Материаловедение

ГАОУ СПО УЧАЛИНСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

Домашняя контрольная работа

по дисциплине: «Материаловедение»

студента заочного отделения группы ПРМ-11−3

Булатова Ивана Андреевича Вариант № 6

Проверил: преподаватель по предмету «Материаловедение»

Ахабзянова Л.Ю.

Учалы 2015

1. Тема: Древесные материалы Главным показателем механических свойств древесины является ее прочность, способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил. Для определения технологичности очень важным показателем будет твердость, т. е. сопротивляемость обработке различным инструментом. Пластичность является также важным показателем технологичности, т.к. это свойство древесины изменять свою форму без признаков разрушения в процессе гнутья. Пластичность предполагает сохранение древесиной приданной гнутьем формы после снятия нагрузки. Упругость же, наоборот, предполагает восстановление первоначальной формы после снятия внешней нагрузки. Большое значение имеют плотность древесины, влажность, показатели усушки, разбухания, теплопроводности. Рассмотрим их подробнее:

Плотность.

При условии влажности не более 12% по показателям плотности древесину можно разделить на следующие группы:

— высокой плотности — 750 кг/м3 и выше;

— средней плотности — 550 — 740 кг/м3;

— малой плотности — 540 кг/м3 и ниже.

Влажность.

Свойство древесины, характеризующее количество содержащейся в ней влаги. Структура древесных волокон такова, что влага лучше всего проникает через торцевые поверхности. Влага, находящаяся в полостях клеток и межклеточном пространстве, называется свободной, а в клеточных стенках — связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевается соотношение массы, заключенной в ней влаги, к массе сухой древесины.

По степени влажности древесина может быть:

— абсолютно сухой (влажность равна 0%);

— комнатно-сухой (влажность от 8 до 15%);

— воздушно-сухой (влажность от 16 до 20%);

— полусухой (влажность от 21 до 23%);

-· сырой (влаги более 23%);

-· свежесрубленной (влажность от 40 до 75%);

-· мокрой (влажность более 75%);

Теплопроводность.

Способность древесины проводить тепло от одной поверхности к другой. Теплопроводность зависит от ее влажности и объемного веса. Влажная древесина имеет более низкий коэффициент теплопроводности. Вес древесины зависит от породы: хвойные имеют меньшую плотность, а, следовательно, и меньшую теплопроводность. Превосходство по теплопроводности дерева над кирпичом очевидно, поскольку кирпичные стенки толщиной 510 мм (в два кирпича) обладают такими же термоизоляционными свойствами, как и стена из деревянного бруса толщиной 100 мм, а по стоимости эти материалы несравнимы. К тому же, деревянные стены «накапливают» тепло и распределяют его по всему помещению. В таком доме будет тепло даже в самый лютый мороз.

Звукопроводность.

Свойство дерева проводить звук. Звук в различных направлениях распространяется с неодинаковой интенсивностью. Звукопроводность древесины вдоль волокон в 4 — 5 раз выше, чем поперек волокон.

5. Усушка.

Уменьшение общего объема древесины из-за испарения из нее влаги. Усушка прямо пропорциональна степени уменьшения влажности древесины. В различных направлениях древесина усыхает неодинаково. При уменьшении влажности от 30 до 0% усушка составляет следующие величины: вдоль волокон — 0,1%, по радиальному направлению — от 4 до 8%, по тангенциальному — от 8 до 12%.

Разбухание.

Процесс, обратный усушке. Высокая гигроскопичность является причиной того, что древесина хорошо впитывает влагу, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают. Избыток влаги в древесине ухудшает ее физико-механические свойства. При сушке влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает ее качество.

К недоставкам древесины, которую используют в горном деле в основном для крепи, можно отнести её гниение и возгораемость. Для увеличения срок службы древесины применяют её пропитку антисептиками (хлористый цинк, фтористый натрий, кремнефтористый натрий). Срок службы увеличивается в 2 — 5 раз. Для повышения огнестойкости дерево пропитывают растворами извести, жидким стеклом.

Как отмечалось выше, в горном деле древесину используют в основном для крепи. Применяют следующие породы леса: сосна, ель, дуб, лиственница, бук, граб и пихта. В некоторых случаях используют акацию, клён, ясень. Используют лес из здоровых, прямых деревьев, не имеющих пороков (гниль, паразитические грибки, трещиноватость, сучковатость, косовитость). Сучковатость снижает прочность древесины на 30 — 40%. Дерево применяют в виде: стоек, подтоварника, брёвен, обапол (горбыля). Стойка — отрезки круглого леса длиной от 0,5 — 3,5 м и толщиной от 7 до 23 см. Подтоварник — отрезки круглого леса длиной более 3 м и толщиной до 20 см. Бревно — длина более 4 м и толщина более 20 см.

древесина каучук бетон пластмасса

2. Тема: Резина Резина — искусственный материал, получаемый специальной обработкой (вулканизацией) смеси каучука с различными добавками.

Вулканизация — превращение каучука в резину, осуществляемое с участием так называемых вулканизирующих агентов (например, серы) или под действием ионизирующей радиации.

При вулканизации синтетических каучуков их макромолекулы связываются поперечными связями (мостиками из серы), что позволяет повысить механическую прочность, эластичность и теплостойкость получаемых материалов — вулканизированных каучука и резины. В отличие от каучуков резины не имеют пластических деформаций и не растворяются в органических растворителях. При нормальной температуре резина находится в высокоэластичном состоянии. Ее эластичные свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Основные потребительские свойства резиновых материалов: плотность (910 — 2050 кг/м3); низкая теплопроводность; эластичность (Е= 1 — 10 МПа; д = = 1000%) при времени релаксации более 10−4 с; несжимаемость (м = 0,4 — 0,5); диэлектрические свойства (соэ= 1010 — 1015 Ом· см;? = 2,5 — 4; tg д = 0,005 — 0,01); химическая стойкость; низкие газои водопроницаемость; высокое сопротивление разрыву и износу.

В настоящее время резиновые материалы классифицируются по виду сырья, виду наполнителя, степени упорядочения макромолекул и пористости, технологическим способам переработки, типам теплового старения и изменению объема после пребывания в нефтяной жидкости.

Классификация по виду сырья учитывает наименование каучуков, явившихся исходным сырьем при производстве резиновых материалов: НК — натуральный каучук, СКВ — синтетический каучук бутадиеновый, СКС — бутадиен-стирольный каучук, СКИ — синтетический каучук изопреновый, СКН — бутадиен-нитрильный каучук, СКФ — синтети-ческий фторосодержащий каучук, СКЭП — сополимер этилена с про-пиленом, ХСПЭ — хлорсульфополиэтилен, БК — бутилкаучук, СКУ — полиуретановые каучуки.

По виду различают наполнители для резиновых материалов порош-кообразные и ткани.

По степени упорядочения макромолекул и пористости резиновые материалы могут быть мягкими, жесткими (эбонитовыми), пористыми (губчатыми) и пастообразными. Плотность губчатой резины 100 — 750 кг/м3.

Среди технологических способов переработки для резиновых материалов используются выдавливание, прессование и литье.

По тепловому старению существуют семь типов: Т07, …, Т25.

По изменению объема после пребывания в нефтяной жидкости различают семь классов: К1, …, К7.

В горном деле резина используется прежде всего в качестве шин и резинотехнических изделий.

3 Тема: Бетоны Бетоны — искусственные камневидные материалы, получаемые в результате формования и твердения рационально подобранной, тща-тельно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого (песок) и крупного (щебень или гравий) заполнителей. До затвердевания эта' смесь называется бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними получается цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей. Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после смешивания бетонной смеси с водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки заполнителей, придающей бетонной смеси подвижность (текучесть). Цементное тесто, твердея, связывает зерна заполнителей, и получается искусственный каменный материал — бетон.

Для приготовления бетонной смеси используют водопроводную, питьевую, а также любую воду, имеющую водородный показатель pH не менее 4, т. е. не кислую. Природные воды для приготовления бетона должны браться из мест, достаточно удаленных от места выпуска сточных вод, так как последние содержат жиры, растительные масла, сахар, кислоты и др. и их нельзя использовать для приготовления бетонной смеси. Вода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л (в пере-счете на S04) и всех солей более 5000 мг/л.

Морская вода и другие соленые воды, удовлетворяющие приведенным выше условиям, могут применяться для изготовления бетонной смеси, за исключением бетонирования внутренних конструкций жилых и общественных зданий, а также надводных железобетонных сооружений в жарких и сухих местах. Морские соли могут выступить на поверхности бетона и вызвать коррозию стальной арматуры.

При выборе вяжущего вещества для бетона учитывают требования, предъявляемые к бетону, — прочность, морозостойкость, химическая стойкость и др. На практике наиболее широко применяют портландцемент марок 400 — 500. Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цементом и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой цементного камня при твердении. Пористые заполнители умень-шают плотность и теплопроводность бетона.

При использовании гравия в качестве заполнителя для бетонных смесей его преимуществами являются:

— существование гравия в природе в раздробленном состоянии (дробле-нию подвергают только крупные куски);

— меньший объем пустот и несколько большая подвижность бетонной смеси, что связано с лучшей окатанностью зерен гравия и обеспечивает больший выход бетона.

Преимуществами щебня являются

— более высокое, чем у гравия, сцепление с цементным раствором при затвердевании и меньшая загрязненность.

Для высокопрочных бетонов лучше применять щебень.

Для бетона невысоких марок можно использовать щебень из промыш-ленных отходов: шлаков, кирпичного боя, дробленого бетона.

Структура бетона образуется в результате схватывания бетонной смеси и последующего твердения. Образовавшаяся после твердения бе-тонной смеси структура бетона с плотными заполнителями представляет собой цементный камень с утопленными в нем зернами заполнителя, имеющий множество пор и пустот разных размеров и происхождения.

Микроструктура цементного камня в бетоне состоит из новообразований и непрореагировавших зерен цемента и микропор различных размеров. С увеличением возраста бетона его микроструктура в резуль-тате продолжающейся гидратации цемента изменяется: возрастает ко-личество новообразований цементного камня, уменьшается его порис-тость, изменяется распределение пор по размерам.

Изменение структуры бетона вызывает повышение его прочности при благоприятных температуре и влажности. Первые 7 суток после изготовления прочность бетона нарастает быстро, в дальнейшем же, особенно после 28 суток, этот процесс замедляется.

Скорости твердения и, следовательно, нарастания прочности зависят от вида цемента, а также от температуры и влажности среды. Твердение бетона при температуре ниже 15 °C замедляется, а при температуре ниже 0 °C может прекратиться.

Прочность бетона — одно из главных его строительных свойств. Она определяет способность бетона противостоять внешним механическим усилиям. Разрушение бетона под нагрузкой происходит в том случае, когда по всему сечению преодолевается предел прочности материала, т. е. сопротивление отрыву одних частиц от других. Разрушению предшествует появление микротрещин в местах концентрации напряжений, что ведет к постепенному ослаблению структуры бетона. При сжатии бетон разрушается от разрыва в направлении, перпендикулярном дей-ствующему усилию.

Общую классификацию бетонов производят плотности, структу-ре, виду вяжущего и виду заполнителя, условиям твердения и назначению.

Плотность является главным классификационным признаком бето-нов, так как с ней связаны его основные свойства — прочность, морозо-стойкость, водонепроницаемость, теплопроводность и др. Плотность бетона зависит главным образом от плотности цементного камня, вида заполнителей и его структуры.

По плотности бетоны разделяются на пять видов:

— особо тяжелый, содержащий такие тяжелые заполнители, как сталь-ные опилки или зерна (стальбетон), железные руды или барит (барито-вый бетон); плотность этого бетона выше 2600 кг/м3;

— тяжелый (обычный), содержащий плотные заполнители (кварце-вый песок, щебень или гравий из плотных каменных пород); плотность этого бетона 2100…2600 кг/м3;

— облегченный, например с кирпичным щебнем или крупнопорис-тый (беспесчаный); плотность 1800 — 2000 кг/м3;

— легкий, содержащий пористые заполнители (шлак, пемзу, туф и т. п.), обычной плотной структуры или крупнопористый; его плотность 1200 — 1800 кг/м3 (чаще 1300 — 1500 кг/м3);

— особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобетон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполнителями; плотность — меньше 1200 кг/м3 (чаще 500 — 800 кг/м3).

По структуре бетоны классифицируют на плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые.

По виду вяжущих веществ бетоны подразделяются на следующие виды:

— цементные — на гидравлических вяжущих веществах (портланд-цементе и его разновидностях);

— цементно-полимерные,

— силикатные — на известковых вяжущих веществах в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами;

— гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжущих веществ;

— на шлаковых и специальных вяжущих материалах.

По виду заполнителя различают бетоны на плотных заполнителях, бетоны на пористых заполнителях и бетоны на специальных заполните-лях, удовлетворяющих специальным требованиям (защита от излуче-ний, жарои химически стойкие и др.).

В зависимости от твердения разделяют бетоны:

— твердеющие в естественных условиях;

— твердеющие в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

— автоклавного твердения, твердеющие в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного.

По условиям твердения (способу производства) различают бетоны с уплотнением вибрацией, трамбованные, литые, центрифугированные, подводного твердения, а также вибробетоны.

По назначению различают конструкционные и специальные бетоны.

К конструкционным бетонам относятся:

— фундаментный {обычный), используемый для железобетонных кон-струкций (фундаментов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и др.);

— гидротехнический, используемый для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и др.;

— облицовочный, используемый для стен зданий и легких перекрытий (главным образом легкий бетон);

— теплоизоляционный особо легкий (пенои газобетоны);

— дорожный бетон, используемый для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий.

Специальные виды бетонов различают как жарои химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные и др.

В горном дели бетоны применяются как закладочные материалы, материалы для крепления горных выратоток и шахтных стволов, в строительстве зданий и сооружений.

4 Тема: Пластмассы Пластмассы: (пластические массы) или пластики — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное (твёрдое) состояние.

Свойства:

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85 — 1,8 г/смі), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, теплои светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50−250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу — температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 Ч 15 Ч 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 Ч 15 мм, равное 50 кгс/смІ, разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика — температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) — температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в неё добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т. п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды).

Типы пластмасс В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на:

· Термопласты (термопластичные пластмассы) — при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние;

· Реактопласты (термореактивные пластмассы) — в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние. Рабочие температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Также газонаполненные пластмассы — вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

Материалы на основе пластмасс и их применение Гетинамкс — электроизоляционный слоистый прессованный материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой.

В основном используется как основа заготовок печатных плат. Материал обладает низкой механической прочностью, легко обрабатывается и имеет относительно низкую стоимость. Широко используется для дешёвого изготовления плат в низковольтной бытовой аппаратуре, т.к. в разогретом состоянии допускает штамповку, благодаря чему получается плата любой формы вместе со всеми отверстиями.

Из-за низкой огнеупорности в настоящее время гетинакс не используется в ответственных электронных устройствах. Вместо него применяются текстолиты (чаще всего — стеклотекстолит), которые превосходят гетинакс по огнеупорности, прочности, сцеплению с фольгой и ряду других параметров, важных для электроники.

Текстолимт — электроизоляционный конструкционный материал, применяемый для производства подшипников скольжения, шестерён и других деталей, а также в электрои радиотехнике.

Представляет собой слоистый пластик на основе ткани из волокон и полимерного связующего вещества (например, бакелита, полиэфирной смолы, эпоксидной смолы). Текстолит на основе стеклоткани называется стеклотекстолитом или стеклопластиком. Стеклотекстолит превосходит текстолит по ряду свойств: термостойкость от 140 до 180 °C против 105−125°C у текстолита; удельное сопротивление — 1011 Ом· м против 107 Ом· м; тангенс угла потерь — 0,02 против 0,07. Листовой стеклотекстолит, покрытый медной фольгой, служит основой для изготовления печатных плат.

Текстолит изготавливается следующих марок:

· ПТ (поделочный текстолит);

· ПТК (поделочный текстолит конструкционный);

· ПТМ (поделочный текстолит стойкий к трансформаторному маслу);

· марки, А и Б (текстолит электротехнический);

· ПТН;

· ПТГ и т. д.

Текстолит выпускается в виде плит, стержней и втулок.

Тема: Металлы Задание: Расшифровка марки стали 50А, чугуна ЧХ28

Сталь 50А

Классификация: Сталь конструкционная углеродистая качественная Применимость: зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие на трение Жаростойкий чугун марки ЧХ28 в основном предназначен для производства деталей, которые должны отличаться высокой коррозионной стойкостью в связи с необходимостью работать в агрессивных растворах кислот, солей, щелочей, а также в газовой среде, содержащей серу. Такие изделия должны иметь высокий показатель сопротивления абразивному износу и жаростойкость в температурной среде от 1100 до 1300° С.

Применимость: Отливка из жаропрочного и жаростойкого чугуна ЧХ28 производится в соответствии с ГОСТ 7769–82. Популярными деталями, изготовленные из чугуна этой марки, считаются:

— крыльчатки для насосов работающих с агрессивной средой;

— поршни для насосов различного предназначения;

— колосники;

— корпуса насосов.

Механические свойства: жаропрочного, жаростойкого чугуна ЧХ28

Данная марка чугуна имеет предел прочности, то есть показатель временного сопротивления — 370 МПа, а твердость чугуна составляет 215 — 270 НВ.

Имеющийся у нас в наличии жаропрочный и жаростойкий чугун марки ЧХ28прошел строгий контроль качества по всем направлениям, отвечает любому из предъявляемых потребителями современного рынка требованиям, соответствует действующим ГОСТам.

1) Ржевская С. В. Материаловедение: Учеб. для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Логос, 2004. — 424 с.

2) Материаловедение: Учебник для высших учебных заведений. Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов идр.; Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1986. — 384 с.

3) https://ru.wikipedia.org Википедия на русском языке — часть многоязычного проекта, целью которого является создание полной энциклопедии