Лекции по дисциплине "Свойства материалов"

Раздел 1  Основные сведения о металлах , сплавах и их свойствах 1.Тема «Общие сведения о металлах и сплавах» План: 1.Химические элементы: металлы и неметаллы. 2.Металлы и сплавы. 3.Черные и цветные металлы. 4.Домашняя работа 1.Химические элементы: металлы и неметаллы.  Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В настоящее время известно 107 химических элементов, большинство из них – металлы (83 элемента). Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений   в   недрах   земли,   водах   рек,   озер,   морей,   океанов,   составе   тел   животных, растений и даже в атмосфере. По   своим   свойствам   металлы   резко   отличаются   от   неметаллов.   Впервые   это   различие металлов и неметаллов определил М. В. Ломоносов. «Металлы, ­ писал он, ­ тела твердые, ковкие блестящие». Характерными свойствами металлов являются: 1. Плотная кристаллическая структура. 2. Характерный металлический блеск. 3. Высокая теплопроводность и электрическая проводимость. 4. Уменьшение электрической проводимости с ростом температуры. 5. Ковкость и тягучесть. 6. Способность к образованию сплавов. Самыми распространенными в природе металлами являются алюминий , железо, кальций, натрий, калий, магний, титан. Немет ллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами: аа 1.Хрупкие. 2.Лишены металлического блеска. 3.Имеют низкую тепло и электропроводность.   В таблице занимают правый верхний угол периодической системы. Расположение их в главных подгруппах соответствующих периодов следующее: Группа I III IV 1­й период H B C Si 2­й период 3­й период 4­й период 5­й период 6­й период V N P As VI VII VIII O S Se Te F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn В промышленности из неметаллов широко применяют кислород, углерод, водород. 2.Металлы и сплавы. Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы простые металлы и сложные металлы (сплавы).  Простые   металлы  состоят   из   одного   основного   элемента   и   небольшого   количества примесей других элементов.  Например, чистая медь содержит от 0.1 до 1%примесей свинца, висмута, сурьмы, железа. Сплавы  –   это   сложные   металлы,   которые   состоят   из   простого   металла   и   другого металлического и неметаллического элемента. Например, латунь – сплав меди с цинком. Химический элемент, входящий в состав металла или сплава, называется  компонентом. Кроме основного компонента в сплаве присутствуют легирующие компоненты, которые придают сплаву определенные свойтства. Например, для улучшения механических свойств и коррозионной стойкости латуни в нее добавляют алюминий, кремний, железо, марганец. Большинство   сплавов   получают   путем   сплавления   компонентов,   но   существуют   и спекаемые сплавы (алюминий, карбид, вольфрам, кобальт). Спекают тонкие слои порошков металлов, не прибегая к плавлению (порошковая металлургия).  Сплавы после спекания прокатывают в листы, прутки разного профиля или подвергают штамповке, их используют преимущественно для работы при температурах до 300­325˚С. Сплавы превосходят простые металлы по прочности, твердости и обрабатываемости. Например,  железо   –   мягкий   металл   ,   а   сплавы   железа   с   углеродом(стали   и   жугуны) обладают повышенными физико – механическими свойствами.  Выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей. 3.Черные и цветные металлы. Все применяемые в технике металлы делятся на черные и цветные. К черным относят железо и его сплавы. Все остальные относятся к цветным металлам. Наибольшее распространение в технике получили черные металлы.   Это обусловлено их высокой прочностью и простотой добычи. Самой   распространенной   группой   материалов   в   технике   является   сплав   железа   с углеродом. В зависимости от углерода эти сплавы делят на стали и чугуны. Сталь – это железоуглеродистый сплав, в котором углерода до 2 %. Чугун – это железоуглеродистый сплав, в котором углерода свыше 2 %(от 2 до 3.8%). Цветные металлы дороже черных, что связано со сложностью их выплавки из руд. Они имеют ценные свойства. Например,   медь   и   алюминий   обладают   высокой   электро   и   теплопроводностью,   сплав магния,   алюминия   и     титана   благодаря   малому   удельному   весу   используют   в самолетостроениии. 4.Домашняя работа Дайте ответ на контрольный вопрос: 1.Перечислите характерные свойства металлов? 2.Чем отличаются сплавы от простых металлов? 3.Почему сплавы применяют в технике значительно шире, чем простые металлы? Плотность и температура плавления некоторых металлов. Название Атомный вес Плотность,г/см3 Температура плавления, C Легкие металлы.       Литий Калий Натрий 22,9898 Кальций Магний 40,08 24,305 Цезий 132,905 6,939 0,534 39,102 0,86 0,97 1,55 1,74 1,90 179 63,6 97,8 850 651 28,5 Алюминий 26,9815 2,702 660,1 Барий 137,34 Тяжелые металлы   3,5   710 Цинк Хром 65,37 51,996 Марганец 54,9380 Олово Железо Кадмий Никель Медь 118,69 55,847 112,40 58,71 63,546 Висмут 208,980 Серебро 107,868 7,14 7,16 7,44 7,28 7,86 8,65 8,90 8,92 9,80 10,5 Свинец Ртуть 419 1875 1244 231,9 1539 321 1453 1083 271,3 960,8 327,3 207,19 11,344 200,59 13,546 ­38,87 Вольфрам 183,85 19,3 3380 Золото 196,967 Платина 195,09 Осмий 190,2 19,3 21,45 22,5 1063 1769 2700 2.Тема «Внутренне строение металлов и сплавов» План: 1.Кристаллическое строение металлов. 2.Особенности металлов с кристаллическим строением. 3.Кристаллизация металлов. 4.Внутренне строение сплавов. 5.Кристаллизация сплавов. 1.Кристаллическое строение металлов. Все твердые тела делятся на аморфные и кристаллические. В аморфных телах атомы расположены хаотично. Например, стекло, клей, воск. В кристаллических телах атомы расположены в строго определенном порядке. Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Различают три типа кристаллических решеток металлов: 1)кубическая обьемноцентрированная (хром, вольфрам, молибден, железо(до 910 и от 1400 до 1539С), титан) рисунок 1. 2)кубическая   гранецентрированная   (алюминий,   медь   .   никель,   свинец,   золото,   серебро, железо(при 910 – 1400С) рисунок 2. 3)гексагональная ( цинк, магний, бериллий, титан(до882С)). Элементарная ячейка центрированного куба состоит из девяти атомов, из которых восемь  расположены по вершинам куба, а девятый — в его центре. Рисунок 1  Элементарная ячейка  кубическая гранецентрированная) состоит из 14 атомов, из них 8 атомов расположены по вершинам ­ куба и 6 атомов — по граням в центре.       Рисунок 2  Гексагональная ячейка (рисунок 3) состоит из 17 атомов, из них 12 атомов расположены по вершинам   шестигранной   призмы,   2  атома   —   в  центре  оснований   и   3  атома   —  внутри призмы.            Рисунок 3 . 2.Особенности металлов с кристаллическим строением. 1) Анизотропия   металлов ­ свойства различны в разных направлениях. Она обьясняется неодинаковой плотностью атомов в разных плоскостях решетки. 2)  Аллотропия   металлов   ­   свойство   перестраивать   решетку   при   определенных температурах в процессе нагревания или охлаждения.   Аллотропию   обнаруживают   все   элементы,   меняющие   валентность   при   изменении температуры: например, железо, марганец, никель, олово и др. Каждое аллотропическое превращение происходит при определенной температуре. Например, одно из превращений железа   происходит   при   температуре   910°С,   ниже   которой   атомы   составляют   решетку центрированного куба (см.рис.14), а выше — решетку гранецентрированного куба  3)   Наличие   плоскостей   скольжения   (спайность)   –   по   этим   плоскостям   происходит разрушение металлов. 3. Кристаллизация металлов. Кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах (и сплавах) при переходе из   жидкого   состояния   в   твердое   (первичная   кристаллизация).   Перекристаллизацию   из одной модификации в другую при остывании затвердевшего металла называют (вторичной кристаллизацией).    в Температура,   металле, называется критической   точкой.   Выше   этой   температуры   металл   находится   в   жидком состоянии, ниже – твердом.   соответствующая   какому­либо   превращению   При   затвердевании   и   при   аллотропическом   превращении   в   металле   вначале   возникают зародыши   кристалла   (центры   кристаллизации),   вокруг   которых   группируются   атомы, образуя   соответствующую   кристаллическую   решетку.   Таким   образом,   процесс кристаллизации складывается из двух этапов: образования центров кристаллизации и роста кристаллов. При быстром охлаждении металлы и сплавы получают мелкозернистую структуру. При кристаллизации металлов могут получаться кристаллы разных размеров и разной формы. Чаще   всего   образуется   дендритная   структура.   Дендрит   –   древовидный   кристалл. Образование   дендритов   объясняется   неодинаковым     отводом   тепла   и   неодинаковым ростом кристаллов. 4.Внутренне строение сплавов. Большинство   сплавов   получают   сплавлением   компонентов   в   жидком   состоянии. Компоненты,   из   которых   состоят   сплавы,   в   твердом   состоянии   могут   по­разному взаимодействовать   друг   с   другом,   образуя   механические   смеси,   твердые   растворы   и химические соединения. Механическая смесь двух компонентов образуется тогда, когда они в твердом состоянии не  растворяются   друг   в  друге   и   не  вступают   в   химическое   взаимодействие.   Сплавы   – механические   смеси   (например,   свинец–сурьма,   олово–цинк)   неоднородны   по   своей структуре и представляют смесь кристаллов данных компонентов. При этом кристаллы каждого компонента в сплаве полностью сохраняют свои индивидуальные свойства. Вот почему   свойства   таких   сплавов   (например,   электросопротивление,   твердость   и   др.) определяются как среднее арифметическое от величины свойств обоих компонентов. Сплавы   –   твердые   растворы   характеризуются   образованием   общей   пространственной кристаллической   решетки   атомами   основного   металла­растворителя   и   атомами растворимого элемента. Структура таких сплавов состоит из однородных кристаллических зерен,   подобно   чистому   металлу.   Существуют   твердые   растворы   замещения (медноникелевые,   железохромистые   и   др.   сплавы)   и   твердые   растворы   внедрения (например, раствор железа и углерода).  Сплавы   —   твердые   растворы   являются   самыми   распространенными.   Их   свойства отличаются   от   свойств   составляющих   компонентов.   Так,   например,   твердость   и электросопротивление у твердых растворов значительно выше, чем у чистых компонентов. Благодаря высокой пластичности они хорошо поддаются ковке и другим видам обработки давлением. Обрабатываемость резанием у твердых растворов низкие. Химические соединения, подобно твердым растворам, являются однородными сплавами. Важной особенностью их является то, что при затвердевании образуется совершенно новая кристаллическая   решетка,   отличная   от   решеток   составляющих   сплав   компонентов. Поэтому   свойства   химического   соединения   самостоятельны   и   не   зависят   от   свойств компонентов.   Химические   соединения   образуются   при   строго   определенном количественном   соотношении   сплавляемых   компонентов.   Состав   сплава   химического соединения   выражается   химической   формулой.   Эти   сплавы   обладают   обычно   высоким электросопротивлением,   большой   твердостью,   малой   пластичностью.   Так,   химическое соединение железа с углеродом – цементит (Fe3C) тверже чистого железа в 10 раз. 5.Кристаллизация сплавов. Сплавы имеют более сложную структуру, чем простые металлы. В связи с этим процессы кристаллизации сплавов протекают значительно сложнее, чем металлов. Сплавы в отличие от чистых металлов при затвердевании или плавлении имеют не одну, а две критические точки   –   температуры,   при   которых   в   металлах   или  сплавах   происходят   какие­либо превращения (рисунок 4). Выше температуры начала кристаллизации сплав находится в жидком   состоянии.   Ниже   температуры   конца   кристаллизации   он   будет   в   твердом состоянии.  Между  критическими   температурами   сплав   состоит  из  жидкого  растворв   и кристаллов. Рисунок 4 – кривая охлаждения сплава (Тнкр­температура начала кристаллизации, Тккр – температура конца кристаллизации) Для облегчения изучения сплавов их объединяют в системы. К системам относятся все те сплавы, которые состоят из одних и тех же компонентов и отличающиеся друг от друга лишь   количественным   соотношением   этих   компонентов,   т.   е.   концентрацией.   Так, например, к системе сплавов свинец–сурьма относятся все сплавы, состоящие из свинца и сурьмы и отличающиеся друг от друга лишь количественным составом этих компонентов. Количество сплавов одной системы, но разной концентрации настолько велико, что изучать по кривым охлаждения или нагревания все превращения, происходящие в каждом из них, практически невозможно, да и нерационально. Для изучения состояния сплавов выбранной системы в зависимости от температуры и концентрации строят диаграмму состояния. Контрольные вопросы: 1.Как подразделяются твердые тела в зависимости от их внутреннего строения? 2.Чем обьясняется высокая электропроводность металлов? 3.Почему перегорает нить лампочки накаливания? 3.Тема «Диаграммы состояния» План: 1.Повторение пройденного (самостоятельная работа). 2.Понятие о диаграммах состояния. 3.Примеры практического использования диаграммы состояния сплавов системы свинец ­ сурьма. 1.Самостоятельная работа. Вопрос Ответ № 1 Сколько   химической Менделеева относят к группе металлов элементов     в системе 1. 90 2. 104 3. 83 4. 107 2 Характерными   свойствами металлов являются…… 1. Плотная кристаллическая структура. 2. Не возможность образовывать сплавы. 3.   Характерный металлический блеск 4. Низкая теплопроводность и электрическая проводимость 3 Самыми   распространенными   в природе металлами являются 1. Железо 2. Водород 3. Магний 4. Гелий 4 Из   чего   состоят   простые металлы? 1. Из двух компонентов 2. Из одного компонента 3. Из множества компонентов 4. Из одного компонента и примесей 5 6 7 Какими   методами   получают сплавы металлов? 1. Литьем 2. Цементацией 3. Спеканием 4. Закалкой Какими свойствами отличается группа благородных металлов? 1. Окисляются на воздухе 2. Не разрушаются при действии на них растворов кислот и     – это Сталь железоуглеродистый   сплав,   в котором углерода до…. щелочей 3. Растворяются в воде 4. Не кристализуются 1. 2% 2. 4% 3. 3.8% 4. 6% 8 Аллотропия   металлов   – свойство….. 1. различия в разных направлениях 2. перестраивать решетку при определенных температурах 3. разрушения металлов 4. образовывать сплавы 9 1 0   Выше критической температуры металл находится в ? 1. Жидком состоянии 2. Твердом состоянии 3. Из жидких растворов и кристаллов Гексагональная кристаллическая решетка имеет вид? 1. 2. 3. Шифр ответов 1 3 2 1,3 3 1,3 4 4 5 3 6 2 7 1 8 2 9 1 10 2 2.Понятие о диаграммах состояния.          Диаграмма состояния показывает изменение состояния сплавов в зависимости от их концентрации и температуры.           По диаграмме состояния можно судить о структурных превращениях при нагревании и   медленном   охлаждении.   Имея   диаграмму   состояния,   можно   заранее   определить технологические  и  механические   свойства  всех   сплавов  данной  системы.Она  позволяет установить температуру начала и конца кристаллизации сплавов.           Существуют диаграммы состоянии двойных , тройных ит.д. сплавов.                      Наиболее простые диаграммы состояния получаются для двухкомпонентных сплавов. Диаграмма имеет вид графика в прямоугольных координатах. На горизонтальной оси откладывают состав (концентрацию сплавов), а на вертикальной  ­ температуры.                  Концентрацию сплава выражают в весовых процентах одного из компонентов, а количество другого легко определить дополнением до 100%.            Каждая точка на диаграмме будет обозначать сплав определенного состава, взятый при определенной температуре. Построение диаграммы. Наиболее простым методом построения диаграммы является методика при которой используют результаты термического анализа. Сущность метода в том , что для сплавов одной системы но разной концентрации строят кривые охлаждения. Рассмотрим диаграмму состояния сплавов системы свинец – сурьма. ликвидус солидус              Кристаллизация сплавов системы свинец – сурьма начинается со сплава из  13%сурьмы и 87 %свинца. Этот сплав  в отличии от других затвердевает при самой низкой температуре 246   С,   при   этом   кристаллизуются   оба   компонента   образуя   механическую   смесь ( эвтектику).Сплавы  содержащие  менее  13%  сурьмы  называются  доэвтектическими,  а более 13% заэвтектическими.              3.Примеры практического использования диаграммы состояния сплавов системы свинец – сурьма               По диаграмме состояния сплавов можно найти критические точки не определяя их опытным  путем.  Для  этого необходимо  восстановить  перпендикуляр     от концентрации компонента   до     кривых   на   диаграмме.   Точка   пересечения   с   ликвидусом   покажет температуру   начала   кристаллизации,   а   точка   пересечения   с   солидусом     ­   температуру конца затвердевания сплава. Пример. Определите по диаграмме температуру начала кристаллизации для сплава из 25% сурьмы и75% свинца. Опустим перпендикуляр на ось температур. Получим температуру начала кристаллизации сплава 340С.                                       Практическое   применение   диаграмма   нашла   при   выборе   состава подшипниковых   сплавов   для   вкладышей   подшипников   скольжения.   Структура   этих сплавов (баббитов) должна быть неоднородной и состоять из мягкой основы и твердых включений. Наиболее подходящими являются заэвтектические сплавы, содержащие 16 – 18%сурьмы. 4.Тема «Методы изучения структуры металлов и сплавов» План: 1. Макро и микроанализ. 2. Рентгеновский анализ. 3. Домашнее задание 1.Макро и микроанализ.                  Как известно свойства металлов и сплавов зависит от их структуры. Поэтому изучение структуры имеет большое практическое значение.          Строение металлов и сплавов , видимое невооруженным глазом  или при небольшом увеличении с помощью лупы до 30 раз, называется  макроструктурой.  Макроструктура изучается путем макроанализа.                   Так как  металлы – вещества  не прозрачные,  то их  строение изучают   тремя способами: 1   ­   осмотр   контролируемой   поверхности   готового   изделия   (заготовки),   это ­неразрушающий метод контроля; 2 ­ изучение изломов контрольных образцов или разрушенных деталей; 3 ­ анализ структуры специально приготовленных образцов ­ макрошлифов. в изломе или на специально приготовленных образцах – макрошлифах.                    При     первом способе,   выявляются дефекты, расположенные на поверхности изделий: это трещины различной природы (литейные, деформационные, закалочные и др.), несплошности (усадочные пустоты, газовые раковины в литом металле), неметаллические включения (шлаковые, фрагменты литейной формы),дефекты в сварных швах.                     Более детальные сведения о материале дает изучение изломов ­ поверхностей разрушения образцов или изделий.                Анализ макрошлифов дает информацию о строении литого и деформированного металла и, соответственно, позволяет установить технологию изготовления изделий.               Макрошлифы изготовляют следующим образом: из исследуемого материала вырезают образец, шлифуют и полируют одну из его поверхностей, затем эту поверхность травят специальными   реактивами   (серной,   соляной   и   другими   кислотами),   после   чего   ее рассматривают. Действие кислот основано на их способности по – разному окрашивать отдельные структуры, обнаруживать дефекты.                   Более тонким методом исследования структуры и пороков металлов является микроанализ,  т.е. изучение структуры металлов при больших увеличениях с помощью металлографического микроскопа. Микроанализ позволяет определять величину и форму самых   мелких   зерен,   качество   термической   обработки,   а   также   выявить   мельчайшие дефекты металла или сплава (волосяные трещины, неметаллические включения). Впервые микроскоп для исследования металлов применил русский ученый П.П.Аносов в 1831 году. Для   изучения   микроструктуры   применяют   металлографические   микроскопы (горизонтальные и вертикальные), а также электронные микроскопы, дающие увеличение до 100 000 раз. Поскольку металлы в видимом свете непрозрачны, для исследования их структуры в металлографическом оптическом микроскопе используется метод отражения падающего светового потока от специально подготовленной поверхности образца. Образцы для таких исследований   (микрошлифы)   после   тщательной   полировки   подвергаются   травлению   ­ воздействию специальными химическими реактивами. Травитель с разной интенсивностью реагирует   с   “телом”   зерен   и   их   границами,   с   различными   фазами,   структурными составляющими.   В   результате   на   полированной   поверхности   образца   возникает микрорельеф, приводящий к избирательному отражению падающего светового потока и, соответственно, к формированию изображения микроструктуры изучаемого объекта  Микроанализ позволяет выявить: 1.величину, форму и расположение зерен; 2.качество термообработки; 3.дефекты (перегрев, пережог, микротрещины). 2.Рентгеновский анализ                     Рентгеновский   анализ   применяется   в   промышленности   для   изучения кристаллического строения металлов и выявления в них внутренних пороков. Метод был открыт 1895 году немецким физиком Рентгеном.            У рентгеновских лучей длина волны в 10 000 раз меньше световых, что позволяет им глубоко   проникать   внутрь   непрозрачных   тел   и   отражаться   от   атомов.   Это   позволяет выявить их расположение в пространстве, т. е. установить тип пространственной решетки. Длина   волны   рентгеновских   лучей   того   же   порядка,   как   и   параметр   кристаллической решетки металлов (0,1—10 Å). Рентгеновское просвечивание применяется для контроля литых, сварных, катаных, штампованных, кованых и других деталей с целью выявления внутренних   дефектов,   раковин,   непроваров,   трещин,   неметаллических   включений. Современные   аппараты   могут   просвечивать   стальные   детали   толщиной   80—100   мм   и детали из алюминиевых сплавов толщиной до 300—400 мм. Для глубокого просвечивания применяют в настоящее время гамма­лучи, у которых длина волны 10­11 см. Благодаря большой проникающей способности  гамма – лучи просвечивают стальные детали до 300 мм. Источником излучения этих лучей является пушка, заряженная ампулой, содержащей радиоактивное   вещество   (обычно   смесь   радия   и   34%   мезатория).   Срок   службы   такой ампулы около 60 лет.           Различают рентгеновский анализ в виде: 1.Структурного анализа где атомы кристаллической решетки отражают  рентгеновские лучи.   Отраженные   лучи   оставляют   на   фотопластинке   пятна.   По   характеру   пятен определяют тип кристаллической решетки, расстояние между атомами. 2.Рентгеновское   просвечивание  где   рентгеновские   лучи   проникают   в   глубь   тела.В следствии чего не разрезая детали можно увидеть на снимке дефекты: трещины, раковины и недостатки сварки. 3.Домашнее задание  1.Какие типы кристаллических решеток вы знаете?   2.Каким   из   известных   вам   методов   можно  обнаружить   газовую   раковину     в   стальной отливке на глубине 2 00 мм, не разрушая заготовки? 3.Какими способами исследуется макроструктура? 4.С какой целью шлифы травят реактивами? 5.Почему металлографические микроскопы работают на отраженном, а не на проходящем свете? 5. Тема «Физические и химические свойства металлов и сплавов» План: 1. Повторение пройденного (самостоятельная работа). 2. Классификация свойств металлов и сплавов 3. Физические свойства 4. Химические свойства 1.Самостоятельная работа № 1 2 3 4 5 Вопрос Ответ Макроструктура – это………………. Микроанализ используя………….   изучает   структуру   металла Какой   анализ   металла   служит   для   выявления кристаллической структуры …….. Современные   рентгеновские   аппараты   способны просветить металл на глубину…. 1)видимая   глазом   человека поверхность металла 2)видимая   посредством увеличения   поверхность металла 1)глаз человека 2)микроскоп 3)лупу 1)макроанализ 2)микроанализ 3)рентгеновский анализ 1)20 – 40 мм 2)80 ­100мм 3)100­ 300мм 4)300 – 400мм С какой целью макрошлиф травят реактивами…… 1)для   выявления кристаллической решетки 2)для структуры металла   проявления 3)для шероховатости   удаления Шифр ответов 1 1 2 2 3 3 4 2 5 2 3. Классификация свойств металлов и сплавов Металлы и сплавы являются основными материалами машиностроения, поэтому от их качества и свойств зависит долговечность работы детали и изделия в целом. Например , для изготовления режущих инструментов нужны твердые , прочные и износоустойчивые материалы.                                   Свойства металлов Физические              Химические             Механические            Технологические 1.цвет                         1.способность          1.прочность               1.литейные свойства 2.удельный вес           сопротивляться      2.твердость                2.ковкость 3.плотность                 коррозии                3.пластичность          3.свариваемость 4.температура плавления                            4.упругость                 4.обработка режущими инстр. 5.теплопроводность                                    5.вязкость (электропроводность)                                 6.усталость                                                                       7.износостойкость 3. Физические свойства а) Плотность и удельный вес Плотность  металла   характеризуется   его   массой,   заключенной   в   единице   объема.   По плотности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м3) и тяжелые. Плотность имеет большое   значение   при   создании   различных   изделий.   Например,   в   самолето­   и ракетостроении стремятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий. Плотность принято обозначать «d»: d =    m v   ,    кг/м3  где m – масса вещества, кг;        v – обьем  вещества, м3. Наибольшей плотностью обладает осмий 22.5 103кг/м3, а наименьшей литий 0.53 103кг/м3. Удельный вес – это отношение веса вещества к его обьему.                                            Y= p v     , Н/м3 где  Р – вес вещества,Н;        V – обьем,м3.  б) Температура плавления                Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из   твердого   состояния   в   жидкое.   По   температуре   плавления   различают  тугоплавкие металлы (вольфрам 3416° С, тантал 2950°С, титан 1725°С. и др.) и  легкоплавкие  (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). К тугоплавким относят металлы , температура плавления у которых выше чем у железа т.е. 15390С. Среди металлов самую низкую температуру плавления имеет ртуть – 38.870С. Температура плавления имеет большое значение при выборе металлов для изготовления литых  изделий,  сварных  и  паяных  соединений,  термоэлектрических   приборов  и  других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).                               Т = t0+273.160      ,К. Из тугоплавких металлов выполняют детали, работающие на высоких температурах. в) Теплопроводность Теплопроводностью называют, способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее   нагретым   участкам   тела.  Серебро.   медь,   алюминий  обладают   большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе   материала   для   деталей.   Например,   если   металл   плохо   проводит   тепло,   то   при нагреве   и   быстром   охлаждении   (термическая   обработка,   сварка)   в   нем   образуются трещины. Некоторые детали машин (поршни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены   из   материалов   с   хорошей   тeплопpoводностью.   В   единицах   СИ теплопроводность имеет размерность Вт/ (м*К). Тепловым   расширением  называют   способность   металлов   увеличиваться   в   размерах   при нагревании и уменьшаться при охлаждении. Тепловые   расширения   должны   учитываться   при   сварке,   ковке   и   горячей   объемной штамповке,   изготовлении   литейных   форм,   штампов,   прокатных   валков,   калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельс. г) Электропроводность Способность   металлов   проводить   электрический   ток   оценивают   двумя   взаимно противоположными характеристиками — электропроводностью и электросопротивлением. Хорошая электропроводность необходима, например, для токоведущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким   электросопротивлением   (нихром   –   никель   +хром,   константан,   манганин).   С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением — увеличивается. При температурах  ­ 2730С появляется сверхпроводимость, особенно у свинца, алюминия, титана, олова. Д) Магнитные свойства Магнитные   свойства   характеризуются   абсолютной   магнитной   проницаемостью,   т.   е. способностью   металлов   намагничиваться.   Высокими   магнитными   свойствами   обладают железо,   никель,   кобальт   и   их   сплавы,   называемые   ферромагнитными.   Материалы   с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов. 4. Химические свойства Химические   свойства   характеризуют   способность   металлов   и   сплавов сопротивляться   окислению   или   вступать   в   соединение   с   различными   веществами: кислородом   воздуха,   растворами   кислот,   щелочей   и   др.   Чем   легче   металл   вступает   в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается.  Химическое   разрушение   металлов   под   действием   на   их   поверхность   внешней агрессивной среды называют коррозией. Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют  жаростойкими или окалино­стойкими.  Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур. Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении изделий , работающих в химически агрессивных средах. Мера коррозионной стойкости измеряется по 10 бальной шкале. Чем меньше балл . тем более устойчив металл. Стойкими считают никель, титан, алюминий и группу благородных металлов. 6. Тема «Механические свойства металлов и сплавов» План:    1.Механические свойства    2.Статические испытания    3.Механические характеристики    1.Механические свойства К   механическим   свойствам   металлов   и   сплавов   относятся:   прочность,   твердость, упругость,   ползучесть   и   усталость.   ударная   вязкость,   пластичность, Рисунок 5.1 ­  Виды нагрузок, вызывающих изменение формы металла или cплава Прочность ­   это   способность   металла   или   сплава   противостоять   деформации   и разрушению   под   действием   приложенных   нагрузок   ­   растягивающих,   сжимающих, изгибающих, скручивающих и срезающих (рисунок 5.1).   Твердость ­ это способность металла или сплава оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.  Упругость ­  это способность металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после нагрузки. прекращения внешней     действия     Пластичность ­ это способность металла или сплава, не разрушаясь, изменять форму под действием   нагрузки   и   сохранять   эту   форму   после   ее   снятия. Ударной   вязкостью   ­   это   способность   металла   или   сплава   сопротивляться   действию ударных нагрузок.  Ползучесть   –  это   свойство   металла   или   сплава   медленно   и   непрерывно   пластически деформироваться   под   действием   постоянной   нагрузки   (особенно   при   повышенных температурах). Усталость   ­   это   постепенное   разрушение   металла   или   сплава   при   большом   числе повторно­переменных   нагрузок;   свойство   выдерживать   эти   нагрузки   называется выносливостью.                 2.Статические испытания          Характеристики упругости, прочности и пластичности чѐрных и цветных металлов и изделий из них определяются при статических испытаниях на растяжение до разрыва в соответствии   с   ГОСТ   1497–84.   Статические   испытания   предусматривают   медленное   и плавное   нарастание   нагрузки,   прилагаемой   к   испытываемому   образцу.   Испытания   на растяжение проводят при температуре 20  С. Плоские или цилиндрические образцы   из исследуемого   металла   или   сплава   закрепляются   в   захватах   испытательной   машины   и растягиваются под действием постепенно возрастающей нагрузки до разрыва.                     Разрывная   машина   оснащена   специальным   регистрирующим   прибором,   автоматически вычерчивающим диаграмму растяжения – зависимость удлинения образца l от прилагаемой нагрузки P (рисунок 5.2).  Диаграмма растяжения Рисунок 5.2 – Диаграмма растяжения мягкой стали Участок   ОА   ­   участок   пропорциональности   между   нагрузкой   Р   и   удлинением   ∆l.   Это участок, на котором сохраняется закон Гука. Данная пропорциональность была открыта Робертом Гуком в 1670 г. и в дальнейшем получила название закона Гука. Участок ОВ ­ участок упругой деформации. Т.е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую   Ру,   а   потом   разгрузить,   то   при   разгрузке   деформации   образца   будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении. Выше точки В диаграмма растяжения отходит от прямой ­ деформация начинает расти быстрее   нагрузки,   и   диаграмма   принимает   криволинейный   вид.   При   нагрузке, соответствующей Рт (точка С ), диаграмма переходит в горизонтальный участок. В этой стадии образец получает значительное остаточное удлинение практически без увеличения нагрузки.   Получение   такого   участка   на   диаграмме   растяжения   объясняется   свойством материала   деформироваться   при   постоянной   нагрузке.   Это   свойство   называется текучестью  материала, а участок диаграммы     называется площадкой текучести. После появления площадки текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению и диаграмма поднимается вверх. В точке D усилие достигает максимального значения   Pmax.   При   достижении   усилия   Pmax   на   образце   появляется   резкое   местное сужение  ­  шейка.  Уменьшение  площади  сечения  шейки  вызывает  падение  нагрузки  и  в момент, соответствующий точке K диаграммы, происходит разрыв образца.    3.Механические характеристики Предел пропорциональности  пцσ  – наибольшее напряжение, после которого нарушается справедливость закона Гука. Предел упругости  уσ  — условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций                                       Предел текучести  тσ  – напряжение, при котором происходит увеличение деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки                                          Предел   прочности   (временное   сопротивление   разрыву)   соответствующее наибольшей нагрузке Pmax , предшествующей разрыву образца вσ  –   напряжение,                                         Кроме   характеристик   прочности   материала,   при   испытании   на   растяжение   определяют также характеристики пластичности:   относительное удлинение     δ                                         где lо – первоначальная расчетная длина образца, а lк – конечная расчетная длина образца     относительное сужение ψ 7. Тема «Технологические свойства металлов и сплавов»   План: 1.Основные технологические свойства 2.Технологические пробы 3.Домашнее задание         1.Основные технологические свойства   различным видам металлообработки.             Технологические   свойства   характеризуют   способность   металлов   поддаваться Технологические свойства обрабатываемость             свариваемость                           прокаливаемость          литейные резанием                                                              ковкость                                            свойства Жидкотекучесть   (литейность)   —   способность   материала   в   расплавленном   состоянии заполнять литейную форму, без оставления пустот. Свариваемость — способность выполнять неразъемные соединения деталей под действием различных видов сварки (газовая, электрическая, давлением). Ковкость (деформируемость) — возможность менять форму изделия в горячем состоянии или при нормальной температуре под воздействием давления. Прокаливаемость — способность улучшения различных свойств металла путем закалки на различную глубину. Возможность   выполнения   обработки   металла   при   помощи   режущего   оборудования показывает возможность выполнения токарных и фрезерных операций.        2.Технологические пробы Технологические пробы  ­ это вид испытаний для выявления способности  материалов принимать определенные деформации. Технологические пробы весьма разнообразны. Они служат лишь для качественной или сравнительной оценки металла.. В качестве примеров приведем следующие технологические пробы: 1.Проба на изгиб лент, полос, листов, проката, поковок и отливок                  Загиб может производиться до определенного угла, либо до параллельности сторон, либо   до   соприкосновения   сторон.   Металл,   выдерживающий   пробу,   не   должен иметь трещин.  Такая проба определяет способность металла принимать заданный по размерам и форме загиб. 2.Проба на изгиб сварных швов                      Испытание на загиб сварных швов определяет качество сварного шва. Испытание   производят   до   появления   первых   трещин.   Угол   загиба   характеризует качество сварки. Чем больше угол, тем сварка более качественная. 3. Проба на осадку Проба   на   осадку    позволяет   определять способность   металла   выдерживать заданную пластическую деформацию сжатия и выявляет дефекты поверхности изделий. Образец считается выдержавшим пробу, если при осадке до заданной высоты h в нем не появились трещины или изломы. Испытанию   подвергают   изготовления болтов, заклепок, винтов и крепежных изделий.   проволку   и   сортовой   прокат,   предназначенный   для 4.Проба на выдавливание листов и лент            Данный метод служит для определения способности материалов толщиной от 0.2мм до 2 мм к холодной штамповке и вытяжке. Метод. основан на вдавливании в образец   сферического   пуансона   и   измерении   глубины   лунки.   Признаком   окончания испытаний служит возникновение на лунке сквозной трещины. 5. Проба на искру                                Позволяет судить о химическом составе стали. При обработке сталей на абразивных кругах   получается мелкая стружка, которая сгорая на воздухе , дает сноп искр.   Углеродистые   стали   дают   белые   искры,   о   наличие   вольфрама   говорят     красные искры, хрома оранжевые. 3.Домашнее задание  Вопросы для самопроверки: 1.Назовите виды деформаций. 2.С какой целью и как производят испытания металлов на изгиб? 3.Как зависит обрабатываемость резанием от твердости металлов? 8. Тема «Твердость и вязкость металлов и методы их определения» План: 1.Общие сведения о твердости металлов 2.Испытание твердости вдавливанием стального закаленного шарика (метод Бринелля) 3. Испытание твердости вдавливанием алмазного конуса(метод Роквелла) 4. Испытание твердости вдавливанием алмазной пирамиды (метод Виккерса) 5.Ударная вязкость 6.Тестирование 1.Общие сведения о твердости металлов Под   твёрдостью   понимают   способность   материалов   сопротивляться   упругой деформации, пластической деформации и (или) разрушению в поверхностном слое.        Твердость металлов тесно связана с их обрабатываемостью: чем тверже металл, тем труднее его обработать. От твердости зависит и износостойкость металлов, чем тверже поверхность,  тем меньше она будет изнашиваться в процессе работы.                         Измерение  твердости   является  одним   из   широко  распространенных  видов механических   испытаний   металлов.   Широкое   применение   этого   вида   испытаний обусловлено следующими его преимуществами:    измерение твердости проводится, как правило,   без   разрушения   изделия   (образца)   и,   следовательно,   может   проводиться непосредственно   на   готовой   детали.   На   практике   твёрдость   металлов   определяют методами:   1) Испытание твердости вдавливанием стального закаленного шарика (метод Бринелля) 2). Испытание твердости вдавливанием алмазного конуса(метод Роквелла) 3). Испытание твердости вдавливанием алмазной пирамиды (метод Виккерса) 2.Испытание   твердости   вдавливанием   стального   закаленного   шарика   (метод Бринелля)           При   измерении   твердости   этим   методом   в   поверхность   изделия   в   течение определенного   времени   с   усилием   Р   вдавливается   стальной   закаленный   или твёрдосплавной шарик диаметром 10,5 или 2,5 мм. На поверхности образца получается отпечаток диаметром d. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H =   hardness   (твёрдость,   англ.),   B   —   Бринелль.   Для   получения   значения   твердости необходимо измерить диаметр  отпечатка и рассчитать площадь Fотп шарового сегмента Твердость   HB   (кгс/мм2   *)   определятся   делением   приложенной   к   шарику   нагрузки   на площадь отпечатка, т. е.                             HB=Р/Fотпч.          Диаметр отпечатка измеряют специальной измерительной лупой с точностью 0,05 мм. Для получения более точного результата диаметр отпечатка следует измерять в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На рис. 2 показано расположение шкалы лупы относительно кромок отпечатка. Диаметр отпечатка, как видно из рисунка, равен 3,95 мм. Для устранения влияния наклепа металла и выпучивания краев образца расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4d, а до края образца ­ не менее 2,5d. Время нагружения зависит от материала образца и составляет: 10 с – для черных металлов, 30 или 60 с – для цветных сплавов в зависимости от их твердости (от марки сплава). Схема замера диаметра отпечатка. При измерении тонких образцов необходимо соблюдать   следующее   условие:   толщина   образца   S   должна   быть   не   менее   10­   кратной глубины   отпечатка   h. В   противном   случае   образец   может   быть   продавлен   и   результат испытания будет неверен. Измерение твердости по Бринеллю производится на специальном приборе ­ прессе Бринелля, который позволяет устанавливать необходимые нагрузки на шарик в диапазоне 187,5 кгс и время приложения нагрузки ­10, 30 или 60с. Определение твердости по методу Бринелля имеет недостаток, т.е. нельзя испытывать сталь НВ≥450, а так же после азотирования , цементации. 3. Испытание твердости вдавливанием алмазного конуса (метод Роквелла)                Твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 ? kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100.                При измерении твердости по Роквеллу внедрителем служит или алмазный конус с углом при вершине 120° и радиусом закругления 0,2 мм, или стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм . Внедритель вдавливается в испытуемый материал под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0, равной 10 кгс и основ­ ной Р1, таким образом, общая нагрузка Р на внедритель в момент нагружения равна Р = Р0 + P1 (рис.3). Предварительная нагрузка всегда равна 10 кгс (независимо от внедрителя), а основная   нагрузка   колеблется   в   зависимости   от   внедрителя   и   испытуемого   материала. Если внедрителем служит алмазный конус, то основная нагрузка P1 может быть или 50, или 140 кгс (общая нагрузка 60 и 150 кгс); если внедрителем является шарик, то основная нагрузка всегда равна 90 кгс (общая 100 кгс). При   использовании   в   качестве   внедрителя   алмазного   конуса   твердость   материала оценивается по двум шкалам ­ А и С. На индикаторе прибора обе эти шкалы совмещены в одну, имеющую 100 делений (черная шкала). При нагрузке на индентор 60 кгс эта шкала называется шкалой А и твердость в этом случае обозначается как HRA, если нагрузка составляет 150 кгс, то шкала называется шкалой С и твердость в этом случае обозначается как HRC. Если   же   внедрителем   служит   шарик   (нагрузка   на   него   100   кгс),   то   отсчет   твердости производится по шкале В (красная шкала), имеющей 130 делений и твердость в этом случае обозначается как HRB. Мерой   твердости   в   методе   Роквелла   является   глубина   проникновения   внедрителя   в испытуемый материал: одной единице твердости соответствует внедрение индентора на 0,002   мм.   Схема   измерения   твердости   конусом   показана   на   рис.3;   схема   измерения шариком совершенно аналогична. Из рисунка видно, что вначале испытания индентор под действием предварительной нагрузки Р0= 10 кгс вдавливается в поверхность на глубину ho (поз.1).   Затем   прикладывается   основная   нагрузка   P1   и   под   действием   этой   суммарной нагрузки Р = Р0 + P1 индентор внедряется в испытуемую поверхность на максимальную глубину, производя пластическую и упругую деформацию материала (поз.2). После того как   нагружение   закончилось   (примерно   в   течение   5с),   снимают   основную   нагрузку, оставляя предварительную.                                           Рисунок 8.3 ­ Схема измерения твердости по Роквеллу Под   действием   упругих   сил   внедритель   частично   поднимается   вверх   и   занимает положение, соответствуещее глубине проникновения h (поз. З), которая и характеризует твердость металла. Шкалы   прибора,   с   которых   снимаются   показания   твердости,   проградуированы   в соответствии   с   глубиной   ho.   Численное   значение   твердости   (безразмерная   величина) указывается   стрелкой   индикатора   по   соответствующей   шкале.   Это   обстоятельство объясняет   удобство,   простоту   и   быстроту   определения   твердости   методом   Роквелла. Достоинством этого метода  является возможность измерения твердости в широком диапазоне   как   очень   твердых,   так   и   сравнительно   мягких   материалов.   Но   методом Роквелла   не   рекомендуется   измерять,   например,   твердость   серых   чугунов   и   цветных сплавов,   содержащих   структурные   составляющие,   резко   отличающиеся   по   своим механическим   свойствам.   Это   объясняется   тем,   что   отпечаток,   получаемый   при вдавливании конуса или шарика диаметром 1,588 мм, достаточно мал и не всегда может равномерно   охватить   все   составлящие,   что   приведет   к   большому   разбросу   данных   по твердости. 4. Испытание твердости вдавливанием алмазной пирамиды (метод Виккерса)                        Твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия,   приложенного   к   пирамидке,   к   площади   отпечатка   (причём   площадь   отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц   твёрдости   по   Виккерсу   кгс/мм?.   Твёрдость,   определённая   по   этому   методу, обозначается HV;                          При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность   материала вдавливается   алмазная   четырехгранная   пирамида   с   углом   при   вершине     a=1360.   После снятия   нагрузки   вдавливания   измеряется   диагональ   отпечатка   d1.   Число   твердости   по Виккерсу   HV   подсчитывается   как   отношение   нагрузки   З   к   площади   поверхности пирамидального отпечатка М:                           HV= 2Psina∨2 d2            Число твердости  по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.        Например, 450 HV10/15 означает, что число твердости по Виккерсу 450 получено при P = 10 кгс (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с.            Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом  Бринелля заключается в том, что  методом Виккерса можно испытывать материаллы более высокой твердости  из­ за применения алмазной пирамиды. 5.Ударная вязкость Ударной   вязкостью  называют   способность металла   в   процессе   деформации   поглощать механическую энергию, величина которой ведёт к разрушениям. В связи с этим материалы подвергают не только статическим , но   и динамическим испытаниям.   Динамические   испытания   позволяют   судить   о   вязкости   и   хрупкости металлов и сплавов. Вязкостью  называют   способность   материалов   оказывать   сопротивление   ударным нагрузкам, а обратное свойство называют хрупкостью. Для испытания на ударную вязкость берут образец, представляющий призматический брусок  квадратного сечения. Испытания производят на маятниковом копре. Рисунок 8.4 – Маятниковый копер Копер   состоит   из   тяжелого   маятника   подвешенного   на   оси   станины. Разрушения, наносимые   в   ходе   эксперимента,   имеют   различный   характер,   который   зависит   от характеристик   металла.   Так,   при   работе   с   хрупким   материалом   образец   просто разломается, но его форма не будет изменена. Брусочки пластичных металлов будут иметь значительный изгиб в том месте, где будет излом. Мерой вязкости служит величина ударной вязкости – ан. ан=   А F н ❑    Дж/м2 где Ан­ работа, затраченная на разрушение образца,        F­ площадь поперечного сечения в месте разреза. Тест для самопроверки: Выберите один правильный ответ К черным металлам относятся:  Способность металла сопротивляться  действию приложенных ударных  сил  это: Способность металла хорошо заполнять  формы в жидком состоянии:  При проверке твердости металла  используется (по методу Роквелла): При проверке твердости по Бринеллю  используется: 1 2 3 4 5 а) медь б) сталь в) бронза а) твердость б) вязкость в) прочность г) упругость а) вязкость б) пластичность в) литейные свойства а) закаленный шарик б) алмазный конус в) алмазная пирамида а) алмазный шарик б) алмазный конус в) алмазная пирамида Шкала ответов 1 б 2 б 3 в 4 б 5 а Раздел 2 Неметаллические материалы 9.Тема: «Полимерные материалы» План: 1.Общие сведения о пластических массах 2.Связующие вещества 3.Основные компоненты пластических масс       1.Общие сведения о пластических массах        Пластическими   массами  –  называют   материалы   ,   полученные   на   основе   высокомолекулярных органических веществ. Полимеры   состоят   из   гигантских   молекул   –   макромолекул   ,   которые   образуются посредством присоединения друг к другу тысячи молекул – мономеров. Полимеры часто называют смолами или связующими веществами.   пластическое состояние и под нагрузкой хорошо формоваться в изделие.                                         Сырьем пластмасс служит: 1.Каменный уголь                     2.Нефть                 3.Природный газ       Особенностью   пластмасс   является   способность   при   нагревании   переходить   в Пластмассы   широко   используют   в   технике: приборостроительной промышленности, радиотехнике. Пластмассы отличаются: 1.Малой плотностью (легкие) 2.Высокой коррозионной стойкостью 3.Высокими электроизоляционными свойствами. 4.Высокими механическими свойствами. 5.Высокие антифрикционные свойства.   автомобильной,   ракетной, Производство пластмасс менее затратно , чем металлов и сплавов .От этого себестоимость пластмасс в 2 – 6 раз меньше металлов.  Недостатки пластмасс: 1.Невысокая теплостойкость и теплопроводность. 2.Низкий модуль упругости 3.Низкая ударная вязкость 4.Склонность к старению.  2.Связующие вещества Основу   пластмасс   составляет   высокомолекулярное   органическое   вещество     ­  смола (связующее вещество).  Связующее вещество (полимер) соединяет все другие компоненты в одно целое. Смолы бывают: искусственные (получаются   из   природных   полимеров   путем   их   модификации (полимеризация(полиэтилен) и поликонденсация(фенопласты)),  естественные (например,янтарь, асфальт, битум )   По отношению к нагреванию, смолы бывают термопластичные (при нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают) и термореактивные  (после нагревания переходят в неплавкое и нерастворимое состояние). Наполнители   служат   для   удешевления   пластмасс,   изменяя   в   лучшую   сторону   их   физико­ механические свойства (прочность, термостойкость, химическая стойкость). Представляют собой порошкообразные, волокнистые или листообразные вещества. 1)Порошкообразные   наполнители:   мрамор;   гранит;   тальк;   слюда;   диатомит   и   древесная   мука. 2)Волокнистые наполнители: асбест; стекловолокно; шлаковолокно и очесы хлопка.  3)Листообразные наполнители: древесный шпон; бумага; асбестовый картон; хлопчатобумажные ткани и стеклоткани. Пластификаторы вводят для придания пластмассам пластичности, т.е. отодвигают температуру стеклования. Пластификаторы растворяют связующее вещество, но химически с ним не реагируют. 3.Основные компоненты пластических масс По своему составу все пластмассы делят на простые и сложные. 1)Простые состоят  из одного связующего вещества (смолы).полиэтилен, полистирол. 2)Сложные содержат смолу и наполнитель, пластификатор, смазывающее вещество,  краситель. Фенопласты, аминопласты. Наполнители придают пластмассам повышенную прочность , удешевляют их стоимость,  уменьшают усадку пластмасс. Бывают: 1)Порошковые ­  древесная мука, слюда, кварц, графит. 2)Волокнистые – лен, хлопок, асбест, стекловолокно. 3)Листовые – хлопчатобумажная ткань, древесный шпон, листы бумаги, металлическая  фольга. Пластефикаторы ­вещества повышающие пластичность и текучесть пластмасс (камфора,  дибутилфталат) Смазывающие вещества (стиарин, воск, парафин) устраняют прилипание материала к  горячим стенкам прессформ при изготовлении изделий. Красители придают пластмассам нужную окраску. Контрольные вопросы:  1 Что называется пластичность? 2 Из какого сырья получают пластмассу? 3 Назовите детали машин, изготовленных из пластмассы. 4 Чем вызвано широкое применение пластмасс в технике? 5 Какого преимущества пластмасс. 10.Тема «Современные виды пластмасс»          План: 1.Термореактивные пластмассы с порошковым и волокнистым наполнителями 2.Слоистые пластмассы 3.Газонаполненные пластмассы 4.Стеклопластики         1.Термореактивные пластмассы с порошковым и волокнистым наполнителями Термореактивные пластмассы в зависимости от вида  наполнителя делятся на группы: ­ пресспорошки, с порошковым наполнителем; ­ волокниты, с волокнистым наполнителем; ­ слоистые пластики, с листовым наполнителем. Наиболее распространенными в технике термореактивными пластмассами с порошковым и  волокнистым наполнителем являются фенопласты и аминопласты. а)   Фенопласты   изготовляют   на   основе   фенолоформальдегидной   смолы   (рукоятки   рычагов управления, кнопки сигналов) различные вытяжные и формовочные штампы, корпуса сборочных и контрольных приспособлений, литейные модели и другую оснастку. Упрочненные   феноло­формальдегидные   смолы   называют   бакелиты.   Эта   пластмасса   хорошо обрабатывается   механически   инструментами   для   обработки   металла   и   может   подвергаться полированию.   Бакелит   трудногорючь,   а   после   извлечения   из   пламени   сразу   гаснет.   Горящий бакелит   дает   желтый   цвет   пламени,   коптящий   в   зависимости   от   вида   наполнителя.   Остаток, извлеченный из пламени, твердый, разбухший, потрескавшийся и обугленный. В процессе горения выделяются   фенол   и   формальдегид   с   характерным   запахом.   Бакелит   стоек   к   воздействию разбавленных   кислот   и   щелочей,   а   также   большинства   органических   растворителей.   Для склеивания треснутых бакелитовых изделий можно применять нитроцеллюлозные клеи или жидкие фенольные смолы. Из   бакелита   изготавливают   изделия   галантереи   (пуговицы,   пепельницы),   электротехнические элементы (вилки, розетки), корпуса радио­ и телефонных и аппаратов, детали стиральных машин, защитные шлемы, корпуса аккумуляторов, плиты, лаки, клеи. б)   Аминопласты   –   пластмассы   на   основе   мочевинноформальдегидной   смолы.   Аминопласты обладают меньшей теплостойкостью и водостойкостью, но стойки к поверхностным электрическим разрядам.Аминопласты непрозрачны, хорошо окрашиваются. Из них выполняют корпуса приборов, детали приборов зачигания. 2.Слоистые пластмассы            Слоистые пластмассы представляют собой композиции, состоящие из смолы и листового наполнителя.   Наиболее   распространены   слоистые   пластмассы   текстолит,   стеклотекстолит, гетинакс.            Текстолит  – слоистый прессованный материал из хлопчатобумажной ткани, пропитанный фенолформальдегидной смолой. В промышленности встречается в виде листов, стержней, плит. Его отличает высокая механическая прочность, антифрикционные свойства и электроизоляционные свойства, а так же хорошо обрабатывается резанием. Применяют для вкладышей подшипников скольжения   ,   втулок.   зубчатых   колес.   Недостатками   является   водопоглащение   и   низкая теплопроводность.              Асботекстолит –  слоистый пластик на основе асбестовой ткани.Обладает повышенной теплостойкостью, поэтому применяется для механизмов сцепления и тормозных устройств.           Стеклотекстолит   –  пластмасса   изготовленная   из   стеклянной   ткани   и   смолы.Имеет повышенную   прочность   на   растяжение   ,   хорошие   электроизоляционные   и   антикорозионные свойства .Применяется как конструкционный и электроизоляционный материал.         Гетинакс   –  слоистый   пластик   на   основе   бумажных   листов,   пропитанных   фенолформальдегидной   смолой.   Применяют   для   высоковольтных   устройств(   трансформаторы, детали электрооборудования и радиоаппаратуры  работающие длительно при температурах от –65 до +105°С, а также как конструкционный и декоративный материал. Гетинаксы широко применяют в электрических машинах,  панели, щитки, прокладки, крышки, шайбы, малонагруженные изделия.      3.Газонаполненные пластмассы Газонаполненные пластмассы (пенопласты и поропласты) представляют собой легкие   ячеистые материалы, имеющие пустоты заполненные газом (углекислым, азотом, аммиаком).Они обладают исключительно   малой   плотностью   от   0   до   850кг/м3,   высокими   звуко   и   тепло   и электроизоляционными свойствами. Газонаполненные   пластмассы   применяют   в   качестве   легких   уплотнителей   и   теплоизоляторов   в большом   спектре   производств   и   в   строительстве.   В   частности   поролон   —   мягкий   упругий поропласт   на   основе   пенополиуретана.   Название   «поролон»   происходит   от   названия   торговой марки «Поролон» В современных спасательных жилетах используют пенопласт (пенополистирол) вместо   натуральной   пробки. Пенопласты   применяют   для   теплоизоляции   (   кабин,   контейнеров, приборов, холодильников, труб), в строительстве и при производстве труднозатопляемых изделий. ППУ и ПЭ используют для заливки деталей электронной аппаратуры. Пенопласт является легким заполнителем,   повышает   удельную   прочность,   жесткость   и   вибростойкость   силовых   элементов конструкций.  Он используется  в авиастроении, судостроении, на железнодорожном транспорте. Мягкие и эластичные пенопласты (типа поролона) применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок.     4.Стеклопластики аа          Стеклопл стики — пластические материалы, состоящие из стекловолокнистого наполнителя (стеклянное   волокно,   волокно   из   кварца)   и   связующего   вещества   (термореактивные   и термопластичные полимеры т.е. смолы). Стеклопластик — материал с малым удельным весом и заданными свойствами, имеющий широкий спектр применения. Стеклопластики обладают очень низкой теплопроводностью (примерно, как у дерева),   влагостойкостью   и атмосферостойкостью полимеров, не обладая недостатками, присущими термопластам.   прочностью   как   у   стали,   биологической   стойкостью, Стеклопластики уступают стали по абсолютным значениям предела прочности, но в 3,5 раза легче её и превосходят сталь по удельной прочности. При изготовлении равнопрочных конструкций из стали и стеклопластика, стеклопластиковая конструкция будет в несколько раз легче.  До   недавнего   времени   стеклопластики   использовались   преимущественно   в   самолётостроении, кораблестроении и космической технике. Широкое применение стеклопластиков сдерживалось, в основном, из­за отсутствия промышленной технологии, которая позволила бы наладить массовый выпуск профилей сложной конфигурации с требуемой точностью размеров. Эта задача успешно решена. Стеклопластик   красится,   декорируется,   покрывается   плёнками   ПВХ   и   натурального шпона, прекрасно поддаётся всем видам механической обработки (сверлится, пилится и т. п. — однако при этом образуется крайне канцерогенная пыль, легко въедающаяся в кожу, что требует тщательной   защиты   задействованного   персонала).   Стеклопластик   имеет   удовлетворительную атмосферостойкость   при   условии   наличия   защитного   покрытия,   однако   плохо   переносит абразивный износ (например, от летящего с дороги песка), достаточно хрупок и с годами может деформироваться. Из   стеклопластиков   производят   следующие   изделия:   дверные,   оконные   и   другие   профили, бассейны,   купели,   водные   аттракционы,   водные   велосипеды,   лодки,   рыболовные   удилища, таксофонные кабины, кузовные панели и обвесы для грузовых и легковых автомобилей, корпуса планеров и легкомоторных самолётов, диэлектрические лестницы и штанги для работ в опасной близости от конструкций под напряжением. Из стеклопластиков в частности изготавливают трубы, выдерживающие большое гидравлическое  давление и не подвергающиеся коррозии, корпуса ракетных двигателей твёрдого топлива (РДТТ),  радиопрозрачные купола и обтекатели различных антенн, лодки, корпуса маломерных судов 11.Тема «Абразивные материалы и изделия»           План: 1.Классификация абразивных материалов 2.Связующие материалы 3.Характеристика абразивного инструмента.         1.Классификация абразивных материалов         Абразивные материалы (фр. abrasif — шлифовальный, от лат. abradere — соскабливать) — это материалы,   обладающие   высокой   твердостью   и   используемые   для   обработки   поверхности различных   материалов:   металлов,   керамических   материалов,   горных   пород,   минералов,   стекла, кожи, резины. Они подразделяются на 2 вида: 1)естественные ; 2)искусственные. С давних пор использовались естественные абразивные материалы (кварц, кремень, наждак, пемза, корунд, алмаз)  представляют собой измельченные минералы. Кварц  –   представляет   крупный   кристаллический   кремнезем,   обладает   невысокими   режущими свойствами и применяется для изготовления точильных брусков, шлифовальной шкурки. Наждак ­ представляет собой естественный минерал, кристаллы которого содержат до 30% окиси алюминия А120з. Корунд  представляет собой естественный минерал, кристаллы которого содержат до 90% окиси алюминия   А120з.  В  природе  в  чистом   виде  встречается  редко.   По твердости  корунд  уступает алмазу. Наждак и корунд применяют   для изготовления шлифовальной шкурки, шлифовальных порошков, брусков и полировальных паст. Алмаз ­   является эталоном твердости. По шкале Мооса он имеет наивысшую твердость— 10. Алмазные пирамидки или конусы используются в приборах для определения твердости различных материалов.  Из алмазной крошки делают шлифовальные  круги, бруски, диски.  В стоматологии мелкая   алмазная   крошка   употребляется   при   изготовлении   шлифующих   инструментов, предназначенных   для   препарирования   зубов.   Такие   инструменты   обладают   большой износостойкостью.    С конца XIX века применяются искусственные (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, монокорунд, синтетический алмаз ). 1)Электрокорунд  —   кристаллическая   окись   алюминия   А1203.   В   зависимости   от   содержания окиси алюминия электрокорунды делят на три вида: ­ Нормальный электрокорунд (алунд) содержит до 87% окиси алюминия. Имеет цветовые оттенки от темно­красного до серо­коричневого. Шлифовальные круги для обдирочных работ. ­   Белый   электрокорунд   (корракс)   содержит   до   97%   окиси   алюминия.   Он   светлый,   иногда розоватый. Имеет режущую способность на 30—40% большую, чем нормальный электрокорунд. Применяется для чистовой, обработки сталей, заточки инструментов. ­ Монокорунд содержит до 99% окиси алюминия и до 0,9% окиси железа. Монокорунд отличается наибольшей прочностью и износостойкостью. Применяется для термически обработанных сталей. 2)Карборунд  представляет   собой   карбид   кремния   —   соединение   кремния   с  углеродом   SiC.   В результате   химического   соединения   углерода   с   кремнием получаемого     плавлением   в электрических печах смеси, при температуре около 2200°С получается карбид кремния. Он имеет кристаллическое строение. Чистый карборунд обладает большой твердостью. Карборунд получают двух   видов.   Черный   карборунд   содержит   не   менее   95%   SiC.   Он   применяется   для   обработки изделий,   изготовленных   из   цветных   металлов,   а   также   неметаллических   материалов,   имеющих невысокие  прочностные   показатели.  В состав  зеленого  карборунда  входит  свыше  97%  SiC.   Он имеет   большую   твердость   и   применяется   для   обработки   твердосплавных   деталей,   заточки инструментов. Для   изготовления  стоматологических   шлифующих   инструментов  используются   обе разновидности   карборунда.   Карборунд   вполне   удовлетворяет   требованиям   зубо­технического производства и запросам ортопедических клиник. Карборундовые инструменты обладают хорошей шлифующей способностью. Такие инструменты изготавливаются из порошка различной степени дисперсности.   Зерна   карборунда   имеют   неправильную   форму   с   четко   выраженными   острыми ребрами,   кромками,   что   обеспечивает   высокую   режущую   способность.   Карбид   кремния термоустойчив. Он выдерживает нагревание до 2050СС. 3)В последние годы получен новый синтетический абразивный материал эльбор. Он представляет собой   кубический   нитрит   бора.   По   твердости   он   идентичен   алмазу,   но   отличается   большей теплостойкостью. Применяется в промышленности в шлифовальном инструменте при обработке различных   сталей   и   сплавов.   Эльбор   как   абразивный   материал   обладает   следующими преимуществами при шлифовании:     длительно сохраняет остроту зёрен (высокая износостойкость), что обуславливает высокую режущую способность и стойкость кругов; выдерживает   высокие   термические   нагрузки,   что   позволяет   интенсифицировать   режимы шлифования; позволяет шлифовать сложнолегированные стали и сплавы без адгезионного и диффузного износа зёрен эльбора; круги   на   основе   эльбора   применяют   при   шлифовании   деталей   из   различных   сталей: подшипниковых,   штамповых,   инструментальных,   сложнолегированных,   азотированных   и цементированных.   Особенно   эффективны   эльборовые   круги   при   шлифовании быстрорежущих   сталей,   содержащих   вольфрам,   ванадий,   молибден,   кобальт   в   виде соединений высокой твердости, в ряде случаев превосходящей твердость традиционного абразивного материала — электрокорунда.            2.Связующие материалы                      Абразивные инструменты состоят из абразивных зерен, сцементированных при помощи связки. Связка должна прочно удерживать зерна, препятствуя их разрушению, но в то же время материал связки не должен быть чрезмерно прочным , чтобы затупившие зерна не засоряли рабочую часть инструмента.            Связки бывают органические и неорганические. 1)Органическая связка: ­ бакелитовая связка (Б)   ­ это искусственная смола, она придает прочность и упругость , что позволяет использовать  инструмент без охлаждения при скоростях до 50 м/сек. ­ вылканитовая связка (в) – это вулканизированный каучук ( резина). Инструменты на такой связке отличаются высокой прочностью и упругостью, но не устойчивы к высоким температурам(150 С размягчаются   и   выгорают).Чаще   их   используют   для   отрезных   и   прорезных   работ, резьбошлифования. 2)Неорганическая связка: ­ керамическая связка – состоит из огнеупорной глины, полевого шпата и кварца.Она устойчива при высоких   температурах.,   но   отличается   хрупкостью.   Применяется   для   шлифовальных   кругов, брусков. ­ магнезиальная связка – состоит из магнезита и раствора хлористого магния.Применяется для сухого шлифования, так как данная связка не устойчива к воздействию влаги, те. Инструмент быстро изнашивается и теряет форму. ­ силикатная связка – на основе жидкого стекла. Обладает высокими механическими свойствами, но не высокой водостойкостью .ее используют для заточки режущих инструментов.            3.Характеристика абразивного инструмента 1)Шлифовальный круг Качество после шлифования зависит от класса шлифовального круга. Их известно три: А, Б и АА. Наименьшей точностью обладают шлифовальные круги класса Б, а наивысшей – круги АА. Бывают отрезные, шлифовальные, ,зачистные, лепестковые. Они   применяются   для   круглого   шлифования,   плоского   шлифования   перефирией   круга   ,   для заточки резцов. Для   доводки   режущих   инструментов   и   фасонных   поверхностей,   шлифования   твердосплавных деталей, стекла используют алмазные круги . Они состоят из пластмассового или металлического корпуса, на который нанесен алмазный слой толщина слоя от 1.5 – 3.мм. Твердые материалы  ­ закаленную сталь, чугун, шлифуют  мягкими кругами. Мягкие сплавы – твердыми кругами. 2)Шлифовальные бруски – стержни различной формы. бывают квадратные , круглые , полукруглые, трехгранные. 3)Шлифовальная шкурка – выполняется путем наклеивания на бумагу или ткань электрокоронда., карбида   кремния.  Бумага   для   основы   должна   быть   очень   прочной,   чтобы   выдерживать механические воздействия. Бумага может быть как водостойкой, так и обычной.  Преимущества бумажной основы: — низкая стоимость; — не происходит удлинения основы при работе; — поверхность позволяет наносить самые мелкие фракции шлифматериала. Недостатки: — невысокая прочность и износостойкость; — неводостойкость (водостойкая бумажная основа используется, как правило, только при ручной обработке). Абразивы на тканевой основе Чаще всего в качестве основы для абразивных материалов используют хлопок и полиэстер. Ткани пропитываются   полиэфирной   смолой   для   придания   им   большей   прочности   и   водостойкости. Основными характеристиками тканей являются эластичность и прочность на разрыв. Преимущества тканевой основы: — высокая прочность и износостойкость; — водостойкость. Недостатки: — относительно высокая стоимость; — удлинение при работе (зависит от типа ткани и характера обработки). Для   производства   некоторых   абразивных   материалов   используются комбинированные основы (ткань, склеенная с бумагой) с различными свойствами. Фибровая   основа —   специальный   вид   основы,   предназначенный   для   изготовления   фибровых дисков. Фибру получают путём обработки целлюлозы хлористым цинком, в результате получается абсолютно новый, твердый и плотный продукт. Основа неводостойкая, активно впитывает влагу. 3)Притирка и доводка Осуществляется   измельченными   порошками   абразивных   материалов   или   паст.   Доводка выполняется после шлифовки для мерительных инструментов, режущих инструментов. Наиболее распространена   паста   ГОИ(Государственного   оптического   Института),   состоящая   из   порошка окиси хрома с добавкой растворителей. 12. Тема «Стекло. Композитные материалы»               План: 1.Характеристика стекла 2.Особенности композитных материалов              1.Характеристика стекла             Стекло ­ это вещество как твердый материал, получаемый из кварцевого песка, смешанного с окислами   металлов. Стандартный состав стекла представляет собой смесь чистого кварцевого песка, извести и соды. Для изменения свойств материала могут использоваться различные добавки. Кварцевый песок составляет примерно 75% от всей смеси. Сода позволяет снизить температуру плавления песка почти в 2 раза. Известь защищает стекло от воздействия большинства химических веществ, а также добавляет прочности и блеска. Дополнительные примеси: Марганец.  Его   добавляют   в   стекло   для   получения   специфического   зеленого   оттенка.   Для получения других цветов может использоваться никель или хром. Свинец  придает стеклу дополнительный блеск и характерный звон. Материал получается более холодным на ощупь. Стекло с примесью свинца называется хрусталь. Оксид борной кислоты тоже придает материалу дополнительный блеск и прозрачность, при этом понижая коэффициент теплового расширения изделий.                 Производство стекла по этапам  ­   Все   необходимые   ингредиенты   загружают   в   печь   и   разогревают,   пока   не   образуется   жидкая однородная   масса.   В   специальном   гомогенизаторе   этот   сплав   перемешивают   до   однородного состояния. ­ Полученную массу выливают в плоскую емкость, на дне которой находится расплавленное олово. Там стекло распределяется, образуя равномерный тонкий слой. ­   Остывший   и   затвердевший   материал   отправляется   на   конвейер.   Там   проводится   контроль толщины   стекла   и   нарезка.   Материал,   не   прошедший   проверку,   а   также   бракованные   детали отправляются на переплавку. ­   Производится   последняя   проверка   качества,   после   чего   стекло   поступает   на   склад   готовой продукции.                    Виды стекла  ­ Хрустальное стекло. Это материал, содержащий в своем составе свинец.  ­   Кварцевое стекло. Содержит в составе чистейший песок, благодаря чему отличается высокой прочностью.   Способно   выдерживать   скачки   температуры,   поэтому   используется   для   создания оптических приборов, лабораторной посуды и окон. ­  Пеностекло. Легкий строительный материал, который может быть использован как для отделки, так и для кладки стен и полов. Содержит в составе большое количество пустот, благодаря чему имеет высокие тепло­ и звукоизоляционные свойства.  ­   Стекловата.   Объемный   воздушный   материал,   состоящий   из   тонких   и   очень   прочных   нитей. Огнестойка, поэтому используется не только в строительстве, но и при пошиве одежды пожарных и сварщиков.                    Применение стекла    Основной   потребитель   изготавливаемого   в   наше   время   стекла   –   строительная   отрасль.   В  ней используется   более   половины   изготовляемого   материала.   Его   назначение   может   быть   самым разнообразным   –   облицовка   стен,   остекление   окон,   возведение   стен   из   пустотелых   кирпичей, теплоизоляция и т.д.                     2.Особенности композитных материалов                  Композиционные материалы – искусственно созданные материалы, которые состоят из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее. Композицию составляет волокно плюс связка (матрица). КМ позволяют иметь заданное сочетание разнородных свойств: высокой удельной прочности и жесткости,   жаропрочности,   износостойкости,   теплозащитных   свойств.   Спектр   свойств   КМ невозможно получить при использовании обычных материалов. Благодаря КМ стал возможен новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, уменьшении массы машин и конструкций и повышении весовой эффективности транспортных средств и авиационно­космических аппаратов. Преимущества композиционных материалов: · высокая удельная прочность; ∙ высокая жёсткость (модуль упругости 130­140 ГПа); ∙ высокая износостойкость; ∙ высокая усталостная прочность; ∙ из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции.               Недостатки композиционных материалов: ∙    высокая стоимость; ∙    анизотропия свойств (неодинаковость свойств в разных направлениях); ∙   повышенная   наукоёмкость   производства,   необходимость   специального   дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны. Композитные материалы за счет уникального состава могут использоваться в самых разных сферах:      в авиации при производстве деталей самолетов и двигателей; космической   технике   для   производства   силовых   конструкций   аппаратов,   которые подвергаются нагреванию; автомобилестроении для создания облегченных кузовов, рам, панелей, бамперов; горной промышленности при производстве бурового инструмента; гражданском   строительстве   для   создания   пролетов   мостов,   элементов   сборных конструкций на высотных сооружениях. Использование композитов позволяет увеличить мощность двигателей, энергетических установок, уменьшая при этом массу машин и оборудования. 12.Тема «Охлаждающие и смазочные материалы»             План: 1.Смазочные материалы. 2.Смазочно – охлаждающие материалы.           1.Смазочные материалы Материалы, способствующие уменьшению силы трения и износу трущихся поверхностей, увеличению нагрузочной способности механизмов, называют смазочными материалами.           Применение смазки позволяет повысить механический КПД двигателя, защитить трущиеся пары от износа и заеданий. Вторая их важная роль – теплоотвод от двигателя и нагревающихся при трении деталей. Кроме того, смазка защищает детали от коррозии, смывает и удаляет загрязнения, обеспечивает   уплотнение,   а   в   некоторых   случаях   –   выполняет   специальные   задачи:   например, служит разделяющим слоем между формой и отливкой. В зависимости от назначения и условий работы  смазочных   материалов   (смазок),   они   бывают   твёрдыми  (графит,   дисульфид   молибдена, иодид   кадмия,   диселенид   вольфрама,   нитрид   бора   гексагональный   и   т.   д.),   полутвёрдыми, полужидкими (расплавленные металлы, солидолы, консталины и др), жидкими (автомобильные и другие машинные масла), газообразными (углекислый газ, азот, инертные газы). К смазочному материалу предъявляется требования: ­   окружающую среду, быть биостойкими, а в определенных условиях и биоразлагаемыми.   Смазки   должны   быть   нетоксичными,   не   обладать   неприятным   запахом,   не   загрязнять ­     Они   должны   хорошо   совмещаться   с   конструкционными   материалами,   фильтроваться   и прокачиваться, не образовывать пену при контакте с воздухом. ­     Смазки должны удерживаться в узле трения, не высыхать при действии высоких температур, не упрочняться в процессе работы.            По внешнему состоянию смазочные материалы делятся на:      – жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими текучестью (нефтяные и растительные масла);     –  пластичные,  или   консистентные,   смазки,   которые   в   обычных   условиях   находятся   в   мазеобразном   состоянии   (технический   вазелин,   солидолы,   консталины,   жиры   и   др.).   Они подразделяются   на   антифрикционные,   консервационные,   уплотнительные   и   др.; применяют пластичные смазки в подшипниках качения и скольжения, шарнирах, зубчатых, винтовых и цепных передачах, многожильных тросах.    – твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием  температуры, давления и т. п. (графит, слюда, тальк и др.). Их обычно применяют в смеси с  жидкими или пластичными смазочными материалами.             По назначению смазочные материалы делятся на масла:    – моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных,  авиационных);     – трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях тракторов, автомобилей, комбайнов,  самоходных и других машин; Эти два типа масел иногда объединяют термином «транспортные масла».    – индустриальные, предназначенные главным образом для станков;     – гидравлические для гидравлических систем различных машин. Главным   показателем   качества   масла  является   вязкость.  Вязкостью   жидкости   называется сопротивление , оказываемое жидкостью   перемещению ее частиц под влиянием действующих на них сил . Вязкость зависит от температуры с ее увеличением она уменьшается.               Основа масла Абсолютно все смазочные материалы по составу принято делить на три группы: ­ минеральные (органические) ­ минеральные масла изготавливаются из природного материала – нефти. Они не обладают сверхвысокими смазывающими характеристиками и резко меняют вязкость при   смене   температур.   Такие   смазки   используются   в   основном   для   применения   в   старых отечественных   автомобилях   и   тракторах.   Маркировка   масел,   полученных   из   нефти,   содержит надпись «Mineral».  ­ полусинтетические смазки – это универсальный смазывающий продукт, полученный в результате пропорционального смешивания минеральных и синтетических масел. Обладая всеми наилучшими качествами «органики» и «синтетики», они являются универсальным смазочным материалом для любого   типа   двигателя.   Определить   полусинтетическое   масло   можно   по   маркировке   «Semi Synthetic». ­ синтетические ­  представляют собой искусственный продукт, полученный в ходе органического синтеза. Эти масла в плане своих эксплуатационных свойств имеют огромное преимущество перед минеральными.   Они   были   созданы   искусственным   путем   специально   для   использования   в критических температурных условиях. Маркировка синтетических масел содержит надпись «Fully Synthetic».Синтетические смазки обладают минимальной испаряемостью при использовании, имеют длительный срок эксплуатации, а также обеспечивают наиболее стабильную работу механизмов в условиях   низких   температур.   Они   применяются   как   для   дизельных   двигателей,   так   и   для бензиновых,   в   том   числе   и   высокофорсированных.   Для   преимущественного   большинства современных   автомобилей   используется   исключительно   синтетическое   масло.   Цена   на   него значительно   выше,   нежели   на   минеральное,   однако   использование   последнего   в   новейших двигателях просто недопустимо.               2. Смазочно – охлаждающие  материалы                     Смазочно­охлаждающие   жидкости   (СОЖ)   широко   используются   в   процессе металлообработки.   Это   связанно   с  тем,   что  применение   современных   станков   и  инструментов, требует охлаждения и дополнительной смазки из­за больших нагрузок во время их эксплуатации. СОЖ   широко   применяются   при   точении,   сверлении,   шлифовании,   фрезеровании,   штамповки, прокате металлов. Их используют в процессах, связанных с обработкой следующих материалов: сталь, чугун, цветные металлы и сплавы, неметаллические  материалы. СОЖ применяют для того, чтобы создать: высокое качество обрабатываемых поверхностей    максимально продлить период эксплуатации оборудования, путем снижения температур    рабочих поверхностей,. повысить скорость резания; для удаления с обрабатываемых поверхностей пыли, стружки, грязи, которые замедляют процесс обработки металлов; для смазывания поверхностей в области контакта инструмента и обрабатываемой детали, что снижает нагрузку на оборудование, продлевая срок его эксплуатации. Виды смазочно­охлаждающих жидкостей 1.  Масляные СОЖ создаются на базе минерального масла (минеральные масла представляют собой продукты   нефтяного   происхождения.   Они   получается   благодаря   дистилляции   мазута) основу которых составляют нефтяные масла, животные или растительные жиры.. Они предназначены в первую очередь для снижения трения, возникающего в месте контакта материала и инструмента. С состав масляных СОЖ могут входить присадки, улучшающие другие свойства жидкости. 2.   Водосмешиваемые   СОЖ   –   это   эмульсии,   состоящие   из   таких   компонентов,   как   спирты, эмульгаторы, масла, электролиты, присадки . Свойства водосмешиваемых СОЖ напрямую зависят от  процентного  содержания  в них воды,  а так же  от  компонентов,  которые преобладают  в  их составе. При сверлении , обточке, фрезеровании стали  в качестве СОЖ  используют эмульсии   и водные растворы.          По составу различают СОЖ следующих видов:     Масляные – составы из компонентов, которые не смешиваются с водой. Базой масляных СОЖ являются   парафиновые,   минеральные   или   нефтяные   масла   (60­95%).   Для   усиления   эффективности против   износа,   фрикционности,   коррозии   в   состав   включаются   различные   присадки   и   ингибиторы. Масляные СОЖ обладают отличными смазывающими свойствами. Используются для мягких металлов при простых режимах работы. Минеральные   –   основа   производится   из   нефти   методом   каталитического   гидрирования.   Для повышения эффективности в состав включаются присадки из жиров, хлора, серы, соединений фосфора. Эти составы применяются при таких видах металлообработки, как: резание стали, алюминия, латуни, резьбонарезные работы, фрезерные работы по легированным сталям. Водосмешиваемые – водный раствор на минеральной основе. Эти составы обладают отличными охлаждающими   свойствами   и   низкой   токсичностью,   но   при   этом   невысокими   смазочными характеристиками. Сфера применения – легкий и средний режим точения меди и бронзы, фрезерование и сверление всех видов цветных металлов, шлифование и штамповка стали. Синтетические   и   полусинтетические   –   смесь   воды,   поверхностно­активных   веществ, водорастворимых полимеров, антипенных и антибактериальных присадок, ингибиторов коррозии. Для увеличения смазывающих свойств в синтетические составы также вводят противоизносные присадки.  Эмульсии – составы с повышенной концентрацией дисперсных частиц. Снижают степень износа инструмента и оборудования практически во всех операциях по металлообработке.   Наиболее распространенные составы СОЖ для станков свойством Участок ОА  ­  участок   пропорциональности между   нагрузкой   Р   и   удлинением   ∆l,   что говорит о возникших упругих деформациях.  Участок ОВ ­ участок упругой деформации. Т.е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую Ру, а потом разгрузить, то при разгрузке   деформации   образца   будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении. Выше   точки   В  диаграмма   растяжения отходит   от   прямой   ­   деформация   начинает расти   быстрее   нагрузки,   и   диаграмма принимает   криволинейный   вид.   Получение такого   участка   на   диаграмме   растяжения объясняется материала деформироваться   при   постоянной   нагрузке.  текучестью Это   свойство   называется материала,   а   участок   диаграммы называется   площадкой   текучести.   После появления   площадки   текучести,   материал снова способность сопротивляться   растяжению   и   диаграмма поднимается вверх.  В точке D  усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на   образце   появляется   резкое   местное сужение ­ шейка. Данная точка соответствует максимальному прочности материала.  Уменьшение   площади   сечения   шейки вызывает   падение   нагрузки   и   в   момент, соответствующий диаграммы, происходит разрыв образца.  точке   Е  приобретает значению             свойством Участок ОА  ­ участок  пропорциональности между   нагрузкой   Р   и   удлинением   ∆l,   что говорит о возникших упругих деформациях.  Участок ОВ  ­ участок упругой деформации. Т.е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую Ру, а потом разгрузить, то при разгрузке   деформации   образца   будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении. Выше   точки   В  диаграмма   растяжения отходит   от   прямой   ­   деформация   начинает расти   быстрее   нагрузки,   и   диаграмма принимает   криволинейный   вид.   Получение такого   участка   на   диаграмме   растяжения объясняется материала деформироваться   при   постоянной   нагрузке.  текучестью Это   свойство   называется материала,   а   участок   диаграммы называется   площадкой   текучести.   После появления   площадки   текучести,   материал снова способность сопротивляться   растяжению   и   диаграмма поднимается вверх.  В точке D  усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на   образце   появляется   резкое   местное сужение ­ шейка. Данная точка соответствует максимальному прочности материала.  Уменьшение   площади   сечения   шейки вызывает   падение   нагрузки   и   в   момент, соответствующий диаграммы, происходит разрыв образца.  точке   Е  приобретает значению         3.Механические характеристики σ Предел   пропорциональности  пц   – наибольшее   напряжение,   после   которого нарушается справедливость закона Гука.                                               σ Предел   упругости  у   —   условное напряжение,   соответствующее   появлению остаточных деформаций                                        σ Предел   текучести  т   –   напряжение,   при котором происходит увеличение деформации без   заметного   увеличения   растягивающей нагрузки                                           (временное сопротивление   разрыву)   в   –   напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Pmax , предшествующей разрыву образца          Предел   прочности  σ 3.Механические характеристики σ Предел   пропорциональности  пц   – наибольшее   напряжение,   после   которого нарушается справедливость закона Гука.                                               σ Предел   упругости  у   —   условное напряжение,   соответствующее   появлению остаточных деформаций                                        σ Предел   текучести  т   –   напряжение,   при котором происходит увеличение деформации без   заметного   увеличения   растягивающей нагрузки                                           (временное сопротивление   разрыву)   в   –   напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Pmax , предшествующей разрыву образца Предел   прочности  σ