Файл: Направление 13. 04.doc

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Институт энергетики

Кафедра «Электроэнергетика и электротехника»

Направление 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Физико-химические основы материаловедения и технологии получения

наименование дисциплины по учебному плану

композиционных материалов»

на тему:

Вариант №2

наименование темы/вариант

Студент(-ка)

Попов Виктор Александрович

Фамилия, имя, отчество студента

курса

2

группы

м-ЭЛЭТз-21

№ зач. кн.

212857

Оценка

«

»

20

23

г.

(цифрой и прописью)

(дата)

Преподаватель:

Доцент, к.т.н.

/ А.С. Наконечных /

должность, ученая степень, уч. звание

подпись

Инициалы Фамилия

Рег. № « » 20 г. / / (подпись) (ФИО регистрирующего лица)

---

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедение можно отнести к тем разделам физики и химии, которые занимаются изучением свойств материалов. Кроме того, эта наука использует целый ряд методов, позволяющих исследовать структуру материалов. При изготовлении наукоемких изделий в промышленности, особенно при работе с объектами микро- и нано- размеров необходимо детально знать характеристику, свойства и строение материалов. Решить эти задачи и призвана наука – материаловедение.

Началом развития материаловедения можно считать тот момент, когда человек впервые начал выбирать, что ему взять в руку - палку или камень, то есть зарождение материаловедения совпадает с началом каменного века.

Следовательно материаловедение - это одна из старейших форм прикладной науки, прошедшая вместе с человечеством долгий путь от примитивной обработки камня и изготовления простейшей керамики и заканчивая современными сверхпопулярными нанотехнологиями. Долгое время металлургия и металловедение превалировали в материаловедении, то есть наука о материалах приравнивалась фактически к науке о металлах.

Современное материаловедение также базируется на металловедении, однако помимо металлов и сплавов материаловедение изучает множество других разнообразных материалов как по назначению (пластики, полупроводники, биоматериалы), так и по составу (углеродные материалы, керамика, полимеры и т.д.)

Благодаря уникальным технологическим и эксплуатационным свойствам армированные волокнистыми наполнителями пластики находят широкое применение в различных отраслях экономики: в авиа- и ракетостроении, автомобиле- и судостроении, строительстве и в энергомашиностроении, для производства спортивного инвентаря и продукции культурно-бытового назначения, медицине, искусстве и др.

Особенно интенсивно растет использование стеклопластиков на основе термопластичных полимеров, что связано с относительной простотой утилизации отходов и отработавших свой ресурс изделий из этих материалов. Такой опережающий рост потребления стеклопластиков на термопластичной матрице характерен, прежде всего, для стран Западной Европы, где вопросам защиты окружающей среды (в том числе и от отходов) уделяется большое внимание [5].

---

Отпуск стали – вид термической обработки, применяемый для изделий, прошедших закалку с полиморфным превращением. Что значит «отпущенная сталь»? Это сталь, нагретая ниже температур, при которых происходит изменение типа кристаллической решетки. Далее металл выдерживается в нагретом виде определенное время, затем следует медленное охлаждение, как правило, на воздухе. Назначение отпуска – ослабление или ликвидация внутренних напряжений, увеличение пластичности и вязкости, некоторое уменьшение твердости, полученной при закалке, снижение хрупкости. От правильного выполнения термообработки во многом зависит качество закаленной детали. В зависимости от целевого назначения, выбирают оптимальный режим процесса [2].

РАСШИФРОВКА МАРОК ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Цель работы: Изучение марок железоуглеродистых сплавов, характерные особенности состава и свойств сплавов:

Ст5кп; 45

А12; У12; У12А

У7; У11А;

КЧ33-8; ВЧ100

ВЧ 35; ВЧ 100

Задание №1: Расшифровать марки углеродистых сталей.

Ст5кп – Сталь углеродистая обыкновенного качества марки №5, кипящая.

45 – Сталь качественная конструкционная с содержанием углерода 0,45%.

А12 – сталь повышенной обрабатываемости резанием с содержанием 1,2% углерода.

У12 – сталь качественная инструментальная с содержанием 1,2% углерода.

У12А – сталь высококачественная инструментальная с содержанием 1,2% углерода.

У7 – сталь качественная инструментальная с содержанием 0,7% углерода.

У11А – сталь высококачественная инструментальная с содержанием 1,1% углерода.

КЧ33-8 – ковкий чугун, σ = 330 МПа, δ = 8%.

ВЧ35 – высокопрочный чугун, σ = 350 Мпа.

ВЧ100 – высокопрочный чугун, σ = 1000 Мпа.

СРЕДНИЙ ОТПУСК

Отпуск стали –это чаще всего финальная термическая обработка после закалки, представляющая собой процесс нагрева полуфабрикатов и изделий до определенной температуры с последующим охлаждением. Ее основное назначение – ликвидация внутренних напряжений, отрицательно влияющих на технические параметры металлоизделий.

Самой главой характеристикой процедуры отпуска является температура, при которой она выполняется. По этому показателю данная термообработка подразделяется на три вида. Такие как низкий отпуск, средний отпуск и высокий отпуск. Рассмотрим средний отпуск подробнее.

---

Рисунок 1- Виды термообработки

Средний отпуск

Этот метод термообработки выполняется путем разогрева металла и его выдержки с поддержанием температуры в диапазоне + 300 °C≤Т≤ +450 °C обычно на протяжении не менее 2-х и не более 4-х часов. Охлаждение происходит на открытом пространстве в условиях естественной окружающей среды. При этом такие процессы, как

• 
  перестройка металла, сопровождающаяся упорядочиванием его дислокационной структуры – полигонизация;
  
• 
  формирование и увеличение в размерах одних зерен кристалла за счет иных – рекристаллизация
  

Главная цель термообработки рассматриваемого вида – придание деталям требуемых показателей упругости, релаксационной устойчивости, вязкости не в ущерб высоким прочностным свойствам. Сплавам, полученным способом среднего отпуска, характерна трооститная структура и им присуща твердость, устанавливаемая по методике Роквелла, на уровне от 45НRС до 50НRС.

Данный метод термообработки актуален, преимущественно, для элементов конструкций и метизов, при производстве которых использовались стали рессорно-пружинного типа. (например, 65C2BA. 70C3A). В число таких изделий входят: гнутые стальные полосы, соединенные воедино скобами – рессоры; ковочные одно- и многоручьевые штампы; упругие элементы в виде спирали – пружины; пилы, предназначенные для работы с деревом и т.д. К ним выдвигается такое основное требование: устойчивость к воздействию переменных динамических нагрузок.

АРМИРОВАННЫЕ ПЛАСТИКИ

Большую группу композиционных полимерных материалов составляют армированные пластики, в которых в качестве полимерной матрицы применяются различные термореактивные и термопластичные полимеры, а для арматуры используются волокнистые и листовые материалы из стекла, полимеров, базальта, углерода и других материалов.

Армированные пластики широко применяются в авиационно-космической технике, различных отраслях машиностроения, строительстве, при изготовлении аттракционов, водных горок, бассейнов, спортинвентаря и других товаров народного потребления.

К достоинствам армированных пластиков относятся:

- высокая прочность при низкой плотности, что позволяет заменять сталь в конструкциях машин и механизмов;

- устойчивость к воздействию агрессивных сред, что обеспечивает изделиям из них длительные сроки эксплуатации без применения защитных покрытий;

---

- низкая материалоемкость изготовленных из них изделий, что позволяет снизить массу и расходы на эксплуатацию мобильной техники;

- высокая технологичность, заключающаяся в возможности изготовления крупногабаритных изделий сложной формы без дорогостоящей технологической оснастки и оборудования;

- возможность регулирования в широких пределах тепло- и электропроводности, радио- и светопрозрачности в зависимости от типа применяемых армирующих волокон;

- возможность ремонта в «полевых» условиях без применения специального оборудования;

- низкие капитальные затраты на организацию производства изделий из армированных пластиков;

- работоспособность в широком диапазоне температур и напряжений.
Требования к материалам.

Матричный материал из термопластичного полимера инженерного качества должны соответствовать определенным требованиям, чтобы в первую очередь быть пригодными для армированного волокном полимера и последовательное успешное самоупрочнение. Матрица должна быть способна должным образом пропитаться и химически связываться с армирующим волокном в течение подходящего периода отверждения. Матрица также должна полностью охватывать волокна, чтобы защитить их от порезов и надрезов, которые могут снизить их прочность, и силы волокна. Волокна также должна храниться отдельно друг от друга, чтобы в случае отказа он был максимально локализован. Наконец, матрица должна быть из пластика, который остается химически и стабильно физически во время и после процессов армирования и формования. Чтобы быть качественными в качестве армирующего материала, волокнистые добавки должны повышать предел прочности на разрыв и модуль упругости матрицы и соответствовать условиям следующим образом: могут быть пригодны критерии содержания волокна; и между волокнами и матрицей должно быть оптимальное соединение [5].

СПОСОБЫ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ, В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ И В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Мартеновская печь– это пламенная отражательная регенеративная печь (рисунок 2). Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками.

---