Билет 35 Пластмассы

Пластмассы - искусственные материалы. Обязательным компонентом является связка. В качестве связки используются: синтетические смолы; эфиры, целлюлоза. Некоторые пластмассы состоят только из одной связки (полиэтилен, фторопласты, органическое стекло). Вторым компонентом является наполнитель (порошкообразные, волокнистые, сетчатые вещества органического или неорганического происхождения). Наполнители повышают механические свойства, снижают усадку при прессовании полуфабриката, придают материалу необходимые свойства. Для повышения эластичности и облегчения обработки в пластмассу добавляют пластификаторы (олеиновая кислота, стеарин, дибутилфторат ...). Исходная композиция может содержать: отвердители (амины); катализаторы (перекиси) процесса отвердения; красители. Основой классификации пластмасс служит химический состав полимера: По характеру связующего вещества, различают термопластичные (термопласты) и термореактивные пластмассы. Термопласты получают на основе термопластичных полимеров. Они удобны для переработки (при нагревании пластифицируются), имеют низкую объемную усадку (не более 4%), отличаются большой упругостью, малой хрупкостью. Термореактивные пластмассы после отверждения и перехода в термостабильное состояние отличаются хрупкостью, могут дать усадку до 15%. Поэтому в состав этих пластмасс вводят усиливающие наполнители.

По виду наполнителя, различают пластмассы: порошковые (карболиты) - с наполнителем в виде древесной муки, графита, талька ... Волокнистые - с наполнителем из: очесов хлопка и льна (волокниты); стеклянных нитей (стекловолокниты); асбеста (асбоволокниты). Слоистые - с листовым наполнителем: бумажные листы (гетинакс); хлопчатобумажные ткани, стеклоткани, асбестовые ткани (текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит). Г азонаполненные - с воздушным наполнителем (пенопласты, поропласты). Особенностями пластмасс являются: малая плотность; низкая теплопроводность; большое тепловое расширение; хорошие электроизоляционные свойства; высокая химическая стойкость; хорошие технологические свойства

Билет 38 Серый чугунсодержит свободный углерод в виде пластинок. Серый чугун обозначается числом, показывающим уменьшенный в 10 раз предел прочности на растяжение, в МПа, например СЧ21 (ав = 210 МПа). Ферритный (СЧ10) и ферритно-перлитный (СЧ15) чугуны обладают невысоким пределом прочности на растяжение и применяются для изготовления малоответственных деталей машиностроения. Более прочные перлитные серые чугуны марок СЧ21 - СЧ35 содержат графит в виде мелких равномерно рассеянных пластинок и применяются для изделий, работающих при высоких нагрузках или в условиях повышенного изнашивания.

Высокопрочный чугун содержит графит в виде шаровидных включений, полученных путем введения в жидкий чугун специальных добавок - модификаторов (магний, селен или их соединения). Шаровидный графит значительно меньше ослабляет механические свойства металлической основы чем пластинчатый, поэтому чугуны с шаровидным графитом обладают высокой прочностью и некоторой пластичностью. Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа в 10 раз меньшего значения его прочности (ВЧ 100, ав=1000 МПа).

Чугун с вермикулярным графитом производятся четырех марок: ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40, ЧВГ45. по механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное место между серыми и высокопрочными чугунами. Эти чугуны хорошо заменяют серые чугуны в отливках подвергаемых циклическим нагрузкам: блоки цилиндров, поршни, гильзы, изложницы, кокили.

Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна. Графит в ковких чугунах имеет хлопьевидную форму. По своим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным чугунами. По ГОСТ 1215-79* ковкий чугун обозначается двумя цифрами: пределом прочности на растяжение (МПа/10) и относительным удлинением (в %), например КЧ 35-10 (ав=350 МПа, 5=10%).

Антифрикционные чугуны получают добавлением фосфидной эвтектики в чугуны с графитом. Они маркируются следующим образом: к буквенному обозначению соответствующего чугуна добавляют букву «А», в конце ставят порядковый номер АЧС- 1.АЧС-6; АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2). Антифрикционные чугуны применяются для изготовления подшипников скольжения, в которых графит выполняет роль мягкой составляющей.

Билет 41Для алюминия и его сплавов характерна большая удельная прочность, близкая к значениям для среднелегированных сталей. Алюминий и его сплавы хорошо поддаются горячей и холодной деформациям, точечной сварке, а специальные сплавы можно сваривать плавлением и другими видами сварки. Чистый алюминий хорошо сопротивляется коррозии, так как на его поверхности образуется плотная пленка оксидов Добавки железа и кремния повышают прочность алюминия, но снижают пластичность и устойчивость против коррозии. Чистый алюминий применяется для кабелей и электропроводящих деталей, но в основном алюминий используется для изготовления сплавов. Все сплавы на алюминиевой основе по технологическим признакам можно разделить на деформируемые и литейные, которые в свою очередь могут быть упрочняемыми или неупрочняемыми термической обработкой.Деформируемые алюминиевые сплавыК деформируемым сплавам неупрочняемым термообработкой относятся сплавы, которые являются коррозионно-стойкими, отличаются высокой пластичностью и хорошей свариваемостью. Применяются для изделий, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для масла и бензина, радиаторы тракторов и автомобилей, сварные бензобаки), а также для заклепок корпусов судов и других деталей.К деформируемым сплавам упрочняемым термической обработкой относятся жаропрочные. Сплав АКЦ-1 используется для изготовления деталей реактивных двигателей (крыльчатки насосов, колеса, компрессоры, диски, лопатки).Ковочные сплавы применяют для изготовления сложных штамповок, таких как крыльчаток вентиляторов для компрессоров реактивных двигателей, корпусных агрегатных и крепежных деталей.Высокопрочные сплавы отличаются высоким временным сопротивлением, но при этом не являются жаропрочными. Максимальная рабочая температура изделий из этих сплавов при длительной эксплуатации не может превышать 100...120°С. Сплавы применяются для высоконагруженных конструкций, работающих в основном в условиях напряжений сжатия (детали обшивки, лонжероны самолетов и другие детали).Литейные алюминиевые сплавыДля изготовления фасонных деталей применяют литейные алюминиевые сплавы, которые имеют низкую плотность и высокую удельную прочность.Эти сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой. Сложнолегированные сплавы обычно подвергают термической обработке, после которой они приобретают высокую прочность. Основными легирующими элементами литейных алюминиевых сплавов являются кремний, медь, марганец, цинк. По назначению алюминиевые литейные сплавы можно условно разбить на герметичные, жаропрочные и на коррозионно-стойкие.Сплавы предназначены для изготовления герметичных емкостей корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания крупных корпусных деталей, блоков цилиндров и других деталей. .Конструкционные жаропрочные алюминиевые сплавы подвергают термической обработке (закалке и старению). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью и применяются для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях повышенных статических и ударных нагрузок .

Конструкционные коррозионно-стойкие сплавы на основе систем обладают более высокой коррозионной стойкостью, по сравнению с другими алюминиевыми сплавами. Эти сплавы применяют для изготовления силовых деталей.

Билет 42 Сварка - производительный и универсальный технологический процесс получения неразъемных соединений. Он находит широкое применение во всех отраслях промышленности. Сварка применяется как отдельный процесс при изготовлении сложных пространственных конструкций, так и в сочетании с обработкой металлов давлением, литьем, обработкой металлов резанием .При сварке плавлением расплавляют кромки заготовок. В результате образуется общая сварочная ванна расплавленного металла. После застывания образуется сварочный шов. В процессе сварки плавлением, в сварочной ванне, за короткий промежуток времени, происходят сложные процессы взаимодействия различных внешних и внутренних компонентов. Материалы заготовок и дополнительный материал, вносимый в сварочную ванну, состоят из основного металла, легирующих элементов, растворенных газов и посторонних включений. Эти элементы взаимодействуют друг с другом, с газами атмосферы, с жидким металлом сварочной ванны, с материалом покрытий и шлаковой ванны. В результате химический состав и свойства сварного шва могут значительно отличаться от химического состава и свойств металлических компонентов сварочной зоны. Кристаллизация металла сварного шва начинается с частично оплавленных зерен основного металла заготовок располагаемых на границах зоны расплавления. После завершения кристаллизации, в зоне расплавления образуются зерна, частично состоящие из металлов заготовок и металла шва. Этот процесс обеспечивает сварное соединение. При перемещении сварочной ванны вдоль кромок заготовок в передней части сварочной ванны происходит оплавление металлов, а в задней - кристаллизация, что обеспечивает формирование сварного шва. Кристаллизация сварного шва отличается от кристаллизации слитков высокой концентрацией источника тепла и высокой скоростью охлаждения. Поэтому, шов неоднороден по размеру и химическому составу зерен. В верхней части шва образуются более крупные кристаллы ветвистой формы (дендритное строение). В нижней части - более мелкие кристаллы удлиненной формы (транскристаллитное строение). Шов имеет слоистую структуру. В каждом шве можно выделить три участка. Нижний участок кристаллизуется из тонкой прослойки расплава примыкающей к оплавленным поверхностям. Этот участок обогащен серой, фосфором и углеродом, переместившимися из примыкающих участков металла заготовок. Средний участок кристаллизуется из жидкого металла основного состава. Высокая скорость кристаллизации обеспечивает идентичность состава металла этого участка составу жидкого металла ванны. Верхний участок обеднен серой, фосфором и углеродом.

Жидкий металл сварочной ванны может окисляться свободным кислородом газовой атмосферы, кислородом, находящимся на кромках заготовок в виде оксидов Железо, медь, кобальт, никель поглощают водород в твердом состоянии. При плавлении этих металлов, растворимость водорода увеличивается. Поэтому при кристаллизации сварного шва возможна его пористость. Титан, ванадий, тантал, ниобий, редкоземельные металлы при большой концентрации водорода поглощают его с образованием гидридов, при малых концентрациях - с образованием твердых растворов. Кремний, алюминий, хром, углерод уменьшают растворимость водорода в сталях.

Азот растворяется в железе, молибдене, титане, марганце, с образованием нитридов МеЫ. Нитриды, увеличивая прочность сварного шва, снижают его пластичность.

Взаимодействуя с железом, сера образует сернистые соединения. При кристаллизации сульфид железа Ре8 образует эвтектику Ре8 - Ре, имеющую температуру плавления 940оС. Эвтектика располагается между зернами кристаллизующегося железа и вызывает т.н. горячие трещины (красноломкость).

Фосфор содержится в металле шва в виде фосфидов железа РеР и РеР2. Фосфиды уменьшают ударную вязкость стали и способствуют появлению т.н. холодных трещин. Для уменьшения вредного влияния фосфора, в

сварочную ванну вводят элементы (кальций или марганец), способные связать фосфор в нерастворимые железе соединения и удалить их в шлак.

Билет 44 (то же что и 14 вопр.)

Билет 49 Чугунами называются сплавы железа с углеродом в которых обычно содержатся примеси кремния марганца серы и фосфора. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, кокс и флюсы. Помимо железных руд в доменном производстве используются марганцевые, хромовые и комплексные руды. Комплексные руды используют для выплавки природнолегированных чугунов. Основным видом топлива в доменных печах является кокс, который выполняет функцию топлива и восстановителя. В последнее время для интенсификации доменного процесса применяется и природный газ. В качестве флюса при выплавке чугуна чаще всего используются известняк. Подготовка железных руд к плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и флюса, уменьшения стоимости чугуна и улучшения его качества. Метод подготовки руды к плавке выбирается в зависимости от состава руды и ее качества. Подготовка руды к плавке начинается с ее дробления и сортировки по крупности для получения кусков оптимальной для плавки величины. Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах, в которые загружают шихту, состоящую из железных и марганцевых руд, агломерата, окатышей, флюсов и кокса. В современных доменных печах загрузка материалов механизирована и автоматизирована. В верхнюю цилиндрическую часть доменной печи с помощью специального загрузочного устройства загружаются шихтовые материалы. В процессе работы печи шихтовые материалы постепенно опускаются из загрузочного устройства в верхнюю коническую часть печи, ниже которой располагается распар. Это самая широкая часть доменной печи, ниже распара находится заплечики, а затем горн. В верхней части горна расположены фурмы - устройства, через которые в доменную печь вдувается подогретый воздух, необходимый для сжигания кокса. Фурмы распределены равномерно по окружности горна. Для поддержания высокой температуры в доменной печи и уменьшения потерь тепла, образующегося при сгорании топлива, воздух, вдуваемый в доменную печь, предварительно подогревается в специальных устройствах - воздухонагревателях до 1000. 12000С. В горне расположены отверстия - летки для выпуска жидкого чугуна и шлака Толщина самой нижней части печи (лещади 1) достигает 5,5м. И лещадь и горн контактируют с расплавленным чугуном, поэтому их выкладывают из наиболее качественного огнеупорного материала. Доменная печь работает по принципу противотока: сверху вниз опускаются шихтовые материалы, загружаемые в печь, а снизу вверх навстречу ей поднимаются горячие газы, которые образуются при взаимодействии горячего воздуха, выходящего из фурм, с углеродом коксаВажнейшим процессом, происходящим в доменной печи, является восстановление окислов железа. Основными восстановителями являются оксид углерода, твердый углерод кокса и сажистый углерод, отложившийся в порах руды Марганец и кремний являются полезными примесями. Восстановление оксидов фосфора, содержащихся в большинстве руд, происходит помимо воли металлургов вследствие наличия в доменной печи благоприятных условий для протекания этого процесса. Фосфор восстанавливается твердым углеродом и переходит в чугун. Наличие в доменной печи основного шлака позволяет частично удалить фосфор в шлак. Шлакообразование активно происходит при прохождении шихты в области распара после окончания процессов восстановления оксидов железа. Основным продуктом доменной плавки является чугун.