Классификация технических материалов

Материалы, используемые в электроэнергетических системах судовых и береговых сооружений, подразделяются на конструкционные, электротехнические и специального назначения.

Практически все материалы в той или иной мере подвергаются воздействиям электрических и магнитных полей, или их совокупности, и могут быть отнесены к электротехническим. По реакции на воздействие электрического поля материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические [1-2]. По поведению в магнитном поле материалы подразделяют на сильномагнитные (магнетики), слабомагнитные и делятся на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики (рисунок 1.1)

Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность. Их применение в технике обусловлено, в основном, этим свойством, определяющим высокую удельную электрическую проводимость при нормальной температуре.

Полупроводниковыми называют материалы, являющиеся по удельной проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами, отличительным свойством которых является сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или различных дефектов.

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля.

Рисунок 1.1 – Классификация технических материалов

 Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением  ρ < 10^-5 Ом·м, а к диэлектрикам – материалы, у которых  ρ > 10⁸ Ом ∙м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10^-8 Ом ∙м, а у лучших диэлектриков – превосходить 10¹⁶ Ом ∙м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах от   10^-5 до 10⁸ Ом ∙м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы.

Из 118 химических элементов лишь 25 являются неметаллами, причём 12 элементов могут проявлять полупроводниковые свойства [1,5]. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно.

Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин строения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.

При правильном выборе материала необходимо знать требования, предъявляемые к материалам условиями эксплуатации, например судов, способами их обработки при постройке и проведении ремонтных работ, условиями производства самих материалов, безопасной работы с ними, условиями хранения. Необходимо также учитывать возможность изменения требований к материалам со временем.

Совершенствование качества материалов и их применение происходит в следующих направлениях:

- усложнение требований к характеристикам материалов;

- специализация свойств и связанное с нею увеличение номенклатуры материалов;

- расширение областей применения синтетических материалов и композиций на их основе;

- увеличение количества промышленно используемых материалов на основе алюминия Al, титана Ti, молибдена Mo и других металлов, а также стекло- и углепластиков.

Вышеуказанное можно отразить на рисунках 1.2 и 1.3 по классификации применяемых материалов для корпусных конструкций и обстройки судовых помещений [1].

Выбор и применение материалов для корпуса судна, устройств и сооружений, обеспечивающих его эксплуатацию, должны учитывать требования Правил Речного Регистра, организационные и технические. Любое использование уже существующего или вновь созданного материала постоянно контролируется Речным Регистром [1, 5, 9].

Технические требования Правил Речного Регистра изложены в главах, посвященных сталям, сплавам и неметалли­ческим материалам, т.е. там, где непосредственно рассмотрены их конкретные свойства и количественные характеристики.

Технический надзор включает рассмотрение и одобрение технической документации на материалы, контроль за изготов­лением материалов, оценку их состояния, освидетельствование, испытания (надзор ведётся и за проведением испытаний). Ма­териалы, изготовленные под надзором Речного Регистра, оформ­ляют документами, а в необходимых случаях клеймят и мар­кируют. Форму и содержание документов, клейм, марок также устанавливает Речной Регистр.

Рисунок 1.2 – Классификация основных материалов корпусных конструкций

Для обеспечения надзора и освиде­тельствования материалов в ходе постройки и эксплуатации судна Речному Регистру (ещё до начала постройки) должны быть представлены и согласованы с ним перечень материалов с ука­занием их технических данных; наименование предприятия-изго­товителя; одобрение Речного Регистра на применение материа­лов; указание о категориях материалов, предназначенных для изготовления всех корпусных конструкций (категории подбира­ются по таблицам гл. XIII Правил Речного Регистра); марки и категории основного металла корпуса; марки и категории сва­рочных материалов; подробное описание технологического про­цесса изготовления корпуса, содержащее сведения о материа­лах; схемы или описание расположения и материалов изоля­ции, зашивки, отделки, покрытий палуб с указанием степени горючести материалов, а также расчёт количества горючих ма­териалов на 1 м² пола типовых помещений; сведения о степени горючести и пожарной опасности впервые применённых мате­риалов со ссылками на методики и результаты проведения соответствующих испытаний.

Все замены материалов, ранее одобренных Речным Регистром, должны быть официально оформлены до их реализации. Про­ектная организация и предприятие – строитель судна или из­готовитель материала – должны получить разрешение Речноого Регистра на замену одного материала другим, не предусмотренным Правилами, при условии равной эффективности обоих ма­териалов. Если новый материал недостаточно практически про­верен, то Речной Регистр может назначить его дополнительные испытания во время постройки судна и сократить сроки между освидетельствованиями судна во время эксплуатации или уве­личить объём освидетельствований. Дополнительные испытания могут быть также установлены при обнаружении дефекта апро­бированного материала. По результатам таких испытаний ма­териал допускается к применению или его категория и характеристики аннулируются. Речной Регистр разрешает устранение обнаруженных дефектов сваркой, термической и механической обработкой. Порядок устранения дефектов оговаривается для конкретных материалов и заготовок в зависимости от их назна­чения. В любом случае после подобной операции проводятся контрольные испытания, и вся процедура надзора за материа­лом выполняется заново.

Новые или впервые предъявляемые Речному Регистру мате­риалы подлежат надзору, одобрению Речного Регистра, и их применение должно быть оформлено документом «Допуск на материал». Одобрению Речного Регистра подлежит сначала техническая документа­ция на изготовление и применение материала. После одобрения документации образцы материала испытывают в объёме, необ­ходимом для получения допуска, и согласованном с Речным Регистром.

Для получения допуска подают заявку в Речной Регистр, в которой указывают назначение материала, метод его изготов­ления, техническую документацию на изготовление. Вместе с заявкой представляются результаты испытаний химического состава, механических, технологических и других свойств мате­риала, а также данные о результатах практического примене­ния, если они имеются, подтверждающие возможность исполь­зования материала по назначению. При положительных резуль­татах рассмотрения представленной заявки и сопроводительных документов Речной Регистр устанавливает перечень испытаний, которые должны быть проведены под его надзором, после чего допуск оформляется только для организации или предприятия-заявителя без права передачи другим предприятиям полученных полномочий. Если область применения материала расширяется, то заявителями должны стать несколько организаций или руко­водящая отраслевая организация.

Таким образом, весь процесс создания нового материала, его серийного производства для судостроения, переработки в изде­лие корпуса судна или судового устройства находится под по­стоянным и жёстким наблюдением Речного Регистра. Цель наб­людения и контроля – сохранить качество материала (конструк­ционную прочность, надёжность, долговечность) на требуемом уровне с учётом способов технологического воздействия на него и условий его эксплуатации.

Всё вышеуказанное контролируется Правилами Морского Регистра, применительно к судостроению и эксплуатации морских кораблей и гражданских судов.