Контрольная работа по «Теории конструкционных материалов»

Износостойкие пластмассы типа полиамидов и полиолефинов применяют для изготовления направляющих прямолинейного движения в металлорежущих станках. При условии защиты от абразивных веществ (металлических опилок, пыли, грязи и т. д.) пластмассовые направляющие могут длительно работать даже в условиях малой смазки.

Пластмассы применяют для изготовления сепараторов подшипников качения. Сепараторы непосредственно опрессовывают  или же отливают под давлением.  Сепаратор должен иметь устойчивые размеры, и поэтому производят так называемую стабилизацию материалов (кипячение в масле и т. п.). Ранее для изготовления сепараторов применяли только слоистые пластики с тканевым наполнителем (текстолиты). В настоящее время применяют главным образом тефлон (политетрафторэтилен), иногда пористый тефлон, который после пропитки маслом становится самосмазывающимся.

Так же из пластмассы изготавливают: фрикционные устройства, вариаторы, муфты, прокладки, прочие детали различных машин, механизмов и конструкций, пластмассовые уплотнители и амортизаторы, детали трубопроводной арматуры и т.д.

 

11. Способы защиты металлов от коррозии.

 

В настоящее время  создано большое число нержавеющих  сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия хотя и с малой скоростью, но имеет место. Оказалось, что при добавлении легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило (правило Таммана), согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве 1/8 атомной доли, т.е. один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит коррозию. Поэтому важное значение имеет качество покрытия – толщина слоя, сплошность (пористость), равномерность, проницаемость, способность набухать в воде, прочность сцепления (адгезия). Качество покрытия зависит от тщательности подготовки поверхности и способа нанесения защитного слоя.

В производственных условиях используют также электрохимический  способ – обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при плотностях тока 4 А/дм² и напряжении 20 В и при температуре 60...70⁰C. 

Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали – силикатные покрытия, коэффициент  теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам.

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами: кратковременным погружением в ванну с расплавленным металлом (горячее покрытие), электроосаждением из водных растворов электролитов (гальваническое покрытие), напылением (металлизация), обработкой порошками при повышенной температуре в специальном барабане (диффузионное покрытие), с помощью газофазной реакции.

 

 

12. Важнейшие виды сплавов.

 

Сплав — макроскопически  однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных). 
Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия.

По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые — прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана.

В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным — состоит  из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным).Твёрдый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений(в том числе карбиды, нитриды, интерметаллиды …) и кристаллиты простых веществ.

Ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным  образом для раскисления и  легирования стали (напр., феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде примесей (силикокальций, силикомарганец и др.), и некоторые металлы и неметаллы (Mn, Cr, Si) с минимальным содержанием примесей. Получают из руд или концентратов в электропечах или плавильных шахтах (горнах).

 

 

13. Композитные материалы.

 

Многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. называют композитными материалами или композитами.

Волокнистые композиты  армированы волокнами — кирпичи  с соломой.

В слоистых материалах матрица (основа) и наполнитель расположены  слоями, как, например, в особо прочном  стекле, армированном несколькими слоями полимерных пленок.

Дисперсноупрочнённые  материалы, полученные путём введения в металлическую матрицу дисперсных частиц (упрочнителей) это жаропрочные  сплавы, длительно работающие под  нагрузкой.

Нанокомпозиты — это современный многофункциональный материал, содержащий наноразмерные частицы и обладающий уникальными свойствами, которые до конца еще не изучены.

 

 

14. Тугоплавкие сплавы в технике.

 

Тугоплавкие сплавы для  нагревательных элементов и других деталей, работающих при температуре > 1500°С, изготовляют на основе переходных металлов IV-VI гр., a также тугоплавких карбидов, нитридов, силицидов, боридов различных металлов. 

По технической классификации — металлы, плавящиеся при температуре выше 1650—1700 °С; в число входят Титан Ti, Цирконий Zr, Гафний Hf (IV группа периодической системы), Ванадий V, Ниобий Nb, Тантал Ta (V группа), Хром Cr, Молибден Mo, Вольфрам W (VI группа), Рений Re (VII группа). Все эти элементы (кроме Cr) относятся к редким металлам.

15. Клеи (определение, классификация, применение в технике).

 

Клеи – это растворы или расплавы, способные после  нанесения на поверхности склеивать  их с различной степенью прочности. Состав клеев очень сложен, потому для их производства используют следующие группы сырья:  
а) Клеящие вещества – крахмал, декстрин, растительные смолы, нитроцеллюлоза, каучук синтетический, а также синтетические смолы: бакилитовофенольные, мочевиноформальдегидные, полиэфирные, полиамидные, ПВХ смолы.  
б) Группа растворителей – бензин, ацетон, сложные эфиры.  
в). Наполнители – тальк, мел, каолин. Их применяют для удешевления клея и водостойкости.    
г) Пластификаторы – камфорное масло, глицерин. Добавляют для придания клеевой плёнке гибкости и эластичности.         
д) Отвердители – металл, пластмасса, фарфор, стекло. Добавляют для ускорения затвердения.        
ж) Прочие добавки – антисептики, противостарители и вещества, препятствующие комкованию порошкообразных клеев.  
К потребительским свойствам относят: клеящую способность (прочность склеивания, которая зависит от вида клеящего вещества и формирует назначение клеев); жизнеспособность клея ( срок, в течение которого клей сохраняет клеящую способность); вязкость в рабочем состоянии.  
Ассортимент клеев подразделяют по следующим признакам:  
По происхождению клеящего вещества: природные и синтетические.  
По консистенции: твердые, жидкие, самоклеящиеся плёнки.  
По назначению: для склеивания бумаги и картона, кожи, ткани, металлов, универсальные.  
По отношению к нагреванию: термопластичные и термореактивные.  
По водостойкости: высоководоупорные, водоупорные, неводоупорные. 

Клеи природного животного происхождения: мездровый, костный, рыбий.

Клеи природного растительного происхождения: крахмальный, декстриновый, смоляной, нитроклей.

Клеи природного минерального происхождения – силикатные (канцелярские), характеризуются низкой клеящей способностью.

Клеи синтетические на основе термореактивных смол - эпоксидные, клеи БФ-2,4,6.

На основе термопластичных смол - клеи ПВА, МАРС, МЦ, Ц, клеящие карандаши. 

На основе синтетических каучуков - резиновые клеи, это растворы каучуков в бензине, БУСТИЛАТ, ГУМИЛАКС,88-Н.

 

 

16. Электромагнитные явления в технике.

 

В технике основными  устройствами, использующими явление  электромагнитной индукции, являются генераторы электрического тока, электродвигатели и трансформаторы. Основными частями генератора являются статор и ротор. Под действием струи пара, газа или воды ротор быстро вращается, и в проводниках статора благодаря электромагнитной индукции возникает электрический ток. В электродвигателях происходит другое превращение: переменный электрический ток, протекая через проводники статора, заставляет ротор вращаться. С помощью механических приспособлений движение ротора можно передать ленте транспортера, эскалатору метро, зубчатым или ременным передачам станка или другого механического устройства.

 

 

17. Керамические материалы в технике.

Керамические изделия  обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. Материал, из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют керамическим черепком.

Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до 2500-3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как без глинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500 - 4000В°С, особенно из группы карбидов.

Наибольшее распространение  в авиастроении получили керамические защитные покрытия, теплоизоляционные  и конструкционные.

 

18. Полимеры (определение, классификация, получение, применение).

 

Полимеры – это химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся  группировок  (мономерных звеньев). 

По происхождению полимеры делятся на: природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, полипропилен,  феноло-формальдегидные смолы.

Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках  живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. Синтетические полимеры получают полимеризацией и поликонденсацией. Карбоцепные полимеры обычно синтезируют полимеризацией мономеров с одной или несколькими кратными углеродными связями или мономеров, содержащих неустойчивые карбоциклические группировки (например, из циклопропана и его производных). Гетероцепные полимеры получают поликонденсацией, а также полимеризацией мономеров, содержащих кратные связи углеродоэлемента (например, С=О, С=N, N=С=О) или непрочные гетероциклические   группировки. 

Полимерам стали доверять все более и более ответственные  задачи. Из полимеров стали изготавливать  все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки. четверть всех мелких судов - катеров, шлюпок, лодок - теперь строится из пластических масс. 

В то же время полимеры сохранили  свои позиции при массовом изготовлении огромного числа тех деталей, от которых не требуется особенно высокая прочность: заглушек, штуцеров, колпачков, рукояток, шкал и корпусов измерительных приборов. Еще одна область, специфическая именно для полимеров, где четче всего проявляются их преимущества перед любыми иными материалами, - это область внутренней и внешней отделки.

 

19. Оптические явления в технике.

Роль оптических систем в науке и технике очень велико. Почти все современные оптические приборы предназначены для непосредственного визуального наблюдения оптических явлений.

 Законы построения  изображения служат основой для  построения разнообразных оптических  приборов. Основной частью любого оптического прибора является некоторая оптическая система. В одних оптических приборах изображение получается на экране, другие приборы предназначены для работы с глазом . в последнем случае прибор и глаз представляют как бы единую оптическую систему и изображение получается на сетчатой оболочке глаза.

Изучая некоторые химические свойства веществ, ученые изобрели способ закрепления изображения на твердых  поверхностях, а для проецирования  изображений на эту поверхность  стали использовать оптические системы, состоящие из линз. Таким образом, мир получил фото- и киноаппараты, а с последующим развитием электроники появились видео- и цифровые камеры.