ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТУЛЬСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «Физикаметаллов и металловедения»
КОНТРОЛЬНО –КУРСОВАЯ РАБОТА
ВАРИАНТ № 12
Выполнил
студентгруппы 220761
КузьмичевАлександр
Александрович
Проверил
МясниковаЛ.В.
Содержание
Термопластичные пласмассы……………………………………...…3
Сталь 12ХГТ.………………………………………..………………...11
Железоуглеродистый 1% С сплав..…………………………………..12
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ
В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной илиразветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы.Термопласты имеют ограниченную рабочую температуру, свыше 60-70 градусовЦельсия начинается резкое снижение физико-механических свойств. Болеетермостойкие структуры могут работать до 150 -250 0С, а термостойкиес 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) -113 325
а 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 скоростидеформирования не успевает развиваться высокоэластичная деформация и появляетсяжесткость, иногда даже хрупкое разрушение. Более прочными и жесткими являютсякристаллические полимеры. Предел прочности термопластов составляет 10 – 100МПа. Модуль упругости (1,8 – 3,5)103 МПА. Они хорошо сопротивляютсяусталости, их долговечность выше, чем у металлов. Предел выносливостисоставляет 0,2 – 0,3 предела прочности. При частотах нагружения свыше 20 Гцпроисходят 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-
терефталат 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 бесцветногогаза этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. По плотностиполиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотности, получаемый в процессеполимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55 – 65% кристаллическойфазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД),имеющий кристалличность до 74 – 95 %.
СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ СП от 1000 до 50 000
Тпл 129–135° С
Тст 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 итеплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять при температуредо 60 – 100 0С. Морозостойкость достигает – 70 0С и ниже.Полиэтилен химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одномиз известных растворителей.
СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ СП от 800 до 80 000
Тпл 108–115° С
Тст 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 защитыот старения в полиэтилен вводят стабилизаторы и ингибиторы(2-3% сажи замедляютпроцессы старения в 30 раз). Под действием ионизирующего излучения полиэтилентвердеет: приобретает большую прочность и теплостойкость.
Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованныхнесиловых деталей, пленок, он служит покрытием на металлах для защиты откоррозии, влаги, электрического тока.
Полипропилен (-СН2 – СНСН3 -)n является производной этилена.Применяя металлоорганические катализаторы, получают полипропилен, содержащийзначительное количество стереорегулярной структуры. Это жесткий нетоксичныйматериал с высокими физико-механическими свойствами. По сравнению сполиэтиленом этот пластик более теплостоек: сохраняет форму до температуры 150 0С.Полипропиленовые пленки прочны и более газонепроницаемы, чем полиэтиленовые, аволокна эластичны, прочны и химически стойки. Недостатком пропилена являетсяего невысокая морозостойкость (от -10 до -20 0С). Полипропиленприменяют для изготовления труб, конструкционных деталей автомобилеймотоциклов, холодильников, корпусов насосов, различных ёмкостей и др. Пленкииспользуют в тех же целях, что и полиэтиленовые.
СВОЙСТВА ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА СП от 1000 до 6000
Тпл 174–178° С
Тст ок. 0° С Плотность
0,90 г/см3 Кристалличность высокая Растворимость растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° С
Полистирол ( -СН2 – СНС6Н5 -)n — твердый, жесткий, прозрачный,аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается,растворим в бензоле. Полистирол наиболее стоек к воздействию ионизирующегоизлучения по сравнению с другими термопластами (присутствие в макромолекулахфенильного радикала).
Недостатками полистирола являются его невысокая теплостойкость.Склонность к старению, образованию трещин.
Из полистирола изготовляют детали для радиотехники, телевидения иприборов, детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки стирофлекс дляэлектроизоляции.
СВОЙСТВА ПОЛИСТИРОЛА СП от 500 до 5000
Тпл аморфен и не имеет точки плавления
Тст 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, дотемпературы 250 0С скорость кристаллизации мала и не влияет на егомеханические свойства, поэтому длительно эксплуатировать фторопласт -4 можно дотемпературы 250 0С. Разрушение материала происходит при температуревыше 4150С. Аморфная фаза находится в высокоэластичном состоянии,что придает фторопласту – 4 относительную мягкость. При весьма низкихтемпературах (до -269 0С) пластик не охрупчивается. Фторопласт -4стоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Практически онразрушается только под действием расплавленных щелочных металлов иэлементарного фтора, кроме того, пластик не смачивается водой.Политетрафторэтилен малоустойчив к облучению. Это наиболее высококачественныйдиэлектрик. Фторопласт -4 обладает очень низким коэффициентом трения, которыйне зависит от температуры.
Недостатками фторопласта -4 являются хладотекучесть, выделениетоксичногофтора при высокой температуре и трудность его переработки.
Фторопласт -4 применяют для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов,мембран, уплотнительных прокладок, манжет, сильфонов, электрорадиотехническихдеталей, 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 нарушаетсимметрию звеньев макромолекул, материал становится полярным, диэлектрическиесвойства снижаются, но появляется пластичность и облегчается переработкаматериала в изделия. Фторопласт -3, медленно охлажденный после формования,имеет кристалличность около 80 -85%. А закаленный – 30-40%. Интервал рабочихтемператур от -150 до 70 0С. При температуре 315 0Сначинается термическое разрушение. Хладотекучесть у полимера проявляетсяслабее, чем у фторопласта -4. По химической стойкости он уступаетполитетрафторэтилену, но всё же обладает высокой стойкостью к действию кислот,окислителей, растворов щелочей и органических растворителей.
Фторопласт -3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того, изнего изготовляют трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов идр.
Органическое стекло – это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфировакриловой и метакриловой кислот. Чаще всего применяется полиметилметакрилат,иногда пластифицированный дибутилфталатом. Материал более чем в 2 раза легчеминеральных стекол 91180кг/м3, отличается высокойатмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность92%), пропускает75%ультрафиолетового излучения. При температуре 800С органическоестекло начинает размягчаться; при температуре 105 -1500С появляетсяпластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Критерием,определяющим пригодность органических стекол для эксплуатации, является нетолько их прочность, но и появление на поверхности и внутри материала мелкихтрещин, так называемого серебра. Этот дефект снижает прозрачность и прочностьстекла. Причиной появления «серебра» являются внутренние напряжения,возникающие в связи с низкой теплопроводностью и высоким коэффициентомрасширения. Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот ищелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов. Старение органическогостекла в естественных условиях протекает медленно. Недостатком органическогостекла является невысокая поверхностная стойкость. Увеличение термостойкости иударной вязкости органического стекла достигается ориентированием. Органическоестекло используется самолетостроение, автомобилестроение.
Поливинилхлорид является аморфным полимером. Пластмассы имеют хорошиеэлектроизоляционные характеристики, стойкие к химикатам, не поддерживаютгорение. Непластифицированный твердый поливинилхлорид называется винипластом.Винипласты имеют высокую прочность и упругость. Из винипласта изготовляют трубыдетали вентиляционных установок теплообменников и т.д.
СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА СП от 500 до 5000
Тпл аморфен и не имеет точки плавления
Тст 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 однооснойориентации получают полиамидные волокна, нити, пленки. Из полиамидовизготовляют шестерни, втулки, подшипники, гайки, шкивы. Полиамиды используют вэлектротехнической промышленности, медицине и, кроме того, как антифрикционныепокрытия.
Полиуретаны – содержат уретановую группу. Кислород в молекулярной цеписообщает полимерам гибкость, эластичность; им присуща высокаяатмосферостойкость и морозостойкость (от -60 до -70 оС). Верхнийтемпературный предел составляет 120-170 оС. Из полиуретанавырабатывают пленочные материалы и волокна, которые малогигроскопичны ихимически стойки.
Полиэтилентерефталат – сложный полиэфир, выпускается под названием лавсан.Полиэтилентерефталат является диэлектриком и обладает высокой химическойстойкостью. 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 исвойств. Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода образуют сжелезом твердые растворы замещения. Сталь 12ХГТ относится к сталямхромомарганцевым с добавлением титана. Марганец – сравнительно дешевый элемент,применяется, как заменитель в стали никеля. Как и хром, марганец растворяетсякак в феррите и цементите. Повышая устойчивость аустенита, марганец снижает критическуюскорость закалки и повышает прокаливаемость, особенно доэвтектоидной стали.Введение небольшого количества титана, образующего труднорастворимые ваустените карбиды TiC, уменьшаетсклонность хромомарганцевых сталей к перегреву. При нагреве стали 12ХГТ до 1000оС с последующим подстуживанием до 870 оС, для закалкивеличина зерна сохраняется на уровне 8-го балла. Сталь 12ХГТ применяется: взубчатых 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%) притемпературе 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)
/>/> 1600 I
/>/>/> 1490 ˚с
/>/>/> 1290˚с
/> 1200ІІ
III
/>/>/>/> 800 ІV 800 ˚с
/>/>/>/> 727˚с
V
/> 400
0 />/>/>/>/>/>/>/>/>/>t(c)
время
0-I- жидкая фаза;
I- точкалинии ликвидус (начало кристаллизации);
I-II- жидкая фаза + аустенит;
II- точкалинии солидус (окончание кристаллизации);
II-III- сплав приобретает однофазную структуру- аустенит;
III- точкалинии предельной растворимости С в γ-Fe;
III-IV- фаза равновесия аустенита и феррита;
IV- точкалинии 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.ИЛеонтьева, " Материаловедение".
Издательство “Машиностроение”,1972.
3. Б.Н. Арзамасов,И. И. Сидорин, " Материаловедение"
Издательство “Машиностроение”,1986.