Контрольная работа по «Теории конструкционных материалов»

Контрольная работа по «Теории  конструкционных материалов».

 

 

1. Железо и сплавы на его основе.

 

Все металлы и образованные из них  сплавы делят на две группы: чёрные и цветные.

К чёрным металлам относятся железо и сплавы на его основе – стали  и чугуны, остальные металлы являются цветными.

Чугуны в зависимости от состава  и структуры подразделяются на серые ( углерод в виде цементита и  свободного графита) и белые ( углерод  в виде цементита). В зависимости  от формы графита и условий  его образования различают: серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Принято называть чугунами железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2%С, а сталями, соответственно – менее 2%С. Стали можно подразделить на две основные группы – углеродистые и легированные.

 В углеродистой стали свойства зависят от количества углерода и они квалифицируются на низкоуглеродистые, средне – и высокоуглеродистые.

Легированные стали содержат специально вводимые элементы для получения  заданных свойств. По степени легированности стали подразделяются на низколегированные, средне – и высоколегированные. Классификация сталей по качеству основывается на содержании вредных примесей серы и фосфора. Различают углеродистую сталь обыкновенного качества, сталь качественную конструкционную и сталь высококачественную.

По назначению стали подразделяются на три группы: конструкционные, инструментальные и особыми свойствами.

Конструкционные углеродистые стали  содержат углерод в кол-ве 0,2-0,7%, стали  содержащие углерод в пределах 0,7-1,5%, используют для изготовления режущего и ударного инструмента. К группе сталей и сплавов с особыми свойствами относятся коррозионностойкие, нержавеющие и кислотоупорные, жаропрочные и жаростойкие стали.

 

 

2. Полимерные материалы в технике.

 

Все металлические материалы, как известно, чаще всего теряют прочность в областях, прилежащих к сварным швам и местам спайки. Причиной этого является изменение строения материала в зоне сплавления. К тому же коррозионное поведение сварного шва часто иное, чем у основного материала.

Этих проблем не возникает при склеивании. Более того, можно склеить друг с другом такие материалы, которые неспособны соединяться с помощью сварки. Так, широкое применение находит склеивание свинца с нелегированной сталью, легированной стали с нелегированной, стали с латунью. Так как полимерные клеи образуют непроводящий электроизоляционный слой, то ими можно соединять даже материалы с большой разностью потенциалов, которые в обычных условиях подвержены контактной коррозии. Особенно заслуживает внимания склеивание металлов с полимерными материалами в электротехнике и машиностроении.

В строительстве особенно широко применяется  эпоксидная смола для соединения пали с бетоном и бетона с бетоном.

    Свыше 30% производимых  пластмасс используется в машино- и аппаратостроении в качестве  конструкционных материалов. 

Уплотнения всех видов, зубчатые колеса с осями и втулками, дисковые кулачки, осевые и радиальные колеса, элементы сцепления, подшипники скольжения, катушки  зубчатых передач и многие другие профильные детали оказались весьма эффективными в эксплуатации. Большая жесткость, способность точно сохранять заданные размеры, хорошее скольжение и износостойкость -достоинства, которые обеспечивают многофункциональность внедряемых полимерных материалов.

В химической промышленности, значение полимеров определяется их высокой коррозионной стойкостью. При температуре до 100 °С и умеренных механических нагрузках имеются благоприятные предпосылки для замены высоколегированных сталей полимерными материалами. Поливинилхлорид, полиэтилен высокого давления, полипропилен, полибутен, политетрафторэтилен и стеклопластики-наиболее интересные в этом отношении материалы. Для конструкций, на которые вместе с механическими нагрузками действует агрессивная среда, особенно важную роль играют стеклопластики на основе термопластичных смол. 

Благодаря стойкости  к истиранию, химической инертности и легкости обработки в каждом конкретном случае может быть достигнута экономия, которая складывается из уменьшения затрат на поддержание установок в исправности и увеличения длительности и безопасности их эксплуатации по сравнению с аналогичными из металлических или других материалов.

 

 

3. Законы механики в технике.

 

Законы механики –  это мощное средство, позволяющее  глубоко проникнуть в мир техники. С помощью математики и механики учёные и инженеры решают многие практические задачи: проектируют и строят здания и мосты, каналы и плотины, шахты и туннели, водопроводы и нефтепроводы, автомобили и тепловозы, экскаваторы, бурильные станки и многое другое.

    Законы Ньютона позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предсказывать траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных транспортных средств (движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

Примером проявления закона сохранения импульса является реактивное движение. Очень широко применяется в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космических кораблей).

Механизация прочно вошла  в нашу жизнь: подъемные краны, экскаваторы, бульдозеры, путеукладчики, различные сельскохозяйственные и другие машины применяет сейчас человек для облегчения своего труда. В самой машиностроительной промышленности многие работы сейчас производятся на автоматических станках и линиях почти без участия людей.

Все многочисленные машины — от самых простых до чрезвычайно  сложных — рассчитываются по законам  Ньютона, и правильная эксплуатация их также требует знания этих законов.

 

4. Современные проблемы энергетики.

 

Энергетика - это та отрасль  производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления  энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран

третьего мира), поэтому  важно получить ответы на следующие  вопросы:

·         какое влияние на биосферу и отдельные  ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

·         можно ли уменьшить отрицательное  воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

·         каковы возможности производства энергии  за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее время  энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топ-дива, воды и атомного ядра.

Энергия воды и атомная  энергия используются человеком  после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае

высвобождение энергии  из органического топлива связано с его сжиганием, а

следовательно, и с  поступлением продуктов горения в окружающую среду.

 

 

5. Лакокрасочные материалы в технике.

 

Лакокрасочные материалы - многокомпонентные составы, способные при нанесении тонким слоем на поверхность изделий высыхать, с образованием пленки, удерживаемой силами адгезии. Пленка может быть бесцветной или окрашенной, прозрачной или непрозрачной.

В технике лакокрасочные  материалы применяют для получения  защитных, декоративных и электроизоляционных  покрытий на изделиях, изготовленных из металлов и неметаллических материалов (дерево, пластмассы и т. п.).

Важнейшими компонентами лакокрасочных материалов являются пленкообразователи, растворители и  пигменты. Кроме того, в состав лакокрасочных  материалов могут входить пластификаторы, наполнители, сиккативы, катализаторы, отвердители, инициаторы и ускорители полимеризации, эмульгаторы, добавки для улучшения смачивания и растекания по поверхности (розлива), тиксотропные добавки и др. Некоторые из этих компонентов вводят в состав лакокрасочного материала незадолго до его применения или в процессе нанесения на поверхность вследствие ограниченного срока годности ("жизнеспособности") получаемой смеси.

 

 

6. Медь и сплавы на её основе.

 

 

Медь имеет гранецентрированную  кубическую решётку. Плотность

меди 8,94 г/см , температура плавления 1083 С.  Характерным свойством меди является её высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь маркируется: М00 (99,99% Cu), М0 (99,95% Cu), М2, М3 и М4 (99%Cu).

Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение  – 15…25%. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.

Различают две группы медных сплавов: латунь – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме  цинка) элементами.

 

7. Общая характеристика металлов.

 

Металлы – это элементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степени окисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическая кристаллическая решетка - решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными между собой свободными электронами. У металлов в узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы. Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительных ионов. Такая связь называется металлической. Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества. 

 

 

8. Важнейшие виды пластмасс.

 

Пластмассы получают на основе природных или синтетических  полимеров. Под влиянием нагревания и давления из них формуют изделия сложной конфигурации, приданная форма устойчиво сохраняется.

Пластмассы подразделяются на две  группы: термопластичные (обратимые) и  термореактивные (необратимые).

Термопластичные пластмассы при нагревании и под действием давления переходят в пластическое состояние, не претерпевая коренных химических изменений. Опрессованное и затвердевшее изделие можно вновь размягчить и придать ему прежнюю форму. К этой группе относятся полиэтилен, полистирол, органическое стекло и др.

Полиэтилен – продукт полимеризации  этилена. Характеризуется высокими антикоррозионными и диэлектрическими свойствами. Применяется в виде труб, листов, пленок и т. д. Полиэтилен широко используется как изоляционный материал для проводов и кабелей.

Полистирол является продуктом  полимеризации стирола и имеет  такие же свойства, как и полиэтилен. Детали из него получают литьем или  прессованием с дальнейшей механической обработкой.

 

9. Коррозия металлов. Виды коррозии.

 

Известны различные виды коррозии металлов. Одним из основных её видов является химическая, которую иногда ещё называют газовой, так как иногда она происходит под воздействием газообразных компонентов из окружающей среды при высоких температурах. Химическая коррозия может происходить и под воздействием некоторых агрессивных жидкостей. Основой этого процесса является то, что она происходит без возникновения в системе электрического тока. Ей подвергаются детали и узлы машин, работающих в атмосфере кислорода при высоких температурах, например турбинные двигатели, ракетные двигатели и некоторые другие, а также подвергаются детали узлы оборудования химического производства. 
Другим распространённым видом разрушения металла является электрохимическая коррозия - поверхностное разрушение в среде электролита с возникновением в системе электрического тока. Электрохимическая коррозия - разрушение в атмосфере, на почве, водоёмах, грунтах.  
Характер разрушения поверхности металла может быть различным и зависит от свойств этого металла и условиях протекания процесса.

 

10. Пластмассы: состав, свойства и области применения.

 

Пластические массы (пластмассы, пластики) - материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму. Пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты.

В состав пластмасс, кроме  полимера, могут входить минеральные  или органические наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазывающие вещества и др.

Недостатком почти всех пластмасс является малая стабильность формы, обусловленная малой жесткостью, мягкостью (изменение формы под  действием внешних нагрузок), высоким  значением коэффициента линейного  расширения (изменение размеров при колебаниях температуры), быстрым размягчением при повышении температуры (у термопластов). Многие пластмассы набухают в воде, керосине, бензине и минеральных маслах. Некоторые пластмассы (политетрафторэтилен) отличаются свойством хладотекучести (ползучести). Под действием сравнительно небольших напряжений (2 -- 5 МПа) такие пластмассы приходят в состояние текучести даже при умеренных температурах (20 -- 60 °С) и неограниченно изменяют размеры, пока действует нагрузка.