Контрольная работа по "Материаловедению"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ТУЛЬСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

КАФЕДРА «Физика металлов и металловедения» 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНО  – КУРСОВАЯ РАБОТА   

ВАРИАНТ № 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                  Выполнил

                  Проверил

                  Мясникова Л.В. 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 

Термопластичные пласмассы……………………………………...…3 

Сталь 12ХГТ.………………………………………..………………...10 

Железоуглеродистый 1% С сплав..…………………………………..12 

Список использованной литературы………………………………….14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ.

В основе термопластичных  пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы. Термопласты имеют ограниченную рабочую температуру, свыше 60-70 градусов Цельсия начинается резкое снижение  физико-механических свойств. Более термостойкие структуры могут работать до 150 -250 ⁰С, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400 -600 ⁰С.

При длительном статическом нагружении появляется вынужденно – эластическая деформация и прочность понижается. С увеличением  скорости деформирования не успевает развиваться высокоэластичная деформация и появляется жесткость, иногда даже хрупкое разрушение. Более прочными и жесткими являются кристаллические полимеры. Предел прочности термопластов составляет 10 – 100 МПа. Модуль упругости (1,8 – 3,5)10³ МПА. Они хорошо сопротивляются усталости, их долговечность выше, чем у металлов. Предел выносливости составляет 0,2 – 0,3 предела прочности. При частотах нагружения свыше 20 Гц происходят разогрев материала и уменьшение прочности.

Термопласты делятся  на неполярные и полярные. 

НЕПОЛЯРНЫЕ  ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ  ПЛАСТМАССЫ.

К ним относятся  полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт – 4.

Полиэтилен ( -СН₂ – СН₂)_n -  продукт полимеризации бесцветного газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. По плотности полиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотности, получаемый в процессе полимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55 – 65% кристаллической фазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД), имеющий кристалличность до 74 – 95 %.

Чем выше плотность  и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять  при температуре до 60 – 100 ⁰С. Морозостойкость достигает – 70 ⁰С и ниже. Полиэтилен химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей.

Недостатком полиэтилена является его подверженность старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят стабилизаторы и ингибиторы(2-3% сажи замедляют процессы старения в 30 раз). Под действием ионизирующего излучения полиэтилен твердеет: приобретает большую прочность и теплостойкость.

Полиэтилен применяют  для изготовления труб, литых и  прессованных несиловых деталей, пленок, он служит покрытием на металлах для  защиты от коррозии, влаги, электрического тока.

Полипропилен (-СН₂ – СНСН₃ -)_n является производной этилена. Применяя металлоорганические катализаторы, получают полипропилен, содержащий значительное количество стереорегулярной структуры. Это жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свойствами. По сравнению с полиэтиленом этот пластик более теплостоек: сохраняет форму до температуры 150 ⁰С. Полипропиленовые пленки прочны и более газонепроницаемы, чем полиэтиленовые, а волокна эластичны, прочны и химически стойки. Недостатком пропилена является его невысокая морозостойкость (от -10 до -20 ⁰С). Полипропилен применяют для изготовления труб, конструкционных деталей автомобилей мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, различных ёмкостей и др. Пленки используют в тех же целях, что и полиэтиленовые.

Полистирол ( -СН₂ – СНС₆Н₅ -)_n -  твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензоле. Полистирол наиболее стоек к воздействию ионизирующего излучения по сравнению с другими термопластами (присутствие в макромолекулах фенильного радикала).

Недостатками  полистирола являются его невысокая теплостойкость. Склонность к старению, образованию трещин.

Из полистирола  изготовляют детали для радиотехники, телевидения и приборов, детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки стирофлекс для электроизоляции.

Фторопласт -4(фторлон) политетрафторэтилен (-CF₂- CF₂ -)_n является аморфно – кристаллическим полимером, до температуры 250 ⁰С скорость кристаллизации мала и не влияет на его механические свойства, поэтому длительно эксплуатировать фторопласт -4 можно до температуры 250 ⁰С. Разрушение материала происходит при температуре выше 415⁰С.  Аморфная фаза находится в высокоэластичном состоянии, что придает фторопласту – 4 относительную мягкость. При весьма низких температурах (до -269 ⁰С) пластик не охрупчивается. Фторопласт -4 стоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Практически он разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора, кроме того, пластик не смачивается водой. Политетрафторэтилен малоустойчив к облучению. Это наиболее высококачественный диэлектрик. Фторопласт -4 обладает очень низким коэффициентом трения, который не зависит от температуры.

Недостатками  фторопласта -4 являются хладотекучесть, выделение токсичногофтора при  высокой температуре и трудность  его переработки.

Фторопласт -4 применяют  для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, мембран, уплотнительных прокладок, манжет, сильфонов, электрорадиотехнических  деталей, антифрикционных покрытий на металлах.

ПОЛЯРНЫЕ  ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ  ПЛАСТМАССЫ.

К  полярным пластикам относятся фторопласт-3. органическое стекло, поливинилхлорид, полиамиды, полиэтилентерефталат. Поликарбонат, полиарилаты, пентапласт, полиформальдегид.

Фторопласт 3(фторлон -3)- полимер трифторхлортилена, имеет формулу (-СF₂ –CFCl -)_n. Введение атома хлора нарушает симметрию звеньев макромолекул, материал становится полярным, диэлектрические свойства снижаются, но появляется пластичность и облегчается переработка материала в изделия. Фторопласт -3, медленно охлажденный после формования, имеет кристалличность около 80 -85%. А закаленный – 30-40%. Интервал рабочих температур от -150 до 70 ⁰С. При температуре 315 ⁰С начинается термическое разрушение. Хладотекучесть у полимера проявляется слабее, чем у фторопласта -4. По химической стойкости он уступает политетрафторэтилену, но всё же обладает высокой стойкостью к действию кислот, окислителей, растворов щелочей и органических растворителей.

Фторопласт -3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме  того, из него изготовляют трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.

Органическое  стекло – это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Чаще всего применяется полиметилметакрилат, иногда пластифицированный дибутилфталатом. Материал более чем в 2 раза легче минеральных стекол 91180кг/м³, отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность92%), пропускает75% ультрафиолетового излучения. При температуре 80⁰С органическое стекло начинает размягчаться; при температуре 105 -150⁰С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Критерием, определяющим пригодность органических стекол для эксплуатации, является не только их прочность, но и появление на поверхности и внутри материала мелких трещин, так называемого серебра. Этот дефект снижает прозрачность и прочность стекла. Причиной появления «серебра» являются внутренние напряжения, возникающие в связи с низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом расширения. Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов. Старение органического стекла в естественных условиях протекает медленно. Недостатком органического стекла является невысокая поверхностная стойкость. Увеличение термостойкости и ударной вязкости органического стекла достигается ориентированием. Органическое стекло используется самолетостроение, автомобилестроение.

Поливинилхлорид является аморфным полимером. Пластмассы имеют хорошие электроизоляционные характеристики, стойкие к химикатам, не поддерживают горение. Непластифицированный твердый поливинилхлорид называется винипластом. Винипласты имеют высокую прочность и упругость. Из винипласта изготовляют трубы детали вентиляционных установок теплообменников и т.д.

Полиамиды – это группа пластмасс с известными названиями: капрон, нейлон, амид. Полиамиды – кристаллизирующиеся полимеры. При одноосной ориентации получают полиамидные волокна, нити, пленки. Из полиамидов изготовляют шестерни, втулки, подшипники, гайки, шкивы. Полиамиды используют в электротехнической промышленности, медицине и, кроме того, как антифрикционные покрытия.

Полиуретаны – содержат уретановую группу. Кислород в молекулярной цепи сообщает полимерам гибкость, эластичность; им присуща высокая атмосферостойкость и морозостойкость (от -60 до -70 ^оС). Верхний температурный предел составляет 120-170 ^оС. Из полиуретана вырабатывают пленочные материалы и волокна, которые малогигроскопичны  и химически стойки.

Полиэтилентерефталат – сложный полиэфир, выпускается под названием лавсан. Полиэтилентерефталат является диэлектриком и обладает высокой химической стойкостью. Из полиэтилентерефталата изготовляют шестерни, кронштейны, канаты, ремни, ткани.  
 
 
 
 
 

Сталь 12ХГТ.

Легирующие элементы, вводятся в сталь для получения  требуемой структуры и свойств. Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода образуют с железом  твердые растворы замещения. Сталь 12ХГТ относится к сталям хромомарганцевым с добавлением титана. Марганец – сравнительно дешевый элемент, применяется, как заменитель в стали никеля. Как и хром, марганец растворяется как в феррите и цементите. Повышая устойчивость аустенита, марганец снижает критическую скорость закалки и повышает прокаливаемость, особенно доэвтектоидной стали. Введение небольшого количества титана, образующего труднорастворимые в аустените карбиды TiC, уменьшает склонность хромомарганцевых сталей к перегреву. При нагреве стали 12ХГТ до 1000 ^оС с последующим подстуживанием до 870 ^оС,для закалки величина зерна сохраняется на уровне 8-го балла. Сталь 12ХГТ применяется: в зубчатых колесах коробок передач. 

Механические  свойства при комнатной  температуре 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Железоуглеродистый 1% С сплав

Сплав железа с углеродом (количество углерода 1%) при температуре 1200^оС.

Фазовые превращения.

С = К + 1 – Ф

К = 1

Ф = 1

С = 1 +1-1=1

              T(˚c)       Жидкая фаза + феррит           1% C

           1600   

                   А                                                                                                                                  D

                    H           В                                       Жидкая фаза           

феррит                  J

             1400          

                        N жидкая фаза                                                          жидкая фаза

                       феррит                   +                                                                            +

                        + аустенит            аустенит                                           цементит(первичный)

             1200                            

             1147                                                                                                                                  

                           Аустенит             E       аустенит + цементит     C                                       F

                                                                       (вторичный)

              1000                                                             +

                            аустенит                             ледебурит                Цементит (первичный)                                                                 

                   G          +                              (  аустенит + цементит)                       +

   феррит             феррит     аустенит                                                        ледебурит  

         800                                +

                                    S      цементит                                                

феррит 727                                                                                                                                   K

                +                  P цементит         перлит + цементит      

    цементит   600                   (вторичный)       (вторичный)                           цементит 

(третичный)                                +                         +                                      (первичный)

                                             перлит           ледебурит                                       +

                                        (феррит +        (перлит + цементит)             ледебурит

            400     Q                 цементит)                                         (перлит + цементит)    L

феррит                   

    +                  0.02     0.08                 (2.14)       3                  4    4.43       5                 6        6.67   

        перлит                             Стали                   Чугуны

                                                                  Содержание  углерода,(%) 

      0            10         20         30        40        50        60        70         80        90        100      

      Содержание  цементита (Fe3C), (%).   

      Диаграмма состояния  железо – карбид  железа. 

Кривая  охлаждения  в  интервале  температур  от  0˚ до 1600˚с 

(с  применением   правил  фаз)  для  сплава,  содержащего  1,0%  С.