Предмет материаловедения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Азотирование сталей. Назначение, виды, этапы, режимы и среды

2. Механические свойства реактопластов

3. Фазы в сплавах железо-углерод. Объяснить построение диаграммы железо-цементит

4. Армирующие элементы композиционных материалов. Виды, основные характеристики АМ

5. Механические свойства термопластов

6. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации

7. Атомно-кристаллическая структура металлов. Виды структур. Способы изображения

8. Формирование структуры металлов. Термодинамика процессов кристаллизации металл калий натрий цинк

9. Модификация. Назначение, виды модификаторов

10. Химико-термическая обработка сталей. Виды, назначение

11. Виды напряжений. Виды и признаки внутренних напряжений

12.Цементация сталей. Назначение, этапы диффузионные процессы и режимы. Виды и состав карбюризаторов

13. Нормализация сталей. Назначение, этапы. Структурные превращения и механические свойства сталей после нормализации

14. Возврат и рекристаллизация деформированных сплавов. Назначение, режимы

15. Общие характеристики металлов

16. Дефекты кристаллической решетки. Виды, причины образования и их влияния на свойства металлов

17. Органические и неметаллические материалы. Структура, степень полимеризации

18. Диаграмма растяжения металлов. Характеристики, рассматриваемые диаграммой растяжения

19. Органические полимеры. Виды. Гомогенные полимеры

20. Диаграмма фазового состояния железоуглеродистых сплавов. Критические точки

21. Отжиг. Назначение, структурные превращения и механические свойства отожженных сталей

22. Диаграмма фазового состояния компонентов полностью растворимых в жидком и твердом состоянии

23. Отпуск сталей. Виды отпуска. Назначение. Этапы. Структура и механические свойства металлов

24. Диаграмма фазового состояния сплава. Назначение и метод построения

25. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами. Назначение, виды и среды

26. Пластическая деформация в поликристаллических металлах. Степень деформации и структура

27. Пластмассы. Общие характеристики, состав смесей. Виды добавок и их назначение

28. Зависимость механических свойств металлов от степени деформации

29. Полиморфные свойства железа и углерода. Кристаллическая структура полиморфных состояний железа и углерода

30. Закалка. Назначение и этапы. Структурные превращения при закалке

31. Правило Гиббса (правило фаз)

32. Изотермическая закалка. Этапы. Назначение. Структурные превращения

33. Правило количественного соотношения фаз

34. Классификация и основные характеристики лакокрасочных материалов. Область применения

35. Правило концентрации фаз

36. Классификация конструкционных легированных сталей по характеристикам. Обозначение марок лег. сталей. Область применения

37. Резиновые материалы. Виды, механические свойства, область применения

38. Свойства деформированных материалов

39. Сплавы на основе алюминия. Характеристики деформируемых сплавов 40. Обозначение марок деформируемых алюминиевых сплавов. Область применения

41. Классификация неметаллических материалов. Характеристики. Область применения

42. Сплавы на основе магния. Характеристики деформируемых и литейных сплавов. Обозначение марок. Область применения

43. Классификация чугунов. Обозначения марок чугунов. Характеристики. Область применения

44. Сплавы на основе титана. Характеристики деформируемых и литейных сплавов. Обозначение марок. Область применения

45. Клеи и герметики. Классификация. Характеристики и область применения

46. Стандартные характеристики прочности. Математическое моделирование стандартных характеристик прочности

47. Композиционные материалы. Общие характеристики виды и область применения

48. Строение металлического слитка. Схемы микроструктуры металлического слитка

49. Классификация конструкционных материалов, применяемых в машиностроении. Области применения

50. Термическая обработка металлов и сплавов. Назначение и виды

51. Литейные сплавы на основе алюминия. Характеристики литейных сплавов. Обозначение марок литейных алюминиевых сплавов. Область применения (см. 39)

52. Термопластичные полимеры. Виды, структура, характеристики, область применения

53. Технология литейного производства. Виды литья

54. Термореактивные полимеры. Виды, структура, характеристики, область применения

1 Азотирование сталей. Назначение, виды, этапы, режимы и среды

Азотирование - процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения повышение износостойкости, выносливости за счёт высокой твёрдости, коррозионной стойкости в атмосфере и пресной воде, теплостойкости. До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют. Обычное азотирование проводят при температуре 500-600 гр. в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак, на остальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь. При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реакция с образованием молекулярного азота: 2NH3 =N2 + 3H2,который не может диффундировать в сталь без ионизации. При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образование карбонитридных фаз. Процесс азотирования - весьма длительная операция.

2 Механические свойства реактопластов

Реактопласты - полимер при нагревании реагирует с другим веществом либо в нутрии него совершается молекулярные реакции. При этом структура меняется необратимо, то есть даже если вернуть материал в исходное условие, то прежние свойства не вернутся.

3 Фазы в сплавах железо-углерод. Объяснить построение диаграммы железо-цементит

На рис. представлена диаграмма железо-цементит. При охлаждении железоуглеродистых расплавов происходят фазовые превращения:

1. Перетектическая реакция:

б - твердый Остатки g - твердый

раствор расплава 1493 раствор

Точка Н + Точка В - Точка I

0.1 % С 0.51 % С 0.16 % С

2. Эвтектическая реакция:

Расплав г - твердый Fe3C

Точка С 1147С раствор + Точка F

4,3 % С - Точка Е 6,67 % С

2.06 % С

3. Эвтектоидная реакция :

г - твердый б - твердый Fe3C

раствор 723С раствор + точка К

Точка S - Точка Р 6,67 % С

0.8 % С 0.02 % С

На рис. - кривая ликвидуса ABCD; - кривая солидуса AHIECF; - углерод понижает температуру плавления железа (линия ABC); - железо также понижает температуру плавления углерода (и Fe3C) (V- образная форма диаграммы, D - C); - температура А4 (линия NH) растет c увеличением содержания углерода (линия N - I); - температура А3 (линия GOS) уменьшается с увеличением содержания углерода; - область г - твердого раствора расширяется с увеличением содержания углерода.

Эвтектоидный сплав: точка S = 0.83 % С = перлит. Доэвтектоидные сплавы: от точки Р к точке S = 0.02 до 0.83 % С = б - Fe + перлит. Заэвтетоидные сплавы: от точки S к перпендикуляру из точки Е= от 0.83 до 2,06 % С= Fe3C + перлит. Эвтектический сплав: точка С = 4.3 % С = ледебурит. Доэвтетические сплавы : от перпендикуляра из точки Е к перпендикуляру из точки С = от 2.06 до

4.3 % С = Fe3C + перлит + ледебурит. Заэвтектические сплавы: от точки С к точке F перпендикуляр); более 4.3% С = Fe3C + ледебурит. Положение основных точек диаграммы железо - цементит показано в таблице 1:

5 Механические свойства термопластов

Термопласты полимерные материалы, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние, при нагревании и охлаждении могут восстанавливать свои структурные параметры и соответственно восстанавливать свои физико-механические свойства.

6 Факторы, влияющие на процесс кристаллизации

Переход из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией. Процесс кристаллизации зависит от температуры и протекают во времени.

Степень переохлаждения зависит от природы и чистоты металла и скорости охлаждения. Чем чище жидкий металл, тем он более склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что улучшает его качество. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов.

Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава ниже Тп на многих участках жидкого металла образуются способные к росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму. Затем при соприкосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается.

Рост кристалла продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами.

Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла.

На образование центров кристаллизации влияет и скорость охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, мельче зерно металла.

7 Атомно-кристаллическая структура металлов. Виды структур. Способы изображения

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллич. строение, все атомы расположены упорядоченно и образ-т крист. Решетку.

4 типа решеток:

1. Простая. Куб, в котором атомы расп. по углам

2. Кубическая объемно - центрированная (оцк) (калий, натрий, литий). Куб, в котором атомы расп. по углам +1в центре.

3. Кубическая гранецентрированная (гцк) (свинец, никель, золото). Куб, в котором атомы расп. по углам + по серединам граней

4. Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (цинк). Шестигранная призма.

Существование одного и того же металла в неск. крист. формах называют полиморфизмом. Полиморфные модификации обозначают б, в, и т д.

9 Модификация. Назначение, виды модификаторов

Модифицирование - введение в расплавленные металлы и сплавы модификаторов, чтобы получить нужное строение.

Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственные центры кристаллизации. Для этого в расплавленный металл.(расплав) вводят специальные вещества, называемые модификаторами. Модифицирование отливок проводят введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды). При модифицировании, например, стали применяют алюминий, титан, ванадий; алюминиевых сплавов марганец, титан, ванадий.

Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества. Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются на поверхности растущих кристаллов, образуя очень тонкий слой. Этот слой препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение.

10 Химико-термическая обработка сталей. Виды, назначение

Химико-термическая обработка (ХТО) стали - совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.

Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

12 Цементация сталей. Назначение, этапы диффузионные процессы и режимы. Виды и состав карбюризаторов

Цементация - вид ХТО, при котором происходит насыщение углеродом. Цементация повышает тверость и износостойкость поверхности детали при сохранении вязкости сердцевины.

В промышленности применяют два способа цементации: в твердом и в газовом карбюризаторе.

Твердый состоит из древесного угля с добавкой BaCO3, Na2CO3, CaCO3 (BaCO3 - для интенсификации процесса и CaCO3 - против спекания).

При газовой цементации в качестве карбюризато¬ра используют природный газ, состоящий почти полностью из ме¬тана СН4, а также жидкие углеводороды. Цементация проводится при температурах 910-980 °С.

Детали, подвергающиеся цементации в твердом карбюризаторе, нагреваются упакованными в металлических ящиках, при газовой цемента¬ции детали помещаются в герметичную печь с контролируемой атмосферой. Газовая цементация имеет преимущества по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе благодаря меньшей длительности процесса (20 и 10 часов соответственно), возможности контроля атмосферы, управления процессом. Цементация в твёрдом карбюризаторе применяется в условиях единичного ремонтного производства.

13 Нормализация сталей. Назначение, этапы. Структурные превращения и механические свойства сталей после нормализации

Нормализация - термообработка, при которой сталь охлаждается не в печи, как при отжиге, а на воздухе в цехе. Нагревание ведется до полной перекристаллизации (на 30-50 o выше точек Аc3 и Аст), в результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Твердость, прочность стали после нормализации выше, чем после отжига.

Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали - сорбитная; нормализация может заменить для первой - отжиг, а для второй - закалку с высоким отпуском. Часто нормализацией подготавливают сталь для закалки. Термообработку некоторых марок углеродистой, легированных сталей заканчивают нормализацией.

14 Возврат и рекристаллизация деформированных сплавов. Назначение, режимы

Возврат явл-ся самой низкой температурной обработкой позволяющей воздействовать на структурные состояния деформированного металла. Различают две стадии возврата: низкотемпературную (отдых) и высокотемпературную (полигонизация).

В процессе отдыха происходит перераспределение точечных дефектов. Перемещаются по кристаллу и дислокации, однако эти перемещения носят локальный хар-р. Дислокации различного знака встречаясь друг с другом взаимно аннигилируют, т.е. взаимоуничтожаются. Рез-ом этого являются некоторые снижения плотности дислокации. В процессе полигонизации происходит перемещение дислокации по кристаллу. Дислокации перемещ-ся хаотич. по объёму кристалла. Под воздействием тем-ры дислокации перемещаясь концентрир-ся в определённых участках стр-ры. После полигонизации происходит некоторый возврат св-в к св-вам металла до деф-ции.

Рекристаллизация. После достижения опред. тем-р происходит изменение уже на микроскопическом уровне. Под микроскопом на фоне вытянутых зёрен можно наблюдать мелкие зёрна равноосной формы. По мере увеличения длительности отжига или повышении тем-ры происходит рост мелких зёрен за счёт вытянутых деформируемых зёрен. Образование и рост новых зёрен за счёт деформированных зёрен той же фазы наз-ся первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки.

При дальнейшем увелич. тем-ры и длительности отжига происходит "поедание" одними зёрнами других зёрен. Следствием явл-ся разнозёренность стр-р. В пределе можно достичь того, что стр-ра металла будет состоять только зи очень крупных зёрен. Это так наз. собирательная рекристаллизация. Тем-ра начала рекристаллиз. не явл-ся постоянной физ. величиной как, например, тем-ра плавления металла. Тем-ра начала рекристаллиз. будет зависеть от степени предварительной деф-ции металла, длительности процесса и ряда др. факторов.

16 Дефекты кристаллической решетки. Виды, причины образования и их влияния на свойства металлов

Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают несколько разновидностей дефектов по размерности. А именно, бывают нульмерные дефекты, одномерные, двумерные и трёхмерные.

17 Органические и неметаллические материалы. Структура, степень полимеризации

МЕТАЛЛЫ ОРГАНИЧЕСКИЕ, орг. соед., обладающие металлич. проводимостью. В металлы органические перенос электрона в твердой фазе осуществляется по орг. компоненте молекулы. металлы органические наз. также "синтетич. металлами". К металлы органические относятся мономерные и высокомол. ион-радикальные соли и комплексы с переносом заряда (см. Молекулярные комплексы), напр. комплекс тетратиофульвалена с 7,7,8,8-тетрациа-нохинодиметаном (ф-ла I) и бис-(тетраселенотетрацен)хло-рид (II), иодированный полиацетилен и политиофентетра-фтороборат (III, m > n), вещества на основе металлофтало-цианинов и металлобензопорфиринов-соед. соотв. ф-л IV и V и др.

21 Отжиг. Назначение, структурные превращения и механические свойства отожженных сталей

Отжиг - вид термической обработки металлов и сплавов, главным образом сталей и чугунов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата (отдыха металлов), рекристаллизации и гомогенизации. Цели отжига - снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений.

23 Отпуск сталей. Виды отпуска. Назначение. Этапы. Структура и механические свойства металлов

Отпуск стали смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, троостита или сорбита отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите. А при отпуске он получается зернистым, или точечным, как в зернистом перлите.

Существует 3 вида отпуска сталей:

1) низкий - нагрев детали до температуры 150 - 200 град, образуется структура - мартенсит отпуска. Твердость остается неизменной - 60 - 64 HRC. Снижаются закалочные напряжения, повышается предел прочности и текучести. Низкий отпуск применяется для обработки - режущих инструментов, штампы, подшипники, детали после закалки ТВЧ, цементованные детали.

2) средний - нагрев детали до температуры 350 - 400 град, образуется структура - троостит отпуска. Снижается твердость до 40 - 48 HRC, а также предел прочности. Сильно повышается предел упругости, выносливости. Средний отпуск применяется для обработки - пружин, рессор.

3) высокий - нагрев детали до температуры 500 - 650 град, образуется структура - сорбит отпуска. Снижается твердость до 30 HRC, предел прочности и упругости. Возрастает пластичность и ударная вязкость. Применяется для большинства деталей машин. Закалка + высокий отпуск - улучшение.

27 Пластмассы. Общие характеристики, состав смесей. Виды добавок и их назначение

Пластмассы (пластические массы, пластики) органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название "пластмассы" означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты.

30 Закалка. Назначение и этапы. Структурные превращения при закалке

Закалка, термическая обработка материалов, заключающаяся в их нагреве и последующем быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения (подавления) нежелательных процессов, происходящих при его медленном охлаждении. Закалка возможна только для тех веществ, равновесное состояние которых при высокой температуре отличается от равновесного состояния при низкой температуре (например, кристаллической структурой). Закалка эффективна только в том случае, если реально достижимая скорость охлаждения достаточна для того, чтобы не успели развиться процессы, подавление которых является целью Закалка Структуры, возникающие в результате Закалка, лишь относительно устойчивы, при нагреве они переходят в более устойчивое состояние. Закалка могут подвергаться в естественных условиях или в определённом технологическом процессе многие вещества, (металлы, их сплавы, стекло и пр.).

31 Правило фаз

Применение правила фаз

Металлические материалы, применяемые в технике в большинстве случаев, являются сплавами. Сплавом называют вещество, полученное сплавлением нескольких (двух и более) элементов, преимущественно металлических. Строение сплавов более сложно, чем строение чистого металла. В сплаве могут наблюдаться зерна чистых металлов и других компонентов, твердых растворов и химических соединений. Твердыми растворами называют сплав, у которого ионы растворенного элемента расположены в кристаллической решетке растворителя. Твердые растворы разделяются на три типа: замещения, внедрения и вычитания, или твердые растворы на базе химических соединений. Существуют также упорядоченные твердые растворы. Совокупность всех сплавов, которые могут быть составлены из заданных компонентов, называют системой сплавов. Фазой называется однородная часть системы, имеющая одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделяющееся от остальных частей системы поверхностями раздела. Фазы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. В сплаве могут присутствовать несколько фаз. Вещества, образующие систему, называются компонентами. Число степеней свободы (вариантность) системы это число внешних и внутренних факторов (t, P и концентрация С%), которые можно изменять, не изменяя число фаз в системе. Оно определяется правилом фаз: f = n - K + 2 (5) где f - число степеней свободы; n - число компонентов; K - число фаз. Если давление не учитывать: f = n - K + 1 Правило фаз применяется при анализе процессов, совершающихся в сплавах при нагреве и охлаждении для расчета числа фаз в конкретных термодинамических условиях.

32 Изотермическая закалка

Закалка стали

Закалка - термическая операция, состоящая в нагреве закаленного сплава выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава. Для сталей различают закалку до - и заэвтектоидных сталей. В структуре закаленной стали преобладает мартенсит. Мартенсит имеет высокую твердость и низкую вязкость, как конструкционный материал не употребляется. Для доэвтектоидных сталей температура закалки должна быть на 30 - 50 град. выше Ас3, а для заэвтектоидных - на 30 - 50 град. выше. При закалке доэвтектоидной стали с температуры выше Ас1, но ниже Ас3 в структуре наряду с мартенситом сохраняется часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Такая закалка называется неполной. Для заэвтектоидных сталей оптимальная температура закалки лежит в интервале между Ас1 и Ас3 и теоретически является неполной. Здесь наряду с мартенситом закалки сохраняется часть оставшегося цементита, наличие которого полезно. Нагрев выше Ас3 приводит к вредным перегреву и обезуглероживанию стали. Закалка бывает объемной (под закалку нагревают насквозь все изделие) и поверхностной (осуществляют местный, чаще поверхностный нагрев).

Технология термической обработки стали

Технология термической обработки стали основана на использовании процессов фазовых превращений в стали при нагреве и охлаждении, взаимодействии со средой обработки для изменения комплекса физико-механических свойств машиностроительной детали, с целью улучшения их по сечению и в поверхности изделия. Технология термической обработки стали (сокращенно ТО) опирается на параметры: время или скорость нагрева, выдержки, охлаждения, температура процесса, цикличность и среда проведения ТО. Современна ТО применяет специальное оборудование, осуществляющие указанные процессы: печи различной конструкции (электропечи, газопламенные, элеваторные, конвейерные, шахтные и т.п.), закалочные баки, соляные ванны и многое другое. К видам ТО принадлежат: закалка - объемная, поверхностная, местная, отжиг - нормализационный, гомогенизирующий, рекристаллизационый и д.р., улучшение, химико-термическая обработка, закалка ТВЧ, лазерным нагревом, электроимпульсным полем, термообработка в процессе пластического деформирования, обработка холодом и т.п.. Влияние термообработки на механические свойства. В результате термической обработки существенно изменяются свойства стали. Наибольшее значение имеют механические свойства. Большинство стальных изделий машиностроения подвергается нормализации или закалке с высоким и средним отпуском (tотп > 400 C). В отожженном, нормализованном или отпущенном состоянии сталь состоит из пластинчатого феррита и включений карбидов. Феррит обладает низкой прочностью и высокой пластичностью, цементит при нулевых значениях пластичности имеет твердость около 800 НВ. При малом числе твердых включений пластическая деформация развивается беспрепятственно. Если после ТО частицы цементита измельчаются, тогда они начинают препятствовать движению дислокаций и сталь упрочняется. На твердость мартенсита оказывает влияние дисперсность его игольчатой структуры и содержание углерода. Рис. 44.

Рис. 44. Твердость стали в зависимости от содержания углерода и температуры закалки: 1 - нагрев выше Ас3, 2 - нагрев только выше Ас1, 3 - микротвердость мартенсита.

Для получения высокого комплекса механических свойств следует стремится к тому, чтобы после закалки получалась мелкоигольчатая мартенситная структура, что достигается лишь при исходной мелкозернистой структуре. На свойства стали оказывает больше влияние содержание углерода (смотри выше) и температура отпуска. С ростом последней уменьшается твердость и прочность, но возрастают показатели пластичности и ударной вязкости.

37 Резиновые материалы. Виды, механические свойства, область применения

Каучуки и резиновые материалы

Резиновые изделия отвечают разнообразным требованиям в отношении теплостойкости, морозостойкости, химической стойкости, твердости, эластичности и упругости. Исходным материалом для резин служат натуральный (НК) и синтетический каучук. Натуральный каучук - полимер изопрена (С5Н8). Изопентовые группы полиизопрена связаны в длинную молекулярную цепь, и это позволяет отнести его к классу линейных карбоцепных полимеров. Полиизопрен и его аналоги , а также полибутадиен и полихлоропрен относятся к классу эластомеров. Эластомерами называют полимеры, обладающие в широком температурном интервале высокой эластичностью - способностью подвергаться значительным (до 1000% ) обратимым деформациям при модуле от сотых долей до нескольких кГ на см^2. Общим признаком эластомеров является макромолекулярное строение, а также способность к вулканизации. Переход пластичного каучука в эластичную резину называется вулканизацией, которая представляет собой процесс “поперечного сшивания” линейных макромолекул в редкосетчатую структуру. В качестве агентов применяю серу, тиурам, диазосоединения. Свойства резин определяются разновидностью использованных каучуков: изопреновый, бутадиеновый, бутадиенстирольный, этиленпропиленовый, бутилкаучук. Резины наибольшее применение нашли в производстве автомобильных шин ГОСТ 4754-80, шиноремонтных материалов ГОСТ 2631-79, производстве резинотехнических изделий - товарные или невулканизированные смеси, предназначенные для теплого формования изделий, поставляют по ТУ38-1051082-86. В ТУ38-1051082-86 в зависимости от назначения резины делятся на группы: I - работоспособна от -10 до +100 С, в среде перегретой воды работоспособны до +170 С резины группы V типа 51- 1481 и ИПР-1375 на основе этиленпропиленового каучука, всего двенадцать групп, включая морозостойкую, электроизоляционную и износостойкую резины. Условная прочность резин составляет 4...15 МПа, относительное удлинение 550 %.

40 Классификация неметаллических материалов. Характеристики. Область применения

Классификация неметаллических материалов

Неметаллические материалы разделяются на классы: пластические массы, конструкционную керамику, стекла, каучуки и резиновые материалы, композиты на основе пластмасс и с органическим армированием. В свою очередь каждый класс имеет свою специальную классификацию - пластические массы делятся на термопласты, термоэластопласты, олигомеры и реактопласты, конструкционная керамика классифицируется преимущественно по составу - на основе оксидов, карбидов, нитридов и т.п. Стекла разделяют по механическим свойствам: ударопрочное, термостойкое, радиационностойкое, многослойное (триплекс). Каучуки делят на натуральные и синтетические и по назначению - для изготовления шин и технических изделий.

39 Сплавы на основе алюминия. Характеристики деформируемых сплавов. Обозначение марок деформируемых алюминиевых сплавов. Область применения

Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы и сплавы разделяют на группы: легкие металлы и сплавы (с плотностью 3.0 г/см^3 Al, Mg, Be); медные сплавы и специальные цветные сплавы - мельхиор, незильбер, драгоценные сплавы и т.п. В настоящее время к сплавам первой группы относят сплавы титана. Производство цветных металлов непрерывно увеличивается. К важнейшим для машиностроения цветным металлам относят алюминий, медь, никель, хром, свинец и олово.

Табл. Физико - механические свойства важнейших цветных металлов.

Сплавы:алюминиевые деформированные и литейные.

Рис. 69. Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния: а - двойная система, б - тройная система. 1 - сплавы не упрочняемые термической обработкой, 2 - сплавы упрочняемые термической обработкой.

Сплавы алюминиевые разделяют на деформированные (применяемые в кованном, прессованном и катанном виде) и литейные. Границу между двумя группами определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре.

Наличие эвтектической структуры резко уменьшает пластичность, способность прессовываться, коваться и при некотором содержании эвтектики (обычно небольшом) такая обработка становится не осуществимой. Однако сплавы эвтектического состава (до 15 - 20 % по объему) имеют высокую жидкотекучесть и в литейном производстве имеют наибольшее применение. Деформируемые сплавы подразделяются на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Теоретически границей между этими сплавами должен быть предел насыщения твердого раствора при комнатной температуре, но практически сплавы, содержащие легирующие элементы в количестве немного больше этого предела, не упрочняются при термической из-за малого количества упрочняющей фазы. Деформируемые сплавы отличаются высокой пластичностью и применяются для изделий изготавливаемых глубокой штамповкой. К ним относят сплавы АМц (Al - Mn) и АМг (Al - Mg). Марганец повышает коррозионную стойкость алюминиевых сплавов, а магний, кроме того, снижает плотность алюминиевых сплавов и увеличивает прочность без изменения пластичности. К наиболее распространенным сплавам, применяемым в деформированном виде и упрочняемым ТО, принадлежит дюралюминий. (Д1 - Д16). Система Al - Cu - Mg. Если дюралюминий применяют в кованном состоянии то его обозначают АК1...4. Высокопрочным дюралюминием являются четверные сплавы Al - Mg - Cu - Zn. Обозначаются В95. Для фасонного литья применяют силумины - сплавы алюминия с большим содержанием кремния (12 - 13 % Si - заэвтектический сплав). Силумины упрочняются ТО. Обозначаются АЛ1 - АЛ8. Есть детали, изготавливаемые отливкой или штамповкой из алюминиевых сплавов, которые работают при температурах порядка 200 - 350 С, например, поршень, цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Применяемые для этих целей алюминиевые сплавы легируют Cu, Mn, Ni, Fe, Ti. Жаропрочность литейного алюминиевого сплава обусловлена образованием при кристаллизации жесткого каркаса из соединений Mg2Si и AlxCux(Fe,Ni)z. Свойства алюминиевых сплавов показаны в таблице.

Физико-механические свойства промышленных алюминиевых сплавов

41 Сплавы на основе магния. Характеристики деформируемых и литейных сплавов. Обозначение марок. Область применения

Магний и магниевые сплавы

Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью 1.74 г/см^3, что определило его главное применение в авиации. Магний малой прочностью и пластичностью, неустойчив против коррозии. Широкое распространение имеют сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем , растворяющимся в нем. ТО сплавов магния не приводит к существенному изменению свойств, поэтому часто ограничиваются одной закалкой, при которой за счет гомогенизации и растворения пограничных выделений заметно повышаются пластические свойства. Сплавы магния подразделяются на деформируемые (МА) и литейные (МЛ).

42 Классификация чугунов. Обозначения марок чугунов. Характеристики. Область применения

Строение и свойства чугунов. Диаграмма состояния железо - графит.

Фазовые превращения в чугунах

Одной из главных особенностей Fe-C сплавов является двойственный характер превращений, происходящих при изменении внешних условий. Это объясняется существованием двух высокоуглеродистых фаз: стабильной (графит) и метастабильной (цементит). Поэтому пользуются двумя диаграммами состояния: одна характеризует стабильные фазовые состояние железоуглеродистых сплавов, когда ее компонентами являются железо и углерод (графит); другая метастабильные фазовые состояния, ее компонентами являются железо и цементит (Fe3С). На рис. 30 показана диаграмма железо - углерод. Тонкие линии соответствуют выделению графита, жирные - цементита.

Рис. 30. Стабильная диаграмма железо - углерод.

Возможность реализации одной или другой диаграммы в сплавах определяется условиями нагрева до высоких температур, величиной скорости охлаждения, а также присутствием различных часто неизбежных примесей или специально введенных элементов. В стабильной системе при температурах, соответствующих линии С`D`, кристаллизуется первичный графит. При температуре 1153 С (линия E`C`F`) образуется графитная эвтектика: аустенит + графит. По линии E`S` выделяется вторичный графит, а при температуре 738 С (линия S`K`) образуется эвтектоид, состоящий из феррита и графита. Если при эвтектической кристаллизации выделяется только графит, то чугун называют серым (ГОСТ 1412 -85), если графит и цементит - половинчатым, и если только цементит - белым. Вероятность образования в жидкой фазе (или аустените) метастабильного цементита, содержащего 6.67 % С, значительно больше, чем графита, состоящего только из атомов углерода. Графит образуется только при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика. Ускоренное охлаждение частично или полностью прекращает кристаллизацию графита и способствует образованию цементита. При переохлаждении жидкого чугуна ниже 1147 С образуется цементит. Выделение структурно свободного углерода возможно и в стали. Явление графитизации используется при создании специальных инструментальных легированных графитизированных сталей. Графит - твердая смазка. Простые углеродистые стали с содержанием С более 1.4 -1.6 % не выпускаются из-за опасности графитизации, снижающей прочность. В механике материалов графитную фаза принимают за "пустоты". Основное отличие фазовых превращений в чугуне является процессы выделения графита.

Структура чугунов. Влияние примесей и скорости охлаждения (толщины отливки) на структуру чугунов

В жидком чугуне присутствуют различные включения (графит, SiO2, Al2O3 и др.). Эти частицы облегчают образование и рост графитных включений. При наличии готовых зародышей процесс образования графита может протекать и при температурах, ниже 1147 С. Этому способствует легирование чугуна кремнием, который интенсифицирует процесс графитизации.

Рис. 31. Структурные диаграммы чугуна. Зависимости структуры от содержания углерода и кремния и толщины отливки (стенки). 1 - белые, 2 - половинчатые, 3 - серые перлитные, 4 - серые перлито - ферритные, 5 - ферритные серые чугуны.

Графит, образующийся из жидкой фазы, растет из одного центра и разветвляясь в разные стороны, приобретает формы сильно искривленных лепестков и пластинок. Образование графита из жидкой фазы и распад первичного и эвтектического цементита на аустенит и графит называют первичной стадией графитизации. При последующем медленном нагреве возможно выделение графита из аустенита и образование эвтектоидного графита в интервале температур 738 - 727 С. Выделение вторичного графита из аустенита называют промежуточной стадией графитизации. Образование эвтектоидного графита, а т.ж. распад эвтектоидного цементита на графит и феррит называют второй стадией графитизации. Основная масса графита в серых чугунах образуется в период первой стадии. На рис. 31 показаны структурные диаграммы чугунов. Чем меньше толщина стенки отливки, тем больше переохлаждение, тем выше скорость кристаллизации. Чугуны с пластинчатым, шаровидным, вермикулярным и хлопьевидным графитом: ЧПГ, ЧШВ, ЧВГ, ЧХГ. Механические свойства чугунов. Антифрикционные и легированные чугуны. Графит в чугунах существует в следующих формах:

- пластинчатый графит, в виде лепестков, прожилок;

- вермикулярный (или мелкопластинчатый) графит, разновидность первого, при этом пластины похожи на нити;

- шаровидный (глобулярный) графит;

- хлопьевидный графит.

Возможные формы графита в чугуне показаны на рис. 32.

Рис. 32. Возможные формы графита в чугунах. 1 - пластинчатый, 2 - мелкопластинчатый (вермикулярный), 3 - хлопьевидный, 4 - шаровидный графит.

Для получения шаровидного графита при плавке чугуна применяют присадку магния (или церия). Такая форма графитовых включений в структуре материала создает значительно меньшую концентрацию механических напряжений. Чугун с глобулярным графитом называют высокопрочным. Марки ВЧ30, ВЧ100. ГОСТ 7293 - 85. При отжиге, используя неустойчивость цементита, происходит распад цементита. Образующийся графит приобретает компактную, почти равноосную, но не шаровидную форму. Такой графит называют хлопьевидным. В практике такой чугун называют ковким. Марки КЧ 33 - 8, КЧ 80 - 1,5. ГОСТ 1215 - 79. Чугуны воспринимают термическую обработку. Например, используется зависимость вида затвердевания от скорости охлаждения. Поверхность при этом подлежит белому затвердеванию (наличие цементита обеспечивает высокую твердость), в то время как внутри отливки с уменьшающейся скоростью охлаждения происходит переход от половинчатого до серого затвердевания чугуна. При термообработке детали, предназначенной под трение и изнашивание поучают отбеленную поверхность. Механические свойства чугуна: сопротивление разрыву, изгибу, кручению, обусловлены количеством и формой графита. Предел прочности при сжатии и твердость чугуна зависят от строения металлической основы. Влияние формы графитовых включений и структуры металлической основы на пластичность, твердость чугуна показано в табл. 2.

Наличие структурно свободного графита обеспечивает хорошую обработку со снятием стружки. Антифрикционные свойства чугуна, например, подшипников лучше, чем стали. Необходимые свойства получаются благодаря тому, что средства смазки вымывают графит, и могут образовываться накопления смазочного материала. К антифрикционным чугунам принадлежат марки: АЧС, АЧК, АЧВ. ГОСТ 1585 - 85. Такие чугуны при плавке легируют никелем, хромом, титаном, алюминием, свинцом и магнием не более 0.5 %. Легированные сорта чугуна обладают стойкостью против морской воды и обладают хорошей устойчивостью против многих кислот и щелочей. ГОСТ 7769-82. По химическому составу различают несколько групп легированных чугунов: хромистые (ЧХ16М2), кремнистые (ЧС15М4), алюминиевые (ЧЮ6С5), марганцевые (ЧГ7Х4) и никелевые (ЧНХТ), а по условиям эксплуатации: жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, коррозионностойкие и немагнитные. При этом один и тот же легирующий элемент придает чугуну несколько специальных свойств. В табл. 3. приведена данные физико - механических свойств чугуна.

43 Сплавы на основе титана. Характеристики деформируемых и литейных сплавов. Обозначение марок. Область применения

Титан и его сплавы

Титан обладает низкой плотностью, высокими прочностью и коррозионной стойкостью. Охрупчивается водородом, чувствителен к содержанию примесей, из - за которых резко теряет пластические свойства. Преимущественное применение титан получил в авиа- и ракетостроении, морском судостроении. Технический титан технологичный металл. Из него изготавливают различные полуфабрикаты. Он хорошо деформируется и сваривается. бв = 600 ... 700 МПа. Марки ВТ1-0, ВТ1-00. Обладает полиморфным превращением. б?в. При закалке титановых сплавов образуется мартенситная структура игольчатого строения. Легирующие элементы Al, O, N, C в титановом сплаве расширяют б- область (б- стабилизаторы), а V, Cr, Fe, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Sn - в - область (в - стабилизаторы). Титановые сплавы разделяют на б, в, б+в сплавы. б - сплавы сравнительно мало пластичны и неохрупчиваются при ТО. в - сплавы наиболее пластичны, но наименее прочны, не испытывают полиморфных превращений, б+в сплавы - более прочные, чем однофазные, хорошо деформируются, обрабатываются ТО (закалка и старение, азотирование) и слабо охрупчиваются. Механические свойства промышленных титановых сплавов приведены в таблице. Механические свойства промышленных титановых сплавов и содержание легирующих элементов в них.

46 Композиционные материалы. Общие характеристики виды и область применения

Композиционные материалы (КМ)

Композиционные материалы или композиты (Composite, англ. сложный составленный из чего либо) являются искусственно созданные человеком матричные материалы, состоящие из двух или более компонентов, один из которых является матрицей, другой арматурой, гетерофазные по строению, однородные в макромасштабе, обладающие аддитивным комплексом физико механических свойств, обусловленным сохранением индивидуальности каждого образующего композит компонента. Порошковые материалы это преимущественно металлические материалы, получаемые методами приготовления порошка, формообразования и последующего спекания с целью придания требуемых физико механических свойств. Существуют также комбинированные конструкции. Здесь армирующие элементы в составе изделия неоднородны в макромасштабе. Примером являются автомобильные шины снабженные специальным кордом. Разработка изделий из КМ и ПМ связана не только с формообразованием и тепловой обработкой, но и с формированием его структуры и физико механических характеристик, выполняемым на стадии проектирования КМ. Создание деталей из КМ наглядный пример воплощения триединства материала, конструкции и технологии, поскольку в процессах проектирования и изготовления предусматривается и обеспечение основных свойств материала изделия. Компонентами композитов являются специальные полуфабрикаты листы, порошки, гранулы, фольги, волокна, жгуты, сетки, ткани. В качестве матриц обычно используют первые три, остальные применяют как армирующию фазу. Волокна среди многих упрочняющих компонентов обладают уникальными свойствами. Наибольшей прочностью обладают НК нитевидные кристаллы. Они имеют минимум дефектов, в том числе и кристаллического строения. Волокна имеют геометрические размеры, приближающиеся атомным и субатомным категориям, благодаря громадным лапласовым давлениям возникают градиенты напряжений анигилирующие метастабильные дислокации и вакансии, поэтому волокна являются бездефектными поли и кристаллическими телами, обладают высокими прочностными свойствами. Например, прочность волокон диаметром 10 мкм из стали 12Х18Н9Т составляет 2200 МПа, а прочность термообработанной отливки не превышает 1200 МПа. Такие особенности материалов используют при армировании. Свойства компонентов в композитах здесь складываются аддитивно. Общий случай прочностных характеристик иллюстрирует формула:

бв(км) = бв(волокон) *Vf(доля волокон) + бв(матрицы) * (1 - Vf)

Аналогично складываются свойства плотность, твердость. Порошковые и композиционные материалы имеют много общего, наибольшее сходство признаков наблюдается в стадиях технологического процесса изготовления материалов. Стадиями изготовления КМ и ПМ являются: производство исходных компонентов; приготовление смесей по заданной рецептуре; формование изделий; тепловая обработка формовок для придания требуемых физикомеханических свойств.

Для композиционных материалов на основе пластмасс и порошковых беспористых материалов свойственно объединение во времени двух последних стадий. Производство исходных компонентов включат в себя технологии получения волокон, порошков, фольг, сеток и тканей. Приготовление смесей осуществляют методами механического, физико химического и ряда других способов для получения однородной по свойствам и составу смеси. Формование осуществляют мембранными методами для ПКМ, методами прессования, прокатки, экструзии, и горячих способов для металлических порошковых и композиционных материалов, а т.ж. методами намотки непрерывных волокон, напыления на волокна матричного материала и рядом других.

48 Классификация конструкционных материалов, применяемых в машиностроении. Области применения. (возможно не правильный ответ)

Классификация материалов

Назначение материала определяется требованиями конструкции (конструкционные критерии - прочность, долговечность, коррозийные свойства и т.п.) и возможностью переработки в изделие (технологические критерии - коэффициент обрабатываемости резанием, сварки и обработки давлением и т.п.). Выбор материала с использованием классификации осуществляется по двум основным критериям. В общем случае классификация материалов включат в себя три основных разновидности материалов: металлические материалы, неметаллические материалы, композиционные материалы. По геометрическим признакам материалы и вещества принято классифицировать по виду полуфабрикатов: листы, профили, гранулы, порошки , волокна и т.п.. Поскольку материал того или иного полуфабриката изготавливается по разной технологии, применяют разделение по структуре. Металлические материалы принято классифицировать по основному компоненту. Различают черную и цветную металлургию. К материалам черной металлургии принадлежат стали, чугуны, ферросплавы и сплавы на основе железа, легированные цветными металлами в количестве превосходящим стали. К материалам цветной металлурги принадлежат важнейшие цветные металлы - алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово и сплавы на их основе. К металлическим материалам относятся и материалы порошковой металлургии. Неметаллические материалы различают по основным классам: резина, керамика, стекло, пластические массы, ситаллы. Композиционными материалы - сложные или составные материалы, состоящие из двух разнородных материалов (например: стекла и пластмассы - стеклопластики) принято классифицировать по типу структуры, материалу матрицы, назначению и способу 3 изготовления. Более подробно классификация материалов будет изложена ниже в разделах лекционного курса. Технические материалы принято классифицировать по назначению: материалы приборостроения, машиностроительные материалы, и более подробно, например стали для судостроения или мостостроения. В научном аспекте материалы разделяют по типу структуры: аморфные, кристаллические, гетерофазные. При выборе материала для той или иной детали или конструкции учитывают экономическую целесообразность его применения. Стоимость технического материала связана с затратами на его производство и уровнем запасов его в промышленном и государственном резервах, с содержанием в Земной коре веществ и элементов, необходимых для его производства. Поэтому так важно знание инженера о содержании элементов и веществ в земной коре. В последние годы в классификации машиностроительных материалов применяют параметры удельной прочности и энергрозатрат производства материалов. Они показывают, что наилучшими сочетаниями свойств для машин обладают титан и алюминий. Классификация известных материалов находит свое отражение в Государственных Стандартах (ГОСТ).

...