- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •Лахтин ю.М., Леонтьева в.П. Материаловедение. – м.: ид Альянс, 2009. – 528 с.
- •Сапунов с.В. Материаловедение: Текст лекций. – сПб.: сПбГиэу, 2006. – 66 с.
- •Сапунов с.В. Основы материаловедения: Учеб. Пособие. – сПб.: сПбГиэу, 2010. – 155 с.
- •1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2(2). Мировое производство основных материалов
- •3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал
- •5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов
- •6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
- •7(12). Механические испытания материалов
- •8(13). Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10(14). Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11(15). Определение ударной вязкости при изгибе
- •12. Испытание на вязкость разрушения
- •13. Испытание на усталость. Живучесть
- •14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов
- •15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования
- •16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20(10). Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22(17). Полиморфные превращения
- •23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
- •24. Диаграммы фазового равновесия
- •25. Правило фаз и правило отрезков
- •26. Ликвация в сплавах
- •27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31(22). Структурные классы легированных сталей
- •32(23). Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35(25). Виды отжига и их назначение
- •36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37(27). Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42(30). Классификация сталей
- •43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •5 9. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения
- •60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения
- •61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения
- •62. Наноматериалы
- •63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
- •64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль
- •65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Приложение в Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса
57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
Эластомеры – это полимеры и материалы на их основе, обладающие высокоэластическими свойствами в широком интервале температур, охватывающем практически всю область температур их эксплуатации. Повышенная эластичность таких полимеров обусловлена тем, что они состоят из больших цепных молекул, способных обратимо изменять свою форму под действием внешних нагрузок. Основу цепных молекул эластомеров могут составлять атомы углерода, кислорода, кремния или серы. К типичным эластомерам относятся натуральный и синтетический каучук, а также различные виды резин.
Каучуки являются исходным сырьем для получения резин. По своему происхождению каучуки подразделяются на натуральные НК и синтетические СК. Натуральные каучуки получают коагуляцией млечного сока – латекса каучуконосных растений, таких как гевея, кок-сагыз, тау-сагыз. Из синтетических каучуков наиболее распространены натрий-бутадиеновый каучук (СКБ), бутадиен-стирольный (СКС), полихлоропреновый, бутадиен-нитрильный каучук (СКН) и др69. По своей структуре синтетические каучуки являются линейными полимерами с очень большой молекулярной массой. Почти все синтетические каучуки получают методом эмульсионной полимеризации в водных растворах. При нормальных температурах каучуки находятся в высокоэластичном состоянии, температура их стеклования находится в области –40…–70 °С.
Резиной называют продукты химической переработки различных каучуков. Эти продукты получаются в результате взаимодействия каучуков с вулканизаторами (серой, селеном, натрием, диазобензолом), которое может быть осуществлено термической обработкой (горячая вулканизация70) и без ее применения (холодная вулканизация). В процессе вулканизации каучук за счет поперечного сшивания линейных молекул переводят в редкосетчатый полимер, который не теряет прочность и не растекается при повышенных температурах. При холодной вулканизации в качестве вулканизаторов обычно используют оксиды металлов. Степень сетчатости полимера в основном зависит от количества добавок. При этом изменяются и свойства резины (если, например, содержание серы 1…5 %, то получается редкосетчатая высокоэластичная резина; если 30…50 %, то эластичность каучука почти исчезает и получается колющаяся пластмасса – эбонит).
Помимо каучука и вулканизаторов в состав резин могут входить:
наполнители (активные – углеродистая и белая сажа – повышают механические свойства, неактивные – мел, тальк – снижают стоимость резины);
регенераторы – продукты специальной обработки бывшей в употреблении резины – снижают температуру вулканизации и удешевляют резину;
ускорители (дифенил-гуанидин, каптакс, оксид цинка – ускоряют вулканизацию)
противостарители или антиоксиданты (парафин, воск и т. п.);
смягчители или пластификаторы (парафин, вазелин, битумы, растительные масла, иногда до 30 %);
красители придают определенный цвет и защищают резину от светового старения.
Основой резин общего назначения в настоящее время являются натуральный каучук НК (являющийся полимером изопрена (C5H8)n); синтетический каучук СК бутадиеновый СКБ (C4H6)n, получаемый по методу Лебедева; бутадиен-стирольный каучук СКС и синтетический каучук изопреновый СКИ. Эти резины отличаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницаемостью. Из резины общего назначения изготавливают ремни, рукава, транспортерные ленты, изоляцию кабелей, демпферные прокладки и др. изделия.
Специальные резины по эксплуатационным свойствам подразделяются на следующие виды:
износостойкие получают на основе полиуретановых каучуков (СКУ, СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ), применяются для изготовления автомобильных шин, конвейерных лент, обуви и т. п.;
маслобензостойкие изготавливают на основе каучуков хлоропренового (наирит), бутадиеннитрольного СКН, полисульфидного (тиокол) и др.;
морозостойкие получают на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования (СКБ, СКС, СКД, СКТ);
светоозоностойкие вырабатывают на основе каучуков фторсодержащих (СКФ) и этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука (БК), хлорсульфополиэтилена (ХСПЭ);
теплостойкие получают на основе кремнийорганических соединений (СКТ, СКТФВ);
теплохимическистойкие изготавливают на основе фторкаучуков (СКФ);
электротехнические изготавливаются двух типов:
электроизоляционные – только на основе неполярных каучуков (НК, СКБ, СКС, СКТ и БК),
электропроводящие – на основе полярных каучуков (СКН, наирита) с добавкой сажи или графита (применяются, например, для экранирования кабелей).
Резина как технический материал отличается наиболее высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку. Некоторые сорта резин имеют относительное удлинение до 1000 %. Причем, деформация является обратимой.
По функциональному назначению резиновые детали, применяемые в машиностроении, делят на девять групп: уплотнительные, вибро- и звукоизоляционные, противоударные, силовые, опоры скольжения, гибкие компенсационные прокладки, противовоздушные, фрикционые и защитные.