Шпаргалка по "Материаловедению"

 

39. Медь. Классификация,  маркировка медных сплавов

Медь— это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной пленки). Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем, бабиты — со свинцом и другие.

Вследствие недостаточной прочности  технически чистую медь применяют редко  в качестве конструкционного материала. Широкое распространение в промышленности имеют сплавы меди – латуни, бронзы.

Латунями называют медные сплавы, в которых основным легирующим элементом  является цинк. Такие медноцинковые  сплавы принято называть двойными латунями. Для повышения механических свойств  и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий, никель, марганец, кремний и т.д.

Многокомпонентные медноцинковые  сплавы принято называть специальными латунями. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами, среди  которых цинк не является основным легирующим элементом, называют бронзами. В зависимости от основного легирующего элемента, различают две группы бронз: оловянные бронзы и специальные бронзы.

Оловянные бронзы, в зависимости  от содержания в них других легирующих элементов подразделяют на: оловяннофосфористые, оловянноцинковые и оловянноцинкосвинцовые бронзы.

Специальные бронзы – это двойные  или более сложные сплавы на медной основе, содержащие в качестве добавок: алюминий (алюминиевые бронзы), бериллий (бериллиевые бронзы), никель (с добавлением железа – никелевожелезная бронза), марганец (марганцевая бронза), кремний (кремниевая бронза), кадмий (кадмиевая бронза), хром (хромовая бронза).

В зависимости от содержания в алюминиевых  бронзах других основных легирующих элементов, их подразделяют на: алюминиевомаргацевые, алюминиевожелезные, алюминиевожелезомарганцевые, алюминиевоникелевые бронзы. Кремнистые бронзы, введением в них марганца или никеля, подразделяют на: кремниевомарганцевые и кремниевоникелевые.

Сплавы меди

Латуни

Двойные или многокомпонентные  сплавы меди, где основным легирующим элементом является цинк, называются л а т у н я м и . Латунь - сплав меди с цинком. Медные сплавы обозначают начальной буквой сплава Л - латунь, после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав: О - олово Ж - железо

Мц - марганец Ф - фосфор

А - алюминий Б - бериллий

С - свинец X - хром

Н - никель К - кремний

После букв следуют цифры, указывающие  содержание легирующих элементов в  целых процентах. В латунях не указывается содержание цинка (цинк-остальное).

Примеры маркировки:

Л62 - латунь содержащая меди 62%, остальное - цинк;

ЛЖМц59-1-1 - латунь, содержащая 59% Cu, 1% Fe , 1% Mn, остальное цинк.

Бронзы

Б р о н з ы - сплавы меди с  другими элементами (алюминием, свинцом, бериллием, кремнием и т.д.). Элементы обозначаются такими же буквами, как в латуни. Бронзы маркируют буквами Бр, цифры за буквами указывают содержание легирующих элементов. В бронзах не указывается содержание меди. Основные свойства бронз - высокая коррозионная стойкость, хорошие литейные и износостойкие свойства. Поставляются бронзы по ГОСТ 5017-74, ГОСТ 613-79, ГОСТ 1320-74.

Примеры маркировки:

БрБ2 -бериллиевая бронза содержащая 2% бериллия остальное -медь;

БрА9Ж4Л - алюминиевожелезистая бронза, содержащая 9% Al. ,4% Fe, остальное - медь.

Некоторые бронзы имеют специальные  названия:

БрН20 - мельхиор (20% Ni , 80% Cu),

БрН40 - константан (40% Ni , 60% Cu).

 

40. Титан. Классификация,  маркировка титановых сплавов

Простое вещество титан— лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается  защитной пассивирующей пленкой  оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C.

Сплавы титана широко используются в авиационной технике, в судостроении и транспортном машиностроении - где  нужна высокая прочность и  сопротивляемость коррозии, малая масса. Поставляются по ГОСТ 19807-74.

Титан - тугоплавкий металл с невысокой  плотностью. Удельная  прочность  титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей,  поэтому  при замене сталей титановыми  сплавами  можно  при  равной  прочности  уменьшить массу детали на 40%. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается,  из него   можно   изготовить   сложные   отливки,   но    обработка    резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его  легируют алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы маркируют буквами  "ВТ"  и порядковым номером:

ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.

Пять титановых сплавов обозначены иначе:

0Т4-0, 0Т4, 0Т4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.

 

41. Строение и свойства  полимеров. Физическое состояние  полимеров

Полимеры – вещества, состоящие из больших асимметричных молекул, называемые макромолекулами.

Величина, строение и  гибкость макромолекул является основным признаком полимеров.

Получают из низкомолекулярных  веществ – мономеров, в результате полимеризации или поликонденсации.

Неоднородность по величине и строению макромолекул называется полидисперсностью.

Молекулы представляют собой длинные цепочки (СН2-СН2-СН2-СН2)n полиэтилен

В поперечном сечении  несколько анкстрем, длина несколько  тысяч анкстрем.

Гибкость макромолекул – отличительный признак полимера.

Молекулы полимера характеризуются  прочными связями в самих макромолекулах и относительно слабыми между  ними.

Периодически повторяющиеся  участки цепочки имеющих одинаковый химический состав и строение наз  химическими звеньями.

Полимеры, химические звенья которых состоят из остатков одного мономера, называются гомополимерами или полимерами, если звенья состоят  из остатков 2х и более мономеров, то такое соединение называется сополимером.

3 типа сополимеров:

1. обычные сополимеры.

Остатки разных мономеров  расположены поочередно: А-В-А-В

2. блок сополимеры.

Остатки разных сополимеров  расположены блоками: А-А-А-А-В-В-В

3. привитые сополимеры.

Химические звенья одного составляют боковые ответвленья  другого состава:

А-А-А-А/^В-В-В-А-А

42. Пластмассы. Свойства  пластмасс

Пластма́ссы— органические материалы, основой которых являются синтетические  или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно  широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что  эти материалы под действием  нагревания и давления способны формироваться  и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс  формования сопровождается переходом  пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное.

Пластмассы характеризуются малой  плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно  низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой  механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Термопласты (термопластичные пластмассы) при нагреве расплавляются, а  при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются  и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50—250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу — температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 × 15 × 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем  наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 × 15 мм, равное 50 кгс/см², разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика — температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза  массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) — температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе  может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в нее добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т.п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды)

 

43. Керамические материалы. Свойства керамических материалов

Керамическими называют материалы  и изделия, получаемые из порошкообразных веществ различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах для упрочнения и получения камневидного состояния. Такая обработка носит название обжига.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая -- огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает стойкость материала к тепловому удару.

Для строительной керамики, как отмечено выше, вполне пригодна глина, которая является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. Б сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте. Их классифицируют по ряду признаков. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику.

По структурному признаку все изделия  разделяют на две группы: пористые и плотные. К пористым условно  относятся те изделия, которые показывают водопоглощение свыше 5% по массе: кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5% по массе, и они практически водонепроницаемые, например плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор. Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины разделяются  на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350В°С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350... 1580В°С) и огнеупорные (свыше 1580В°С). Выше отмечались также примеры изделий и сырья высшей огнеупорности (с температурой плавления в интервале 2000... 4000Х), используемых для технических (специальных) целей.

Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов состоит  в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности. Хрупкость  чаще всего относится к отрицательным  свойствам строительной керамики. Она обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, а форма и размеры изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам или техническим условиям.

 

44. Композитные матераилы(КМ). Строение и механические свойства

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.

Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств  армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между  ними..

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов.