10 Разрушение металлов. Виды разрушения (вязкое, хрупкое, усталостное). Строение изломов.

Вязкое – большая пластитческая деф-я металла на стадии зарождения и распр-я трещины. Как правило вязко разрушаются мет с ГЦК решеткой. Начинается с обр пор, которые соединяясь, обр ямочный микрорельеф. Признаки шероховатость, темный матовый цвет, волокнистое строение.

Хрупкое – при небольших нагрузках с высокой скоростью. Имеют небольшие шероховатости, светлый цвет, кри строение с мет блеском, утяжки почти нет. Причины: низкие t, высокие скорости нагружения(удар взрыв), наличие концентратов напряжения(трещин), большая толщина детали, структурное состояние, наличие примесей. Делятся на транскристаллитное(по телу зерна) и интеркристаллитное(межзеренное).

Усталостное – развивается под действием циклических нагрузок, величина которых может быть выше предела текучести материала. На поверхности разруш остаются усталостные бороздки. Характерной особенностью явл наличие усталостных зон, отличающихся цветом, шер-ю, механизмом разрушения. 1 – стабильного роста трещины(прилегает к очагу, маленькая шер-ть, усталостные бороздки) 2 - зона ускоренного роста(большая шер-ть, более темный цвет, уст бороздки, участки статич ращрушения) 3 – зона долома обр при разрушении детали, сечение которой ослаблено уст трещиной.

11.Фрактография как метод технической экспертизы.

Фрактография – наука изучающая строение изломов. Позволяет проанализировать различные этапы продвижения трещин.

29. В легированной стали наряду с обычными примесями имеются легирующие элементы: хром, вольфрам, молибден, никель, а также кремний и марганец в большом количестве. Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали экономит металл, повышает долговечность изделий, увеличивает производительность. В прогрессивной технике эта сталь имеет решающее значение. Легирующие элементы оказывают разностороннее влияние на свойства стали. Хром повышает твердость, уменьшает ржавление; никель дает высокую прочность и пластичность, коррозионную стойкость; вольфрам увеличивает твердость и красностойкость; ванадий повышает плотность, прочность, сопротивление удару, истиранию; кобальт повышает жаропрочность, магни-топроницаемость; молибден увеличивает красностойкость, прочность, сопротивление окислению при высоких температурах; марганец при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок; титан повышает прочность, сопротивление коррозии; алюминий повышает окали-ностойкость; ниобий повышает кислотостойкость; медь уменьшает коррозию. В сталь вводят также бор, селен, азот, цирконий. В легированной стали может находиться одновременно несколько легирующих элементов. По назначению легирования сталь делится на три группы: конструкционная, инструментальная и сталь с особыми физическими и химическими свойствами. По содержанию легирующих элементов легированная сталь делится на низколегированную—не более 3% легирующих элементов; среднелегированную—3—10%; высоколегированную — свыше 10%. В маркировке легированной стали приняты следующие буквенные обозначения легирующих элементов: X — хром, Н —никель, А —азот, В —вольфрам, Е —селен, Г —марганец, Д —медь, Б —ниобий, Р —бор, П — фосфор, Ю—алюминий, М—молибден, К—кобальт, Ц —цирконий, Ф —ванадий. Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали. В ГОСТе устанавливаются буквы, характеризующие целую группу сталей: Р — быстрорежущие, Ш — шарикоподшипниковые, Е и Э—магнитные. Сочетание букв и цифр дает характеристику легированной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Одна’цифра в начале марки означает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если в начале марки нет цифры, то количество углерода составляет 1% и выше. Цифры, следующие за буквами, показывают среднее содержание данного элемента в процентах. Если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%. Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, содержащую меньше серы и фосфора. Например, 12Х2Н4А —это легированная сталь, высококачественная, с содержанием углерода 0,12%, хрома 2%, никеля 4%; сталь Г13 —легированная сталь с содержанием углерода 1% и более, марганца 13%. Для групп сталей, обозначенных одной буквой Р, Ш, Е, Э, правила маркировки не подходят. О них будет рассказано ниже. Конструкционная легированная сталь согласно ГОСТ 4543—71 делится на три группы: качественная, высококачественная и особо высококачественная. Высококачественная обозначается буквой А в конце марки, а особо высококачественная —буквой Ш через черточку. Например, 12ХНЗА — высококачественная, а ЗОГС-Ш —особо высококачественная. В качественной стали допускается содержание серы до 0,025%, а в высококачественной— до 0,015%. Область применения конструкционной легированной стали очень велика. Наибольшее распространение получили следующие стали. Хромистые, обладающие хорошей твердостью, прочностью, сравнительно недорогие. К ним относятся стали марок 15Х, 20Х, ЗОХ, 45Х, боросодержащие 40ХР, с цирконием 40ХЦ. Марганцевые, например 15Г, 20Г, 40Г, 45Г2, отличающиеся износоустойчивостью. Особенно износоустойчива сталь марки Г13, которую применяют для гусениц "тракторов, железнодорожных стрелок. Кремнистые и хромокремнистые (ЗЗХС, 55ХС), обладающие высокой твердостью и упругостью; применяются для пружин, рессор.

34 Алюминий второй (после железа) металл современной техники. Наиболее важное свойство алюминия - это его плотность, равная 2,7 г/см3 (т.е. алюминий почти в 3 раза легче железа), а также хорошая электрическая проводимость ( 65 % электрической проводимости меди), теплопроводность и теплоемкость, стоек против коррозии. Температура плавления алюминия 660 С, температура кипения 2500 С.

 

Алюминиевые сплавы представляют собой двойные, тройные и более сложные системы с различной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Для упрощения маркировки в обозначении некоторых сплавов, кроме алюминия, с помощью букв отражается еще один элемент (основной компонент), а цифрами - его процентное содержание;

АМц - алюминиево-марганцевый сплав.

АМг - алюминиево-магниевый.

АВ - алюминиево-кремниевый (авиаль).

Д - дуралюмин.

В - высокопрочный сплав.

В маркировке сплавов после цифр могут быть еще буквы, которые обозначают состояние поставки проката или листа, то есть вид механической или термической обработки металла.

Марки алюминиевых сплавов:

А0, А5, А6, А7, А8, А999, АВ, АВ87, АД, АД0, АД00, АД1, АД31, АК4, АК4-1, АК6, АК8, АМг, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АМц, В65, В95, Д1, Д16, Д18, 1915, 1925, 1961, АК5М2, АК7, АК7М2, АК8, АК9, АК12 и др.

Классификация алюминиевых сплавов

Наибольшее распространение получили сплавы Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg  и другие. Все сплавы алюминия можно разделить на деформируемые ( предназначенные для получения полуфабрикатов (листов, плит, прутков и т. д.), а также поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки) и литейные (предназначенные для фасонного литья).

Сплавы алюминия, обладая хорошей технологичностью во всех стадиях передела, малой плотностью, высокой коррозийной стойкостью, при достаточной прочности, пластичности и вязкости нашли широкое  применение в авиации, судостроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Дуралюмины. Дуралюминами называются сплавы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином является сплав Д1. Марганец повышает стойкость дуралюмина против коррозии. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей и т.д.

Сплавы авиаль (АВ). Эти сплавы уступают дуралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью. Авиаль удовлетворительно обрабатывается резанием (после закалки и старения) и сваривается контактной и аргонодуговой сваркой. Сплав обладает высокой общей сопротивляемостью коррозии, но склонен к межкристаллической.

Из сплава АВ изготовляют различные полуфабрикаты (листы, трубы и т.д.), используемые для элементов конструкций, несущих умеренные нагрузки, кроме того, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, рамы, двери, для которых требуется высокая пластичность в холодном и горячем состояниях.

Высокопрочные сплавы. Предел прочности этих сплавов достигает 550-700МПа, но при меньшей пластичности, чем у дуралюминов. Представителем высокопрочных алюминиевых сплавов является сплав В95.

При увеличении содержания цинка и магния прочность сплавов повышается, а их пластичность и коррозийная стойкость понижаются. Добавки марганца и хрома улучшают коррозийную стойкость.

Сплавы для ковки и штамповки. Сплавы этого типа отличаются высокой пластичностью и удовлетворительным литейными свойствами, позволяющими получить качественные слитки.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы используют для деталей, работающих при температуре до 300°С. Жаропрочные сплавы имеют более сложный химический состав, чем рассмотренные выше алюминиевые сплавы. Их дополнительно легируют железом, никелем и титаном

Обычно используемые сокращения включают в себя буквы, обозначающие категорию сплава и легирующие элементы с количественным составом в процентах.

Так, дюралюминий обозначается буквой «Д» с последующим указанием процентной чистоты сплава в процентах. Металл под маркировкой Д1 – это обыкновенный дюраль для широкого использования, алюминий Д16 и Д6 отличается более высоким содержанием меди и магния соответственно. Литейные сплавы имеют маркировку «АЛ» с последующей цифрой, обозначающей номер марки в ГОСТе. Антифрикционные сплавы на основе алюминия и меди обозначаются буквой «А» с последующим указанием дополнительных легирующих элементов и процентного состава меди через дефис, например АН-2,0 означает, что данный антифрикционный сплав содержит никель и 2% меди.

Для сплавов прошедших термическую обработку используют следующие буквенно-цифровое обозначение после основной маркировки:

• П - полуфабрикат (сплавы для холодной штамповки из проволоки);

• Р - рафинированный (содержание натрия < 0.0015%);

• М - мягкий отожженный;

• Н - нагартованный;

• Н1 - нагартованный на одну четверть;

• Н2 - нагартованный на одну вторую;

• Н3 - нагартованный на три четверти;

• Т - закаленный и естественно состаренный;

• Т1 - закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность;

• Т2, Т3 - режимы искусственного старения, обеспечивающие перестаривание материала (режимы смягчающего искусственного старения);

• Т5 - закалка полуфабрикатов с температуры окончания горячей обработки давлением и последующее искусственное старение на максимальную прочность;

• T7 - закалка, усиленная правка растяжением (1,5-3 %) и искусственное старение на максимальную прочность.

Буква «Ш» указывает на алюминиевые сплавы для пищевой промышленности, а «АВ» - на авиали.

Старая маркировка предусматривает цифровое четырехзначное обозначение. Первая цифра указывает на основу сплава. Алюминий и материалы на его основе маркируются цифрой 1. Вторая цифра обозначает основные легирующие элементы. Различным маркам алюминия соответствует цифра 0, добавкам из меди и магния – цифра 1, только меди – цифра 2, примесям магния и кремния – цифра 3, литию и малорастворимым компонентам – цифра 4, магнию (магналии) – цифра 5, элементам цинк и магний (+медь) – цифра 9. Последние две цифры обозначают порядковый номер алюминиевого сплава. Дополнительная информация последней цифры – четная для литейных сплавов, а нечетная для деформируемых.

№41 Полимеры и пластмассы

Полимеры – это вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных повторяющихся элементарных звеньев, которые представляют одинаковую группу атомов. Молекулярная масса молекул составляет от 500 до 1000000.

В молекулах полимеров различают главную цепь, которая построена из большого числа атомов. Боковые цепи имеют меньшую протяженность.

Полимеры, главная цепь которых содержит одинаковые атомы, называют гомоцепными, а если атомы углерода – карбоцепными. Полимеры, в главной цепи которых содержатся различные атомы, называют гетероцепными.

Макромолекулы полимеров по форме делят на линейные, разветвленные, плоские, ленточные, пространственные или сетчатые.

Линейные макромолекулы полимера – длинные зигзагообразные и скрученные в спираль цепочки, которым присуща гибкость, ограничивающаяся жесткими участками – сегментами, состоящими из нескольких звеньев. Такие макромолекулы обладают высокой прочностью вдоль главной цепи, слабо связаны между собой и обеспечивают высокую эластичность материала. Нагрев вызывает размягчение, а последующее охлаждение – затвердевание полимера (полиамид, полиэтилен).

Разветвленная макромолекула содержит боковые ответвления и это затрудняет сближение макромолекул и понижает межмолекулярное взаимодействие. Полимеры с такой формой отличаются пониженной прочностью, повышенной плавкостью и рыхлостью. Сшитые формы макромолекул свойственны более прочным, нерастворимым и неплавким полимерам, склонным к набуханию в растворителях и размягчению при нагревании.

Макромолекулы полимеров обладают гибкостью.

Пластмассы (пластики) – это органические материалы на основе полимеров, которые способны при нагреве размягчаться и под давлением принимать определенную устойчивую форму. Простые пластмассы состоят из одних химических полимеров. Сложные пластмассы включают добавки: наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы.

Наполнители в пластмассы вводят в количестве 40–70 % для повышения твердости, прочности, жесткости, придания особых специфических свойств. Наполнителями могут быть ткани и порошкообразные, волокнистые вещества.

Пластификаторы (стеарин, олеиновая кислота) способствуют повышению эластичности, пластичности и облегчают обработку пластмасс.

Отвердители (амины) и катализаторы (перекисные соединения) вводят в пластмассы для отверждения.

Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических красок) придают пластмассам определенную окраску и снижают их стоимость. Состав компонентов, их сочетание и количественное соотношение позволяют изменять свойства пластмасс в широких пределах. Пластмассы классифицируют по признакам.

По виду наполнителя: с твердым наполнителем; с газообразным наполнителем.

По реакции связующего полимера к повторным нагревам. Термопластичные пластмассы на основе термопластичного полимера размягчаются при нагреве и затвердевают при последующем охлаждении (чистые полимеры или композиции полимеров с пластификаторами, противостарителями).

Термопласты отличаются низкой усадкой 1–3%. Для них характерны малая хрупкость, большая упругость и способность к ориентации.

Термореактивные пластмассы на основе термореактивных полимеров (смол) после тепловой обработки – отверждения – переходят в термостабильное состояние и отличаются хрупкостью, имеют большую усадку 10–15 % и содержат в своем составе наполнители.

По применению подразделяются на группы: конструкционные – для силовых деталей и конструкций, для несиловых деталей; прокладочные, уплотнительные; фрикционные и антифрикционные; электроизоляционные, радиопрозрачные теплоизоляционные; стойкие к воздействию огня, масел, кислот; облицовочно-декоративные.

Полиэтилен можно использовать длительное время при 60-100 °C. Морозостойкость достигает –70 °C и ниже. Химически стоек и нерастворим в растворителях, применяется для изоляции защитных оболочек кабелей проводов, деталей высокочастотных установок и изготовления коррозионностойких деталей – труб, прокладок, шлангов. Его выпускают в виде пленки, листов, труб, блоков. Полиэтилен подвержен старению.

Полистирол – это аморфный, твердый, прозрачный полимер, который имеет линейное строение, высокие диэлектрические свойства, удовлетворительную механическую прочность, невысокую рабочую температуру (до 100 °C), химическую стойкость в щелочах, минеральных и органических кислотах, маслах. Он набухает в 65 %-ной азотной, ледяной уксусной кислотах, бензине и керосине. При температуре выше 200 °C разлагается, образуя стирол. Полистирол применяют для производства слабонагруженных деталей и высокочастотных изоляторов. Недостатки – хрупкость при пониженных температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин.

Пластмассы широко применяются в машиностроении и приборостроении для изготовления деталей. Пластмассы электротехнического назначения применяют в качестве электроизоляционных материалов в конструкциях машин