Материаловедение. Технология конструкционных материалов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФГБОУ ВПО  «Уральский государственный экономический  университет» 

Центр дистанционного образования 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа

по дисциплине: "Материаловедение. Технология конструкционных материалов" 
 
 
 
 
 
 

Исполнитель: студентка

Направление «Управление качеством»

Группа  Ук-11 Ом

Ф.И.О  Ержигитова Е.А. 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2011 

Вариант 3.

1. В чем состоит  отличие химического  состава простых  и сложных веществ?  Приведите примеры.

    Среди чистых веществ принято различать  простые (состоящие из одного химического  элемента) и сложные (образованы несколькими  химическими элементами) вещества.

    Простые вещества представляют собой формы  существования химических элементов  в свободном виде; каждому элементу соответствует, как правило, несколько  простых веществ (аллотропных форм), которые могут различаться по составу, например атомный кислород O, кислород O2 и озон O3, или по кристаллической  решетке, например алмаз и графит для элемента углерод C. Очевидно, что  простые вещества могут быть одно- и многоатомными.

    Сложные вещества иначе называются химическими  соединениями. Этот термин означает, что  вещества могут быть получены с помощью  химических реакций соединения из простых  веществ (химического синтеза) или  разделены на элементы в свободном  виде (простые вещества) с помощью  химических реакций разложения (химического  анализа).

    Простые вещества представляют собой конечные формы химического разложения сложных  веществ. Сложные вещества, образующиеся из простых веществ, не сохраняют  химические свойства составляющих веществ.

    Примеры:

    

 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Какие свойства  относятся к гидрофизическим? Сравните  водопоглощение древесины, керамического кирпича и гранита. 

    Гидрофизические свойства. Эта группа свойств материалов показывает их отношение к воде. Различают три формы связи  воды с твердыми материалами: химическую, физико-химическую и физико-механическую.

      Наиболее сильная химическая  связь устанавливается в результате  реакций гидратации или при  образовании кристаллогидратов.  Она характерна, например, для гидроксида  кальция Са(ОН)2 или полуводного сульфата кальция Са5О4-0,5Н2О — основных компонентов извести и гипсовых вяжущих. При образовании химической связи вода входит в состав нового вещества и не удаляется при испарении.

      Физико-химическая связь воды  устанавливается в результате  адсорбции или осмоса. При этом  на поверхности материала удерживаются  тонкие слои воды, обладающие  особыми свойствами, приближающимися  к свойствам упругого твердого  тела. Образование адсорбционных  слоев водь! приводит к изменению ряда свойств твердых тел — их пластификации, понижению твердости, набуханию.

      Основная масса физико-механически удержанной воды свободная и сохраняет свои свойства. Этот вид связи наиболее слабый, он разрушается при испарении воды, отжатии ее механическими и другими способами.

      Взаимодействие воды, так же как  и других жидкостей, с поверхностью  твердого тела проявляется в  смачивании, обусловленном силами  молекулярного взаимодействия твердых  тел с жидкостями. Оно вызывает  растекание жидкости по поверхности  и пропитывание пористых тел  и порошков. Смачивают твердую  поверхность только жидкости, которые  уменьшают поверхностное натяжение  на границе с воздухом. Вода, например, смачивает материалы с высокополярной химической связью: бетон, керамику, горные породы и др. Не смачиваются материалы со слабым межмолекулярным взаимодействием в поверхностном слое — многие полимеры, битумы и др.

    Водопоглащение - способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном соприкосновении с ней. Определяется по разности веса материала в водонасыщенном и абсолютно сухом состоянии, и выражается в процентах.

    Водопоглощение различных материалов (% по массе) находится в широких диапазонах: гранит 0,02-0,1; керамический кирпич 8-25; строительная  древесина 10-15. 

    3. Что такое решетки  Браве? Какие типы кристаллических решеток характерны для металлов? 

   Кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

   Элементарная  ячейка – элемент объёма из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.

   Элементарная  ячейка характеризует особенности  строения кристалла. Основными параметрами  кристалла являются:

   ·  размеры рёбер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решётки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определёнными.

   ·  углы между осями ( ).

   ·  координационное число (К) указывает  на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.

   ·  базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.

   ·  плотность упаковки атомов в кристаллической  решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются  как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами  к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной  кубической решетки – 0,74)

   

   Рис.1.1. Схема кристаллической решетки  

   Классификация возможных видов кристаллических  решеток была проведена французским  ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;

   ·  примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;

   ·  базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;

   ·  объемно-центрированный – атомы  занимают вершины ячеек и ее центр;

   ·  гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней

   

   Рис. 1.2. Основные типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная  

   Основными типами кристаллических решёток являются:

1. Объемно - центрированная кубическая (ОЦК), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, )
2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) , атомы рассполагаются в вершинах куба и по центру куждой из 6 граней (Ag, Au, )
3. Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
• простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
• плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).

 

4. Марка стали Ст6сп3

 

   Ст – индекс данной группы стали; цифра 6 - это условный номер марки стали(она более прочная и менее пластичная); сп - указывают степень раскисленности стали( степень спокойности 3);  
 

5. Классификация, маркировка, свойства и применение  конструкционных  сталей 

Введение

Конструкционная сталь представляет собой группы сталей, предназначенных для изготовления строит, конструкций и деталей  машин или механизмов Конструкционная  сталь, применяемая для строит, конструкций, должна обладать хорошей свариваемостью, в связи с чем содержание в ней углерода не должно превышать 0,25%; подразделяется на углеродистую и низколегированную (до 5% легирующих элементов) повышенной прочности, а также в зависимости от назначения — для мостостроения и каркасов высотных зданий.

Конструкционная сталь, используемая в машиностроении, по химическому составу классифицируется на углеродистую и легированную (хромистая, хромоникелевая и др.); по методу изготовления — на деформируемую и литейную; по условиям работы — на конструкционную, жаропрочную, нержавеющую (коррозионностойкую), износостойкую. В зависимости от содержания углерода различают низкоуглеродистую цементуемую сталь (0,1—0,25% С) и так называемую улучшаемую сталь (0,25—0,45% С); для некоторых деталей (например, пружин, рессор) применяется сталь с более высоким содержанием углерода (0,5—0,65% С). По степени легированности сталь для машиностроения делят на низко- (до 5% легирующих элементов), средне- (5—10%) и высоколегированную (более 10%). Детали машин, изготовленные из стали, как правило, подвергают термической обработке. В зависимости от значения и характера воспринимаемых деталью нагрузок к стали предъявляются требования необходимого уровня прочности [sв может достигать 2,5—3 Гн/м2 (250—300 кгс/мм2], пластичности, ударной вязкости, предела выносливости, свариваемости, прокаливаемости и др.

В данном реферате будут рассмотрены вопросы, касающиеся конструкционной стали, ее использованию,классификации,методам обработки и т.д.

Классификация конструкционных сталей 
 

Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности и назначению. 

По химическому  составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. В зависимости от концентрации углерода те и другие подразделяют на низко углеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые низкоуглеродистые (<0,3 % С), среднеуглеродистые  

(0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 %С). 

По назначению стали классифицируют на конструкционные  и инструментальные. Конструкционные  стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин  и приборов. К этим сталям относят  цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и 

горячего (до 200 ?С) деформирования. 

 По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойства стали, а также её технологичность во многом зависят от содержания газов (водорода, кислорода) и вредных примесей - серы и фосфора. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные - углеродистыми и легированными. 

По степени  раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. 

Раскисление - процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации. 

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода  и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.