Контрольна робота - контрольна робота з - матеріалознавства

Випробування на розтяг:
При випробуванні на розтяг визначають межу міцності (. В), межа плинності (. Т), відносне подовження (.) І відносне звуження (.). Випробування проводять на розривних машинах c використанням стандартних зразків з площею поперечного перерізу F o і робочої (розрахункової) довжиною l o. В результаті проведення випробувань отримують діаграму розтягування (рис. 1). На осі абсцис вказується значення деформації, на осі ординат - значення навантаження, що додається до зразка.

Мал. 1
Межа міцності (. В) - це максимальне навантаження, яке витримує матеріал без руйнування, віднесена до початкової площі поперечного перерізу зразка (P max / F o).

Випробування на твердість:
Твердість - здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла - індентора. Твердість матеріалу визначають методами Брінелля, Роквелла, Віккерса, Шора
Твердість металу по Брінеллю вказується літерами НВ і числом. Для перекладу числа твердості в систему СІ користуються коефіцієнтом К = 9,8 • 106, на який множать значення твердості по Брінеллю: НВ = НВ • К, Па.

Метод визначення твердості по Бринеллю не рекомендується застосовувати для сталей з твердістю понад НВ 450 і кольорових металів з твердістю більше 200 НВ.

Для різних матеріалів встановлено кореляційний зв'язок між межею міцності (в МПа) і числом твердості НВ. в. 3,4 НВ - для гарячекатаних вуглецевих сталей; ? В. 4,5 НВ - для мідних сплавів. в. 3,5НВ - для алюмінієвих сплавів.

Визначення твердості методом Роквелла здійснюють шляхом вдавлення в метал алмазного конуса або сталевої кульки. Прилад Роквелла має три шкали - А, В, С. Алмазний конус застосовують для випробування твердих матеріалів (шкали А і С), а кулька - для випробування м'яких матеріалів (шкала В). Залежно від шкали твердість позначається буквами HRB, HRC, HRA і виражається в спеціальних одиницях.

При вимірюванні твердості за методом Віккерса виробляють вдавлення в поверхню металу (шліфується або поліровані) чотиригранної алмазної піраміди. Цей метод застосовують для визначення твердості деталей малої товщини і тонких поверхневих шарів, які мають високу твердість (наприклад, після азотування). Твердість по Віккерсу позначають HV

Випробування на ударну в'язкість:
Ударна в'язкість характеризує здатність матеріалу чинити опір динамічним навантаженням і виявляється при цьому схильності до крихкого руйнування. Для випробування на удар виготовляють спеціальні зразки з надрізом, які потім руйнують на маятниковому копрі. За шкалою маятникового копра визначають роботу К, витрачену на руйнування, і розраховують основну характеристику, що отримується в результаті цих випробувань - ударну в'язкість. Вона визначається відношенням роботи руйнування зразка до площі його поперечного перерізу і вимірюється в МДж / м.

Випробування на втому:
Втома - процес поступового накопичення пошкоджень матеріалу під дією повторно-змінних напружень, які призводять до утворення тріщин і руйнувань. Втома металу викликається концентрацією напружень в окремих його обсягах (в місцях скупчення неметалічних і газових включень, структурних дефектів). Властивість металу чинити опір втоми називається витривалістю.

Випробування на втому проводять на машинах для повторно-змінного згинання обертового зразка, закріпленого одним або обома кінцями, або на машинах для випробувань на розтяг-стиск, або на повторно-змінний скручування. В результаті випробувань визначають межу витривалості, який характеризує опір матеріалу втоми.

Межа витривалості - максимальна напруга, при дії якого не відбувається втомного руйнування після базового кількості циклів навантаження.

Питання №17. Викреслив діаграму стану залізо-Карбо заліза і вкажіть на ній температуру гарту стали 55 в воді. Побудуйте криву охолодження утворилася структури.
Діаграма залізовуглецевих сплавів може бути представлена ​​в двох варіантах: метастабільних, що відбиває перетворення в системі "залізо-карбід заліза", і стабільному, що відбиває перетворення в системі "залізо-графіт". Найбільше практичне значення має діаграма стану "залізо-карбід заліза", тому що для більшості технічних сплавів перетворення реалізуються по цій діаграмі.
Карбід заліза (Fe3C) називають цементитом, тому метастабільну діаграму залізовуглецевих сплавів називають діаграмою стану "залізо-цементит" (Fe-Fe3C).
Температура гарту визначається виходячи з масової частки вуглецю в стали і відповідного їй значення критичної точки. Практично критичні точки вибирають за довідниками або по діаграмі стану "залізо - цементит".
Вибір температури нагріву при загартуванню вуглецевих сталей проводиться по лівій нижній частині діаграми залізо - цементит
Сталь 55 - Сталь конструкційна вуглецева якісна. (Доевтектоїдної)
Хімічний склад в% матеріалу сталь 55:

Температура критичних точок матеріалу Сталь 55: 690
Ac = 725, Ac (Ac) = 755, Ar (Arc) = 750, Ar = 690, Mn = 320
Діаграма залізо-цементит:

Доевтектоїдних стали нагрівають до температури на 30-50 ° вище верхньої критичної точки Ас3 [Ас3 + (30-50 °)], т. Е. Вище лінії GS діаграми залізо - цементит. Отже температура гарту стали 55. 770-805 ° С.
Точка G на малюнку 2.
При охолодженні у воді і маслі, температура кипіння яких нижча за температуру охолоджуваних в них деталей, швидкість охолодження різна в початковому, середньому і кінцевому періодах охолодження і підрозділяється на три стадії: стадія плівкового кипіння, стадія пухирчастого кипіння, стадія конвективного теплообміну. Режим охолодження показаний на рис.3. Режим охолодження ізотермічний (1), повний (2).

Ізотермічний отжіг- для легованих сталей застосовують ізотермічний отжиг, що складається в нагріванні вище верхньої критичної точки А3 область надлишкового аустеніту, витримці, охолодженні до температури нижче за нижню критичну крапку А1, витримці, достатній для повного перетворення аустеніту в перліт, і охолодженні до кімнатної температури.
Вода охолоджує набагато швидше, ніж масло: в 6 разів швидше при 550-650 ° С і в 28 разів швидше при 200 ° С. Тому вода застосовується для охолодження сталей з великою критичною швидкістю гарту (вуглецевих сталей), а в маслі охолоджують стали з малої критичної швидкістю гарту (деталі з легованих сталей або високовуглецевих сталей при тонких перетинах).
Ізотермічний отжіг- для легованих сталей застосовують ізотермічний отжиг, що складається в нагріванні вище верхньої критичної точки А3 область надлишкового аустеніту, витримці, охолодженні до температури нижче за нижню критичну крапку А1, витримці, достатній для повного перетворення аустеніту в перліт, і охолодженні до кімнатної температури.
Повний отжиг полягає в нагріванні стали на 30-50 ° С вище верхньої критичної точки для повного перетворення структури стали в аустеніт і наступному повільному охолодженні до 500-600 ° С для утворення фериту і перліту. Швидкість охолодження для вуглецевих сталей близько 50-100 ° С / год. Якщо охолодження ведеться на повітрі, відбувається нормалізація.

Класифікація жароміцних сталей і сплавів

При температурах до 300 C звичайні конструкційні стали мають високу міцність, немає необхідності використовувати високолеговані стали.

Перлітні жароміцні стали. До цієї групи належать котельні стали і сільхроми. Ці стали застосовуються для виготовлення деталей котельних агрегатів, парових турбін, двигунів внутрішнього згоряння. Стали містять відносно мало вуглецю. Легування сталей хромом, молібденом і ванадієм виробляється для підвищення температури рекристалізації (марки 12Х1МФ, 20Х3МФ). Використовуються в загартованому і високоотпущенном стані. Іноді загартування заміняють нормалізацією. В результаті цього утворюються пластинчасті продукти перетворення аустеніту, які забезпечують більш високу жароміцність. Межа повзучості цих сталей повинен забезпечити залишкову деформацію в межах 1% за час 10000 ... 100000 ч роботи.

Перлітні стали володіють задовільною зварюваністю, тому використовуються для зварних конструкцій (наприклад, труби пароперегрівачів).

Для виготовлення жароміцних деталей, які не потребують зварювання (клапани двигунів внутрішнього згоряння), застосовуються хромокремністие стали - сільхроми: 40Х10С2М, 40Х9С2, Х6С.

Жароміцні властивості зростають зі збільшенням ступеня легування. Сільхроми піддаються загартуванню від температури близько 1000 С і відпуску при температурі 720 ... 780 С.

При робочих температурах 500 ... 700 C застосовуються сталі аустенітного класу. З цих сталей виготовляють клапани двигунів, лопатки газових турбін, соплові апарати реактивних двигунів і т.д.

Основними жароміцними аустенітних сталей є хромонікелеві стали, додатково леговані вольфрамом, молібденом, ванадієм і іншими елементами. Стали містять 15 ... 20% хрому і 10 ... 20% нікелю. Мають жароміцністю і жаростійкістю, пластичні, добре зварюються, але ускладнена обробка різанням і тиском, охрупчиваются в інтервалі температур близько 600 С, з-за виділення по границях різних фаз.

Жароміцні сплави - металеві матеріали, що володіють високим опором пластичної деформації і руйнування при дії високих температур і окислювальних середовищ. Початок систематичних досліджень жароміцних сплавів доводиться на кінець 1930-х років - період нового етапу в розвитку авіації, пов'язаного з появою реактивної авіації і газотурбінних двигунів (ГТД).
Жароміцні сплави можуть бути на алюмінієвій, титанової, залізної, мідної, кобальтової і нікелевої основах. Найбільш широке застосування в авіаційних двигунах отримали нікелеві жароміцні сплави, з яких виготовляють робочі і соплові лопатки, диски ротора турбіни, деталі камери згоряння і т. П. Залежно від технології виготовлення нікелеві жароміцні сплави можуть бути ливарними, деформуються і порошковими. Найбільш жароміцними є ливарні сложнолегірованние сплави на нікелевій основі, здатні працювати до температур 1050-1100 ° C протягом сотень і тисяч годин при високих статичних і динамічних навантаженнях
Основні області застосування жароміцної стали:
виробництво промислового опалювального обладнання;
виготовлення лопаток і дисків для газотурбінних двигунів і термостійких деталей для камер згоряння;
виробництво енергетичного та хімічного обладнання, призначеного для роботи в умовах підвищених температур;
створення трубопроводів, розрахованих на роботу з носіями, що відрізняються високотемпературними робочими режимами.

Питання №37. Наведіть класифікацію і вкажіть технічні властивості пластмас.

Пластмаси органічні матеріали, основою яких є синтетичні або природні високомолекулярні з'єднання (полімери). Виключно широке застосування отримали пластмаси на основі синтетичних полімерів.
В основу класифікації пластмас покладені їх фізико-механічні властивості, структура та ставлення до нагрівання.
Залежно від вхідних компонентів все пластмаси можна розділити на наступні види:
-пресспорошков -пластмаса з порошкоподібними наповнювачами;
-Волокніту - пластмаси з волокнистими наповнювачами (бавовняні волокна, скловолокна, азбестові волокна);
-шаруваті пластики -пластмаса з наповнювачами у вигляді тканини або паперу (текстоліт, склотекстоліт, гетинакс);
-ливарні маси - пластики, зазвичай складаються тільки з одного компонента - смоли; ці маси класифікують за типом смоли;
-листові термопластмаси, що складаються з смоли і невеликої кількості пластифікатора і стабілізатора (органічне скло, вініпласт).

По виду сполучного матеріалу розрізняють:

а) фенопласти, в яких в якості сполучного використовують фенолоформальдегідні смоли;
б) амінопласти, в яких в якості сполучного використовують мочевіноформальдегідние і меламіноформальдегідні смоли;
в) епоксіпласти, в яких в якості сполучного використовують епоксидні смоли і т. д.
Залежно від поведінки сполучного речовини при нагріванні пластмаси поділяють на термореактивні і термопластичні.
Термореактивні пластмаси при нагріванні до певної температури розм'якшуються і частково плавляться, а потім в результаті хімічної реакції переходять в твердий, неплавкое і нерозчинний стан. Термореактивні пластмаси незворотні: відходи у вигляді грата і браковані деталі зазвичай використовують після подрібнення тільки в якості наповнювача при виробництві пресспорошков.

Термопластичні пластмаси при нагріванні розм'якшуються або плавляться, а при охолодженні тверднуть. Термопластичні пластмаси оборотні, але після повторної переробки пластмас в деталі фізико-механічні властивості їх трохи погіршуються.

Залежно від області застосування розрізняють пластмаси:

а) загального призначення (пресспорошков);
б) з високими діелектричними властивостями (поліетилен, поліпропілен, полістирол, гетинакс тощо.);
в) конструкційні (текстоліт, склотекстоліт, скловолокно та ін.);
г) які мають фрикційними властивостями (асботекстоліт, асбоволокніт і ін.);
д) володіють антифрикційними властивостями (Волокніту, поліаміди, фторопласт і ін.);
е) хімічно стійкі (фторопласт, поліетилен, поліпропілен, вініпласт та ін.);
ж) теплостійкі (склопластики на основі кремнійорганічних смол, фторопласти, полікарбонати та ін.);
з) теплоізоляційні, що володіють низьким коефіцієнтом теплопровідності і малою щільністю (газонаповнені пластмаси - пінопласти, поропласти) і т. д.

Таблетіруемость - це можливість спрессовиванія прессматериала під дією зовнішніх сил і збереження отриманої форми після зняття цих сил.
і т.д.