Свойства сталей и сплавов. Натуральный и синтетический каучуки; классификация резин

Свойства сталей и сплавов. Натуральный и синтетический каучуки; классификация резин

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Контрольная работа

по дисциплине: Материаловедение

Вариант 26

Специальность: 1-370106 Техническая эксплуатация автомобилей

Гродно 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. Классификация сталей. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения

.1 Классификация сталей

.2 Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения

. Натуральный и синтетический каучуки. Классификация резин. Свойства резин. Резины специального назначения

.1 Натуральный и синтетический каучуки

.2 Классификация резин. Свойства резин

.3 Резины специального назначения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие промышленного производства во всех отраслях науки и техники требует повышения качества существующих и создания новых материалов с заранее заданными свойствами. Требования современной промышленности с каждым годом возрастают, что вызывает необходимость создания новых сталей и упрочнения уже имеющихся.

Производство сталей развивалось особенно быстрыми темпами с 1918 года. Стали должны быть экономически выгодными. Кроме основных требований появилась необходимость в получении новых свойств, таких как химические, магнитные, электрические и др. Стали, у которых одно или несколько свойств развиты в нужном направлении, называют специальными.

Специальные стали - это сплавы на основе железа, отличающиеся от углеродистых сталей особыми свойствами, обусловленными либо их химическим составом, либо способом производства, либо способом обработки. Любая сталь содержит не только железо и углерод, но и другие элементы, которые делят на примеси и легирующие элементы. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. В соответствии с требованиями их используют для различных изделий.

1. Классификация сталей. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения

.1 Классификация сталей

Стали - это сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14%. Стали отличаются друг от друга технологией производства, обработкой, структурой, свойствами, назначением.

Знание принципов, лежащих в основе разработки сталей, их режимов термической обработки позволяет создать новые наиболее экономно-легированные сплавы, обладающие высоким комплексом свойств.

До настоящего времени нет единой классификации сталей.

В связи с этим их классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности, назначению.

По химическому составу стали подразделяют, на:

.   углеродистые: малоуглеродистые (содержание углерода составляет до 3%), среднеуглеродистые (0,4-0,6%), высокоуглеродистые (> 0,6%);

2.      легированные: низколегированные (содержание легирующих элементов составляет до 3%), среднелегированные (3-10%), высоколегированные (более 10%).

По составу основных легирующих элементов стали бывают никелевые, хромоникелевые, марганцовистые, хромистые и т.д.

По назначению выделяют конструкционные и инструментальные стали.

.   Конструкционные - это стали, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающие определенными физическими, химическими и механическими свойствами. Конструкционные стали подразделяют на строительные, арматурные, машиностроительные и высокопрочные.

2.      Инструментальные - это стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением и обладающие высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и рядом других свойств.

В зависимости от равновесного состояния стали бывают:

.   доэвтектоидные,

2.      эвтектоидные,

.        заэвтектоидные.

По структурным составляющим стали классифицируют, на:

перлитные (углеродистые и низколегированные);

аустенитные (высоколегированные);

мартенситные (легированные и высоколегированные);

ферритные (высоколегированные);

ледебуритные;

бейнитные;

двухфазные:

феррит + аустенит (Ф + А),

феррит + мартенсит (Ф + М),

феррит + перлит (Ф + П),

аустенит + мартенсит (А + М).

По качеству выделяют стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные. В соответствии с ГОСТ РБ качество сталей определяется, прежде всего, содержанием примесей серы и фосфора (табл. 1).

Таблица 1

Содержание серы и фосфора в сталях, %

Категория обыкновенного качества может относиться только к углеродистым сталям, все остальные категории качества - к любым по степени легирования сталям.

1.2 Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения

К сталям <#"605730.files/image001.gif">

Рисунок 1. Состав резины

Резиновые технические изделия классифицируются (рис. 3) по строению, технологии изготовления, типу конструкции.

Классификация резин приведена на рисунке 2.

Свойства резин

Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему <#"605730.files/image002.gif">

Рисунок 2. Классификация резин

Модуль упругости резин различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; Упругие свойства резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и температуры. Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.

Рисунок 3. Классификация резиновых технических изделий

Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_1829.html>. Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3168.html>. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3324.html>, SiO₂ и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков. Твердость <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3641.html> резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации. Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины: коэффициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности. Циклическое деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизационные свойства.

Резины характеризуются также высокими фрикционными свойствами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Они диамагнетики и хорошие диэлектрики, хотя могут быть получены токопроводящие и магнитные резины.

Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворителях. Степень набухания определяется разницей параметров растворимости каучука и растворителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного набухания обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длительном хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

.3 Резины специального назначения

Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула

СН2==ССI-СН=СН2

Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в термостабильное состояние. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярных каучуков. СКН - бутадиеннитрильный каучук - продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты;

СН2-СН =СН-СН2-СН2-СНСN-

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок;

СКН-18, СКН-26, СКН-40. Присутствие в молекулах каучука группы СN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость. Резины на основе СКН, хорошо сопротивляются истиранию, могут работать в среде бензина, топлива, масел в интервале температур от -30 до 130°С. Резины на основе СКН применяют для производства ремней, конвейерных лент, и т. п.

Полисульфидный каучук, или тиокол, образуется при взаимодействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов:

...-СН2-СН2-S2-S2- ...

Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Механические свойства резины на основе тиокола невысокие. Эластичность резин сохраняется при температуре от -40 до -60°С. Теплостойкость не превышает 60-70°С. Тиоколы новых марок

работают при температуре до 130°С.

Акрилатные каучуки - сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами - можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении.

Недостатками БАК являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию, горячей воды и пара.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ - синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с химической формулой

Si(СНз)2 - O - Si(СНз)2 - ...

Каучук вулканизуется перекисями и требует введения усиливающих наполнителей (белая сажа). Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость.

Диапазон рабочих температур СКТ составляет от -60 до 250 °С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганнческим соединениям, делает СКТ водостойким и гидрофобным. В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.

Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к тепловому старению и обладает меньшей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от -55 до 300°С. Вводя фенильную группу (С6Н5), получают каучук (СКТФВ), обладающий повышенной морозостойкостью (от -80 до -100°С) и сопротивляемостью к действию радиации.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования. Например, резины на основе СКС-10 и СКД могут работать при температуре до -60°С; НК, СКБ, СКС-30, СКН - до -50°С, СКТ - ниже -75°С.

Светоозоностойкие резины вырабатывают на основе насыщенных каучуков - фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.

Фторсодержащие каучуки получают сополимеризацией ненасыщенных фторированных углеводородов.

Отечественные фторкаучуки выпускают под марками СКФ-32, СКФ-26; Каучуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топлива, различных растворителей, негорючи. Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная (до 300°С). Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности.

СКЭП - сополимер этилена с пропиленом - представляет собой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства.

Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т.д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Хлорсульфополиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полимером. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами SО2Сl и Сl. Вулканизаты ХСПЭ имеют высокую прочность (=26 МПа). Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия, для защиты от воздействия g-излучения).

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изобутилена с небольшим количеством изопрена (2-3%).

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего он обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. Бутилкаучук - химически стойкий материал. В связи с этим он в основном предназначен для работы в контакте с концентрированными кислотами и другими химикатами; кроме того, его применяют в шинном производстве (срок службы покрышек в 2 раза выше, чем покрышек из НК).

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.

Полиуретановыв каучуки обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10-20 раз выше, чем газопроницаемость НК. Рабочие температуры резин на его основе составляют от -30 до 130°С. На основе сложных полиэфиров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, применяемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКБ; СКС, СКТ и v = 10r бутилкаучука.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного каучука СКН-26 с введением в их состав v = 10rуглеродной сажи и графита (65-70%).

Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных соединений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание которой в жидкости не превышает 1-4%. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

Заключение

Свойства стали и сплавов зависят от их химического состава, состояния и структуры. Сталь и сплавы с особыми свойствами находят широкое применение в машиностроении, приборостроении, химической и электротехнической промышленности и играют важную роль в современной технике.

Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы.

Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты).

Список литературы

1. Н.В. Белозеров “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”

2. Гуляев А.П. Металловедение. - 6-е изд. - М: Металлургия, 1986.

. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. - М.: Металлургия, 1975.

.Ковалева А.А. Специальные стали и сплавы. Сибирь, 2005.