метода (метод. указания к лаб. работам №14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу Материаловедение - Васильев В. Р., Герасимов С. А., Елисеев Э. А), страница 7

Курнакова, в сплавах, имеющих непрерывные твердые растворы, удельное электросопротивление меняется по нелинейной зависимости с максимумом при концентрацииэлементов равной 50 %, а в двухфазных смесях – по линейной зависимости.Производные от удельного электрического сопротивления потемпературе для металла и сплавов на его основе должны оставаться постоянными:38(d  / dt )спл  (d  / dt )мет  const.(7)Из (4) и (7) следует:()спл  (0 )мет .(8)Рис. 18.1. Изменение электрического сопротивления металла и сплавана его основе в зависимости от температурыТаким образом, температурный коэффициент удельного электрического сопротивления  тем меньше, чем выше электрическое сопротивление сплава.Металлические материалы, имеющие удельное электросопротивление в пределах 10–8…10–5 Ом  м, называют проводниковымии используют для проводников постоянного и переменного тока,резисторов, нагревательных элементов и т.

п.Проводниковые материалы, кроме высокой электрическойпроводимости, должны иметь достаточную прочность и пластичность, которые определяют их технологичность; коррозионнуюстойкость; в некоторых случаях высокую износостойкость. Крометого, металл должен хорошо свариваться и подвергаться пайке дляполучения соединений высокой надежности.В качестве проводников электрического тока применяют химически чистые металлы Cu, Al, Fe, обладающие высокой электропроводимостью при минимальном содержании примесей и дефектов кристаллического строения.Медь – основной проводниковый материал.

После электролитической очистки и отжига медь марки М00б обладает наибольшей электрической проводимостью  = 58 мкОм  м–1 ( == 0,0172 мкОм  м) при 20 С. Медь используют в виде проката:39проволок разных диаметров, шин, полос и прутков. Для изделий,от которых требуются более высокие износостойкость и прочность, используют латуни и бронзы с кадмием и бериллием. Например, характерные для бериллиевой бронзы БрБ2 высокие упругие свойства позволяют использовать ее для токопроводящих пружин и скользящих контактов.Алюминий уступает меди в проводимости (65 % от электропроводности меди), но он более чем в 3 раза легче и имеет лучшуюкоррозионную стойкость. Недостатком алюминия, который применяют как в отожженном, так и в нагартованном состоянии, является невысокая прочность. Из него изготовляют конденсаторнуюфольгу толщиной 6…7 мкм, провода, электроды, конденсаторыпеременной емкости.

Для токонесущих проводов воздушных линий электропередачи используют более прочные, чем чистый алюминий, сплавы системы Al–Mg–Si, которые после термическойобработки, сохраняя легкость чистого алюминия и будучи близкими к нему по проводимости, в то же время по механической прочности приближаются к холоднокатаной меди.В тех случаях, когда медный или алюминиевый провод недостаточно электрически нагружен, его заменяют железным. В слаботочной электротехнике применяют чистое железо, а также отожженные стали марок 08 и 10, которые обеспечивают более высокую прочность.Сплавы с повышенным электросопротивлением подразделяют на реостатные сплавы и сплавы для нагревательных элементов.Реостатные сплавы применяют для изготовления реостатов,реостатных датчиков, образцовых резисторов.

Кроме высокогоэлектрического сопротивления, они должны иметь: малый температурный коэффициент сопротивления; низкую величину термоЭДС в контакте с медью; стабильность сопротивления во времени.Этим требованиям удовлетворяют сплавы меди с никелем и марганцем: константан МНМц-40-1,5; никелин МНМц-32-1; манганинМНМц-3-12. Все эти сплавы хорошо обрабатываются давлением,легко прокатываются в ленту, вытягиваются в проволоку.Сплавы для нагревательных элементов дополнительно к свойствам реостатных сплавов должны обладать высокой жаростойкостью – до 1200 С. Стойкость против окисления при высоких температурах обеспечивают введение Cr и Al, образующих на поверхности плотные оксидные пленки, которые препятствуют ростуокалины.

В качестве нагревательных элементов наиболее частоприменяют хромоникелевне сплавы (нихром Х20Н80) и железо40хромоалюминиевые сплавы (хромаль 0Х23Ю5 и фехраль Х13Ю4)со структурой твердого раствора.Оборудование, приборы и материалы1. Одинарный мост, его принципиальная схема и катушки, накоторые намотана проволока из разных по составу сплавов меди сникелем.2. Двойной мост, его принципиальная схема и образцы сплавовсвинца с сурьмой в виде прутков.3. Автоматизированный лабораторный стенд в составе: ПЭВМ,измерительный блок с образцами материалов (медь, никель, константан).4. Диаграммы состояния медь–никель и свинец–сурьма.5.

Справочные таблицы с информацией о химическом составеи свойствах сплавов, а также геометрических размерах образцов.Принципы работы приборов1. Одинарный мост (для R > 1 Ом), принципиальная схема которого показана на рис. 18.2, служит для измерения электрического сопротивления сплавов меди с никелем. После подключенияискомого сопротивления Rx к клеммам следует уравновесить мост,т. е.

подобрать в магазине сопротивлений прибора такое сопротивление RN, при котором стрелка гальванометра G не отклонялась быот нуля.2. Двойной мост (для R < 1 Ом), принципиальная схема которого показана на рис. 18.3, служит для измерения электрическогосопротивления сплавов свинца с сурьмой (компенсационным методом). Необходимо включить выпрямитель и, замкнув ключ K1,с помощью реостата установить по амперметру рабочий токI p = 2 А. Затем замкнуть ключ K2 и потенциометром ПП измеритьпадение напряжения на рабочей длине образца lp = 0, 04 м.Значение удельного электросопротивления рассчитать по формуле  US ,I p lpгде S – площадь поперечного сечения образца, м2; U – падение напряжения на рабочей длине образца lp, В.41RxR1GRNR2AEKRРис.

18.2. Принципиальная схема одинарного (простого) мостаE=24 ВK1RAlрK2ППРис. 18.3. Принципиальная схема двойного моста3. Автоматизированный лабораторный стенд (рис. 18.4) состоит из трех частей: ПЭВМ, печатающего устройства и измерительного блока. На клавиатуре ПЭВМ располагаются клавиши, необходимые для проведения лабораторной работы. На измерительномблоке стенда справа на боковой поверхности располагается тумблер «Сеть». На лицевой панели размещен светодиод для индикации работы нагревателя и светодиод для индикации включенияблока.42Печатающее устройствоИзмерительный блокЭВМРис. 18.4. Автоматизированный лабораторный стендПрограммное обеспечение представляет собой интегрированную среду, из которой можно управлять процессами измерения,представления данных и их выводом на печать для отчета. Главноеокно приложения имеет полосу меню, панель управления с кнопками и открытое дочернее окно, представляющее информацию опроведенных измерениях (рис.

18.5). Это окно требуется всегда,поэтому закрыть его нельзя.Рис. 18.5. Вид экрана после запуска программыРежимы работы выбирают с помощью меню. Порядок работы спунктами меню не имеет значения, но наиболее удобно начать работу с пункта «Опции» для установления параметров образцов,начальной и конечной температуры, а также интервала, через который будут производиться измерения. В режиме «Измерение»происходит измерение сопротивления установленных образцов истроятся графики зависимостей сопротивления образцов от температуры.

В режиме «Просмотр» можно просмотреть измеренные43данные в различных вариантах представления и сформировать отчет о проделанной работе.Полученные результаты можно либо распечатать, либо переслатьв другое приложение Windows. При появлении на экране окна результата активизируются два пункта меню: «Печать» и «Буфер обмена». Первый из этих пунктов позволяет распечатать тот график,который находится в данный момент на экране. Второй – позволяетскопировать в буфер обмена выбранный график либо в виде рисунка, либо в виде таблицы. Затем можно будет получить скопированные данные в другом приложении, например Word или Excel, исформировать отчет о работе уже с помощью этих приложений.Задание1. Ознакомиться с материалами, используемыми в качествепроводников электрического тока, реостатными сплавами и сплавами, применяемыми для нагревательных элементов.2.

Методом одинарного моста определить электросопротивление образцов сплавов Cu–Ni. Рассчитать удельное электросопротивление исследуемых образцов и построить график, отражающийизменение удельного электросопротивления в зависимости от содержания никеля в сплавах Cu–Ni.3. Методом двойного моста определить электросопротивлениесплавов системы Pb–Sb. Рассчитать удельное электросопротивление исследуемых образцов и построить график, отражающий егоизменение в зависимости от содержания свинца в сплаве.4. С помощью автоматизированного лабораторного стенда: построить график концентрационной зависимости удельногосопротивления для системы Cu–Ni; построить график температурной зависимости электросопротивления меди, никеля и константана; на основании полученных данных произвести расчеты  ипостроить график концентрационной зависимости температурногокоэффициента удельного сопротивления для системы Cu–Ni.5.

Объяснить полученные результаты: сформулировать правило изменения электрических свойствсплавов, имеющих структуру твердого раствора и смеси двух фаз; с помощью правила Маттиссена теоретически обосновать температурную зависимость удельного электросопротивления сплаваСu–Ni; указать практическую значимость установленных зависимостей.44Порядок выполнения работы1. Зарисовать в лабораторном журнале диаграммы состояниясплавов Cu–Ni и Pb–Sb.

Проанализировать структуру сплавов(рис. 18.6).ЖЖ+ααМассовая доля Ni, %аЖЖ+β327Ж+α252α3,511,197,2α+ββМассовая доля Sb, %бРис. 18.6. Диаграмма состояния сплавов:a – Cu–Ni; б – Pb–Sb2. Включить одинарный мост и измерить электрическое сопротивление сплавов меди с никелем.