Контрольная работа по дисциплине "Материаловдение"

Рис. 4.3. Схема изменения фазового состава сплавов «Ti-β-стабилизатор»

в зависимости от скорости охлаждения и закалки из β-области

 

При медленном охлаждении в титановых сплавах, в зависимости от концентрации β-стабилизаторов, могут быть получены структуры: α, α+β или β соответственно.

При закалке в результате мартенситного превращения в интервале температур Мн–Мк (на рис. 4.3 показаны пунктиром) следует различать четыре группы сплавов.

В первую группу входят сплавы с концентрацией β-стабилизирующих элементов до С1, т. е. сплавы, которые при закалке из β-области имеют исключительно a ¢ (a ¢ ¢ )-структуру. После закалки этих сплавов с температур (α+β)-области в интервале от полиморфного превращения до Т1, их структура представляет собой смесь фаз α´ (α´´), α и β, а после закалки с температур ниже Ткр они имеют (α+β)-структуру.

Вторую группу составляют сплавы с концентрацией легирующих элементов от С1 до Скр, у которых при закалке из b -области мартенситное превращение не происходит до конца и они имеют структуру α´ (α´´) и β. Сплавы этой группы после закалки с температур от полиморфного превращения до Ткр имеют структуру α´ (α´´), α и β, а с температур ниже Ткр — структуру (α+β).

Закалка сплавов третьей группы с концентрацией β-стабилизирующих элементов от Скр до С2 с температур β -области или с температур от полиморфного превращения до Т2 сопровождается превращением части β-фазы в w -фазу, и сплавы этого типа после закалки имеют структуру (β+ω). Сплавы третьей группы после закалки с температур ниже Т2 имеют структуру (β+α).

Сплавы четвертой группы после закалки с температур выше полиморфного превращения имеют исключительно β-структуру, а с температур ниже полиморфного превращения — (β+α).

Необходимо отметить, что превращения β→β+ω может происходить как при закалке сплавов с концентрацией (Скр–С2), так и при старении сплавов с концентрацией более С2, имеющих метастабильную β-фазу. В любом случае, присутствие ω-фазы нежелательно, так как она сильно охрупчивает титановые сплавы. Рекомендуемые режимы термообработки исключают ее присутствие в промышленных сплавах или появление в условиях эксплуатации.

Для титановых сплавов применяют следующие виды термообработки: отжиг, закалка и старение, а также химико-термическая обработка (азотирование, силицирование, оксидирование и др.).

Отжиг проводится для всех титановых сплавов с целью завершения формирования структуры, выравнивания структурной и концентрационной неоднородности, а также механических свойств. Температура отжига должна быть выше температуры рекрисаллизации, но ниже температуры перехода в β-состояние (Тпп) во избежание роста зерна. Применяют обычный отжиг, двойной или изотермический (для стабилизации структуры и свойств), неполный (для снятия внутренних напряжений).

Закалка и старение (упрочняющая термообработка) применима к титановым сплавам с (α+β)-структурой. Принцип упрочняющей термообработки заключается в получении при закалке метастабильных фаз β, α´, α´´ и последующем их распаде с выделением дисперсных частиц α- и β-фаз при искусственном старении. При этом эффект упрочнения зависит от типа, количества и состава метастабильных фаз, а также дисперсности образовавшихся после старения частиц α- и β-фаз.

Химико-термическая обработка проводится для повышения твердости и износостойкости, стойкости к «схватыванию» при работе в условиях трения, усталостной прочности, а также улучшения коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности. Практическое применение имеют азотирование, силицирование и некоторые виды диффузионной металлизации.

 

Преимущество сплава ВТ6 в том, что наряду с повышенной прочностью, сохраняют удовлетворительную пластичность в холодном состоянии и хорошую пластичность в горячем состоянии, что позволяет получать из них все виды полуфабрикатов: листы, ленту, профили, поковки, штамповки, трубы и др. Из сплава ВТ5 листы и плиты не изготавливают из-за невысокой технологической пластичности.

Несмотря на гетерофазность структуры, рассматриваемый сплав обладает удовлетворительной свариваемостью всеми видами сварки, применяемыми для титана. Для обеспечения требуемого уровня прочности и пластичности обязательно проводят полный отжиг. При этом прочность сварного соединения (сварка плавлением) составляет не менее 0,9 от прочности основного металла. Пластичность сварного соединения близка к пластичности основного металла.

Обрабатываемость резанием удовлетворительная. Обработку резанием сплавов можно проводить как в отожженном, так и в термически упрочненном состоянии.

Рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки сплава ВТ6 приведены в таблице.

Температура полиморфного превращения Тпп, ° С	Температура   нагрева под закалку, ° С	Температура   старения, ° С	Продолжительность   старения, ч
980–1010	900–950	450–550	2–4

 

 

Исходная игольчатая структура сплава с наличием границ первичного зерна β-фазы (8–9 типы) при перегреве после закалки и старения или отжига приводит к браку — снижению прочности и пластичности. Поэтому необходимо избегать нагрева сплава до температур выше температуры полиморфного превращения, так как перегретую структуру исправить термической обработкой невозможно.

Рис. 4.4. Девятибальная шкала микроструктуры сплава ВТ6

 

 

 

5. Пластмассы. Состав и строение. Применение пластмасс в литейном производстве.

Пластмассы — это материалы, полученные на основе синтетических или естественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимеризации или поликонденсации мономеров в присутствии катализаторов при строго определенных температурных режимах и давлениях.

В полимер с различной целью могут вводиться наполнители, стабилизаторы, пигменты, могут составляться композиции с добавкой органических и неорганических волокон, сеток и тканей.

Таким образом, пластмассы в большинстве случаев являются многокомпонентными смесями и композиционными материалами, у которых технологические свойства, в том числе и свариваемость, в основном определяются свойствами полимера.

В зависимости от поведения полимера при нагревании различают два вида пластмасс — термопласты, материалы, которые могут многократно нагреваться и переходить при этом из твердого в вязко-текучее состояние, и реактопласты, которые могут претерпевать этот процесс лишь однократно.

 

 

Пластмассы (полимеры) состоят из макромолекул, в которых более или менее регулярно чередуется большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в длинные цепи, по форме которых различают линейные полимеры, разветвленные и сетчато-пространственные.

По составу макромолекул полимеры делятся на три класса:

1) карбоцепные, основные цепи  которых построены только из  углеродных атомов;

2) гетероцепные, в основных  цепях которых, кроме атомов углерода, содержатся атомы кислорода, азота, серы;

3) элементоорганические полимеры, содержащие в основных цепях  атомы кремния, бора, алюминия, титана  и других элементов.

Макромолекулы обладают гибкостью и способны изменять форму под влиянием теплового движения их звеньев или электрического поля. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. Не перемещаясь в пространстве, каждая макромолекула находится в непрерывном движении, которое выражается в смене ее конформаций.

Гибкость макромолекул характеризует величина сегмента, т. е. число звеньев в ней, которые в условиях данного конкретного воздействия на полимер проявляют себя как кинетически самостоятельные единицы, например в поле ТВЧ как диполи. По реакции к внешним электрическим полям различают полярные (ПЭ, ПП) и неполярные (ПВХ, полиаксилонитрил) полимеры. Между макромолекулами действуют силы притяжения, вызванные ван-дер-ваальсовым взаимодействием, а также водородными связями, ионным взаимодействием. Силы притяжения проявляются при сближении макромолекул на 0,3—0,4 им.

Полярные и неполярные полимеры (пластмассы) между собой несовместимы — между их макромолекулами не возникает взаимодействия (притяжения), т. е. они между собой не свариваются.

 

Литейное производство изделий из термопластов сопровождается молекулярной ориентацией, которая вызывается сдвиговыми деформациями расплава полимера в процессе переработки пластмасс. Гибкие макромолекулярные цепи растягиваются, но вследствие межмолекулярных зацеплений они не успевают отрелаксировать до того, как расплав охладится и затвердеет. При пониженных температурах переработки это явление усиливается, что приводит к более высоким степеням молекулярной ориентации. Такая ориентация проявляется в жесткости и прочностных свойствах отливки. Ориентация также вызывает появление двойного лучепреломления. Молекулярная ориентация является причиной изменения оптических свойств с изменением в изделии показателя преломления, п (х,у, z). Значение показателя преломления зависит от относительной ориентации макромолекул или молекулярных осей по отношению к направлению луча света, проходящего через изделие.

 

Пластмассовые изделия очень распространены в нашем быту. Пожалуй, самый наибольший ассортимент из всех применяемых нами бытовых изделий изготовлен полностью или частично из пластмассы.