بخشی از مقاله
1- طبقه بندي مواد كار
1-1- تعريف تكنولوژي مواد:
علمي كه دربارة استخراج، تصفيه، آلياژ كردن، شكل دادن، خصوصيات فيزيكي، مكانيكي، تكنولوژيكي، شيميايي و عمليات حرارتي بحث مي‌كند، تكنولوژي مواد گفته مي‌شود. اين علم ساختمان داخلي مواد از نظر شبكه‌بندي، تركيب و ساير خصوصيات آنها را بررسي مي كند.
2-1- طبقه‌بندي عناصر
تعريف عنصر:
موادي كه در اثر تجزيه قابل تبديل به مواد ساده‌تر نباشند، عنصر ناميده مي‌شود. بيشترين عنصر در طبيعت، اكسيژن ميباشد. حجم هوا را اكسيژن خالص اشتغال نموده و نصف جرم پوستة زمين از تركيبات اكسيژن دار تشكيل شده است. (بيشترين فلز آلومينيم ميباشد 1/8% بعد از آن آهن 5%)
3-1- عناصر مهم و تركيبات آنها
1-3-1- خواص اكسيژن (o) :
گازي است بي بو، بي رنگ و بي مزه، تركيب آن با عناصر ديگر را اكسيداسيون گويند. براي ايجاد حرارت زياد، اكسيژن را با گازهايي مانند گاز طبيعي، هيدروژن، استيلن محترق مي‌كنند تا درجه حرارتي معادل 2000 تا 3200 درجه سانتي گراد بدست آيد.
مراحل توليد اكسيژن:
1- تراكم هوا تا فشار 200 بار 2- سرد كردن هواي متراكم تا دماي c ْ175- 3- كاهش فشار به 3 /4 بار و مايع شدن هوا 4- كاهش دما تا cْ200-5- حرارت دادن و تبخير هواي مايع در Cْ183- و توليد اكسيژن خالص 6- پر كردن كپسول با فشار 150 بار
اكسيداسيون
تركيب اكسيژن با عناصر ديگر سرعت زياد و شعله = احتراق (سوختن تند)مانند جوشكاري با گاز اكسي استيلن
بدون شعله و حرارت= سوختن كند (زنگ زدن فلزات)
احياء:
جدا كردن تمام يا قسمتي از اكسيژن در يك تركيب اكسيژن دار- با بكار بردن حرارت
2-3-1- هيدروژن (H) :
سبكترين عنصر- بدون رنگ، بو و مزه. قابل انتقال براي جوشكاري به همراه اكسيژن كاربرد : توليد مواد مصنوعي ، پلاستيك، جامد كردن روغن نباتي.
توليد: با الكتروليز آب، اكسيژن و هيدروژن را توليد مي‌كنند و به صورت مايع به بازار مي دهند.
3-3-1- كربن (C)
عنصر اصلي مواد سوختني مانند چوب، زغال و نفت ميباشد.
كربن خالص: كريستال خالص كربن- الماس- سخت‌ترين عنصر- ساخت ابزار و گرد آن براي ساختن سنگ سنباده
مطبق: فلس ماهي – گرافيت- نرم و سياه رنگ و مقاوم در مقابل حرارت و هادي برق و حرارت
كاربرد: توليد بوته ذوب فلزات، الكترود كوره‌ها، كم كننده اصطكاك
بي شكل (آمرف): دوده كاربرد: لاستيك‌سازي، مركب و چاپ
وجود كربن در فولاد باعث افزايش استحكام و سختي مي‌شود و قابليت زنگ زدن كم مي‌شود و احياي اكسيدهاي فلزي
تركيب كربن و اكسيژن دي اكسيد كربن ( )ك از سوختن كامل كربن و تركيبات كربن‌دار و همچنين از تجزيه سنگهاي آهكي و تخمير مواد سلولزي حاصل از بقاياي گياهان بدست مي‌آيد. از هوا سنگين‌تر است و سمي نيست ولي تنفس را غير ممكن مي‌كند و در آتش نشاني و نوشابه‌هاي گازدار استفاده مي‌شود.
منوكسيد كربن (co): از سوختن ناقص كربن و تركيبات آن به وجود مي‌آيد. بي رنگ ، بي بو و بسيار سمي است احياء كننده ،قابل انتقال به رنگ آبي و به دي اكسيد كربن تبديل مي‌شود.
تركيب كربن با فلز: كاربيد كاربيد آهن
كاربيد ولفرام
كاربيد كلسيم
كاربيد سيليسم (sic سختي آن نزديك به سختي الماس است و براي سنگ سنباده استفاده مي‌شود.
تركيب كربن با هيدروژن= هيدروكربن: كليه مواد سوختني جامد، مايع يا گاز، روغنها، گريسها، استيلن، نفت خام- متان، بوتان پروپان، بنزين و بنزن
4-3-1- سيليسم (Si) :
غير فلز و به صورت خالص در طبيعت يافت نمي شود. در آلياژ فولاد و چدن كاربرد دارد.
ممهترين تركيب= دي اكسيد سيليسم= سيليس، كه اگر به صورت كريستال متبلور شده باشد= كوارتز در ريخته گري از ماسه‌هاي سيليس دار استفاده مي‌شود.
5-3-4- گوگرد (S):
زرد، جامد، شكننده، خالص، در كنار آتش نشانها يا چشمه‌هاي آب معدني
گوگرد+ اكسيژن شعله‌اي به رنگ آبي= دي ا كسيد گوگرد بوي زننده دارد براي ضد عفوني و تهية‌اسيد سولفوريك تركيب گوگرد با فلزات (بدون اكسيژن) سولفيد ناميده مي‌شود، سولفيد آهن يا سولفيد سرب (pbs)
از پودر گوگرد براي ولكانيزه كردن لاستيكها استفاده مي‌شود، باعث افزايش مقاومت در مقابل حرارت، عوامل جوي و مواد شيميايي مي‌شود.
4-1- خواص فيزيكي مواد:
خواص فيزيكي باعث تغيير در ساختمان شيميايي اجسام نمي‌شود قابليت هدايت حرارت، الكتريسيته، جرم مخصوص و نقطه ذوب
1-4-1- قابليت هدايت حرارت:
قدرت هدايت حرارت واحد طول جسم بر واحد سطح مقطع آن گفته مي‌شود. فلزات هادي هستند، به ترتيب نقره، مس، آلومينيم.
2-4-1- قابليت هدايت الكتريسيته:
قدرت هدايت الكتريسيته واحد طول جسم بر واحد سطح مقطع آن گفته مي‌شود. نقره، مس ، آلومينيم
3-4-1- جرم مخصوص:
جرم واحد حجم از هر جسم را جرم مخصوص آن جسم گويند. به نوع ماده و اندازه تراكم ذرات ماده بستگي دارد.
4-4-1- نقطه ذوب:
درجه حرارتي كه يك ماده در شرايط متعارفي از جامد به مايع تبديل مي‌شود، نقطه ذوب گفته مي‌شود، نقطه ذوب مواد خالص مشخص است.
5-1 خواص مكانيكي مواد:
مقاومت فلزات در مقابل تأثيرات عوامل مكانيكي استحكام، سختي، الاستيسيته.
1-5-1- استحكام: مقاومت در مقابل نيروي خارجي. به مقدار، نحوة تأثير نيرو و نيروي جاذبة بين مولكولي بستگي دارد.
2-5-1- سختي: مقاومت در مقابل نفوذ جسم خارجي
3-5-1- الاستيسته: برگشت پذيري مواد پس از تغيير شكل ناشي از اعمال نيروي خارجي گفته مي‌شود.
6-1- خواص تكنولوژي مواد :
1-6-1- چكش خواري: قابليت تغيير شكل مواد در اثر نيروي فشاري و ضربه. چدن قابليت چكش خواري ندارد.
2-6-1- ريخته‌گيري: شكل پذيري اجسام در حالت مذاب براي اجسام جدار نازك ، بايد ماده داراي قابليت ريخته‌گري خوبي باشد. چدن، آلياژ آلومينيم، آلياژ مس، مواد مصنوعي به راحتي ريخته‌گري مي‌شود.
3-6-1- جوشكاري: موادي كه بوسيله حرارت يا حرارت توأم با فشار بتوان آنها را به صورت مذاب به يكديگر وصل نموده فولادها، مواد مصنوعي و فلزات غير آهني.
4-6-1- قابليت براده‌برداري: اگر با سرعت زياد و نيروي كم براده برداري شود و سطح آن پس از براده‌برداري صاف باشد قابليت براده برداري خوبي دارد.
7-1- خواص شيميايي مواد:
مقاومت در مقابل خوردگي- قابليت احتراق – مقاومت در مقابل اكسيد شدن، سمي بودن
مقاومت يك فلز در مقابل عوامل خارجي مانند زنگ زدن و خوردگي بوسيله اسيدها را مي‌توان بوسيله آلياژ كردن افزايش داد.
فرآورده‌هاي نفتي :
سوخت روغني: در بخاري كوره‌ها و موتورها استفاده مي‌شود.
نفت سفيد: نقطة اشتعال نبايد كمتر از cْ 22 باشد.
بنزين: 44% از نفت خام را تشكيل داده و 90% براي موتورها استفاده مي‌شود.
گازوئيل: از تقطير نفت سنگين بوسيلة كراكينگ در دماي زياد بوجود آمده در موتورهاي ديزل كوره و شوفاژ
3-1-5- سوخت‌هاي گازي :
1- گاز طبيعي:
60% متان + 35% بوتان و پروپان+ 5% گوگرد ازت كلر اكسيژن كه پس از شيرين كردن براي مصرف كوره‌هاي ذوب و توربين گاز، ديگ بخار ، موتورها و ساختن دوده استفاده مي‌شود.
3- گاز مصنوعي:
4- گاز زغال سنگ: از تقطير زغال سنگ در كورة سر بسته بوجود مي‌آيد كه بايد هيدروژن سولفور آن گرفته شود تا بهتر بسوزد.
5- گاز آب: از عبور بخار آب از روي زغال سنگ يا كك گداخته بوجود ميايد كه از اكسيد و كربن و هيدروژن تشكيل شده است
بوتان و پروپان : از پالايش با نفت خام بدست مي‌آيد و براي مصارف حرارتي و موتورها استفاده مي‌شود.
2-5- روغنهاي صنعتي
1-2-5- مواد روغنكاري:
مقاومت در مقابل حركت را اصطكاك گويند كه ناشي از درگيري پستي و بلندي هاي بسيار كوچك دو سطح نسبت به هم ميباشد وظيفة مواد روغنكاري كم كردن اصطكاك و حرارت ميباشد. و بايد بدون آب و اسيد بوده و در مقابل فشار و درجه حرارت خصوصيات فيزيكي و شيميايي خود را از دست ندهد.
انواع اصطكاك
روان: درگيري بين دو قطعه وجود ندارد و مواد روغنكاري با دو سطح در تماس است.
نيمه روان: تماس كمي بين دو سطح وجود دارد و با مواد روغنكاري نيز تماسي وجود دارد.
خشك: تماسي بين دو سطح وجود دارد و ماده روغنكاري وجود ندارد.
2-2-5- خصوصيات مواد روغنكاري:
1- ويسكوزيته:
مقاومتي كه لايه‌هاي روغن در مقابل حركت از خود نشان مي دهند را ويسكوزيته گويند.
هر چه نيروي فشاري وارد بر ياتاقان بيشتر و درجه حرارت بيشتر و سرعت محيطي قطعات كمتر باشد. روغن بايد ويسكوزيته بيشتري داشته باشد درجه بندي روغنها بر اساس SAE ميباشد و به صورت 10 ، 20 ، 30، 40 ، . . . . ميباشد هر چه عدد بيشتر باشد. ويسكوزيتة روغن بيشتر مي‌شود.
ويسكوزيتة روغنها با افزايش دما كاهش مي‌يابد.
2- نقطة اشتغال و احتراق:
درجه حرارتي كه در آن درجه حرارت گازهاي متصاعد شده از روغن در اثر شعله، مشتعل شده ولي به سوختن ادامه نمي دهند را نقطة اشتعال گويند. و درجه حرارتي كه در آن درجه حرارت گازهاي حاصل از حرارت دادن روغن، مستقل شده و به سوختن ادامه مي‌دهند را نقطة احتراق گويند. توسط اين دو درجه حرارت مي‌توان مقدار مواد فرار و قابليت تبخير و روغن را بدست آورد.
3- نقطة ريزش و سخت شدن
درجه حرارتي كه ثبات فيلم روغن كاهش يافته و روغن روان مي‌شود نقطة‌ريزش گويند و درجه حرارتي كه روغن سفت مي‌شود را نقطة سفت شدن گويند. روغني كه درجه حرارت آن به نقطه سفت شدن برسد، خاصيت روغنكاري خود را از دست مي‌دهد و براي روغنهايي كه در دماي پايين كار مي‌كنند مهم است.
3-2-5- انواع مواد روغنكاري
1- روغنهاي معدني: كاربرد زيادي داشته از نفت خام و يا قطران زغال سنگ و زغال قهوه‌اي بدست مي آيد و خاصيت اسيدي ندارند.
روغنهاي رقيق : روغنكاري محورها با سرعت زياد و نيروهاي كم مانند قرقره
روغن نيمه رقيق: روغنكاري محورها با سرعت زياد و بار متوسط مانند ماشين‌هاي افزار و الكتروموتورها
روغن غليظ يا سنگين: براي محورهاي با سرعت كم و فشار و دماي زياد مانند كمپروسورها و جعبه دنده ها
2- روغنهاي گياهي: از فشردن و پرس كردن دانه‌هاي گياهي مانند تخم شلغم، تخم چغندر، زيتون، كرچك بدست مي‌آيد خاصيت روغنكاري و خنك كاري خوبي داشته ولي زود فاسد مي‌شوند و خاصيت اسيدي دارند.
3- روغنهاي حيواني: از پختن يا آب كردن چربي حيواني بدست مي‌آيد مانند روغن گياهي است و براي بهبود خواص آنها مواد افزودني مي‌افزايند.
روغن سم يا پنجه حيوانات خاصيت روغنكاري خوبي دارد و اسيد نمي‌شود و به كندي خشك مي‌شود براي دستگاههاي ظريف مانند ساعت استفاده مي‌شود روغن استخوان براي ماشين‌هاي دفتري و چرخ خياطي
4- گريسها: مخلوط نيمه جامد از روغن معدني و صابون ميباشد. و جايي كه از روغن مايع نميتوان استفاده نمود كاربرد دارد.
در اثر ماندن سفت مي‌شوند و اين باعث مي‌شود كه اطراف ياتاقانها سفت شده و از ورود گرد و خاك جلوگيري كنند. درجه حرارتي كه در آن گريس به صورت قطره قطره از محل گريسكاري خارج مي‌شود را نقطة چكيدن گويند.
گريس كلسيم براي روغنكاري پمپ ها ، گريس سديم براي روغنكاري بلبرينگها و گريس آلومينيم براي روغنكاري چرخ زنجيرها استفاده مي‌شود در گريسها از گرافيت نيز استفاده مي‌شود.
5- مواد روغنكاري گرافيتي: با اضافه كردن گرافيت به روغن بدست ميايد به گونه‌اي كه گرافيت ناهمواريها را از بين برده و يك سطح صاف و صيقلي را بوجود مي‌آورد و براي روغنكاري محور چرخ دنده‌ها و ياتاقانهايي كه فشار زيادي تحمل مي‌كنند كاربرد دارد .
6- مواد روغنكاري مخصوص: مخلوطي از دي سولفيد موليبدن و روغن ميباشد كه روي سطح فلز به خوبي مي‌چسبد براي روغنكاري تحت فشار و درجه حرارت زياد استفاده مي‌شود. براي قالبهاي كشش عميق استفاده مي‌شود.
7- مواد روغنكاري مصنوعي: روغن سنتتيك نيز گفته مي‌شود جزء روغنهاي نباتي و حيواني و هيدروكربن‌هاي عادي نمي باشند. مهمترين مزيت آن يكنواخت شدن آن ميباشد. استحكام زياد قشر نازك ، تماسي سطحي خوب، ضريب اصطكاك كم و تغيير ناچيز ويسكوزيته در مقال حرارت از مزاياي ديگر آن است خلوص آن زياد مي باشد و از فاسد شدن جلوگيري مي كند از زنجيره‌هاي طويل سيليسيم و اكسيژن مانند روغن و گريس سيليكوني تشكيل شده‌اند و براي ماشين آلات با دماي زياد استفاده مي‌شوند مانند نوار نقاله متصل به كوره و موتورهاي برق پرقدرت.
4-2-5- مواد خنك كننده: در هنگام عمليات براده برداري و تغيير فرم فلزات وظيفة خنك كاري را بر عهده دارند و براي استفاده از اين مواد بايد به جنس قطعه كار و ابزار دقت نمود مهمترين مواد خنك كننده عبارتند از:
الف- روغن برشي: روغن حيواني معدني، يا گياهي و يا مخلوط بوده و نبايد با آب مخلوط شود. براي افزايش قدرت روغن كاري به آن گوگرد نيز مي افزايند.
ب- روغن مته: محلولي از صابون و روغن معدني بودن و نقش روغنكاري و خنك كاري را بر عهده دارد. 5 تا 25 درصد مواد صابوني دارد.
ج- آب صابون: امولسيون 10 تا 12 درصد روغن مته در آب ميباشد و به خاطر زياد بودن آب ، خاصيت خنك كاري آن زياد ميباشد روغني كه براي تهيه آب صابون استفاده مي‌شود به z1 معروف است.
همواره روغن مته را در آب بريزيد و بر عكس عمل نكنيد.
د- محلول سود: جز و روغنها نمي‌باشد. در سنگ كاري به عنوان خنك كننده استفاده شده و مخلوط 3 تا 5 درصد سود در آب ميباشد و گاهي مقدار كمي صابون نيز اضافه مي كنند. سود از زنگ زدن قطعات جلوگيري مي كنند.
3-5- پلاستيك‌ها
به روش مصنوعي يا سنتتيك از نفت خام، گاز طبيعي، زغال، آهك، هوا و آب بدست مي‌آيد.
اگر مواد طبيعي از طريق شيميايي تغيير كند نيز مواد مصنوعي گفته مي شود مانند مواد مصنوعي و سلولزي از سلولز با شاخ مصنوعي از شير. بعد از تهية مواد مصنوعي آن را از تا حرارت داده تا به صورت خميري و پلاستيكي درآيد كه مواد پلاستيكي گفته مي‌شود. محاسن پلاستيك عبارتند از : سبك، عايق رطوبت، الكتريسته و حرارت و در مقابل خوردگي مقاوم است و عيب آن عدم مقاومت در مقابل گرماست.
پلاستيك‌ها از مواد آلي با مولكولهاي بزرگ يا ماكروملكول تشكيل شده اند ولي سيليكون جزء مواد آلي نيست. مادة اولية مواد مصنوعي از ملكولهاي كوچك با تعداد كم و بدون پيوند شيميايي تشكيل شده است كه اين مولكولها را مونومرگويند. از تركيب هزاران مونومر با يكديگر به روش شيميايي و به طور زنجيري يك ماكروملكول بدست مي‌آيد و اين ملكول بزرگ را پلي مر و اين عمل را
پلي مريزاسيون گويند. خصوصيات مواد مصنوعي به فرم، اندازه و نحوة قرار گرفتن ماكروملكولها بستگي دارد.
مواد مصنوعي بر اساس وضع ماكروملكولها و تركيب شيميايي به صورت زير است:
1-3-5- پلاستيك با يك مونومر بدون اتصال زنجيره ها و در اثر پلي مريزاسيون تشكيل شده را ترمو پلاست گويند كه در دماي به حالت پلاستيكي در مي‌آيند .
2-3-5- پلاستيك با مونومرهاي مختلف و زنجيره ها با هم اتصال داشتند در هنگام تشكيل، محصول فرعي مانند آب جدا مي‌شود كه دور و پلاست نام داشته و اين عمل را كندنزاسيون گويند. دور و پلاست ها پس از سخت شدن قابليت ذوب ندارند.
3-3-5- زنجيرة اين پلاستيك ها داراي تعداد نقاط و اتصال كمي بوده كه الاستومر گفته مي شود از يك يا چند مونومر تشكيل شده و محصول فرعي جدا نشده و مانند لاستيك، خاصيت الاستيكي دارد. به اين روش پلي آديسيون گفته مي شود.
كائوچوي مصنوعي ( لاستيك مصنوعي ): دو نوع معروف آن به نام بونا و پربونان ميباشد كه مانند كائوچوي طبيعي مي باشند به وسيلة گوگرد ولكانيزه شده و در برابر گرماو كهنگي از لاستيك طبيعي مقاومترند به طوري كه عمر تاير از جنس لاستيك مصنوعي دو برابر لاستيك طبيعي است. مواد آب بندي را از پربونان مي سازند چون در روغن و بنزين تغيير شكل نمي دهند عيب اصلي كائوچوهاي مصنوعي بوي نامطبوع دائمي آنهاست. لاستيك مصنوعي در دو نوع سخت و نرم مي سازند و براي ساخت قطعات مانند كاسه نمد، اورينگ، ديافراگم، شيلنگ آب ، ضربه گير و تاير استفاده مي شود.
4-3-5- مواد طبيعي تغيير شكل يافته:
به موادي كه از تغيير شيميايي مواد طبيعي مانند سلولز و شير بدست مي آيد گفته مي‌شود و مهمترين آنها مواد مصنوعي سلولزي و شاخ مصنوعي مي باشد. از اين مواد براي ساخت چمدان، جعبه حمل و نقل، انبر جوشكاري، مواد آب بندي و قطعات فرم دار استفاده مي شود .
5-3-5- سيليكون ها:
مواد مصنوعيكه مادة اصلي آنها سيلسيم و اكسيژن است مي باشد.
سيليكوتها ضد آب، عايق برق هستند و با چسب نمي چسبند. از نظر شيميايي خنثي، در مقابل حرارت مقاوم ولي گران هستند.
4-5- رنگها
1-4-5- كاربرد رنگها
محلول رنگ دانه در نوعي حلال را رنگ گويند كه براي پوشاندن سطوح به منظور حفاظت يا زيبايي استفاده مي شود.
2-4-5- مواد اصلي رنگها:
1- رنگ دانه: ماده‌اي خاكي يا رسي ميباشد كه با روغن يا حامل چسبنده مخلوط شده رنگ را بوجود مي‌آورد. مهمترين رنگ دانه‌ها عبارتند از افرا، گل ماش، صدف نرم سائيده، و هماتيت.
2- روغن بزرك: روغن خشك كننده است و در رنگها و جلاها و لينولئوم مركب چاپ و صابون كاربرد دارد. مايعي روغني به رنگ زرد مي باشد ودرتربانتين بافتين اتر و بنزن حل مي‌شود. و از فشردن و حرارت دادن بزرك بدست مي‌آيد.
3- روغن كرچك: از كرچك بدست مي‌آيد. در پزشكي به عنوان مسهل به كار رفته و روغن سرد و فشردة آن در روغنكاري به كار مي‌رود. در رنگها به عنوان خشك كننده و بدون آب نسبت به روغن تونگ جلادهنده بهتري در روغن جلا در صابون به عنوان كف كننده و حل كننده در آب استفاده مي‌شود.
4- روغن جلا: سرعت خشك كنندگي آن دو برابر روغن بزرك است و از درخت جلا بدست آمده و شديداً مسهل است اين روغن در لعابها، جلاها و تركيبات پلاستيكي و لينولئوم مصرف دارد. اين روغن بي‌رنگ بوده و براي محصولات ظريف چوبي سطحي براق و صاف بوجود مي‌آورد. براي حفاظت نقشه و نقاشي و عايق كاري برق استفاده مي‌شود.
5- روغن اليف: از مخلوط كردن اسكاتيف يا خشك كننده‌ها مانند اكسيد سرب يا استات سرب با روغن بزرك بدست مي‌آيد سخت و براق بوده ولي شكسته است و براي تهية رنگ استفاده مي‌شود.
6- نرم كننده: جامد يا مايع بوده و در اصل يك حلال است كه در چسب، صمغ يا مادة ديگر حل مي‌شود و آنها را نرم مي‌كند.
7- سرنج: رنگ دانه معمولي سرب و تنزا اكسيد سرب O4 pb3 است. رنگ محافظ قوي آهن و فولاد است و اگر با روغن بزرك مخلوط شود بتونة درزگير را بوجود مي‌آورد.
