Ответы по материаловедению

Коррозия  – самопроизвольное разрушение материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. В результате взаимодействия с такой средой механические свойства материала резко падают, иногда при отсутствии видимого изменения внешней поверхности. Химическая – при воздействии на металл газом (газовая), неэлектролитом (нефть, нефтепродукты). Электрохимическая – в жидких электролитах (влажная атмосфера, почва, морская и речная вода, водные растворы солей, щелочей и кислот). В электролит помещаются 2 различных  металла, получается гармоническая пара, при этом

металл, который легче, анод (отдает электроны). Он постепенно разрушается. Пары возникают  между различными фазами, анод –  границы зерен. Чем больше границы  зерен, тем быстрее разрушение. По характеру разрушений различают местную и равномерную коррозию. Местная: контактна, межкристаллитная (разрушение по границам зерен), точечная.

Стали, устойчивые к электрохимической  коррозии, наз коррозионностойкие (нержавеющие). Устойчивые в газовой коррозии –  окаленностойкие. Повышение устойчивости стали к коррозии достигается введением элементов, образующих на поверхности защитную пленку, прочно сцепленную с основным металлом, которая предупреждает контакт стали с агрессивной средой и повышает электрохимический потенциал стали в различных средах.

Хромистые и хромоникелевые стали.Хром должен быть растворен в стали. Если он образует карбиды, то сталь ржавеет. Для предотвращения в сталь добавляют Ti,Ta. В 20Х13, 40Х13, 95Х18 имеют мартенситную структуру. 12Х15 мартенситно-ферритную, 12Х17 ферритную.ТМО мартенситного класса состоит из закалки под температурой 1000град и низкого отпуска при 200-300град (режущие, инструментальные, пружины, предметы домашнего обихода). Стали мартенсит-ферритн и ферритн классов: закалка и высоки отпуск, чтоб получить сорбитную структуру (для деталей с высокой пластичностью). Некоторые стали (12Х17, 15Х25Т) подвергаются только для получения равновесной структуры с целью повышения прочности (пищевая промышленность). Сварка ферритных сталей не производится, так как при этом интенсивно растет зерно и износостойкость падает. На ряду с хромистыми применяются стали с 18% Cr и 9-12% Ni. Стали имеют аустенитную структуру. Коррозионная стойкость больше, они более пластичные, хорошо свариваются.  

42. Титан и его сплавы.

Титан – металл серого цвета. Температура  плавления 1668град.

Технический титан изготовляют 2х марок ВТ1-00 (99,53%), ВТ1-0 (99,46%). На поверхности легко  образуется оксидная пленка, повышающая сопротивление коррозии в некоторых  агрессивных средах. Его обрабатывают давлением. Сплавы имеют большее применение, чем титан. Легирование титана Fe,Al, Mn, Cr, V, Si повышает его прочность, но снижает пластичность и вязкость. Жаропрочность повышают Al Mo Zr. Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность. Al N O повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область α-фазы. Mo V Mn Fe Cr понижают эту температуру и расширяют область β-фазы: β→α+ТхМу. При охлаждении β-фаза претерпевает эфтектоидное превращение. Как правило все промышленные сплавы титана содержат алюминий. Могут иметь нейтральные элементы (Sn Zr).

Титановые сплавы применяются в авиации, ракетной технике, в химическом машиностроении и др. ВТ5 хорошо обрабатывается давлением  и сваривается. ВТ6 обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой. Термическая обработка титановых сплавов.

В зависимости  от состава и назначения можно  подвергать отжигу, закалке, старению и химико-термической обработке.

Чаще  подвергают отжигу. Нагрев до 870-980град и далее выдержка при 530-660град. Широко применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить содержание водорода в титановых сплавах, что приводит к уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозийному растрескиванию. Для снятия небольших внутренних напряжений применяют неполный  отжиг при 550-650 град. Титановые сплавы имеют низкое сопротивление износу и при использовании в узлах трения подвергаются химико-термической обработке. Для повышения износостойкости титан азотируют при 850-950 град в течение 30-60 часов в атмосфере азота (слой 0,05-0,15 мм). . ВТ5 хорошо обрабатывается давлением и сваривается. ВТ6 обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой. ВТ14 применяют для изготовления тяжелонагруженых деталей. Сплав упрочняется закалкой при 850-880град в воде с последующим старением при 480-500град 12-16 часов.  ВТ8 применяют после изотермического отжига. Для фасонного литья применяют сплавы ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, которые обладают достаточно хорошими литейными и механическими свойствами. 

43. Медь и ее сплавы. Маркировка, состав. Латуни, бронзы.

Концентрация  меди в земной коре 0,01%, в рудах  в среднем 5%.Это металл красно-розового цвета без полиморфных превращений. Температура плавления 1083 град. Прочность 160 НПА. После прокатки и прессования 240 НПА. Высокая пластичность, теплопроводность, что обуславливает широкое применение. Медь – основа латуни и бронзы. Недостатки – высокий удельный вес, вязкость, низкая текучесть.

Латуни: 1)двойные (простые); 2) многокомпонентные (легированные). 1)  маркируются «Л» и процентное содержание меди. Л96, Л85, Л80, Л62, Л59.

Чем больше цинка, чем дешевле, он повышает прочность  и пластичность.Л70 содержит 90% меди, имеет золотой цвет, применяется  для золотых изделий. Если 90 и более % меди, то наз ТОМПАК, если 80-85, то ПОЛУТОМАПАК. В маркировке также пишут легирующие элементы (Al–A, Ni-H, Be-Б,Р-Ф, олово-О,Si-K, Mn-Mц, Be-Б, Zn-Ц) и за буквой количество каждого элемента.

Бронзы: сплавы Cu c Al,Cn,гелием и т.д. Оловянные бронзы не обрабатываются давлением и применяются в литом состоянии БРО10Ф1.

Алюминиевые бронзы имеют высокие механические, антикоррозийные, антифрикционные  свойства, более дешевые. Могут работать до температуры 400-500гр. До 3% Si. Хорошо паяются, свариваются. Бериллиевые бронзы – сплавы, которые упрочнятся термообработкой. После закалки прочность 450 НПА. Упрочняется при последующем старении, обладает хорошими упругими свойствами. БРБ2 – изготовление пружин, мембран, обработка резаньем, сваркой, сопротивляется коррозии. Свинцовые бронзы обладают хорошими антифрикционными  свойствами. БРЦ30 для подшипников скольжения, работают при больших нагрузках, имеют высокую теплопроводность.

Маркировка  деформированные бронзы: БР, затем  легирующие элементы (все буквы, потом процентное содержание) БРОФ-4-0,25. Литейные бронзы: процентное содержание после каждой буквы БРО6Ц6С3. 

44. Порошковые материалы.  Способы получения  порошков.

Металлические порошки состоят из очень мелких частиц (0,5–500 мкм) различных металлов и их окислов.

Существует несколько  способов получения металлических  порошков. Физические, химические и  технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа  их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

Механическое  измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.

Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или  в среде инертных газов. Метод  появился в 60-х годах. Его достоинства  — возможность эффективной очистки  расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.

Восстановление  руды или окалины. Наиболее экономичный  метод. Почти половину всего порошка  железа получают восстановлением руды.

Электролитический метод.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами. 

45. Общая характеристика  композитов. Классификация  композитов по  механизму упрочнения.

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

По геометрической форме наполнителя ПКМ делят  на две группы:

1) с зернистым  наполнителем

2) с волокнистым  наполнителем.\

Наполнитель в  виде ткани повышает прочность композита (слоистого пластика) в площади армирования благодаря прочности механического сцепления волокон в ткани. В тканях чаще прочность на основе више. Недостатком двумерного армирования есть низкое сопротивление межслоевому сдвигу и поперечного отрыву. К слоистым композитам относят также древеснослоистые, бумажнослоистые (гетинакс) пластики и текстолиты. ПКМ с наполнителем с однослойной ткани объемного плетения имеют почти изотропные свойства. Использование многослойного наполнителя резко снижает межслойную прочность материала к уровню прочности композитов с двуметрным наполнителем. 

 46. Дисперсно-упрочненные металлические и полимерные композиты.

Композиты с металлической матрицей разделяют  на армированные волокнами (волокнистые  композиты) и наполненные тонкодисперсными частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные композиты).

Волокнистые композиты с металлической матрицей имеют два основных преимущества по сравнению с более распространёнными  композитами с полимерной матрицей: они могут использоваться при значительно более высоких температурах и более эффективны в относительно малогабаритных сильно нагруженных элементах конструкций. Последний факт определяется возможностью существенно сократить массу стыковочных элементов конструкций благодаря большей прочности металлической матрицы, по сравнению, например, с полимерной, и технологичностью обработки композитов с такой матрицей (возможность использования резьбовых соединений и т.д.).

Волокна в КММ несут основную нагрузку, при этом длина передачи нагрузки в такого типа композитах много меньше соответствующей длины в композитах с полимерной матрицей в силу больших возможных касательных напряжений в матрице (при условии достаточно прочной связи на границе раздела волокна и матрицы). Это обстоятельство сказывается положительным образом на прочностных свойствах композита в силу масштабной зависимости прочности волокна. Возможны также ситуации, в которых взаимодействие волокна и матрицы существенно повышает эффективную прочность волокна, в результате реальная прочность композита оказывается выше величины, полученной при использовании результатов испытаний отдельных волокон. Такого типа синергетические эффекты делают волокнистые КММ перспективными материалами. Важной особенностью КММ с пластичной металлической матрицей является возможность конструирования структур с хрупкими волокнами, трещиностойкость которых превышает трещиностойкость неармированной матрицы.

Основные  приложения КММ в настоящее время  – аэрокосмические конструкции, в будущем они могут заменить металлические сплавы во многих наземных приложениях, в том числе – в автомобильной технике. 

47.Керамические  композиты. Компоненты, состав, свойства.

КОМПОЗИЦИОННАЯ  КЕРАМИКА РСНК-КО – реакционно-спеченный  нитрид кремния – композит  

Высокотехнологичный композиционный керамический материал устойчивый к термоударам – РСНК-КО – реакционно-спеченный нитрид кремния – композит.

РСНК-КО изготовлен по технологии горячего литья  заготовки с последующим реакционным  спеканием керамической массы. Матрица из нитрида кремния обеспечивает низкую усадку при спекании, высокие диэлектрические свойства и химическую инертность материала к расплавам металлов, солей, кислот до 1300°С. Максимальная рабочая температура до 1400°С. Крупнокристаллические включения придают материалу уникальную термостойкость: крупногабаритные изделия с толщиной стенки 3...5мм выдерживают более 10 термоударов с температуры 1200°С при закалке в воду (керамика из оксидов алюминия, циркония и других материалов разрушается после однократного испытания).

Технология  РСНК-КО позволяет в сравнительно широких пределах регулировать пористость, плотность керамики и внедрять в  матрицу равномерно распределенные композиционные добавки, в частности, крупнокристаллические оксиды металлов, теплопроводные ферросилициды, каталитически активные дисперсные включения никеля, платины, и др.

Применение  материала основано на хорошей формуемости  изделий, отсутствии усадки при спекании в сочетании с химической- и  термо- стойкостью. Благодаря безусадочной технологии готовое изделие не требует дополнительной обработки и может включать резьбы, фланцы, поверхности под уплотняемые прокладки и другие элементы с высокой точностью размеров. Уступая по некоторым параметрам керамике горячепрессованного Si3N4, РСНК-КО имеет преимущество в способе формования, и, следовательно, в себестоимости производства изделий.

Сравнительные данные показывают, что на истираемость керамики не уступает, а в паре с  некоторыми абразивными материалами  – превосходит алунд (керамика с  высоким содержанием оксида алюминия в корундовой модификации), другие керамические материалы.

Материал  хорошо режется алмазными дисками  и возможно получение колец с  полированной торцевой поверхностью из трубных заготовок.