Основы материаловедения
Рассмотрение основных дефектов стали и методы ее упрочнения обезуглероживанием и порчей теплостойкости. Свойства и область применения полярных термопластических пластмасс (полиамидов, пентонов, поликарбонатов). Характеристика механических свойств латуни.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.01.2012 |
| Размер файла | 531,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Контрольная работа по материаловедению
1. Пружина из стали 75 после правильно выполненной закалки и последующего отпуска имеет твёрдость значительно выше, чем это предусматривается техническими условиями. Чем вызван этот дефект и как можно его исправить? Укажите структуру и твёрдость, которые обеспечивают высокие упругие свойства пружин.
Дефекты и способы их устранения:
1. Недостаточная твердость после отпуска может быть вызвана следующими причинами:
Пониженной температурой закалки (выявляется микроанализом), вследствие чего образуется недостаточно легированный мартенсит.
Низким нагревом при отпуске (эта причина может быть выявлена магнитным анализом). Дефект, возникающий в результате этих причин, устраняется, соответственно, отжигом и последующими правильной закалкой и отпуском или правильным отпуском.
Обезуглероживанием и порчей теплостойкости.
2. Порча теплостойкости возникает в результате очень длительного или многократного нагрева выше Ас1 вследствие обогащения карбидов М6С вольфрамом, что уменьшает их растворимость при закалке, вследствие чего получается недостаточно легированный мартенсит. Выявляется по снижению вторичной твердости или теплостойкости. Данный дефект предотвращается соблюдением определенной области нагрева температур и длительности т.о.
3. Повышается хрупкость. Определяется по излому ? крупнозернистый. Образуется из-за значительного превышения температуры нагрева при закалке или излишне длительной выдержке. Этот брак исправляется также, как и при недостаточной твердости.
4. Нафталинистый излом.
5. Окисление и обезуглероживание.
Упрочнение методами пластической деформации
Местной упрочняющей обработке пластической деформации подвергаются детали различных форм, размеров и назначений, изготовленные из различных конструкционных материалов ? сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов и т. п. Особую группу составляют так называемые, "маложесткие детали" ? панели, профили, дуги, которые требуют повышенного внимания в процессе упрочнения. Такие детали упрочняют на вибрационных, барабанных или дробеструйных установках с последующим доупрочнением отдельных, особо ответственных или неупрочненных участков средствами местного упрочнения. Силовые детали ? цилиндры, балки, коленчатые валы, стойки, рычаги и т. п. ? обычно упрочняются поверхностным наклепом как по всем поверхностям, так и по отдельным, заранее определенным участкам. Наиболее часто местному поверхностному упрочнению подвергаются зоны концентрации напряжений (отверстия, шлицы, резьбы, галтели, пазы); а также участки, недоступные при упрочнении в вибрационных, ударно-барабанных, дробеструйных и других подобных установках, а также места деталей, которые после упрочнения поверхности подвергаются последующей механической обработке, приводящей к частичной потере упрочненного слоя.
В настоящее время достаточно широкое распространение получила классификация поверхностей по группам сложности, подвергаемых местному поверхностному упрочнению:
· 1 группа ? плоскости (сплошные, с вырезами, с выступами).
· 2 группа ? отверстия (прямолинейные и криволинейные, цилиндрические, конусные и фасонные); отверстия круглого и произвольного сечения.
· 3 группа ? сложные поверхности (поверхности двойной кривизны, несквозные глубокие отверстия, окантовки и ребра жесткости, резьбовые и шлицевые поверхности).
· 4 группа ? сопряженные поверхности, пересечения плоских, сложных или цилиндрических поверхностей, пересечения плоской и цилиндрической поверхностей, фаски и скосы.
Как видно из приведенной классификации, поверхности подвергаемые упрочнению, достаточно разнообразны, и поэтому в качестве параметра, определяющего способ и технологию поверхностного упрочнения, принято принимать именно форму изделия и тип упрочняемой поверхности. Еще одним фактором, влияющим на выбор способа упрочняющей обработки, являются требования по шероховатости обработанной поверхности. В зависимости от способа упрочнения шероховатость после упрочнения может или уменьшаться (например, раскатка отверстий), или увеличиваться (например, дробеструйная обработка). Способы поверхностного упрочнения могут быть классифицированы по ряду признаков: по скорости деформирования (статические, динамические и комбинированные); по виду трения в контакте инструмента с деталью (контактное вдавливание, трение скольжения, трение качения, трение качения с проскальзыванием); по условиям трения в контакте с обрабатываемой поверхностью (сухое и со смазкой); по форме деформирующих тел (шарики, ролики, тела произвольной формы); по связи деформирующих тел с источниками энергии и движения (с жесткой связью, с упругой связью, с эластичной связью, с отсутствием связи); по способу передачи энергии деформируемым телам (механический, пневматический, гидравлический, электромагнитный, взрывной, комбинированный). Предложенная классификация способов местного поверхностного упрочнения соответствует требованиям ГОСТ 18296-92 и практически полностью охватывает все способы поверхностного упрочнения деталей. Целесообразность выбора того или иного способа поверхностного упрочнения зависит от ряда факторов формы и геометрических размеров обрабатываемых поверхностей, наличия на предприятии того или иного типа оборудования. Интересные результаты дал метод экспертных оценок (метод анкетирования), результаты которого приведены в работах Б.П. Рыковского и др. На основании анкетирования и применения метода экспертных оценок авторами была предложена схема приоритетности применения того или иного метода для обработки деталей различных групп сложности. Всего ими было проанализировано до 30% от всех типов деталей, подвергающихся поверхностному упрочнению в отечественной промышленности. Предлагаемые методы расположены по порядку, по степени снижения приоритетности для каждой из групп деталей:
· 1 группа ? плоскости ? обработка дробью (дробеструйная обработка и пневмодинамическая обработка), накатывание, выглаживание, центробежная обработка, обработка механическими щетками;
· 2 группа ? отверстия ? раскатывание, дорнование, выглаживание, чеканка, обработка дробью, центробежная обработка;
· 3 группа ? сложные поверхности ? обработка дробью, накатывание, выглаживание, обработка механическими щетками, чеканка;
· 4 группа ? обработка дробью, накатывание, выглаживание, обработка механическими щетками, чеканка.
Интенсивность поверхностной упрочняющей обработки контролируют по изменению физико-механических свойств и состояния поверхностных слоев образцов-свидетелей, изготовленных из тех же материалов, что и обрабатываемый материал. Форма и размеры таких образцов могут быть различны и зависят, в основном, от метода поверхностного упрочнения. Так например, для самого распространенного метода поверхностного упрочнения ? обработки дробью используются плоские пластины, а в качестве параметра, определяющего интенсивность поверхностного упрочнения, принимается величина прогиба обработанной с одной стороны пластины.
Таблица 1. Размеры и величины прогибов образцов-свидетелей при обработке поверхностей деталей дробью
|
Материалы |
Размеры пластины, мм |
Прогиб, мм |
||
|
Длина и ширина |
Толщина |
|||
|
Сталь |
100 ? 19 |
1,3 ± 0,03 |
2,0-3,5 |
|
|
Алюминиевые сплавы |
100 ? 19 |
2,0 ± 0,1 |
1,4-1,6 |
|
|
Титановые сплавы |
100 ? 19 |
1,3 ± 0,03 |
1,2-1,6 |
Интенсивность обработки отверстий контролируют по деформации колец после их разрезки шлифовальным кругом толщиной до 1 мм. Толщина колец зависит от способа упрочняющей обработки. При раскатывании и дорновании исходная толщина колец составляет 10 мм. После упрочняющей обработки кольца протачиваются до толщины в 1,5 мм при внутреннем диаметре кольца до 30 мм или до 2 мм при диаметре свыше 30 мм. При обработке дробью толщина стенки кольца сразу принимается равной конечной и, как правило, не превышает 2 мм. Операция поверхностного упрочнения считается успешно выполненной, если расхождение кольца после разрезки составляет не менее 0,8 мм для отверстий диаметром до 30 мм, не менее 1,4 мм для отверстий диаметром 30-50 мм и не менее 2,5 мм для отверстий диаметром в 50-80 мм.
Выбор метода упрочнения поверхности деталей также зависит от технологической схемы обработки. При этом необходимо проанализировать данные о химическом составе и физико-механических свойствах обрабатываемого материала, требования по точности и шероховатости, предъявляемые к детали, наличия и вида покрытия, необходимой степени поверхностного упрочнения.
Глубина упрочненного ? наклепанного ? слоя также зависит от способа упрочнения. Так при дробеструйной обработке глубина упрочненного слоя достигает 0,7 мм, при обкатке роликами ? до 15 мм.
Поверхностное упрочнение выполняется в качестве заключительной операции на деталях, прошедших механическую и термическую обработку.
Таблица 2. Влияние упрочнения на малоцикловую усталость сталей
|
Способ обработки |
Число циклов до разрушения |
||
|
30ГСНА |
08Х17Т |
||
|
Шлифование |
7400 |
6900 |
|
|
Виброшлифование |
19 100 |
19 700 |
|
|
Вибронаклеп |
21 000 |
20 300 |
|
|
Обдувка дробью |
24 000 |
22 300 |
|
|
Пневмодинамический наклеп |
- |
35 500 |
|
|
Обкатка роликом |
24 500 |
42 000 |
|
|
Обдувка металлическим песком |
12 500 |
11 200 |
· Гладкие образцы, n = 10 циклов в минуту, умах = 1360 МП
2. Для изготовления машинных метчиков и плашек выбрана сталь Р9Ф5. Укажите состав; назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
Сталь Р9Ф5 ? сталь инструментальная быстрорежущая
Таблица 3. Характеристика стали Р9Ф5
|
Марка: |
Р9Ф5 |
|
|
Классификация: |
Сталь инструментальная быстрорежущая |
|
|
Применение: |
для изготовления инструментов простой формы, не требующих больших объемов шлифовальных операций при обработке материалов с повышенными абразивными свойствами; чистовых инструментов простой формы при обработке легированных сталей и сплавов |
Таблица 4. Химический состав в % стали Р9Ф5.
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Mo |
W |
V |
|
|
1.4-1.5 |
До 0.5 |
До 0.4 |
До 0.4 |
До 0.03 |
До 0.03 |
3.8-4.4 |
До 1 |
9-10.5 |
4.3-5.1 |
Таблица 5. Температура критических точек стали Р9Ф5.
|
Ac1=820, Ac3(Acm)=850, Ar1=730 |
||
|
Твердость стали Р9Ф5 после отжига |
HB=269 |
Таблица 6. Физические свойства стали Р9Ф5.
|
T |
E 10-5 |
a106 |
l |
r |
C |
R 109 |
|
|
Град |
МПа |
1/Град |
Вт/(м·град) |
кг/м3 |
Дж/(кг·град) |
Ом·м |
|
|
20 |
8200 |
Таблица 7.Обозначения
|
Физические свойства: |
|||
|
T |
- Температура, при которой получены данные свойства, [Град] |
||
|
E |
- Модуль упругости первого рода , [Мпа] |
||
|
a |
- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 - T ) , [1/Град] |
||
|
l |
- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость стали) , [Вт/(м·град)] |
||
|
r |
- Плотность стали , [кг/м3] |
||
|
C |
- Удельная теплоемкость стали (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)] |
||
|
R |
- Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
Сталь марки Р9Ф5 обладает повышенной износостойкостью, незначительно повышенной красностойкостью и низкой шлифуемостью. Применяется для режущего инструмента отделочных (чистовых) операций, при срезании тонких слоев стружки с незначительным разогревом инструмента. В этих условиях у стали Р9Ф5 особенно высокая износостойкость. Рекомендуется она также для обработки пластических масс, жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана, для обработки стали средней твердости. Сталь марки Р14Ф4 по свойствам занимает промежуточное положение между сталью марок Р9Ф5 и Р18Ф2. Типовые режимы термической обработки инструментов из быстрорежущей стали марок Р18 и Р9.
Предварительная термическая обработка.
1. Заготовки упаковывают в ящики и помещают в печь, разогретую до 500?600°; нагрев до 830?850° со скоростью 200?250° в час; выдержка 2?3 часа. Твердость после отжига НВ 207?255.
2. Нагрев до температуры 830?850° по режиму полного отжига. Охлаждение со скоростью 30?40°/час до 720?750°; изотермическая выдержка 4?6 час, дальнейшее охлаждение до 600?650° в печи со скоростью 40?50°/час, а затем на воздухе. Структура быстрорежущей стали после отжига ? сорбитообразный перлит и избыточные карбиды. Твердость НВ 217?255.
3. Для улучшения чистоты поверхности при резании: 3, 920?950°, м или возд; О, 700?720°, = 2 3 час; твердость НВ 260?270. В структуре литой бысторежущей стали присутствует сложная эвтектика, напоминающая ледебурит. В результате горячей механической обработки (ковки) сетка ледебуритной эвтектики дробится. Для снижения твердости, улучшения обработки резанием и подготовки структуры стали к закалке после ковки быстрорежущую сталь подвергают отжигу при 800 - 860 °С. Для придания теплостойкости стали инструменты подвергают закалке и многократному отпуску (рис. 1).
Рисунок 1. График термической обработки быстрорежущей стали.
Температура закалки быстрорежущей стали принимают в интервале 1200 - 1290 °С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. Однако даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов, примерно 30 - 60 % от имеющихся у различных марок быстрорежущих сталей.
Рисунок 2. Схема микроструктуы быстрорежущих сталей.
а) Литая и отожженная - сорбитообразный перлит + карбиды + ледебуритная эвтектика
б) Горячедеформированная и отожженная - сорбитообразный перлит + карбиды
в) Закаленная - мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды г) Отпущенная - мартенсит отпуска + карбиды.
3. Для изготовления силовых лопаток авиационных газовых турбин выбран сплав ХН77ХЮР (ЭИ437Б). Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Назначьте режим термической обработки и опишите влияние температуры на характеристики жаропрочности этого сплава в сравнении с жаропрочными сталями.
Таблица 8. Сплав ХН77ХЮР (ЭИ437Б).
|
Марка |
Сплав ХН77ТЮР (ЭИ437Б) |
|
|
Классификация |
Сплав жаропрочный |
|
Возможные обозначенияв литературе |
сплав ХН77ТЮР, ХН77ТЮР, ХН77ТЮР-ВД, ЭИ437Б, ЭИ437Б-ВД |
|
|
Заменители |
сплав ХН35ВТЮ |
|
|
Назначение |
||
Сплав ХН77ТЮР применяется: для изготовления дисков, колец, лопаток турбин и других деталей, работающих при температурах до 750 °С.ПримечаниеЖаропрочный сплав на никелевой основе. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации в течение ограниченного времени ? 750 °C. Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде 1050 °C. |
||
Подробные характеристики материала сплав ХН77ТЮР содержатся в марочнике, в котором представлены 1604 марок металлов и сплавов.На примере стали 20 мы можем посмотреть как выглядит подробное отображение характеристик материала в марочнике металлов и сплавов. |
||
|
Обозначения |
||
|
Механические свойства: ?в - Предел кратковременной прочности, [МПа] ?Т - Предел текучести, [МПа] ?0,2 - Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию - 0,2%), [МПа] ?5 - Относительное удлинение при разрыве, [ % ] ? - Относительное сужение, [ % ] KCU - Ударная вязкость, [ кДж / м2] HB - Твердость по Бринеллю, [МПа] HV - Твердость по Виккерсу, [МПа] HSh - Твердость по Шору, [МПа] Физические свойства: T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град] E - Модуль упругости первого рода, [МПа] ? - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град] ? - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] ? - Плотность материала , [кг/м3] C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 200 - T ), [Дж/(кг·град)] R - Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
Таблица 9. Влияние способа выплавки на кратковременную и длительную прочность жаропрочных деформируемых сплавов.
|
Метод выплавки |
Марка сплава |
Длительная прочность |
Кратковременный разрыв |
||||||
|
t,°C |
У кгс/ ммІ |
t, ч |
t,°C |
Ув Кгс/ ммІ |
у |
ш |
|||
|
Открытая плавка в дуговой печи |
ХН77ТЮР. |
700 |
44 |
153 |
700 |
86 |
20 |
25 |
|
|
Вакуумный дуговой переплав |
(ЭИ437Б) |
700 |
44 |
157 |
700 |
85 |
20 |
24 |
|
|
Открытая плавка в дуговой печи |
ХН70ВМТЮ |
850 |
20 |
82 |
800 |
76 |
4,4 |
10.5 |
|
|
Вакуумный дуговой переплав |
(ЭИ617) |
850 |
20 |
114 |
800 |
80 |
10 |
15 |
Жаропрочность - способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.
Жаропрочность - напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется переделом длительной прочности; если время, напряжение и деформация - пределом ползучести.
Ползучесть - явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность - сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.
Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.
Классификация жаропрочных материалов.
Стали и сплавы, предназначенные для работы при повышенных и высоких температурах, должны обладать требуемой жаропрочностью и иметь достаточное сопротивление химическому воздействию газовой среды (жаростойкость) в течение заданного ресурса эксплуатации.
Теперь приведем несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах. По способу производства можно выделить литейные и деформируемые жаропрочные стали и сплавы.
Самой распространенной является классификация по составу и структуре. Стали и сплавы, предназначенные для работы при повышенных и высоких температурах, подразделяют на группы:
теплоустойчивые стали, работающие в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени;
· жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью;
· жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах.
К группе теплоустойчивых сталей относят углеродистые, низколегированные и хромистые стали. Их структура зависит от степени легирования и режима термической обработки стали.
К жаропрочным относят стали аустеиитного класса на хромоникелевой и хромоникельмарганцевой основах с различным дополнительным легированием. Жаропрочные сплавы разделяют по металлу основы: сплавы на основе никеля и кобальта. Эти сплавы чаще всего подразделяют и по способу производства: на деформируемые и литые.
Жаростойкие стали и сплавы разделены на следующие группы: хромоникелевые аустенитные стали и сплавы на хромоникелевой основе, хромокремнистые стали мартенситного класса, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса.
Существуют различные схемы нагружения жаропрочных материалов: статические растягивающие, изгибающие или скручивающие нагрузки, термические нагрузки вследствие изменений температуры, динамические переменные нагрузки различной частоты и амплитуды, динамическое воздействие скоростных газовых потоков на поверхность.
Жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе
В настоящее время сплавы на никелевой основе имеют наибольшее значение в качестве жаропрочных материалов, предназначенных для работы при температурах от 700 да 1100°С. Они применяются при изготовлении деталей ракетнокосмической техники, в газовых турбинах двигателей самолетов, кораблей, энергетических установок, в нефтехимическом оборудовании.
Применяемые никелевые сплавы подразделяют на деформируемые и литые. При создании деформируемых сплавов необходимо обеспечить сплавам достаточную технологическую пластичность при обработке давлением, в том числе при температурах 700-800 °С, а литые сплавы должны иметь удовлетворительные литейные свойства (жидкотекучесть, пористость).
Сплав ХН77ТЮР (ЭИ437Б и ЭИ437БУВД)
Применение - в турбостроении (рабочие лопатки, турбинные диски, кольца и другие детали газовых турбин) для службы при температурах до 750 °С.
Химический состав по ГОСТ 5632-72, ТУ 14-1-402-72, % (по массе):
а) сплава(ЭИ437Б) - 19-22 Cr; 2,4-2,8 Ti; 0,6-1,0 Al; <= 4,0 Fe; <= 0,4 Mn; <= 0,6 Si; <= 0,07 С; <= 0,01 В; <= 0,02 Се; <= 0,007S; <= 0,015 P; остальные никель;
б) сплава ЭИ437БУ - 19-22 Cr; 2,5-2,9 Ti; 0,6-1,0 Al; <= 0,4 Mn; <= 0,6 Si; <= 0,07 C;<= 0,01 B; <= 0,02Ce; <= 0,007 S; <= 0,015P; остальное никель.
Технологические данные:
· сплав выплавляется в открытых дуговых или индукционных печах и с применением вакуумного дугового переплава;
· температура деформации - начало 1180, конец не ниже 900 °С, охлаждение после деформации иа воздухе;
Таблица 10. Технологические данные.
|
Рекомендуемые режимы термической обработки: ХН77ТЮР (ЭИ437Б) - нагрев до 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; старение при 700 или 750 °С, выдержка 16 ч, охлаждение иа воздухе; ХН77ТЮР (ЭИ437БУ) - нагрев до 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; старение при 750 или 775 "С, выдержка 16 ч, охлаждение на воздухе. Жаростойкость сплавов в воздушной среде |
|||
|
t, °С |
ф, ч |
дm, г/(м2·ч) |
|
|
800 |
100 |
0,0387 |
|
|
800 |
200 |
0,0173 |
|
|
900 |
100 |
0,0680 |
|
|
900 |
200 |
0,0510 |
4. Для изготовления ряда деталей в судостроении применяется латунь ЛО70-1. Укажите состав и опишите структуру сплава. Приведите общую характеристику механических свойств сплавов, причины введения олова в данную латунь.
дефект сталь пластмасса латунь
Таблица 11. Характеристика материала ЛО70-1.
|
Марка : |
ЛО70-1 |
|
|
Классификация : |
Латунь, обрабатываемая давлением |
|
|
Применение: |
для изделий высокой коррозионной и эрозионной стойкости |
Таблица 12. Химический состав в % материала ЛО70-1
|
Fe |
P |
Cu |
Pb |
Zn |
Sb |
Bi |
Sn |
Примесей |
|
|
до 0.07 |
до 0.01 |
69 - 71 |
до 0.07 |
27.2 - 30 |
до 0.005 |
до 0.002 |
1 - 1.5 |
всего 0.3 |
Примечание: Zn - основа; процентное содержание Zn дано приблизительно.
Таблица 13. Механические свойства при Т=20oС материала ЛО70-1 .
|
Сортамент |
Размер |
Напр. |
?в |
?T |
?5 |
? |
KCU |
Термообр. |
|
|
мм |
- |
Мпа |
Мпа |
% |
% |
кДж / м2 |
- |
||
|
сплав твердый |
680-750 |
3-5 |
|||||||
|
сплав мягкий |
320-380 |
55-65 |
|||||||
|
Твердость материала ЛО70-1 , сплав твердый |
HB 10 -1 = 145 - 155 Мпа |
||||||||
|
Твердость материала ЛО70-1 , сплав мягкий |
HB 10 -1 = 55 - 65 Мпа |
Таблица 14. Физические свойства материала ЛО70-1 .
|
T |
E 10- 5 |
? 10 6 |
? |
? |
C |
R 10 9 |
|
|
Град |
Мпа |
1/Град |
Вт/(м·град) |
кг/м3 |
Дж/(кг·град) |
Ом·м |
|
|
20 |
1.05 |
117 |
8600 |
72 |
|||
|
100 |
19.7 |
Таблица 15. Коэффициент трения материала ЛО70-1 .
|
Коэффициент трения со смазкой : |
0.0082 |
|
|
Коэффициент трения без смазки : |
0.3 |
Таблица 16. Литейно-технологические свойства материала ЛО70-1 .
|
Температура плавления, °C : |
935 |
|
|
Температура горячей обработки,°C : |
650 - 750 |
|
|
Температура отжига, °C : |
550 - 650 |
Специальные латуни по коррозионной стойкости не уступают меди. Введение в простую латунь алюминия, марганца или никеля повышает стойкость сплава к атмосферной коррозии, а введение кремния - в морской воде.
Латуни широко применяются в качестве материала для труб конденсаторов в паросиловых установках, особенно для корабельных конденсаторов, охлаждаемых быстро протекающей морской водой.
Для простых латуней характерен вид коррозии, который называется обесцинкованием. Латунь на отдельных участках поверхности подвергается специфическому разрушению, в результате которого возникает рыхлый слой меди. Вначале в раствор переходят одновременно цинк и медь. Затем ионы меди вторично выделяются из раствора, а образовавшийся осадок меди, выполняя роль добавочного катода, ускоряет электрохимическую коррозию латуни. В результате в раствор переходят ионы цинка, и с течением времени коррозия распространяется так глубоко, что приводит к образованию сквозных повреждений. Если процесса обесцинкования не происходит, то скорость разрушения латуней в морской воде невелика и составляет 0,008 - 0,01 мм/год.
Для уменьшения обесцинкования латуней сплав дополнительно легируют оловом, никелем, алюминием, а чаще всего мышьяком в количестве 0,001 - 0,012%.
Латуни в условиях эксплуатации склонны к коррозионному растрескиванию. Это явление наблюдается при наличии в атмосфере аммиака или сернистого ангидрида, а также в растворах, содержащих аммиак, комплексные аммиачные или цианистые соли. Дополнительное легирование латуней небольшими добавками кремния (0,5 %) повышает их стойкость к коррозионному растрескиванию. Кремнистые латуни, содержащие не более 1 % Si при 20 % Zn, обладают хорошими механическими и технологическими свойствами.
Для изготовления теплохимических аппаратов чаще всего применяют латуни марок ЛМц58-2 с содержанием марганца 1-2% и ЛО70-1 с содержанием олова 1-1,5 % . Латунь ЛО70-1 стойка в морской воде, поэтому ее называют морской латунью или адмиралтейским металлом.
5. Опишите полярные термопластические пластмассы (полиамиды, пентон, поликарбонаты и др.). Их состав, свойства и область применения.
Полиамиды (ПА) - группа пластмасс выпускаемая промышленностью под торговыми марками: "капрон", "найлон", "анид" и др. Полиамиды применяются для производства изделий всеми способами переработки пластмасс. Наиболее часто - литьем под давлением для выпуска конструкционных деталей и экструзией для получения пленок, труб, стрежней и других профилей. Кроме того, ПА широко применяется в текстильной промышленности для производства волокон, нитей, пряжи, тканей и т.д. В настоящее время на рынке Полиамидов все более существенную роль играет вторичный ПА, который предлагают различные производители компаундов.
В составе макромолекул полимера присутствует амидная связь и метиленовые группы, повторяющиеся от 2 до 10 раз. Полиамиды - кристаллизующиеся полимеры. Свойства различных полиамидов довольно близки. Они являются жесткими материалами с высокой прочностью при разрыве и высокой стойкостью к износу, имеют высокую температуру размягчения и выдерживают стерилизацию паром до 140°С. Полиамиды сохраняет эластичность при низких температурах, так что температурный интервал их использования очень широк. Однако полиамиды отличает довольно высокое водопоглощение. Однако после высушивания первоначальный уровень свойств восстанавливается. В этом отношении лучше ПА-12, у которого водопоглощение меньше, чем у ПА-6 и ПА-6,6. ПА обладают высокой прочностью при ударе и продавливании, легко свариваются высокочастотным методом. ПА обладает очень высокой паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к газам, поэтому их применяют в вакуумной упаковке. На ПА легко наносится печать. Прозрачность ПА-пленок высока, особенно двуосно-ориентированных, блеск также улучшается при ориентации. Электрические и механические свойства материала зависят от влажности окружающей среды. Новейшей разработкой является получение аморфного Полиамида. Он имеет меньшую паропроницаемость по сравнению с кристаллическими полиамидами.
1. Алифатические кристаллизующиеся (гомополимеры и сополимеры)
PA 6 - Полиамид 6, поликапроамид, капрон.
PA 66 - Полиамид 66, полигекса- метиленадипамид.
PA 610 - Полиамид 610, полигекса- метиленсебацинамид.
PA 612 - Полиамид 612.
PA 11 - Полиамид 11, полиундекан- амид.
PA 12 - Полиамид 12, полидодекан- амид.
PA 46 - Полиамид 46.
PA 69 - Полиамид 69.
PA 6/66 (PA 6.66) - Полиамид 6/66 (сополимер).
PA 6/66/610 - Полиамид 6/66/610 (сополимер)
PEBA (TPE-A, TPA) - Термопластичный полиамидный эластомер, полиэфирблокамид.
2. Алифатические аморфные
PA MACM 12 - Полиамид MACM 12.
PA PACM 12 - Полиамид PACM 12.
Полуароматические и ароматические, кристаллизующиеся - (PAA)
PPA (PA 6T, PA 6T/6I, PA 6I/6T, PA 6T/66, PA 66/6T, PA 9T, HTN) - Полифталамиды (полиамиды на основе терефталевой и изофталевой кислот) PA MXD6 - Полиамид MXD6.
Полуароматические и ароматические, аморфные (PAA) PA 6-3-T (PA 63T, PA NDT/INDT) - Полиамид 6-3-T.
3. Стеклонаполненные Полиамиды (Полиамиды КС и Полиамиды ДС)
Полиамиды стеклонаполненные относятся к композиционным материалам, состоящим из полиамидной смолы, наполненной отрезками стеклянных комплексных нитей.
Преимущества: полиамиды стеклонаполненные обладают небольшой плотностью, высокой прочностью, высокой прочностью к ударным нагрузкам, хорошей масло- и бензостойкостью, низким коэффициентом трения и неплохими диэлектрическими показателями.
Применение: стеклонаполненные полиамиды перерабатываются в изделия различными методами: простым литьем, литьем под давлением, прессованием и др. методами. Предназначены для изготовления различных изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения.
Стеклонаполненные полиамиды нетоксичны и при нормальных условиях не оказывают вредного воздействия на организм человека.
Примеры получения полиамидов
Аналоги полипептидов можно получить синтетически из w-аминокислот, причем практическое применение находят соединения этого типа, начиная с "полипептида" w-аминокапроновой кислоты. Эти полипептиды (полиамиды) получаются нагреванием циклических лактомов, образующих посредством бекмановской перегруппировки оксидов циклических кетонов:
Из расплава этого полимера капроновой смолы вытягиванием формуют волокно капрон. В принципе этот метод применим для получения гомологов капрона.
Полиамиды можно получать и поликонденсацией самих аминокислот (с отщеплением воды):
Полиамиды указанного типа идут для изготовления синтетического волокна, искусственного меха, кожи и пластмассовых изделий, обладающих большой прочностью и упругостью (типа слоновой кости). Наибольшее распространение получил капрон, в следствии доступности сырья и наличие давно разработанного пути синтеза. Энтант и рильсан обладают преимуществом большой прочности и легкости.
Стеклонаполненная термостабилизированная, ударопрочная полиамидная композиция, стойкая к действию масел и бензина. ПА6-ЛТ-СВУ4 рекомендуется для изготовления корпусных деталей электро- и пневмоинструментов, строительно-отделочных и других машин, работающих в условиях ударных нагрузок и вибраций.
Поликарбонаты - группа термопластов, сложные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных спиртов общей формулы (-O-R-O-CO-)n. Наибольшее промышленное значение имеют ароматические поликарбонаты, в первую очередь, поликарбонат на основе Бисфенола А, благодаря доступности бисфенола А, синтезируемого конденсацией фенола и ацетона.
Методы синтеза
Синтез поликарбоната на основе бисфенола А проводится двумя методами: методом фосгенирования бисфенола А и методом переэтерификации в расплаве диарилкарбонатов бисфенолом А.
В случае переэтерификации в расплаве в качестве исходного сырья используется дифенилкарбонат, реакцию проводят в присутствии щелочных катализаторов (метилат натрия), температуру реакцинной смеси повышают ступенчато от 150 до 300 C, реакцию проводят в вакуумированных реакторах периодического действия при постоянной отгонке выделяющегося в ходе реакции фенола. Полученный расплав поликарбоната охлаждают и гранулируют. Недостатком метода является относительно небольшая молекулярная масса (до 50 КДа) получаемого полимера и его загрязнённость остатками катализатора и продуктов термодеструкции бисфенола А.
Фосгенирование бисфенола А проводят в растворе хлоралканов (обычно - хлористого метилена CH2Cl2) при комнатной температуре, существует две модификации процесса - поликонденсация в растворе и межфазная поликонденсация.
При поликонденсации в растворе в качестве катализатора и основания, связывающего выделяющийся хлороводород используют пиридин, гидрохлорид пиридина, образующийся в ходе реакции, нерастворим в хлористом метилене и по завершении реакции его отделяют фильтрованием. От остаточных количеств пиридина, содержащегося в реакционной смеси, избавляются отмыванием водным раствором кислоты. Поликарбонат высаждают из раствора подходящим кислородсодержащим растворителем (ацетоном и т.п.), что позволяет частично избавиться от остаточных количеств бисфенола А, осадок сушат и гранулируют. Недостатком метода является использование достаточно дорогого пиридина в больших количествах (более 2 молей на моль фосгена).
В случае фосгенирования в условиях межфазного катализа поликонденсация проводится в два этапа: сначала фосгенированием бисфенолята А натрия получают раствор смеси олигомеров, содержащих концевые хлорформиатные -OCOCl и гидроксильные -OH группы, после чего проводят поликонденсацию смеси олигомеров в полимер.
Переработка
При переработке поликарбонатов применяют большинство методов переработки и формовки термопластичных полимеров: литьё под давлением (производство изделий), выдувное литьё (разного рода сосуды), экструзию (производство профилей и плёнок), формовку волокон из расплава. При производстве поликарбонатных плёнок также применяется формовка из растворов - этот метод позволяет получать тонкие плёнки из поликарбонатов высокой молекулярной массы, формовка тонких плёнок из которых затруднена вследствие их высокой вязкости, в качестве растворителя обычно используют метиленхлорид.
Обозначение поликарбонатов различных марок имеет вид:
ПК-[метод переработки][модификаторы в составе]-[ПТР], при этом:
· ПК - поликарбонат
· Рекомендованный метод переработки:
o Л - переработка литьем под давлением
o Э - переработка экструзией
· Модификаторы в составе композиции:
o Т - термостабилизатор
o С - светостабилизатор
o О - краситель
· ПТР - максимальный показатель текучести расплава: 7 или 12 или 18 или 22
В Советском Союзе до начала 90х годов прошлого века выпускался поликарбонат "дифлон", марки:
ПК-1 - высоковязкая марка, ПТР=1?3,5, в дальнейшем заменен на ПК-ЛЭТ-7, в наст. вр. используются высоковязкие марки импортных материалов;
ПК-2 - средневязкая марка, ПТР=3,5?7, в дальнейшем заменен на ПК-ЛТ-10, в наст. вр. используются средневязкие марки импортных материалов;
ПК-3 - низковязкая марка, ПТР=7?12, в дальнейшем заменен на ПК-ЛТ-12, в наст. вр. используются низковязкие марки импортных материалов;
ПК-4 - черный термостабилизированный, в наст. вр. ПК-ЛТ-18ОМ черного цвета;
ПК-5 - медицинского назначения, в наст. вр. используются марки медицинского назначения импортных материалов;
ПК-6 - светотехнического назначения, в наст. вр. по светопропусканию подходят практически любые марки импортных материалов;
ПК-НКС - стеклонаполненный, в дальнейшем заменен на ПК-ЛСВ-30;
ПК-М-1 - повышенные антифрикционные свойства, в наст. вр. используются специальные марки импортных материалов;
ПК-М-2 - повышенная стойкость к растрескиванию и самозатухаемость;
ПК-М-3 - может эксплуатироваться при крайне низких температурах, в наст. вр. используются специальные марки импортных материалов;
ПК-С3, ПК-ОД - самозатухающие с повышенной стойкостью к горению (категория горючести ПВ-0), в наст. вр. ПК-ТС-16ОД;
ПК-ОМ, ПК-ЛТ-12-ОМ, ПК-ЛТО-12 - непрозрачные и полупрозрачные материалы различных цветов, в наст. вр. ПК-ЛТ-18ОМ.
Применение поликарбонатов
Благодаря высокой прочности и ударной вязкости (250--500 кдж/м2) поликарбонаты применяются в качестве конструкционных материалов в различных отраслях промышленности, при этом для улучшения механических свойств применяются и наполненные стекловолокном поликарбонатные композиции.
Благодаря сочетанию высоких механических и оптических качеств монолитный поликарбонат также применяется в качестве материала при изготовлении линз, компакт-дисков и светотехнических изделий; листовой ячеистый поликарбонат применяется в качестве светоппрозрачного материала в строительстве.
Политетрафторэтилемн, тефломн или фторопламст-4 (-C2F4-)n- полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту.
Слово "Тефлон" является зарегистрированной торговой маркой корпорации. Непатентованное название вещества - "политетрафторэтилен" или "фторополимер".
Политетрафторэтилен был открыт в апреле 1938 года 27-летним учёным-химиком Роем Планкеттом, который случайно обнаружил, что закачанный им в баллоны под давлением газообразный тетрафторэтилен спонтанно полимеризовался в белый парафиноподобный порошок. Патент на изобретение тефлона принадлежит американской компании DuPont.
Свойства
Физические:
Тефлон - белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Обладает высокой тепло - и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70 до +270°C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.
Химические
По своей химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.
Применение
Тефлон применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, в медицине, в военных целях, в основном, в качестве покрытий.
Электроника
Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам, полиэтилена или полипропилена, имеет очень низкий коэффициент изменения коэффициента диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры, а также крайне низкими диэлектрическими потерями. Эти свойства, наряду с теплостойкостью, обуславливает его широкое применение в военной и аэрокосмической технике.
Тефлон очень тугоплавок; провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником. Впрочем, недостатком тефлона является высокая холодная текучесть. Если держать провод во фторопластовой изоляции под механической нагрузкой (например, поставить на него ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.
Промышленность
В различных отраслях промышленности волокна, полученные из политетрафторэтилена (тефлон, полифен), нашли широкое применение в качестве высокотемпературных мешочных фильтров, разных типов прокладок, нитей для текстильных тканей, а также в автомобильном оснащении, промышленных фильтрах общего назначения, элементах запорных и регулирующих клапанов, мешалок и насосов, оборудования для фильтрации и разделения.
Смазка
Фторопласт (тефлон) - великолепный антифрикционный материал, с коэффициентом трения скольжения наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Однако из-за мягкости и текучести он неприменим для тяжело нагруженных подшипников и в основном используется в приборостроении.
Известны смазки со введённым в их состав мелкодисперсным фторопластом, их отличает то, что наполнитель, оседая на трущихся металлических поверхностях, позволяет в ряде случаев некоторое время работать механизмам с полностью отказавшей системой смазки, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта.
Из-за низкого трения и несмачиваемости насекомые не способны ползти по тефлоновой стене. В частности, тефлоновая защита применяется при содержании нелетающих насекомых, чтобы они не смогли вылезти наружу.
Пищевая промышленность и быт
Благодаря низкой адгезии, несмачиваемости и термостойкости тефлон в виде покрытия широко применяется для изготовления экструзионных форм и форм для выпечки, а также сковород и кастрюль. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.
Изделия, в производстве которых используется тефлон
· обогревательные лампы
· переносные обогревательные приборы
· пластины утюгов
· покрытия гладильных досок
· конфорки плит
· противень
· электрогриль
· прибор для изготовления попкорна
· кофейники
· скалка (с антиналипающим покрытием)
· машина для выпечки хлеба
· поддоны под вертел или решетку
· формочки для мороженого
· кипятильники
· штопоры
· поверхность кухонной плиты
· кухонная утварь
· кастрюли и сковороды для жарки
· вок (китайские кастрюли для жарки овощей и мяса)
· формы для выпекания
· пресс для горячих бутербродов
· вафельница
· оптические криостаты
· бритвенные лезвия
Уход за посудой с тефлоновым покрытием
Тефлоновое покрытие не обладает большой прочностью, поэтому при приготовлении пищи в такой посуде следует использовать только мягкие - деревянные, пластиковые или покрытые слоем пластика - принадлежности (лопатки, половники и т.п). Посуду с тефлоновым покрытием нужно мыть в тёплой воде мягкой губкой, с добавлением жидкого моющего средства, без использования абразивных губок или чистящих паст.
Опасность тефлона
Сам по себе полимер очень устойчив и инертен в обычных условиях. Однако при нагревании свыше 200°C, политетрафторэтилен разлагается с образованием токсичных продуктов. Кроме того, в производстве и при деструкции полимера, возможно образование перфтороктановой кислоты (сокращённо PFOA, или C-8), которая по-прежнему используется в производстве тефлоновых покрытий.
Однако в январе 2006г. фирма DuPont, единственный производитель PFOA в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий до 2015г, хотя и не обязалась полностью исключить её применение.
Недавно тефлон стали связывать с повышением уровня холестерина и триглицеридов у людей, у животных заметны изменения объемов мозга, печени и селезенки, одновременно рушится эндокринная система, повышается риск рака, бездетности и отставания в развитии. Доказано, что C-8, попадая в организм лабораторных крыс, вызывает у них злокачественные опухоли, может привести к мутациям у потомства и нарушениям иммунной системы. Научные исследования доказали, что выделяемые из тефлона вещества могут увеличить риск ожирения, инсулиновые проблемы, рак щитовидной железы. Кроме того, тефлон угрожает, по крайней мере, девяти видам клеток, которые влияют на работу иммунной системы.
Список использованных источников
1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.- М.: Машиностроение, 1980.
2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка.- М.: Металлургия, 1993.
3. Мозберг Р.К. Материаловедение. - М.: Высшая школа, 1991.
4. Дриц М.Е., Москалева М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. - М.: Высшая школа, 1990.
5. Технология конструкционных материалов/А.М.Дальский, И.А.Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.: Под общ. Ред. А.М.Дальского. - М.: Машиностроение, 1985.
6. Кондратьев Е.Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение. - М.: Колос, 1983.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Состав, классификация пластических масс. Потребительские свойства пластмасс, методы производства, способы переработки. Предупреждение дефектов изделий из термопластических полимеров. Сущность, методы потребительской оценки качества продукции из пластмасс.
курсовая работа [37,2 K], добавлен 16.04.2014Анализ методов выбора стали для упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Характеристика стали и критерии выбора оптимальной стали в зависимости от типа цилиндра: химический состав и свойства, термообработка, нагрев и охлаждение.
курсовая работа [177,7 K], добавлен 26.12.2010Зависимость деформационных свойств пластмасс от температуры. Зависимость прочности полимеров от скорости нагружения. Усталостные свойства пластмасс. Проектирование экономически эффективных изделий из пластмасс. Метод механической обработки заготовок.
реферат [20,9 K], добавлен 29.01.2011Рассмотрение правил проведения макро- и микроанализа металлов и сплавов, определению твердости, исследованию структур и свойств сталей и чугунов, цветных сплавов и пластмасс. Практические вопросы термической и химико-термической обработки металлов.
учебное пособие [4,4 M], добавлен 20.06.2012Процессы, протекающие в стали 45 во время нагрева и охлаждения. Применение стали 55ПП, свойства после термообработки. Выбор марки стали для роликовых подшипников. Обоснование выбора легкого сплава для сложных отливок. Способы упрочнения листового стекла.
контрольная работа [71,5 K], добавлен 01.04.2012Сравнительная характеристика физико-химических, механических и специфических свойств продуктов черной металлургии - чугуна и стали. Виды чугуна, их классификация по структуре и маркировка. Производство стали из чугуна, ее виды, структура и свойства.
реферат [36,1 K], добавлен 16.02.2011Механизмы упрочнения низколегированной стали марки HC420LA. Дисперсионное твердение. Технология производства. Механические свойства высокопрочной низколегированной стали исследуемой марки. Рекомендованный химический состав. Параметры и свойства стали.
контрольная работа [857,4 K], добавлен 16.08.2014Понятие и виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения. Сущность и методику измерения ударной вязкости механических свойств металла. Цементация стали: сущность процесса, структура, свойства и области применения. Титан и его сплавы.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 26.06.2013Методика и основные этапы проведения металлографического анализа сплава латуни Л91. Зарисовка микроструктуры данного сплава на основе меди. Подбор необходимой диаграммы состояния. Зависимость механических свойств с концентрацией меди в сплаве латуни Л91.
лабораторная работа [466,3 K], добавлен 12.01.2010Методика проведения металлографического анализа сплава латуни ЛА77–2. Зарисовка микроструктуры данного сплава на основе меди. Приведение необходимой диаграммы состояния. Зависимость механических свойств с концентрацией меди в сплаве латуни ЛА77–2.
лабораторная работа [824,5 K], добавлен 12.01.2010
