Контрольная работа по «Материаловедение»

r- Плотность материала , [кг/м3]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м] 

Структура СЧ20

 
 

      Механические свойства серого  чугуна зависят от свойств  металлической матрицы, формы  и размеров графитовых включений.  Свойства металлической матрицы  чугунов близки к свойствам  стали. Графит, имеющий невысокую прочность, снижает прочность чугуна. Чем меньше графитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна. Графитовые включения вызывают уменьшение предела прочности чугуна при растяжении. На прочность при сжатии и твердость чугуна частицы графита практически не оказывают влияния. Свойство графита образовывать смазочные пленки обусловливает снижение коэффициента трения и увеличение износостойкости изделий из серого чугуна. Графит улучшает обрабатываемость резанием. 

4.Задание №4

Условие:Выбрать сплав для деталей автомобильных радиаторов, изготавливаемых методами холодной пластической деформации. Обосновать выбор, учитывая технологические, механические и физические свойства. Отметить влияние технологии изготовления на механические свойства деталей. 

Ответ:После пластической деформации детали обрабатывают термически в соответствии с техническими условиями. При холодной обработке всегда в большей или меньшей степени возникает наклеп. Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, в то время как характеристики пластичности снижаются. Металл становится более твердым, но менее пластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличения искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопления дислокаций у границ зерен). Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла, не необратимы. Они могут быть устранены, например, с помощью термической обработки (отжигом).  

В результате холодного пластического деформирования металл упрочняется, изменяются его физические свойства. Наклепанный металл запасает 5 - 10 % энергии, затраченной на деформирование. Запасенная энергия тратится на образование дефектов решетки (плотность дислокаций возрастает до 10⁹-10¹² см^-2) и на упругие искажения решетки. Свойства наклепанного металла изменяются тем сильнее, чем больше степень деформации. 
 
 

 

При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость, σ_в, σ_0,2, σ_упр) и понижаются пластичность и ударная вязкость (δ,  KCU). Металлы интенсивно наклёпываются в начальной стадии деформирования, затем при возрастании деформации механические свойства изменяются незначительно. С увеличением степени деформаций предел текучести растет быстрее временного сопротивления. Обе характеристики у сильно наклепанных металлов сравниваются, а удлинение становится равным нулю. Такое состояние наклепанного металла является предельным; при попытке продолжить деформирование металл разрушается. Путем наклепа твердость и временное сопротивление удастся повысить в 1,5-3 раза, а предел текучести в 3 - 7 раз. Металлы с ГЦК решеткой упрочняются сильнее металлов с ОЦК решеткой. Среди сплавов с ГЦК решеткой сильнее упрочняются те, у которых энергия дефектов упаковки минимальна (например, интенсивно наклёпываются аустенитная сталь, никель, а алюминий упрочняется незначительно). 

Из-за неоднородности деформации в объеме металла различны изменения плотности, что служит причиной появления остаточных напряжений как растягивающих, так и сжимающих. С увеличением деформации повышается удельное электросопротивление (максимально  на 6 %), а у ферромагнетиков, к которым  относится большинство сталей, понижаются магнитная проницаемость и остаточная индукция, возрастает коэрцитивная сила.

Наклеп  понижает плотность металла из-за нарушения порядка в размещении атомов при увеличении плотности  дефектов и образовании микропор. Уменьшение плотности используют для  увеличения долговечности деталей, которые при эксплуатации подвержены переменным нагрузкам. С этой целью  применяют поверхностное пластическое деформирование детали с помощью  обдувки дробью или обработки  специальным инструментом. Наклепанный  слой стремится расшириться, встречая сопротивление со стороны ненаклепанных  участков детали. В результате в  этом слое возникнут напряжения сжатия, а под ним, па большем расстоянии от поверхности, появятся напряжения растяжения. Сжимающие напряжения в поверхностном  слое замедляют зарождение усталостной  трещины и тем самым увеличивают  долговечность деталей.

Наклепанные металлы легче корродируют и  склонны к коррозионному растрескиванию. Образование текстуры деформации вызывает анизотропию свойств. Несмотря на снижение пластичности, наклеп широко используют для повышения прочности деталей, изготовленных методами холодной обработки  давлением. Снижение пластичности при  наклепе улучшает обрабатываемость резанием вязких и пластичных материалов (латуней, сплавов алюминия и др.). 

Характеристика  материала АМг5

Химический  состав в % материала  АМг5

Примечание: Al - основа; процентное содержание Al дано приблизительно

Механические  свойства при Т=20°C материала АМг5

 

Физические  свойства материала  АМг5

 

  Марганец, несмотря на довольно небольшой  уровень  в сплаве заметно влияет на его механические свойства. 

Холодная  пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки  металла — образованием новых  дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего  течения металла. В результате искажений  кристаллической решетки и появления  остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются  электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают  также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости  от направления преимущественного  течения металла. 
 
 
 
 
 

4. Задание №5

 

Условие: Выбрать полимерный материал для изготовления бачков главных цилиндров тормоза и сцепления. Указать классификационную группу материала, привести его структурную формулу, химические и физико-механические свойства. 

Ответ:Для производства комплектов сцепления используют легированную конструкционную ипружинную сталь, высокопрочный чугун и современные фрикционные материалы, не содержащие асбеста. Неметаллические фрикционные материалы изготовляются главным образом на асбестовой основе; связующим веществом служат каучуки, смолы и т.п. Пластмассовые материалы на каучуковом связующем имеют относительно высокий и устойчивый коэффициент трения до 220—250°С; они применяются для накладок автомобильных тормозов и колец сцеплений. Пластмассовые материалы на смоляном связующем имеют более высокую износоустойчивость, но несколько меньший коэффициент трения. Один из лучших материалов этой группы — ретинакс, в состав которого входят фенолоформальдегидная смола, барит, асбест и др. компоненты; он предназначен для использования в тормозных узлах с тяжёлым режимом эксплуатации, где температура на поверхности трения может достигать 1000°С (авиационные тормоза).

Неметаллические фрикционные материалы изготовляют главным образом с использованием базальтовых, углеродных, кевларовых, реже асбестовых и др. высокомодульных волокон. связующее -каучуки, смолы и их сочетания; наполнители - кремнезем, сурик, барит. медная, латунная, бронзовая проволока или стружка, MoS₂ и др. Из-за применения полимерного связующего такие фрикционные материалы часто наз. полимерными. Один из лучших материалов этой группы - ретинакс, получаемый горячим прессованием в виде брикетов из асбеста, молотого барит.,латуни и феноло-формальдегидной смолы; работает при температуре на пов-сти трения выше 600 ⁰C. 

В зависимости  от назначения эластичные фрикционные  асбестовые материалы изготавливают  трех марок: 

ЭМ-1 (8-45-62)   Для тормозных и фрикционный узлов, работающих при давлении до 1,5 МПа.  Коэффициент трения: по чугуну СЧ 15 - 0,4...0,6; по стали 45 - 0,44. Плотность 2000...2150 кг/м³ 

ЭМ-2 (6КВ-10, 6КВ-56а)   Для тормозных и фрикционный узлов, работающих при давлении до 2,5 МПа. Коэффициент трения: по чугуну СЧ 15 - 0,39...0,54; по стали 45 - 0,4.Плотность  2100...2250 кг/м³  

ЭМ-3 (6-147Н-59)   Для тормозных и фрикционный узлов, работающих при давлении до 0,8 МПа. Коэффициент трения по стали 20 -0,41...0,6.Плотность 2100...2200 кг/м³ 
 

Физико-механические свойства асбестовых материалов: