Искусственные каменные материалы

 

 

                   Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

«Сибирская государственная геодезическая академия»

(ФГБОУ ВПО «СГГА»)

 

Институт оптики и оптических технологий

 

Кафедра «Метрологии и технологии оптического производства»

 

 

 

 

 

 

Курс «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                                           Проверил

                                                                                          .   

(фамилия, инициалы  студента)                                                                                   

                                                

      27.02.2014                                                                   _________________

      (дата, число, месяц, год)                                                                                                      (дата, число, месяц, год)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2014

 

Контрольное задание № 1

 

Тема: Искусственные каменные материалы

 

9. Что такое технология  бетона? Опишите технологические  операции и  их значение.

ОТВЕТ:

В XXI в. бетон получит развитие как один из основных материалов для строительства. Уже сегодня применяются более тысячи видов различных бетонов – от особо легких с плотностью 100 кг/м3 – до особо прочных с прочностью более 100 МПа – и большое разнообразие специальных бетонов с разными комплексами свойств.

Сравнительная простота и доступность бетонной технологии, широкая возможность использовать местное сырье и вторичные отходы промышленности и энергетики, низкая энергопотребность производства, доступная стоимость и широкая возможность в воплощении самых разных архитектурно-строительных решений – все это является гарантией широкого применения бетона в строительстве.

Сегодня под термином «бетон» подразумевают широкую гамму различных строительных композитов гидратационного и других видов твердения. Здесь и обычный тяжелый бетон, и легкие ячеистые бетоны, и мелкозернистые бетоны, растворы, мастики, и фибробетоны, и специальные бетоны, в том числе с использованием полимерных компонентов и самых различных вяжущих веществ. Многообразие видов бетона обусловливает его успешное применение в условиях рыночной экономики и технического прогресса.

В современных условиях бетоны становятся многокомпонентными, при их приготовлении широко используются химические модификаторы структуры и свойств, активные минеральные ультрадисперсные компоненты и ряд других эффективных добавок.

Основу современной технологии бетона составляет создание высококачественного искусственного каменного черепка (искусственного камня), отличающегося высокой дисперсностью, малой дефектностью и устойчивостью структуры, в том числе за счет уменьшения ее перестройки в процессе твердения.

В современной технологии бетона с цепью управления структурообразованием, технологией производства и регулированием свойств материала используют:

– композиционные вяжущие на различной основе (на цементе, гипсе, магнезиальных вяжущих и др.), являющиеся многокомпонентными вяжущими низкой водопотребности;

– комплексные модификаторы структуры и свойств, включающие в себя различные химические модификаторы и активные минеральные компоненты, в том числе ультрадисперсные;

– минеральное сырье заполнителей, обеспечивающее получение экономичных и долговечных бетонов;

– интенсивную технологию, обеспечивающую гомогенизацию состава и создание условий оптимального взаимодействия составляющих в процессе образования структуры материала и ее упрочнения.

 

 

 

 

 

 

Контрольное задание № 2

 

Задачи: Общие свойства

 

Задача 9

Каменный материал в виде образца кубической формы с ребром куба 3 см в воздушно-сухом состоянии имеет массу 23 г. Вычислить ориентировочную теплопроводность и определить возможное название материала.

РЕШЕНИЕ:

 

Так как по условию имеется каменный материал в виде образца кубической формы с ребром куба 3 см, то определим объем куба по формуле:

                                                

см3,                                                (1)

где  а – размер ребра куба, см.

С учетом известной массы образца определим плотность каменного материала, из которого состоит образец:

 г/см3.

Теплопроводность – свойство материала передавать теплоту при наличии разности температур с одной и другой сторон. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты в Дж, проходящей через образец толщиной 1 м, площадью 1м2 за 1ч при разности температур противоположных поверхностей образца 1°С.

Теплопроводность материала зависит от природы и строения материала, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материалы кристаллического и крупнопористого строения обычно более теплопроводны, чем материалы аморфного и мелкопористого строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависит от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль волокон в два раза больше, чем поперек волокон.

Теплопроводность однородного материала зависит от средней плотности (чем меньше плотность, тем меньше теплопроводность, и наоборот).

Так как рассчитанная плотность r = 0,852 г/см3 меньше плотности воды, которая равна 1 г/см3, то можно предположить, что указанный каменный материал может быть каменным углем. Ориентировочная теплопроводность различных марок углей находится в пределах от 419 до 536 Дж/(кг×град).

 

 

Контрольное задание № 3

 

Расшифровка марок углеродистых сталей и чугунов

Вариант №9

 

Ст0,    20,    60,    У9,    А11,    КЧ 60 – 3,   СЧ 25,   ВЧ 120 – 2,   50Л,    70Г,   У11А

РЕШЕНИЕ:

 

Ст0 – Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества (в соответствии с ГОСТ   380 – 2005 эта сталь содержит до 0,23% С; до 0,06% S, и до 0,07% Р). Эта сталь применяется для второстепенных конструкций и неответственных деталей: настилы, арматура, подкладка, шайбы, перила, кожухи, обшивки и другие.

20 – Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Химический состав в % материала Стали 20 по ГОСТ   1050 – 88:

       C        Si          Mn         Ni    S         P Cr    Cu      As

0.17-0.24  0.17-0.37  0.35-0.65  до 0.3   до 0.04   до 0.035  до 0.25  до 0.3   до 0.08

Указанная сталь применяется для изготовления труб перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листов для штампованных деталей, цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 град.

60 – Сталь конструкционная углеродистая качественная. Состав ее по ГОСТ   1050 – 88 в % приведен ниже.

       C        Si          Mn    Ni        S            P    Cr       Cu      As

0.57-0.65  0.17-0.37  0.5-0.8  до 0.3   до 0.04   до 0.35  до 0.25  до 0.3 до 0.08

Применение: цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости.

У9 – Сталь инструментальная углеродистая. Применение: инструмент, работающий в условиях, не вызывающих разогрева кромки: инструмент для обработки дерева, слесарно-монтажный инструмент, калибры простой формы и пониженных классов точности. Среднее содержание углерода по ГОСТ 1435-99 составляет 0,85–0,94%.

А11 – Сталь конструкционная повышенной обрабатываемости. Состав стали А11 в %: C 0,07 - 0,15; Si  до 0,1; Mn  0,8 - 1,2; S  0,15 - 0,25; P до 0,1; Fe~98. Использование в промышленности: болты, гайки, обрабатываемые резанием. В автомобилестроении – вилки включения сцепления, цепи.

КЧ 60 – 3 – Чугун ковкий, используется для изготовления деталей машин, требующих высокой прочности и пластичности. Содержание углерода – 2,5-2,8%. Временное сопротивление разрыву 600 МПа.

СЧ 25 – Чугун серый, применяется для изготовления отливок, предел кратковременной прочности 250 МПа, содержание углерода – 3,2-3,4%.

ВЧ 120 – 2 – Высокопрочный чугун, в отличие от обыкновенного серого чугуна высокопрочный серый чугун характерен наличием шаровидного графита, что обусловливает его высокие механические свойства (предел прочности при растяжении 38–120 кгс/мм2 и твердость НВ 140—369). Чугун ВЧ 120–4, свойства которого регламентируются ГОСТ 7293–70, является прекрасным конструкционным материалом. Он широко применяется для производства ответственных крупных деталей машин вместо стали, которая является более дорогим и менее технологичным литейным сплавом (обладает пониженной жидкотекучестью и повышенной усадкой). Высокопрочный чугун получают путем модифицирования – обработкой расплавленного серого чугуна специальными веществами – модификаторами, к числу которых относятся магний и его сплавы.

50Л – Углеродистая сталь (ГОСТ 977–75). Из нее изготавляют ответственные детали, к которым предъявляют повышенные требования по прочности и сопротивлению износу, – зубчатые венцы и колеса, тормозные диски, катки. Предел прочности при растяжении – 58 кгс/мм2.

70Г – Сталь конструкционная рессорно-пружинная. По ГОСТ  14959–79 содержит 0.67-0.75% С. Из нее изготавливают пружины механизмов и машин.

У11А – углеродистая инструментальная сталь, изготавливается в различных видах: по ГОСТ 1133-71 (кованая круглая и квадратная); ГОСТ 2879-88 (горячекатаная шестигранная); ГОСТ 4405-74 и ГОСТ 103-2006 (полосы кованые и горячекатаные); ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78 (калиброванная), ГОСТ 14955-77 (со специальной отделкой). Применение: столярные пилы ручные и машинные, ручные ножовки, спиральные сверла; слесарные шаберы, напильники, накатные ролики; штампы для холодной штамповки деталей небольших размеров и простой формы; калибры простой формы и пониженных классов точности, а также ручные метчики, холодновысадочные пуансоны и штампы мелких размеров, калибры простой формы и пониженных классов точности. Содержит 1,06-1,13% С.

 

 

 

 

Контрольное задание № 4

Вариант 9

 

 

1. Каковы особенности технологии  изготовления отливок из высокопрочного чугуна. Способы получения различных структур в отливках, их механические свойства. Примеры применения отливок из высокопрочного чугуна.

ОТВЕТ:

 

В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму. Для получения графита шаровидной формы чугун модифицируют магнием или церием с последующим модифицированием ферросилицием. Высокопрочный чугун обозначается: ВЧ38-17 - ВЧ120 - 4. Буквы обозначают принадлежность к высокопрочным чугунам, первые цифры (две - три) показывают временное сопротивление, вторые - относительное удлинение.

 Отличительной особенностью  высокопрочного чугуна являются  его высокие механические свойства: временное сопротивление 373...1180 МПа, относительное удлинение 2...17%, твердость  НВ137...360, что обусловлено шаровидной  формой графита, который в меньшей степени , чем пластинчатый графит в сером чугуне, ослабляет сечение металлической массы и не оказывает на нее надрезающего действия .

 Высокопрочный чугун широко  используют взамен литых стальных  заготовок. Жидкотекучесть высокопрочного  чугуна такая же, как и у серого чугуна при одном и том же химическом составе и прочих равных условиях, что позволяет получать отливки с толщиной стенок 3-4 мм сложной конфигурации. Литейная усадка высокопрочного чугуна составляет 1.25–1.7 %. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов. Микроструктуры высокопрочного чугуна приведены на рис. 1.

Рис. 1.  Микроструктуры высокопрочного чугуна:

а - ферритный; б - перлитно-ферритный; в - перлитный:

1 - феррит; 2 - шаровидный графит; 3 - перлит

 

Отливки из этого чугуна преимущественно изготовляют в песчаных формах, литьем в кокиль, центробежным литьем и другими способами.

Высокая усадка чугуна вызывает необходимость создания условий направленного затвердевания отливок для предупреждения образования усадочных раковин и пористости в массивных частях отливки путем установки прибылей и использования холодильников.

 Для предупреждения трещин  в отливках применяют формовочные  смеси повышенной податливости. Расплавленный чугун в полость  формы подводят через сужающуюся литниковую систему и как правило, через прибыль.

Температура заливки чугуна при изготовлении отливок назначается на 100 - 150° С выше температуры ликвидуса (<1400° С).

Высокопрочный чугун широко применяется для производства ответственных крупных деталей машин вместо стали, которая является более дорогим и менее технологичным литейным сплавом (обладает пониженной жидкотекучестью и повышенной усадкой).

Характерным примером применения чугуна с шаровидным графитом взамен стальных поковок являются коленчатые валы для двигателей крупных дизельных двигателей автомобилей и тракторов. Коленчатые валы, изготовленные из чугуна с шаровидным графитом, не только дешевле стальных кованых, но и превосходят их по эксплуатационным качествам (стойкость их выше стойкости стальных кованых валов).

Чугун с шаровидным графитом получил широкое применение для замены стального литья. Имея аналогичные показатели со сталью по пределу прочности при растяжении, этот чугун имеет более высокие показатели по пределу текучести, что позволяет использовать его для деталей ответственного назначения.