Шпаргалка по "Материаловедение"

Жаропрочные стали и сплавы.

Жаропрочными называют стали и сплавы, сопротивляющиеся при повышенных (высоких) температурах деформации и разрушению под действием приложенных напряжений. О жаропрочности судят по результатам длительных испытаний на растяжение (реже на кручении и изгиб) при высоких температурах; для ориентировочных суждений пользуется также результатами кратковременных испытании на разрыв в горячем состоянии.

Теплоустойчивые стали также относятся к группе жаропрочных, поскольку они отличаются лишь более умеренными температурами службы (до 550оС), когда скорость окисления незначительна. Основными характеристиками жаропрочности являются предел позуче5сти и предел длительной прочности.

Свойства, характеризующие жаропрочность металлов.

Ползучесть - свойство металла медленно и непрерывно пластически деформироваться при статистическом нагружении, особенно при высоких температурах. Металлы и сплавы, подвергнутые статистическому нагружению, в определенных температурных условиях, зависящих от природы и свойств металла, приобретают способность получать остаточные деформации ("ползти") даже в тех случаях, когда действующие напряжения значительно ниже предела упругости (текучести) данного металла при данной температуре. Основными факторами, обуславливающими ползучесть, являются напряжение, температура и время. Ползучесть определяется также рядом внутренних факторов, связанных с химическим составом, структурой и свойствами металла, некоторые из которых задержит, а другие, наоборот, усиливают развитие ползучести.

Деформация ползучести -величина пластической деформации в процентах, полученная деталью при ползучести за данный промежуток времени.

Скорость ползучести - величина пластической деформации (линейной), называемая ползучестью, отнесенная к единице длины в единицу времени. Скорость ползучести определяется обычно во второй (устанавливающийся) стадии ползучести и измеряется в % /ч или мм/ч.

Физический предел ползучести - определенное для каждой данной температуры предельное напряжение, при котором скорость ползучести становится равной нулю (в инженерных расчетах не используется)

Условный (технический) предел ползучести - напряжение, при котором скорость ползучести на устанавливающемся участке кривой ползучести или суммарная деформация ползучести за определенный промежуток времени не превышает некоторой обусловленной (допустимой) величины. В практике машиностроения в качестве условного предела ползучести наиболее часто принимают напряжение, вызывающее суммарную деформацию в 1% за 1000; 10 000 и 100 000 ч, что соответствует скорости ползучести 10-3; 10-4 и 10-5 %/ч.

Длительная прочность - сопротивление металла разрушению от действия длительно приложенной статической нагрузки, особенно при высоких температурах; характеризуется пределом длительной прочности.

Предел длительной прочности - напряжение, которое в условиях ползучести, создаваемой постоянным напряжением и температурой, приводит к разрушению в течении заданного промежутка времени; в зависимости от последнего различают пределы длительной прочности σ 100, σ 1000, σ 10 000 и т.д. (индексы указывают время, через которое произошло разрушение).

Длительная пластичность - совокупность пластических свойств в условиях длительного нагружения при высоких температурах; условно характеризуется величинами относительного удлинения и относительного сужения при разрыве, а также рядом других условных критериев, например, "ресурса пластичности" и др.

Релаксация напряжений - происходящий под влиянием температуры, напряжения и времени процесс самопроизвольного снижения напряжений в упругонапряженном изделии, поставленном в условия, которые не позволяют ему изменить величину суммарной начальной деформации (например, в затянутых болтовых соединениях). Релаксация происходит примерно при тех же температурах и напряжениях, что и ползучесть. Она может иметь место и при комнатных температурах, если используются материалы, способные к ползучести при комнатных температурах, например, свинец и медь. Отличие релаксации от ползучести заключается в том, что при релаксации напряжение σ уменьшается при постоянстве суммарной начальной деформации (удлинение ε), а при ползучести, наоборот, напряжение σ постоянно, а деформация ε увеличивается. При релаксации напряжение, следовательно, соотношение величин упругой и пластической деформации, из которых складывается начальная деформация, не остается постоянным, так как происходит постепенное нарастание пластической деформации за счет упругой. Общая пластическая деформация при релаксации значительно меньше, чем при ползучести.

Скорость релаксации - υr - скорость снижения напряжения υ при релаксации: υr = σ / t. Скорость релаксации возрастает с увеличением напряжения σ и уменьшается с увеличением времени релаксации t. При одном и том же напряжении скорость релаксации тем меньше, чем длительнее время, в течение которого произошло снижение напряжения до заданной величины.

Термическая усталость - явление разрушения металла под действием циклических температурных напряжений, возникающих в результате периодических колебаний рабочей температуры и вызывающих температурные расширения, опасные для прочности. Термическая усталость представляет особую опасность для тех деталей, которые по конфигурации (тонкие стенки) и условиям службы подвергаются быстрым нагревам и охлаждениям при изменении теплового режима машин. Наиболее серьезные повреждения от термической усталости возникают в деталях, испытывающих очень высокие нагревы и подвергающихся поэтому наиболее резким колебаниям температур (пламенные трубы камер сгорания, форсажные камеры, лопаточный аппарат турбины). Образование трещин, вызываемых термической усталостью, облегчается наличием концентратов напряжения (например, отверстий в пламенных трубах) и коррозионной среды (пара, газа).

Каждая жаропрочная сталь (или сплавы) должна обладать известным минимумом жаростойких свойств, точно так же, как и для жаростойкой стали, необходимо наличие определенной степени прочности и вязкости. В связи с этим, некоторые стали могут быть отнесены одновременно к жаропрочным и к жаростойким.

К числу элементов, повышающих жаропрочность стали и сплавов, относятся молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан, кобальт, алюминий и отчасти хром и никель. Последний наряду с марганцем имеет значение главным образом как аустенитно - образующий элемент (в высолегированной стали).

В отношении жаропрочности хром менее эффективен, чем другие легирующие элементы. Однако его присутствие в стали или сплавах обеспечивает жаростойкость. Поэтому хром является обязательным компонентом (обычно совместно с другими элементами) жаропрочных сталей и сплавов.

Классификация жаропрочных сталей

Жаропрочные стали могут быть классифицированы: 
1) в зависимости от количественного содержания легирующих элементов различают: а) низко -, б) средне - и в) высоколегированные стали; 
2) по структуре (после охлаждения на воздухе) различают жаропрочные стали: перлитного, мартенситного, мартенсито - ферритного, ферритного, аустенито - мартенситного и аустенитного классов.

Низколегированные стали, как правило, относятся к перлитному классу; среднелегированные - к перлитному, мартенситному и мартенсито - ферритному классам. Высоколегированные стали могут принадлежать к любому из перечисленных классов, кроме перлитного.

17. Цветные металлы и сплавы на основе Al и Cu

Алюминиевый сплав — сплав, основной массовой частью которого является алюминий. Самыми распространенными элементами в составе алюминиевых сплавов являются: Cu, Mg, Mn, Si и Zn.

Единой маркировки не сущ-т. Деформируемые АЛ-е сплавы имеют буквенно-цифровую маркеровку: Al+Mn(АМц), Al+Mg(АМг), Al+Si+Cu+Mg(АВ-авиоль) Цифры следующие за буквами соответствуют приблизительному содержанию легир-х элем-в.

Ковочные сплавы  - АК

Дюралюмины –Д

Порошковые сплавы – САП (спеченная Al пудра), САС (…сплав)

Литейные сплавы – маркируются буквами означающие наличие лег-х элем., а цифры среднее содержание в %-ах. (К-кремний, М- медь, Мн-марганец, Мг-магний, Н-никель, Ц-цинк).

Al-е сплавы по технологии делятся на 3 группы- деформируемые, спеченные и литейные.

Дефор-ые Al-е сплавы не упрочняемые термообработкой. Это сплавы Al с марганцем АМц и магнием АМг. Высокая прочность 110МПа, пластичность дельна =30%. Высокая корр-я стойкость, хорошая свариваемость, обработка резанием. Чаще всего применяется для сварных и клепочных конструкций.

Дефор-ые Al-е сплавы  упрочняемые термообработкой. Это дюралюмины,ковочные сплавы. Пониженная корр-я стойкость. Выпускаются в виде труб, листов, заклепок, использ-я для кузова грузовых авто.

Ковочные(жаростойкие) Al-е сплавы. Хорошо обрабатываются резанием, хорошо свариваются, имеет низкий коэфф. трения, высокая износостойкость. Применяется для поршней двигателя, дискию

Литейные Al-е сплавы. Они делятся на 2гр. по термообработке – упрочняемые (АМ5, АМг10) и не упрочняемые (АК12). По ГОСТу делятся на 5гр.- 1) Al+Si+Mg; 2)Al+Si+Cu; 3)Al+Cu; 4) Al+Mg; 5)Al+др. лег-е элем-ы. Наиболее высокими литейными св-вами обладают сплавы с составом Al+Si, а это жидкотекучесть, усадка, пористость, склонность к образованию трещин. Сплав АК12- обладает не высокой прочностью сигма б=150МПа, пластичностью дельта=4%. Применяется в барабанах, судовой арматуре.

Спеченные Al-е сплавы. В состав САП входят частицы Al2O3 ,обеспечивая повышенную прочность при тем. 500 оС. САС – жаропрочны до 350оС

Сплавы на основе меди

Медные сплавы обладают высокими мех-и св-вами, хорошо сопрат-я корр-и и имеют высокую износостойкость. Медные сплавы классифицируются на бронзу и латунь. Бронза маркируется следующим образом, например БрОФ10-1 (Бр-бронза, О-олово 10%, Ф-фосфор-1%, остальное Медь). Маркировка латуни на примере марки ЛЖМц59-1-1 (Л-латунь,Ж-железо 1%, Мц- марганец 1%, 59% - Cu, остальное Zn )

Латуни – называются двойные (Cu+Zn) или многокомпонентные на основе Cu+Zn. Латуни делятся на 2гр. – деформируемые (листы, ленты, проволока) и литейные (фасонная дет.)

Латуни бывают однофазные, к-е содержат только альфа-фазу и двухфазные, к-е содержат альфа+бета фазу. Однофазные латуни хорошо дефор-ся в холл. и гор. состоянии и содержат как правило Cu больше 61% (Л62,Л68). Из листов этой латуни штампуют разнообразные детали. Латуни содержание  Cu больше 80 % имеют цвет золота и использ-я в ювелирном деле. Двухфазные латуни содержат Cu 55-61% (Л59). Эти латуни в холодном состоянии мало пластичны, но обладают повешенной прочностью, по этому из них изготавливают болты, винты, шайбы.

Бронза- это сплав меди Сu обычно с оловом Sn как основным легирующим элементом, но применяются сплавы и без олова например c Al, Si, Pb, Be.

Оловянные бронзы содержат олово до 14%. разделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемы бронзы – подвергаются ковке, штамповке и выпускаются в виде прутков, проволоки из них изготавливают подшипники скольжения, пружины.

Литейные бронзы идут на изготовление дет. запорной арматуры, работающих в морской воде. Бронзы отличаются повышенными мех.-и св-вами, хорошими литейными св-ми, высокой корр-й стойкостью и хорошими антифрикционными св-ми.

Безоловянные бронзы: Алюминиевые бронзы (БрА7)- обладают высокими мех-и и технолог-и св-ми(втулка, фланец, шестерня.). Кремнистые бронзы(Бр КМц3-1) – высокие упругие и фнтифрик-е св-ва (пружины). Берилловая бронза (БрБНТ1,7) обладает приделом прочность сигма б=140кг/мм, твердость HRC60. Используют для изготовления зубил, для работ в условиях исключающие искрообразование. Свинцовые бронзы (БрС30)- высокие антифрикционные св-ва. Применяется для вкладышей подшипников, коленвалов, компрессоры.

18 Классификация и свойства пластмасс

Пластмассы: состав, структура, классификация, свойства, применение. Пластмассы – пред.собой  искусственные мат-лы, получаемые на основе орг. высокомолекулярных веществ, полимеров. Полимеры – вещ-ва, макромолекулы, которые состоят из многочисленных элементов звеньев – мономеров, имеющих одинаковое строение. Полимеры часто называют смолами или связующими вещ-ми. Число эл-х звеньев повторяющихся в макромалекуле наз-ся степенью полимеризации. Полиэтилен со степенью полимеризации 20 пред-ет собой жидкость, обладающая смазывающими св-вами. Полиэтилен со степенью полимеризации 2000 пред-ет собой твердый пластичныйупругий металл, исп-мый для изг-ния пленок. Порлиэтилен со степенью 6000 пред-ет собой твердое вещ-во, из которого можно отливать твердые детали.   Клас-ция и св-ва пластмасс: Содержат: - связующее вещ-во - синтетическую смолу, - наполнители (порошки,волокна), - пластификаторы - придают пластические св-ва, -отвердители (амны), - ингибиторы (против загнивания пластмассы), - красители. По хар-ру связующего вещ-ва делятся на 2 группы:  1) термопласты - отл-ся тем, что они могут размягчаться несколько раз, 2) реактопласты-размягчаются только один раз. Термореактопласты более прочны, но хрупкие. По виду наполнителя пластмассы делятся на: порошковые (древесная мука), волокнистые (стеклянное волокно), слоистые( бумага+смола), газонаполненные. По применению пластичности: силовые (конструкционные), несиловые (оптические прозрачные). Св-ва пластмасс: - хорошие электроизолирующие св-ва; - хорошая оптическая прозрачность - хим. стойкость - высокая прочность (100 т/мм²) - хорошие технолог-кие св-ва - хорошо льются - хорошо обраб-ся - хорошо свариваются и отливаются. Применяют для изготовления небольших болтов, фасонок , профильных и других деталей конструкций, эксплуатируемых в химически агрессивной среде. Из них могут изготавливаться и несущие конструкции. Термопласты. В основе термопластов лежат полимеры линейной или разветвленной сетчатой структуры. Применяются в качестве прозрачных стекл, диэлектриков, хим. стойких материалов, различных пленок. К не полярным относятся: полиэтилен, второпласты, орг. стекло, поливинилхлорид. Полиэтилен. (-CH2-CH2-). Продукт полимеризации газоэтилена. Делится на две группы: полиэтилен высокого давления и полиэтилен низкого давления. Чем выше плотность, тем выше его прочность. Морозостойкость – 70 С., химически стоек ко всем растворителям. Недостаток склонность к старению. Применяется для изготовления труб, пленок. Фторопласт. (-CF2-CF2-). Имеет очень высокую хим. и термическую стойкость (до 250 С), стоек в растворах, щелочах и кислотах. Наиболее кач. изолятор. Имеет низкий коэффициент трения F=0,04. Недостаток: хлоднотекучесть при нагрузке, токсичность при нагреве, трудность мех. обр. – ки.