Лекції з матеріалознавства

Материаловедение.

1. Типи межатомных зв’язків. Вплив на властивості матеріалів. Ван-дер-Ваальса зв’язок виникає й унаслідок індукційного взаємодії атомів, в інертних газах. Іонна зв’язок виникає й унаслідок взаємодії разноимённых зарядів (позитивного і негативного), ненаправленная, ненасыщенная, локалізована. Ковалентная зв’язок виникає узагальненням кількох електронів (за правилом 8-n, де n — число електронів), має високий енергію, є спрямованої, насиченою та локалізованої. Металева зв’язок виникає й унаслідок усуспільнення всіх електронів. Ця зв’язок ненасыщенная, ненаправленная, не локализованная.

2. Кристалічні і аморфні матеріали. Кристалічний будова. Основні типи кристалічних ґрат. Кристалічний тіло характеризується правильним розташуванням атомів в просторі. У аморфних речовин розташування атомів випадково. Кристалічні речовини утворюють кристалічну грати. 14 типів кристалічних ґрат. Кріст. ґрати характеризується елементарної осередком. Ел. осередок — кристаллич. ґрати найменшого обсягу, відтворення якої у просторі безліч разів створює просторову кріст. грати. Атоми у просторі розташовуються упорядоченно, створюючи кристалічну грати. Основні типи: 1. Проста кубічна ґрати: в вузлах кубики атоми стосуються одне одного. Параметри: Період ґрати (відстань між атомами a =d), d — діаметр атома. 1/8· 8 =1 атом на елемент, осередок. Для хімічного сполуки даний тип ґрати. 2. Кубічна объёмно-центрированная ґрати [pic] й у тугоплавких металів. a =1,21· d. 1/8· 8 +1 =2. Fe?, Ti, W, Nb. 3. Кубічна гранецентрированная ґрати [pic]. 1/8· 8 +½· 6 =4. Для пластичних металів. Cu, Fe?, Au.

3. Анізотропія кристала і изотропия кристалічних тіл. Анізотропія — ця різниця властивостей у різних напрямах в кристалі. У монокристалі - анізотропія. Полікристалічні речовини — де є багато кристалів. У поликристаллическом тілі - изотропия (однакові властивості по різним направлениям).

4. Ідеальне будова металу. Відхилення у структурі реальних (технічних) металах і вплив з їхньої властивості. Зазвичай уламок металу складається з скупчення значної частини маленьких кристалів неправильної форми, званих зёрнами. Кристалічні ґрати окремими зёрнах орієнтовані щодо одне одного випадково. Поверхні розділу зерен називаються межами зерен. Такий уламок металу є поликристаллом. При певних умовах, зазвичай за дуже повільному контрольованому відведення тепла при кристалізації (затвердевании металу), можна отримати уламок металу, являє собою один кристал, її називають монокристалом. Зустрічаються у природі кристали, як монокристали, і зерна в полікристалах, будь-коли мають суворої періодичністю розташування атомів, тобто. є ідеальними кристалами. Насправді реальні кристали містять недосконалості (дефекти) кристалічного строения.

5. Дефекти кристалічного будівлі: вакансії і дислокації. Вплив на перетворення й властивості. Ефект вакансія — точковий дефект, викликає спотворення. Дифузія пришвидшується. Дислокація — лінійний дефект (багато вакансій до кількох): ефект має довжину, визначає високу пластичність материала.

6. Дефекти кристалічного будівлі. Кристал зерно. Дефекти: точкові, лінійні, поверхневі, об'ємні. Точкові: впровадження, вакансія, викликають спотворення. Лінійні: дислокації, визначають високу пластичність матеріалу, ефект має довжину. Поверхневі: кордону зерен, різко підвищують пластичність поспішають і зменшують міцність матеріалу. Об'ємні - поріг в металі, дефекти мають обсяг. Зерно — кристал неправильної формы.

7. Первинна кристалізація металів, закони кристалізації. Первинна кристалізація — перехід із стану в твердий. Енергетичні умови первинної кристалізації: з цих двох станів: рідкого і твердого при даної температурі стабільнішим буде, у якому метал має вільну енергію. Вільної енергією зв. частина внутрішньої енергії речовини, зменшення якої наводить метал у більш рівноважний стан. Процес кристалізації відбувається у два етапу: зародження центру кристалізації і зростання кристаллов.

8. Первинна кристалізація. Вплив швидкості охолодження на структуру і властивості металів. Діаграма Тамман [pic][pic] ч.ц. — число центрів, с.к. — швидкість кристалізації. Чим більший переохолодження, тим менше зерно. У великих виробах дуже важко давалися дрібне зерно. Що швидкість кристалізації, тим метал менш прочен.

9. Зерно в сплавах. Вплив величини зерна на властивості. Зерно — це кристал неправильної форми. Кристали може мати форму дендрита. Дендрит — кристал деревоподібної форми. Дрібне зерно міцне, велике зерно хрупкое.

10. Сплави. Основні поняття і терміни: сплав, компонент, фаза, структура, рівноважний і неравновесное стану. Сплави — це речовини, які з двох чи більше елементів періодичної системи. Отримують з допомогою спечення чи сплавлением. Компонент — речовина, який утворює сплав. Фаза — просторово обмежена і відмінна з інших частина системи, має свою кристалічну грати і свої властивості. Гомогенні речовини мають одну фазу, а гетерогенні - кілька фаз. Структура — будова металу, де можна розрізняти окремі фази, їх форму, розміри і взаємна розташування. Структура впливає властивості. Рівноважний стан — як у сплаві все фази, властиві цієї системі оформлені. Цей стан забезпечується при повільному охолодженні, можна розрізняти розміри і форми фаз. Неравновесное стан — процес освіти і відокремлення фаз не закінчився, утворюється під час швидкому охлаждении.

11. Сплави. Класифікація сплавів. Залежність структури сплаву від становища компонентів в періодичної системі Д.І. Менделєєва. Хімічні сполуки, твёрдые розчини, суміші (механічні). Якщо обидва компонента втрачають свою кристалічну грати, і в сплаву утворюється нова ґрати, це хім. з'єднання. Якщо хтось із компонентів зберігає кристалічну грати, інші її втрачають, такі сплави зв. твёрдыми розчинами. Якщо обидва компонента зберігають кристалічну грати і властивості, то сплави називаються сумішами. Хім. сполуки: метали мають відбудовними властивостями, а неметаллы — окислительными. Сплави: стали, чавуни, мідні, алюмінієві, магнієві, титанові, оловянистые і свинцеві сплавы.

12. Діаграми стану подвійних сплавів (основні типи). Закономірності М. С. Курнакова. [pic] Діаграма стану сплавів показує фазове чи структурне статки у залежність від сплавів. Процес кристалізації починається на лінії ликвидус і закінчується на солидус. Властивості сплавів твердих розчинів змінюються по параболічної залежності при додаванні другого компонента. [pic] Обидва компонента мають різну хімічну природу.

13. Діаграми стану сплавів. Правило відрізків. [pic] Для визначення складу твердої і переробки рідкої фази якийсь точки необхідно провести коноду. Для визначення кількісного складу фаз в сплаві треба брати відтинки на коноде назад розташуванню фаз з діаграми. Q? належить так до Qспл, що Q?/Qспл = lk/ls, а Qж/Qспл = ks/ls.

14. Сплави. Деформируемые і ливарні сплави. Особливості будівлі та властивості. Литейний сплав в твердому стані крихкий, відбувається руйнуванні за умов розтяги чи вигину (ударного). Деформируемый сплав пластичний. [pic] Напруга? = P/F0, P — діюча навантаження, F0 — площа зразка, яку має на початку випробування на розтягнення. Найважливіше характеристика: ?У — межа міцності при розтягненні, що він відповідає найбільшої навантаженні, попередньої руйнації зразка. ?У — опір великий пластичної деформації. Чим більший енергія атомів, тим більша ?У. Структура з дрібним зерном міцніше, ніж структура з великим. [pic] ?Т — межа плинності, для пластичних матеріалів ?Т (0,5?В. Умовний межа плинності ?0,2 = 0,5−0,7 ?У. HB — твердість по Бринелю, характеризує опір металу великий пластичної деформації в умовах стискування. P = 3000 кг, діаметр кульки = 10 мм. HB = P/Fотп [кгс/мм2]. Що HB, важче виготовляти деталі. Лінійна залежність: ?У (HB/3. Пластичність визначається випробуваннях на розтягнення. lн — початкова довжина зразка, lк — кінцева. Відносне подовження ?% = (lк-lн)/lн· 100%. Це характеристика надёжности матеріалу. Відносне звуження ?% = (dк-dн)/dн· 100%, d — діаметр зразка. Ударне в’язкість — хар-ка, показує опір матеріалу до динамічним навантажень. Ударне в’язкість aн = (P· H-P·h)/S [кгс/мм2]. Модуль Юнга E (нормальної пружності) показує зв’язок між навантаженням і деформацією. Чим жорсткіше матеріал, тим більша E. EFe = 20 000 кгс/мм2.

15. Способи зміцнення сплавів. Наклёп — зміцнення металів і сплавів внаслідок подрібнення зерна при холодної пластичної деформації. Перекристалізація — зміцнення в результаті подрібнення зерна при полиморфном перетворення. Дисперсионное твердіння — зміцнення сплавів внаслідок виділення дрібних частинок другий фази з пересыщенного твердого раствора.

16. Деформація пружна і пластична. Зміцнення металів при пластичної деформації. Деформація то, можливо пружною, зникаючої після зняття навантаження, і пластичної, що залишається після зняття навантаження. При пружному деформировании під впливом зовнішньої сили змінюється відстань між атомами в кріст. ґратам. Зняття навантаження усуває причину, викликала зміна межатомного відстані, атоми беруть колишні місця та деформація зникає. При пластичному деформировании друга кристала переміщається стосовно в іншу. Якщо навантаження зняти, то перемещённая частина кристала не повернеться на старе місце, деформація збережеться. Наклёп. Перекристалізація. Дисперсионное твердение.

17. Холодна і гаряча пластичні деформації. Умови деформування. Вплив на структуру й властивості металів і сплавів. Якщо пластична деформація здійснюється за температурі вище Tр, то наклёпа немає. Ця деформація називається гарячої пластичної деформацією. Холодна пластична деформація (тиск) відбувається за температурі нижчій за Tр, виникає упрочнение.

18. Рекристаллизация сплавів, впливом геть структуру і їхні властивості. Температура рекристалізації по А. А. Бочвару. Рекристаллизация — повернення властивостей у початкове становище в процесі нагріву наклёпанного металу. Процеси: зменшення кількості дефектів, зростання зерна (до вихідного). А. А. Бочвар показав: Tр = a· TплК (в Кельвинах). Що Tпл, то вище Tр. Вольфрам, молібден — самі тугоплавкі Me. Якщо чистий Me — a (0,2, механічні суміші - a (0,4, твёрдые розчини — a (0,6, хімічні сполуки — a (0,8.

19. Диффузионные і бездиффузионные процеси в металевих сплавах, впливом геть властивості. Бездиффузионные характеризуються переміщенням атомів не більше елементарної осередки кріст. ґрати, високої швидкістю. Диффузионные перетворення характеризуються переміщенням атомів великі відстані. Вони пришвидшуються з підвищенням температури. До таких процесам відносять частковий розплав твердого розчину ?1 > ?2 +?.

20. Полиморфные перетворення на сплавах. Вплив перетворень на структуру і властивості. Поліморфізм — властивість металу змінювати свою кристалічну грати під впливом зовнішніх чинників (температура, тиск). Fe? (Fe?. 42 металу мають полиморфные перетворення. Залізо, титан, марганець, графіт, алмаз, олово. Властивість використовується при термічної обработке.

21. Дисперсионное твердіння. Сплави, упрочняемые дисперсионным твердением. Дисперсионное твердіння — зміцнення сплавів внаслідок виділення дрібних частинок другій фазі з пересыщенного твердого розчину. Дуралюминий (0,5- 5,6% Cu) то, можливо упрочнён внаслідок дисперсионного тверднення. Нагріваємо дуралюминий у сфері ?-тв. р-ра і швидко охолоджуємо — гарт (затримуємо все диффузионные процеси), отримуємо пересыщенный ?-тв. р-р. Весь Cu зосереджується в тв. р-ре. Міцність низька після гарту? в (20 кг· с/мм2. Якщо нагрівати закалённый сплав, то починається процес дисперсионного тверднення. Матеріал буде упрочняться. Процес зміцнення тв. р-ра внаслідок виділення потім із нього дрібних частинок другій фазі. Старіння — процес виділення, тож коагуляції частинок другий фазы.

22. Поняття термічній обробці сплавів. Відпал, гарт, старіння (відпустку). Термічна обробка — на зміну структури і властивостей матеріалу в результаті нагріву і охолодження в твердому стані. Відпал — термічна операція, яка полягає у нагріванні металу, має збаламучену стан, і яка веде метал у більш стійке стан. Гарт — термічна операція, яка полягає у нагріванні вище температури перетворення з наступним швидким охолодженням щоб одержати нестійкого стану сплаву. Відпустку — термічна операція, яка полягає у нагріванні закалённого сплаву нижче температури перетворення щоб одержати стійкішого стану сплава.

23. Діаграма стану «Залізо — цементит». Перетворення в сплавах на основі заліза при нагріванні і охлаждении.

[pic] Fe? від низьких температур до 768 °C, ця фаза має грати о.ц.к., низьку міцність і твердість 80 HB, низький межа плинності, питому вагу 7,8 г/см3, має магнітні властивості (ферромагнетик), розчиняє вуглець 0,006% при 20 °C і 0,02% при 727 °C. Твёрдый розчин вуглецю в Fe? зв. феррит. Властивості феррита близькі до властивостями чистого Fe. Fe? — о.ц.к., існує від 768 °C до 910 °C, розчиняє вуглець потроху, немагнитен, при 768 °C втрачає магнетизм, 768 °C — точка Кюрі, парамагнетик. У 910−1400°C існує Fe?, ґрати г. ц.к., це залізо немагнитно, розчиняє 2,14% З при 1147 °C. Розчин вуглецю в Fe? зв. аустенит, немагнитен, твердіше феррита, досить пластичний. Fe? існує у 1400−1539°C. 1539 °C — плавлення Fe. Перехід Fe?>Fe? приміром із зміною обсягу (1%) (у? більше V). Fe3C — 6,7% З, твердість 800 HB, Fe3C — цементит, при низьких температурах магнитен. Fe3C>Fe+ Графіт. При 1147 °C йде реакція, в результаті якої утворюється эвтектика: суміш аустеніту і цементита — ледебурит. [А+Ц] - 4,3% З. Феррит+цементит — Перліт. [Ф+Ц] - 0,8% З, твердість HB 800. Ла — [А+Ц], Лз — [П+Ц], А>П. З рідини виділяється ЦI, з, А — ЦII, з Ф — ЦIII. До 2,14% З — стали, після — чавуни. Спочатку рідина перетворюється на аустенит, потім відбувається перехід рідини в ледебурит аустенитовый (эвтектическая реакція), аустенит перетворюється на перліт (эвтектоидная реакція), аустенит перетворюється на феррит.

24. Равновесные структури в сталях. Їх властивості й умови отримання. Діаграма стану є графічне зображення стану сплаву. Якщо змінюється склад сплаву, його температура, тиск і стан сплаву також змінюється, це знаходить графічне відображення в діаграмі стану. Вона показує стійкі стану, тобто. стану, які за умовах мають мінімумом вільної енергії. Тому діаграма стану може також називатися діаграмою рівноваги, оскільки вона показує, які при умовах існують равновесные фазы.

25. Стали. Класифікація за якістю, структурі, призначенню. За структурою: технічно чисте залізо (0,006;0,02), доэвтектоидная (0,02;0,8), эвтектоидная (0,8) і заэвтектоидная сталь (0,8;2,14). Доэвтектоидная сталь: Ф+П, П — темний, твёрдый, HB 180, Ф — світлий, більш м’який, пластичний, HB 80. Эвтектоидная сталь: 100% П. Заэвтектоидная сталь: П+Ц. Ц — HB 800, П — HB 180. У процесі повільного охолодження виділяється ЦII на межі зерен як сітки. За призначенням: 1) будівельні до 0,03% З, метал легко деформується, ці стали не гартують, де вони упрочняются; 2) машинобудівні, чи конструкційні 0,3−0,6% З (вали, осі, деталі машин), їх можна загартувати (змінити властивості), упрочняются рахунок термічної обробки; 3) інструментальні 0,7−1,3% З, висока міцність, твердість. За якістю: 1) стали звичайного якості, самі дешеві, плавка йде всього 30 хв, домішки не все вдається видалити (P.S 0,05% і P 0,05%), зливки великі (10 т, ізоляція сильна, порожнечі відрізають, прибуток невеличка; 2) стали якісні, виходять мартенівським способом, P. S і P до 0,04% в сталях, розливаються в менші зливки, менше ізоляція, дорожчі, вище якість, діляться на конструкційні і інструментальні, якісні стали піддаються упрочняющей термічній обробці, у них важливо знати зміст З; 3) киплячі стали, класифікуються за змістом Si, в окремих випадках можна понизити зміст Si для штампуемых сталей, Si — сильний раскислитель, З виводить O зі сталі (рідкого Me), створюється вид, що сталь кипить, що більше Si, тим спокійніше сталь, CO послаблюють Me, потрібно, щоб межа плинності був низьким, використовується для холодної штампування; 4) високоякісні, одержують у електропечах, вище температура, легше видаляти шкідливі домішки; 5) автоматні стали, в обробці на верстатахавтоматах, стружка повинна ламатися (дрібна), в стали залишають підвищену зміст P. S до 0,1%, а P до 0,06%, це брудні стали, але добре оброблювані різанням (болти, шайби); 6) леговані стали, Х — Cr, Р — Mn, М — Ni, До — Co, У — W, Ф — V, Т — Ti, З — Si, Ю — Al.

26. Вплив домішок в стали. Класифікація сталей за якістю в ГОСТ. Марки сталей. Бувають шкідливі: P. S, P, O, N й придатні: Mn, Si. Сірка потрапляє з коксу разом з вугіллям. Найбільш чистий деревне вугілля, шведські стали найчистіші, т.к. роблять на древ. вугіллі. Сірка викликає красноломкость (у процесі прокатки сталь розшаровується, роз'їжджається). Зазвичай P. S в стали 0,02−0,05%. Сірка збільшує ламкість стали. Вплив фосфору. Потрапляє з залізної руди, створює хладноломкость — різке зниження ударної в’язкості при негативних температурах. P підвищує температуру переходу в крихке стан. Фосфор (багато) повинен знижувати хладноломкость. Кисень, азв викликаю синеломкость. Німці перші пояснили це явище. Якщо працюють при 300−350° З, і сталь раптом ламається, поверхню розламу синього кольору (парові установки). Виявилося, що у структурі утворюються нитриды Fe4N межах зерен. У сталь додається Al (4г на тонну стали. Al пов’язує нитриды, синеломкость усувається. Марганець є у стали 0,5−1,5%, іноді вводиться додатково. Mn веде P. S в шлак, звільняючи сталь від P. S, знижує красноломкость. Mn — хороший раскислитель, відбирає кисень сталі. Mn ~ 0,5% в стали. Кремній діє подібно марганцеві, є раскислиелем. Впливає сильніше, ніж Mn. Si ~ 0,3−0,5% потрібно. Si підвищує межа плинності стали. Тому кремнію багато не вводять у сталь Штампуемая низкоуглеродистая сталь. За якістю: 1) стали звичайного якості Сталь0 … Сталь3 … Сталь6, Ст. 0 … Ст. 3 (0,15−0,22% З)… Ст. 6, вуглець збільшується; 2) стали якісні: конструкційні, З менше 0,7% Сталь 08, 10, …45 …60, зміст З в стали в сотих частках % і інструментальні, З більше 0,7% У7… У13, зміст З в десятих частках; 3) киплячі стали 08КП (менше Si, нуртуюча), З (більше Si, спокійна), ПС (полуспокойная); 4) високоякісні У7А … У13А; 5) автоматні стали А45Г (0,45% З, Р — Mn); 6) леговані стали 12ХН3А (0,12% З, Х — Cr 1,5%, М — Ni 3%, А — високоякісна), ЭН-17…1000 (завод «Електросталь»), ЭП-1…1000, ЭК.

27. Стали, марки сталей. Область застосування. 1) стали звичайного якості Сталь0 … Сталь3 … Сталь6, Ст. 0 … Ст. 3 (0,15- 0,22% З)… Ст. 6, самі дешеві, плавка йде всього 30 хв, зливки великі (10 т, поставляють ці стали по механічним властивостями, не піддаються термічній обробці. 2) стали якісні: конструкційні, З менше 0,7% Сталь 08, 10, …45 …60, зміст З в сталі у сотих частках % і інструментальні, З більше 0,7% У7… У13, зміст З в десятих частках, розливаються в менші зливки, дорожчі, вище якість, піддаються упрочняющей термічній обробці, у них важливо знати зміст З. 3) киплячі стали 08КП (менше Si, нуртуюча), З (більше Si, спокійна), ПС (полуспокойная), класифікуються за змістом Si, деяких випадках можна понизити зміст Si для штампуемых сталей, Si — сильний раскислитель, З виводить O зі сталі (рідкого Me), створюється вид, що сталь кипить, CO послаблюють Me, потрібно, щоб межа плинності був низьким, використовується для холодної штампування. 4) високоякісні У7А … У13А, одержують у електропечах, вище температура, легше видаляти шкідливі домішки, дорожчі; 5) автоматні стали А45Г (0,45% З, Р — Mn), в обробці на станках-автоматах, стружка повинна ламатися (дрібна), в стали залишають підвищений вміст P. S до 0,1%, а P до 0,06%, це брудні стали, але добре оброблювані різанням (болти, шайби);. 6) леговані стали 12ХН3А (0,12% З, Х — Cr 1,5%, М — Ni 3%, А — високоякісна), ЭН-17…1000 (завод «Електросталь»), ЭП-1…1000, ЭК.

28. Стали марок Ст. 4, 40. Склад, властивості та призначення у промисловості. Ст.4: сталь загального призначення, звичайного якості, ?У (410−530) МПа чи (42−54) кгс/мм2, ?Т щонайменше 245 МПа чи 25 кгс/мм2, більше міцність, ніж у Ст. 1, менше пластичність, З 0,18−0,27%, Mn 0,4−0,7, не піддаються термічній обробці, дешёвая. Для виробництва машин, верстатів, будівельних металоконструкцій, предметів широкого споживання. 40: сталь якісна, конструкційна, зміст З в стали 0,4%, більш дорога, якість вище, піддається упрочняющей термічній обробці. Машинобудівне производство.

29. Сегрегація в металевих сплавах, причини її викликають. Ізоляція сірки в стали, красноломкость. Ізоляція — це неоднорідність властивостей та будівлі в сечении матеріалів. Причиною ликвации є освіту різного складу кристала. Різне кількість домішок — сірки, фосфору, вуглецю. Сірка викликає красноломкость, у процесі прокатки сталь розшаровується, роз'їжджається. Зазвичай P. S в стали 0,02−0,05%. Сірка схильна до ликвации. У процесі прокатки рідина розтікається. Боротьба красноломкостью: піднімається температура за рахунок додавання в сталь марганцю (FeMn). FeS + FeMn > 2Fe + MnS. Красноломкость уменьшается.

30. Стали. Перетворення в стали при нагріванні і охолодженні. Критичні точки стали по Д. К. Чернову. У стали кристалізація закінчується освітою аустеніту, у структурі немає эвтектики (ледебурит відсутня). Для сталей характерно: легко деформуються в гарячому стані, зі структурою аустенит. Температура плавлення 1500−1550°C. Крива охолодження чистого заліза. [pic] Зупинки — критичні точки, обозначаемые A. Їх розрізняють при нагріванні і охолодженні. Ar2 при охолодженні, Ac2 при нагріванні. Перетворення в стали. [pic] [pic].

31. Графитизация чавунів. Вплив на структуру й поліпшуючи властивості. Чинники її викликають. Процес графитизации: Fe3C>Fe+Cгр. Цей процес відбувається можна прискорити (Si — графитизатор) чи затримати (Mn — відбілювач). Швидкість охолодження виливки впливає графитизацию. Велика маса кафе і повільне охолодження, встигає пройти графитизация. Якщо невеличка маса, то білий чавун. Залежить від безлічі виливки. У сірих чавунах, які виходять повільним охолодженням рідкого чавуну, графіт пластинчастим форми, в ковких — сиплеся графіт, в високоміцних — кулястий. Графитизация проходить повністю, весь З в вигляді графіту, цементит повністю розпадається, виходить чавун зі структурою Ф+Гр, тендітний, велика маса виливки. Графитизация проходить частково, утворюється феррито-перлитовый чавун, міцність більше, виникає на більш дрібних отливках. Графитизация проходить слабко, перлитный чавун, графіту мало, невеликі виливки, велика швидкість охлаждения.

32. Вплив кремнію, марганцю і фосфору на властивості чавуну. Вплив кремнію (Si). Si — найважливіший компонент чавунів. Звичайні чавуни: FeC-Si, 2−3% Si. Si посилює графитизацию: Fe3C>Fe+Графит. Ця реакція пришвидшується зі збільшенням змісту Si — графитизатора. Вплив марганцю (Mn). Mn — раскислитель. FeO+FeMn>MnO (в шлак)+2Fe, чавун очищається від кисню. Найдовше затримує процеси графитизации. Відбілювання — затримує розпад цементита (отбеливает чавун). Mn до 1%. Вплив фосфору (P). Покращує жидкотекучесть (легше отримати відливку). P до 0,2%, якщо художнє виливання, P до 0,1% - звичайне виливання. Вплив сірки (P.S). P. S погіршує властивості чавуну. P. S до 0,1%. Якщо виплавляється в електропечах, то P. S до 0,05%.

33. Чавуни. Класифікація чавунів структурою. Марки чавунів по ГОСТ. 2,14−3,7% З. властивості чавуну залежить від структури та від форми З, яка перебуває у структурі. Чавуни: Fe3C — білі чавуни (зламі світлі), З — чавуни з графітом. Графитизация Fe3C>Fe+Cграфит. Залежно від форми графіту: сірі - табличний графіт СЧ25 (межа міцності 25 кгс/мм2), СЧ30, СЧ35, СЧ35, СЧ40, СЧ45; ковкие — сиплеся графіт, ферритные: КЧ30−6, КЧ35−10 (межа міцності 35 кгс/мм2, відносне подовження 10%, твердість 149 HB, на ферритовой основі), КЧ37−12, феррито-перлитные: КЧ45−6, КЧ50−4, КЧ60- 3, КЧ63−2; высокопрочные — кулястий графіт ВЧ45−5, ВЧ50−2, ВЧ60−2 (межа міцності 60 кгс/мм2, межа плинності 40 кгс/мм2, відносне подовження 2%, твердість 200−280 HB, ВЧ70−2.

34. Білі чавуни: склад, властивості, сферу застосування. Вуглець перебуває у вигляді цементита Fe3C. Злам буде білий, якщо зламати. У структурі доэвтектического чавуну HB 550 поруч із перлитом і вторинним цементитом присутній тендітна эвтектика (ледебурит), кількість якої сягає 100% в эвтектическом чавуні. Структура заэвтектического чавуну складається з эвтектики (Лз) і первинного цементита, выделяющегося при кристалізації з рідини як великих пластин. Висока твердість, важко обробляється різанням. Гол. властивість: висока зносостійкість. Чавун тендітний. Рідко застосовується у машинобудуванні. Використовується при виготовленні жорен коло млина, прокатні валки на прокатних верстатах, огорожі роблять із цього чавуну. Якщо виливок невеличка (до 10 кг), то утворюється білий чавун при швидкому охлаждении.

35. Отбелённые чавуни. Отбелённый чавун має у серцевині структуру сірого чи високоміцного чавуну, а поверхневому шарі підвищеної твердості (HB450−550) — ледебурит і перліт. Це створює високу зносостійкість, але різко погіршує оброблюваність різанням. Отбелённый чавун використав обмежених межах для деталей простий форми, одержують чисту поверхню при лиття, виконуваному виливком в металеві кокили, тобто. за умов прискореного охолодження поверхневих слоёв.

36. Чавуни з графітом. Класифікація. Області застосування. Залежно від форми графітових включень: сірий на ферритной, ферритоперлитной і ферритной засадах — табличний графіт, ковкий на ферритной, феррито-перлитной і ферритной засадах — сиплеся графіт, високо-випробувальний — кулястий графіт. Найкращі ливарні властивості порівняно з сталлю. Більше низька температура плавлення і закінчення кристалізації при постійної температурі (освіту эвтектики) забезпечують як зручність в роботі, а й кращі жидкотекучесть і заповнюваність форми. Описані переваги чавуну роблять його цінним конструкційним матеріалом, широко що застосовуються у деталях машин, коли деталі їй не довіряють значних растягивающих і ударних нагрузок.

37. Сірі чавуни: використання у промисловості. Назва чавун отримав за виду зламу, який має сірого кольору. Структури: П (0,8% З) +Грн, П + Ф (менше 0,8% C)+Гр, Ф +Грн (весь вуглець, наявний в сплаві, є у формі графіту). Графіт пластинчастим форми. Графітові включення вважатимуться у першому наближенні просто порожнинами, тріщинами. Чим більший у чавуні графіту, тим нижче його механічні властивості, чим грубіші включення графіту, то більше вписувалося вони разобщают металеву основу, гірше властивості чавуну. При растягивающих навантаженнях полегшується освіту осередків руйнації по кінців графітних включень. Цінний конструкционный матеріал, широко застосовуваний у деталях машин, головним чином тоді, коли відчувають значних растягивающих і ударних нагрузок.

38. Високо-випробувальний чавун. Включення як шаровидного графіту. В нього вища міцність. Маркування: ВЧ 45−12 (макр. Ф), ВЧ 60−5 (макр. П), 45 і 60 — межа міцності, 12 і п’яти — відносне подовження (до 15). Ці чавуни пластичні. Це ливарний сплав. Чавун міцніше стали. Магній (Mg) додається у ці чавуни в розплавленому вигляді, часто Mg раптом займається й одержання супроводжується вибухами. Mg вводиться для освіти кульок. Кульки більш компактні, концентраторів напруги мало.

39. Ковкий чавун. Способи отримання. Структура і їхні властивості. Включення графіту як пластівців. Виходить таке чавун на два стадії: отримання білого чавуну (виливок до 10 кг), графитизирующий відпал (млість). Вуглецю в ковком чавуні 2,4−2,8%. Графитизированный ковкий чавун виплавляють в електропечах. Отримали ферритовый ковкий чавун, більш пластичний. На П+Ф-основе. Якщо закінчився процес графитизации при 725°, по отримуємо перлитный ковкий чавун (більш прочный).

40. Сплави з урахуванням міді. Латуні. Структура й поліпшуючи властивості. Мідь: tплавления = 1084 °C, низький коефіцієнт тертя, висока електропровідність, висока теплопровідність, висока стійкість проти корозії, низька міцність ?У? 25 кгс/мм2, пластичність висока? = 40%. Сплави міді. Створення сплавів приводить до підвищення міцності, поліпшенню коррозионной міці й зниження температури плавлення. Zn явл. легирующим компонентом. Сплави Cu з Zn — латуні. Бронзи — сплави з ін. компонентами. Al + Cu — алюмінієві бронзи, Be + Cu — бериллиевые, Sn + Cu, … Особливості впливу компонентів на структуру. [pic] л.к. — легуючий компонент, х.с. — хім. з'єднання. Якщо полиморфные перетворення, отже перекристалізація. I Сплави — твёрдые розчини (однофазные сплави, висока міцність + висока пластичність), II Механічні суміші (? + х.с. — двухфазные: вища міцність), III Хім. сполуки (тендітні) — рідко ісп. У промышленности.

41. Сплави на мідної основі, латуні Л-80 і ЛС-59−1. Сплав міді з цинком (латуні). [pic]? — тв. р-р Zn в міді,? і? «- хім. сполуки,? «- тендітніша. Сплави, у яких багато? і? », погано деформуються, тому використовуються як ливарні. Для кованих і литих сплавів навесні і осінню (вологість висока) утворюються тріщини лежить на поверхні. Сезонного розтріскування — корозія під впливом вологи і напруження (наклёп + волога). Намагаються зняти наклёп, зробити нагрівання вище tкр, порядку 300 °C, тоді сезонного розтріскування не виникне. Зміна властивостей латуні. [pic] Латуні: 1) червоні латуні, найдорожчі, цинк — жовтий, мідь червона, червоні латуні не піддаються сезонному растрескиванию, Л80 (80% Cu), самовари роблять із червоною латуні; 2) сплави, які характеризуються пластичністю; 3) латуні із високим міцністю, автоматні (изг. на верстатахавтоматах), мають хорошою обрабатываемостью різанням, ЛС-59−1 (латунь свинцева з 59% Cu і одну% Pb), самі дешеві; 4) складні латуни.

42. Бронзи. Будова й поліпшуючи властивості. Області застосування. Бронзи — сплави з ін. компонентами. Al + Cu — алюмінієві бронзи, використовують у суднобудуванні, авіації, як стрічок, аркушів, дроту їх застосовують для пружних елементів, зокрема на токоведущих пружин. Be + Cu — бериллиевые, використовують у виробах невеликого перерізу як стрічок, дроту для пружин, мембран, сильфонов і контактів в електричних машинах, апаратах та прилади. Sn + Cu — олов’яні, застосовують для литих деталей складної форми. Si + Cu — крем’янисті, застосовують для арматури і труб.

43. Сплави на мідної основі. Олов’яні бронзи. Олов’яні бронзи — сплави з урахуванням міді + олово. [pic] Вплив олова на сплави міді. Олово покращує ливарні св-ва, т.к. знижує температуру плавлення, утворюється эвтектика, яка зменшує ликвацию. Олово зменшує коефіцієнт усадки, можна зробити художнє виливання. Багато пір у олов’яної бронзи, тому погано працює під тиском пара. Ці сплави коррозионно-стойкие, використовують у суднобудуванні. Олов’яна бронза з часом темніє, тому їх часто виготовляють прикраси. Низький коефіцієнт тертя. Є однофазные (5−6% Sn) і двухфазные (>8% Sn). З однофазною бронзи виготовляють мідні монети, т.к. вони висока пластичність й добра коррозионная стійкість. Частіше використовуються двухфазные бронзи, їх використовують із підшипників ковзання. БрОФ-10−1 (бронза оловянно-фосфорная, 10% олова, 1% фосфору), БрОЦС-5−5-5 (з цинком свинцовая).

44. Деформируемые сплави з урахуванням алюмінію. Алюміній: легкий метал, має малий питому вагу 2,7 г/см3, має високої електропровідністю, високої коррозионной стійкістю, температура плавлення — 658 °C, теплостойкость невисока, дешевий, видобувають з бакситов Al2O3, хутро. св-ва низькі, ?У = 6 кгс/мм2,? = 40% (малопрочный метал, але пластичний). Сплави алюмінію діляться на дві групи: легко оброблювані тиском (дуралюминий) — деформируемые сплави і силумины — ливарні сплави. Дуралюминий — сплав Al з Cu (Cu? 4%). Al-основа, також вводяться Mg, Si, Fe? 1% кожного. Дуралюминий то, можливо упрочнён внаслідок дисперсионного твердения.

45. Сплави з урахуванням алюмінію. Ливарні алюмінієві сплави. Структура, властивості та призначення у промисловості. До ливарним сплавів ставляться силумины — це сплави Al і кремнію. Їх основу становлять эвтектические сплави. [pic] Зазвичай, у ливарних сплавах силуминах міститься 12−13% Si. Структура цих сталей при охолодженні складається з грубої эвтектики [Al+Si] і тендітних зерен Si. Для усунення цього явища ці сплави модифікують натрієм чи сумішшю [?NaF+?NaCl]. Модифікатори уповільнюють кристалізацію тендітного кремнію і знижують температуру освіти эвтектики, роблячи її мелкозернистой. Внаслідок цього сплави з 12−13% Si стають доэвтектическими. Структура таких сплавів складається з Al+э, эвтектика буде мелкозернистой. Таке модифікування підвищуються механічні властивості. До модифікування ?У = 130 МПа,? = 3%, після — ?У = 180 МПа,? = 8%. Низька жидкотекучесть. З положень цих сплавів можливо отримання виливків складної форми. Позначення: АЛ2 (самий поширений, алюмінієвий ливарний, 2 — номер за Держстандартом), АЛ3, АЛ4(+Mg+Mn), АЛ6, АЛ9 (+Mg+Mn).

46. Полімери. Типи межатомных зв’язків. Структура термопластичных і термореактивных полімерів. Реакції освіти полімерів. Полімери — це складні високомолекулярні сполуки. У полімерів немає певній температури плавлення. Відмінність певною мірою насичення. Краю насичення немає. Полімери мають дуже високою в’язкістю, високої молекулярної масою. Полімери — це макромолекули, які з значної частини невеликих молекул, які називаються мономерами. Бутадиен — мономер. Бутадиен + … + бутадиен (4000 раз) > полибутадиен (штучний каучук) [-CH2-CH=CH-(-n)CH2-], n — ступінь полімеризації. Полімери отримують або полимеризацией, або поликонденсацией. Процес, у якому полімер виходить внаслідок сполуки мономерів друг з одним, зв. полимеризацией. Поліконденсація — це процес освіти полімеру в результаті хім. реакції вихідних речовин із отриманням нового в-ва, структура якого відрізняється від вихідної. Термопласты, у разі підвищення температури розм’якшуються, їм надається опред. форма, що вони зберігають при охолодженні, виходять полимеризацией. Реактопласты, у разі підвищення температури перетерплюють хім. зміни і перетворення на неплавкую масу, виходять полимеризацией і поликонденсацией. Полімери структурою макромолекул: [pic][pic].

47. Механічні властивості полімерів. Стан аморфною фази і її вплив на властивості. Орієнтаційне зміцнення. Властивості полімерів визначаються: природою мономера, молекулярної масою полімеру, структурою полімеру (кристалічний полімер чи аморфний полімер), температурою нагріву. Є пластичне й слабке руйнація. Фазові переходи аморфних полімерів: стеклообразное стан > (t стеклования) высокоэластическое стан (каучук) > (t плинності) розплав полімеру. У стеклообразном стані полімери що немає ні сегментальной, ні молекулярної рухливістю. Цей стан хар-ся лише колебательным рухом атомів. Стеклообразное стан — це твердий й слабке стан. У высокоэластическом стані полімер має сегментальной рухливістю, у своїй сегменти ланцюга мають значної свободою на русі, але водночас переміщення макромолекул заборонено. У высокоэластическом стані полімери нагадують рідини з включёнными в них твёрдоподобными областями. Цей стан хар-ся високої в’язкістю і зазнає вязко-упругую деформацію. t переходу із стеклообр. сост. в высокоэласт. зв. t стеклования. При подальшому нагріванні полімер починає текти. t, коли він відбувається перехід із высокоэласт. сост. в грузькотекучого, зв. t плинності. Через відсутність в полимерах істинної кристал. ґрати процесу плавлення як в аморфних полимерах немає. Орієнтаційне зміцнення справедливо як аморфних, так кристалічних полімерів. Вона полягає у цьому, що це макромолекули орієнтовані щодо одного напрямку і мають цьому напрямі велику міцність і більший модуль пружності (E, МПа, хар-ет жёсткость системи). Воно досягається витяжкою або у одному напрямку, або у двох направлениях.

48. Старіння полімерів. Старіння полімерів — це мимовільна, необоротне зміна св-в полімеру внаслідок руйнації межмолекулярных зв’язків в ланцюжках макромолекул. При старінні відбуваються реакції, викликають: деструкцію (розкладання) полімеру, структурні зміни (увелич. крихкість, зменшення міцності, зниження еластичності). При ионизирующем випромінюванні або під дією світла процеси деструкції пришвидшуються. Для уповільнення старіння вводять стабилизаторы.

49. Пластмаси. Класифікація і склад пластичних мас. Пластмаси — це органічні речовини, єднальними яких є полімери. Вони складаються з: 1) сполучне (матриця) — полімери; 2) наповнювачі (низькомолекулярні в-ва), вони вводяться щоб надати спеціальних св-в: зниження усадки, підвищення хутро. св-в (твердість HB, ?У, ?Т). Наповнювачі: порошкові (сажа, графіт, деревна борошно), волокниты (волокна, скловолокна, асбоволокна), шаруваті (геминакс, текстолит), стеклоткань (стеклотекстолиты), газові (газонаполненные: поропласты, пенопласты, сотопласты); 3) пластифікатори — рідкі речовини, підвищення еластичності матеріалу; 4) отвердители; 5) фарби (оксиди металів), їх вводять зміни кольору пластмас. Пластмаси: термопластичные, термореактивные і газонаполненные.

50. Термопластичные пластмаси. Властивості, сферу застосування (з прикладу поліетилену і фторопласта). 1. Поліетилен (ПЭ). Склад мономера: [-CH2-CH2-]n. Етилен [-CH2-CH2-] при кімнатної t перебуває у газовому стані, t кипіння становить -140°C. ПЭ буває два види: 1) Низкой щільності високого тиску ПЭНП (ПЭВД), розгалужена структура, щільність? = 0,91−0,92 г/см3, tэкспл = -70(120- 140 °C, tплавл = 110−125°C; 2) ПЭВП (ПЭНД), лінійна структура,? = 0,96 г/см3, tэкспл = -70(140−150°C, tплавл = 150 °C. Недолік — старіння ПЭ. При вплив ионизованного випромінювання збільшується міцність матеріалу і теплостойкость. Застосування: пакувальна плёнка, виливання пляшок, труби, електроізоляційний кабель. 2. Фторопласт (ФП). Склад мономера: [-CF2-CF2-]n. ФП має аморфною кристалічною структурою. Щільність? = 0,25, tэкспл. = -269 (+250°C. Хімічно стійкий до дії розчинників. ФП має дуже низьким коефіцієнтом тертя? = 0,04. Недолік ФП: труднощі її переробки. Застосування: насоси, винтили, антифрикционные покрытия.

51. Термореактивные пластмаси. Властивості, сферу застосування (з прикладу текстолитов). Текстолит належать до шаруватим пластикам. Сполучне у тому полімері - це термореактивные смоли. Наповнювачі: бавовняні тканини. Серед усіх шаруватих пластиків цей матеріал має найбільшої здатністю поглинати вібраційні навантаження. Крім цього добре пручається раскалыванию. Застосовують для зубчастих коліс як і вкладки для підшипників. Температура експлуатації: -60 (60−80°C.

52. Газонаполненные пластмаси. Будова. Область застосування. Це гетерогенні (сост. з кількох фаз) хімічно складні системи, які з твердої і газоподібної фаз. Як який зв’язує використовуються термопласты (чи реактопласты), що утворюють стінки осередків чи пір. Як наповнювачів використовують газоподібні в-ва. У залежності від фізичного структури газонаполненные пластмаси ділять на пенопласты, поропласты і сотопласты. Пінопласт — система, у якій присутні замкнута комірчана структура, а газовий заповнювач ізольований від дкр. середовища тонкими верствами полімерної зв’язувальної. Замкнена комірчана структура забезпечує високі теплоізоляційні св-ва й хороший плавучість. Міцність таких матеріалів низька ціна і залежить від щільності матеріалу.? = 20−300 кг/м3. Застосовується для ізоляції кабін, холодильників, рефрижераторів, труб (поропласт), в авіа-, кораблебудуванні, на залізниці транспорті. Поропласт — матеріал з открыто-пористой структурою. Застосовується для вбирання рідини.? = 130−500 кг/м3. Сотопласты — тонкі листові матеріали, виконані формі гофру, які потім зшиваються як бджолиних сотень. Матеріалом для гофров служать тканини, які просочуються різними єднальними. Застосування: теплоі звукоізоляційні матеріали (авіація), мають радиопрозрачностью, йдуть на заповнення багатошарових панелей в авіаі судостроении.

53. Эластомеры і гуми. Процес вулканізації. Эластомеры — це матеріали, які за додатку навантаження подовжуються, а під час зняття навантаження відновлюють початкову форму. Ланцюгові макромолекули під впливом навантаження розпрямляються, а під час зняття навантаження звертаються. Для даного стану характерна сегментальная рухливість, крім цього, дані полімери повинні мати певним межцепным вільним простором реалізації руху сегментів. Найбільш распространённым эластомером явл. каучук C5H8. За підсумками каучуку отримують гуми. Молекули чистого каучуку слабко зв’язані друг з одним, тому легко відокремлюються одна одної. Внаслідок цього каучук прилипає до предметів, із якими взаємодіє. Для усунення цього дефекту застосовують вулканизацию. Вулканізація — нагрівання каучуку разом із сірої. При нагріванні сірка розриває подвійні зв’язку в молекулі каучуку й утворяться містки між лінійними ланцюжками каучуку. Властивості каучуку залежить від змісту сірки, до 30% P. S — твёрдый каучук (шайбы).

54. Пластмаси як конструкционный матеріал. Поліетилен, фторопласт, текстолит. Мала щільність матеріалу? = 1−2 т/м3. Низькі значення модуля пружності та інших хутро. св-в. Низька теплопровідність. Хороші ізоляційні властивості (електро, звуко, тепло). Їх характерно старіння матеріалів і ползучесть.

55. Скло. Будова. Класифікація за складом. Вплив складу на властивості. Область застосування. Неорганічне скло — хімічно складні аморфні изотропные матеріали, які мають властивостями тендітного твердого тіла. Скла складаються: 1. Стеклообразователи — основа: а) SiO2 — силикатное скло, якщо SiO2 > 99%, це кварцове скло; б) Al2O3 + SiO2 — алюмосиликатное скло; в) B2O3 + SiO2 — боросиликатное скло; р) Al2O3 + B2O3 + SiO2 — алюмоборосиликатное скло; 2. Модифікатори, вводяться щоб надати склу певних св-в. Введення оксидів щелочноземельных металів (I, II група: Na, K) зменшує температуру розм’якання. Оксиди хрому, заліза, ванадію надають склу певні кольору. Оксиди свинцю збільшують коефіцієнт заломлення. За кількістю модифікаторів скла бувають трьох типів: щёлочные — скла, які містять модифікаторів до 20−30%, бесщёлочные — до 5% модифікаторів, кварцове скло — модифікаторів немає; 3. Компенсатори, придушують негативний вплив модифікаторів. Скла в автомобілях, в стеклопластиках, оптика, теплопроводимость низька, не розчиняються у кислотах (крім плавикової HF) і щёлочах.

56. Механічні властивості скла. Методи підвищення міцності. Властивості скла: Скла вирізняються високою твёрдостью і межею міцності. Теоретично межа міцності сягає 10−12 ГПа. Модуль пружності E = 70 ГПа. Твердість по Віккерсу HV ~ 750 кгс/мм2. Практично межа міцності становить 50−100 МПа. Низький? У пояснюється слід. чинниками: високий коефіцієнт лінійного розширення. Тому, коли скло вистигає, з його її поверхні утворюються розтягують напруги. Це спричиняє появі тріщин лежить на поверхні. Крім цього, скло є гарним теплоизолятором, що також призводить до утворення тріщин. Скло не пручається динамічним навантажень. Способи зміцнення скла: 1) травлення з єдиною метою видалення дефектного поверхневого шару. Межа міцності збільшується до 3000 МПа. Але це спосіб малоефективний, т.к. надалі скло взаємодіє зі абразивными частинками чи ін. твёрдыми матеріалами; 2) створення на поверхні стискають напруг. Це досягається шляхом гарту. Йде нагрівання до певній температури, та був виробляють охолодження в заданому режимі (температура нагрівання, охолодження та палестинці час витримки). Межа міцності у разі збільшується до 1000−1500 МПа; 3) нанесення на поверхню скла полімерних матеріалів. Полімерне сполучне склеює мікротріщини лежить на поверхні стекла.

57. Ситаллы. Ситаллы — частково закристаллизовавшиеся скла. За структурою від скла вирізняються тим, що мені водять початку (це солі срібла, золота, міді, свинцю тощо.). Ці скла непрозорі. По способу отримання ситаллы різняться на фотоситаллы і термоситаллы.