19.) Магний и магниевые сплавы

Магний: тип решетки – гексогональная, Tпл=650°С; σ_b = 180 МПа; σ_Т = 100 МПа; δ = 15 %; НВ=300 МПа. Применяется в авиации. Mg хорошо окисляется на воздухе, однако, его оксидная пленка не обладает защитными св-ами. Кор. стойкость Mg не значительная. Основными ЛЭ Mg сплавов являются Al, Zn, Mn. Маркируется: деформированные сплавы МА1…10; литейные МЛ1…10; высокопрочные деформированные ВМД1…10. Mg сплавы делятся на не упрочняемые и упрочняемые ТО. Упрочнение достигается за счет закалки и старения.

Магний плотность 1,74; невысокая прочность и малая пластичность - таковы характеристики технически чистого Mg.  Влияние легирующих элементов.

Al, Zn в определенных концентрациях существенно повышают механические свойства магниевых сплавов. Увеличение содержания Al (свыше 10%), Zn (свыше 5%) приводит к ухудшению прочности и пластичности сплавов. Zn (2-3%) повышает антикоррозийную стойкость. Al и Zn с Mg образуют твердые растворы ограниченного насыщения. Закалка и старение не повышают прочности магниевых сплавов. Mn (0,15-0,5%) повышает антикоррозийную стойкость и приводит к получению мелкозернистой структуры. Магниевые сплавы могут быть деформируемыми и литейными. Магниевые сплавы имеют низкую сопротивляемость ударным нагрузкам. Хорошо обрабатываются резанием.

В зависимости от химического состава магний выпускается трех марок: Мг96 (99,96 % Mg), Мг95 (99,95 % Mg) и Мг90 (99,90 % Mg). Магний поставляется в чушках массой 8,0 ± 1 кг.

В России освоено производство магния повышенной (99,99 % Mg) и высокой чистоты (99,9999 % Mg), а также гранулированного магния.

Сплавы магния. Промышленные магниевые сплавы принято делить на литейные для получения деталей методом фасонного литья (МЛ) и деформируемые для получения полуфабрикатов и изделий путем пластической деформации (МА). По применению их классифицируют на конструкционные и со специальными свойствами.

Термомеханическая обработка (ТМО) является одним из методов повышения прочности стареющих деформируемых магниевых сплавов. В практике используют три вида ТМО: низкотемпературную (НТМО), высокотемпературную (ВТМО) и комбинированную (КТМО).

При НТМО деформация осуществляется в температурной области ниже порога рекристаллизации. Она заключается в закалке с температуры твердого раствора, холодной (или теплой) деформации (10—15 %) с последующим старением. ВТМО — нагрев до температуры образования перенасыщенного твердого раствора, горячая пластическая деформация и старение.

КТМО — нагрев при температуре 490—530 °С в течение 2 ч, подстуживание на воздухе до 300—350 °С, деформирование при этой температуре (50—90 %), деформация вхолодную (5—10 %), последующее искусственное старение при 175°С в течение 2,5 ч. Полученное упрочнение сохраняется до 300 °С.

Сверхлегкие сплавы (магниеволитиевые сплавы). Особенностями сверхлегких сплавов являются низкая плотность (1,350—1,600 т/м3), повышенная пластичность и обрабатываемость давлением при температурах, значительно более низких, чем обычных магниевых сплавов, высокая удельная жесткость и высокий предел текучести при сжатии, отсутствие чувствительности к надрезу, незначительная анизотропия механических свойств, высокая теплоемкость, хорошие механические свойства при криогенных температурах.

Литейные и деформируемые магниевые сплавы в отечественных стандартах (ГОСТ) обозначаются следующим образом:

        МЛ - магниевые литейные сплавы         МА - магниевые деформируемые сплавы         пч - повышенной чистоты;         он - общего назначения.

    Литейные магниевые сплавы подразделяются в зависимости от способа литья: в песчаные формы, в кокиль, литье под давлением и др.

    Деформируемые магниевые сплавы классифицируются следующим образом: сплавы для прессования, ковки, штамповки, для горячей и холодной прокатки.

20). Композиционные материалы. Общая характеристика композиционных материалов. Дисперсно-упрочненные, упрочненные частицами композиции. Волокнистые и слоистые композиционные материалы. Методы изготовления композиционных материалов и изделий из них. Применение композиционных материалов. Композиционные материалы – это материалы состоящие из 2 и более разнородных материалов. Особенностью КМ является то, что они как правило обладают комплексом св-в принадлежащих составляющим элементам композиции в отдельности. По строению КМ на 3 группы: 1). дисперсные, состоящие из мелко дисперсных частиц (упрочнителя), которые равномерно распределены в объеме основного материала (матрице). По своему строению они являются изотропными. В группу данных материалов входят 2 класса: а). дисперсно твердеющие; б). упрочненные частицами. К дисперсно твердеющим относятся стареющие сплавы (дюраль). В результате старения в подобных сплавах выделяется 2-ая упрочняющая фаза более твердая чем матрица. В КМ упрочненных частицами размер частиц не больше 1 мкм. Упрочняющие частицы: оксиды, нитриты и т.д. Эти частици не растворяются в матрице до t не превышающих t эксплуатации. Эффект упрочнения дисперсными частицами выше по сравнению со стареющими сплавами. 2). волокнистые, состоят из волокон (волокна являются упрочнителями) распределенных определенным образом в объеме матрицы. Волокно так же жестко сцеплено с матрицей и при нагрузке на пов. раздела проскальзования не происходит. Упрочнители вводятся в виде усов или проволоки. В зависимости от матрици КМ делятся на: а). с Ме матрицей. б). с полимерной матрицей. Мех-ие св-ва в значительной степени зависят от направления приложения нагрузки. 3). слоистые, состоят из чередующихся слоев различных по св-ам и хим. составу материалов. Делятся на: а). металлические. Предъявляются повышенные требования по прочности, износостойкости, кор. стойкости и т.д. Наибольшее применение нашли плакированные би- и многослойные материалы. б). металлополимерные. Состоят из чередующихся слоев полимера и Ме. При выборе и конструировании КМ нужно помнить, что его нужно создавать для конкретной детали. При этом важным требованием к КМ является высокая прочность соединений. σкм=σмVм+σfVf, Екм=EмVм+EfVf.

21). Полимерные материалы. Физические состояния, в которых они могут находиться. Полимерные материалы – вещества макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных (мономеров) имеющих одинаковую структуру. В полимерных твердых телах различают фазовые переходы, связанные со структурными превращениями, и релаксационные, связанные с измене­нием интенсивности внутримолекулярной подвижности. Механические свойства полимеров зависят от структуры, физического состояния, температуры и скорости воздействия. Физические состояния полимеров непосредственно связаны с физической структурой и интенсив­ностью внутримолекулярного теплового движения в них. Переход из одно­го физического состояния в другое называют температурным переходом. В зависимости от температуры, полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Переход из одного состояния в другое происходит в

некотором интер­вале температур. Средние температуры, при которых наблюдается изме­нение физического состояния, называются температурами перехода. Тем­пература перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое (и обратно) называется температурой стеклования (Тс), в температура пере­хода из высокопластического состояния в вязкотехучее (и обратно) назы­вается температурой текучести (Тт,). Если полимер находится в кристаллическом состоянии, то ниже тем­пературы кристаллизации (или плавления кристаллической фазы с перехо­дом в аморфную) он находится в твердом состоянии, но обладает, так же как и аморфный полимер, различной деформируемостью ниже и выше температуры стеклования. При температуре кристаллизации кристалличе­ская часть полимера плавится, и термомеханическая кривая почти скачко­образно достигает высокоэластичееккх деформаций, характерных для не­кристаллического полимера. Если полимер слабо закристаллизован, то выше температуры стеклования он деформируется практически как аморфный полимер. Повышение температуры облегчает деформируемость полимера. По­этому температуры перехода являются основными характеристиками при выборе температуры переработки и эксплуатации полимерных материалов.

22. Классификация полимеров по отношению к нагреву и составу вводимых добавок. Влияние добавок на свойства полимерных материалов. Каучуки и резин. Материалы. По отношению к нагреву полимеры делятся на: 1). термопласты. При нагреве размягчаются, плавятся при охлаждении затвердевают, после можно снова перерабатывать. 2). термореакты. При нагреве размягчаются, затем затвердевают с образованием пространственно слитой структуры. Процесс не обратим. Добавки: 1). наполнители их добавляют как правило в кол-ве 20-70%, добавляют для повышения мех-их и др. св-в. Бывают орг-ие и не орг-ие наполнители. Наполнители делятся на: порошковые (мел, сажа, Ме и их сплавы и др.), волокнистые (металлические волокна), слоистые – в виде листов (бумага). 2). стабилизаторы – это различные орг-ие вещества которые вводтся в кол-ве нескольких процентов, с целью сохранения структуры и стабилизации св-в. 3). пластификаторы, они добавляются в кол-ве до 20% для улучшения эластичности и фармульности. 4). отвердители, вводятся в кол-ве нескольких % для отверждения. Добавляются только к термореактам. 5). спец. добавки служат для улучшении или изменения какого-либо св-ва.

Резиновые материалы: резиновыми материалами называют композиции, состоящие из нату­рального или синтетического каучука, наполнителей и специальных доба­вок. Характерной особенностью этих материалов является их эластич­ность. Резины применяются для изготовления камер и покрышек, амортизационных прокладок. Исходными составными частями резины являются каучук, вулкани­зирующее вещество, ускоритель вулканизации, наполнители, противостарители, пластификаторы и красители. Сущность вулканизации состоит в «сшивании» нитевидных молекул каучука с образованием пространствен­ной трехмерной макромолекулы сетчатого строения. В зависимости от назначения резина подразделяется на универсальную и специальную. Наиболее широкое распространение имеет универ­сальная резина, применяемая для изготовления шин, ремней, рукавов и др.

Резина специального назначения должна обладать свойствами масло- и бензостойкости, морозостойкости, повышенной теплостойкости и др. Особое место среди резиновых материалов занимает токопроводящая резина, применяемая в радиотехнике.

23. Неорганическое стекло. Стеклокристаллические материалы. Конструкционные керамические материалы. Углеродные и графитовые материалы. Строение, свойства и применение. Неорганическое стекло – это аморфный изотропный материал, обладающий мех. св-ми хрупкого тела. Получается из расплава смеси неорганических соединений. Не имеет строго определенной температуры плавления. Наиболее широко распространены стекла на основе кремния (SiO2). Широко используются стекла алюмосиликатные. Поверхность стекал имеет множество трещин, кот. снижают прочность. Для получения высокопрочных стекал их поверхность модифицируют – наносят полимерные пленки.

Ситалы (стекло металлические материалы) – это частично закристаллизовавшиеся стекла. Содержат оксиды лития, кремния, магния и алюминия. Получают путем регулируемой кристаллизации при повышенных температурах. Легче алюминия.

Керамический материал – это многокомпонентный материал, который получают спеканием минеральных частиц (глины, оксиды, карбиды). Выпускаются с зернистой и армированной стали. Для получения высокопрочной керамики используют ультратонкие полидисперсные порошки (диаметром несколько нм) из Si3N4, ZrO2.

Углеродные материалы, композиционные углеграфитовые материалы на основе углеродной матрицы и углеродных волокон. В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, кам.-уг. или нефтяного пека, в качестве волокон-наполнителей - высокопрочные углеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространств. конструкции из

волокна. Углеродные материалы по сравнению с графитом характеризуются низкой плотностью (вследствие пористости материала), высокими уд. прочностью и жесткостью, сохраняющимися неограниченно долго в инертных и восстановит, средах при т-рах до 3000 0C (при более высоких т-рах св-ва зависят от скорости сублимации углерода с пов-сти материала), а также пластич. характером разрушений.

Физ.-мех. и теплофиз. св-ва углерод-углеродных материалов существенно зависят от т-ры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных углерод-углеродных материалов с общей пористостью ~ 12% предельные значения Сопротивления по растяжению, изгибу, сдвигу, и сжатию могут достигать соотв. 600, 1200, 25 и 800 МПа. Коэф. температуропроводности колеблется от 5,5·10-3 м2/с (в плоскости армирования) до 3·10-3 м2/с (в перпендикулярном направлении). Электропроводность, уд. теплоемкость такие же, как и у исходных углеродных материалов. В окислит. средах углерод-углеродные материалы разрушаются с выделением оксидов углерода (на воздухе - при т-ре больше 400 0C, в водяном паре - больше 6300C); электрохим. окисление может идти и при комнатной т-ре, причем скорость окисления зависит от плотности тока и приложенной разности потенциалов.

Графитовые материалы - Материалы на основе угля и графита находят широкое применение в химической промышленности. Графит обладает высокой химической стойкостью и теплопроводностью. По теплопроводности он превосходит хромоникелевые стали и свинец в 3-5 раз. Кроме того он обладает свойством самосмазывания, на его поверхности в меньшей степени откладывается накипь и загрязнения, чем на других материалах.

Графитовые материалы инертны к воздействию серной, соляной, плавиковой кислот, к растворам солей, ко многим органическим соединениям, но разрушаются щелочами, фтором и бромом. Они широко применяются при изготовлении теплообменников, крупногабаритной аппаратуры — реакторов, испарителей, абсорберов, конденсаторов. Из них изготавливают также арматуру, детали насосов, футерованные плитки, электроды. В машиностоении применяют графиты натуральные и искусственные, антифрикционные.