Раздел 4. Цветные металлы и сплавы, неметаллические материалы

Вопросы	Ответы
1	2
4.1. Титан имеет две полиморфические модификации. При какой температуре происходит полиморфное превращение?	1. 950 С 2. 882,5 С 3. 911 С 4. 768 С
4.2. Латуни и бронзы – это сплавы на основе:	1. алюминия 2. меди 3. цинка 4. магния
4.3. Латунь Л80. Цифра в маркировке обозначает:	1. твёрдость 2. временное сопротивление 3. содержание меди 4. содержание цинка
4.4. Из предложенных марок сплавов выберите марку свинцовистой бронзы:	1. БрА7 2. ЛК 80-3 3. БрОЦС 4-4-2,5 4. БрС30
4.5. Какой из предложенных химических элементов является эффективным измельчителем зерна в магниевых жаропрочных сплавах?	1. марганец 2. кремний 3. цирконий 4. молибден
4.6. Какое свойство алюминия используют для изготовления теплообменников в промышленных и бытовых холодильных установках?	1. отражательную способность 2. коррозионную стойкость 3. теплопроводность 4. электрическую проводимость
4.7. Высокая коррозионная стойкость алюминиевых сплавов обусловлена:	1. типом кристаллической решетки 2. наличием тонкой окисной плёнки Al2O3 3. наличием примесей 4. легированием хромом
4.8. Какой из предложенных деформируемых алюминиевых сплавов подвергается упрочняемой термообработке?	1. АМц 2. АМг 3. Д16 4. АМг2
4.9. Основным легирующим элементом литейных алюминиевых сплавов (силуминов) является:	1. магний 2. титан 3. кремний 4. медь
4.10.
4.11.

Раздел VII. Неметаллические материалы

7.1. Классификация, строение и свойства неметаллических материалов

Кроме металлов и сплавов в промышленности применяются неметаллические материалы: пластические массы, композиционные и резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, керамика и др.

Основной составляющей частью неметаллов являются полимеры—это соединения, состоящие из макромолекул, похожих на вытянутые цепочки, отдельные звенья которых представляют собой атомные группировки (мономеры).

Макромолекулы могут содержать одинаковые или разные мономеры, а иногда — чередующиеся блоки мономеров. В связи с этим материалы называются гомополимерами (или полимерами), сополимерами и блокосополимерами.

По происхождению полимеры делятся:

• на природные (натуральный каучук, асбест, целлюлоза и др.)

• синтетические (полиэтилен, полистирол, полиамиды и др.).

Низкомолекулярные вещества (этилен, стирол и др.) перераба-тываются в синтетические полимеры тремя способами:

• полимеризацией;

• поликонденсацией;

• химическим превращением.

Полимеризация представляет собой процесс соедине­ния молекул (мономеров) без выделения побочных продуктов и изменения элементарного состава. При поликонденсации соединяются молекулы одинакового или различного строения с выделением побочных низкомолекулярных веществ. Химические превращения направлены на формирование в полимерах новых структур и придания им новых свойств.

По химическому составу полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. Основную массу состав-ляют органические полимеры: смолы и каучуки. Их молекулярная цепочка в основном образована атомами углерода. Вводимые в основную цепь атомы различных элементов придают полимерам специфические свойства (кислород—гибкость, фтор—химическую стойкость, хлор—огнестойкость и т. д.). Присоединяются также к углеродным атомам (в качестве боковых групп) атомы водорода или радикальные группы.

В состав основной цепи элементоорганических полимеров входят неорганические атомы кремния, титана, алюминия и других элементов. К атомам основной цепочки присоединяются боковые радикальные группы. К этому классу относятся более теплостойкие смолы, каучука но менее упругие и эластичные, чем органические поли. меры.

Основой неорганических полимеров служат оксиды кремния, алюминия, магния и других металлов. К ним относятся силикатное стекло, керамика, слюда, асбест, графит, отличающиеся плотностью, хрупкостью и длительной теплостойкостью.

Полимеры характеризуются особенностью строения— наличием цепных молекул, в которых атомы вдоль цепи связаны прочными химическими связями. Между макро­молекулами же существуют более слабые электростатические или водородные связи, что обеспечивает полимерам гибкость. Но у некоторых полимеров могут существовать химические связи и между макромолекулами, что резко снижает их эластичность и повышает прочность, твердость.

По структуре (или форме) макромолекул полимеры делятся на линейные или цепевидные (рис. 7.1) и разветвленные (б), ленточные или лестничные (в), пространственные или сетчатые (г), паркетные (д). Линейные полимеры (полиэтилен, полиамиды и др.) отличаются эластичностью, большой плотностью укладки-макромолекул.

Разветвленные полимеры (полиизобутилен и различные сополимеры) обладают меньшей плотностью, поэтому они менее прочны, более растворимы и легко плавятся. Макромолекула лестничного полимера составлена из двух цепочек, соединенных («сшитых») химической связью. Такой полимер (например, кремний-огранический) обладает большей жесткостью и теплостойкостью. Разновидностью пространственного сетчатого полимера является, например, графит с пластинчатой или паркетной структурой.

По своему фазовому составу полимеры подразделяются на аморфные и кристаллические. В первых макромолекулы собраны в пачки, способные перемещаться относительно друг друга, что придает им эластичность, но невысокую прочность. Вторые имеют гибкие пачки макромолекул, которые путем специальной укладки, напри­мер в процессе термической обработки, могут привести к образованию пространственных решеток кристаллов. В полимерах, как правило, сосуществуют аморфная и кристаллическая фазы. Последняя придает им теплостойкость, жесткость и прочность. Отношение объема, занимаемого кристаллической фазой, к общему объему полимера называется степенью кристалличности.

Рис. 7.1 Различные типы структур полимеров

По поведению при нагреве полимеры делятся на тер­мопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры при повышенных температурах размягчаются, а при пониженных—затвердевают. Их можно перерабатывать в изделия неоднократно, структура полимеров линейная или разветвленная. Термореактивные полимеры на первом этапе их переработки в изделия имеют ли­нейную структуру и при нагреве размягчаются. При росте температуры макромолекулы «сшиваются», полимер затвердевает и остается твердым, т. е. возможна лишь однократная его переработка.

Некоторые полимеры характеризуются значительным разбросом физико-механических свойств из-за разной длины макромолекул.

Многие полимеры обладают малой плотностью и теплостой-костью, а также высокой химической и коррозионной стойкостью. Это отличные электроизоляционные материалы, к тому же обладащие хорошими оптическими свойствами. Они отличаются достаточной прочностью, упругостью, эластичностью. Большим достоинством полимеров считается их высокая технологичность.

В зависимости от температуры нагрева полимеры могут находиться в одном из трех физических состоянии:стеклообразном, высокоэластическом или вязкотекучем.

Стеклообразное состояние характеризуется колебательными движениями лишь атомов, входящих в состав мономеров. Ни звенья, ни макромолекулы полимера не перемещаются. Это состояние присуще всем полимерам, а полимеры с пространственной структурой бывают только в стеклообразном состоянии. Преиму-щественная деформация полимеров в этом состоянии—упругая.

Высокоэластическое состояние обеспечивается за счет колебания звеньев и изгибов макромолекул, что может привести к значительным обратимым изменениям формы полимера за счет совместных упругих и высокоэластических деформаций. Подобное состояние достигается у ли­нейных, разветвленных и редкосетчатых (типа резин) полимеров.

Вязкотекучее состояние (жидкое состояние) наблюдается у линейных или разветвленных полимеров за счет высокой подвиж-ности макромолекул. В вязкотекучем, пластическом состоянии проводится переработка полимеров и материалов на их основе в изделия.

Полимеры в высокоэластическом или вязкотекучем состоянии подвергают медленному растяжению. При этоммакромолекулы приобретают направленную ориентацию и упорядоченную структуру, что в свою очередь, приво­дит к повышению прочности и упругости полимеров.

Полимеры подвержены тепловому, световому, озонному или атмосферному старению—процессу самопроизвольных необратимых изменений свойств полимеров. При этом полимеры либо размяг-чаются, либо повышают свою твердость и хрупкость.