Пластмассы, сталь, сплавы

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «Физика металлов и металловедения»

КОНТРОЛЬНО — КУРСОВАЯ РАБОТА

ВАРИАНТ № 12

Выполнил

студент группы 220 761

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 0С, а термостойкие с 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 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, ОмЧсм

Полиэтилен

2,32

6Ч106

5Ч10-4

1019

Полипропилен

2,5

2Ч106

7Ч10-4

1018

Полистирол

2,55

7Ч106

8Ч10-4

1020

Полиакрилонитрил

6,5

-

0,08

1014

Найлон-6,6

7,0

3Ч103

1,8

1014

Полиэтилен-
терефталат

3,25

7Ч103

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

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 и теплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять при температуре до 60 — 100 0С. Морозостойкость достигает — 70 0С 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

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 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 0С. 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 0С). 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

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 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

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, до температуры 250 0С скорость кристаллизации мала и не влияет на его механические свойства, поэтому длительно эксплуатировать фторопласт -4 можно до температуры 250 0С. Разрушение материала происходит при температуре выше 4150С. Аморфная фаза находится в высокоэластичном состоянии, что придает фторопласту — 4 относительную мягкость. При весьма низких температурах (до -269 0С) 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 0С. При температуре 315 0С 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 91 180кг/м3, отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность92%), пропускает75% ультрафиолетового излучения. При температуре 800С органическое стекло начинает размягчаться; при температуре 105 -1500С 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

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 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 оС). Верхний температурный предел составляет 120−170 оС. 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 оС с последующим подстуживанием до 870 оС, 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

у02,

H/мм2

уВ,

H/мм2

д,

%

ш,

%

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 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)

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 г-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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой