Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 53
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «Физика металлов и металловедения» КОНТРОЛЬНО – ВАРИАНТ № 12 Выполнил
студент группы 220761 Кузьмичев Александр Александрович Проверил
Мясникова Л.В. Содержание
Термопластичные пласмассы……………………………………...…3 Сталь 12ХГТ.………………………………………..………………...11 Железоуглеродистый 1% С сплав..…………………………………..12 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 0
С, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400 -600 0
С. Таблица 1
. ТЕМПЕРАТУРА СТЕКЛОВАНИЯ
T
ст
И ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ
T
пл
НЕКОТОРЫХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВа
Полимер
T
ст
, °
С
T
пл
, °
С
Полиэтилен -80 135 Полипропилен -10 180 Полистирол 100 - Поливинилхлорид 80 270 Поливинилиденхлорид -20 190 Полиметилметакрилат 105 - Полиакрилонитрил 105 310 Найлон-6 (капрон) 50 223 Найлон-6,6 57 270 Полиэтилентерефталат 69 265 Полиформальдегид (полиоксиметилен, параформ) -85 180 Полиэтиленоксид (полиоксиэтилен) -67 70 Триацетат целлюлозы 130 300 Тефлон (политетрафторэтилен) -113 325 а
Ниже T
ст
пластмассы хрупки и тверды, между T
ст
и T
пл
– гибки и податливы, выше T
пл
они являются вязкими расплавами. 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. Таблица 2
. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛАСТМАСС
Полимер
Диэлектрическая проницаемость при 60 Гц
Электри-ческая прочность, В/см
Коэффициент потери мощности при 60 Гц
Удельное сопротивление, Ом
×
см
Полиэтилен 2,32 6×106
5×10–4
1019
Полипропилен 2,5 2×106
7×10–4
1018
Полистирол 2,55 7×106
8×10–4
1020
Полиакрилонитрил 6,5 - 0,08 1014
Найлон-6,6 7,0 3×103
1,8 1014
Полиэтилен- 3,25 7×103
0,002 1018
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 %. СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
СП от 1000 до 50 000 Т
пл
129–135° С Т
ст
ок. –60° С Плотность 0,95–0,96 г/см3
Кристалличность высокая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° С Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять при температуре до 60 – 100 0
С. Морозостойкость достигает – 70 0
С и ниже. Полиэтилен химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей. СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
СП от 800 до 80 000 Т
пл
108–115° С Т
ст
ниже –60° С Плотность 0,92–0,94 г/см3
Кристалличность низкая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 80° С 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 0
С. 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 0
С). 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. СВОЙСТВА ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА
СП от 1000 до 6000 Т
пл
174–178° С Т
ст
ок. 0° С Плотность 0,90 г/см3
Кристалличность высокая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° С Полистирол (
-СН2
– СНС6
Н5
-)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. СВОЙСТВА ПОЛИСТИРОЛА
СП от 500 до 5000 Т
пл
аморфен и не имеет точки плавления Т
ст
ок. 90° С Плотность 1,08 г/см3
Кристалличность Отсутствует Растворимость легко растворим в ароматических углеводородах и кетонах при комнатной температуре Фторопласт -4(фторлон) политетрафторэтилен
(-CF2
- CF2
-)n
является аморфно – кристаллическим полимером, до температуры 250 0
С скорость кристаллизации мала и не влияет на его механические свойства, поэтому длительно эксплуатировать фторопласт -4 можно до температуры 250 0
С. Разрушение материала происходит при температуре выше 4150
С. Аморфная фаза находится в высокоэластичном состоянии, что придает фторопласту – 4 относительную мягкость. При весьма низких температурах (до -269 0
С) 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 0
С. При температуре 315 0
С 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 800
С органическое стекло начинает размягчаться; при температуре 105 -1500
С 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. СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
СП от 500 до 5000 Т
пл
аморфен и не имеет точки плавления Т
ст
ок. 20° С Плотность 1,60 г/см3
Кристалличность очень низкая Растворимость растворим при комнатной температуре в небольшом числе растворителей 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 о
С). Верхний температурный предел составляет 120-170 о
С. 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
Ковка Охлаждение поковок, изготовленных Из слитков Из заготовок Вид полуфабриката Температурный интервал ковки, С Размер сечения, мм Условия охлаждения Размер сечения, мм Условия охлаждения Шток 1220-800 До 100 В яме с закрытой крышкой До 250 На воздухе 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 о
С с последующим подстуживанием до 870 о
С,для закалки величина зерна сохраняется на уровне 8-го балла. Сталь 12ХГТ применяется: в зубчатых колесах коробок передач. Массовая доля элемента, %, по ГОСТ 4543-71 Температура критических точек, С C Si Mn S P Cr Ni Mo N W Ti Cu Ac1
Ac3
Ar1
Ar3
0.l7 0.37 0.8 0.035 0.305 1 0.3 - 0.008 - 0.03 0.3 740 825 650 730 Режим термообработки Сечение, Мм σ02
, H/мм2
σВ,
H/мм2
δ, % ψ, % KCU, Дж/см2
HRC HB Операция t, C Охлаждаю- щая среда Не менее Отжиг или отпуск Свыше 5 до 250 Не определяются ≤ 217 Нормализация 880-950 Масло До 80 885 980 9 50 78 - Закалка 855-885 Масло Свыше 80 до 150 885 980 7 45 70 Отпуск 150-250 Воздух или вода Свыше 150 до 250 885 980 6 40 66 В термически обработанном состоянии До 100 395 615 18 45 59 Цементация Закалка Отпуск 920-950 820-860 180-200 Воздух Масло Воздух До 20 950 1200 10 50 80 Повер-хности 56-62 Сердцевины ≥ 341 20-60 800 1000 9 50 80 Повер-хности 56-62 Сердцевины240-300 Закалка Отпуск Азотирование 910 570 500-520 Масло Воздух С печью до 150 С Повер-хности 55-59 Механические свойства при комнатной температуре
Железоуглеродистый 1% С сплав
Сплав железа с углеродом (количество углерода 1%) при температуре 1200о
С.
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 Nжидкая фаза жидкая фаза феррит + + + аустенит аустенит цементит(первичный) 1200
1147 Аустенит E аустенит + цементит C F (вторичный) 1000 + аустенит ледебурит Цементит (первичный) G + ( феррит феррит аустенит ледебурит 800 + S цементит + Pцементит 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. T (˚c) 0 III V 0 время 0-I- жидкая фаза; I- точка линии ликвидус (начало кристаллизации); I-II- жидкая фаза + аустенит; II- точка линии солидус (окончание кристаллизации); II-III- сплав приобретает однофазную структуру - аустенит; III- точка линии предельной растворимости С в γ-Fe; III-IV- фаза равновесия аустенита и феррита; IV- точка линии эвтектоидных превращений сплавов; IV-V-эвтектоидное превращение (феррит + цементит); V-VI - область фазового равновесия перлита и цементита(вторичного). Список использованной литературы 1. М.М. Колосков, Ю.В. Доибенко-М, " Марочник сталей и сплавов ". Издательство " Машиностроение ". 2. Ю.М Лахтин, В.И Леонтьева, " Материаловедение". Издательство “Машиностроение”,1972. 3. Б.Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, " Материаловедение"
|