Макро- и микроструктуры материалов



 

Министерство образования и науки

ФГБОУ ВПО Уральский государственный экономический университет

 

Центр дистанционного образования

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине: Материаловедение.

по теме: ____________________

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: студент

Направление__________

Профиль

Группа

Ф.И.О

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2011

 

 

Вариант 4

 

1.В чем состоит отличие макро- и микроструктуры материалов? Опишите методы изучения и примеры  макроскопического и микроскопического строения металлов.

 

 

Внутренняя структура и состав металлов неоднородны, так как обычно они состоят из многочисленных зёрен в виде прилегающих друг к другу кристаллитов. Чаще всего эти неоднородности имеют микроскопические размеры, поэтому соответствующие разновидности внутренней структуры называются микроструктурами.

Макроструктура  металла, строение металла, видимое невооружённым глазом или с помощью лупы ,то есть при увеличениях до 25раз.

Для изучения микроструктуры металлов используют металлографические микроскопы. Оптическим микроскопом можно исследовать и фотографировать детали микроструктуры, размеры которых не превышают 0,4-0,6 мкм. Полученное изображение микроструктуры можно увеличивать, но новые детали структуры при этом не выявляются. Для того чтобы более глубоко и подробно изучить строение мелкодисперсных структур и границ зерен, блочное строение и дислокационную структуру, применяют метод электронной микроскопии. Применение метода рентгеноструктурного анализа позволяет определить степень совершенства кристаллов, их ориентировку, глубоко изучить структурные изменения.

Макроструктуру изучают на плоских образцах , вырезанных из изделия или заготовки, а также на изломах изделия. Для выявления макроструктуры поверхность тщательно шлифуют, затем травят растворами кислот или щелочей. При исследовании макроструктуры можно обнаружить нарушения сплошности металла (раковины, рыхлость, газовые пузыри, расслоения, трещины и т.д.), выявить распределение примесей и неметаллических включений, форму и расположение кристаллитов (зёрен) в разных частях изделия, а иногда даже особенности строения отдельных зёрен металла Изучение  макроструктуры позволяет сделать заключение о качестве заготовки и правильности ведения технологического процесса при литье, обработке давлением или сварке изделия. В некоторых случаях качество металла характеризуется видом излома, позволяющим установить, как проходит поверхность разрушения (по телу или по границам зёрен), выяснить причины разрушения и т.д.

 

 

2. Какие свойства относятся к теплофизическим? Сравните  теплопроводность древесины, керамического кирпича, стали.

 

Свойства материалов, связаны с изменением температуры, относят к теплофизическим. Они важны для теплоизоляционных и жаростойких материалов, для материалов ограждающих конструкции и изделий, твердеющих при тепловой обработке.

Тепловое расширение - свойство материалов расширятся при нагревании и сжиматься при охлаждении, оно характеризуется линейным изменением размеров, и объема материалов важен температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), показывающий, на какую долю первоначальной длины расширяется материал при повышении температуры на 1 С. Так, для стали ТКЛР составляет (11...11,9)*10-6, для бетона - (10...14)*10-6, для древесины вдоль волокон - (3..5)*10-6. В конструкциях, объединяющих несколько материалов, необходимо учитывать ТКЛР каждого; например, в железобетоне хорошо сочетаются сталь и бетон, так как ТКЛР этих материалов почти одинаков. В результате значительного различия ТКЛР в композиционных материалах возникают напряжения, которые могут привести не только к появлению микротрещин и короблению, но и к разрушению материалов.

Теплоемкость - свойства материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Теплоемкость - мера энергии, необходимой для повышения температуры материала.

Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С (Дж/ (кг*С)). Удельная теплоемкость равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических (кДж/(кг*С)): древесина - 2,38....2,72; сталь - 0,46, вода - 4,187. Наибольшую теплоемкость имеет вода, поэтому и с повышение влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Теплопроводность - свойство материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, применяемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, перекрытий, покрытий) и материалов, предназначенных для теплоизоляции. Теплопроводность зависит от его строения, химического состава, пористости и характера пор, от влажности и температуры, при которой происходит передача теплоты.

Теплопроводность характеризируется коэффициентом теплопроводности, показывающим, какое количество теплоты (Дж) способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при толщине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 С в течении 1 ч . Коэффициент теплопроводности (Вт/м*С): древесины вдоль волокон - 0,35 и поперек волокон - 0,175, керамического кирпича -0,82, стали - 5,1. Следовательно, воздушные поры в материале резко снижаются его теплопроводность, а увлажнение - сильно увеличивает, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

При замерзании воды в порах материала еще больше увеличивается теплопроводность, так как лед примерно в 4 раза теплопроводнее воды и в сто раз теплопроводнее воздуха. Чем меньше пор, т.е. чем плотнее материал, тем он теплопроводнее. При повышение температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (особенно у металлов) уменьшается.

 

 

3. Приведите классификацию дефектов кристаллического строения. Объясните причины появления точечных дефектов

 

 

Для металловедения наиболее существенно то, что стало возможно экспериментально определять количество и расположение разного типа дефектов кристаллического строения непосредственно в промышленных сплавах, изучать появление, исчезновение и перераспределение дефектов в кристаллах при литье, обработке давлением, термической обработке и эксплуатации изделий. Это не только позволило глубже понять поведение металлических материалов в разных условиях обработки и эксплуатации, но и открыло новые возможности для целенаправленного формирования оптимальной структуры, обеспечивающей заданные свойства материала. Вот почему учение о дефектах кристаллического строения металлов, начиная с пятидесятых годов, пронизывало уже многие разделы металловедения и теории термической обработки металлов. Сейчас без использования представлений о дефектах реальных металлических кристаллов немыслимо изучать пластическую деформацию металлов и сплавов, упрочнение, разрушение, рекристаллизацию, мартенситные превращения, процессы старения сплавов и др. Решение проблем прочности и пластичности «на атомном уровне» целиком зависит от успехов учения о дефектах кристаллов. Если в начальный период развития металловедения внимание исследователей было обращено на эксперименты, доказывающие геометрически правильное атомное строение твердых металлов, то в настоящее время важнейшая задача металловедения — исследование неправильностей (дефектов) атомнокристаллической структуры металлических зерен и установление связи этих дефектов с процессами, происходящими в металлах и сплавах, и их свойствами. Классификация дефектов кристаллической решетки Дефекты (несовершенства) кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двумерные) и объемные (трехмерные).                               Точечные дефекты малы во всех трех измерениях; их размеры по всем направлениям не больше нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся вакансии, межузельные атомы, примесные атомы и их комплексы.                                                                                                                                                          Линейные дефекты малы (имеют атомные размеры) в двух измерениях, а в третьем они значительно большего размера, который может быть соизмерим с длиной кристалла. К линейным дефектам относятся цепочки вакансий, межузельных атомов и дислокаций. Дислокации могут быть достаточно протяжёнными в одном направлении, и иметь небольшое протяжение в противоположном направлении. От наличия дислокаций напрямую зависят прочность и пластичность металлов.                                                                      Поверхностные дефекты малы только в одном измерении, ими являются границы зёрен,  субзёрен и двойников, границы доменов, поверхность раздела фаз и тому подобные двумерные объекты.                                          Точечные, линейные и поверхостные дефекты считаются микроскопическими, т.к. (по крайней мере в одном направлении) их протяжённость измеряется лишь несколькими атомными диаметрами. В противоположность этим дефектам объемные несовершенства принято относить к типу макроскопических , поскольку имеют во всех трёх измерениях сравнительно большие размеры, совершенно несопоставимые с величиной атомного диаметра. В определённых случаях эти дефекты можно наблюдать и невооружённым глазом. К объёмным дефектам обычно относят поры, трещины, царапины.                                                                                                                                            Вместе с тем такое толкование объемных дефектов следует рассматривать как достаточно условное, объёмные дефекты могут быть и микроскопических размеров. Поэтому более корректным является определение их как дефектов, имеющих соразмерные размеры во всех направлениях и представляющих собой трёхмерные полости.                            Точечные дефекты - самые мелкие дефекты, обычно связаны с "ненормальной" ситуацией вокруг одного атома (отсутствием одного атома, замещением одного атома другим или же появлением "лишнего" атома). Рассмотрим различные точечные дефекты, схематически изображенные на рис. 2.1.                                                                                                                                                           Вакансия. Атом может отсутствовать в некотором узле кристаллической решетки (см. рис. 2.1 (1)). Такое пустое место называют вакансией. Часто вакансия появляется при кристаллизации - случайно один узел оказывается пустым, и, если следующий слой атомов закрывает подход атомов из раствора или расплава к пустому узлу-вакансии, то узел может оказаться пустым. Вакансию часто называют - дефект по Шотки.                            Междоузельный атом. Атом может разместиться не в узле кристаллической решетки, а в промежутке между атомами - междоузлии (см. рис. 2.1 (2)), такой дефект называют междоузельным атомом. Появляется междоузельный атом, как и вакансия, часто при кристаллизации - случайно один из атомов в результате теплового движения попадет в промежуток между соседними атомами, и, если его место займет какой либо другой атом, то междоузельный атом так и останется в новом ненормальном положении.              Дефект по Френкелю. Часто вакансия и межузельный атом возникают парами (см. рис. 2.1 (3)), в этом случае один из атомов перескакивает из узлового положения в соседнее междоузлие. Причиной такого перескока может быть тепловое движение при сравнительно высоких температурах, порядка температуры плавления, или выбивание атома быстродвижущейся частицей (радиационный дефект). Такая пара дефектов называется дефектом по Френкелю.                                                                                                                                                          Атом примеси. Один из атомов может быть замещен атомом примеси (см. рис. 2.1 (4)), при этом также получается дефект, называемый примесным атомом замещения. Примесный атом может разместиться и в междоузлии (см. рис. 2.1 (5)), как бы внедрившись в него. Такой дефект, называемый примесным атомом внедрения, часто появляется в случае, когда атом примеси значительно меньше атомов кристалла и в решетке кристалла имеются междоузлия достаточного размера; часто примесями внедрения оказываются атомы водорода, бора, углерода. Если атом примеси превосходит по размерам атомы кристалла, то, как правило, он замещает атомы кристалла.

Рис. 2.1.
Типы точечных дефектов: 1 - вакансия; 2 - межузельный атом; 3 - дефект по Френкелю; 4 - примесный атом замещения; 5 - примесный атом внедрения; 6 - атом замещения большей валентности


 

 

 

4. Марка стали У8А

 

Буквой У  маркируются инструментальные качественные углеродистые стали (углеродистая инструментальная сталь).

Числом 8 указывающим содержание углерода в десятых долях процента(содержание углерода соответственно 0,8 %).

Буквау  А в конце марки ставят для обозначения высокого качества стали (инструментальная высококачественная углеродистая сталь).

 

По содержанию углерода данная сталь относится к высокоуглеродистым C >0,6% 

По содержанию легирующих   элементов к высоколегированным легирующих элементов  > 10%             

              Назначение имеет инструментальное для изгатовления режущего инструмента, штампов.

              По качеству (по содержанию серы и фосфора)              является высококачественной

                            По степени раскисления кипящая.

Марка :

У8А

Классификация :

Сталь инструментальная углеродистая

Применение:

для инструмента, работающего в условиях, не вызыва
щих разогрев
режущей к
о
ки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.


Химический состав в % материала У8А

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

0.76 - 0.83

0.17 - 0.33

0.17 - 0.28

до 0.2

до 0.018

до 0.025

до 0.2

до 0.2



Температура критических точек материала У8А

Ac1 = 720 , Ar1 = 700 , Mn = 245



Механические свойства при Т=20oС материала У8А

Сортамент

Размер

Напр.

в

T

5

KCU

Термообр.

-

мм

-

МПа

МПа

%

%

кДж / м2

-

Лента отожжен.

1.5

 

750

 

10

 

 

 


 

Твердость материала У8А после отжига ,

HB 10 -1 = 187 МПа



Физические свойства материала У8А

T

E 10- 5

 10 6

C

R 10 9

Град

МПа

1/Град

Вт/(м·град)

кг/м3

Дж/(кг·град)

Ом·м

20

 

 

 

7830

 

140



Обозначения:

Механические свойства :

в

- Предел кратковременной прочности , [МПа]

T

- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

5

- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]

- Относительное с
ж
ние , [ % ]

KCU

- Ударная вязкость , [ кДж / м2]

HB

- Твердость по Бринеллю , [МПа]


 


Физические свойства :

T

- Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E

- Модуль упругости первого рода , [МПа]

- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

- Плотность материала , [кг/м3]

C

- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]

R

- Уде
ьное
электросопротивление, [
м
м]


 

 

 

Назначение

 

 

Сталь У8А применяется: для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; инструмента для обработки дерева (фрез, зенковок, цековок, топоров, стамесок, долот, продольных и дисковых пил; накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинповистых сплавов; калибров простой формы и пониженных классов точности; холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации (клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в том числе для часов, и т.д. (лента выпускается по ГОСТ 2283, ГОСТ 21996 и ряду специальных технических условий); холоднокатаной термообработанной ленты толщиной 0,05-1,30 мм и плющеной термообработанной ленты толщиной 0,15-2,00 мм для изготовления пружинящих деталей и пружин, за исключением заводных; измерительных лент.

 

 

 

5. Электротехнические материалы. Особенности получения, свойства и применение резин.

 

 

Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и полупроводниковых материалов, предназначенных для работы в электрических и магнитных полях. Сюда же можно отнести основные электротехнические изделия: изоляторы, конденсаторы, провода и некоторые полупроводниковые элементы. Электротехнические материалы в современной электротехнике занимают одно из главных мест. Всем известно, что надежность работы электрических машин, аппаратов и электрических установок в основном зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов. Анализ аварий электрических машин и аппаратов показывает, что большинство из них происходит вследствие выхода из строя электроизоляции, состоящей из электроизоляционных материалов.

Не менее важное значение для электротехники имеют магнитные материалы. Потери энергии и габариты электрических машин и трансформаторов определяются свойствами магнитных материалов. Довольно значительное место занимают в электротехнике полупроводниковые материалы, или полупроводники. В результате разработки и изучения данной группы материалов были созданы различные новые приборы, позволяющие успешно решать некоторые проблемы электротехники.                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Электротехническая промышленность должна расширить производство теплостойких эмаль-проводов, малогабаритных энергоемких аккумуляторных батарей, тонких фольгированных диэлектриков, а также освоить серии новых типов миниатюрных источников электропитания, электрических двигателей, кабелей связи, наладить серийный выпуск установок для лазерной обработки материалов и плазменного напыления порошков. Электротехническое предприятие, как и любое государственное производственное предприятие, представляет собой самостоятельную хозяйственную единицу. Ряд родственных предприятий с целью внедрения более прогрессивных форм централизации производства входят в состав производственного объединения. Например, широко известно производственное объединение «Электросила». Получили широкое распространение территориально-производственные комплексы. Братско-Усть-Идимский территориально-производственный комплекс включает в себя Усть-Илимскую ГЭС и крупный целлюлозный завод, в создании которого приняли участие страны —члены СЭВ. Производственно-территориальные комплексы позволяют наиболее эффективно использовать материальные, финансовые и трудовые ресурсы, дают огромную экономию народному хозяйству, создают благоприятные условия для использования природных богатств, развития межотраслевых, специализированных производств и благоустроенных жилищных и культурно-бытовых объектов. Основные задачи социалистического производственного предприятия—обеспечение выпуска нужной обществу высококачественной продукции, повышение эффективности производства путём систематического его совершенствования, улучшения организации и условий труда. В планировании, которое является центральным звеном управления народным хозяйством, будут шире использоваться целевые комплексные программы экономического и социального развития страны; особое внимание будет уделено применению сбалансированных плановых заданий по всем показателям, которые стимулируют рост производительности труда, повышение эффективности производства и качества продукции, экономию рабочего времени, материалов, энергии и других ресурсов.

Электротехнические материалы предназначены для работы в электрических и магнитных полях. От качества электротехнических материалов, правильного их выбора и применения зависят надежность и экономичность работы электрических машин, аппаратов, приборов и электроустановок в целом. Отдельную группу составляют магнитные материалы; они обладают свойством усиливать или ослаблять магнитное поле, в которое их помешают. Из курса физики известно, что способность материала проводить электрический ток характеризуется удельным электрическим сопротивлением (или просто удельным сопротивлением). Проводниковые материалы (проводники) имеют небольшое удельное сопротивление и поэтому являются хорошими проводниками электрического тока. Их применяют в качестве токоведущих частей электроустановок. Электроизоляционные материалы (часто их называют диэлектриками) обладают большим удельным сопротивлением и поэтому практически не проводят электрический ток. Их применяют для изолирования токоведущих частей электроустановок. Электроизоляционные материалы довольно распространены и разнообразны; они отличаются агрегатным состоянием и способами производства, а также областями их применения. По этим признакам они имеют свою довольно сложную классификацию. По агрегатному состоянию принято различать твердые, газообразные, жидкие и полужидкие диэлектрики. Наряду с так называемыми традиционными диэлектриками — стекло, керамика, слюда, нефтяные масла и т. п. — все увеличивается число синтетических полимеров и новых материалов, созданных благодаря применению прогрессивной технологии. Значительно расширился класс электроизоляционных жидкостей, лаков, эмалей, компаундов. Одновременно с этим значительно сократилось применение в качестве диэлектриков таких дефицитных материалов, как шелковые ткани, растительные пищевые масла и др. Удельное электрическое сопротивление полупроводниковых материалов (полупроводников) по сравнению с проводниками и диэлектриками изменяется в очень большом интервале. Поэтому полупроводники обадают рядом особых электрических свойств. Полупроводники широко используют в выпрямителях переменного тока, усилителях электрических сигналов, радиоэлектронных устройствах и многих других областях. Магнитные материалы обладают свойством изменять магнитное поле, в которое их помещают. Они находят применение для изготовления магнитопроводов, являющихся важной частью в устройстве трансформаторов, электрических машин, электроизмерительных приборов; их используют для изготовления постоянных магнитов, а также других деталей, применяемых в автоматике, телефонной связи, радиоэлектронике. Для изготовления и монтажа электроустановок применяют также клеи, эмали, лаки, припои и подобные им материалы. Их принято называть вспомогательными электротехническими материалами.
 

Электроугольные изделия (щетки для электрических машин)

              К данного рода изделиям относятся щетки для электрических машин, электроды для дуговых печей, контактные детали и др. Электроугольные изделия изготовляют методом прессования из исходных порошкообразных масс с после Щетки для электрических машин бывают графитными, угольно-графитными, электрографитированными, металло-графитными. Графитные щетки изготовляют из натурального графита без связующего (мягкие сорта) и с применением связующего (твердые сорта). Графитные щетки отличаются мягкостью и при работе вызывают незначительный шум. Угольно-графитные щетки производят из графита с добавлением других углеродистых материалов (кокс, сажа), с введением связующих веществ. Полученные после термической обработки щетки покрывают тонким слоем меди (в электролитической ванне). Угольно-графитные щетки обладают повышенной механической прочностью, твердостью и малым износом при работе.              Электрографитированные щетки изготовляют из графита и других углеродистых материалов (кокс, сажа), с введением связующих веществ. После первого обжига щетки подвергают графитизации, т. е. отжигу при температуре 2500—2800° С. Электрографитированные щетки обладают повышенной механической прочностью, стойкостью к толчкообразному изменению нагрузки и применяются при больших окружных скоростях. Металло-графитные щетки производят из смеси порошков графита и меди. В некоторые из них вводят порошки свинца, олова или серебра. Эти щетки отличаются малыми значениями удельного сопротивления, допускают большие плотности тока и имеют малые переходные падения напряжения. дующим обжигом.

              Повышению эффективности и качества электротехнических работ способствуют единые для всех отраслей производства условия, факторы и мероприятия:
концентрация, специализация, кооперирование и комбинирование производства;
электрификация, комплексная механизация, автоматизация и химизация производственных процессов;
стандартизация и унификация выпускаемых изделий, повышение их прочности, надежности и долговечности; улучшение внешнего оформления изделия;
применение Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), Единой системы конструкторской документации (ЕСКД);
техническое нормирование, рациональная организация рабочих мест и труда; широкое внедрение системы бездефектного изготовления продукции и сдачи ее с первого предъявления, системы управления качеством продукции;
внедрение новейших достижений науки и техники, новых материалов, прогрессивных технологических процессов;
создание и все более широкое применение управляющих машин, способных вести управление как отдельным технологическим процессом, так и их сложной совокупностью;
увеличение мощности, скорости работы, повышение надежности и экономичности рабочих машин, переход от применения отдельных машин к автоматической системе машин;
совершенствование планирования и управления предприятием на основе осуществления в этом деле единых принципов и выполнения требований, сформулированных в партийных и правительственных документах.
На предприятиях страны внедряется комплексная система управления качеством продукции. Она сложилась в целостном виде на предприятиях Львовской области, которые использовали передовой опыт работы предприятий Саратова, Москвы и других городов и областей, В основе этой системы лежит применение комплекса стандартов. Она охватывает такие элементы, факторы и показателе, как степень прогрессивности оборудования и технологии, соблюдение производственной и технологической дисциплины.

 

 

 

РЕЗИНА (от лат. resina-смола), эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального и синтетических каучуков. Представляет собой сетчатый эластомер-продукт поперечного сшивания молекул каучуков хим. связями.

Получение. Резину получают главным образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых (обычно 20-60% по массе) составляют каучуки. Другие компоненты резиновых смесей-вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, наполнители, противо-старители, пластификаторы. В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт регенерации резины, способный к повторной вулканизации), замедлители подвулканизации, модификаторы, красители, порообра-зователи, антипирены, душистые вещества и другие ингредиенты, общее число которых может достигать 20 и более. Выбор каучука и состава резиновой смеси определяется назначением, условиями эксплуатации и техническими требованиями к изделию, технологией производства.

Технология производства изделий из резины включает смешение каучука с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцеванных профилей, каландрованных листов, прорезиненных тканей, корда и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением спец. сборочного оборудования и вулканизацию изделий в аппаратах (прессы, котлы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая пластичность резиновых смесей, благодаря которой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате вулканизации. Широко применяют формование в вулканизации прессе и литье под давлением, при которых формование и вулканизацию изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных каучуков и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе жидких каучуков. При вулканизации смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на каучук, получают эбониты.

Свойства. Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители-дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале.

Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости).

Резина-сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука ; cвойствa могут существенно изменяться при комбинировании каучуков различных типов или их модификации.Модуль упругости резин различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; коэффициент Пауссона близок к 0,5. Упругие свойства резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций. Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации. Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж, SiO2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резин из кристаллизующихся каучуков. Твердость резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации. Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Цикличность деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизационными свойствами. Резины характеризуются также высокими фрикционными свойствами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворрителях. Степень набухания определяется разницей параметров растворримости каучука и растворителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного набухания обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длительном хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических своиств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резин в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Классификация. По назначению различают следующие основные группы резин: общего назначения, теплостойкие, морозостойкие, маслобензостойкие, стойкие к действию химически агрессивных сред, диэлектрические, электропроводящие, магнитные, огнестойкие, радиационностойкие, вакуумные, фрикционные, пищевого и медицинского назначения, для условий тропического климата и др. ; получают также пористые, или губчатые, цветные и прозрачные резины.

Применение. Резины широко используют в технике, сельском хозяйстве, быту, медицине, строительстве, спорте. Ассортимент резиновых изделий насчитывает более 60 тыс. наименований. Среди них: шины, транспортные ленты, приводные ремни, рукава, амортизаторы, уплотнители, сальники, манжеты, кольца и др., кабельные изделия, обувь, ковры, трубки, покрытия и облицовочные материалы, прорезиненные ткани, герметики и др. Более половины объема вырабатываемой резины используется в производстве шин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1.      Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология  металлов. – М., Высшая школа, 2001. – 638 с.

2.      Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.

3.      Келли А., Гровс Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах.- М.. Мир, 1974. 496 с.

4.      http://www.manual-steel.ru/U8A.html

5.      Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решётки. -М..Металлургия, 1990. 336 с.

6.      http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3860.html

7.      Ржевская С.В. Материаловедение: Учеб. для вузов. – М.: Издательство МГГУ, 2005. – 456 с.

8.      Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология  металлов. – М., Высшая школа, 2001. – 638 с.

 

 



Макро- и микроструктуры материалов