Контрольная работа по «Материаловедение». 4

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное  учреждение

Среднего  профессионального образования

«Райчихинский индустриальный техникум»

                                                         Контрольная работа

по  дисциплине «Материаловедение»

                                                      студента(-ки) группы   ЭС 311

                                   специальности  Электрические  станции,сети 

и системы

                                                    Фамилия, инициалы  Ельчина О.Н

                                                    Вариант  № 2

                                                    Номер зачетной книжки 37992

                                                   Дата выполнения  3.03.12

Адресные  данные:

Г.Райчихинск

Ул.Калинина 1

КВ.34

Проверил _________

Оценка ___________

Подпись __________

Дата______________

2)Кристаллическое строение металлов и сплавов.     

Все вещества в твердом состоянии  имеют или кристаллическое, или  аморфное строение.

Аморфное  вещество бесформенно, атомы его  расположены хаотично, без всякой системы. Аморфные тела изотропны, т. е. все их свойства одинаковы во всех направлениях. Примером аморфных тел  является стекло, канифоль.

Все металлы и сплавы имеют кристаллическое  строение. В этом можно легко убедиться  при рассмотрении изломов металлов невооруженным глазом или через  лупу. При микроскопическом исследовании кристаллическое строение металлов выявляется с большей отчетливостью. Кристаллические зерна имеют  неопределенную форму и внешне не похожи на типичные кристаллы —  многогранники; поэтому эти зерна  называют не кристаллами, а кристаллитами, зернами или гранулами. Однако внутреннее строение кристаллитов ничем не отличается от внутреннего строения кристаллов, и тела, составленные из кристаллитов, являются кристаллическими.

При определенной температуре появляются центры кристаллизации которые, растут за счет атомов, примыкающих из жидкой фазы. Свободно растущие кристаллы имеют правильную форму, однако эта форма нарушается при соприкосновении кристаллов и в результате, при правильном внутреннем строении зерен, их внешние очертания неправильны и зависят от ориентировки и количества центров кристаллизации

В случае плотной сплошной укладки  частиц внутри металла по схеме фиг. 38 кристаллы принимают округлые очертания.

В отдельных случаях частицы металла  в начале образования кристаллов не укладываются вплотную друг к другу, а образуют оси, симметрично растущие из центра и разветвляющиеся. Эти  образования называют дендритами. Если жидкого металла достаточно для  заполнения промежутков между осями, то образуется кристаллит; если же жидкого  металла недостаточно, то форма дендрита сохраняется.

Д. К. Чернов обнаружил в усадочной  раковине стального слитка дендрит  весом 3,5 кг.

В отдельных кристаллах свойства различны в разных направлениях. Если взять  большой кристалл, вырезать из него несколько одинаковых по размеру, но различно ориентированных образцов и произвести испытания этих образцов, то иногда можно получить весьма значительную разницу в свойствах между  отдельными образцами. Например, при  испытании образцов, вырезанных из кристалла меди, величина удлинения  изменялась в пределах от 10 до 55%. а  величина предела прочности —  от 14 до 35 кг/мма для различных  образцов.

Это свойство кристаллов называют анизотропностью. Анизотропность кристаллов объясняется  определенным расположением атомов в пространстве.

Типы  кристаллической решётки.

Твердые вещества, как правило, имеют кристаллическое  строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. При мысленном  соединении этих точек пересекающимися  прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой.

Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки. В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. Они совершают колебательные движения. С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает, что проявляется в тепловом расширении тел.

В зависимости от вида частиц и характера  связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером может служит кристалл хлорида натрия, в котором, как уже отмечалось, каждый ион натрия окружен шестью хлорид-ионами, а каждый хлорид-ион - шестью ионами натрия. Такому расположению соответствует наиболее плотная упаковка, если ионы представить в виде шаров, размещенных в кристалле . Очень часто кристаллические решетки изображают, как показано на рис , где указывается только взаимное расположение частиц, но не их размеры.

Число ближайших соседних частиц, вплотную примыкающих к данной частице  в кристалле или в отдельной  молекуле, называется координационным числом.

В решетке хлорида натрия координационные  числа обоих ионов равны 6. Итак, в кристалле хлорида натрия нельзя выделить отдельные молекулы соли. Их нет. Весь кристалл следует рассматривать  как гигантскую макромолекулу, состоящую  из равного числа ионов Na⁺ и Cl^-, Na_nCl_n, где n - большое число . Связи между ионами в таком кристалле весьма прочны. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки и малолетучи.

Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению  геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и  уменьшению прочности связи между  ними. Поэтому расплавы их проводят электрический ток. Ионные соединения, как правило, легко растворяются в жидкостях, состоящих из полярных молекул, например в воде.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся  отдельные атомы, называются атомными. Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз - одна из модификаций углерода. Алмаз состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами. Координационное число углерода в алмазе 4 . В решетке алмаза, как и в решетке хлорида натрия, молекулы отсутствуют. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую молекулу. Атомная кристаллическая решетка характерна для твердого бора, кремния, германия и соединений некоторых элементов с углеродом и кремнием.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных), называются молекулярными.

Молекулы  в таких решетках соединены между  собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость  и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в  воде, их растворы почти не проводят электрический ток. Число неорганических веществ с молекулярной решеткой невелико.

Примерами их являются лед, твердый оксид углерода (IV) ("сухой лед"), твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F₂, Сl₂, Br₂, I₂, Н₂, О₂, N₂), трех- (О₃), четырех- (Р₄), восьми- (S₈) атомными молекулами. Молекулярная кристаллическая решетка йода показана на рис . Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.

12)Углеродистые стали.

 Свойства углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой. Горячекатаные, нормализованные и отожженные стали имеют феррито-перлитную структуру.

Увеличение  содержания углерода (перлита) приводит к росту прочности и падению  пластичности и вязкости стали, при  этом порог хладноломкости существенно  повышается. Структура закаленной стали  зависит от содержания углерода и  температуры нагрева под закалку.

Углеродистые  инструментальные стали являются наиболее дешевыми. Как правило, их применяют  для изготовления малоответственного режущего инструмента, работающего  при малых скоростях резания  и не подвергаемого разогреву  во время эксплуатации. Углеродистые стали относятся к сталям неглубокой прокаливаемости, не теплостойким. Малая  устойчивость переохлажденного аустенита  углеродистых сталей обуславливает  их низкую прокаливаемость. Низкая устойчивость аустенита определяет основные достоинства  и недостатки таких сталей.

Достоинствами углеродистых сталей является то, что  в малых сечениях после закалки  достигается высокая твердость  в поверхностном слое и мягкая, вязкая сердцевина инструмента. Такие  свойства благоприятны для такого инструмента, как ручные метчики, напильники, пилы, стамески, долота, зубила и т. д. В  отожженом состоянии углеродистые стали имеют низкую твердость, в  них легко при отжиге получается структура зернистого цемента, что  обуславливает их хорошую обрабатываемость при изготовлении инструмента.

Недостатками  углеродистых сталей является малая  прокаливаемость. Она не позволяет  применять эти стали для инструмента  сечением более 20-25 мм. Стали нетеплостойки, высокая твердость их сохраняется  лишь до температур 250-200 ° С. Углеродистые стали имеют высокую чувствительность к перегреву вследствие растворения  избыточных карбидов в аустените.

Влияние примесей

• Полезные примеси: марганец и кремний
• Вредные примеси: сера, фосфор, а также скрытые примеси – газы: кислород, азот водород.
• Случайные примеси: медь, хром, никель

Полезные примеси

Марганец и кремний. Их вводят в сталь в процессе выплавки для раскисления (удаления кислорода  из жидких металлов для повышения  качества стали). Марганец увеличивает прокаливамость стали и уменьшает вредное влияние серы. Кремний эффективно раскисляет сталь и способствует ее упрочнению.

Вредные примеси

Сера, фосфор. Сера снижает  пластичность и вязкость стали, а  также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Повышенное содержание серы допускается лишь в  автоматных сталях для изготовления изделий неответственного назначения, т.к. сера улучшает обрабатываемость стали. Основной источник серы в стали - это  исходное сырье, т.е. чугун. Фосфор также  снижает пластичность железа, т.к. резко  отличается от него по типу кристаллической  решетки, диаметру атомов и их строению. Основной источник фосфора в стали  – это руда, из которой выплавлен  исходный чугун. 
Кислород, водород, водород, азот. 
Даже небольшую присутствие этих примесей оказывает резко отрицательное воздействие на свойства стали. Кислород и азот способствуют снижению вязкости и пластичности стали. Повышенное содержание водорода делает сталь хрупкой, а также приводит к образованию внутренних трещин – флокенов. Для выведения скрытых примесей используется метод вакуумирования.

22)Отпуск сталей. Виды отпуска.

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при  этой температуре с последующим  охлаждением (обычно на воздухе) . Отпуск является окончательной термической  обработкой. Целью отпуска является изменение строения и свойств  закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, снижение внутренних напряжений. 
С повышением температуры нагрева прочность обычно уменьшается, а удлинение, сужение, а также ударная вязкость растут (рис. 1). Температуру отпуска выбирают, конкретной детали.

(рис.1)

Влияние температуры отпуска  на механические свойства стали с 0,4 % С 
В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. 
При низкотемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 150—250 °С. После выдержки при этой температуре (обычно 1—3 ч) в детали получают структуру отпущенного (кубического) мартенсита При низком отпуске частично снимаются закалочные напряжения. Если в стали было значительное количество остаточного аустенита, то в результате его превращения в кубический мартенсит твердость после низкого отпуска может увеличиться на 2—3 единицы и HRC..

(Рис 2)

Структура закаленной стали  после различных видов отпуска, Х500: a — среднетемпературного (350-400 °С, бейнит); б — высокотемпературного (450 — 600 °С, сорбит); в — 650—700 °С  
Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей после цементации, поверхностной закалки и т.д. При среднетемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 350—400 °С. В результате получается структура троостита (бейнит). После такого отпуска в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости (НRС 40— 45) и прочности с хорошей упругостью и достаточной вязкостью поэтому среднему отпуску подвергают пружины и рессоры. 
При высокотемпературном отпуске закаленные изделия нагревают до 450—650 °С. После такого нагрева и соответствующей выдержки в изделиях получается структура сорбита. В отличие от сорбита, образующегося после нормализации, когда цементит пластинчатый, после высокого отпуска цементит приобретает зернистую форму (рис. 8, б). Это существенно повышает ударную вязкость при одинаковой (или даже более высокой) твердости по сравнению с нормализованной сталью. Поэтому такой отпуск применяют для деталей машин, испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки. Закалку с высоким отпуском часто называют улучшением. . При нагреве 650—700 °С получают структуру зернистого перлита (рис. 8, в).Поскольку в легированных сталях все диффузионные процессы протекают медленнее, время выдержки при отпуске таких сталей больше по сравнению с углеродистыми. Кроме того, карбидообразующие элементы замедляют коагуляцию карбидов, в результате чего они сохраняются мелкодисперсными до более высоких температур. Это одна из причин наблюдающегося явления так называемой вторичной твердости, т.е. увеличения твердости после отпуска в интервале 500— 600 °С (наблюдается в сталях, легированных хромом, молибденом, ванадием и некоторыми другими элементами).  

(Рис 3)

Влияние температуры отпуска  на ударную вязкость стали с высокой  восприимчивостью к отпускной хрупкости:1 — быстрое охлаждение в воде или  масле; 2 — медленное охлаждение.

Поэтому в результате высокотемпературного отпуска при одной и той  же температуре, а следовательно, при  одной и той же структуре, легированные конструкционные стали имеют  более высокую прочность и  пластичность, чем углеродистые. Это  и является одной из основных причин применения легированных сталей для  изготовления деталей ответственного назначения, испытывающих сложные напряжения при эксплуатации.

Обычно ударная вязкость с температурой отпуска увеличивается, а скорость охлаждения после отпуска  не влияет на свойства. Но для некоторых  конструкционных сталей наблюдается  уменьшение ударной вязкости (рис. 9). Этот дефект называется отпускной хрупкостью. Различают отпускную хрупкость I и II рода.

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в  области 300 °С у легированных, а также  углеродистых сталей. Не зависит от скорости охлаждения. Это явление  связывают с неравномерностью превращений  отпущенного мартенсита. Процесс  протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. Благодаря этому вблизи границ создаются концентрации напряжений, границы становятся хрупкими. Отпускная  хрупкость I рода “необратима”, т. е. при  повторных нагревах тех же деталей  она в них не наблюдается.

Отпускная хрупкость II рода Наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после  отпуска в области 450— 650 °С (штриховая  линия на рис. 9). Существует несколько  объяснений природы этого дефекта. Рассмотрим наиболее распространенное. При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит восходящая диффузия фосфора из внутренних объемов зерна к границам. Приграничные зоны зерна обогащаются фосфором, прочность границ понижается, ударная вязкость падает. Этому дефекту способствуют хром, марганец и фосфор (>0,001 %). Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам (до 0,5 %) и быстрое охлаждение после отпуска (сплошная линия на рис. 9). Отпускная хрупкость II рода “обратима”, т. е. при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур этот дефект может повториться. Поэтому стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650 °С без последующего быстрого охлаждения (например, штампы для горячей штамповки).

32)Механическая обработка металлов и сплавов.

Точение. Фрезерование. Сверление. Строгание.

Большинство деталей машин изготовляется  путем обработки резанием. Заготовками  таких деталей служат прокат, отливки, поковки, штамповки и др.

Процесс обработки деталей резанием основан  на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимается при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск — это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

После снятия припуска на металлорежущих станках  обрабатываемая деталь приобретает форму и размеры, соответствующие рабочему чертежу детали. Для уменьшения трудоемкости и себестоимости изготовления детали, а также ради экономии металла, размер припуска должен быть минимальным, но в то же время достаточным для получения хорошего качества детали и с необходимой шероховатостью поверхности.

В современном машиностроении имеется  тенденция снижать объем обработки  металлов резанием за счет повышения  точности исходных заготовок.

Основные  методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 12).

Точение — операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 12.1) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка (рис. 12.2).

Сверление — операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 12.3).

Строгание — способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Строгание производится на строгательных станках (рис. 12.4).

Долбление — способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 12.5).

Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Рис. 12 

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 12.6) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 12.7).

Протягивание — процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис.12.8)

42)Пластмассы,  их состав, свойства, область применения

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

Пластмассы являются весьма перспективным конструкционным  материалом. Их используют не только как  заменители металлов, не и как самостоятельный  материал для различных изделий, обладающих многими положительными качествами.

Изготовление пластмассовых  конструкций, как правило, менее  трудоёмко и энергоёмко, чем из других материалов. Они с успехом  заменяют конструкции из легированных сталей, драгоценных металлов, бетона и дерева, позволяя тем самым экономить  промышленно важные материалы.

Изделия из пластмасс отличаются:

• малой плотностью (малый вес) (1,0...1,8 г/см³);
• высокими диэлектрическими свойствами;
• хорошими теплоизоляционными характеристиками (низкая теплопроводность);
• устойчивостью к атмосферным воздействиям;
• стойкостью к агрессивным средам; пластмассы почти не подвергаются электрохимической коррозии и очень стойки против агрессивных химических сред - некоторые пластмассы по химической стойкости превосходят золото и платину;
• стойкостью к резким сменам температуры, в частности, стабильностью размеров;
• высокой механической прочностью при различных нагрузках;
• меньшими затратами энергии для переработки, чем металлические материалы (это обусловлено технологическими свойствами пластмасс);
• высокой эластичностью;
• оптической прозрачностью;
• простотой формирования изделий;
• разнообразием цветовой гаммы (не требуют окраски);

Пластмассы - важнейшие конструкционные  материалы современной техники. Их используют:

• в машиностроении (резервуары; подшипники скольжения; зубчатые и червячные колеса; детали тормозных узлов; рабочие органы насосов и турбомашин; технологическая оснастка и др.);
• в элетро- и радиотехнике (устройство телеграфных столбов; различных деталей и др.);
• на железнодорожном и других видах транспорта (детали автомобилей, самолетов, ракет; кузова различного транспорта; трубопроводы и др.;
• в строительстве (создание большепролетных панелей покрытия до 12 м; оболочек; в качестве отделочного материала; светопрозрачные ограждения; навесы; вентиляционные устройства; дымовые трубы;
• оконные переплеты; светопрозрачные стены и др.;
• в сельском хозяйстве (теплицы и др.);
• в медицине (приборы; аппараты; изготовление «запасных» частей человеческого организма - костей, суставов, аорт и других крупных кровеносных сосудов);
• в быту (посуда, одежда, обувь, меха и др.).

При замене металла вес  детали уменьшается в 3...5 раз (при  замене железобетона - в 5...10 раз), ее себестоимость  падает в 3...6 раз, трудоемкость изготовления - в 3...8 раз.

Пластмассы обладают довольно хорошими механическими свойствами. Если сопоставить удельную прочность, то возникает возможность применения пластмасс для несущих конструкций, что видно из табл. 1.

Таблица 1

Пластмассы используются практически во всех областях производства и жизни, а объем их применения в дальнейшем будет увеличиваться.

Литература:

1)http://www.welding.su/articles/plastic/plastic_292.html

2) http://vsempomogu.ru/tehnika/metal/349-24.html

3) http://nwpi-fsap.narod.ru/lists/materialovedenie_lect/10.html

4) http://www.omegametall.ru/primes/

5) http://www.welding.su/library/heat/heat_138.html

6) http://www.conatem.ru/tehnologiya_metallov/otpusk-metalla.html

7) http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00031644_0.html

8) http://deltasnab.ru/stati/siryo/svojstva-i-oblasti-primeneniya-abs-plastikov/

9) http://www.materialscience.ru/

10)Введение в физическое металловедение / Юм-Розери В. - М.: Металлургия, 1965. - 204с.

11) Алексеев В.С. Материаловедение. Конспект лекций. 2008 год. 160 стр.  
Конспект лекций предназначен для освоения студентами вузов специальной дисциплины "Материаловедение".