Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение
Скачать 1.36 Mb.
|
Спеченные твердые сплавы (ГОСТ 3882-74) К ним относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой (кобальтом). Твердые сплавы изготовляют методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, прессуют и спекают при 1400…15500С. При спекании Со растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80…95% состоит из карбидных частиц, соединенных связкой (Со). Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают резцы, сверла, фрезы и другие режущие инструменты. Такие инструменты сочетают высокую твердость 85…92 HRA (74…76 HRCЭ) и износостойкость с высокой теплостойкостью (800…10000С). По своим эксплуатационным свойствам они превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями. Е (модуль упругости) = до 6,8·105 МПа, предел прочности на сжатие до 6000 МПа. Недостатки: сложность изготовления фасонных изделий, высокая хрупкость. 3 группы спеченных твердых сплавов: 1). Вольфрамовая (ВК3, ВК10, ВК25) – составляют сплавы системы WC-Cо. Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание Cо в %. ВК3-ВК8 – для обработки резанием чугуна, бронзы, керамики. 2). Титановольфрамовая (Т30К4, Т5К10) – образуют сплавы системы TiC-WC-Cо. Они маркируются буквами Т,К и цифрами, показывающими содержание (в процентах) карбидов Ti и Cо. Теплостойкость – 900…10000С. 3). Титанотанталовольфрамовая (ТТ7К12, ТТ8К6) – образуют сплавы системы TiC-ТаС-WC-Cо. Цифра в марке после букв ТТ обозначает суммарное содержание (6%) карбидов TiC+ТаС, а после К – количество Cо в %. Большая прочность, лучшая сопротивляемость вибрациям и выкрашиванию. Применяется при наибольших тяжелых условиях резания (черновая обработка стальных слитков, отливок, поковок). Сверхтвердые материалы Их широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (1000…2000 М/мин и более). 1. Алмаз, его твердость (10000 HV) в 6 раз > твердости WC (карбида вольфрама (1700 HV) и в 8 раз – твердости быстрорежущей стали (1300 HV). Преимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по сравнению с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 8000С (при большем нагреве он графитизируется). Область применения алмазных инструментов ограничивается высокой адгезией к Fe, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Ими обрабатывают цветные метлы и их сплавы, а также пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности. 2. Большей универсальностью обладают инструменты из поликристаллического нитрида бора (BN) с кубической решеткой (β-BN), называемого кубическим нитридом бора (КНБ). КНБ получают спеканием микропорошков нитрида бора при высоких температурах и давлениях или прямым синтезом из нитрида бора с гексагональной решеткой(α-BN). В зависимости от технологии получения КНБ выпускают под названием: эльбор, эльбор-Р, боразон. По твердости КНБ (9000 HV) не уступает алмазу, имеет такую же, как алмаз, кристаллическую решетку (β-BN), но превосходит алмаз по теплостойкости (12000С) и химической инертности. Отсутствие у КНБ химического сродства к Fe позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываемых сталей, в т.ч. цементованных и закаленных (≥ 60 HRCЭ). При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменить шлифование, сокращая в 2…3 раза время обработки и обеспечивая низкую шероховатость поверхности. 5.4. Цветные металлы и сплавы на их основе 5.4.1. Титан и сплавы на его основе Ti - металл серебристо-белого цвета с плотностью 4,5 г/см3. Тпл = 16680С. Ti – имеет 2 аллотропические модификации: до 8820С существует α-титан с гексагональной плотноупакованной решеткой, а при t > 8820С – β = титан с кубической объемноцентрированной решеткой. Технический титан изготовляют марок: ВТ1-DD (99,53% Ti) и ВТ1-D (99,48% Ti). Вредные примеси для титана: азот, углерод, кислород и водород, образующие с ним твердый раствор внедрения и хрупкие оксиды, карбиды, нитриды и гидриды. Эти примеси снижают пластичность и свариваемость Ti, повышают его твердость и прочность и ухудшают сопротивление коррозии. Технический титан ВТ1-DD и ВТ1-D имеет следующие механические свойства: σв = 300…550 МПа; δ = 20…30%. Чем больше примесей, тем выше прочность и ниже пластичность. Технический Ti хорошо обрабатывается давлением, сваривается в среде аргона, но плохо обрабатывается резанием. Титановые сплавы по структуре подразделяются на 3 группы: 1). α-сплавы: ВТ4,ВТ5,ОТ4,ВТ18 и др. в качестве основного легирующего элемента содержат Al. Дополнительное легирование производится Мо,Mn,Sn,Zr,Nb,Si. Эти сплавы обладают высокой прочностью, но низкой технологической пластичностью. 2). α+β- сплавы: ВТ6,ВТ8,ВТ14 легируются Al,Мо,V и др. Эти сплавы обладают более высокой прочностью, которую можно повышать закалкой и старением. 3). β-сплавы: ВТ4-1,ВТ22,ВТ15 обладают достаточно высокой пластичностью, но более низкой прочностью. Подвержены водородному охрупчиванию и имеют склонность к окислению. 5.4.2. Алюминий и его сплавы Al – металл серебристо-белого цвета. Тпл = 6590С, плотность 2,7 г/см3. Он имеет гранецентрированную кубическую решетку, которая не изменяется от температуры. Al обладает высокой эл.проводностью и теплопроводностью. Различают Al особой чистоты: А 999 (99,999% Al); высокой чистоты: А 995 (99,995% Al), А99 (99,99% Al), А97 (99,97% Al), А95 (99,95% Al); технической чистоты: А85,А8,А7,А6,А5,А0 (99,0% Al). В качестве основных примесей в Al присутствуют Fe,Si, менее значимыми являются – Mn,Cu,Zn. Fe – практически нерастворимый в Al элемент. При малых его содержаниях в структуре появляется эвтектика Al+Al3Fe. Соединение Al3Fe выделяется в виде игл и снижает пластичность Al. Si не образует с Al химическое соединение и присутствует в сплавах в элементарном виде. Растворяясь в Al, Si несколько упрочняет его и немного снижает пластические свойства. Fe и Si определяют уровень механических свойств алюминия. Предел прочности Al высокой чистоты в 2 раза ниже, чем технического Al чистотой 99,7%. Al обладает высокой коррозионной стойкостью из-за тонкой прочной окисной пленки Al2О3 на его поверхности. Классификация Al-х сплавов Наибольшее распространение получили сплавы Al-Cu (дуралюмины), Al-Si (силумины), Al-Mg (двиаль), Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, а также Al-Zn-Mg-Cu. В равновесном состоянии эти сплавы представляют собой низколегированный твердый раствор и интерметаллидные фазы. В промышленности известно ~60 марок Al-х сплавов. В зависимости от способа получения полуфабрикатов и изделий Al-е сплавы можно разделить на 3 группы: 1) деформируемые, которые предназначены для получения полуфабрикатов и изделий методами ОМД; 2). литейные, предназначенные для фасонного литья; 3). получаемые методом порошковой металлургии. Сплавы Al-я широко применяют в тех случаях, когда важно снижение массы изделия. 5.4.3. Медь и ее сплавы Cu – металл красного, в изломе розового цвета. Тпл = 10830С. Имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) (плотность Cu = 8,9 г/см3). В зависимости от чистоты Cu изготавливают различных марок: MОО (99,99% Cu), MО (99,95% Cu), M1 (99,9% Cu), M2 (99,7% Cu), M3 (99,5% Cu). Примеси в меди оказывают большое влияние на её свойства, по характеру воздействия на свойства меди их делят на 3 группы: 1. Примеси, образующие с Cu твердые растворы: Ni,Zn,Sb,Sn,Al,As,Fe,P и др. – эти примеси снижают электро-и теплопроводность Cu. 2. Примеси: Pb,Bi и др. – практически нерастворимы в меди и образуют в ней легкоплавкие эвтектики, затрудняют обработку давлением, на электропроводность влияют слабо. 3. Примеси: О2 и S – образуют с Cu хрупкие соединения Cu2О и Cu2S, входящие в состав эвтектики, S улучшает обрабатываемость резанием, О2 , находясь внутри, вызывает хрупкость. Cu хорошо сопротивляется коррозии в обычных атмосферных условиях, в пресной и морской воде и других агрессивных средах, но обладает плохой устойчивостью в сернистых газах и аммиаке. Механические свойства Cu в зависимости от ее технологической обработки: - в литом состоянии: σв = 160 МПа; σ0,2 = 35 МПа; δ = 25%; - в горячедеформированном состоянии: σв = 240 МПа; σ0,2 = 95 МПа; δ = 45%. - при холодном деформировании σв = 450 МПа; δ = 3%. Cu легко обрабатывается давлением, но плохо – резанием, имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки. Cu плохо сваривается, но легко подвергается пайке. Сплавы на медной основе 2 группы медных сплавов: 1. латуни – сплавы меди с цинком; 2. бронзы – сплавы меди с оловом и другими элементами (Al,Si,Cr,Cd и др.). Медные сплавы обладают высокими механическими и технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии. Сплавы обозначают начальной буквой (Л – латунь, Бр – бронза), после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав. Например, А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, Мц-Mn, О-Sn, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк, Н – никель, К – кремний, Т-Ti. Цифры, следующие за буквами, указывают количество легирующего элемента, %. Для деформируемых латуней и бронз порядок цифр в маркировке различен. Например, ЛЖМц 59-1-1 – латунь, содержащая Cu = 59%, Fe = 1%, Mn = 1% и остальное – цинк, или Бр.ОФ 6,5-0,15 – бронза, содержащая Sn = 6,5%, Р = 0,15%, остальное – Cu. Для литейных латуней и бронз среднее содержание компонентов сплава в %-х ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, ЛЦ40Мц1,5 – латунь, содержащая 40% Zn, и 1,5% Mn, остальное – медь. БрА10ЖЗМц2-бронза с Al = 10%, Fe = 3%, Mn = 2%, ост. – Cu. 6. Неметаллические материалы. Получение и классификация. Пластические массы Неметаллические материалы Достоинства: достаточная прочность, жесткость, эластичность при низкой плотности, хим. стойкость во многих агрессивных средах, уровень диэлектрических свойств, технологичность. Виды: природные, искусственные и синтетические. - Природные: натуральный каучук, древесина, смолы (янтарь, канифоль), хлопок, шерсть, лен и др. Графит, асбест, слюда и некоторые горные породы. - Искусственные: органические – из природных полимерных продуктов (вискозное волокно, целлофан, сложные и простые эфиры, целлюлозы). - Синтетические получают из простых низкомолекулярных соединений. Эти материалы вытесняют природные и являются наиболее распространенными. 1. Полимеры Полимеры – вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных повторяющихся элементарных звеньев, представляющих собой одинаковую группу атомов. Молекулярная масса таких молекул составляет от 500 до 1000000. Макромолекулы большинства полимеров – это длинные, тонкие и гибкие цепи атомов. С  хемы строения молекул полимеров Макромолекулы полимеров могут иметь линейную форму, разветвленную и пространственную (сшитую). Линейные макромолекулы (рис. а) имеют форму цепей, в которых атомы соединены между собой ковалентными связями. Отдельные цепи связаны межмолекулярными силами, в значительной степени определяющими свойства полимера. Наличие в цепях разветвлений (рис.б) приводит к ослаблению межмолекулярных сил и тем самым к снижению температуры размягчения полимера. Пространственные структуры (рис.в) получаются в результате химической связи (сшивки) отдельных цепей полимеров, либо в результате поликонденсации или полимеризации. Если частота поперечных связей редкая, то образуется полимер с сетчатой структурой, если частота поперечных связей большая, полимер становится практически не растворимым и не плавким. Полимеры в зависимости от расположения и взаимосвязи макромолекул могут находиться в аморфном (с неупорядоченным расположением молекул) или кристаллическом (с упорядоченным расположением молекул) состоянии. При переходе полимеров из аморфного состояния в кристаллическое повышаются их прочность и теплостойкость. Значительное влияние на полимеры оказывает теплота. Термопласты (имеют линейную или разветвленную структуру молекул) – при нагреве размягчаются и расплавляются и при охлаждении вновь восстанавливают свои свойства. Нагрев и охлаждение термопластов может неоднократным без изменения химического состава. Реактопласты при нагреве в результате химических реакций (отверждения) переходят в необратимое состояние. Отвержденные реактопласты нельзя повторным нагревом перевести в вязкотекучее состояние. В процессе полимеризации под действием указанных факторов линейная структура полимера превращается в пространственную. Материалы на основе полимеров: пластмассы, каучуки и резины; лаки, эмали и пленки; синтетические клеи и герметики; композиционные материалы. 2. Пластмассы Пластмассы представляют собой органические материалы на основе полимеров, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать определенную устойчивую форму. Простые (полиэтилен, полистирол и др.) состоят из одного компонента (хим. полимера) – синтетической смолы; композиционные (сложные – фенопласты, аминопласты и др.) – из нескольких составляющих:
Термопластичные – изготовляют из термопластичных полимеров без наполнителя: полиэтилен, поливинилхлорид, полиамиды (нейлон, капрон), полистирол, органическое стекло, фторопласт-4. Из термопластов изготовляют литьевые, пленочные, листовые изделия, которые обладают хорошими эл. изоляционными свойствами, химической стойкостью к агрессивным средам, атмосферным воздействиям, стойкостью к истиранию, вибрации. Однако термопласты обладают хладотекучестью, поэтому изделия из них не могут долго работать под напряжением вследствие понижения их прочности. Термореактивные пластмассы производят на основе термореактивных смол: фенолформальдегидных, аминоальгидных, эпоксидных, полиамидных, кремнийорганических, ненасыщенных полиэфиров. Реактопласты характеризуются отсутствием хладотекучести, большой теплостойкостью и нерастворимостью в обычных растворителях. В зависимости от формы частиц наполнителей реактопласты бывают порошковые, волокнистые и слоистые. В качестве порошковых наполнителей применяют древесную муку, молотый кварц, слюду, асбест и др. Порошковые пластмассы применяют для несиловых конструкционных и электроизоляционных деталей. К пластмассам с волокнистыми наполнителями относятся волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты. Волокниты применяют для деталей общего технического назначения (рукоятки, фланцы, шкивы и др.), асбоволокниты используют в качестве материала тормозных устройств, стекловолокниты – для изготовления силовых эл. технических деталей, деталей машиностроения. Слоистые пластмассы являются силовыми конструкционными и поделочными материалами. К ним относятся: гетинакс, текстолит, древеснослоистые пластики (ДСП), асботекстолит, стеклопластики. Текстолит используют для зубчатых колес, вкладышей подшипников, гетинакс – для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов, ж/д вагонов, кают судов, в строительстве. Древеснослоистые пластики имеют высокие физико-механические свойства, низкий коэффициент трения и с успехом заменяют текстолит, а также цветные сплавы. Асботекстолит является конструкционным, фрикционным и термоизоляционным материалом: фрикционные диски, тормозные колодки, лопатки ротационных бензонасосов. Промышленность выпускает большое количество марок стеклопластиков в зависимости от применяемых наполнителей (стеклоткань или стеклянный шпон) и типа связующего. Они отличаются большим разнообразием свойств, однако, все обладают высокой прочностью, незначительной плотностью, негорючестью, высокими электро-, тепло- и звукоизоляционными свойствами, химической стойкостью. Их применяют для силовых изделий в различных отраслях техники: несущие детали летательных аппаратов, автоцистерны, ж/д вагоны, корпуса лодок и др. К газонаполненным пластмассам относятся пенопласты, поропласты и сотопласты. Они обладают чрезвычайно малой массой и высокими теплозвукоизоляционными характеристиками. Газонаполненные пластмассы используют в качестве теплоизоляционных материалов при строительстве цельнометаллических пассажирских и рефрижераторных вагонов, для звукоизоляции кабин тракторов, экскаваторов и др. машин, как амортизационный материал для сидений в вагонах, автомобилях. Экономическая эффективность применения пластмасс в производстве выражается в снижении себестоимости, массы и уменьшении затрат на материал (материалоемкости), уменьшении трудоемкости изготовления деталей из пластмасс по сравнению с металлическими, сокращении производственного цикла. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение» Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общепрофессиональных дисциплин и является обязательной для изучения | | Учебно-методический комплекс ростов-на-Дону 2009 Учебно-методический... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Адвокатская деятельность и адвокатура» разработан в соответствии с образовательным стандартом... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Макроэкономика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |  | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Примерная структура, состав и содержание учебно-методического комплекса... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Социология рекламной деятельности» составлен в соответствии с требованиями Государственного... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психология стресса» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психодиагностика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы патопсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Анатомия цнс» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «земельное право» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы нейропсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
