Пластичные массы и марки сплавов

 

Содержание

1. Пластические массы: Классификация……………………………………1

Состав…………………………………………….

Строение…………………………………………

Состав и  применение………………………….

2. Марки сплавов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Пластические массы: классификация

Одним из важнейших классификационных признаков является состав пластмасс. По этому признаку пластмассы подразделяются на однородные (ненаполненные) и композиционные (наполненные) системы:

- Однородные пластмассы состоят, как правило, только из высокомолекулярного вещества — полимерной смолы.  
- Неоднородные (композиционные) пластические массы помимо основного вещества - высокомолекулярного соединения.

По природе полимерной основы (связующего) пластмассы подразделяются на два класса:

Пластмассы на основе синтетических смол и пластмассы на основе модифицированных природных соединений.

Пластмассы на основе синтетических смол подразделяются по способу получения на полимеризационные и поликонденсационные, т.е. получаемые с использованием соответственно реакций полимеризации и поликонденсации.

По отношению к нагреванию пластические массы подразделяют на термопластичные и термореактивные:

- термопластичные пластмассы характеризуются обратимостью свойств, т.е. при нагревании они становятся более мягкими и пластичными, а при охлаждении снова затвердевают, приобретая присущую им механическую прочность и др. свойства, которые они имели до нагревания. Возможно многократное размягчение и отвердение пластмасс.  
К термопластичным пластмассам относятся поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. 
- термореактивные пластмассы при нагревании вначале становятся пластичными и принимают заданную форму, а при последующем нагревании они теряют пластичность и не могут формоваться, т.к. переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. 
К таким пластмассам относятся фенопласты и аминопласты.

По структуре пластмассы делятся на два вида: 
- ненаполненные, т.е. микроскопически однородные, состоящие только из полимера, т.е. связующего и специальных добавок. К таким пластмассам относятся полиакрилаты, полиамиды, полиэтилен; 
- наполненные, т.е. микроскопически неоднородные, которые состоят из полимера наполнителя. Это слоистые пластики, фенопласты, аминопла-сты и токсипласты.

В зависимости от физико-механических свойств, которыми обладают пластмассы при нормальной температуре, пластмассы подразделяют на жесткие, полужесткие, мягкие и эластичные:

- жесткие пластмассы представляют собой твердые, упругие материалы с аморфной структурой и модулем упругости 1000 МПа. Они хрупкие и имеют незначительное удлинение при разрыве, т.е. обладают невысокой растяжимостью. К таким пластмассам относятся фенопласты, аминопласты и др. 
- полужесткие пластмассы являются вязкоупругими материалами с кристаллической структурой. Модуль упругости больше 400 МПа. Они имеют значительное относительное удлинение при разрыве. К полужестким пластмассам относятся полипропилен и полиамиды. 
- мягкие пластмассы – это материалы, имеющие высокое относительное удлинение, которое не восстанавливается и незначительный модуль упругости – 20-100 МПа. Это полиэтилен и поливинилацетат. 
- эластичные пластмассы представляют собой мягкие, эластичные материалы, имеющие модуль упругости меньше 20 МПа. Эти материалы характеризуются большими деформациями при растяжении, которые восстанавливаются. К эластичным пластмассам относятся каучук и полиизобутилен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав

 

Пластмассы по своему составу бывают простыми, если они  состоят из чистых связующих смол, или сложными (композиционными), если в них, кроме связующего вещества, содержатся и другие компоненты: наполнители, пластификаторы, смазывающие вещества, стабилизаторы, красители, катализаторы    или ускорители.

Связующее вещество (смола) определяет основные свойства пластмасс. При изготовлении пластмасс наиболее широко применяют искусственные смолы — продукты переработки каменного угля, нефти и других материалов. Пластмассы, полученные на основе искусственных смол, относятся к полимерным соединениям. Естественные смолы (янтарь, шеллак) и продукты переработки естественных материалов (асфальт, канифоль и др.) применяются значительно реже.

Наполнители придают пластмассам определенные физико-механические свойства и во многих случаях удешевляют стоимость пластмассовых деталей.

B качестве наполнителей  используются органические вещества: древесная мука, древесный шпон, бумага, ткани, хлопковые очесы, стружка, опилки и пр., а также минеральные вещества: кварцевая мука, тальк, каолин, асбест, стекловолокно, стеклоткань и пр.

Пластификаторы обеспечивают пластмассам пластичность, увеличивают текучесть. В качестве их используются дибутилфталат, трикрезилфосфат, камфора и т. п.

Смазывающие вещества предотвращают прилипание изготовленного изделия к форме. К ним относятся стеарин, воск и т. п.

Стабилизаторы повышают термостабильность и связывают побочные продукты.    Стабилизаторами служат неорганические (вода, фосфаты) и органические (аминокислоты) вещества.

Красители (нигрозин, мумия и др.) придают пластмассам требуемую окраску.

Катализаторы (известь, окись магния) сокращают время отвердевания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение

Для пластмасс характерны малая плотность, высокая устойчивость против коррозии, в большинстве случаев, низкий коэффициент трения, высокие электроизоляционные, теплоизоляционные и демпфирующие свойства, декоративность. Их недостатки - низкие теплостойкость и теплопроводность, гигроскопичность, склонность к старению и снижению прочностных свойств под воздействием температуры; времени и различных сред. Основу пластмасс составляют полимеры, от типа и количества которых зависят физические, механические и технологические свойства пластмасс. 
Полимеры - это высокомолекулярные соединения, имеющие линейную, разветвленную  или пространственную структуру. Молекула полимера - это длинная цепь, состоящая из отдельных звеньев, однотипных по химическому составу и строению (гомополимер) или разнотипных (сополимер). Полимер, у которого макромолекулы состоят из разнородных относительно крупных звеньев (осколков макромолекул), называют блок-сополимером. Если к макромолекулам прививаются «боковые» отростки макромолекул другого вещества, то получаются привитые сополимеры. Создавая привитые сополимеры, можно получать материалы с новыми, заранее заданными свойствами.

Полимеры могут находиться в аморфном и кристаллическом  состояниях. При переходе полимера из аморфного в кристаллическое  состояние существенно меняются его физико-механические свойства, повышается прочность и теплостойкость. Под действием теплоты аморфные полимеры переходят из твердого (стеклообразного) состояния в высокоэластичное и вязкотекучее состояние. Знание температур стеклования и текучести позволяет обоснованно назначать температурные интервалы формования изделий из полимеров. 
Для кристаллических полимеров термомеханические кривые имеют иной вид, чем для аморфных полимеров. Некоторые полимеры с увеличением температуры разлагаются, не переходя и в вязкотекучее состояние. 
Линейные и разветвленные полимеры служат основой термопластичных пластмасс (термопластов). Макромолекулы линейных полимеров представляют собой цепи, имеющие длину, в сотни и тысячи раз превышающую размеры поперечного сечения. При разветвленной структуре полимера макромолекулы имеют боковые ответвления, длина и число которых могут быть различными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства и  применения 

Физико-механические и другие эксплуатационные свойства различаются в очень широких пределах в зависимости от типа и содержания полимера, наполнителя и модифицирующих добавок. Так, для ненаполненных пластических масс кратковременный модуль упругости при обычных условиях изменяется от 4 ГПа для аморфных стеклообразных до 0,015 ГПа для кристаллических с низкой температурой стеклования, а прочность при растяжении - от 150-200 до 10 МПа соответственно. Плотность ненаполненных пластических масс лежит в пределах 0,85-1,50 г/см³ и только для фторопластов достигает 2,3 г/см³. В широких пределах различаются также диэлектрические и теплофизические свойства ненаполненных пластических масс. Очень резко изменяются свойства пластических масс при их наполнении - от легких и мягких пенопластов до жестких и прочных боро-, органов и углепластиков, значительно превосходящих по прочностным показателям конструкционные металлы.

 Основные достоинства  пластических масс - возможность производства деталей сложной формы и полуфабрикатов (пленок, труб, профилей и т.п.) высокопроизводительными, малоэнергоемкими и безотходными методами формования, низкая плотность, устойчивость в агрессивных средах, к воздействиям вибрации и ударных нагрузок, радиационных излучений, атмосферостойкость, высокие оптические и диэлектрические свойства, легкость окрашивания. К недостаткам относятся горючесть, большое тепловое расширение, низкие термо- и теплостойкость, склонность к ползучести и релаксации напряжения, растрескивание под напряжением.Пластические массы применяют во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве материалов конструкционного, защитного, электротехнического, декоративного, фрикционного и антифрикционного назначений.

2. Марки сплавов

БСт3сп - сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, спокойная

Химические свойства:

C- 0,28 - 0,37  Si- 0,05 - 0,17  Mn- 0,5-0,8  P- 0,04  S- 0,05

Механические  свойства:

• Лист толщиной 16 мм

 Предел кратковременной  прочности- 431 Мпа

 Предел текучести- 235 Мпа

Относительное удлинение- 32,5%

Ударная вязкость- 1607/304 кДж/ кв. м

• Уголок 200х200х16

 Предел кратковременной прочности- 449 Мпа

             Предел текучести- 264 Мпа

Относительное удлинение- 27,6%

Ударная вязкость- 1617/666 кДж/ кв. м

Назначение  сплава:

Несущие элементы сварных  и несварных конструкций и  деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25 мм в интервале температур от —40 до +425 °С; при толщине проката свыше 25 мм — от —20 до +425 °С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

СЧ 44 – серый чугун 

Химический  состав:

В сером чугуне обычно содержится: С- 2,9–3,6 %; Si- 1,5–3,5 %; Mn- 0,4–1 %; S- 0,2–0,12 %

             Механические свойства:

Предел прочности при изгибе не менее- 44 кгс/ мм²

Стрела прогиба при расстоянии между опорами- 3,0 мм

Твердость по Бринеллю, НВ- 241

Назначение  сплава:

Тормозные барабаны и диски сцепления, работающие в условиях сухого трения, должны обладать высокими фрикционными свойствами и при этом быть достаточно износостойким. Кроме того, необходима достаточная прочность, так как на деталь действуют большие центробежные нагрузки и нагрузки со стороны фрикционной колодки или ведомого диска. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет серый чугун с пластинчатым графитом, который и является основным материалом для дисков сцепления и тормозных барабанов

30Х3МФ - сталь конструкционная легированная, хромомолибденованадиевая

Химический состав:

C- 0, 27- 0, 34  Si- 0, 17- 0, 37 Mn-0, 3- 0, 6  Ni- 0- 0, 3  S- 0- 0, 035  P- 0- 0, 035  Cr- 2, 3- 2, 7 Mo- 0, 2- 0, 3  V- 0,06- 0, 12  Cu- 0- 0, 3

Механические  свойства при Т=20^oС: 

При размере 25 мм

Предел кратковременной  прочности- 980 Мпа

Предел текучести- 835 Мпа

Относительное удлинение- 12%

Относительное сужение- 55%

Ударная вязкость- 980 кДж/ кв. м

Назначение:

Детали судовых дизелей  и др. детали, которые должны обладать износостойкостью при высоких давлениях; сталь подвергается азотированию, теплоустойчива до 450 град.С

15Х12ВНМФ - сталь жаропрочная высоколегированная.

Химический  состав:

С- 0, 12 – 0,18 Si - до 0, 4  Mn- 0, 5- 0, 9 Ni- 0, 4- 0, 8 S-  0, 025 P-  0, 03 Cr- 11- 13  Mo- 0, 5 – 0, 7   W- 0, 7 – 1, 1 V- 0, 15- 0, 3 Ti- до 0, 2 Cu-  0, 3 Fe~ 83 

Механические  свойства прутков стали 15Х12ВНМФ  сечением 60 мм:

Предел кратковременной  прочности- 590 Мпа