Материаловедение

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский  Государственный Университет

Сервиса и Экономики 

ИНСТИТУТ  СЕРВИСА АВТОТРАНСПОРТА, КОММУНАЛЬНОЙ И БЫТОВОЙ

ТЕХНИКИ

Кафедра «Общепрофессиональных дисциплин» 
 
 
 

Курсовая работа по дисциплине: 
 
 
 
 

Материаловедение 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент        Григорьев Ю. В.                

Группа             31                  _.

Шифр         100101             _.

Руководитель       Перфильев А.Н.

Оценка__________________

Дата  защиты__________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Старая  Русса

2008 г.

 СОДЕРЖАНИЕ: 
 
 

Введение…………………………………………………………………………3 стр.

1. Схематическое изображение различных форм графита в сером чугуне. Как влияет форма графитных включений на механические свойства  …………….4 стр.

2. Как и с какой целью осуществляется азотирование и цианирование стали?  Какие детали подвергаются цианированию?........................................................ 9 стр.

3. Как классифицируются легированные стали по структуре в нормализованном состоянии? Примеры использования этих сталей………………........................12 стр.

4. Классификация пластмасс в зависимости от реакции получения полимеров и от их физико-химических свойств………………………………..............................17 стр.

Заключение.……………………………………………………………………...37 стр.

Список используемой литературы……………………………………………..38 стр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение 

   Материаловедение  изучает закономерности, определяющие строение и свойства материалов в  зависимости от их состава и условий  обработки, и является одной из основных дисциплин, определяющих подготовку инженеров-машиностроителей.

   Несмотря  на все более широкое использование  неметаллических материалов, металлы  и сплавы останутся и в ближайшем  будущем основным конструкционным  и инструментальным материалом. Поэтому я основное внимание уделил металлам.

В последнее  время широкое применение нашли  композиционные материалы на основе металлов, полимеров и керамики.

   В своей курсовой работе я рассматриваю природу и свойства серых чугунов, для чего делают азотирование и цианирование стали, по каким признакам делают классификацию легированных сталей, а так же классификацию пластмасс. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.  Схематическое изображение  различных форм графита в сером чугуне. Как влияет форма графитных включений на механические свойства. 
 

  Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода, называются чугунами. В отличие от стали чугуны имеют более высокое содержание углерода, заканчивают кристаллизацию образованием эвтектики, обладают низкой способностью к пластической деформации и высокими литейными свойствами. Их технологические свойства обусловлены наличием эвтектики в структуре. Стоимость чугунов ниже стоимости стали.

 Чугуны  выплавляют в доменных печах, вагранках  и электропечах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают предельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Предельные и специальные чугуны используют для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20 % всего выплавляемого чугуна используют для изготовления литья.

 В литейном чугуне обычно содержится не более 4,0 % углерода. Кроме углерода обязательно присутствуют примеси S, Р, Mn, Si, причем в значительно большем количестве, чем в углеродистой стали.

 В зависимости  от формы выделения углерода в чугуне различают:

1. Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe₃C. Чугун в изломе имеет белый цвет и характерный блеск.
2. Половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8%) находится в виде цементита. Чугун имеет структуру перлита, ледебурита и пластинчатого графита.

  3. Серый  чугун, в котором весь углерод  или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, а содержание углерода в связанном состоянии в виде цементита составляет не более 0,8 %,

 4. Чугун  с отбеленной поверхностью, в  котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого чугуна. Отбеленный слой получают в толстостенных массивных деталях при их литье в металлические формы. По мере удаления от поверхности, вследствие уменьшения скорости охлаждения, структура белого чугуна постепенно переходит в структуру серого. Чугун поверхностного слоя

 в микроструктуре содержит много твердого и хрупкого цементита, который хорошо сопротивляется износу. Поэтому чугуны с отбеленной поверхностью используют для деталей с высокой износостойкостью, для валков прокатных станов, для мукомольных валов, вагонных колес с отбеленным ободом, лемехов плугов с отбеленными носком и лезвием. Отбел может достигаться благодаря местному увеличению скорости охлаждения за счет установки в литейную форму холодильников в виде металлических вставок.

 5.Высокопрочные чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму.

 6.Ковкие чугуны, получающиеся из белых чугунов путем отжига, 
при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.

 Графитизация  чугуна, т. е. образование графита  вместо цементита, зависит от ряда факторов. К ним относятся присутствующие в чугуне центры графитизации, скорость охлаждения и химический состав.

 Чем медленнее происходит охлаждение чугуна, тем большее развитие получает процесс графитизации.

 В одной  и той же отливке чугун может  иметь различную структуру. В  тонких частях отливки, где выше скорость кристаллизации и охлаждения, чугун имеет меньшую степень графитизации, чем в массивных. Быстрое охлаждение способствует получению белого чугуна, более медленное — серого чугуна.

 В некоторых  случаях для достижения высокой  твердости и сопротивления износу специально получают отбеленную зону в чугунной отливке. Для этого в литейную форму вставляют металлические холодильники, обеспечивающие высокую скорость затвердевания и охлаждения с образованием цементита. Так поступают при отливке чугунных лемехов, устанавливая холодильники в тех местах, где расположены лезвие и носок.

 Из  примесей, входящих в состав чугуна, наиболее сильное положительное влияние на графитизацию оказывает кремний. Содержание кремния в чугуне колеблется от 0,5 до 4-5 %. Меняя содержание кремния, можно получать чугуны, совершенно различные по структуре и свойствам.

 Из  других элементов, входящих в состав чугуна, наиболее важную роль играют марганец, сера и фосфор.

 Марганец  препятствует графитизации, увеличивая склонность чугуна к отбеливанию. Содержание марганца в чугуне обычно не более 0,5—1,0 %.

 Сера является вредной примесью в чугуне. Ее отбеливающее влияние в 5-6 раз выше, чем марганца. Кроме того, сера способствует образованию газовых пузырей, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин.

 Влияние фосфора в чугуне существенно  отличается от его влияния в стали. Хотя фосфор почти не влияет на графитизацию, он является полезной примесью, увеличивая жидкотекучесть серого чугуна за счет образования легкоплавкой (950-980 °С) фосфидной эвтектики.

 Обычно  используют чугуны следующего химического  состава, %: 3,0-3,7 С, 1-3 Si, 0,5-1,0 Мп, менее 0,3 Р и 0,15 S.

 Иногда  в чугун вводят легирующие элементы (Ni, Сг и др.), улучшая его свойства, в частности коррозионную стойкость и жаростойкость.

 Микроструктура  чугуна состоит из металлической  основы и графитных включений. Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера включений графита.

  Металлическая основа может быть: перлитной, когда 0,8 % углерода находится в виде цементита, а остальной углерод в виде графита; феррито-перлитной, в которой количество углерода в виде цементита составляет менее 0,8 %; ферритной. Структура металлической основы определяет твердость чугуна.

Графит  в сером чугуне — пластинчатый; в ковком чугуне — хлопьевидный; в высокопрочном — шаровидный (рис. 3.1). По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность, поэтому места его залегания можно считать нарушениями сплошности. Таким образом, чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. В связи с этим серый чугун имеет низкие характеристики механических свойств (ст_., 8, у) при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентраторов напряжений, поэтому работа удара близка к нулю. Вместе с тем твердость и прочность при испытаниях на сжатие, зависящие от свойств металлической основы, у серого чугуна достаточно высоки. 

Рис. 3.1 Различные формы графита в  чугуне:

а — пластинчатый графит  б— хлопьевидный  в — шаровидный

  Однако  серый чугун с пластинчатой формой графита имеет и ряд преимуществ. Он позволяет получать дешевое литье, так как при низкой стоимости обладает хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Включения графита делают стружку ломкой, поэтому чугун легко обрабатывается резанием. Благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами, имеет высокие демпфирующие свойства, хорошо гасит вибрации и резонансные колебания.

  Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение.

   Из  серых чугунов марок СЧ 10, СЧ 15 изготавливают малоответственные детали типа станин, корпусов клапанов и вентилей с толщиной стенки до 15 мм. Их используют в качестве вкладышей подшипников и сменных втулок на шейки валов свекломоек, для отдельных деталей пельменных и котлетных автоматов.

   Серые чугуны марок СЧ 20 и СЧ 25 применяют  для более ответственных деталей с толщиной стенки до 30 мм, работающих в условиях трения. К ним относятся: шнеки и цилиндры волчков для мяса, шестерни и червячные колеса фаршемешалок, колодки жировых сепараторов.

   Чугуны  марок СЧ 30, СЧ 35 идут на изготовление тяжелонагруженных деталей сложной  формы с толщиной стенок до 100 мм, таких, как стаканы и крышки цилиндров, небольшие коленчатые валы, головки матриц макаронных прессов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Как и с какой целью осуществляется азотирование и цианирование стали? Какие детали подвергаются цианированию? 
 

 Азотирование  стали

 Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя азотом. Целью азотирования является создание поверхностного слоя с особо высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии в водной среде, паровоздушной и влажной атмосфере.

 Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 ч) деталей в атмосфере аммиака при температуре 500-600 °С. При более высокой температуре образуются более крупные нитриды, и твердость уменьшается. Азотирование проводят в стальных, герметически закрытых ретортах, в которые поступает аммиак. Реторту помещают в нагревательную печь. Поступающий из баллонов аммиак при нагреве разлагается на азот и водород: NH₃-» ЗН + N.