Тонкие (15 - 150 мкм) пленки, преим. на основе огнеупорных оксидов металлов и керметов, получаемые эматалированием, газопламенным или плазменным напылением, осаждением из газ. фазы и др. способами на металлич. или иной (напр. графитовой) поверхности с целью повышения ее хим., термич. и механич. стойкости. Применяются для покрытия поверхности лопаток турбин, поршней и головок цилиндров двигателей внутр. сгорания и др. деталей.

Керамикометаллические, металлокерамические материалы, гетерогенная композиция металлов или сплавов с одной или несколькими керамическими фазами, с относительно малой взаимной растворимостью фаз. В К. сочетаются свойства керамических веществ (высокие твердость и сопротивление износу, тугоплавкость, жаропрочность и др.) и металлов (теплопроводность, пластичность).

В качестве керамических составляющих используют окислы (Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂), карбиды (SiC, Cr₃C₂, TiC), бориды (Cr₂B₂, TiB₂, ZrB₂), силициды (MoSi) и нитриды (TiN), в качестве металлических - Cr, Ni, Al, Fe, Со, Ti, Zr и сплавы на их основе. Содержание керамич. фазы в К. колеблется от 15 до 85% (по объёму). Изделия из К. получают методами порошковой металлургии - прессование заготовок из порошков с последующим спеканием в восстановительной или нейтральной атмосфере. В виде твердых сплавов К. применяют для изготовления деталей турбин, авиационных двигателей, фрикционных элементов, инструмент и др. деталей, испытывающих повышенные нагрузки при работе в агрессивных средах и при высоких температурах.

Лит.: Керметы, под ред. Дж. Р. Тинклпо и У. Б. Крэндалла, пер. С англ., М., 1962: Новые материалы в технике, М., 1964: Айзенкольб Ф., Успехи порошковой металлургии, пер. с нем., М., 1969.

От нем. Körner

Инструмент в виде заострённого стержня из закалённой стали; служит для намётки (накернивания) точек (кернов) при подготовке к испытанию разрывных образцов или разметке заготовок, предназначенных для дальнейшей обработки.

Переход жидкости в пар, происходящий с образованием в объеме жидкости пузырьков пара или паровых полостей.

Пузырьки растут вследствие испарения в них жидкости, всплывают, и содержащийся в пузырьках насыщенный пар переходит в паровую фазу над жидкостью. К. начинается, когда при нагреве жидкости давление насыщенного пара над её поверхностью становится равным внешнему давлению. Температура, при которой происходит К. жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения (Т_кип). Строго говоря, Т_кип соответствует температуре насыщенного пара (температуре насыщения) над плоской поверхностью кипящей жидкости, так как сама жидкость всегда несколько перегрета относительно Т_кип. При стационарном К. температура кипящей жидкости не меняется. С ростом давления Т_кип увеличивается. Предельной температурой К. является критическая температура вещества. Температура К. при атмосферном давлении приводится обычно как одна из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества.

Для поддержания К. к жидкости необходимо подводить теплоту, которая расходуется на парообразование и работу пара против внешнего давления при увеличении объёма паровой фазы . Таким образом, кипение неразрывно связано с теплообменом, вследствие которого от поверхности нагрева к жидкости передаётся теплота. Теплообмен при К. - один из видов конвективного теплообмена.

В кипящей жидкости устанавливается определённое распределение температуры (см. рис. 1): у поверхностей нагрева (стенок сосуда, труб и т.п.) жидкость заметно перегрета (Т > Т_кип). Величина перегрева зависит от ряда физико-химических свойств как самой жидкости, так и граничных твёрдых поверхностей. Тщательно очищенные жидкости, лишённые растворённых газов (воздуха), можно при соблюдении особых мер предосторожности перегреть на десятки градусов без закипания. Когда такая перегретая жидкость в конце концов вскипает, то процесс К. протекает весьма бурно, напоминая взрыв. Вскипание сопровождается расплескиванием жидкости, гидравлическими ударами, иногда даже разрушением сосудов. Теплота перегрева расходуется на парообразование, поэтому жидкость быстро охлаждается до температуры насыщенного пара, с которым она находится в равновесии. Возможность значительного перегрева чистой жидкости без К. объясняется затрудненностью возникновения начальных маленьких пузырьков (зародышей), их образованию мешает значительное взаимное притяжение молекул жидкости. Иначе обстоит дело, когда жидкость содержит растворенные газы и различные мельчайшие взвешенные частицы. В этом случае уже незначительный перегрев (на десятые доли градуса) вызывает устойчивое и спокойное К., так как начальными зародышами паровой фазы служат газовые пузырьки и твердые частицы. Основные центры парообразования находятся в точках нагреваемой поверхности, где имеются мельчайшие поры с адсорбированным газом, а также различные неоднородности, включения и налеты, снижающие молекулярное сцепление жидкости с поверхностью.

Рис. 1 Распределение температуры в слое кипящей жидкости (толщиной 6 см) при атмосферном давлении

Образовавшийся пузырёк растет только в том случае, если давление пара в нём несколько превышает сумму внешнего давления, давления вышележащего слоя жидкости и капиллярного давления, обусловленного кривизной поверхности пузырька. Для создания в пузырьке необходимого давления пар и окружающая его жидкость, находящаяся с паром в тепловом равновесии, должны иметь температуру, превышающую Т_кип. В повседневной практике (при кипячении воды в чайнике и т.п.) наблюдается именно этот вид К., его называют пузырчатым. Пузырчатое К. происходит при небольшом превышении температуры Т поверхности нагрева над температурой К., т. е. при незначительном температурном напоре DТ=Т- Т_кип. С увеличением температуры поверхности нагрева число центров парообразования резко возрастает, все большее количество оторвавшихся пузырьков всплывает в жидкости, вызывая ее интенсивное перемешивание. Это приводит к значительному росту теплового потока от поверхности нагрева к кипящей жидкости (росту коэффициента теплоотдачи a=q/DT, где q - плотность теплового потока на поверхности нагрева,). Соответственно возрастает и количество образующегося пара.

При достижении максимального (критического) значения теплового потока (q_makc) (см. рис. 2) начинается второй, переходный режим К. При этом режиме большая доля поверхности нагрева покрывается сухими пятнами из-за прогрессирующего слияния пузырьков пара. Теплоотдача и скорость парообразования резко снижаются, т.к. пар обладает меньшей теплопроводностью, чем жидкость, поэтому q и a резко снижаются. Наступает кризис К. Когда вся поверхность нагрева обволакивается тонкой паровой пленкой, возникает третий, пленочный, режим К. При нем теплота от раскаленной поверхности передается к жидкости через паровую пленку путем теплопроводности и излучения. Характер изменения q с переходом от одного режима К. к другому показан на. В том случае, когда жидкость не смачивает стенку (например, ртуть, легированную сталь), К. происходит только в плёночном режиме. Все три режима К. можно наблюдать в обратном порядке, когда массивное металлическое тело погружают в воду для его закалки: вода закипает, охлаждение тела идет сначала медленно (пленочное К.), затем скорость охлаждения начинает быстро увеличиваться (переходное К.) и достигает наибольших значений в конечной стадии охлаждения (пузырчатое К.). Теплоотвод в режиме пузырчатого К. является одним из наиболее эффективных способов охлаждения; он находит применение в атомных реакторах и при охлаждении реактивных двигателей. Широко применяются процессы К. также в химической технологии, пищевой промышленности, при производстве и разделении сжиженных газов, для охлаждения элементов электронной аппаратуры и т.д. Наиболее широко режим пузырчатого К. воды используется в современных паровых котлах на тепловых электростанциях для получения пара с высокими значениями давления и температуры. Плёночное К. в паровых котлах недопустимо, оно может привести к перегреву стенок труб и взрыву котлов.

Рис. 2 Изменение плотности теплового потока q и коэффициента теплоотдачи ( при кипении воды под атмосферным давлением в зависимости от температурного напора DT=Т-Т_кип: А - область слабого образования пузырей; Б - пузырчатое кипение; В - переходный режим кипения; Г - стабильное плёночное кипение

К. возможно не только при нагревании жидкости в условиях постоянного давления. Снижением внешнего давления при постоянной температуре можно также вызвать перегрев жидкости и её вскипание (за счёт уменьшения температуры насыщения). Этим объясняется, в частности, явление кавитации - образование паровых полостей в местах пониженного давления жидкости (например, в вихревой зоне за гребным винтом теплохода). К. при пониженном давлении применяют в холодильной технике, в физическом эксперименте и т.д.

Лит.: Кикоин И. К. и Кикоин А. К., Молекулярная физика, М., 1963; Радченко И. В., Молекулярная физика, М., 1965; Михеев М. А., Основы теплопередачи, 3 изд., М. - Л., 1956, гл. 5.

Д. А. Лабунцов

Выделение из расплавленного металла пузырьков растворенных в нем газов. В сталеплавильных процессах используется для дегазации стали, удаления примесей и т.д.

Низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из сталеплавильной печи слабораскисленной, поэтому при ее застывании в изложницах продолжается окисление содержащегося в ней углерода кислородом, растворенным в стали, что внешне выражается выделением пузырьков газа (кипением металла). К.с. дешевле спокойной стали и полуспокойной, однако уступает им по механическим свойствам, поэтому К. с. для изделий ответств. назначения не применяют.

Газовая резка, способ резки металлических деталей, основанный на свойстве металлов, нагретых до температуры воспламенения, гореть в технически чистом кислороде. При К.р. на нагретый до 1200-1300 °С металл направляют струю кислорода, прожигающую металл и разрезающую его. Образующиеся окислы железа в расплавленном состоянии вытекают и выдуваются из полости реза. Этим способом режут изделия из углеродистых низко- и среднелегированных сталей обычно толщиной от 1 мм до 200-300 мм (возможна К.р. стали толщиной до 2 м).

К.р. производят резаком для кислородной резки - специальной сварочной горелкой с дополнительным устройством для подвода кислорода. В зависимости от использования для нагрева металла горючего газа различают ацетиленокислородную, водородно-кислородную, бензинокислородную и др. резку, ручную и машинную. Машинная К.р. обеспечивает высокую точность и чистоту реза при большой производительности. На машинах (см. рис. 1) производят резку по шаблонам, специальным направляющим, чертежу, копируя его в любом масштабе; возможно использование сразу нескольких резаков для одновременной резки деталей. К.р. можно автоматизировать, используя фотоэлектронное устройство.

Рис.1

Разновидностью К.р. является флюсокислородная резка, которой разделяют металлы, трудно поддающиеся резке (высокохромистые и хромоникелевые стали), а также чугуны и алюминиевые сплавы. В этом случае процесс облегчают вдуваемые вместе с кислородом порошкообразные флюсы. Кроме разделительной К.р., при которой режущая струя почти перпендикулярна поверхности металла, применяют кислородную обработку (т. н. строжку). При этом режущую струю направляют под небольшим углом (почти параллельно) к поверхности металла.

К. р. широко распространена в машиностроении, судостроении, в чёрной и цветной металлургии, в строительстве и др. отраслях. Наряду с К.р. в промышленности получила распространение плазменная резка.

Лит.: Хренов К. К., Сварка, резка и пайка металлов, 4 изд., М., 1973.

К. К. Хренов.

Один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путём продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом сверху.

О целесообразности использования кислорода при производстве стали в конвертерах указывал ещё в 1876 русский металлург Д. К. Чернов. Впервые применил чистый кислород для продувки жидкого чугуна снизу советский инженер Н. И. Мозговой в 1936. В 1939-41 на Московском заводе станкоконструкций проводились опыты по продувке чугуна сверху кислородом в 1,5-т ковше и выплавлялась сталь для фасонного литья. Впервые К.-к. п. был опробован в промышленном масштабе в Австрии в 1952. Первый кислородно-конвертерный цех в СССР был введён в эксплуатацию в Днепропетровске на металлургическом заводе им. Петровского в 1956.

К.-к. п. осуществляется в конвертере с основной смолодоломитовой (доломит, смешанный со смолой) футеровкой и с глухим дном; кислород под давлением более 1 Мн/м² (10 кгс/см²) подаётся водо-охлаждаемой фурмой через горловину конвертера. С целью образования основного шлака, связывающего фосфор, в конвертер в начале продувки добавляют известь. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод и др.) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживая его в жидком состоянии. Когда содержание углерода достигает требуемого значения (количество углерода определяется по времени от начала продувки и по количеству израсходованного кислорода), продувку прекращают и фурму извлекают из конвертера. Продувка обычно длится 15-22 мин. Полученный металл содержит в растворе избыток кислорода, поэтому заключительная стадия плавки - раскисление металла. Течение К.-к. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом процесса и регулируется изменением количества дутья или введением в конвертер «охладителей» скрапа, железной руды, известняка). Температура металла при выпуске около 1600 °С. На приведена схема получения стали в кислородном конвертере.

Применение при конвертировании кислородного дутья вместо воздушного позволило получать сталь с низким содержанием азота (0,002-0,006%). Высокая температура К.-к. п. способствует интенсивному окислению углерода, поэтому содержание кислорода, растворенного в металле, снижается до 0,005-0,01%. Расход кислорода на 1 т чугуна при К.-к. п. составляет » 53 м³. При одном и том же качестве стали К.-к. п. по сравнению с мартеновским (см. Мартеновское производство) даёт экономию по капиталовложениям на 20-25%, снижение себестоимости стали на 2-4% и увеличение производительности труда на 25-30%. В СССР за 1965-71 выплавка стали в кислородных конвертерах увеличена с 4 до 23,2 млн. т в год, или в 5,8 раза. Рост производства конвертерной стали сопровождается ростом ёмкости конвертеров. С технологической точки зрения, увеличение емкости конвертера не создает каких-либо дополнительных трудностей ведения плавки. Поэтому даже в крупных конвертерах выплавляют не только рядовую низкоуглеродистую сталь, но и среднеуглеродистую, высокоуглеродистую, низколегированную и легированную стали.

Рис. 1 Схема получения стали в кислородном конвертере: а - загрузка металлолома; б - заливка чугуна; в - продувка; г - выпуск стали; д - слив шлака.

Лит.: Применение кислорода в конвертерном производстве стали, М., 1959; Туркенич Д. И., Автоматизация процесса плавки в кислородном конвертере, [М.], 1966: Бережинский А. И., Хомутинников П. С., Утилизация, охлаждение и очистка конвертерных газов, М., 1967; Явойский В. И., Теория процессов производства стали, 2 изд., М.. 1967; Конвертерные процессы производства стали, М., 1970.

С. Г. Афанасьев

Кислотоупорные материалы, металлические и неметаллические материалы, стойкие против разрушающего действия кислот. Среди металлических К. м. наиболее широкое применение находят деформированные и литейные высоколегированные стали, сплавы на основе Ni, Cu и Al, чистые металлы: Ni, Al, Cu и Pb.

Перспективно применение Ti и сплавов на его основе. Для особо ответственных конструкций используют Zr, Та, Nb и их сплавы. При выборе металлических К. м. учитывают окислительно-восстановительные свойства среды (окислительно-восстановительный потенциал), а также природу анионов, концентрацию и температуру кислот. В окислительных средах успешно применяются материалы, на поверхности которых при воздействии агрессивной среды образуется плёнка химического соединения с высокими защитными свойствами (нержавеющие стали, нихромы, Al и сплавы на его основе, Ti, высокохромистые и высококремнистые чугуны). В сильноокислительных средах возникает перепассивация многих нержавеющих сталей и никелевых сплавов. В восстановительных средах применяют металлические материалы, имеющие высокую термодинамическую устойчивость: Cu; Ni; никелевые сплавы, содержащие Мо (хастелои) или Cu (монель-металлы); титановые сплавы, легированные Мо. В слабоокислительных и слабовосстановительных средах применяют сложные по химическому составу стали и сплавы, легированные металлами, повышающими их пассивируемость и термодинамическую устойчивость: высоколегированные Ni, Мо и Cu нержавеющие стали, никелевые сплавы с добавками Cr, Мо и W, Ti с небольшим количеством Pd и др.

Неметаллические К. м. подразделяют на органические и неорганические. Среди органических К. м. всё возрастающее применение находят полимерные материалы: фаолит, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, фторопласты и др. Фторопласты отличаются наибольшей химической стойкостью, они не разрушаются даже в сильноокислительных средах. Из указанных материалов изготавливаются листы, трубы, прутки, фасонные изделия. Многие из них хорошо свариваются, склеиваются, армируются стеклянным волокном. В качестве теплопроводящего К. м. применяют графит, в том числе пропитанный различными смолами. К неорганическим К. м. относятся: кислотоупорная керамика, каменное литьё, силикатные и кварцевые стекла, ситаллы, асбест, фарфор, кислотоупорные эмали, замазки, бетон и цемент. См. также Коррозионностойкие материалы.

Лит.: Батраков В. П., Коррозия конструкционных материалов в агрессивных средах. М., 1952: Пластмассы и синтетические смолы в противокоррозионной технике, М., 1964; Клинов И. Я., Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы, 4 изд., М., 1967.

В. П. Батраков

Кислотоупорность, способность материалов противостоять разрушающему действию кислот. К. зависит от природы материала, окислительно-восстановительных свойств среды, природы анионов, концентрации и температуры кислот.

Например, хром и хромистые стали устойчивы в 40%-ной азотной кислоте и интенсивно разрушаются в 40%-ной серной. С повышением температуры К. материалов снижается. Следует различать К. в жидкой и парогазовой фазах и на их границе. К. металлических материалов определяется по потерям массы с единицы поверхности (г/м² в ч). К. неметаллических органических материалов оценивается по степени набухаемости и изменению механических свойств (предела прочности, предела текучести, удлинения при разрыве и др.). К. неметаллических неорганических материалов определяется по изменению массы измельченного материала после обработки кислотой. См. также Кислотоупорные материалы, Коррозионностойкие материалы.

В. П. Батраков