- •Часть II
- •Глава 1. Металлы и сплавы 7
- •Глава 2. Материалы из неорганических 75
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы) 97
- •Глава 4. Материалы из органических веществ 107
- •Введение
- •Глава 1. Металлы и сплавы
- •1.1. Железо и сплавы на его основе
- •1.1.1. Система железо – углерод
- •1.1.1.1. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.2. Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.3. Структуры железоуглеродистых сплавов
- •1.1.2. Стали и сплавы
- •1.1.2.1. Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •1.1.2.2. Назначение легирующих элементов
- •1.1.2.3. Классификация сталей
- •1.1.2.4. Маркировка сталей
- •1.1.2.5. Конструкционные стали и сплавы
- •1.1.2.5.1. Конструкционные строительные стали и сплавы
- •1.1.2.5.2. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения
- •1.1.2.5.3. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы специального назначения
- •1.1.2.6. Инструментальные стали и сплавы
- •1.1.2.7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •1.1.2.7.1. Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
- •1.1.2.7.2. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением
- •1.1.2.7.3. Магнитные стали и сплавы
- •1.1.3. Чугуны
- •1.1.3.1. Диаграмма состояния железо – графит
- •1.1.3.2. Процесс графитизации
- •1.1.3.3. Строение, свойства, классификация и маркировка чугунов
- •1.1.3.3.1. Влияние состава чугуна на процесс графитизации
- •1.1.3.3.2. Влияние графита на механические свойства отливок
- •1.1.3.3.3. Серый чугун
- •1.1.3.3.4. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •1.1.3.3.5. Ковкий чугун
- •1.1.3.3.5. Отбеленные и другие чугуны
- •1.1.4. Виды термической обработки металлов
- •1.1.4.1. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
- •3. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
- •4. Превращение мартенсита в перлит.
- •1.1.4.2. Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •1.1.4.2.1. Отжиг и нормализация. Назначение и режимы
- •1.1.4.2.2. Закалка
- •1.1.4.3.3. Отпуск
- •1.1.5. Химико-термическая обработка стали
- •1.1.6. Методы упрочнения стали
- •1.1.6.1. Термомеханическая обработка стали
- •1.1.6.2. Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •1.1.6.2.1. Закалка токами высокой частоты
- •1.1.6.2.2. Газопламенная закалка
- •1.1.6.3. Старение
- •1.1.6.4. Обработка стали холодом
- •1.1.6.5. Упрочнение методом пластической деформации
- •1.2. Титан и сплавы на его основе
- •1.3. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •1.4. Цветные металлы и сплавы на их основе
- •1.4.1. Медь и сплавы на ее основе
- •1.4.1.1. Медь
- •1.4.1.2. Латуни
- •1.4.1.3. Бронзы
- •1.4.1.4. Медно-никелевые сплавы
- •1.4.2. Алюминий и сплавы на его основе
- •1.4.2.1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.3. Литейные алюминиевые сплавы
- •1.4.3. Магний и сплавы на его основе
- •1.4.3.1. Деформируемые магниевые сплавы
- •1.4.3.2. Литейные магниевые сплавы
- •1.4.4. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах
- •1.4.5. Припои
- •1.5. Композиционные материалы
- •1.6. Материалы порошковой металлургии
- •1.6.1. Пористые порошковые материалы
- •1.6.2. Конструкционные порошковые материалы
- •1.6.3. Электротехнические порошковые материалы
- •1.6.4. Магнитные порошковые материалы.
- •1.7. Металлические стекла
- •2.1.2. Минеральные неорганические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •2.1.3. Искусственные каменные материалы
- •2.1.3.1. Бетоны
- •2.1.3.2. Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения
- •2.1.3.3. Строительные растворы
- •2.2. Каменные плавленые материалы (каменное литье)
- •2.3. Неорганические полимерные материалы
- •2.3.1. Графитовые материалы
- •2.3.2. Асбестовые материалы и изделия
- •2.3.3. Слюдяные материалы
- •2.3.4. Керамические материалы
- •2.3.5. Неорганическое стекло
- •Материалы и изделия из стекла
- •2.3.6. Ситаллы
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы)
- •3.1. Состав пластических материалов
- •3.2. Характеристики пластмасс и изделий на их основе
- •3.2.1. Пластмассы с листовым наполнителем
- •3.2.2. Пластмассы с волокнистым наполнителем
- •3.2.3. Пластмассы без наполнителя
- •3.2.4. Пластмассы с газовоздушным наполнителем
- •3.2.5. Стандартизированные изделия из пластмасс
- •Глава 4. Материалы из органических веществ
- •4.1. Лесоматериалы
- •4.1.1. Круглые лесоматериалы
- •4.1.2. Пиломатериалы
- •4.1.3. Древесные материалы и изделия на их основе
- •4.2. Бумажные материалы
- •4.2.1. Бумага и изделия на ее основе
- •4.2.2. Картон и изделия на его основе
- •4.3. Резиновые материалы
- •4.3.1. Состав резиновых материалов
- •4.3.2. Классификация резиновых материалов по назначению и области применения
- •4.4. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •4.4.1. Битумные и дегтевые вещества
- •4.4.2. Асфальтовые строительные растворы и бетоны
- •4.4.3. Мастики кровельные и гидроизоляционные
- •4.4.4. Нефтяные эмульсии и пасты
- •Список использованных источников
- •Часть II
- •184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Космонавтов, 3
Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы)
Полимерные пластические материалы — искусственные материалы, получаемые на основе природных или синтетических высокомолекулярных полимеров при нагреве путем формования в размягченном состоянии под давлением и с последующим переходом в твердое состояние сформованной массы при дальнейшем ее нагревании (термореактивная) или охлаждении (термопластичная). В инженерной практике такие материалы получили наименование «пластмассы».
Пластмасса — материал, представляющий собой композицию полимера или олигомера с различными ингредиентами, находящуюся при формовании изделий в вязкотекучем или эластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии.
Широкое распространение пластмасс предопределили следующие их достоинства: неограниченные запасы сырья; легкость переработки в изделия с небольшими трудовыми затратами; комплекс ценных свойств; малая себестоимость.
Отличительными особенностями пластмасс являются:
- плотность:
плотных пластмасс — 900 (полипропилен)...2200 (полимерный бетон) кг/м3; ячеистых с пористостью до 95% — 10...20 кг/м3;
- теплопроводность пластмасс при отсутствии наполнителей — 0.116...0,348 Вт/(м.К), а поропластов —0,028...0,0348 Вт/(м.К);
σсж= 150 (древесно-слоистые пластики)...350 (стеклопластики) МПа;
- конструктивная прочность σсж/ρ = 1...2 (для кирпича — 0,02, бетона — 0,06, древесины — 0,07);
Е = (0,1...0,31).105 МПа (для ненаполненных пластмасс — (0.001...0,045.105 МПа);
- водопоглощение:
для плотных пластмасс — 0,1 ...0,5%; для пористых пластмасс — 30...90%;
- хорошие фрикционные и антифрикционные свойства;
низкая истираемость — 0,035...0,05 г/см2 (истираемость наиболее твердых горных пород — 0,01...0,1 г/см2);
- диэлектрические свойства;
- высокие оптические свойства (бесцветность и прозрачность органических стекол);
- высокая химическая стойкость в ряде сред и неподверженность коррозии;
- хорошие декоративные свойства (окрашиваются в любые цвета и долго сохраняют цвет);
- долговечность.
Ценным свойством пластмасс является легкость их обработки для придания им разнообразной, даже самой сложной формы с помощью разнообразных технологических приемов (литье, прессование, экструзия и др.), которые могут быть механизированы и автоматизированы. Большая группа пластмасс позволяет сваривать их между собой и, таким образом, изготовлять сложной формы трубы и различные емкости.
К недостаткам пластмасс следует отнести следующие свойства;
- низкая ударная вязкость;
- повышенная ползучесть;
- высокий температурный коэффициент линейного расширения α.10-6 (поливинилхлорид — 80...90; полиэтилен — 160...230). У сталей этот показатель равен 9... 12, алюминия — 22...24, бетона— 12, стекла — 0,8...8;
- низкая теплостойкость (при средней теплостойкости, равной 80... 150°С, до 400°С у кремнийорганических полимеров);
- способность воспламеняться или подвергаться деструкции под действием огня;
- накопление зарядов на поверхности изделий (нужны антистатики);
- старение;
- токсичность;
- пожароопасность.
Общая классификация пластмасс может быть дана по следующим признакам: по происхождению полимеров, составу и структуре, происхождению наполнителей и их виду, упругим свойствам при нормальной температуре, отношению к нагреву и области применения.
По происхождению полимеры, используемые для изготовлении пластмасс, делятся на природные и синтетические. Природные полимеры, в свою очередь, могут быть органическими и неорганическими.
По составу пластмассы могут быть простыми ненаполненными (чистый полимер) и сложными наполненными, в том числе газонаполненными.
По структуре пластмассы делят на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные). Структура пластмасс в первую очередь определяется их составом.
Наполнители для пластмасс по происхождению различают как органические (хлопковые очесы, ткани, бумага и др.), неорганические (слюда, кварц, стеклянное волокно, мука и др.) и газовоздушные.
По виду наполнители для пластмасс делятся на порошкообразные, волокнистые и листовые.
По упругим свойствам при нормальной температуре различают жесткие (Е > 1 ГПа), полужесткие (Е = 1 ...0,4 ГПа), мягкие (Е = = 0,02...0,1 ГПа) и эластичные (Е < 0,02 ГПа) пластмассы. Жесткие пластмассы имеют предел прочности при сжатии при 50%-ной деформации более 0,15 МПа, эластичные при аналогичных условиях — менее 0,01 МПа. Примерами жестких пластмасс являются фено- и аминопласты; полужестких — полиамиды и полипропилен; мягких — поливинилацетат и полиэтилен. К эластичным пластмассам относят разнообразные каучуки.
По отношению к нагреву пластмассы могут быть термореактивными (реактопласты) и термопластичными (термопласты).
К основным термопластичным полимерам относятся полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, поливинилхлорид (винипласт) и др. У этой группы полимеров усадка при формовании изделий достигает всего 1...3%, поэтому термопластичные полимеры, как правило, не сочетают с наполнителями. Недостатком этих пластмасс являются незначительная прочность и теплостойкость.
Среди термореактивных полимеров наибольшее распространение получили фенолформальдегид, а также полиэфирные и полисиликоновые (кремнийорганические) полимеры. Термореактивные полимеры обладают повышенной теплостойкостью, однако для них характерны хрупкость и очень большая усадка при изготовлении изделий (10...15%).
По применению пластмассы можно подразделить на конструкционные общего и специального (фрикционные и антифрикционные, уплотнительные, тепло- и электроизоляционные, химически стойкие, декоративные и др.) назначения и с особыми физико-химическими свойствами (например, оптически прозрачные). Однако это деление условно, т.к. одна и та же пластмасса может обладать разными свойствами.
Общепринятой единой научной классификации пластмасс не существует, более того, один и тот же вид пластмассы может иметь различные фирменные названия, которые не дают никаких представлений о свойствах материала.
Пластмассы принято разделять на 4 класса в зависимости от происхождения и способа получения основных компонентов смол, входящих в состав пластмасс, с подразделением этих классов на группы по химической структуре смол-полимеров. Каждая группа разделяется, в свою очередь, на виды по химическим и техническим наименованиям пластмасс.
Класс А составляют пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, полученных цепной полимеризацией. Пластмасса класса А подразделяются на 9 групп: полимеры этилена, полимеры голоидопроизводных этилена, полимеры алкипроизводных этилена и т.д. Указанные 9 групп разделяются на 35 видов: этиленолоид, этиленолит, хлорвинилоид, хлорвинилит, изобутиленопласт и др.
Класс Б включает пластмассы на основе высокомолекуляркьл соединений, получаемых поликонденсацией. Пластмассы класса Б подразделяются на 7 групп, включающих 32 вида, среди которых фенолит, фенодреволит, резиноасболит, аминоцеллолит и др.
Класс В составляют пластмассы на основе природных химических модифицированных полимеров. В класс В входят 3 группы полимеров: полимеры на основе белковых веществ, а также полимеры на основе простых и сложных эфиров целлюлозы. Эти группы разделяются на 7 видов (например, метилцеллопленка, этилцеллолит и др.).
Класс Г составляют пластмассы на основе природных и искусственных асфальтов, а также смол, получаемых деструкцией различных органических веществ. Этот класс делится всего на три вида: битумоцеллолит, пекоасбослой и битуминолит.
Дополнительная классификация пластмасс построена по убывающему влиянию наполнителя:
класс I — с листовым наполнителем (текстолит, асботекстолит, гетинакс, древесно-слоистый пластик, стеклотекстолит, пропитанные ткани);
класс II — с волокнистым наполнителем (волокнит, пресс-крошка на основе текстиля, стеклоткани, древесного шпона, асбоволокниты на основе фенолформальдегидных смол, асбоволокниты на основе мочевино-мелавиноформальдегидных смол и др.);
класс III — с порошковым наполнителем (пресс-порошки общего назначения, пресс-порошки с высокими электроизоляционными свойствами и др.);
класс IV — без наполнителя (поливилхлориды, поливинилацетаты, полистирол и сополимеры и др.);
класс V — с газовоздушным наполнителем (мипора, пенополивинилхлорид, пенополистирол, пенополиуретан, поролон и др.);
класс VI — наполнители любого типа на основе эпоксидных или полиэфирных смол;
класс VII — профильные пластмассы, а также стандартизированные изделия универсального назначения (трубы, арматура и соединительные части, оборудование и детали, пленка и др.).