Контрольная работа по "Металлургии"

Задание 19

Несовершенства  строения реальных кристаллов металлов (вакансии, дислокации)и их влияние на свойства металлов.

Технические металлы состоят из большого количества кристаллов (зерен), т.е. являются поликристаллическими. Кристаллы в поликристаллическом металле не имеют правильной формы и идеально правильного расположения атомов. В них встречаются различного рода несовершенства кристаллического строения, которые оказывают большое влияние на свойства. Увеличение количества дефектов кристаллического строения способствует повышению прочности реальных кристаллов.

Различают следующие несовершенства кристаллического строения – точечные, линейные и  поверхностные.

Точечные несовершенства малы во всех трех измерениях. К ним относят вакансии, междоузельные (дислоцированные) атомы (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема точечных несовершенств кристалла:

а – междоузельный (дислоцированный) атом, б – вакансия  

Образование точечных несовершенств связано с диффузионным перемещением атомов под действием тепловых колебаний.

Процесс диффузии в кристаллическом теле возрастает с увеличением температуры. Под влиянием тепловых колебаний отдельные атомы с повышенной кинетической энергией покидают свои места в узлах решетки и выходят в междоузлия решетки или на поверхность металла. Атом, вышедший из равновесного положения в междоузлие, называют дислоцированным или междоузельным, а образовавшееся в узле решетки свободное место – «дыркой» или вакансией. С повышением температуры металла число вакансий растет.

Точечные  дефекты оказывают значительное влияние на некоторые физические свойства металлов (электропроводность, магнитные свойства и т.д.) и на фазовые превращения в металлах и сплавах.

Линейные несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями. Различают краевые, винтовые и смешанные дислокации.

Рисунок 2 – Схема краевой дислокации в кристаллической решетке 

На  рисунке 2 показана краевая дислокация, представляющая собой местное искажение кристаллической решетки, причиной которой явилась лишняя полуплоскость атомов, так называемая экстраплоскость. Для краевой дислокации характерно, что направление движения перпендикулярно линии дислокации.

Дислокации  образуются в процессе кристаллизации, но главным образом при деформации металла. Дислокации в металле распределены неравномерно. Плотность дислокаций на границах зерен выше, чем в самих зернах.

Плотность дислокаций в кристалле определяется как среднее число линий дислокаций, пересекающих внутри тела площадку площадью 1 м², или как суммарная длина линий дислокаций в объеме 1 м³:

 (см^-2; м^-2) 
 
 

Плотность дислокации в значительной мере определяет пластичность и прочность материала (рисунок3).

Рисунок 3 – Влияние плотности дислокаций на прочность   

Поверхностные, или плоские, несовершенства малы только в одном измерении и велики в двух в двух других измерениях. К ним относятся границы зерен (кристаллитов) и блоков мозаики (субзерен).

Зерна металла разориентированы относительно друг от друга на величину от нескольких долей градуса (малоугловые границы) до нескольких градусов или нескольких десятков градусов (высокоугловые границы).

Граница между отдельными зернами представляет собой тонкую переходную зону (5-10 атомных  диаметров) с максимальным нарушением порядка в расположении атомов (рисунок 4).

Рисунок 4 – Модель размещения атомов в объеме и на границе зерна  

Это нарушение усугубляется концентрацией  на этих участках различного рода посторонних примесей. Зерна металлов не являются однородными и состоят из мозаики однородных блоков (субзерен) размерами 10^-5-10^-3 см. Блоки повернуты по отношению друг к другу на угол от нескольких секунд до нескольких минут. В пределах каждого блока решетка почти идеальна, если не принимать во внимание точечные дефекты. Атомы, расположенные на границах зерен, обладают повышенной энергией вследствие нескомпенсированности сил межатомного взаимодействия. Это обстоятельство приводит к тому, что многие процессы развиваются или осуществляются на границах зерен и субзерен.

С увеличением угла разориентации субзерен и уменьшением их величины плотность дислокаций в металле повышается, соответствующим образом изменяются и свойства (рисунок 3).

Задание 82

Высокочастотные магнитные материалы  и требования, предъявляемые  к ним.

       Эти материалы должны работать на  частотах выше сотен Гц или тысяч Гц.

       Основное  требование -  большое удельное сопротивление.

1. Магнитодиэлектрики – материалы, состоящие из ферромагнитной основы (наполнитель) и связующего вещества.

       Наполнитель:

1. Карбонильное железо
2. Альсифер

       (порошок  с размерами частиц 0,5 – 500 мкм)

       Связующие:

1. Фенолформальдегидная или эпоксидная смола
2. Полистирол

       Достоинства:

1. Высокое удельное сопротивление ρ_V = 10¹² – 10¹⁴ Ом м
2. Высокая температурная стабильность магнитных свойств.

       Недостатки:

1. Низкие магнитные свойства из-за введения диэлектрика μ_нач = 10 – 250.
2. Старение диэлектрической связки, что ариводит к уменьшению ρ_V.

       Применение

       Сердечники  для катушек индуктивности фильтров, частотомеров, генераторов и т.д..

Задание 124

Резина. Состав и назначение отдельных компонентов(ингредиентов).Области применения резинотехнических изделий.

Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК),

который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения

физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты). Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

1. Вулканизирующие  вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения — тиурам (тиурамовые резины).

Ускорители  процесса вулканизации; полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов (цинка и др.), называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

2. Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (применяются альдоль, неозон Д и др.). физические Противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

3. Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины.

В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество мягчителей составляет 8—30 % массы каучука.

4. Наполнители  по воздействию на каучук подразделяют  на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа — кремнекислота, оксид цинка и др.) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины. Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат — продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

5. Красители  минеральные или органические  вводят для окраски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Широкое применение РТИ нашли в автомобилестроении (при изготовлении сальников, резиновых  втулок, камер, покрышек, уплотнителей), в нефтегазовой промышленности, а  также при изготовлении товаров  для нужд населения и т.д.

Задание 165

Поперечная  прокатка. Сущность, схема, применение.

    Прокатка – это вид обработки металлов давлением, при котором заготовка силами трения втягивается в зазор между вращающими валками прокатного стана и пластически деформируется ими с уменьшением площади поперечного сечения.

    Прокатке  подвергают до 90 % всей выплавляемой стали  и большую часть цветных металлов.

   При поперечной прокатке валки вращаются в одну сторону, приводя во вращательное движение заготовку.

   

   В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью  специального приспособления. Обжатие  заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни. 

Задание 257

Приведите и поясните основные схемы обработки  заготовок, инструмента  на вертикально-сверлильных  станках.

       

Рис. 1. Работы, выполняемые на сверлильных станках: а — сверление отверстий; б — рассверливание; в — зенкерование; г — растачивание; д — зенкование; е — развертывание; ж — выглаживание; з — нарезание внутренней резьбы; и —цекование 
    • нарезание внутренней резьбы метчиком (рис. 1, з); при использовании комбинированного инструмента получают сложные поверхности; 
    • цекование — подрезание торцов наружных и внутренних приливов и бобышек (рис. 1, и). 
    Этими видами работ не исчерпываются возможности сверлильных станков, на них выполняют и другие операции. 
    При сверлении основными режимами резания являются: подача s; скорость резания V= πDn/1000, м/с (где D — диаметр инструмента, мм, п — частота вращения инструмента, с-1); глубина резания t= 0,5D при сверлении и t= 0,5(D-d) при рассверливании, зенкеровании, развертывании, d — первоначальный диаметр.