Основные методы ударной вязкости,легирование сталей и лакокрасочные материала

СОДЕРЖАНИЕ

1.Основные методы измерения  ударной вязкости 3

2.Легирование сталей. Принципы  маркировки легированных сталей 5

3.Маркировка лакокрасочных  материалов и области их применения 7

4.Список литературы 11

1.Опишите основные методы измерения ударной вязкости.

Ударная вязкость — способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.

Основным отличием ударных  нагрузок от испытаний на растяжение-сжатие или изгиб является гораздо более  высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная вязкость характеризует способность материала  к быстрому поглощению энергии.[1]

Обычно оценивается работа до разрушения или разрыва испытываемого  образца при ударной нагрузке, отнесённой к площади его сечения  в месте приложения нагрузки. Выражается в Дж/см² или в кДж/м².

Методы определения ударной вязкости

Чаще всего проводят испытания  при ударном изгибе образцов прямоугольного сечения с надрезом посредине. Наличие  надреза, создавая концентрацию напряжений, способствует разрушению материала  образца даже пластического материала. В настоящее время наиболее распространенными  методами определения ударной вязкости является метод Шарпи и метод  ИЗОДОМ.

Ударная прочность по методу Изодом

Ударной прочностью образцов с надрезом по методу Изодом есть энергия удара, затраченная на разрушение надрезанного образца, отнесенная к исходной площади поперечного сечения образца в месте надреза (ISO 180) или эта же энергия, отнесенная к длине надреза (толщины образца) (ASTM D256).Эту крепость выражают в килоджоулях на квадратный метр (кДж / м ²) или джоулях на метр (Дж / м), соответственно. Образец при испытании одним концом вертикально зажимают в тисках ударного копра.

Опыты образцов с надрезом на ударную прочность по Изодом лучше применять для определения ударной прочности изделий, имеющих много острых углов, например, ребер, стенок, пересекаются и других концентраторов напряжений.

Обозначение ISO отражают тип образца и тип надреза:

ISO 180/1A означает тип тип образца (длина 80 мм, высота 10 мм и толщина 4 мм) и тип надреза;

ISO 180/1O означает тот же  образец, но зажатый в перевернутом  положении (указывается как "ненадризаний").

Образцы, используемые по ASTM, имеют те же размеры, тот же радиус скругления в основе надреза и ту же высоту, но отличаются длиной - 63,5 мм и толщиной - 3,2 мм.

 Метод испытания  по Шарпи

Суть метода (ISO 179 и ASTM D256) заключается в испытании, при  котором образец лежит на двух опорах, подвергается удару маятника, причем линия удара находится  посередине между опорами и непосредственно  напротив надреза в случае образцов с надрезом. Полную работу копра, потраченную  на ударную разрушения образца, определяется как разница между его начальной и конечной (после удара) потенциальными энергиями.

Основным принципиальным отличием методов Шарпи и Изодом есть способ установления испытуемого образца.

2. Для чего производится легирование сталей? Опишите принципы маркировки легированных сталей.

Элементы специально вводимые в стали с целью улучшения их свойств, называют легирующими, а содержащие их стали - легированными.

Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются хром, никель, кремний и марганец. Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5%, относятся к низколегированным, содержащие 2,5....10% - к легированным и более 10% - к высоколегированным.

Легированные стали обладают лучшими механическими свойствами после термической обработки (закалки и отпуска), которые сравнительно мало отличаются от механических свойств углеродистой стали в изделиях малых сечений. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем углеродистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, лучшей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Легированные стали применяют поэтому не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.[2]

Легированные конструкционные  стали маркируют цифрами и  буквами, например 15Х, 20Х2Н4А, 18ХГТ и  т.д. Двузначные цифры, приводимые в  начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный, Ю - алюминий.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А — автоматная;

Э — электротехническая;

Л - полученная литьём и др.

Цифры после букв указывают  примерное содержание в целых  процентах соответствующего легирующего  элемента; отсутствие цифры указывает, что оно составляет до 1,5% и менее. Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественными, в которых содержание серы и фосфора не превышает 0,035%.

Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей (менее 0,025%) и обозначаются буквой А, помещенной в конце марки. Особо высококачественная сталь обозначается буквой Ш в конце марки (например, ЗОХГС-Ш).

Чрезвычайное разнообразие легированных сталей требует их подразделения  на классы по тем или иным признакам. Легированные стали разделяют по структуре, химическому составу и назначению.

Классификация по структуре, получаемой при охлаждении на воздухе. Эта классификация основывается на увеличении закаливаемости сталей по мере повышения в них содержания легирующих элементов. При одной и той же скорости охлаждения (на воздухе) по мере увеличения в составе стали легирующих элементов могут быть получены различные структуры и состояния стали: при небольшом содержании легирующих элементов - перлитообразные структуры различной дисперсности (перлит, сорбит, троостит), при большем - мартенсит и, наконец, аустенит.

Для определения принадлежности стали к тому или иному классу ее в виде образцов толщиной 15...20 мм нагревают до состояния аустенита и затем охлаждают на воздухе. Если испытуемая сталь приобретает структуру аустенита или мартенсита, ее относят, соответственно, к аустенитному или мартенситному классу. К перлитному классу по этой классификации относят условно сталь, которая в результате охлаждения на воздухе испытывает любое диффузионное превращение аустенита, т.е. приобретает структуру перлита, сорбита или троостита-закалки.

Классификация по химическому  составу. Стали по химическому составу подразделяют на хромистые, хромованадиевые, хромомаргаицевые, хромоникелевые, хромомарганцевоникелевые, хромокремнемарганцевые, хромоникелемолибденовые, хромоникелемолибденованадиевые и др.

Классификация по назначению. Согласно этой классификации, основанной на применении стали в практике, стали подразделяются на следующие:

♦ конструкционная (машиноподелочная и строительная), применяемая для изготовления деталей машин и механизмов, а также для различных металлических конструкций;

♦ инструментальная, применяемая для изготовления высоко-качественного режущего, ударно-штампового и мерительного инс-трументов;

♦ рессорно-пружинные общего назначения;

♦ шарикоподшипниковые;

♦ коррозионно-стойкие (нержавеющие);

♦ износостойкие;

♦ жаропрочные;

♦ с особыми физическими и химическими свойствами.

3. Маркировка лакокрасочных материалов и области их применения.

Лакокрасочные материалы  представляют собой композиции, состоящие  из пленкообразующего вещества, растворителей, наполнителей, пигментов и др.

После нанесения в жидком состоянии на окрашиваемые поверхности  они образуют покрытия. Лакокрасочные  материалы предназначены для  защиты металлов от коррозии, а неметаллических  материалов (древесины, пластмасс и  т.д.) – от увлажнения и загнивания. Они сообщают поверхности специальные  свойства (электроизоляционные, теплозащитные  и др.) и придают изделиям декоративный внешний вид.[2]

Лакокрасочные материалы (грунтовку, шпатлевку, эмаль) маркируют пятью  группами буквенно-цифровых знаков с  учетом химического состава и их основного назначения.

Первая группа знаков —  наименование вида лакокрасочного материала (приводится полным словом) — «грунтовка», «шпатлевка», «эмаль».

Вторая группа, обозначаемая двумя буквами, указывает тип  основного пленкообразователя по химическому  составу: НЦ — нитроцеллюлозный; MЛ  — меламинный; ПФ — пентафталевый; БТ — битумный; ФЛ — фенольный; ХВ — перхлорвиниловый и поливинилхлоридный; АК — полиакриловый; ВЛ — поливинил-ацетатный; ГФ — глифталевый; ЭП — эпоксидный; ПЭ — полиэфирный ненасыщенный; КО — кремнийорганический; МЧ — мочевинный и т.д.

Для лакокрасочных материалов, обладающих специфическими свойствами, между первой и второй группами знаков через дефис ставят индексы: В  — водоразбавляемые; П — порошковые; Э — эмульсионные; Б — без активного растворителя.

Третья группа знаков, отделяемая от второй дефисом, определяет основное назначение лакокрасочного материала  и маркируется цифрой: от 1 до 9 —  в обозначении эмалей, 0 — в  обозначении грунтовок и 00 — в  обозначении шпатлевок. В марке  эмали цифра 1 означает, что эмаль  атмосферостойкая; 2 — ограниченно  атмосферостойкая; 3 — консервационная; 4 — водостойкая; 5 — специальная; 6 — маслобензостойкая; 7 — химически стойкая; 8 — термостойкая; 9 — электроизоляционная.

Четвертая группа знаков —  одна, две или три цифры, определяющие порядковый номер, присвоенный данному  лакокрасочному материалу. При наличии  некоторых специфических особенностей лакокрасочного материала возможно добавление буквенного индекса. Например, ГС и ХС — эмали соответственно горячей и холодной сушки; ПГ — эмаль пониженной горючести.

Пятая группа знаков обозначает цвет лакокрасочного материала и дается полным словом.

Таким образом, например, маркировка «Эмаль В-ПЭ-1-179 красно-оранжевая» обозначает эмаль как вид материала; В  — водоразбавляемая; ПЭ — полиэфирная ненасыщенная; 1 — атмосферостойкая; 179 — порядковый номер; красно-оранжевая — цвет эмали.

В случае маркировки «Грунтовка ГФ-020 коричневая» обозначена грунтовка  как вид материала; ГФ — глифталевая; 0 — шифр грунтовки; 20 — порядковый номер.

Маркировка «Шпатлевка НЦ-007 красно-коричневая» обозначает шпатлевку  как вид материала; НЦ — нитроцеллюлозная; 00 — шифр шпатлевки; 7 — порядковый номер; красно-коричневая — цвет шпатлевки.

Лакокрасочные покрытия классифицируются по материалу покрытия, внешнему виду поверхности покрытия (класс покрытия) и по условиям эксплуатации (группа покрытия).[3]

В зависимости от назначения и состава лакокрасочные материалы  принято делить на:

Грунтовки - это материалы, являющиеся суспензиями пигментов (или пигментов с наполнителями) в пленкообразующем веществе и образующие после высыхания однородную непрозрачную пленку, которая должна надежно защищать окрашиваемую поверхность и обеспечивать надежное сцепление этой пленки как с окрашиваемой поверхностью, так и с материалами, которые наносятся поверх грунтового слоя.

Шпатлевки - материалы, представляющие собой вязкую пастообразную массу, состоящую и смеси пигментов  с наполнителями в пленкообразущем веществе. Предназначены для заполнения неровностей и углублений, сглаживания окрашиваемой поверхности. Обычно шпатлевку наносят на предварительно загрунтованную поверхность. В быту применяются алкидные, нитроцеллюлозные, эпоксидные и другие шпатлевки.

Краски - это суспензии  пигментов или их смеси с наполнителями  в пленкообразующем веществе (например масле, олифе, эмульсии, казеине, латексе), которые после высыхания образуют непрозрачную окрашенную однородную пленку. Масляные краски выпускаются готовыми к употреблению и густотертыми, которые перед применением разбавляются олифой. Кроме того, к масляными краскам относятся цинковые, титановые и литопонные белила.[4]

Эмали - это суспензии  пигментов или их смесей с наполнителями  в синтетических смолах или других высокомолекулярных соединениях, растворенных в органическом растворителе, образующие после высыхания непрозрачную твердую  пленку с различной фактурой. В  зависимости от типа пленкообразователя выпускают алкидные (глифталевые  и пентафталевые) эмали, нитроцеллюлозные, кремнийорганические, карбамижо- и меламиноформальдегидные и другие эмали. Эмали, полученные замешиванием и растиранием пигментов с олифой, а затем разбавленные лаком, называют масляными эмалями. По физико-механическим и защитным свойствам эмали превосходят масляные краски.

Для надежной защиты поверхности  изделий часто применяют многослойное покрытие, состоящее из слоев разного  назначения, называемое системой покрытия. Непосредственно на деталь наносится грунт, затем шпатлевка, далее следует эмаль и покровный лак. Число слоев обычно составляет 2-6, а иногда доходит и до 14.

Из термопластичных смоляных материалов получили широкое распространение  перхлорвиниловые и акриловые.

Перхлорвиниловые эмали (ХВ, ХС) применяют для окраски  металлов, древесины, бетона. Покрытия не горючи, водоустойчивы, химически стойки, могут работать в контакте с минеральным маслом и топливом, не поддаются действию тропических условий, имеют хорошие электроизоляционные свойства. Недостатки покрытий: невысокая адгезия к металлам, отсутствие глянца, низкая теплостойкость (60...90 °С), неприятный запах.

Материалы на основе акриловых  смол термопластичны, но более теплостойки  и дают покрытия эластичные, стойкие к ударным нагрузкам, с хорошей адгезией к металлам. Акриловые эмали (АК и АС) могут работать в условиях 98... 100% влажности при температуре 55...60 °С. При нанесении на эпоксидный грунт покрытие сохраняет защитные свойства в течение 3-6 лет.

Алкидные материалы вырабатывают на основе термореактивных смол - глифталевой (ГФ) и пентафталевой (ПФ), часто модифицированных растительными маслами. Покрытия обладают высокой твердостью, прочностью, удовлетворительной адгезией к различным материалам. При введении алюминиевой пудры покрытия выдерживают длительно температуру 120 °С и кратковременно температуру до 300 °С. К недостаткам алкидных покрытий относится склонность к старению, недостаточная устойчивость к условиям тропического климата и щелочным средам.

Эпоксидные лакокрасочные  материалы на основе эпоксидных смол и их модификаций с различными отвердителями дают покрытия ЭП, обладающие хорошей адгезией к металлам и неметаллическим материалам, значительной твердостью, химической стойкостью к различным средам, в том числе к щелочным, и высокими электроизоляционными свойствами. Покрытия при сушке не дают усадки и стойки к колебаниям температуры.

Полиэфирным покрытиям присуща большая твердость, сильный блеск, удовлетворительная прочность на истирание. Однако они плохо сопротивляются ударным нагрузкам и мало эластичны; используются главным образом при окраске деревянных (и бетонных) поверхностей, адгезия полиэфирных лаков к металлам невысокая.

Полиуретановые лаки, эмали, грунты имеют очень хорошую адгезию  к различным материалам, хорошо сопротивляются истиранию, эластичны, атмосферостойки, газонепроницаемы, могут работать в контакте с водой, маслами, бензином и растворителями, являются хорошими диэлектриками. Недостатком этих материалов, ограничивающим их применение, является токсичность.

Наиболее теплостойки  лакокрасочные материалы на основе крем- нийорганических полимеров (КО). Покрытия стойки к влаге, окислению, озону, солнечному свету и радиации, химически инертны, хорошие диэлектрики. Однако они имеют невысокую адгезию к различным материалам и требуют горячей сушки (200 °С). Кремнийорганические лаки и эмали используют в основном в качестве электроизоляционных материалов. Модифицированные кремнийорганические лаки и эмали защищают металлические поверхности от длительного воздействия высоких температур.

Полиимидные покрытия теплостойки, выдерживают тепловые удары от -196 до 340 °С. Покрытия прочные, устойчивы к воздействию растворителей и кислот, стойки к радиации и обладают диэлектрическими свойствами. Получение этих покрытий требует высокой температуры и тщательного соблюдения технологии.

Одним из главных факторов, вызывающих разрушение покрытия в условиях эксплуатации, является влага. Покрытие должно быть непроницаемым для паров воды. Наибольшей паропроницаемостью обладают эфироцеллюлозные покрытия, наименьшей - пленки эпоксидного лака и перхлорвиниловое покрытие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.В.Попович, А.Кондир, Е.Плешаков и др. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Практикум: учеб. пособие. - М.: Мир, 2009. - 552 с.;

2.А.Н.Попов, В.П. Казаченко.  Основы материаловедения: учеб. пособие/Минск: Изд-во Гревцова, 2010.-176 с.:ил.;

3.В.А.Струк [и др.].- Материаловедение: учеб.- Мн: ИВЦ Минфина.2008,-519 с.

4.Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учеб.для вузов / Ю. М. Лахтин,В. П.Леонтьева.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1980 ,- 493 с.