша, затем туда выпускается сталь. Более тяжелый жидкий металл опускается на дно, а шлак всплывает, при этом его частички захватывают неметаллические включения и газовые пузырьки. Кроме того, компоненты шлака связывают серу.
   
2. 
   Вакуумная дегазация в ковше (или при переливании в изложницу, в другой ковш, в промежуточном разливочном устройстве). При понижении давления над расплавом пузырьки газов поднимаются вверх и уносят с собой оксиды и другие неметаллические примеси.
   
3. 
   Двойной переплав: электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменно-дуговой и др. В каждом из этих способов слиток постепенно расплавляется, и расплав проходит по капле через жидкую среду (шлак) или вакуум. Сталь очищается от газов и неметаллических включений. Затем металл снова кристаллизуется. Двойному переплаву подвергают только легированные стали, особо высококачественные
   

29.

Строениеметаллов.

В технике под металлами понимают вещества, обладающие комплексов металлических свойств: характерным металлическим блеском, высокой электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью.

Кристаллические решетки. Все вещества в твердом состоянии могут иметь кристаллическое или аморфное строение. Ваморфномвеществеатомырасположеныхаотично, авкристаллическом—встрогоопределенномпорядке. Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическоестроение.

Дляописаниякристаллическойструктурыметалловпользуютсяпонятиемкристаллическойрешетки. Кристаллическаярешетка— это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой расположены атомы. Наименьшаячастькристаллическойрешетки, определяющаяструктуруметалла, называетсяэлементарнойкристаллическойячейкой.

В кубическойобъемно-центрированнойрешеткеатомырасположенывузлахячейкииодинатомвцентрекуба. Такуюрешеткуимеютхром, вольфрам, молибденидр.

В кубическойгранецентрированнойрешеткеатомырасположеныввершинахкубаи вцентрекаждойграни. Этурешеткуимеюталюминий, медь, никельидругиеметаллы. В гексагональнойплотноупакованнойрешеткеатомырасположеныввершинахицентрахоснованийшестиграннойпризмыитриатомавсерединепризмы. Такойтипрешеткиимеютмагний, цинкинекоторыедругиеметаллы.

30.

Кристаллизацияиструктураметалловисплавов.

Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией. Процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, поэтому кривые охлаждения строятся в координатах «температура — время»

Порядок расположения атомов – тип кристаллической решетки – природное свойство металла, форма кристаллов и их размеры зависят от процесса перехода металла из жидкого состояния в твердое. Процесс образования кристаллов при затвердевании металлов называется кристаллизацией. При кристаллизации металлов выделяется тепло, а при переходе металлов из твердого состояния в жидкое происходит поглощение тепла. Наблюдения с помощью измеряющих температуру проборов за процессом понижения температуры

при переходе металла из жидкого состояния в твердое позволили установить определенную закономерность. Сначала температура понижается равномерно. В начальный период образования кристаллов вследствие выделения скрытой теплоты при формировании кристаллической решетки падение температуры прекращается, и она остается неизменной до полного затвердения металла. После того как весь металл затвердеет, температура снова начинает понижаться. Температура, соответствующая горизонтальной площадке, называется критической. Кристаллизация металлов подобна кристаллизации солей, и этот процесс состоит из двух элементарных процессов, протекающих одновременно. Первый заключается в образовании центров кристаллизации, или зародышей кристаллов, второй – в росте кристаллов из этих центров.

Первый этап – появление зародышей кристаллов металла. Второй этап – по мере остывания металла к зародышам присоединяются все новые и новые атомы жидкого металла, которые группируются в определенном порядке один возле другого, образуя элементарные ячейки кристаллической решетки. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не закончится кристаллизация. Причем кристаллы затвердевшего металла имеют неправильную и весьма разнообразную форму, что объясняется условиями кристаллизации.

В процессе кристаллизации увеличивается количество кристаллов – в 1 мм 3 может образоваться свыше 1000 кристаллов. Кристаллы, имеющие неправильную внешнюю форму, называются кристаллитами, или зернами. Чистые металлы относительно редко применяются в машиностроении и других отраслях хозяйственного комплекса. Более широко используются сплавы, состоящие из двух и более элементов (из двух металлов, например, меди и цинка, или из металла и неметалла, например, железа и углерода). Элементы, входящие в сплав, называются компонентами. В зависимости от расположения атомов в кристаллической решетке различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. В твердом растворе замещения атомы растворимого компонента замещаются атомами растворителя, а в твердом растворе внедрения атомы растворителя размещаются между атомами растворимого компонента в наиболее слабых местах элементов кристаллической решетки.

Сплавы, представляющие собой твердые растворы, отличаются ценными свойствами. Они тверже и прочнее, чем входящие в него компоненты.

Компоненты некоторых сплавов при кристаллизации могут входить в химическую связь, образуя химическое соединение. Химические соединения обладают очень высокой твердостью и хорошим электросопротивлением.

31.

Диффузионныеибездиффузионныепревращения.

Диффузионные превращения – это превращения, происходящие с изменением состава фаз, которое контролируется скоростью диффузии атомов одного из компонентов.

Бездиффузионное превращение – полиморфное превращение, проходящее в отсутствии диффузионной подвижности атомов; изменение структуры происходит путем упорядоченного перемещения атомов или молекул на расстояния меньше межатомного; протекает без изменения химического состава фаз.

32.

Классификациясплавов.

Сплавы систематизируют по состоянию компонентов. Они бывают:

• 
  Однородными: при плавлении один металл как бы растворяется в другом (к ним относятся олово, серебро и золото).
  
• 
  Неоднородными: представляют собой механическую смесь (к таким сплавам относится, например, чугун).
  

Сплавы также классифицируют по металлам, которые лежат в основе их состава. К примеру, выделяют медные, алюминиевые, титановые и прочие.

В металлургии принято разделять сплавы на две группы: