Контрольная работа по "Материаловедение"

По содержанию углерода:

- малоуглеродистые (0,025ч0,25%С);

- среднеуглеродистые (0,25ч0,6%С);

- высокоуглеродистые (> 0,6%С).

По качеству:

- обыкновенного качества  ( <0,05%S; <0,04%Р);

- качественные ( <0,04%S; <0,035%Р);

- высококачественные ( <0,03%S; <0,03%Р).

Качество сталей определяется содержанием в них вредных примесей: серы и фосфора.

Конструкционные стали изготавливают обыкновенного качества и качественными; инструментальные стали - качественными и высококачественными.

Углеродистая сталь обыкновенного качества выпускается виде заготовок с установок непрерывной разливки труб, штамповок, ленты, проволоки следующих марок: СтО, Ст1кп, Ст1пс, Ст2кп и т.д.

Буквы Ст обозначают сталь, цифры – условный номер марки и не указывают массовое содержание углерода. Индексы означают: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.

Углеродистая качественная сталь выпускается марок 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс и т.д. Цифры в марке означают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента. Из этой стали делают ответственные детали машин и механизмов, штамповки, калиброванные прутки, серебрянку – светлые, круглые прутки точных размеров со специальной отделкой поверхности.

Углеродистая инструментальная сталь выпускается следующих марок:

качественная – У7, У8, У9 и т.д. до У13

высококачественная – У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А и У13А.

Цифры стоящие после буквы У (углеродистая инструментальная), указывают содержание углерода в десятых долях процента (например, в стали У7 содержится 0,7% С); буква Г – повышенное содержание марганца; буква А указывает, что сталь высококачественная. Инструментальную сталь используют для изготовления режущих, измерительных и других инструментов (зубил, молотков, отверток, ножей, ножниц, сверл, хирургических инструментов и др.).  В высококачественной стали содержится меньше серы, фосфора и других вредных примесей. Она лучше сопротивляется действию ударных нагрузок, имеет большую прочность.

Автоматная сталь ( с повышенным содержанием серы и фосфора) – углеродистая сталь специального назначения – маркируют буквой А, после которой следует цифра, показывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента; буква Г – повышенное содержание марганца, Например, А12, А20, А30, А35, А40Г. Так как сера и фосфор придают стали хрупкость, поэтому она идет на изготовление малоответственных деталей, главным образом крепежных (втулки, болты и др.)

Области применения углеродистых качественных конструкционных сталей.

05кп, 08, 08кп, 08ю – детали  изготавливаемые холодной штамповкой  и глубокой вытяжкой (кузова, крылья  автомобилей, топливные баки, змеевики, элементы сварных конструкций);

10, 15 – используют для  деталей не испытывающих высоких нагрузок: кулачковые валики, рычаги, оси, втулки, болты, гайки, заклепки, муфты.

20, 25 – крепежный материал, соединительные муфты, шпиндели, толкатели  клапанов, пальцы рессор, рамы и  другие детали автотракторного  с/х машиностроения.

30, 35 – слабонагруженные  оси, валы различных машин и механизмов, шпиндели, шестерни, рычаги, звездочки, кольца, шатуны.

40, 45, 50 – средненагруженные  оси, валы, шестерни, втулки, коленчатые  валы, плунжеры, фрикционные диски.

60, 65, 70, 75, 80, 85 – пружины, рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные  валки, ж/д рельсы, крановые колеса.

Из автоматных сталей изготавливают болты, гайки, винты, детали сложной конфигурации на станках автоматах.

Инструментальные стали используют после термической обработки.

Вопрос 8. Алюминиевые сплавы: классификация, свойства, маркировка, область применения.

Алюминий – металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 660 оС, имеет плотность 2,7 г/см3, хорошо проводит электрический ток и тепло – четвертое место после серебра, меди и золота.

Для повышения механических и технологических свойств алюминий легируют медью, марганцем (Мц), магнием (Мг), кремнием и др. элементами [50]. В зависимости от технологии получения заготовок и назначения алюминиевые сплавы делятся на группы и подгруппы:

Классификация алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы	σв, МПа	δ, %
Деформируемые	Дуралюмины: Д1, Д16	490–540	14–11
Авиаль: АВ	260–380	15–12
Высокопрочные сплавы: В95, В96	560–670	8–7
Ковочные сплавы: АК6, АК8	300–480	12–10
Деформируемые сплавы: АМц, АМг2, … АМг6	130–400	23–10
Жаропрочные деформируемые сплавы: Д20, АК4-1	400–430	12–13
Литейные	Жаропрочные литейные сплавы: АЛ1, АЛ21, АЛ33	210–280	0,6–2
Литейные сплавы: АЛ2, АЛ4, … АЛ19, АЛ27	180–360	2–18

 

 

Алюминиевые сплавы имеют ограниченную жаропрочность, сравнительно низкую жесткость, примерно в 6–12 раз дороже рядовой стали и поэтому не могут вытеснить сталь и чугун из наиболее ответственных и массовых конструкций.

Деформируемые сплавы поставляются в виде листов, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штамповок.

Литейные сплавы, предназначенные для фасонного литья, как правило, поставляются в виде чушек.

Благодаря высокой удельной прочности, коррозионной стойкости, технологичности алюминиевые сплавы нашли широкое применение в авиации, ракето-, судо- и автостроении, строительстве и др. отраслях хозяйства. Так, например, из дуралюминов, авиаля, высокопрочных и ковочных сплавов изготавливают обшивки, шпангоуты, силовые каркасы, лопасти винтов и др. ответственные конструкции самолетов, ракет, вагонов и автомобилей[51].

Из жаропрочных сплавов, работающих при температуре до 300 оС, изготавливают поршни, головки цилиндров, лопатки и диски турбореактивных двигателей, обшивки сверхзвуковых самолетов и т. п.

Литейные сплавы и, в частности, силумины – сплавы на основе алюминия и кремния (АЛ2, АЛ4, АЛ9) отличаются высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и технологичностью (хорошо льются и обрабатываются резанием). Из них вместо чугуна изготавливают мелкие и крупные нагруженные детали – корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей и т.п.

Большинство деформируемых и литейных сплавов может быть подвергнуто упрочняющей термической обработке путем закалки и искусственного или естественного старения.

К не упрочняемым термической обработкой относятся деформируемые сплавы алюминия с марганцем и магнием (АМц, АМг2, … АМг6). Эти сплавы, хотя и обладают пониженной прочностью, но зато легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка и т. д.), хорошо свариваются, имеют повышенную коррозионную стойкость и по этим причинам для средненагруженных конструкций (рамы и кузова вагонов, палубные надстройки морских и речных судов, баки для горючего, лифты, узлы подъемных кранов, строительные конструкции и др.).

Вопрос 9. Особенности строения и свойства полимеров.

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов - звеньев, соединенных в цепочки химическими связями, в количестве, достаточном для возникновения специфических свойств. К специфическим свойствам следует отнести следующие способности:

• способность к значительным механическим обратимым высокоэластическим деформациям;
• к образованию анизотропных структур;
• к образованию высоковязких растворов при взаимодействии с растворителем;
• к резкому изменению свойств при добавлении ничтожных добавок низкомолекулярных веществ.

Приведенные физико-химические особенности можно объяснить исходя из представления о строении полимеров. Говоря о строении следует подразумевать элементный состав вещества, порядок связи атомов, природу связей, наличие межмолекулярных взаимодействий. Характерным для полимеров является наличие длинных цепных молекул с резким различием характера связей вдоль цепи и между цепями. Особенно следует отметить, что нет изолированных цепных молекул. Молекула полимера всегда находится во взаимодействии с окружающей средой, могущей иметь как полимерный характер (случай чистого полимера), так и характер обычной жидкости (разбавленные растворы полимеров). Поэтому для характеристики полимера не достаточно указания типа связей вдоль цепи - необходимо еще иметь сведения о природе межмолекулярного взаимодействия. Следует иметь в виду, что характерные свойства полимеров могут быть реализованы только тогда, когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия любого происхождения. Именно в этом и состоит основная особенность строения полимерных тел. Поэтому можно утверждать, что весь комплекс аномальных свойств полимеров определяется наличием линейных цепных молекул с относительно слабым межмолекулярным взаимодействием. Разветвление этих молекул или соединение их в сетку вносит некоторые изменения в комплекс свойств, но не меняет положения дел по существу до тех пор, пока остаются достаточно длинные цепные линейные отрезки. Напротив, утрата цепного строения молекул при образовании из них глобул или густых сеток приводит к полной утрате всего комплекса характерных для полимеров свойств.

Следствием вышеуказанного является возникновение гибкости цепной молекулы. Она заключается в её способность изменять форму под влиянием теплового движения звеньев или внешнего поля, в которое помещен полимер. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. В реальных молекулах полимеров валентные углы имеют вполне определённую величину, а звенья расположены не произвольно, и положение каждого последующего звена оказывается зависимым от положения предыдущего.

Полимеры, у которых наблюдаются достаточно интенсивные крутильные колебания, называются гибкоцепными, а полимеры, у которых повороты одной части цепи относительно другой затруднены - жесткоцепными.

Значит, молекулы могут вращаться и изменять своё строение без разрыва химических связей, образуя различные конформации, под которыми понимают различные пространственные формы молекулы, возникающие при изменении относительной ориентации отдельных её частей в результате внутреннего вращения атомов или групп атомов вокруг простых связей, изгиба связей и др.

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Материаловедение / Б.Н.Арзамасов, В.И.Макарова, Г.Г.Мухин и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.

2. Абраимов, Н.В., Елисеев В.С., Крылов В.В. Авиационное материало-ведение и технология обработки металлов / Под ред. Н.В. Абраимова. М., 2010.

3. Геллер, Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 2009.

4. Лахтин, Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990.

5. Материаловедение и технология металлов / Г.П.Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова М.: Высш. школа, 2001.