Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «Физика металлов и металловедения»
КОНТРОЛЬНО – КУРСОВАЯ РАБОТА
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 0С, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400 -600 0С.
Таблица 1. ТЕМПЕРАТУРА СТЕКЛОВАНИЯ Tст И ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ Tпл НЕКОТОРЫХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВа
Полимер
Tст, ° С
Tпл, ° 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 325а Ниже Tст пластмассы хрупки и тверды, между Tст и Tпл – гибки и податливы, выше Tпл 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 2,326×106
5×10–4
1019
Полипропилен 2,52×106
7×10–4
1018
Полистирол 2,557×106
8×10–4
1020
Полиакрилонитрил 6,5 - 0,081014
Найлон-6,6 7,03×103
1,81014
Полиэтилен- терефталат
3,257×103
0,0021018
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 000Тпл
129–135° СТст
ок. –60° С Плотность0,95–0,96 г/см3
Кристалличность высокая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° СЧем 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.
СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
СП от 800 до 80 000Тпл
108–115° СТст
ниже –60° С Плотность0,92–0,94 г/см3
Кристалличность низкая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 80° СНедостатком 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.
СВОЙСТВА ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА
СП от 1000 до 6000Тпл
174–178° СТст
ок. 0° С Плотность0,90 г/см3
Кристалличность высокая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° СПолистирол ( -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.
СВОЙСТВА ПОЛИСТИРОЛА
СП от 500 до 5000Тпл
аморфен и не имеет точки плавленияТст
ок. 90° С Плотность1,08 г/см3
Кристалличность Отсутствует Растворимость легко растворим в ароматических углеводородах и кетонах при комнатной температуреФторопласт -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.
СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
СП от 500 до 5000Тпл
аморфен и не имеет точки плавленияТст
ок. 20° С Плотность1,60 г/см3
Кристалличность очень низкая Растворимость растворим при комнатной температуре в небольшом числе растворителейПолиамиды – 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
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 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.
Массовая доля элемента, %, по ГОСТ 4543-71 Температура критических точек, СC 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 730Режим термообработки
Сечение,
Мм
σ02,
H/мм2
σВ,
H/мм2
δ,
%
ψ,
%
KCU,
Дж/см2
HRC HB Операция t, CОхлаждаю-
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 59Цементация
Закалка
Отпуск
920-950
820-860
180-200
Воздух
Масло
Воздух
До 20 950 1200 10 50 80Повер-хности
56-62
Сердцевины
≥ 341
20-60 800 1000 9 50 80 Повер-хности 56-62 Сердцевины240-300Закалка
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 1200оС.
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 + (аустенит + цементит) +
феррит феррит аустенит ледебурит
800 +
S цементит
феррит 727 K
+ 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
1600 I
1490 ˚с
1290 ˚с
1200 ІІ
III
800 ІV 800 ˚с
727˚с
V
400
0 t (c)
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"
Издательство “Машиностроение”,1986.