Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение
Скачать 1.36 Mb.
|
3. Резины Резины – пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим является полимер, находящийся в высокопластичном состоянии. В резинах связующим являются каучуки натуральные (НК) или синтетические (СК). Натуральные каучуки не нашли широкого применения, т.к. сырьем для их получения является каучукосодержащий сок (латекс) отдельных сортов растений (каучуковых деревьев). Сырьем для получения синтетических каучуков являются нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина. Каучук в чистом виде в промышленности не применяют. Каучук превращают в резину вулканизацией. В качестве вулканизирующего вещества обычно используют серу. Количество серы определяет эластичность резиновых деталей. Например, мягкие резины содержат 1…3% серы, твердые (эбонит) до 30%. Процесс вулканизации происходит под температурным воздействием (горячая вулканизация) или без температурного воздействия (холодная вулканизация). Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств резиновых технических деталей и снижения расхода каучука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты (ингредиенты): - ускорители вулканизации – оксид цинка, свинцовый глет и др.; - наполнители уменьшают расход каучука: активные – существенно изменяющие свойства резины (порошкообразные – каолин, сажа и др. – повышают прочность, износостойкость, сопротивление задиру резин) и неактивные – порошковидные (мел, тальк) – не улучшают свойства резины, а только удешевляют стоимость изделий из нее; в некоторых случаях для повышения прочности деталей их армируют стальной проволокой или сеткой, стеклянной или капроновой тканью; - пластификаторы – вещества, предназначенные для увеличения пластичности резиновых смесей при их переработке (формировании) в изделия. В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти – мазут, гудрон, масло и др.; - противостарители – вещества, противодействующие старению резины (замедляют процесс окисления). Некоторые из них (парафин, воск, вазелин, ароматические амины и др.) создают на поверхности резины защитный слой, предохраняющий ее от воздействия кислорода, озона, влаги. - красители – сажа, охра, пятисернистая сурьма, ультрамарин и др. – вводят в смесь в количестве до 10% от массы каучука. Высокая эластичность, способность к большим обратимым деформациям, стойкость к действию активных химических веществ, малые водо- и газопроводность, хорошие диэлектрические и др. свойства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали: шины, ремни для шкивов, шланги и напорные рукава – для передачи жидкостей и газов под давлением; сальники, манжеты, прокладочные кольца и уплотнители – для уплотнения подвижных и неподвижных соединений; муфты, амортизаторы – для гашения динамических нагрузок; транспортерные ленты и т.д. 4. Неорганические полимерные материалы К ним относятся: минеральное стекло, ситаллы, керамика, графит и др. Этим материалам присущи: негорючесть, высокая стойкость к нагреву, хим. стойкость, неподверженность старению, большая твердость, хорошая сопротивляемость сжимающим нагрузкам. Однако, они обладают повышенной хрупкостью, плохо переносят резкую смену температур, слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим усилиям, имеют большую плотность по сравнению с органическими полимерными материалами. Основой неорганических полимерных материалов являются, главным образом, оксиды и бескислородные соединения металлов. 4.1. Графит Встречается в природе и получается искусственным путем. Качества природного графита невысоки, он содержит много примесей, порист, свойства почти изотропны. Поэтому его применяют лишь как антифрикционный материал и в электротехнике. Искусственные виды графита: технический и пиролитический (пирографит). Эти виды графита обладают совершенной кристаллической структурой, высокой анизотропией свойств и являются высокотемпературными конструкционными материалами. Недостатком графита является склонность его к окислению, начиная с t = 400… 800°С, в выделением газообразных продуктов. Поэтому поверхность графита защищают введением легирующих добавок (Nb, Ta, Si), которые делают структуру графита мелкозернистой, повышают его твердость и прочность, или нанесением защитных покрытий. 4.2. Неорганическое стекло В зависимости от химической природы стеклообразующего вещества стекла подразделяют на силикатные (SiO2), алюмосиликатные (Al2O3- SiO2), боросиликатные (В2O3- SiO2), алюмоборосиликатные (Al2O3- В2O3- SiO2) и др. По содержанию модификаторов стекла бывают: - щелочными (содержащими оксиды Na и К); - бесщелочными; - кварцевыми. По назначению все стекла подразделяют на: - технические (оптические, светотехнические, электротехнические, химико-лабораторные, приборные, трубные); - строительные (оконные, витринные, армированные, стеклоблоки); - бытовые (стеклотара, посудные, бытовые зеркала и т.п.) Технические стекла в большинстве относятся к алюмоборосиликатной группе и отличаются разнообразием входящих оксидов (кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка). Стекла выпускаются промышленностью в виде готовых изделий, заготовок или отдельных деталей. 4.3. Ситаллы (стеклокристаллические материалы) Ситаллы получают на основе неорганических стекол путем их полной или частичной управляемой кристаллизации. Термин «ситаллы» образован от слов «стекло» и «кристалл». Ситаллы получают путем плавления стекольной шихты спец. состава с добавкой нуклеаторов (катализаторов), охлаждения расплава до пластичного состояния и формования из него изделий методами стекольной технологии и последующей ситаллизации (кристаллизации). Ситалловые изделия получают также порошковым методом спекания. В состав стекла, применяемого для получения ситаллов, входят оксиды Li2O, Al2O3, SiO2, MgO, CaO и др.; катализаторы кристаллизации. К числу последних относятся соли светочувствительных металлов Au, Ag, Cu, которые являются коллоидными красителями и находятся в стекле в виде мельчайших коллоидно-дисперсных частиц, а также фтористые и фосфатные соединения и др. Ситаллы подразделяют на фотоситаллы, термоситаллы и шлакоситаллы. Плотность ситаллов лежит в пределах 2400…2950 кг/м3, прочность при изгибе σизг=70…350 МПа (и даже 560 МПа), σв=112…161 МПа, σсж=700…2000 МПа, Е=84…141 МПа. Материалы обладают высокой химической устойчивостью к кислотам и щелочам, не окисляются даже при высоких температурах. Они газопроницаемые и обладают нулевым водопоглощением. Хорошие диэлектрики. Применение ситаллов определяется их свойствами. Из ситаллов изготовляют подшипники, детали для ДВС, трубы для химической промышленности, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники. Ситаллы используют в качестве жаростойких покрытий для защиты металлов от действия высоких температур. Их применяют в производстве текстильных машин, абразивов для шлифования, фильер для вытягивания синтетических волокон. Из ситаллов могут быть изготовлены лопасти воздушных компрессоров, сопла реактивных двигателей и точные калибры. 4.4. Керамические материалы Керамика – неорганический материал, получаемый из отформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200…2500ºС) происходит спекание, формируется структура материала, и изделие приобретает необходимые физико-математические свойства. В производстве оксидной керамики используют в основном следующие оксиды: Al2O3 (корунд), ZrO2, MgO, CaO, оксид тория ThO2, BeO, UO2. Структура керамики однофазная поликристаллическая. Кроме кристаллической фазы, может содержаться небольшое количество газов (поры) и стекловидной фазы, которая образуется в результате наличия примесей в исходных материалах. Температура плавления чистых оксидов превышает 2000ºС, поэтому их относят к классу огнеупоров. Керамика на основе Al2O3 обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик. Изделия из нее широко применяют во многих областях техники: резцы, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, детали высокотемпературных печей, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в ДВС. Керамика на основе оксидов Mg и Ca стойка к действию основных шлаков различных металлов, в т.ч. и щелочных. Термическая стойкость их низкая. MgO при высоких температурах летуч, СаО способен к гидратации даже на воздухе. Их применяют для изготовления тиглей, кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппаратуры и т.д. К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом (МеС) – карбиды, с азотом (МеN) – нитриды, с кремнением (МеSi) – силициды и с серой (МеS) – сульфиды. Эти соединения отличаются высокими огнеупорностью (2500…3500ºС), твердостью (иногда как у алмаза) и износостойкостью по отношению к агрессивным средам. Материалы обладают высокой хрупкостью. Сопротивление окислению при высоких температурах (окалинастойкость) карбидов и боридов составляет 900-1000ºС, у нитридов – несколько ниже. Силициды могут выдерживать температуру 1300…1700ºС (на поверхности образуется пленка кремнезема). Сульфиды: из сульфидов нашел практическое применение только дисульфид молибдена (МоS2), имеющий высокие антифрикционные свойства. Его применяют в качестве вакуумстойкого смазочного материала. Порошковые материалы Порошковая металлургия – отрасли, занимающиеся получением порошков металлических и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками. Преимущества порошковой металлургии: - возможность получения материала со специальными физическими и эксплуатационными свойствами; - применение в качестве исходных материалов отходов основного производства: обрезков, стружки, окалины и т.д.; - получение материалов из руды, минуя стадию металлургии; - практическое отсутствие необходимости дальнейшей механической обработки получаемых заготовок и тем самым снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления; - увеличение коэффициента использования материала; - совмещение процессов получения необходимого материала и готового изделия; - высокий уровень механизации и автоматизации всех технологических операций. Технологический процесс сводится к формованию порошков или волокнистых компонентов в заготовки, которые подвергают термообработке – спеканию. Промышленность выпускает различные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, титановый и др. Способы получения порошков условно разделяют на механические и физико-химические. Наибольшее практическое применение имеет способ механического измельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т.д.): дробление, размол, истирание. Измельчение проводят в механических дробилках и мельницах. Размолом получают порошки из легированных сплавов строго заданного химического состава и их хрупких материалов (кремний, бериллий и т.д.). Перспективным механическим методом является распыление жидких металлов с Тпл≤1600ºС (алюминия, железа, стали, меди, цинка, свинца, никеля и др.), при котором струя расплава разбивается охватывающим кольцевым газовым потоком (воздух, паровоздушная смесь, азот, аргон и др.). Наиболее простым и экономичным является способ раздува жидкого металла струей воды под определенным давлением. При применении механических способов исходный продукт измельчают без изменения химического состава. К физико-химическим способам относят такие тех. процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исходного сырья или его состояния в результате химического или физического (но не механического) воздействия на исходный продукт. Физико-химические способы более универсальны. Порошки тугоплавких металлов, а также порошки сплавов и соединений на их основе могут быть получены только физико-химическими способами. Наиболее дешевы порошки, получаемые методом восстановления руды и окалины. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды. Поведение металлических порошков при прессовании и спекании зависит от свойств порошков. Химический состав порошков определяется содержанием основного металла или компонента и примесей. Физические свойства порошков характеризуются размером и формой частиц, микротвердостью, плотностью, состоянием кристаллической решетки, а технологические свойства – насыпной массой (масса единицы объема свободно насыпанного порошка), текучестью (способность порошка заполнять форму), прессуемостью и спекаемостью (прочность сцепления частиц) порошка. Композиционные материалы КМ обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов, что и предопределило их успешное применение для совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций. Композиционными называют материалы, состоящие из двух компонентов и более, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом индивидуальные особенности. Для КМ характерна следующая совокупность признаков: - состав, форма и распределение компонентов материала определены заранее; - материалы состоят из двух компонентов и более различного химического состава, разделенных в материале границей; - свойства материала определяются каждым из его компонентов, содержание которых в материале достаточно большое; - материал обладает свойствами, отличными от свойств компонентов, взятых в отдельности; - материал однороден в макромасштабе и неоднороден в микромасштабе; - материал не встречается в природе, а является созданием человека. Компоненты КМ различны по геометрическому признаку. Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, является матрицей. Компонент же прерывный, разделенный в объеме КМ, считается армирующим или упрочняющим (наполнитель). В качестве матриц в КМ могут быть использованы металлы и их сплавы, а также полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и др. материалы. Наполнитель (упрочнитель) должен обладать высокими прочностью, твердостью и модулем упругости (Е), значительно большими, чем матрица. В зависимости от материала матрицы КМ можно разделить на следующие основные группы: - композиции с металлической матрицей – металлические композиционные материалы (МКМ); - с полимерной – полимерные композиционные материалы (ПКМ); - с резиновой резиновые композиционные материалы (РКМ); - с керамической – керамические композиционные материалы (ККМ). Название ПКМ обычно присваивают в зависимости от наполнителя (армированного материала). Например, ПКМ, армированные стеклянными волокнами, называют стеклопластиками. Аналогично получили свои названия металлопластики, асбестопластики, углепластики, боропластики и др. У металлических и керамических КМ пока еще нет четких правил присвоения названий. Обычно в начале указывают материал матрицы, а затем – армирующий материал. Например, медно-вольфрамовые, алюминиево-стальные КМ и т.п. По типу арматуры и ее ориентации КМ подразделяют на 2 основные группы – изотропные и анизотропные. Изотропные КМ имеют одинаковые свойства во всех направлениях. К этой группе относят КМ с порошкообразными наполнителями. К числу изотропных условно относят и КМ, армированные короткими (дискретными) частицами. КМ при этом получаются квазиизотропными, т.е. изотропными в объеме всего изделия, но анизотропными в микрообъемах. У анизотропных материалов свойства зависят от направления армирующего материала. Их подразделяют на однонаправленные, слоистые и трехмерно-направленные. Анизотропия материала закладывается конструктором для получения КМ с заданными свойствами. Однонаправленные КМ чаще всего проектируют для изготовления изделий, работающих на растяжение. Слоистые КМ получают путем продольно-поперечной укладки с правильным чередованием слоёв. Трехмерно-направленное армирование обычно достигается за счет использования «сшитых» в поперечном направлении армирующих тканей, сеток и т.п. Кроме такой анизотропии, образуется еще технологическая анизотропия, возникающая при пластическом деформировании изотропных материалов (металлов). Гибридными называют КМ, содержащие в своем составе три и более компонентов. В зависимости от распределения компонентов, гибридные КМ обычно делят на следующие классы: - однородные КМ с равномерным распределением каждого армирующего компонента по всему объему композиции;  - линейно-неоднородные КМ с объединением отдельных волокон в жгуты;  - КМ с плоскостной неоднородностью, в которых волокна каждого типа образуют чередующиеся слои;  - макронеоднородные КМ, когда разнородные волокна образуют зоны, соизмеримые с характерным размером изделия из КМ. При этом возможно использовать структуру типа «оболочка-сердцевина». Такое сочетание компонентов рассматривается как наиболее перспективное. Конструктор, проектируя изделие из КМ, армирующие волокна (например, из углерода, бора и др.) помещает в оболочку из металлической проволоки, сетки, фольги и т.п. Такие «полуфабрикаты» характеризуются высокой технологичностью при изготовлении изделий из волокнистых КМ.  По способу получения полимерные и резиновые КМ разделяют на литейные и прессованные. Металлические КМ аналогично делят на литейные и деформируемые. Литейные получают путем пропитки арматуры расплавленным матричным материалом (сплавом). Для получения деформируемых МКМ применяют спекание, прессование, штамповку, ковку на молотах и др. По назначению КМ разделяют на общеконструкционные, термостойкие, пористые, фрикционные, антифрикционные и т.д. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Контрольная работа по дисциплине «Материаловедение» составлена в соответствии с программой курса и включает в себя девяносто вопросов. Номера вопросов студент должен выбрать в соответствии с данными, приведенными в табл. 1. Контрольная работа, выполненная с нарушением номера варианта, не рецензируется. Работа выполняется разборчиво с оставлением полей и обязательными ссылками на литературные источники. Таблица 1
|
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,... |
