Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop

«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»

Решение задач по юриспруденции [праву] от 50 р.

Опыт решения задач по юриспруденции 20 лет!

 

 

 

 


«Ответы на вопросы материаловедению»

/ Материаловедение
Конспект, 

Оглавление

 

1. Жаростойкие и жаропрочные стали

ЖАРОСТОЙКИЕ СТАЛИ. Под жаростойкостью (окалиностойкостью) понимают сопротивление металла окислению в газовой среде при высоких температурах. К жаростойким относят стали, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С.

Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами (хромом, алюминием и кремнием), имеющими большее сродство к кислороду, чем железо, и образующими на поверхности стали плотные оксидные пленки типа (Cr,Fe)2O3, (AI,Fe)2O3 и др. В связи с тем, что диффузия (особенно кислорода) через эти пленки затруднена, наличие на поверхности указанных тонких пленок приводит к торможению процесса дальнейшего окисления. Стали, легированные Сr и Si, называют сильхромами; Сr и А1 – хромалями; Сr–А1–Si – сильхромалями. Среди сильхромов широкое применение получили жаростойкие (с температурой окалинообразования 850°С) и одновременно жаропрочные (до 600°С) стали мартенситного класса 40Х9С2 и 40X10C2M. Стали подвергаются закалке в масле с 1000–1050°С с последующим отпуском при 500–540°С (охлаждение на воздухе; сталь 40Х9С2) или при 720–780°С (охлаждение в масле; сталь 40X10C2M). Ускоренное охлаждение после отпуска в масле или на воздухе необходимо для избежания охрупчивания сильхромов в интервале температур 450–600°С.

Сильхромы применяют для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания и деталей печного отопления.

Сталь 10X13СЮ (сильхромаль) окалиностойка до 950°С; она устойчива в серосодержащих средах. Однако высокое содержание алюминия и кремния в сталях вызывает их охрупчивание, в связи с чем эти элементы добавляют в небольших количествах.

Ферритная сталь 08X17Т жаростойка до 900°С и применяется в теплообменниках.

Аустенитные стали 12Х18Н9Т и 36Х18Н25С2 обладают высокой технологичностью и достаточной прочностью при повышенных температурах. Они жаростойки соответственно до 800 и 1100°С.

Сталь 36Х18Н25С2 благодаря добавке кремния обладает высокой жаростойкостью в среде с повышенным содержанием серы; она применяется для изготовления сопловых аппаратов и жаровых труб в газотурбинных установках.

ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ используются при работе под нагрузкой (в течение заданного промежутка времени) и обладают достаточной жаростойкостью при температурах выше 350°С. Легирование вносит существенный вклад в повышение жаропрочности сталей: во-первых, возрастает энергия межатомной связи в твердых растворах (а следовательно, затормаживаются диффузионные процессы); во-вторых, за счет легирования и термической обработки (закалка с последующим старением) формируется специальная гетерогенная структура, состоящая из твердого раствора и вкрапленных в него дисперсных карбидных или интерметаллидных фаз, когерентных с основой.

Жаропрочные стали перлитного класса – это низколегированные стали (12Х1МФ, 25Х1МФ, 20Х1М1Ф1БР и др.), содержащие 0,08–0,25% С и легирующие элементы – Сr, V, Mo, Nb.

Ряд легирующих элементов (например, Мо, Сr), растворяясь в феррите, затормаживает диффузионные процессы, повышая тем самым прокаливаемость, температуру рекристаллизации и жаропрочность сталей. Роль ванадия и ниобия заключается в образовании дисперсных карбидов, упрочняющих твердый раствор. Хром повышает жаростойкость. Предельное максимальное содержание углерода 0,25% ограничивается опасностью обеднения феррита молибденом и снижения в связи с этим уровня прочностных и технологических свойств. Лучший комплекс механических свойств обеспечивается закалкой в масле или нормализацией с 880–1080°С с последующим высоким отпуском при 640–750°С.

Стали перлитного класса используются для изготовления деталей, длительно (10000 часов и более) работающих в режиме ползучести при температурах до 500–580°С и малых нагрузках: это трубы пароперегревателей, арматура паровых котлов, детали крепежа. Предел длительной прочности () для стали 12Х1МФ при 580°С равен 120 МПа.

Стали мартенситного и мартенситно-ферритного классов (15Х11МФ, 11ХПН2В2МФ, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР и др.) используются при температурах до 580–600°С. Введение в высокохромистые (8–13% Сr) стали вольфрама и ванадия совместно с молибденом способствует существенному повышению их жаропрочности. Стали с меньшим содержанием хрома (до 11% Сr) принадлежат к мартенситному классу, а с большим (11–13% Сr) – к мартенситно-ферритному. Стали закаливают на мартенсит с температур 1000–1100°С в масле или на воздухе. В процессе нагрева под закалку происходит растворение в аустените карбидов М23С6, МС и М6С. После отпуска при 600–750°С стали приобретают структуру сорбита (смесь упрочненного легированного феррита и выделившихся мелких карбидов). Предел длительной прочности стали 15Х12ВНМФ составляет при 55О°С = 200 МПа. Стали используют для изготовления деталей газовых турбин и паросиловых установок.

К жаропрочным сталям мартенситного класса можно отнести также сильхромы 40Х9С2 и 40Х10С2М, рассмотренные в разделе жаростойких сталей.

Аустенитные стали обладают большей жаропрочностью, чем мартенситные, – их рабочие температуры достигают 700–750°С. Аустенитные стали пластичны, хорошо свариваются. По способу упрочнения аустенитные стали подразделяются на три группы:

1)  твердые растворы, не упрочняемые старением;

2)  твердые растворы с карбидным (МС, М7С3, М23Сб, М6С) упрочнением;

3) твердые растворы с интерметаллидным (Ni3Ti, Ni3Al, Ni3(Ti,Al), Ni3Nb и др.) упрочнением.

Стали первой группы (08X15H24B4TP, 09Х14Н19В2БР) применяют в закаленном состоянии (закалка 1100–1160°С, вода или воздух). Эти стали используют для изготовления трубопроводов силовых установок высокого давления, работающих при 600–700°С.

Аустенитные жаропрочные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением, как правило, подвергают закалке с 1050–1200°С в воде, масле или на воздухе и последующему старению при 600–850°С. При закалке происходит растворение карбидов и интерметаллидов в твердом растворе (аустените) с их последующим выделением в мелкодисперсном виде при старении. Иногда применяют двойную закалку и ступенчатое старение.

В аустенитных сталях с карбидным упрочнением 45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС высокая жаропрочность достигается введением в хромоникелевый аустенит 0,3–0,5% углерода и карбидообразующих элементов – Mo, W, V и др. После закалки, в процессе последующего старения образуются дисперсные карбиды типа М23С6и МС, повышающие механические свойства сталей. Сталь 45Х14Н14В2М в отожженном состоянии (после выдержки при 810–830°С с охлаждением на воздухе) используют для изготовления клапанов авиационных двигателей.

Стали с интерметаллидным упрочнением (10Х11Н20ТЗР, 10Х11Н23Т3МР) содержат небольшое количество углерода и дополнительно легированы титаном, алюминием, молибденом и бором. Титан и алюминий образуют основную упрочняющую γ'-фазу (Ni3Ti или Ni3TiAl). Бор упрочняет границы зерен аустенита. Молибден легирует твердый раствор, повышая энергию межатомной связи. Стали используют для изготовления камер сгорания, дисков и лопаток турбин, а также сварных конструкций, работающих при температурах до 700°С.

Жаропрочные сплавы на железоникелевой основе (например, ХН35ВТ, ХН35ВТЮ и др.) дополнительно легированы хромом, титаном, вольфрамом, алюминием, бором. Они упрочняются, как и аустенитные стали, закалкой и старением. Сплав ХН35ВТЮ применяют для изготовления турбинных лопаток и дисков, колец соплового аппарата и других деталей, работающих при температурах до 750°С.


2. Полистирол. Получение. Применение

Полистирол – один из пластиков, широко применяемый в производстве товаров бытового назначения, строительстве и рекламе. Листы полистирола получают экструзионным способом. В немодифицированном состоянии полистирол – хрупкий материал. Путем введения в исходное сырье специальных добавок, повышающих ударопрочность и пластичность, получают ударопрочный полистирол (по международному обозначению HIPS).

Получение полистирола

Прозрачную жидкость – стирол – превратим в полистирол. Для полимеризации понадобятся нагревание и катализатор. В промышленности в качестве катализатора применяют перекись бензоила в количестве 0,1–0,5% от массы мономера и проводят полимеризацию при 80–100°С. (Сухая перекись бензоила – взрывчатое вещество. Поэтому ее обычно используют в увлажненном состоянии.) Если удастся достать перекись бензоила, то проведем опыт следующим образом. В шесть пробирок нальем равные количества стирола – по 5–10 г в каждую пробирку – и затем добавим катализатор в возрастающих количествах – 0; 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 и 1% (масс.). Содержимое пробирок нужно перемешать и выдержать их в сушильном шкафу при 80°С в течение 24–62 часов.

Если же перекиси бензоила нет, то можно провести опыт иначе. В колбу на 100 мл вставим обратный холодильник (можно использовать посуду на шлифах или вставить холодильник в пробку, обмотанную алюминиевой фольгой) и нагреем в ней 30 г стирола и 10 мл 30 %-ного раствора пероксида (перекиси) водорода. При необходимости можно позднее добавить через холодильник еще немного пероксида водорода.

Колбу нужно греть горелкой через асбестированную сетку или на песочной бане в течение нескольких часов. Масса постепенно будет становиться все более вязкой и, наконец, при охлаждении затвердеет. Чтобы извлечь ее из колбы, придется либо снова ее расплавить и вылить в чашку, либо экстрагировать ее бензолом, либо разбить колбу.

Определим температуру размягчения и плотность полученного полистирола, исследуем его растворимость и поведение по отношению к различным химическим реактивам. Полистирол растворяется в ацетоне, эфире, тетрахлорметане (четыреххлористом углероде), бензоле и метилбензоле (толуоле). Он неустойчив по отношению к концентрированной серной кислоте, с другими же кислотами, а также со щелочами не реагирует. Куски полистирола легко можно прочно склеить. Для этого смочим склеиваемые поверхности бензолом или другими растворителями, плотно сожмем и выдержим под небольшим давлением.

Итак, мы познакомились с основными свойствами полистирола. Остается еще разобраться в том, как собственно происходит полимеризация стирола. Процесс состоит из трех стадий. Вначале в некоторых из многих молекул, содержащихся в реакционном сосуде, благодаря повышенной температуре и присутствию катализатора расщепляются двойные связи. Иными словами, эти молекулы активируются (первая стадия полимеризации): 

Затем активные частицы активируют следующие молекулы стирола и соединяются с ними, образуя цепь (следующая стадия): 

Рост цепи прекращается, если соединяются две растущие цепи или если к растущей цепи присоединяется другой остаток, например фрагмент катализатора. Эта стадия называется обрывом цепи.

Упрощенная формула полистирола имеет вид:  

Разумеется, мы не сможем изобразить все полученные цепные молекулы. Но в этом и нет необходимости. Достаточно лишь указать основное звено цепи и степень полимеризации п. Изменяя условия полимеризации, мы можем регулировать величину n. При высоких температурах полимеризация происходит очень быстро с образованием коротких цепей, и полимер получается хрупким. В промышленности требуется высокая степень полимеризации.

Полистирол – идеальный заменитель стекла. Великолепная прозрачность и легкость в использовании. Сырье представляет собой полимер с прекрасными физическими и химическими свойствами, в результате чего получается продукт удобный для использования как внутри, так и снаружи помещения. К тому же полистирол значительно дешевле чем оргстекло.

Гладкий прозрачный полистирол служит альтернативой стеклу, там, где требуется внутреннее остекление помещений. Прозрачный полистирол прекрасно пропускает свет, но воздействие прямых солнечных лучей может вызвать пожелтение, помутнение, снижение прочностных характеристик.

В прозрачном и полупрозрачном (различных оттенков) виде идеально подходит для внутреннего остекления, прекрасно подходит для изготовления декоративных перегородок, душевых кабин, а также для изготовления торгового и выставочного оборудования, может использоваться для изготовления рассеивателей света, а также может применяться для изготовления вывесок. Допускается контакт прозрачного полистирола с пищевыми продуктами.

Фактурный полистирол (колотый лед, пинспот, призма) и цветной полистирол часто используется для изготовления витражей, перегородок, подвесных потолков, светильников, в том числе встроенных. Фактурный полистирол хорошо рассеивает свет, который, отражаясь от многочисленных граней на поверхности, искрится.

Антибликовый полистирол – с односторонней обработкой поверхности, препятствует отражению источников света, предотвращает нежелательные тени, сохраняет натуральные цвета картины.

Во избежание повреждения поверхности листы покрывается защитной пленкой с двух сторон.

Основные преимущества полистирола, по сравнению с силикатным стеклом, в том, что он уменьшает потерю тепла, увеличивают теплоизоляцию, препятствует сквознякам и конденсации влаги, сокращает расходы на обогрев, химически инертен. Белый полистирол отлично формуется, равномерно распределяя толщину стенок готового изделия. В отличие от ПВХ он имеет более жесткую прочную структуру.

 

 

 

 

 


Основные технические характеристики полистирола

 

Характеристики

Стандарт

Ед. изм.

 

1. Общие:

удельный вес

D 1505

г/см³

1,05

твердость по Роквеллу

D-785

M scale

76

2. Оптические:

светопроницаемость

5036

%

93,7

коэффициент преломления

53491

 

1,59

3. Механические:

модуль гибкости

53452

МПа

3200

устойчивость на изгиб

53452

МПа

100

модуль растяжения

53455

МПа

3100

устойчивость на растяжение

53455

МПа

50

устойчивость на удлинение

53455

%

3

4. Термические:

температура размягчения по Вика

53460

°С

>98

температура отклонения

53461

°С

86/98

тепловой объем

D-2766

Дж/г К

1,8

коэффициент линейного расширения

53752

К-1 х 10-5 

8

теплопроводность

52612

Вт/ м К

0,17

температура разложения

 

°С

>280

максимальная рабочая температура

 

°С

80

температура формовки

 

°С

130 - 170

5. Ударные:

ударная вязкость при испытании с надрезом (Изод)

ISO 180

кДж/м²

10

ударная вязкость при испытании с надрезом (Харп)

53453

кДж/м²

14

 

 


Применение:

- изготовление вывесок
- изготовление рекламных щитов, штендеров
- изготовление указателей и информационных табличек
- изготовление декорации объемных букв, может служить задней стенкой объемных букв
- изготовление внутреннего остекления помещений
- замена оконных стекол
- отделка внутренняя и наружная
- производство торгового и выставочного оборудования, перегородок
- изготовление душевых кабин
- в оранжереях и теплицах
- изготовление электротехники: защитные экраны для цифровых табло, рассеиватели светильников, декоративные элементы розеток и выключателей
- создание трехмерных объектов методом термоформовки.


3. Процесс продольной прокатки

 

Прокатку производят на металлургических и машиностроительных заводах, при этом получают прокат – готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием (выдавливанием), волочением или резанием. В прокат перерабатывают около 80% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Прокат используют в строительстве, машиностроении и металлообработке.

 

 

В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, труб-вый, периодический и специальный. На рис. 1 приведены виды сортового проката общего назначения: 1 – квадратный; 2 – круглый; 3 – полосовой; 4 – угловой; 5 – двутавровый; 6 – швеллерный; 9 – тавровый и некоторые виды сортового проката специального назначения – 7 и 8 – рельсовый; 10 – шпунтовый; 11 – полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 – полоса для ободьев колес автомобилей.

Трубы в зависимости от технологии их производства делят на бесшовные и сварные. К специальным видам проката относят весьма широкий ассортимент продукции: цельнокатаные колеса для вагонов, бандажи, оси, валы, шары, зубчатые колеса, сверла и многое другое.

Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатных станов. Существуют три основные вида прокатки: продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения).

 

 

При продольной прокатке (рис. 2) валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h0 которой уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Важнейшей характеристикой при прокатке является обжатие. Абсолютное обжатие Δh = h 0h1; относительное обжатие ε (%) вычисляется по формуле:

Относительное обжатие за один проход зависит от угла захвата а и составляет 10-60%. Путем простейших вычислений можно найти, что Δh = D (1 – соs α), т.е. абсолютное обжатие увеличивается с увеличением диаметра валка D и угла α. Угол захвата а при прокатке в насеченных валках составляет 27-34°, при прокатке сортового материала – 22-24°, при горячей прокатке листов 15-22°, при холодной прокатке 3-8°.

Валки для прокатки отливают из отбеленного чугуна или выковывают из углеродистой или легированной стали. Их делают гладкими (применяют при прокатке листов), или калиброванными с ручьями (канавками) по окружности (для сортового и фасонного проката). Профиль, составленный смежными ручьями двух валков, называют калибром.

 



0
рублей


© Магазин контрольных, курсовых и дипломных работ, 2008-2019 гг.

e-mail: studentshopadm@ya.ru

об АВТОРЕ работ

 

Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop

«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»

Решение задач по юриспруденции [праву] от 50 р.

Опыт решения задач по юриспруденции 20 лет!