| ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «Физика металлов и металловедения»
КОНТРОЛЬНО – КУРСОВАЯ РАБОТА
ВАРИАНТ № 12
Выполнил
студент группы 220761
Кузьмичев Александр
Александрович
Проверил
Мясникова Л.В.
Содержание
Термопластичные пласмассы……………………………………...…3
Сталь 12ХГТ.………………………………………..………………...11
Железоуглеродистый 1% С сплав..…………………………………..12
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ
В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы. Термопласты имеют ограниченную рабочую температуру, свыше 60-70 градусов Цельсия начинается резкое снижение физико-механических свойств. Более термостойкие структуры могут работать до 150 -250 0
С, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400 -600 0
С.
| Таблица 1
. ТЕМПЕРАТУРА СТЕКЛОВАНИЯ
T
ст
И ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ
T
пл
НЕКОТОРЫХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВа
|
| Полимер
|
T
ст
, °
С
|
T
пл
, °
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 T
ст
пластмассы хрупки и тверды, между T
ст
и T
пл
– гибки и податливы, выше T
пл
они являются вязкими расплавами.
|
При длительном статическом нагружении появляется вынужденно – эластическая деформация и прочность понижается. С увеличением скорости деформирования не успевает развиваться высокоэластичная деформация и появляется жесткость, иногда даже хрупкое разрушение. Более прочными и жесткими являются кристаллические полимеры. Предел прочности термопластов составляет 10 – 100 МПа. Модуль упругости (1,8 – 3,5)103
МПА. Они хорошо сопротивляются усталости, их долговечность выше, чем у металлов. Предел выносливости составляет 0,2 – 0,3 предела прочности. При частотах нагружения свыше 20 Гц происходят 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 бесцветного газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. По плотности полиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотности, получаемый в процессе полимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55 – 65% кристаллической фазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД), имеющий кристалличность до 74 – 95 %.
| СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
|
| СП
|
от 1000 до 50 000
|
| Т
пл
|
129–135° С
|
| Т
ст
|
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 и теплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять при температуре до 60 – 100 0
С. Морозостойкость достигает – 70 0
С и ниже. Полиэтилен химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей.
| СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
|
| СП
|
от 800 до 80 000
|
| Т
пл
|
108–115° С
|
| Т
ст
|
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 защиты от старения в полиэтилен вводят стабилизаторы и ингибиторы(2-3% сажи замедляют процессы старения в 30 раз). Под действием ионизирующего излучения полиэтилен твердеет: приобретает большую прочность и теплостойкость.
Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, пленок, он служит покрытием на металлах для защиты от коррозии, влаги, электрического тока.
Полипропилен (-СН2
– СНСН3
-)
n
является производной этилена. Применяя металлоорганические катализаторы, получают полипропилен, содержащий значительное количество стереорегулярной структуры. Это жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свойствами. По сравнению с полиэтиленом этот пластик более теплостоек: сохраняет форму до температуры 150 0
С. Полипропиленовые пленки прочны и более газонепроницаемы, чем полиэтиленовые, а волокна эластичны, прочны и химически стойки. Недостатком пропилена является его невысокая морозостойкость (от -10 до -20 0
С). Полипропилен применяют для изготовления труб, конструкционных деталей автомобилей мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, различных ёмкостей и др. Пленки используют в тех же целях, что и полиэтиленовые.
| СВОЙСТВА ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА
|
| СП
|
от 1000 до 6000
|
| Т
пл
|
174–178° С
|
| Т
ст
|
ок. 0° С
|
| Плотность
|
0,90 г/см3
|
| Кристалличность
|
высокая
|
| Растворимость
|
растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° С
|
Полистирол (
-СН2
– СНС6
Н5
-)n
- твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензоле. Полистирол наиболее стоек к воздействию ионизирующего излучения по сравнению с другими термопластами (присутствие в макромолекулах фенильного радикала).
Недостатками полистирола являются его невысокая теплостойкость. Склонность к старению, образованию трещин.
Из полистирола изготовляют детали для радиотехники, телевидения и приборов, детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки стирофлекс для электроизоляции.
| СВОЙСТВА ПОЛИСТИРОЛА
|
| СП
|
от 500 до 5000
|
| Т
пл
|
аморфен и не имеет точки плавления
|
| Т
ст
|
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, до температуры 250 0
С скорость кристаллизации мала и не влияет на его механические свойства, поэтому длительно эксплуатировать фторопласт -4 можно до температуры 250 0
С. Разрушение материала происходит при температуре выше 4150
С. Аморфная фаза находится в высокоэластичном состоянии, что придает фторопласту – 4 относительную мягкость. При весьма низких температурах (до -269 0
С) пластик не охрупчивается. Фторопласт -4 стоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Практически он разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора, кроме того, пластик не смачивается водой. Политетрафторэтилен малоустойчив к облучению. Это наиболее высококачественный диэлектрик. Фторопласт -4 обладает очень низким коэффициентом трения, который не зависит от температуры.
Недостатками фторопласта -4 являются хладотекучесть, выделение токсичногофтора при высокой температуре и трудность его переработки.
Фторопласт -4 применяют для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, мембран, уплотнительных прокладок, манжет, сильфонов, электрорадиотехнических деталей, 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 нарушает симметрию звеньев макромолекул, материал становится полярным, диэлектрические свойства снижаются, но появляется пластичность и облегчается переработка материала в изделия. Фторопласт -3, медленно охлажденный после формования, имеет кристалличность около 80 -85%. А закаленный – 30-40%. Интервал рабочих температур от -150 до 70 0
С. При температуре 315 0
С начинается термическое разрушение. Хладотекучесть у полимера проявляется слабее, чем у фторопласта -4. По химической стойкости он уступает политетрафторэтилену, но всё же обладает высокой стойкостью к действию кислот, окислителей, растворов щелочей и органических растворителей.
Фторопласт -3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того, из него изготовляют трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.
Органическое стекло –
это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Чаще всего применяется полиметилметакрилат, иногда пластифицированный дибутилфталатом. Материал более чем в 2 раза легче минеральных стекол 91180кг/м3
, отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность92%), пропускает75% ультрафиолетового излучения. При температуре 800
С органическое стекло начинает размягчаться; при температуре 105 -1500
С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Критерием, определяющим пригодность органических стекол для эксплуатации, является не только их прочность, но и появление на поверхности и внутри материала мелких трещин, так называемого серебра. Этот дефект снижает прозрачность и прочность стекла. Причиной появления «серебра» являются внутренние напряжения, возникающие в связи с низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом расширения. Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов. Старение органического стекла в естественных условиях протекает медленно. Недостатком органического стекла является невысокая поверхностная стойкость. Увеличение термостойкости и ударной вязкости органического стекла достигается ориентированием. Органическое стекло используется самолетостроение, автомобилестроение.
Поливинилхлорид
является аморфным полимером. Пластмассы имеют хорошие электроизоляционные характеристики, стойкие к химикатам, не поддерживают горение. Непластифицированный твердый поливинилхлорид называется винипластом. Винипласты имеют высокую прочность и упругость. Из винипласта изготовляют трубы детали вентиляционных установок теплообменников и т.д.
| СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
|
| СП
|
от 500 до 5000
|
| Т
пл
|
аморфен и не имеет точки плавления
|
| Т
ст
|
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 одноосной ориентации получают полиамидные волокна, нити, пленки. Из полиамидов изготовляют шестерни, втулки, подшипники, гайки, шкивы. Полиамиды используют в электротехнической промышленности, медицине и, кроме того, как антифрикционные покрытия.
Полиуретаны
– содержат уретановую группу. Кислород в молекулярной цепи сообщает полимерам гибкость, эластичность; им присуща высокая атмосферостойкость и морозостойкость (от -60 до -70 о
С). Верхний температурный предел составляет 120-170 о
С. Из полиуретана вырабатывают пленочные материалы и волокна, которые малогигроскопичны и химически стойки.
Полиэтилентерефталат
– сложный полиэфир, выпускается под названием лавсан. Полиэтилентерефталат является диэлектриком и обладает высокой химической стойкостью. 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 и свойств. Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода образуют с железом твердые растворы замещения. Сталь 12ХГТ относится к сталям хромомарганцевым с добавлением титана. Марганец – сравнительно дешевый элемент, применяется, как заменитель в стали никеля. Как и хром, марганец растворяется как в феррите и цементите. Повышая устойчивость аустенита, марганец снижает критическую скорость закалки и повышает прокаливаемость, особенно доэвтектоидной стали. Введение небольшого количества титана, образующего труднорастворимые в аустените карбиды TiC, уменьшает склонность хромомарганцевых сталей к перегреву. При нагреве стали 12ХГТ до 1000 о
С с последующим подстуживанием до 870 о
С,для закалки величина зерна сохраняется на уровне 8-го балла. Сталь 12ХГТ применяется: в зубчатых 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%) при температуре 1200о
С.
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)
0
  1600 I
   1490 ˚с
   1290 ˚с
1200 ІІ
III
    800 ІV 800 ˚с
   727˚с
V
400
0       t (c)
время
0-I- жидкая фаза;
I- точка линии ликвидус (начало кристаллизации);
I-II- жидкая фаза + аустенит;
II- точка линии солидус (окончание кристаллизации);
II-III- сплав приобретает однофазную структуру - аустенит;
III- точка линии предельной растворимости С в γ-Fe;
III-IV- фаза равновесия аустенита и феррита;
IV- точка линии 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.И Леонтьева, " Материаловедение".
Издательство “Машиностроение”,1972.
3. Б.Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, " Материаловедение"
Издательство “Машиностроение”,1986.
|
