Билет 1 Конструкционные материалы это материалы, на основе которых изготавливают детали для машин, инженерных сооружений и конструкций.

• Название: Билет 1 Конструкционные материалы это материалы, на основе которых изготавливают детали для машин, инженерных сооружений и конструкций.
• Дата: 04.05.2019
• Размер: 74.77 Kb.
• Имя файла: materialovedenie_vse.docx
• Тип: Документы; #76107
• страница: 3 из 4

Химические свойства.Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.Способы получения медиВ природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды - это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование. Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу. Применение меди.Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).
Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию

2)) Поверхностная индукционная закалка сталей - основана на размещении изделия вблизи источника переменного тока - индуктора. При этом, на металл оказывает воздействии электромагнитное поле, которое возбуждает в металле электродвижущую силу и вызывает прохождение по нему переменного тока с такой же частотой, как и ток индуктора. Ток индуцируется в поверхностном слое детали и вызывает его разогрев.

Пламенная или газопламенная закалка металла. Основана на разогреве поверхности металла газовым пламенем. При таком способе закалки получают закаленные слои глубиной 2-4,5 мм.

Лазерная закалка - основана на использовании лазерного излучения, которое создает на участке поверхности высокие плотности теплового поля. При лазерной закалке обычно получают слой менее 1 мм. Способ закалки в электролите был предложен И. З. Ясногорским. Он основан на пропускании электрического тока напряжением 200-300 вольт через электрическую цепь с анодом (закалочная ванна) и катодом (закаливаемая деталь) в растворе электролита. В качестве электролита применяют 5-16% раствор кальцинированной соды (Na₂CO₃), 10% раствор поваренной соли (NaCl), может применяться раствор карбоната калия (K₂CO₃) или едкий натр (NaOH). Во время процесса, на поверхности детали образуется пароводородная рубашка с максимальным электрическим сопротивлением, которая разогреваясь до почти 1500°C, разогревает деталь до температуры закалки. Непосредственно саму закалку можно осуществлять в том же электролите или другой закалочной среде. Можно использовать закалку в двух средах. Время закалки составляет примерно 5-10 секунд.

3))Долговечность– свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с не обходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется степенью разрушения изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности: 1-ая - не менее 100 лет, 2-ая – не менее 50 лет, 3-я - не менее 20 лет. Долговечность определяется совокупностью физических, механических и химических свойств материала. Ее нужно оценивать применительно к конкретным условиям эксплуатации. О долговечности судят, подвергая материалы испытаниям, которые по возможности воспроизводят воздействия в натуре. Моделирование воздействий среды в условиях лабораторных испытаний достаточно сложная задача. Лабораторные испытания сочетают с натурными испытаниями.Надежность – проявление всех свойств материалов в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт.Ремонтопригодность – свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправности и сохранению заданной технической характеристики в результате предупреждения, выявления и устранения отказов.Сохраняемость - свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость оценивают количественно временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности.
21.1)Пластмассы. Их основы полимеры. Полимеры- высокомолекулярные органические вещ-ва с количеством звеньев более 10 тыс.1.фторопласты-самый скользкий, дорогой, химически стойкий материал (тефлон);2.Капрон;3.Нейлон.2)Превращения в стали при отпуске. Происходит изменение структуры за счет изменения тепла+ хромная энергия напряжений в магнезите закалки.3)Виды взаимодействия компонентов в сплавах. жидкое состояние, твердый раствор, химическое соединение, механическая смесь.

22.1)Бетон и железобетон. Бетон-искусственный каменный материал, состоящий из вяжущего вещества-цемента, воды и песка и тд(М50-М300).ЖБИ- строительный материал, в котором сочетается работа бетона и стали.2)Закалка. Суть, цель, виды. Суть: нагрев- выдержка в печи-быстрое охлаждение. Виды: простая в одном охладителе(жидкость), ступенчатая (соленой расплав +воздух), прерывистая (вода +масло), изотермическая (в горячих расплавах солей или масле).3)Анизотропия и изотропия.анизотропия — разность свойств по объему тела, зависимость свойств от направления. В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные свойства. изотропия — равенство свойств по объему тела. Свойства тела зависят от природы атомов, из которых оно состоит, и от силы взаимодействия между этими атомами.

23.1)Стекло. это аморфные тела, полученные путем переохлаждения расплава, кварцевого песка, известняка, соды и др вспомогательных веществ.2)Отжик, суть, виды. Нагрев-выдержка в печи-медленное охлаждение. Цель: улучшить обрабатывание заготовок резанием и подготовить структуру и последующие закаливание. Применяется для сталей с содержанием С 0,3-0,8%.3) Полиморфизм металлов и сплавов

24.1)Дерево, как используется в технике.2)Отпуск, суть, цель, виды. Нагрев-время в печи-охлаждение (любое). Цель: получить требуемые эксплуатационные свойства. Виды: 1.низкий: t-ра нагрева до 250,время в печи 1-4ч,охлаждение- любое. Рез-т: твердость, износостойкость =55 HRC (режущий и измерительный инструмент).2.Средний: твердость ниже до 50 HRC.(пружины).3. Высокий: t-ра до 680,охлаждение для углеродистый-любое, для легированных-вода, масла. Внутренняя напряженность снижается (валы, оси, детали рабочих органов).3)Строение металлов и сплавов. Кристаллическая, большинство из них имеют идеальную форму ячейки.

25.1)Фрикционные материалы. Материалы, применяемые для изготовления в условиях скольжения, трения. Виды: металлические ( чугуны, стали некоторых марок), неметаллические ( на основе асбеста , связующее вещество служит – каучуки, смолы.)2) Закалка лазерным лучом (особенности).Обеспечивает высокую твердость 65 HR, не требует легирования не вызывает корабление, но медленный процесс.3) Классификация токопроводимых материалов. Клас-я: Проводники (карбиды, сульфиды, нихром, оксиды; полупроводники (карбид кремния, индистимблум, арсенид); диэлектрики (текстолит, слюда, азот, воздух, совол, гексол).

26.1) Порошковые материалы. Из порошков железа разных марок стали+1-3% графита = железографитные. Порошок бронзы + порошок олова + 1-2% графита = бронзографит. 2) Закалка электронным лучом (особенности).Обеспечивается нанесение защитного слоя, скорость охлаждения до 10 К/с. 3) Классификация магнитных материалов. Обладают способностью намагничиваться в слабых магнитных полях и используются в качестве магнитопроводов: сердечники дросселей, трансформаторов и др.

27.1) Порошковые режущие материалы. Изготавливают целиком из режущих твердых сплавов : сверла, фрезы. 2) Закалка латуней. T-ра закалки от 520 3) Хорошие св-ва пластмасс. Хорошо окрашиваются и долго сохраняют цвет, легкость обработки, свариваемость между собой, низкое водопоглащение.

Билет 39

1. Материалы на основе углерода

Виды: уголь, сажа, графит 1 и графит 2, шульгит, карбон, карбин, углеродные нанотрубки, витлаш, графитовый пух, графен, алмазы.

Шелудит – природный аморфный графит

Карбон – нити из углерода прочностью на растяжение 2500

Карбин – углеродные длинные цепочки последовательно, из них делают нити в 50 раз прочнее стали на разрыв и ткут ткани , ленты

Углеродный пух – получают из целюлозы , его прокатывают в тонкие пленки, очень прочные. Используют в микроэлектронике

Графен – 1 слой атома, прочнее стали в 200 раз. По электропроводности превосходит медь в 4 раза

Искусственные алмазы – делают из графита при температуре 1500 и давлении 60 тысяч амтмосфер. Используется для металлообработки как режущий материал. Порошки для шлифования, кристаллы в резцах и буровых инструментах. Бриллианты имеют чистый цвет

2. Мартенсит закалки(суть, характеристика), мартенсит отпуска(суть, характеристика)

Мартенсит стали – перенасыщенный твердый раствор внедрения углерода в альфа-железа, в котором из-за быстрого охлаждения атомы углерода не успели выйти из кристаллической решетки в следствии чего возникло огромное внутреннее напряжение

Мартенсит структура очень твердая и неусточивая.

3. Замечательные пластмассы(плексиглас, кевлар, фторопласт, графен…)

Основа пластмасс – полимер, при этом добавок может быть до 70%

Полимеры = высокомолекулярные органические вещества с количеством звеньев больше 10 тысяч. Их получают полимеризацией(безотходное производство) и поликонденсацией(есть отходы)

Пластмассы делятся на (под действию температуры): термореактивные(реактопласты) и термопластические(термопласты)

Термопласты :

Они могут быть расплавлены многократно и переформированы практически без потери средств.

• 
  Полиэтилен –C2H2- = tраб от -60 до +60 tплав=110
  
• 
  Поливинилхлорид tраб=от -60 до +60
  
• 
  Полипропелен – полипропеленовые трубы на металлической сетке внутри работают до +110
  
• 
  Кремнийорганические tраб = от -60 до 220
  
• 
  Фторопласт tраб – от -250 до 250. Очень дорогой , сейчас самый химически стойкий материал
  

Реактопластами называют полимерные материалы, которые при формовании в конечные изделия проходят необратимую химическую реакцию с образованием сшитой структурной сетки макромолекул (отверждение), в результате которой образуется неплавкий и нерастворимый полимер.

Билет 38

1. Композиты

Композиты = матрица + добавки

Матрица любого материала и в нее добавляют любые добавки для получения нужных свойств

Н-р крылья самолета делают из углеродистых тканей пропитанных термостойкими полимерами (кремний) , их прессуют в изделие и нагревают. Легче стали в 4-5 раз , не накапливают статическое электричество.

2. Причина закалки (почему возможна, что дает)

Суть: нагрев => выдержка в печи => быстрое охлаждение

Целью закалки является получение твердой и износостойкой структуры – мартенсита.

Применяем для получения наилучших результатов закалки , т.е. сталь с углеродом 0.3...0.8 % закаливать полной закалкой, стали с углеродом больше 0.8% неполной.

Стали с углеродом меньше 0.3% нет смысла закаливать на износостойкость, т.к. даже после правильной закалки напильник все равно цепляет. Износостойкости нет(можно закаливать на прочность)

3. Самые химически стойкие пластмассы

Все виды пластмасс, в той или иной степени стойкие к различным агрессивным средам. К наиболее стойким, применяемым для работы в сильноагрессивных средах, следует отнести фторопласт-4, фторо-пласт-3, полиэтилен, полипропилен, винипласт, асбовинил, фенолит и др.

Билет 37

1. Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы нужны для постоянных магнитов. По способу получения и по составу магнитотвердые материалы могут быть литыми, порошковыми и прочими. В их основе лежат сплавы железа, никеля, алюминия и железа, никеля, кобальта.

2. Причина изменения строения и свойств сталей при отпуске

Операция отпуска проводится после закалки стали. Само название этой операции говорит о том, что сталь как бы отпускается из напряженного, закаленного состояния. В результате снижается хрупкость, повышается вязкость и сопротивление ударной нагрузке.

Посмотрим, какие же изменения происходят в закаленной стали при отпуске. Как мы уже видели, структура закаленной стали представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе, что вызывает сильные внутренние напряжения. Вследствие этого атомная решетка искажается, превращаясь из кубической в тетрагональную, а сталь приобретает хрупкость и легко разрушается при ударных нагрузках. Если же устранить внутренние напряжения, то, не снижая прочности и твердости стали, можно уменьшить хрупкость и тем самым существенно улучшить ее эксплуатационные свойства, что и достигается операцией отпуска с нагревом до температуры 150—200°С. Это так называемый низкий отпуск. Что же происходит при низком отпуске? Под действием повышенной температуры атомы углерода приобретают более высокую подвижность и благодаря этому выходят из твердого раствора. Они образуют с атомами железа химическое соединение — карбид Fe2C При этом внутренние напряжения в атомной решетке железа уменьшаются, и в результате снижается хрупкость закаленной стали. Образующиеся карбиды имеют настолько малые размеры, что их невозможно обнаружить с помощью микроскопа, поэтому видимых изменений в микроструктуре после низкого отпуска не наблюдается. Зато свойства стали существенно улучшаются.

Низкий отпуск применяют в тех случаях, когда после закалки необходимо сохранить высокую твердость и износостойкость стали. Для завершения всех процессов, происходящих при низком отпуске, достаточно дать выдержку при температуре 200°С в течение 1 ч. Хотя при этом не весь углерод выходит из раствора, однако продолжение выдержки не дает существенных изменений. Твердость стали после низкого отпуска зависит от содержания в ней углерода. В высокоуглеродистых сталях, содержащих более 0,7% С, она бывает обычно в пределах HRC 59—63.

При повышении температуры отпуска до 200—300°С происходят изменения в структуре: остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит. В легированных сталях это превращение происходит при более высокой температуре. В некоторых высоколегированных сталях, например, в быстрорежущих, которые содержат до 35% остаточного аустенита, превращение его в мартенсит происходит при нагреве свыше 500°С.

При дальнейшем повышении температуры до 300— 400°С в углеродистой закаленной стали полностью завершается процесс выделения углерода из твердого раствора. Карбид Fe2C преобразуется в знакомый нам цементит Fe3C. Иными словами, в результате отпуска при 300—400°С происходит распад мартенсита и образуется структура, состоящая из феррита, в котором будут равномерно распределены мельчайшие кристаллики цементита. Такая структура называется трооститом. Твердость троостита приблизительно HRC 45—50.

При повышении температуры отпуска до 450°С и более происходят существенные изменения как в структуре, так и в свойствах закаленной стали, обусловленные укрупнением цементитных частиц: мелкие частицы как бы сливаются с более крупными. Такой процесс называется коагуляцией цементита. При температуре отпуска свыше 450°С частицы цементита становятся настолько крупными, что их без труда можно различить при наблюдении под микроскопом. Такую ферритно-цементитную структуру, полученную в результате закалки и отпуска при указанной температуре, называют сорбитом. Таким образом, сорбит отличается от троостита только тем, что частицы цементита в нем более крупные. Твердость сорбита приблизительно HRC 30—45.

Если теперь повысить температуру отпуска до 600— 650°С, то частицы цементита укрупнятся настолько, что структура по виду будет приближаться к обычному перлиту, который был до закалки. Тем не менее будут и отличия: перлит, полученный после закалки и отпуска, будет иметь более однородное мелкодисперсное строение. Это способствует улучшению свойств стали, и потому сочетание закалки с высоким отпуском носит название улучшения.

3. Асбетотекстолиты (из чего, применение)

Асбестотекстолит обладает большим сопротивлением трекию. Из асбестотекстолита изготовляют различные прокладки, а также детали тормозных устройств и механизмов сцепления.

Асбестотекстолит получают горячим прессованием асбестовой ткани, пропитанной смолой. Его выпускают в листах толщиной до 11 мм, размерами 900X1400 мм. Асбестотекстолит хорошо поддается механической обработке. Из него изготовляют изоляционные детали, от которых не требуется высокая электрическая прочность, но нужна большая механическая прочность.

Билет 36

1. Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы нужны при большой частоте электрического тока (трансформаторы, твч).

2. Дефекты отпуска

Существует отпускная хрупкость 1ого и 2ого рода и в интервале этих температур(250-350 и 500-550) нельзя делать выдержку в печи

Повышенная твёрдость стали наблюдается в результате отпуска при заниженной температуре или недостаточной выдержке. Повторный отпуск при соблюдении режима обеспечит снижение твердости до требуемого значения.

Снижение твердости и прочности стали при отпуске – результат завышения температуры отпуска. Исправить дефект можно, проведя отжиг, повторную закалку и отпуск, соблюдая параметры режимов термообработки.

При определенной температуре отпуска и скорости охлаждения после отпуска у некоторых сталей снижается ударная вязкость. Это явление называется отпускной хрупкостью. Различают отпускную хрупкость I и II рода.

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске углеродистых доэвтектоидных и легированных сталей в интервале температур 250…400ºС. Причина – более интенсивное выделение карбидов из мартенсита по границам зерна, чем внутри зерна. Устраняется хрупкость I рода отпуском при более высокой температуре или при увеличении выдержки, т.к. в этих случаях структура по сечению зерна выравнивается.

Отпускная хрупкость II рода проявляется при медленном охлаждении сталей, легированных Mn, Cr, Ni после высокого отпуска. Причина – при медленном охлаждении успевают выделиться по границам зерен хрупкие частицы фосфидов, карбидов. Дополнительное легирование стали Mo (0,2…0,3 %) или W (0,6…1%) и быстрое охлаждение (в масле или воде) стали после отпуска позволяют сохранить высокую ударную вязкость.

3. Стеклопластики (стелкотекстолиты)

Стеклопластик представляет собой композиционный материал, в состав которого входит стекловолокно и связующее вещество. Абсолютные значения предела прочности у стеклопластика ниже, чем у стали, но при этом стеклопластик показывает большую удельную прочность. Удельный вес стеклопластика в 3,5 раза меньше, а вес двух равнопрочных конструкций, изготовленных из стеклопластика и из стали, будет отличаться более чем в 2 раза.

Билет 35

1. Изоляторы

Газы: