Металлические и неметаллические материалы: стали, сплавы и керамика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тверской государственный технический университет»

Кафедра «Технология металлов и материаловедение»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Материаловедение

Вариант №4

Выполнил:

Студент 1 курса

Группа ТМО МАПП 1408

Цветков Александр Игоревич

Принял:

Доцент каф. ТМиМ,

к.ф.-м.н. Ильяшенко С.Е.________

Содержание

Введение

1. Углеродистые стали и чугуны

2. Марка стали

3. Легированные стали

4. Сплавы цветных металлов

5. Неметаллические материалы

Список используемой литературы

Введение

Материаловедение -- наука о связях между составом, строением и свойствами материалов и закономерностях их изменений при внешних физико-химических воздействиях. Все материалы по химической основе делятся на две основные группы -- металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов. В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе -- стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами, и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические). Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90% всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др. Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы -- пластмассы, керамика, резина и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико (до 10%) и предсказание тридцатилетней давности о том, что неметаллические материалы к концу века существенно потеснят металлические, не оправдалось.

1. Углеродистые стали и чугуны

а) Вычертить диаграмму состояния железо-цементит

б) Построить кривую охлаждения для сплава (с применением правила фаз), содержащего 0,5% углерода

Рисунок1. а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 0,5% углерода

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:

C = K + 1 - Ф,

где С - число степеней свободы системы;

К - число компонентов, образующих систему;

1 - число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);

Ф - число фаз, находящихся в равновесии. Сплав железа с углеродом, содержащий 0,5%С, называется доэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре - Феррит + Перлит.

в) Вычертить участок диаграммы Fe-Fe3C для стали и нанести на нем линии температур нагрева стали, содержащей 0,5% углерода для термической обработки. (отжига, нормализации, закалки, отпуска)

2. Марка стали

Расшифровать марку стали 30, определить группу по назначению, привести примеры изготавливаемых из этой стали изделий.

Сталь углеродистая конструкционная качественная с содержанием углерода 0,30 %

Примеры изготавливаемых из этой стали изделий:

Тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.

3. Легированные стали

Для некоторых деталей выбрана легированная сталь марки 20Х13

Расшифруйте состав, определите группу стали по назначению, назовите детали, изготавливаемые из этой стали

Сталь нержавеющая коррозионно-стойкая легированная конструкционная качественная с содержанием углерода 0,20%

Химический состав в % материала 20Х13

Применение: Сталь 20Х13 (02Х13,ЭЖ-2) применяется: для изготовления лопаток паровых турбин, работающих при температурах до +580°С; клапанов, болтов и труб; деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударных нагрузкам и работающих при температуре до 450-500 °С; изделий, подвергающихся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре; цельнокатаных колец различного назначения; различных деталей авиастроения (карбюраторных игл, втулок, шестерен авиационных приборов, деталей аппаратуры непосредственного впрыска топлива и лопаток компрессоров, термически обрабатываемых на твердость HRC<35. При более высокой твердости лопатки компрессора разрушаются от коррозии под напряжением); электродов типа Э-20Х13, предназначенных для ручной электродуговой наплавки уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры из углеродистых сталей по ГОСТ 380-94 и ГОСТ 1050-88 и отливок из сталей 20Л, 25Л, 20ГМЛ по ОСТ 26-07-402

Примечания: Сталь хромистая коррозионно-стойкая, жаропрочная мартенситного класса. Наибольшая коррозионная стойкость достигается после термической обработки (закалка с отпуском) и полировки. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации в течение длительного времени - до +500 °C.

Температура интенсивного окалинообразования в воздушной среде +750 °C..

Основные области применения: энергетическое машиностроение и печестроение; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град

4. Сплавы цветных металлов

Для изготовления деталей машин и приборов выбран слав цветного металла Л90.

Расшифруйте состав, укажите, к какой группе относится сплав, приведите примеры деталей из него. Назовите термообработку, возможности упронения, режим, структуру и свойства сплава.

Состав Л90 - 90% меди, 10 % цинка

Химический состав в % материала Л90

Группа - Медные сплавы

Применения: Латунь Л90, обладает хорошими механическими и коррозионными свойствами. Она применяется для изготовления змеевиков, сильфонов, деталей теплотехнической и химической аппаратуры, полуфабрикаты (прутки, ленты, листы, полосы, трубы); проволока для деталей электротехники; медали и значки. Латунь Л90 хорошо сваривается со сталью при совместной прокатке, в связи с чем успешно применяется для плакировки и изготовления биметалла. Отличаясь красивым золотистым цветом, латунь Л90 применяется для изготовления фурнитуры и украшений. Термообработка: Отжиг Л90. При обработке цветных металлов (чеканка, выколотка и др.) иногда приходится снимать напряжения, возникшие при обработке. Для этого необходимо отжечь заготовку. Отжиг проводят при следующих температурах: 600 - 7000С охлаждение на открытом воздухе. Возможности упрочнения: Механические свойства Латуни изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией можно увеличить твёрдость и предел прочности в 1,5-3 раза при одновременном снижении пластичности (наклёп), а последующий рекристаллизационный отжиг позволяет частично или полностью (в зависимости от температуры и его продолжительности) восстановить исходные (до деформации) свойства. Т.к. сплав цветного металла Л90 имеет цинка меньше 39% то структуру состоящую из зерен a-фазы и называются однофазными. Микроструктура литой однофазной латуни имеет дендритное строение (рис. 2а). Эта же латунь после холодной обработки давлением и рекристаллизационного отжига, имеет зернистую структуру с наличием двойников (рис. 2б).

Рисунок 2

Литейно-технологические свойства материала Л90.

Механические свойства при Т=20oС материала Л90 .

Физические свойства материала Л90.

5. Неметаллические материалы

Выбран неметаллический материал - Керамика.

Укажите состав и свойства, назначение материала, назовите изготавливаемые из него детали. Опишите строение, применяемую обработку, рабочие характеристики материала, предъявляемые к нему требования, границы применимости.

Керамика -- изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.

В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

Состав:

Состав керамики образован многокомпонентной системой, включающей:

- кристаллическую фазу (более 50%) - химические соединения или твердые растворы;

- стекловидную фазу - прослойки стекла, химический состав которого отличается от химического состава кристаллической фазы;

- газовую фазу - газы, находящиеся в порах.

Свойства керамических изделий зависят как от состава применяемых масс, так и от технологических особенностей их производства.

Керамика необходима там, где требуется высокая устойчивость к внешнему воздействию: высокая температура, истирание, агрессивные среды и т.д. сталь чугун материал керамика

Неизменность структуры и свойств обеспечивают прочные химические связи.

Благодаря уникальности своих свойств керамики получили заслуженное признание в различных отраслях техники.

Физические и механические свойства керамик определяются характером химической связи и кристаллической структурой.

В зависимости от назначения керамики получение заданных свойств изделий достигается подбором сырьевых материалов и добавок и особенностями технологии.

К основным свойствам относятся плотность, механическая прочность, твердость, пористость, термическая стойкость, химическая устойчивость, огнеупорность, белизна, просвечиваемость, скорость распространения звуковых волн.

Применения:

- Применение керамики в промышленности или как её ещё называют - техническая керамика занимает, как ни странно это звучит, одну из главенствующих областей её применения. - Магнитные материалы . Информационные накопители используемые для хранения информации - магнитные диски, ленты, платы. Так же микроволновая техника, магниты электродвигателей, настроечные приборы, видео- и звукозаписывающие головки - Биокерамика -- Зубная и ортопедическая имплантация используется для «ремонта» костных тканей в случае их частичной утраты. -Броня. Бронежилеты для защиты человеческого тела -Оконные материалы. кристаллическая керамика -- намного более прочный материал чем стекло - Атомная энергетика - Датчики и пускатели. Керамические датчики способны реагировать и таким образом обнаруживать малые содержания газов - сероводород, кислород, окись углерода, окись азота

Строение:

По характеру строения керамику подразделяют на грубую и тонкую. Изделия грубой керамики (гончарные изделия, кирпич, черепица) имеют пористый крупнозернистый черепок неоднородной структуры, окрашенный естественными примесями в желтовато-коричневые цвета. Тонкокерамические изделия отличаются тонкозернистым белым или светлоокрашенным, спекшимся или мелкопористым черепком однородной структуры.

Применяемая обработка:

Традиционно керамика применялась для обработки чугунов и обработки закаленных сталей в благоприятных условиях. Современная керамика позволяет обрабатывать твердые материалы в неблагоприятных условиях (например, при черновом прерывистом резании), существенно повысить эффективность обработки современных труднообрабатываемых чугунов, а также вывести на новый уровень производительности обработку жаропрочных сплавов.

Оксидно-карбидная (смешанная, черная) керамика на основе Al2O3 с добавками предназначена для чистовой, получистовой и прерывистой обработки ковких, высокопрочных, отбеленных, модифицированных чугунов, сталей, закаленных до 30-65 HRC. Керамические режущие пластины на основе Al2O3-TiC очень устойчивы к воздействию высоких температур. Уменьшенная пластическая деформация обеспечивают широкий диапазон использования, в том числе для чистовой обработки закаленных материалов.

Характеристики керамических материалов

Список используемой литературы

1. http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/search/?gvid=

2. http://www.profprokat.ru/content/view/766/7

3. http://prom-metal.ru/marochnik/stal-splav-korroziino-stoikie/koroziino-stoikaya-garoprochnaya/20H13

4. http://splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=1036

5. http://studopedia.net/9_73137_svoystva-keramiki.html

6. http://keramoblog.com/interesnye-fakty-o-gline/texnicheskaya-keramika-primenenie-keramiki-v-promyshlennosti/

7. http://stanko-lid.ru/article/sovremennaya-rezhushaya-keramika.html

8. http://www.rauschert.com.ua/characteristics/

Размещено на Allbest.ru