Второй вопрос

1. Классификация конструкционных сталей.

Они классифицируются: по химическому составу (углеродистые и легированные);по обработке (цементуемые, улучшаемые); по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые). Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) содержат повышенное количество серы и фосфора. Маркируют: Ст2кп., БСт3кп, ВСт3пс, ВСт4сп., где Ст – индекс данной группы стали; кп, пс, сп - степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп – спокойная.

2. Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали.

С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного. Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость. Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции. Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

Влияние примесей. В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS, так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS. Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести,. Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке.Содержание фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести, но снижает пластичность и вязкость.

3. Маркировка углеродистых и легированных конструкционных сталей.

Легированные конструкционные стали. Сталь 15Х25Н19ВС2 В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначение элемента, показывает его содержание в процентах,

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380). Стали содержат повышенное количество серы и фосфора. Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и ВИндексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.

4. Наноматериалы, их назначение

Наноматериалы — материалы, созданные с использованием наночастиц или посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале. Сами наноматериалы делят по назначению на: Функциональные Композиционные Конструкционные.

5. Влияние легирующих элементов на свойства конструкционных сталей.

Влияние легирующих элементов. Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля). Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после достижения необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разрушение стали.

6. Улучшаемые легированные стали.

Увеличение содержания углерода в стали уси­ливает влияние карбидной фазы, дисперсность которой зависит от термической обработки и со­става сплава. В значительной степени повыше­нию конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Наилучший результат по улучшению прокаливае­мости стали достигают при ее легировании не­сколькими элементами, например Сr + Мо, Сr + Ni, Сr + Ni + Мо и другими сочетаниями раз­личных элементов. Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легиро­вание (за исключением никеля) после достиже­ния необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разру­шение стали.

7. Высокопрочные легированные стали.

Комплексно-легированные стали - это среднеуглородистые (0,25-0,6% С) легированные стали, термоупрочняемые при низ­ком отпуске или подвергающиеся термомехани­ческой обработке.

Мартенситостареющие стали - это новый класс высокопрочных легированных сталей на основе безуглеродистых (не более 0,03% С) сплавов железа с никелем, кобальтом, молибденом, титаном, хромом и другими элементами. Мартенситостареющие стали закаливают на воздухе от 800-860°С с последую­щим старением при 450-50О°С.

8. Шарикоподшипниковые стали.

Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовления шариков и роликов подшипников. По химическому составу (ГОСТ 801—60) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных ста­лей. Они содержат около 1% С и 0,6—1,5% Cr. Для деталей размером до 10 мм применяют сталь ШХ6 (1,05 — 1,15% С и 0,4 — 0,7% Cr), а для деталей размером более 18 мм — сталь ШХ15 (0,95 — 1,05% С и 1,3 — 1,65% Cr). Термическая обработка шарикоподшипниковых сталей с небольшим содержанием хрома заключается в закалке и низком отпуске (до 200°С), в результате чего обеспечивается твердость HRC 60-66.

9. Износостойкие стали.

Для изготовления дета­лей машин, работающих в условиях трения, применяют специальные износостойкие стали — шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые. Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовления шариков и роликов подшипников. По химическому составу (ГОСТ 801—60) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных ста­лей. Они содержат около 1% С и 0,6—1,5% Cr. Для деталей размером до 10 мм применяют сталь ШХ6 (1,05 — 1,15% С и 0,4 — 0,7% Cr), а для деталей размером более 18 мм — сталь ШХ15 (0,95 — 1,05% С и 1,3 — 1,65% Cr). Термическая обработка шарикоподшипниковых сталей с небольшим содержанием хрома заключается в закалке и низком отпуске (до 200°С), в результате чего обеспечивается твердость HRC 60-66. Графитизированную сталь (высокоуглеродистую, содержащую 1,5 — 2% С и до 2% Cr) используют для изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фа­сонных отливок, работающих в условиях трения. Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит. Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звень­ев гусениц и т. п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закал­кой (1000—1100°С) при охлаждении на воздухе. Закаленная сталь имеет низкую твердость (НВ 200), после сильного наклепа ее твердость повышается до НВ 600.

10. Углеродистые инструментальные стали, маркировка.

Инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435-74) выпускаются качественными (У7, У8, У9...У13) с содержанием вредных примесей S < 0,028, Р < 0,035 %) или высококачественными (У7А...У13А) с содержанием S < 0,02 %, Р < 0,03 %). Маркируют буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях %.

11. Неметаллические неорганические материалы (керамика, стекло, ситаллы).

Стекло представляет собой аморфное вещество, образующееся при сплавлении оксидов оксидов или безоксидных соединений. Стеклообразующимися являются оксиды SiO_2,B₂O_3,P₂O₅,GeO₂.Структура аморфного стекла возникает при охлаждении стеклянной массы, когда повышение ее вязкости препятствует кристаллизации.

Керамику получают при высокотемпературном спекании порошков. При нагреае исходные материалы воздействуют между собой, образуя кристаллическую и аморфную фазы. Керамику представляет пористый материал, аморфная фаза является стеклом, которое по химическому составу отличается от кристаллов. Имеет поликристаллическую решетку с прослойками стекла и с беспорядочным расположением зерен и поэтому однородна по свойствам. Обладает хрупкостью.

Ситаллы – частично закристаллизовавшиеся стёкла. По структуре от обычных стёкол отличаются тем, что в них водят затравки (это соли серебра, золота, меди, свинца и т.д.). Эти стёкла непрозрачны. По способу получения ситаллы различаются на фотоситаллы и термоситаллы.

12. Классификация видов инструментов.

13. Классификация инструментальных материалов по теплостойкости.

В зависимости от теплостойкости все инструментальные материалы, ста-

ли и сплавы делят на нетеплостойкие (рабочие температуры не выше 200...250 °С), полутеплостойкие (до 250...400 °С), теплостойкие (до 550... 640 °С) и повышенной теплостойкости (до 800...1050 °С). Теплостойкость стали достигается легированием железной матрицы вольфрамом, молибденом, ванадием, а твердых сплавов – легированием тугоплавкими карбидами тантала, титана, вольфрама и др.

14. Быстрорежущие стали, основные группы.

По режущим свойствам быстрорежущие стали делят на две группы: нормальной и повышенной производительности. Группу нормальной производительности образуют вольфрамовые (Р9, Р12, Р18) и вольфрамо-молибденовые (Р6М5, Р6М3) стали. К группе повышенной производительности относятся стали, содержащие кобальт или повышенное количество ванадия (Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4К8,

Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2). Они превосходят стали первой группы по теплостойкости (640 °С), износостойкости и твердости (HRC 67…70), но уступают по прочности и пластичности. Их этих сталей изготавливают инструмент для резания труднообрабатываемых сплавов (жаропрочных, коррозионно-стойких, титановых, др.).

15. Твердые сплавы, основные группы.

Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанные кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля. По химическому составу твердые сплавы классифицируют: вольфрамокобальтовые твердые сплавы (ВК);титановольфрамокобальтовые твердые сплавы (ТК);титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы (ТТК). Твердые сплавы по назначению делятся (классификация ИСО) на: Р — для стальных отливок и материалов, при обработке которых образуется сливная стружка; М — для обработки труднообрабатываемых материалов; К — для обработки легированных сталей и других сплавов.

16. Стали для штампов холодного и горячего деформирования.

Стали для штампов холодного деформирования должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью.углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 используют. для штампов небольших размеров (до 25 мм).• низколегированные полутеплостойкие стали Х, Х9, Х6ВФ, ХВСГ

применяют для изготовления более крупных инструментов и сложной формы (высадочных штампов), а стали 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2С ис-пользуют для инструментов с повышенными ударными нагрузками:зубил, наконечников отбойных молотков. Высокохромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1 обладают самой глубокой прокаливаемостью (150-200 мм) и лучшей износостойкостью. Из этих сталей изготавливают большинство штампов и накатных роликов.

17. Сплавы с особыми свойствами, их основные группы.

18. Коррозионная стойкость. Коррозионно-стойкие стали и сплавы.

Коррозионная стойкость — способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях.

По химическому составу нержавеющие стали делятся на: Мартенситные(; Полуферритные (мартенисто-ферритные); Ферритные;) Хромоникелевые;(Аустенитные Аустенитно-ферритные Аустенитно-мартенситные Аустенитно-карбидные) Хромомарганцевоникелевые (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями).

19. Жаростойкость и жаропрочность. Жаростойкие стали и сплавы.

Жаростойкость (окалиностойкость) — сопротивление металла окислению при высоких температурах

Жаропроочность — способность конструкционных материалов работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения.

Жаропроочная сталь — это вид стали, который используется в условиях высоких температур (от 0,3 части от температуры плавления) в течение определённого времени, а также в условиях слабонапряжённого состояния. Высоколегированные жаропрочные стали из-за различных систем легирования относятся к различным классам: ферритные(08Х17Т,1Х13Ю4,05Х27Ю5), мартенситные (20Х13, 30Х13), мартенситно-ферритные (15Х12ВН14Ф), аустенитные (37Х12Н8Г8МФБ).Внутри каждого класса различаются стали с различным типом упрочнения: карбидным, интерметаллидным, смешанным (карбидно-интерметаллидным).

20. Чугуны, их виды и какая форма графитовых включений бывает?

Чугуны- это железоуглеродистые сплавы, содержащие 2.14 углерода.

Чугуны:1.Белые чугуны

2.Серые чугуны, ковкие, высокопрочные

3.Половинчатые чугуны

Формы графитовых включений:

21. Серые чугуны. Преимущество их перед сталью.

Структура серого чугуна формируется непосредственно при кристаллизации в соответствии с диаграммой стабильного равновесия системы железо – графит). Чем больше углерода и кремния в сплаве и ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по диаграмме стабильного равновесия с образованием графитной эвтектики: ЖC → АE + ГПЛ

Серые чугуны широко применяются в машиностроении. При конструировании деталей машин учитывают, что серые чугуны работают на сжатие лучше, чем на растяжение. Они мало чувствительны к надрезам при циклическом нагружении, хорошо поглощают колебания вибраций, обладают высокими антифрикционными свойствами из-за смазывающей способности графита, хорошо обрабатываются резанием, изделия из них дешевы и просты в изготовлении.

22. Классификация алюминиевых сплавов, их назначение.

К литейным сплавам относятся силумины – это сплавы Al и кремния. Их основу составляют эвтектические сплавы. Обычно в литейных сплавах силуминах содержится 12-13% Si. Структура этих сталей при охлаждении состоит из грубой эвтектики [Al+Si] и хрупких зёрен Si. Для устранения данного явления эти сплавы модифицируют натрием или смесью [⅔NaF+⅓NaCl]. Модификаторы замедляют кристаллизацию хрупкого кремния и понижают температуру образования эвтектики, делая её мелкозернистой. В результате этого сплавы с 12-13% Si становятся доэвтектическими. Структура таких сплавов состоит из Al+э, эвтектика будет мелкозернистой. В результате такого модифицирования повышаются механические свойства. До модифицирования σ_В = 130 МПа, δ = 3%, после – σ_В = 180 МПа, δ = 8%. Низкая жидкотекучесть. Из этих сплавов возможно получение отливок сложной формы. Обозначение: АЛ2 (самый распространённый, алюминиевый литейный, 2 – номер по ГОСТу), АЛ3, АЛ4(+Mg+Mn), АЛ6, АЛ9 (+Mg+Mn).

23. Алюминиевые сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термообработкой. Дюралюминий.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ 4784-74.

К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы алюминий-марганец (Al–Mn) и алюминий-магний (Al–Mg): AМц; АМг1; АМг4,5; АМг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящих в состав сплава компонентов, и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах.

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюмины, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава.

Дуралюмины маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.

24. Спеченные алюминиевые сплавы, их основные виды.

В состав деформируемых А. с. входят т. н. спечённые (вместо слитка для дальнейшей деформации используют брикет, спечённый из порошков) А. с. (в 1967 в США объём производства составил около 0,5%). Имеются 2 группы спечённых А. с. промышленного значения: САП (спечённая алюминиевая пудра) и САС-1 (спечённый алюминиевый сплав).

В виде листов, профилей, поковок, штамповок САП применяется в изделиях, где нужна высокая жаропрочность и коррозионная стойкость. САП содержит большое количество влаги, адсорбированной и прочно удерживаемой окисленной поверхностью порошков и холоднопрессованных брикетов. Для удаления влаги применяется нагрев в вакууме или нейтральной среде несколько ниже температуры плавления алюминиевых порошков или холоднопрессованных брикетов. Дегазация САП повышает его пластичность, и он удовлетворительно сваривается аргоно- дуговой сваркой.

25. Классификация медных сплавов, их назначение.

Медь – металл красного, в изломе розового цвета, тяжелый (имеет плотность 8,94 г/см³), обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью.

Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием - сплавами, обрабатываемыми давлением.

26. Латуни и бронзы, их назначение.

Бронзами называютсплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием. Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Бронзы маркируют буквами Бр, правее ста­вят элементы, входящие в бронзу. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в ко­торых основным легирующим элементом является цинк. Латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Сплав обозначают начальной буквой Л — латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах.

27. Классификация титановых сплавов, их назначение.

Титан – металл серого цвета, тугоплавкий, с невысокой плотностью (4,505 г/см³). Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы (ГОСТ 19807-74) маркируют буквами "ВТ" и порядковым номером: ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.Пять титановых сплавов обозначены иначе: ОТ4-0, ОТ4, ОТ4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.

28. Пластмассы и их основные свойства.

Пластмассы – это органические вещества, связующими которых являются полимеры. Они состоят из: 1) связующее (матрица) - полимеры; 2) наполнители (низкомолекулярные в-ва), их вводят для придания специальных св-в: понижения усадки, повышения мех. св-в (твёрдость HB, σ_В, σ_Т). Наполнители: порошковые (сажа, графит, древесная мука), волокниты (волокна, стекловолокна, асбоволокна), слоистые (геминакс, текстолит), стеклоткань (стеклотекстолиты), газовые (газонаполненные: поропласты, пенопласты, сотопласты); 3) пластификаторы – жидкие вещества, для повышения эластичности материала; 4) отвердители; 5) краски (оксиды металлов), их вводят для изменения цвета пластмасс. Пластмассы: термопластичные, термореактивные и газонаполненные

29. Термореактивные и термопластичные полимеры.

Термопластичные полимеры (термопласты) состоят из макромолекул, соединенных между собой только физическими связями. Энергия разрыва физических связей невелика и составляет от 12 до 30 кДж/моль. При нагревании физические связи исчезают, при охлаждении — восстанавливаются. Энергия разрыва химических связей, соединяющих мономерные звенья в цепную макромолекулу, многократно превышает указанные значения и составляет 200-460 кДж/моль. Поэтому при нагревании термопластов до температуры плавления физические связи исчезают, а химические — ковалентные — сохраняются, и, следовательно, сохраняется неизменным химическое строение полимера.

Термореактивные полимеры (реактопласты) состоят из макромолекул, соединенных поперечными ковалентными, то есть химическими связями. Образовавшаяся сетчатая химическая структура необратима. Нелимитированное нагревание сетчатых полимеров приводит не к расплавлению, а к разрушению пространственной сетки, сопровождающемуся термодеструкцией. С точки зрения практики это означает, что реактопласты допускают лишь однократную переработку в изделия, которые формуются в результате химической реакции отверждения.

30. Резины и их основные свойства.

РЕЗИНА - эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального (НК) и синтетических каучуков (СК). Представляет собой сетчатый эластомер-продукт поперечного сшивания молекул каучуков химическими связями. Свойства. Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур.Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

31. Клеи, смазки, лакокрасочные материалы.

Клеи – это коллоидные растворы органических и неорганических соединений, образующие прочные соединения между материалами. Они должны обладать хорошей адгизионной и одгезионной прочностью

Адгезия – это способность прослойки или покрытия прилипать и прочно удерживаться на поверхности склеиваемых материалов

Одгезия – это способность удерживаться или прилипать к компонентам самого клеевого состава

Смазка – вещества, предназначенные для уменьшения коэффициента трения между поверхностями

По способу применения смазки делят на:

1.Антифрикционные смазки.

Графитовая смазка, солидол

2.Уплотнительные

Предназначены для герметизации зазора. Вакуумные смазки

3.Консервационные смазки (защитные)

Для предотвращения коррозии. Для хранения и транспортировки.

4.Канатные

Смазка для предотвращения износи и коррозии. Используется для кранов и буксиров.

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) предназначены для защиты от коррозии и созданы на основе пленкообразующих веществ (наполнители, растворители, ускорители, пигменты)

Лакокрасочные материалы:

· Лаки

· Эмали

· Грунтовки

· Шпаклевки