Материаловедение (стр. 2 )

Тема 8. «Неметаллические и композиционные материалы»

8.1. Рабочая программа

Структура и свойства полимеров. Строение, полимеризация и поликонденсация. Пластмассы: термопластичные, термореактивные, газонаполненные, эластомеры, резины, клеи, герметики. Стекло: неорганическое и органическое, ситаллы, металлическое стекло. Полиаморфные модификации углерода и нитрида бора. Композиционные материалы.

Литература: [1] с. 432-438; [2] с. 382-395, с. 455-468; [3] с. 251-237, с. 215-295.

8.2. Методические указания

При изучении данной темы уясните молекулярную структуру полимеров. Рассмотрите формы легирующих полимеров, а также их полярность. Изучите их термодинамические свойства. При изучении пластмасс рекомендуется повторить разделы курса органической химии. Разберите достоинства и недостатки пластических масс, деление их на термореактивные и термопластичные; запомните широко применяемые материалы: асбоволокниты, стекловолокниты, полиэтилен, полипропелен, поливинилхлорид (винипласт), полиметилметакрилат (оргстекло), политетрафторэтилен (фторопласты), эластомеры (каучуки, резины).

Ознакомтесь с различными методами переработки пластмасс в изделия и области применения получаемых деталей. Пластмассы играют огромную роль в обеспечении экономии черных и цветных металлов. Немаловажное значение применения пластмасс в области машиностроения.

Имеются термопластики, которые по прочности на удар значительно превосходят листовой металл, а из отдельных пластмасс (найлона и полиэтилена) изготавливают топливные емкости.

Рассмотрите клеевые материалы, типы, основные свойства и применения в различных отраслях промышленности. Резинотехнические изделия следует изучать с состава резины и её свойств в области применения. Резины подразделяются на резины общего значения и специальные. Уясните их изготовление, характерные свойства, использование.

Композиционными называют материалы, состоящие из двух компонентов и более, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом индивидуальные особенности. Эти материалы обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов. Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку. Компонент, который обладает непрерывностью по всему объему, является матрицей. Компонент же прерывный, разделенный в объеме композиционного материала, считается аргументирующим или упрочняющим.

В качестве матриц в композиционных материалах могут быть использованы металлы и их сплавы, а также полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и другие материалы.

При изучении композиционных материалов, рассмотрите, прежде всего, их классификацию:

·  по геометрии наполнителя, расположению его в матрице и природе компонентов;

·  по схеме расположения наполнителей;

·  по природе компонентов композиционных материалов.

Уясните их изготовление, характерные свойства и использование в машиностроении.

8.3. Вопросы для самопроверки

  1.  В чем заключаются преимущества и недостатки неметаллических материалов по сравнению с металлами?

  2.  Назовите особенности строения молекул полимеров.

  3.  Влияет ли форма макромолекул полимеров на их свойства?

  4.  Назовите признаки, по которым классифицируют полимеры. Приведите примеры классификации. Полимеров.

  5.  В чем состоит принципиальное отличие термопластических и термореактивных полимеров?

  6.  Что такое пластмассы? Их состав и свойства.

  7.  Приведите примеры классификации пластмасс по связывающему полимеру и наполнителю.

  8.  Пластмассы с порошковыми наполнителями, их разновидности, свойства.

  9.  Газонаполненные пластмассы, их разновидности, свойства.

  10.  Что такое резина? Её состав и назначение отдельных ингредиентов.

  11.  Сущность процесса вулканизации и его влияние на свойства резины.

  12.  Назовите основные виды каучуков, их состав и свойства.

  13.  Какие материалы называют композиционными?

  14.  Основные признаки композиционных материалов?

  15.  Какой компонент называется матрицей в композиционном материале?

  16.  Какой компонент считается армирующим или упрочняющим в композиционном материале?

  17.  Какие материалы используются в качестве матриц в композиционном материале?

  18.  Как классифицируются композиционные материалы на геометрии наполнителя.

  19.  Как классифицируются композиционные материалы по схеме расположения наполнителей.

  20.  Как классифицируются композиционные материалы по природе компонентов.

  21.  Чем вызвано упрочнение дисперстно-упрочненных и волокнистых композиционных материалов?

  22.  Чем обусловлена высокая термическая стабильность свойств эвтектических композиционных материалов.

  23.  В чем заключаются преимущества композиционных материалов на неметаллической матрице?

4. Вопросы контрольной работы

1.  Начертите эскизы основных типов кристаллических решеток и поясните атомно-кристаллическое строение металлов.

2.  Основные характеристики кристаллической решетки: период решетки, угол наклона, координационное число.

3.  Кристаллографические направления и плоскости. Анизотропия и изотропия в кристаллах. Аллотропия металлов.

4.  Классификация металлов по физико-химическим свойствам: магнитные, тугоплавкие, легкоплавкие, легкие, благородные, редкоземельные.

5.  Аллотропические превращения в металлах. Начертите и объясните кривую охлаждения чистого железа, его структуры a и g, магнитные свойства.

6.  Дефекты кристаллической решетки металлов.

7.  Диффузионные и бездиффузионные превращения.

8.  Кристаллизация металлов.

9.  Строение металлического слитка.

10.  основные свойства металлов: физические, химические, эксплутационные, технологические.

11.  Механические свойства, определяемые при статических нагрузках.

12.  Механические свойства, определяемые при динамических нагрузках.

13.  Виды напряжений. Упругая и пластическая деформация металлов.

14.  Сверхпластичность металлов и сплавов. Разрушение металлов.

15.  Механические свойства, определяемые при циклических нагрузках.

16.  Способы упрочнения металлов и сплавов.

17.  Возврат и полигонизация. Холодная и горячая деформации.

18.  Рекристаллизация: первичная, собирательная, вторичная, текстура рекристаллизации.

19.  Компоненты и структурные составляющие системы железо-углерод.

20.  Фазы в металлических сплавах. Понятие о металлических сплавах.

21.  Виды двойных сплавов.

22.  Диаграмма состояния I рода.

23.  Диаграмма состояния II рода.

24.  Диаграмма состояния III рода.

25.  Диаграмма состояния IV рода.

26.  Диаграмма фазового состояния железо-цементит Fe-Fe3C.

27.  Характеристики отдельных точек и линий на диаграмме Fe-Fe3C.

28.  Правило фаз и отрезков.

29.  Микроструктура стали: содержание углерода и фазовый состав.

30.  Микроструктура чугуна: фазовый состав и содержание углерода.

31.  Влияние постоянных примесей на свойства стали.

32.  Классификация углеродистых сталей.

33.  Диаграмма изотермического превращения аустенита.

34.  Перлитное превращение при термической обработки стали.

35.  Мартенситное превращение при термической обработки стали.

36.  Промежуточное (бейнитное) превращение при термической обработки стали.

37.  Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.

38.  Отжиг I рода.

39.  Отжиг II рода.

40.  Закалка стали.

41.  Способы закалки:прерывистая, ступенчатая, изотермическая).

42.  Характеристика процессов химико-термической обработки стали.

43.  Цементация стали.

44.  Нитроцементация и азотирование стали.

45.  Цианирование, борирование и силицирование стали.

46.  Углеродистые конструкционные стали, классификация и маркировка.

47.  Маркировка углеродистых сталей обыкновенного качества и углеродистых качественных сталей.

48.  Легированные стали и их маркировка.

49.  Рессорно-пружинные и шарикоподшипниковые стали.

50.  Корозийностойкие и жаропрочные стали и сплавы.

51.  Инструментальные стали для режущего инструмента.

52.  Чугун, классификация и маркировка.

53.  Титан и сплавы на его основе.

54.  Алюминий и сплавы на его основе.

55.  Магний и его сплавы.

56.  Медь и сплавы на ее основе.

57.  Благородные металлы.

58.  Цинк, свинец, олово и сплавы на их основе.

59.  Композиционные материалы с металлической матрицей.

60.  Конструкционные порошковые материалы.

5. варианты Вопросов для контрольной работы

Предпос- ледняя цифра шрифта	Последняя цифра шрифта
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	1,11 21,31 41,51	2,12 22,,32 42,52	3,13 23,33 43,53	4,14 24,34 44,54	5,15 25,35 45,55	6,16 26,36 46,56	7,17 27,37 47,57	8,18 28,38 48,58	9,19 29,39 49,59	10,20 30,40 50,60
1	2,13 24,35 46,51	3,14 25,36 47,57	4,15 26,37 48,58	5,16 27,38 49,59	6,17 28,39 50,60	7,18 29,40 45,56	8,19 30,31 42,52	9,20 21,32 43,53	10,11 22,33 45,54	1,12 23,24 41,55
2	3,15 27,39 42,53	4,16 28,40 43,54	5,17 29,31 44,55	6,18 30,32 45,56	7,19 21,33 46,57	8,20 22,34 47,52	9,11 23,35 48,59	10,12 24,36 49,60	1,13 25,37 50,58	2,14 26,38 41,51
3	4,17 30,33 48,60	6,18 21,34 49,58	6,19 22,40 50,59	7,20 23,36 41,57	8,11 24,37 42,56	9,12 25,38 43,55	10,13 26,39 44,54	1,14 27,35 45,53	2,15 28,31 46,52	3,16 29,32 47,51
4	5,19 23,37 43,60	6,20 24,38 44,58	7,11 25,39 45,57	8,12 26,40 46,56	9,13 27,31 47,55	10,14 38,32 48,54	1,15 29,33 49,53	2,16 30,34 50,59	3,17 21,35 41,52	4,18 22,36 42,51
5	6,12 26,38 44,51	7,13 27,39 45,52	8,14 28,40 46,53	9,15 29,31 47,54	10,16 30,32 48,55	1,17 21,33 49,60	2,18 22,34 50,59	3,19 22,35 41,56	4,20 24,36 42,57	5,11 25,37 43,58
6	7,14 29,32 47,60	8,15 30,33 48,51	9,16 21,34 49,52	10,17 22,35 50,59	1,18 23,36 41,53	2,19 24,37 42,54	3,20 25,38 43,55	4,11 26,39 44,56	5,12 27,40 45,57	6,13 28,31 46,58
7	8,16 22,34 45,54	9,17 23,35 46,55	10,18 24,32 47,56	1,19 25,31 48,57	2,20 26,38 49,58	3,11 27,39 50,60	4,12 28,40 44,59	5,13 30,37 42,51	6,14 29,36 43,52	7,15 21,33 41,53
8	9,18 25,40 50,60	10,19 26,31 41,51	1,20 27,32 42,52	2,11 28,33 43,53	3,12 29,34 44,54	4,13 30,35 45,55	5,14 21,36 46,56	6,15 22,37 47,57	7,16 23,38 48,58	8,17 24,39 49,59
9	10,20 28,36 49,58	1,11 29,37 50,59	2,12 30,38 41,60	3,13 21,39 42,57	4,14 22,40 43,56	5,15 23,31 44,55	6,16 24,32 45,54	7,17 25,33 46,53	8,18 26,34 47,52	9,19 27,35 48,51

6. Лабораторные работы

Лабораторная работа № 1

Тема: испытание на твердость.

Цель: углубить теоретические знания и закрепить пройденный материал. Научить студентов определять твердость материала по методам Бринелля и Роквелла.

Время проведения: 2 часа.

1. Краткие теоретические сведения

Твердость – это способность материала оказывать сопротивление при внедрении в него другого тела (индентора), не получающего остаточных деформаций. Индентор – это твердосплавный наконечник, внедряемый в поверхность металла. Значение твердости и ее размерность для одного и того же материала зависят от применяемого метода измерения. Величина, характеризующая твердость, называется числом твердости. Наибольшее применение в технике получили статические методы испытания на твердость при вдавливании индентора это: метод Бринелля, метод Виккерса, метод Роквелла.