Бураков (5). Контрольная работа по дисциплине Материаловедение Вариант 11
 Скачать 1.32 Mb.
|
|
Задание №3 Дайте полные ответы на вопросы из таблицы 3. Для иллюстрации ответов приведите необходимые графики, таблицы и рисунки. В чем заключается процесс цианирования стали? Цианированием называется процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом с целью повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости изделия. Одновременное присутствие углерода и азота ускоряет их совместную диффузию в поверхностные слои металла. Цианированию подвергают углеродистые и легированные стали. Цианирование производится в жидкой или газовой среде. При жидкостном цианировании используют расплавленные цианистые соли (25% NaCN, 60% NaCl и 15% Na2C03). Цианистые соли натрия (NaCN) при химическом взаимодействии с поверенной солью (NaCl) и содой (Na2С03) разлагаются с выделением активных (атомарных) углерода и азота. Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCN с добавками солей NаCl, BaCl и др. При окислении цианистого натрия образуется атомарный азот и окись углерода: 2NaCNO + O2 -> Na2CO3 + CO + Nат(3.1) При газовом цианировании изделия нагревают в смеси газов, содержащих углерод и азот. Для этой цели используют смесь окиси углерода СО и аммиака NH3. При химическом взаимодействии их образуются активный (атомарный) углерод и азот. Высокотемпературное жидкостное цианирование производится при температурах 800—900°С и дает при выдержке от 5 до 45 мин. глубину цианированного слоя до 0,075—0,10 мм. Такое цианирование проводят в электрических печах-ваннах. Применяемые расплавленные цианистые соли представляют собой сильный яд. В связи с вредностью производства жидкостное цианирование заменяют газовым цианированием, которое может производиться в муфельных электрических печах. Высокотемпературное цианирование – проводится при температуре 800…950 oС, сопровождается преимущественным насыщением стали углеродом до 0,6…1,2 % (жидкостная цементация). Содержание азота в цианированном слое 0,2…0,6 %, толщина слоя 0,15…2 мм. После цианирования изделия подвергаются закалке и низкому отпуску. Окончательная структура цианированного слоя состоит из тонкого слоя карбонитридов Fe2(C, N), а затем азотистый мартенсит. По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование происходит с большей скоростью, приводит к меньшей деформации деталей, обеспечивает большую твердость и сопротивление износу. Низкотемпературное цианирование – проводится при температуре 540…600 oС, сопровождается преимущественным насыщением стали азотом. Проводится для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей, является окончательной обработкой. Нитроцементация – газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака. Состав газа температура процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки. Высокотемпературная нитроцементация проводится при температуре 830…950 oС, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает 56…62 HRC. Например, на ВАЗе 95 % деталей подвергаются нитроцементации. Низкотемпературной нитроцементации подвергают инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (закалки и отпуска). Процесс проводят при температуре 530…570 oС, в течение 1,5…3 часов. Образуется поверхностный слой толщиной 0,02…0,004 мм с твердостью 900…1200 HV. Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью. Задание №4 Расшифруйте состав и определите, к какой группе относится данный сплав (БрОФ7-0,2) по назначению и где используется; зарисуйте и опишите микроструктуру сплава; укажите основные требования, предъявляемые к данному сплаву при его использовании в машиностроении. Бронза оловянная, обрабатываемая давлением, содержит около 7% Sn, 0,2 %Р, остальное - Cu. Применение: прутки, применяемые в различных отраслях промышленности (для шестерен, зубчатых колес, втулок и прокладок высоконагруженных машин). В табл. 4.1 – 4.3 представлен химический состав и некоторые основные свойства сплава БрОФ7-0,2. Таблица 4.1 - Химический состав в % материала БрОФ7-0.2 ГОСТ 5017 – 2006
Таблица 4.2 -Литейно-технологические свойства материала БрОФ7-0.2
Таблица 4.3 -Механические свойства при Т=20 oС материала БрОФ7-0.2
Таблица 4.4 -Физические свойства материала БрОФ7-0.2
Обрабатываемые давлением оловянные бронзы — это трех- и четырехкомпонентные сплавы. Кроме олова (4—8 %) они могут содержать фосфор, цинк и свинец. Добавка фосфора (до 0,4 %) входит в α-раствор и образует частицы фосфида Сu3Р, повышая прочностные и антифрикционные свойства. Цинк (до 4 %) полностью входит в α-раствор и заменяет более дефицитное олово. Свинец практически нерастворим в α-фазе и образует включения, улучшающие обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства. Таким образом, деформируемые оловянные бронзы или полностью однофазные, или содержат в виде включений небольшое количество второй фазы (Cu31Sn8, Cu3P). Задание №5 Опишите способы получения, свойства и применение указанного в таблице 5 материала – поликарбонаты. Поликарбонатом называют целую группу термопластов, имеющую общую формулу и очень обширную сферу использования. За счет того, что поликарбонат имеет хорошую ударную вязкость и обладает высокой степенью прочности, этот материал используют при создании различных конструкций в разных промышленных отраслях. При этом, чтобы улучшить механические свойства поликарбоната, композиции из него обычно наполняют стекловолокном. Поликарбонат широко используется при изготовлении линз, компакт-дисков, а также при строительстве. Из этого материала изготавливают козырьки и навесы, строят заборы, возводят беседки, делают крыши и т. д. В настоящее время, поликарбонаты получают 3-мя способами: 1.Путем переэтерификациидифенилкарбоната в вакууме с добавлением в состав сложных оснований (например, натрия метилата) с повышением температуры ступенчатого характера. Процесс осуществляется в расплаве по периодическому принципу. Полученный вязкий состав удаляют из реактора, охлаждают и гранулируют. Преимущество этого способа заключается в отсутствии растворителя при производстве, а основной недостаток заключается в том, что полученный состав имеет плохое качество, так как в нем присутствуют остатки катализатора. При таком способе невозможно получить состав, который будет иметь молекулярную массу более 5000. 2. Фосгенирование в растворе А-бисфенола в присутствии пиридина при температуре ниже 25° C. В роли растворителя используют состав, содержащий безводные хлорорганические соединения, а в роли регулятора молекулярной массы - состав, содержащий одноатомные фенолы. Преимущество такого метода заключается в том, что все процессы происходят при низких температурах в однородной жидкой фазе, недостаток метода - использование дорогостоящего пиридина. 3. Межфазная поликонденсация фосгена с А-бисфенолом, которая происходит в среде органических растворителей и водных щелочей. Достоинства такого метода заключаются в низкой температурной реакции, в использовании лишь одного органического растворителя, в возможности получить высокий молекулярный вес поликарбоната. Недостатки метода - большие расходы воды при промывке полимера, а значит, и большие объемы сточных вод, загрязняющих окружающую среду. Состав, который содержит поглотитель УФ лучей и поликарбонат стал настоящим изобретением в промышленности. Такой состав стал успешно применяться для изготовления изделий для остекления, создания автобусных остановок, рекламных щитов, стекол автомобилей, перекрытий, гофрированных плит, табличек, защитных экранов, массивных плит, ячеистых плит и ячеистых профилей. Монолитный поликарбонат по внешнему виду напоминает акриловое стекло. По механическим свойствам этот материал не имеет аналогов среди используемых полимерных материалов. Он сочетает в себе прозрачность, хорошую стойкость к ударам и высокую термостойкость. Монолитные листы этого материала некоторые специалисты называют ударопрочным стеклом. Благодаря своей высокой прочности в сочетании с отличными оптическими свойствами, монолитный поликарбонат используется для защитного остекления (при изготовлении щитов, ограждений и защитных экранов для служб правопорядка, при остеклении промышленных и жилых зданий, строительстве больниц, крытых автостоянок, магазинов, объектов сельскохозяйственного назначения, спортивных сооружений и т. д.). Из этого материала делают каски и защитные очки, используют при остеклении самолетов, автобусов, поездов и катеров. Поликарбонат применяют при устройстве зимних садов и веранд, монтаже зенитных фонарей, при изготовлении оборудования для освещения, устройстве защитных барьеров от шума на автострадах, при изготовлении знаков и вывесок. Монолитный поликарбонат считается идеальным материалом для создания элементов с криволинейной формой, которые моно получить путем горячего формования. Благодаря этому материалу, можно создать различные купола с прямоугольным, квадратным или круглым основанием, модульные протяжные световые фонари различной длины, а также отдельные секции больших куполов, которые в диаметре достигают 8-10 м. Многие специалисты считают монолитный поликарбонат уникальным материалом, но для создания горизонтальных перекрытий его используют очень редко. Чаще всего это обусловлено его высокой стоимостью, которая очень сильно превышает стоимость сотового поликарбоната - более популярного материала в строительстве. К тому же сотовый материал обеспечивает большую теплоизоляцию. Поликарбонатным сотовым пластиком называют многослойные ударопрочные пластины из поликарбоната. Сотовый поликарбонат, который широко используется в частном строительстве, представляет собой полимер, профилированный в панели, которые имеют несколько слоев и внутренние продольные ребра жесткости. Получают его методом экструзии, при котором происходит плавление гранул, а затем выдавливание полученной массы через специальное устройство, форма которого определяет конструкцию и строение листа. За последние годы сотовый поликарбонат набрал большую популярность. Изначально этот материал был разработан для создания устойчивых к снеговым нагрузкам и градобитию кровельных конструкций - прозрачных, прочных и вместе с тем легких. Сегодня его используют не только для вертикального и кровельного остекления домов и зданий, а для создания парников, теплиц, зимних садов, витрин, различных декоративных и защитных, профильных и плоских перегородок, а также для создания различных элементов, имеющих внутреннюю подсветку. Правильно подобранный цвет материала и фантазия дизайнеров обеспечат разнообразие декораций создаваемых интерьеров. Сотовый поликарбонат согласно европейской классификации относят к классу В1 - это трудно воспламеняемые материалы. При его применении в строительных конструкциях соблюдают те же строительные правила и нормы, которые соблюдаются при использовании материалов указанной выше степени возгораемости. Листы поликарбоната обладают высокой стойкостью к перепадам температур от -40 до +120 °С и к негативным воздействиям солнечной радиации. Иногда материал покрывают специальным неотделимым защитным слоем от ультрафиолетового излучения или слоем, который предотвращает образование капель на внутренней поверхности панели (в этом случае влага распределяется тонким слоем по поверхности листа, тем самым не нарушая светопропускную способность материала). Гарантийный срок службы материала - 10-12 лет. Одним из важнейших свойств материала является его очень высокая ударная прочность. Поликарбонат, в отличие от силикатного стекла и других органических стекол, не дает осколков. При достаточно мощном ударе материал может лишь треснуть. Вязкость материала позволяет ему при резких ударах деформироваться. Трещина может появиться лишь при нагрузке, которая превышает его деформационный порог. Крыши из сотового поликарбоната выдерживают град диаметром 20 мм. Материал настолько прочен, что выдерживает даже прямое попадание пули. Существует очень мало материалов, которые по физическим показателям могут сравниться с поликарбонатом. Его смело можно применять для создания прочной кровли у себя дома. Поликарбонат очень легок, при одинаковой толщине, он в 16 раз легче силикатного стекла и в 6 раз - акрилового. Следовательно, опорные конструкции для него строятся менее мощные. Однако такая легкость может быть и недостатком: при неграмотном монтаже навеса, он способен улететь от сильного ветра. На самом деле поликарбонатная панель может выдерживать довольно большие снеговые и ветровые нагрузки. Несущую способность материала определяет его толщина. Поликарбонат является пожаробезопасным материалом. Критические температуры, при которых он начинает терять свою прочность, находится вне пределов эксплуатационных температур. Материал характеризуется низким коэффициентом горючести. Он не воспламеняется в открытом огне и не способствует распространению пламени. При пожаре он плавится и стекает волокнистыми нитками. Процесс горения при этом не поддерживается, а при плавлении не выделяется токсических веществ. Поликарбонат имеет отличные оптические свойства. Его светопроницаемость достигает 93%, однако ячеистая конструкция способна снизить оптические свойства до 85%. Светопроницаемость снижается за счет наличия в конструкции поперечных ребер жесткости. Однако эти же перегородки, отражая свет, компенсируют часть потерянной светопроницаемости и обеспечивают хорошую степень рассеивания. Это свойство делает поликарбонат очень подходящим материалом для строительства теплиц и парников. Благодаря ему в теплицу поступает более мягкий солнечный свет, что очень благотворно влияет на жизнедеятельность тепличных растений. Поликарбонат - износостойкий материал. Его внешняя оболочка отфильтровывает ультрафиолетовый спектр солнечных лучей, тем самым продлевая срок службы самого материала. Он не стареет и не теряет первоначальной прочности на протяжении 30 лет. Поликарбонат имеет высокий коэффициент поглощения шума и не проводит электричество. Конструкции с ячеистой структурой имеют отличные теплоизоляционные свойства. |