Контрольная работа по "Материаловедению"

Пермский национальный исследовательский 

политехнический университет

 

Кафедра нефтегазовых технологий

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 по материаловедению  и ТКМ

Вариант №15

 

 

 

 

Выполнил: студент гр..

Проверил: преподаватель 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

Вопрос №1. Пластмассы. Классификация пластмасс по виду наполнителя, по отношению к нагреву, по назначению. Типовые термопластичные и термореактивные пластмассы.

Пластмассами (пластиками) называют искусственные материалы, получаемых на основе органических полимерных связующих веществ. Эти материалы способны при нагреве смягчаться. Становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать заданную форму, которая затем сохраняется, в зависимости от природы связующего переход от формованной массы в твердое состояние совершается или при дальнейшем ее нагреве, или при последующем охлаждении.

 

Классификация пластмасс по виду наполнителя

Порошковые	Волокнистые	Слоистые	Газонаполненные
В качестве наполнителя древесная мука, графит, тальк и др.	В качестве наполнителя  очесы хлопка и льна (волокниты), стеклянное волокно (стекловолокниты), асбест (асбестоволокниты)	В качестве наполнителя хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые ткани в текстолите, стеклотекстолите и асбестотекстолите, древесный шпон в древесно-слоистых пластиках	В качестве наполнителя воздух или нейтральные газы (пенопласты и поропласты).

 

Классификация пластмасс по отношению к нагреву

Термореактивные	Термопластичные
В качестве связующего вещества выступают преимущественно фенолформальдегидные и эпоксидные смолы. Они под действием тепла и давления переходят в необратимое неплавкое и нерастворимое состояние и при дальнейшем нагревании не размягчаются.	В данных пластмассах используются смолы. По сравнению с реактивными они под действием повышенной температуры размягчаются, сохраняя свою плавкость и растворимость при повторном формовании.

 

Классификация пластмасс  по назначению

Силовые	Несиловые
Конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные.	Оптически прозрачные, химически стойкие, электроизоляционные, теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные, вспомогательные.

 

Типовые термопластичные  пластмассы

Термопластичные пластмассы делят на неполярные и полярные.

Типовыми представителями неполярных пластмасс являются:

  1) Полиэтилен (-СН₂–СН₂-)_n - продукт полимеризации этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. Длительно полиэтилен можно применять при температуре 60-100⁰С. Морозостойкость достигает –70⁰С и ниже. Недостатком полиэтилена является его подверженность к старению.

2) Пропилен (-СН₂-СН=СН-)_n является производной полиэтилена, он содержит значительное количество стереорегулярной структуры. Он более жесткий, обладает теплостойкостью до 150⁰С. Недостатком полипропилена является его невысокая морозостойкость (от -10 до –20⁰С)

3) Полистирол (-СН₂–СНС₆Н₅-)_n - твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензоле. Недостатком полистирола является его невысокая теплостойкость, склонность к старению, образованию трещин.

4) Фторопласт–4 (-СF₂-CF₂-) _n – является аморфно-кристаллическим полимером. До температуры 250⁰С скорость кристаллизации мала и не влияет на ее механические свойства, поэтому длительно эксплуатировать фторопласт-4 можно до 250⁰С. Разрушение происходит при температурах выше 415⁰С. При весьма низких температурах (до – 269⁰С) пластик не охрупчивается. Коррозионностоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Это наиболее высококачественный диэлектрик.  Недостатком фторопласта-4 является хладнотекучесть (результат рекристаллизации), выделение токсичного фтора при высокой температуре и трудность его переработки (вследствие отсутствия пластичности).

Типовыми представителями  полярных пластмасс являются:

1) Фторопласт–3 (-CF₂–CFCl-)_n – полимер трифторхлортилена. Введение хлора нарушает симметрию звеньев молекул, и полимер становится полярным. При этом снижаются диэлектрические свойства, но появляется пластичность, и облегчается переработка материала в изделия. Интервал рабочих температур от 105 до -70⁰С. При температуре 315⁰С начинается термическое разрушение. Хладнотекучесть проявляется слабее, чем у фторопласта–4.

2) Органическое стекло – это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метаакриловой кислот. Отличается высокой атмосферной стойкостью. При температуре 80⁰С органическое стекло начинает размягчаться. При температуре 105 – 150⁰С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные изделия. Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеродных топлив и смазочных материалов. Недостатком органического стекла является невысокая поверхностная твердость.

3) Поливинилхлорид является аморфным полимером с химической формулой      (-СН₂–СНСl-)_n. Пластмасса имеет хорошие электроизоляционные характеристики, стойки к химикатам, не поддерживают горение, атмосферостойкие. Не пластифицированный поливинилхлорид называют винипластом. Винипласты имеют высокую прочность и упругость. Недостатком этого материала является низкая длительная прочность и низкая рабочая температура (не выше 60–70⁰С) под нагрузкой, большой коэффициент линейного расширения, хрупкость при низких температурах.

4) Полиамиды - эта группа пластмасс с известным названием капрон, нейлон, анид и др. Полиамиды – кристаллизующиеся полимеры. Отдельные цепочки макромолекул располагаются таким образом, что между группами, принадлежащими различным цепочкам, возникает водородная связь, повышающая температуру плавления до 210–264⁰С, и способствует образованию регулярной структуры. При одноосной ориентации получаются полиамидные волокна, нити, пленки. Они имеют низкий коэффициент трения, продолжительное время могут работать на истирание. Кроме того, полиамиды ударопрочны и способны поглощать вибрацию. Стойки к щелочам, бензину, спирту. К недостаткам полиамидов относятся некоторая гигроскопичность и подверженность к старению вследствие окисляемости при переработке.

5) Полиуретаны содержат уретановую группу (-NH-COO-). Кислород в молекулярной цепи сообщает полимерам гибкость, эластичность. Им присуща высокая атмосферостойкость и морозостойкость (от –60 до –70⁰С). Верхний температурный предел составляет 120-170⁰С.

Типовые термореактивные  пластмассы

В качестве связующих  веществ применяют термореактивные  смолы, в которые иногда вводятся пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители. Основным требованием к связующим веществам являются высокая клеящая способность (адгезия), высокие теплостойкость, химическая стойкость и электроизоляционные свойства, простота технологической переработки, небольшая усадка и отсутствие токсичности.

Смола склеивает как  отдельные слои наполнителя, так  и элементарные волокна и воспринимает нагрузку одновременно с ними, поэтому связующее вещество после отвердения должна обладать достаточной прочностью на отрыв при расслаивании материала. Для обеспечении высокой адгезии, связующее вещество должно быть полярным. Необходимо, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения связующего и наполнителя были близки по величине.

В зависимости от формы  частиц наполнителя термореактивные пластмассы можно подразделить на следующие группы: порошковые, волокнистые и слоистые.

Пластмассы с порошковыми  наполнителями. В качестве наполнителя  применяют органические (древесная  мука) и минеральные (молотый кварц, асбест, слюда, графит) порошки.

Свойства порошковых пластмасс характеризуются изотропностью, невысокой механической прочностью и низкой ударной вязкостью, удовлетворительными  электроизоляционными показателями. Их применяют для несиловых конструкционных  и электроизоляционных деталей.

Минеральные наполнители  придают пластмассе водостойкость, химическую стойкость, повышенные электроизоляционные  свойства.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями. К этой группе пластмасс  относят волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты.

Волокниты представляют собой композиты из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного фенолформальдегидным связующим. По сравнению с пресс порошками они имеют несколько повышенную ударную вязкость.

Асбоволокниты содержат в качестве наполнителя асбест. Связующим служит в основном фенолоформальдегидная смола. Преимущество асбоволокнитов является повышенная теплостойкость (свыше 200⁰С), устойчивость к кислым средам и высокие фрикционные свойства.

Стекловолокниты - это  композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя. В качестве наполнителя применяют непрерывное или короткое стекловолокно. Прочность волокна резко возрастает с уменьшением его диаметра.

Слоистые пластмассы. Слоистые пластмассы являются силовыми конструкционными и поделочными материалами. Листовые наполнители, уложенные слоями придают пластику анизатропность.

Гетинакс получается на основе модифицированных фенольных, анилиноформальдегидных и карбамидных  смол и различных сортов бумаги. По назначению гетинакс подразделяют на электротехнический и декоративный.

Текстолит (связующие - термореактивные  смолы, наполнитель – хлопчатобумажные ткани) среди слоистых пластиков  обладает наибольшей способностью поглощать  вибрационные нагрузки, хорошо сопротивляться раскалыванию.

Древеснослоитые пластики (ДСП) состоят из тонких листов древесного шпона, пропитанных феноло-крезольно-формальдегидными смолами и спрессованных в  виде листов и плит. Они имеют  высокие физико-механические свойства, низкий коэффициент трения и с успехом заменяет текстолит.

Асботекстолит содержит 38-43% связующего, остальное асбестовая ткань. Он является конструкционным, фрикционным и  термоизоляционным материалом. Асботекстолит  выдерживает высокие температуры  и поэтому применяются в качестве теплозащитного и теплоизоляционного материала (в течение 1 – 4 часов выдерживает температуру 250-500⁰С и кратковременно 3000⁰С и выше).

В стеклотекстолитах применяют  в качестве наполнителя стеклянные ткани. Стеклотекстолит на фенолформальдегидном связывающем (типа КАСТ) недостаточно вибропрочен, но зато по сравнению с обычным текстолитом он более теплостоек и имеет более высокие электроизоляционные свойства. Эпоксидные связующие (ЭД-8, ЭД-10) обеспечивают стеклотекстолитам наиболее высокие механические свойства и позволяют изготовлять крупногабаритные детали.

 

 

 

Вопрос 2. Термическая обработка сталей. Отжиг и нормализация. Сущность процессов и практическое назначение.

Термической обработкой (термообработкой) называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутренней структуры.

 Так как основными  параметрами термической обработки  являются температура и время,  то любой процесс термообработки может быть представлен графиком в координатах “температура-время”. Если термическая обработка состоит только из одной операции (нагрев-выдержка-охлаждение), то она называется простой, а если из нескольких операций - сложной.

Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, отпуск, старение, закалка.

Для получения мелкозернистой структуры, устранения химической и  структурной неоднородности, уменьшения внутренних напряжений, понижения твердости  стали для облегчения механической обработки производят отжиг и нормализацию.

 

Существуют различные  виды отжига, характеризующиеся режимами нагрева и охлаждения.

1.Полный отжиг определяется  нагревом стали на 30-50^oC выше линии GOS, выдержкой при этой температуре и последующим медленным охлаждением. Полный отжиг стали применяется для получения однородной мелкозернистой структуры, понижения твердости, повышения пластичности. Этому виду отжига подвергаются стали до механической обработки.

2.Неполный (ускоренный) отжиг  состоит из нагрева стали на 30-50^oC выше линии PSK, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения. Неполный отжиг применяется для снятия внутренних напряжений и улучшения механической обработки.