Лекции по "Материаловедению"

трудно  обрабатывается  резанием.  Гл.  свойство:  высокая  износостойкость.

Чугун  хрупкий.  Редко  применяется  в  машиностроении.   Используется   при

изготовлении жерновов на мельнице, прокатные  валки  на  прокатных  станках,

изгороди делают из этого чугуна. Если  отливка  небольшая  (до  10  кг),  то

образуется белый чугун при быстром охлаждении.

35. Отбелённые чугуны.

Отбелённый чугун имеет в  сердцевине  структуру  серого  или  высокопрочного

чугуна, а в поверхностном слое повышенной твёрдости (HB450-550) –  ледебурит

и  перлит.  Это  создаёт  высокую   износостойкость,   но   резко   ухудшает

обрабатываемость  резанием.  Отбелённый  чугун  используют  в   ограниченных

пределах для  деталей  простой  формы,  получающих  чистую  поверхность  при

литье,  выполняемом  отливкой  в  металлические  кокили,  т.е.  в   условиях

ускоренного охлаждения поверхностных слоёв.

36. Чугуны с графитом. Классификация. Области применения.

В зависимости от формы графитовых включений: серый  на  ферритной,  феррито-

перлитной и ферритной основах – пластинчатый графит,  ковкий  на  ферритной,

феррито-перлитной и ферритной основах – хлопьевидный  графит,  высокопрочный

– шаровидный графит. Лучшие литейные свойства по сравнению со сталью.  Более

низкая температура  плавления  и  окончание  кристаллизации  при  постоянной

температуре  (образование  эвтектики)  обеспечивают  не  только  удобство  в

работе,  но  и  лучшие  жидкотекучесть  и  заполняемость  формы.   Описанные

преимущества чугуна делают его  ценным  конструкционным  материалом,  широко

применяемым  в  деталях  машин,  когда  детали  не  испытывают  значительных

растягивающих и ударных нагрузок.

37. Серые чугуны: применение в промышленности.

Название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет.  Структуры:

П (0,8% C) +Гр, П + Ф (меньше 0,8% C)+Гр, Ф +Гр (весь углерод,  имеющийся  в

сплаве,  присутствует  в  форме   графита).   Графит   пластинчатой   формы.

Графитовые включения можно считать в первом  приближении  просто  пустотами,

трещинами. Чем больше в чугуне графита, тем ниже его механические  свойства,

чем  грубее  включения  графита,  тем  больше  они  разобщают  металлическую

основу, тем хуже свойства чугуна. При  растягивающих  нагрузках  облегчается

образование  очагов  разрушения  по  концам  графитных   включений.   Ценный

конструкционный  материал,  широко  применяемый  в  деталях  машин,  главным

образом тогда, когда они не испытывают значительных растягивающих и  ударных

нагрузок.

38. Высокопрочный чугун.

Включения в виде  шаровидного  графита.  У  него  более  высокая  прочность.

Маркировка: ВЧ 45-12 (макс. Ф),  ВЧ  60-5  (макс.  П),  45  и  60  –  предел

прочности, 12 и 5 – относительное удлинение (до 15). Эти чугуны  пластичные.

Это литейный сплав. Чугун прочнее  стали.  Магний  (Mg)  добавляется  в  эти

чугуны  в   расплавленном   виде,   часто   Mg   возгорается   и   получение

сопровождается взрывами. Mg вводится для образования шариков.  Шарики  более

компактны, концентраторов напряжения мало.

39. Ковкий чугун. Способы получения. Структура и свойства.

Включения графита в виде хлопьев.  Получается  такой  чугун  в  две  стадии:

получение  белого  чугуна  (отливка  до  10   кг),   графитизирующий   отжиг

(томление). Углерода в  ковком  чугуне  2,4-2,8%.  Графитизированный  ковкий

чугун  плавят  в  электропечах.  Получили  ферритовый  ковкий  чугун,  более

пластичный. На П+Ф-основе. Если закончился процесс  графитизации  при  725°,

по получаем перлитный ковкий чугун (более прочный).

40. Сплавы на основе меди. Латуни. Структура и свойства.

Медь:   tплавления   =   1084°C,   низкий   коэффициент   трения,    высокая

электропроводность, высокая теплопроводность,  высокая  устойчивость  против

коррозии, низкая прочность ?В ? 25 кгс/мм2, пластичность высокая  ?  =  40%.

Сплавы меди. Создание сплавов  приводит  к  повышению  прочности,  улучшению

коррозионной прочности и снижению температуры плавления. Zn явл.  легирующим

компонентом. Сплавы Cu с Zn – латуни. Бронзы – сплавы  с  др.  компонентами.

Al + Cu – алюминиевые бронзы, Be + Cu – бериллиевые, Sn + Cu, …  Особенности

влияния компонентов на структуру.

[pic] л.к. – легирующий компонент, х.с. – хим. соединение. Если  полиморфные

превращения,  значит  перекристаллизация.  I  Сплавы  –   твёрдые   растворы

(однофазные  сплавы,  высокая  прочность   +   высокая   пластичность),   II

Механические смеси (? + х.с. – двухфазные:  более  высокая  прочность),  III

Хим. соединения (хрупкие) – редко исп. В промышленности.

41. Сплавы на медной основе, латуни Л-80 и ЛС-59-1.

Сплав меди с цинком (латуни).

[pic] ? – тв. р-р Zn в меди, ? и ?' - хим. соединения, ?' -  более  хрупкое.

Сплавы, в которых много ? и ?', плохо  деформируются,  поэтому  используются

как литейные. Для кованных  и  литых  сплавов  весной  и  осенью  (влажность

высокая)  образуются  трещины  на  поверхности.  Сезонное  растрескивание  –

коррозия под действием влаги и напряжения (наклёп + влага). Стараются  снять

наклёп,  сделать  нагрев  выше   tкр,   порядка   300°C,   тогда   сезонного

растрескивания не возникнет. Изменение свойств латуни.

[pic] Латуни:  1)  красные  латуни,  самые  дорогие,  цинк  –  жёлтый,  медь

красная, красные латуни не подвержены  сезонному  растрескиванию,  Л80  (80%

Cu),  самовары  делают  из  красной  латуни;  2)  сплавы,  характеризующиеся

пластичностью; 3) латуни с высокой прочностью, автоматные (изг. на  станках-

автоматах), обладают хорошей  обрабатываемостью  резанием,  ЛС-59-1  (латунь

свинцовая с 59% Cu и 1% Pb), самые дешёвые; 4) сложные латуни.

42. Бронзы. Строение и свойства. Области применения.

Бронзы  –  сплавы  с  др.  компонентами.  Al  +  Cu  –  алюминиевые  бронзы,

используются в судостроении, авиации, в  виде  лент,  листов,  проволоки  их

применяют для упругих элементов, в частности для токоведущих  пружин.  Be  +

Cu – бериллиевые, используются в изделиях небольшого сечения  в  виде  лент,

проволоки  для  пружин,  мембран,  сильфонов  и  контактов  в  электрических

машинах, аппаратах и приборах. Sn + Cu  –  оловянные,  применяют  для  литых

деталей сложной формы. Si + Cu – кремнистые, применяют для арматуры и труб.

43. Сплавы на медной основе. Оловянные бронзы.

Оловянные бронзы – сплавы на основе меди + олово.

[pic]

Влияние олова на сплавы меди. Олово улучшает литейные  св-ва,  т.к.  снижает

температуру плавления, образуется  эвтектика,  которая  уменьшает  ликвацию.

Олово уменьшает коэффициент  усадки,  можно  сделать  художественное  литьё.

Много пор у оловянной бронзы, поэтому плохо  работает  под  давлением  пара.

Эти  сплавы  коррозионно-стойкие,  используются  в  судостроении.  Оловянная

бронза с течением  времени  темнеет,  поэтому  из  них  часто  изготавливают

украшения.  Низкий  коэффициент  трения.  Есть  однофазные   (5-6%   Sn)   и

двухфазные (>8% Sn). Из однофазной бронзы изготавливают медные монеты,  т.к.

у  них  высокая  пластичность  и  хорошая   коррозионная   стойкость.   Чаще

используются двухфазные бронзы, их используют  для  подшипников  скольжения.

БрОФ-10-1 (бронза оловянно-фосфорная, 10% олова,  1%  фосфора),  БрОЦС-5-5-5

(с цинком свинцовая).

44. Деформируемые сплавы на основе алюминия.

Алюминий: лёгкий металл,  имеет  малый  удельный  вес  2,7  г/см3,  обладает

высокой электропроводностью, высокой  коррозионной  стойкостью,  температура

плавления - 658°C, теплостойкость невысока, дешёвый, добывается из  бакситов

Al2O3, мех. св-ва низкие, ?В = 6 кгс/мм2, ? = 40%  (малопрочный  металл,  но

пластичный). Сплавы алюминия делятся на  две  группы:  легко  обрабатываемые

давлением  (дуралюминий)  –  деформируемые  сплавы  и  силумины  –  литейные

сплавы. Дуралюминий – сплав Al с Cu (Cu ?  4%).  Al-основа,  также  вводятся

Mg, Si, Fe  ? 1% каждого.  Дуралюминий  может  быть  упрочнён  в  результате

дисперсионного твердения.

45. Сплавы на  основе  алюминия.  Литейные  алюминиевые  сплавы.  Структура,

свойства и назначение в промышленности.

К литейным сплавам относятся силумины – это сплавы Al и кремния.  Их  основу

составляют эвтектические сплавы.

[pic] Обычно в литейных сплавах силуминах содержится  12-13%  Si.  Структура

этих сталей при охлаждении состоит из грубой  эвтектики  [Al+Si]  и  хрупких

зёрен Si. Для устранения данного явления  эти  сплавы  модифицируют  натрием

или смесью  [?NaF+?NaCl].  Модификаторы  замедляют  кристаллизацию  хрупкого

кремния   и   понижают   температуру   образования   эвтектики,   делая   её

мелкозернистой.  В  результате  этого  сплавы   с   12-13%   Si   становятся

доэвтектическими. Структура таких сплавов состоит из Al+э,  эвтектика  будет

мелкозернистой. В результате такого модифицирования повышаются  механические

свойства. До модифицирования ?В = 130 МПа, ? = 3%, после – ?В = 180  МПа,  ?

= 8%. Низкая жидкотекучесть. Из  этих  сплавов  возможно  получение  отливок

сложной  формы.  Обозначение:  АЛ2  (самый   распространённый,   алюминиевый

литейный, 2 – номер по ГОСТу), АЛ3, АЛ4(+Mg+Mn), АЛ6, АЛ9 (+Mg+Mn).

46.  Полимеры.  Типы  межатомных   связей.   Структура   термопластичных   и

термореактивных полимеров. Реакции образования полимеров.

Полимеры –  это  сложные  высокомолекулярные  соединения.  У  полимеров  нет

определённой температуры плавления. Отличие  в  степени  насыщения.  Предела

насыщения не существует. Полимеры обладают очень высокой вязкостью,  высокой

молекулярной массой.  Полимеры  –  это  макромолекулы,  которые  состоят  из

большого числа небольших молекул, которые называются мономерами. Бутадиен  –

мономер. Бутадиен + … + бутадиен (4000 раз)  >  полибутадиен  (искусственный

каучук) [–CH2–CH=CH–(–n)CH2–], n – степень полимеризации. Полимеры  получают

либо полимеризацией, либо поликонденсацией.  Процесс,  при  котором  полимер

получается   вследствие   соединения   мономеров   друг   с   другом,   наз.

полимеризацией.  Поликонденсация   -  это  процесс  образования  полимера  в

результате  хим.  реакции  исходных  веществ  с  получением   нового   в-ва,

структура  которого  отличается  от  исходной.  Термопласты,  при  повышении

температуры размягчаются, им придаётся опред. форма, которую  они  сохраняют

при  охлаждении,  получаются  полимеризацией.  Реактопласты,  при  повышении

температуры претерпевают хим. изменения и  превращение  в  неплавкую  массу,

получаются  полимеризацией  и  поликонденсацией.   Полимеры   по   структуре

макромолекул: [pic][pic].

47. Механические свойства полимеров. Состояние аморфной фазы  и  её  влияние

на свойства. Ориентационное упрочнение.

Свойства полимеров  определяются:  природой  мономера,  молекулярной  массой

полимера,  структурой  полимера  (кристаллический   полимер   или   аморфный

полимер), температурой нагрева. Есть пластическое и хрупкое разрушение.

Фазовые  переходы  аморфных  полимеров:  стеклообразное   состояние   >   (t

стеклования) высокоэластическое состояние (каучук) > (t  текучести)  расплав

полимера. В стеклообразном состоянии полимеры не обладают ни  сегментальной,

ни молекулярной подвижностью.  Это  состояние  хар-ся  только  колебательным

движением  атомов.  Стеклообразное  состояние  –  это  твёрдое   и   хрупкое

состояние. В высокоэластическом  состоянии  полимер  обладает  сегментальной

подвижностью, при  этом  сегменты  цепи  обладают  значительной  свободой  в

движении,  но  в  то  же  время  перемещение   макромолекул   запрещено.   В

высокоэластическом состоянии полимеры похожи на  жидкости  с  включёнными  в

них твёрдоподобными областями. Это  состояние  хар-ся  высокой  вязкостью  и

претерпевает вязко-упругую деформацию. t  перехода  из  стеклообр.  сост.  в

высокоэласт. наз. t стеклования. При дальнейшем нагревании полимер  начинает

течь. t, при которой происходит  переход  из  высокоэласт.  сост.  в  вязко-

текучее, наз. t текучести. Из-за отсутствия в  полимерах  истинной  кристал.

решётки процесса плавления как такового в аморфных полимерах не существует.

Ориентационное  упрочнение  справедливо  как  для  аморфных,   так   и   для

кристаллических  полимеров.  Оно  состоит  в  том,  что  все   макромолекулы

ориентированы в  одном  направлении  и  имеют  в  этом  направлении  большую

прочность и больший модуль упругости (E,  МПа,  хар-ет  жёсткость  системы).

Оно  достигается  вытяжкой  либо  в   одном   направлении,   либо   в   двух

направлениях.

48. Старение полимеров.

Старение  полимеров  –  это  самопроизвольное,  необратимое  изменение  св-в

полимера   вследствие   разрушения   межмолекулярных   связей   в   цепочках

макромолекул.  При  старении  происходят  реакции,  вызывающие:   деструкцию

(разложение) полимера, структурные изменения (увелич. хрупкость,  уменьшение

прочности, понижение  эластичности).  При  ионизирующем  излучении  или  под

действием света процессы  деструкции  ускоряются.  Для  замедления  старения

вводят стабилизаторы.

49. Пластмассы. Классификация и состав пластических масс.

Пластмассы  –  это  органические  вещества,  связующими   которых   являются

полимеры. Они состоят из: 1) связующее (матрица) - полимеры; 2)  наполнители

(низкомолекулярные  в-ва),  их  вводят  для   придания   специальных   св-в:

понижения усадки, повышения мех. св-в (твёрдость HB, ?В,  ?Т).  Наполнители:

порошковые   (сажа,   графит,   древесная   мука),    волокниты    (волокна,

стекловолокна, асбоволокна),  слоистые  (геминакс,  текстолит),  стеклоткань