Пластические массы. Форма молекул полимеров
Пластмассами называют материалы, основой которых являются полимеры, т.е. высокомолекулярные соединения, состоящие из большого числа звеньев (мономеров). Сырьём для получения синтетических полимеров являются уголь, нефть, газ, горючие сланцы. По своему строению молекулы полимеров могут быть ленточными (цепочечными), разветвленными и сетчатыми. В зависимости от строения молекул, меняются и свойства изготовляемых пластмасс. Способов синтеза полимеров существуют достаточно много. Но наиболее распространёнными являются три: 1) полимеризация, когда мономеры соединяются в полимер без образования побочных продуктов; 2) поликонденсация – при образовании полимера образуются побочные продукты и состав полимера отличается от исходных мономеров; 3) химическая модификация – осуществляется путем замены атомов водорода в исходных мономерах атомами других элементов, чаще всего хлора и фтора. По своему составу пластмассы делятся на простые, в состав которых входят лишь чистые полимеры, и сложные, в которые помимо полимеров входят другие вещества (наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, красители и др.). Наполнители – это, как правило, инертные по отношению к полимерам вещества (древесная мука, угольный порошок, текстильная крошка, асбест, бумага и др.). Наполнители вводят для изменения механических свойств, повышения стойкости в различных средах, а также для удешевления пластмасс. Количество наполнителей может меняться от 20 до 70 %. Пластификаторы вводят для повышения эластичности, улучшения формуемости изделий, повышения огнестойкости и морозоустойчивости. Пластификаторами являются, как правило, различные эфиры. Их вводят от 5 до 20 %. Стабилизаторы вводят для повышения долговечности пластмасс. Они замедляют процессы старения молекул полимеров при тепловом и световом воздействии. Чаще всего в качестве стабилизаторов используют различные спирты и гидроксиды. Отвердители переводят линейные полимеры в сетчатые, что приводит к твердению пластмасс. Чаще всего для этих целей используют оксиды различных металлов. Смазывающие вещества (стеарин, олеиновую кислоту и др.) вводят для предотвращения прилипания пластмасс к оборудованию. Красители применяют для придания пластмассам декоративных свойств, порообразователи – при производстве газонаполненных пластмасс. Иногда в состав пластмасс вводят специальные добавки для предотвращения грибкового поражения, или против грызунов. В зависимости от поведения полимеров при нагревании и охлаждении пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются, а при охлаждении – затвердевают. Никаких изменений по завершении цикла нагревохлаждение в строении молекул полимера не происходит, пластмасса своих свойств практически не меняет. Цикл нагрев-охлаждение может повторяться многократно. Термореактивные пластмассы (иногда их называют реактопластами) при нагреве испытывают перестройку молекул полимера в сетчатые, при этом происходит так называемая «сшивка» молекул. В результате этих процессов при охлаждении пластмасса претерпевает необратимые изменения свойств, которые нельзя восстановить повторным нагревом. По структуре полимеры могут быть аморфными и кристаллическими, хотя «кристалличность» полимеров коренным образом отличается от кристаллического строения металлических материалов. При кристаллизации полимеров в отдельных участках молекулы полимера выстраиваются в определённом порядке, образуя большие пачки, пластины, волокна. Процесс кристаллизации, в отличие от металлов, протекает очень медленно. Поэтому, как правило, пластмассы при комнатной температуре возможно получить в аморфном виде. Механические свойства пластмасс обычно описывают термомеханическими кривыми, т.е. графиками, построенными в координатах «скорость деформации – температура». В зависимости от температуры и приложенных напряжений, пластмассы могут вести себя, как стеклообразные (хрупкие), высокоэластичные и вязкотекучие материалы. При температуре ниже ТХР, пластмасса под действием нагрузки разрушается хрупко, без проявления пластической деформации. Высокоэластичным называют состояние, когда в молекулах полимера под действием приложенных нагрузок сегменты распрямляются, но смещения молекул друг относительно друга не происходит. После снятия нагрузки сегменты полимеров возвращаются к прежнему состоянию, и эластичная деформация исчезает. При дальнейшем повышении температуры под действием приложенной нагрузки молекулы полимера начинают смещаться относительно друг друга, возникающая деформация не исчезает после снятия нагрузки. Такое состояние пластмасс называется вязкотекучим, это состояние приводит к разрушению пластмассы. В качестве конструкционных материалов пластмассы чаще всего используют в стеклообразном состоянии.
70 Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом, показать на ней структуры по всем ее зонам, а также характерные линии (ликвидус, солидус, АI, A3, Am). Справа от диаграммы построить схематическую кривую медленного охлаждения от 1600 до 600°С сплава с содержанием углерода согласно таблицы 2, описать превращения, происходящие в заданном сплаве, и охарактеризовать скорости его охлаждения на каждом участке кривой, дать определение всем образующимся по ходу охлаждения структурам
Таблица 2 Задание к вопросу 7
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается при температурах, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и закан-чивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус). При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE. При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кри-сталлы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3 Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристалл-лизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита. Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических — аустенит+ледебурит, эвтектических — ледебурит и заэвтектических — цементит (первичный)+ледебурит. Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита. Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, ко-торая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8 П[Ф0,03+Ц6,67]. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом. Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точкаQ), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит+цементит третичный и называются техническим железом. Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит+перлит и заэвтектоидные – перлит+цементит вторичный в виде сетки по границам зерен. В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода(линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит+цементит). Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состо-ит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного. Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением: C = K + 1 – Ф, где С – число степеней свободы системы; К – число компонентов, образующих систему; 1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях); Ф – число фаз, находящихся в равновесии.
а) б) Рисунок 1: а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 6,5% углерода. Сплав железа с углеродом, содержащий 6,5%С, называется заэвтектическим чугуном. Его структура при комнатной температуре Цементит (первичный)+Ледебурит(П+Fe3C).
80 Указать назначение, определить температуры нагрева, время прогрева, скорость охлаждения и охлаждающие среды для отжига, закалки и отпуска образцов из углеродистой стали с содержанием углерода согласно таблицы 3 Таблица 3 Задания к вопросу 8
Ответ должен быть оставлен по форме таблицы, помещенной в п. 3 методических указаний.
Стали У10-У13 подвергают неполной закалке. Инструмент сечением более 15 мм охлаждают. Инструменты меньшего сечения для уменьшения деформаций и опасности растрескивания закаливают в масле или расплавах солей при 160...200 °С. Сталь У13 обладает максимальной твердостью, используется для изготовления напильников, граверного инструмента. Для снижения твердости и создания благоприятной структуры, все инструментальные стали до изготовления инструмента подвергают отжигу. Для заэвтектоидных сталей проводят сфероидизирующий отжиг, в результате которого цементит вторичный приобретает зернистую форму. Регулируя скорость охлаждения можно получить любой размер зерен. Окончательная термическая обработка – закалка с последующим отпуском. Закалку для доэвтектоидных сталей проводят полную, а для заэвтектоидных – неполную. Структура закаленных сталей или мартенсит, или мартенсит и карбиды. Температура отпуска выбирается в зависимости от твердости, необходимой для инструмента. Для инструментов ударного действия, требующих повышенной вязкости, из ст. У7, У8 отпуск проводят при темпе-ратуре 280…300oС, что обеспечивает твердость HRC 56…58. Для напиль-ников, метчиков, плашек отпуск проводят при температуре 150…200oС, обеспечивается получение максимальной твердости — НRC 62…64. Сталь У13 ГОСТ 1435-99
Применение. Для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки): напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов. Основными недостатками углеродистых инструментальных сталей является их невысокая прокаливаемость (5…10 мм), низкая теплостойкость (до 200oС), то есть инструменты могут работать только при невысоких скоростях резания. 90 Расшифровать марки и указать назначение конструкционных материалов, заданных в таблице 4, согласно варианту.
Таблица 4 Задания к вопросу 9
1. Сталь Ст0
Механические свойства при Т=20 °С стали Ст0
Технологические свойства стали Ст0
Химический состав в % стали Ст0
Механические свойства:
Физические свойства :
Магнитные свойства :
Свариваемость :
2. Чугун СЧ15
Химический состав в % материала СЧ15 ГОСТ 1412 - 85
Литейно-технологические свойства материала СЧ15 .
Механические свойства при Т=20oС материала СЧ15 .
Физические свойства материала СЧ15 .
Сталь 08Фкп
Химический состав в % материала 08Фкп
08Фкп - Сталь конструкционная углеродистая качественная 4. Сталь 08
Химический состав в % материала 08 ГОСТ 1050 - 88
Температура критических точек материала 08.
Технологические свойства материала 08 .
Механические свойства при Т=20oС материала 08 .
Физические свойства материала 08 .
5. Сталь 20Х20Н14С2 ГОСТ 5632-72 Сталь аустенитно-ферритного класса
Применение: Печные конвейеры, ящики для цементации и другие детали термических печей. 6. Сплав АЛ2 Сплав АЛ2 содержит 10 – 13 % кремния, по диаграмме – заэвтектический. Структура состоит из эвтектики и крупноигольчатых кристаллов кремния, которые снижают пластичность и прочность сплава. Для улучшения структуры и повышения свойств силумины модифицируют фтористыми и хлористыми солями натрия. Натрий сдвигает эвтектическую точку диаграммы вправо вниз, и сплав становится доэвтектическим. Строение эвтектики измельчается, а вместо кристаллов кремния в структуре появляются кристаллы мягкой и пластичной фазы – твердого раствора. Это приводит к увеличению пластичности до 10 – 12 % и прочности – до 180 – 200 МПа. Сплав АЛ2 термическому упрочнению не подвергается. Из него отливают тонкостенные детали сложной формы и детали, испытывающие ударные нагрузки, к которым предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости. Силумины легируют магнием, медью, марганцем, титаном и др. Наибольшее применение получили сплавы с магнием (АЛ9), магнием и марганцем (АЛ4). Легированные силумины применяют для средних и крупных литых деталей ответственного назначения (корпусы компрессоров, картеры, головки цилиндров и т. п.). Их используют для литья под давлением тяжелонагруженных деталей (блоков цилиндров, головок блоков автомобильных двигателей).
7. Сплав Д1 (1110) ГОСТ 4784-74
В полуфабрикатах из которых изготавливают изделия пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15%, массовая доля мышьяка – не более 0,015% Полиэтилен
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1296)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |