2020-05-11
1063
Наряду с традиционными сплавами цветных металлов, в последние годы находят применение пористые («вспененнные») материалы, получаемые способами литья и порошковой металлургии. Их пористая структура является предпочтительной для изоляционных (шумопоглащающих), упаковочных и фильтрующих изделий.
Порошковая металлургия – область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления. Характерной особенностью порошковой металлургии является применение исходного материала в виде порошков, из которых прессованием формуются изделия заданной формы и размеров. Полученные заготовки подвергаются спеканию при температуре ниже температуры плавления основного компонента. Основными достоинствами технологии производства изделий методом порошковой металлургии являются:
– возможность изготовления деталей из тугоплавких металлов и соединений, когда другие методы использовать невозможно;
|
|
|
– значительная экономия металла за счет получения изделий высокой точности, в минимальной степени нуждающихся в последующей механической обработке (отходы составляют не более 1 – 3 %);
– возможность получения материалов максимальной чистоты;
– простота технологии порошковой металлургии.
Методом порошковой металлургии изготавливают твердые сплавы, пористые материалы: антифрикционные и фрикционные, фильтры; электропроводники, конструкционные детали, в том числе работающие при высоких температурах и в агрессивных средах.
Пористые порошковые материалы. Отличительной особенностью является наличие равномерной объемной пористости, которая позволяет получать требуемые эксплуатационные свойства.
Антифрикционные материалы (пористость 15 – 30 %), широко применяющиеся для изготовления подшипников скольжения, представляют собой пористую основу, пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится самосмазывающимся, не требуется подводить смазку извне. Это существенно для чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не изнашивают поверхность вала, шум в 3 – 4 раза меньше, чем от шариковых подшипников.
Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20 – 30 м/с. Коэффициент трения подшипников 0,04 – 0,06. Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением графита (1 – 3 %).
Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких соединений (боридов, карбидов и др.) с сульфидами, селенидами и гексагональным нитридом бора в качестве твердой смазки. Подшипники могут работать в условиях вакуума и при температурах до 500 °С.
|
|
|
Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывают фторопластом. Получаются коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых материалов вдвое больше, чем материалов других типов.
Фрикционные материалы (пористость 10 – 13 %) предназначены для работы в муфтах сцепления и тормозах. Условия работы могут быть очень тяжелыми: трущиеся поверхности мгновенно нагреваются до 1200 °С, а материал в объеме – до 500 – 600 °С. Применяют спеченные многокомпонентные материалы, которые могут работать при скоростях трения до 50 м/с на нагрузках 350 – 400 МПа. Коэффициент трения при работе в масле 0,08 – 0,15, при сухом трении – до 0,7.
По назначению компоненты фрикционных материалов разделяют на группы:
а) медь и ее сплавы в основе – для рабочих температур 500 – 600 oС, железо, никель и сплавы на их основе – для работы при сухом трении и температурах 1000 – 1200 oС;
б) твердые смазки предотвращают микросхватывание при торможении и предохраняют фрикционный материал от износа; используют свинец, олово, висмут, графит, сульфиты бария и железа, нитрид бора;
в) материалы, обеспечивающие высокий коэффициент трения (асбест, кварцевый песок, карбиды бора, кремния, хрома, титана, оксиды алюминия и хрома и др.).
Примерный состав сплава: медь – 60-70 %, олово – 7 %, свинец – 5 %, цинк – 5-10 %, железо – 5-10 %, кремнезем или карбид кремния – 2-3 %, графит – 1-2 %.
Из фрикционных материалов изготавливают тормозные накладки и диски. Так как прочность этих материалов мала, то их прикрепляют к стальной основе в процессе изготовления (припекают к основе) или после (приклепывают, приклеивают и т.д.).
Фильтры (пористость 25-50 %) из спеченных металлических порошков по своим эксплуатационным характеристикам превосходят другие фильтрующие материалы, особенно когда требуется тонкая фильтрация.
Они могут работать при значениях температуры от – 273 °С до 900 °С, быть коррозионно-стойкими и жаропрочными (можно очищать горячие газы). Спекание позволяет получать фильтрующие материалы с относительно прямыми тонкими порами одинакового размера.
Изготавливают фильтры из порошков коррозионно-стойких материалов: бронзы, нержавеющих сталей, никеля, серебра, латуни и др. Для удовлетворения запросов металлургической промышленности разработаны материалы на основе никелевых сплавов, титана, вольфрама, молибдена и тугоплавких соединений. Такие фильтры работают тысячи часов и поддаются регенерации в процессе работы. Их можно продуть, протравить, прожечь.
Фильтрующие материалы выпускают в виде чашечек, цилиндров, втулок, дисков, плит. Размеры колеблются от дисков диаметром 1,5 мм до плит размерами 450х1000 мм. Наиболее эффективно применение фильтров из нескольких слоев с различной пористостью и диаметром пор.
Прочие пористые изделия. «Потеющие сплавы» – материалы, через стенки которых к рабочей наружной поверхности детали поступает жидкость или газ. Благодаря испарению жидкос-ти температура поверхности понижается (лопатки газовых турбин).
Сплавы выпускаются на основе порошка нихрома с порами диаметром до 10-12 мкм при пористости 30 %. Сплавы этого типа используются и для решения обратной задачи: крылья самолетов покрывают пористым медно-никелевым слоем и подают через него на поверхность антифриз, препятствующий обледенению.
Пеноматериалы – материалы с очень высокой пористостью, 95–98 %. Например, плотность вольфрама 19,3 г/см3, а пеновольфрама – всего 3 г/см3. Такие материалы используют в качест-ве легких заполнителей и теплоизоляции в авиационной технике.
|
|
|
Конструкционные порошковые материалы. Спеченные стали. Типовыми порошковыми деталями являются кулачки, корпуса подшипников, ролики, звездочки распределительных валов, детали пишущих и вычислительных машин и другие. В основном это слабонагруженные детали, их изготавливают из порошка железа и графита. Средненагруженные детали изготавливают или двукратным прессованием – спеканием, или пропиткой спеченной детали медью или латунью. Детали сложной конфигурации (например, две шестерни на трубчатой оси) получают из отдельных заготовок, которые насаживают одну на другую с натягом и производят спекание. Для изготовления этой группы деталей используют смеси железо – медь – графит, железо – чугун, железо – графит – легирующие элементы.
Особое место занимают шестерни и поршневые кольца. Шестерни в зависимости от условий работы изготавливают из смеси железа с графитом или железа с графитом и меди или легирующими элементами. Снижение стоимости шестерни при переходе с нарезки зубьев на спекание порошка составляет 30 – 80 %. Пропитка маслом позволяет обеспечить самосмазываемость шестерни, уменьшить износ и снизить шум при работе.
Спеченные поршневые кольца изготавливают из смеси железного порошка с графитом, медью и сульфидом цинка (твердая смазка). Для повышения износостойкости делают двухслойные кольца: во внешний слой вводят хром и увеличивают долю графита. Применение таких колец увеличивает пробег автомобильного двигателя, уменьшает его износ и сокращает расход масла.
Высоколегированные порошковые стали с 20 % хрома и 15 % никеля используют для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах.
Спеченные цветные металлы. Спеченный титан и его сплавы используют в виде полуфабрикатов (лист, трубы, пруток). Титановый каркас пропитывают магнием. Такие материалы хорошо обрабатываются давлением.
Широко используются материалы на основе меди, например изготавливают бронзографитные шестерни. Свойства спеченных латуней выше, чем литых, из-за большей однородности химического состава и отсутствия посторонних включений.
|
|
|
Спеченные алюминиевые сплавы используют для изготовления поршней тяжело нагруженных двигателей внутреннего сгорания и других изделий, длительное время работающих при повышенных температурах, благодаря их повышенной жаропрочности и коррозионной стойкости.
Керамикометаллические материалы (керметы) содержат более 50 % керамической фазы. В качестве керамической фазы используют тугоплавкие бориды, карбиды, оксиды и нитриды, в качестве металлической фазы – кобальт, никель, тугоплавкие металлы, стали. Керметы отличаются высокими жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, прочностью. Они используются для изготовления деталей конструкций, работающих в агрессивных средах при высоких температурах (например, лопаток турбин, чехлов термопар). Частным случаем керметов являются твердые сплавы.
Электротехнические порошковые материалы. Электроконтактные порошковые материалы делятся на материалы для разрывных контактов и материалы для скользящих контактов.
Материалы разрывных контактов должны быть тепло- и электропроводными, эрозионно-стойкими при воздействии электрической дуги, не свариваться в процессе работы. Контактное сопротивление должно быть возможно меньшим, а критические сила тока и напряжение при образовании дуги – возможно большими. Чистых металлов, удовлетворяющих всем этим требованиям, нет. Изготавливают контактные материалы прессованием с последующим спеканием или пропиткой пористого тугоплавкого каркаса более легкоплавким металлом (например, вольфрам пропитывают медью или серебром).
Тяжелонагруженные разрывные контакты для высоковольтных аппаратов делают из смеси вольфрама с серебром и никелем или железа с медью. В низковольтной и слаботочной аппаратуре широко используют материалы на основе серебра с никелем, оксидом кадмия и другими добавками, а также медно-графитовые материалы.
Скользящие контакты широко используют в приборах, коллекторных электрических машинах и электрическом транспорте (токосъемники). Представляют собой пары трения, должны обладать высокими антифрикционными свойствами, причем контакт должен быть мягче, чем контртело и не изнашивать его, так как заменить скользящий контакт проще, чем коллектор или привод. Для обеспечения антифрикционности в состав смесей для скользящих контактов вводят твердые смазки – графит, дисульфид молибдена, гексагональный нитрид бора. Большинство контактов электрических машин изготавливают из меди с графитом. Для коллекторных пластин пантографов используют бронзографитовые контакты. Контакты приборов изготавливают из серебра с графитом, серебра с палладием, никелем, дисульфидом молибдена, вольфрама с палладием.
Магнитные порошковые материалы. Различают магнитомягкие и магнитотвердые материалы.
Магнитомягкие – это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал – чистое железо и его сплавы с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием, алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1 % пластмассы, которая полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.
Отдельно выделяется группа магнитодиэлектриков – это частицы магнитомягкого материала, разделенные тонким слоем диэлектрика – жидкого стекла или синтетической смолы. Таким материалам присущи высокое электросопротивление и минимальные потери на вихревые токи и на перемагничивание. Изготавливаются в результате смешивания, прессования и спекания, особенностью является то, что при нагреве частицы магнитного материала остаются изолированными и не меняют формы. За основу используют чистое железо, альсиферы.
Магнитотвердые материалы (постоянные магниты) – материалы с малой магнитной проницаемостью и большой коэрцитивной силой.
Магниты массой до 100 г изготавливают из порошковых смесей такого же состава, как литые магниты: железо – алюминий – никель (альни), железо – алюминий – никель – кобальт (альнико). После спекания этих сплавов обязательна термическая обработка с наложением магнитного поля.
Высокие магнитные свойства имеют магниты из сплавов редкоземельных металлов (церий, самарий, празеодим) с кобальтом.
Наноматериалы
К наноматериалам относят материалы с размером морфологических элементов менее 100 нм. Это природные или намеренно полученные материалы, в которых один или более размеров лежат в диапазоне нанометров.
В наноматериалах измеряются фундаментальные характеристики (удельная теплоемкость, модуль упругости, коэффициент диффузии, магнитные свойства и др.), поэтому можно говорить о наноструктурном состоянии твердых тел, принципиально отличном от обычного кристаллического или аморфного.
К наноматериалам относят среды или материалы, которые характеризуются настолько малым размером морфологических элементов, что он соизмерим с одной или несколькими фундаментальными физическими величинами этого вещества (изменение периодов кристаллической решетки).
По мере того как размер зерен или частиц становится все меньше и меньше, все большая доля атомов оказывается на границах или свободных поверхностях. Так, при размере структурных единиц 6 нм и толщине поверхностного слоя в один атом почти половина атомов будет находиться на поверхности. Развитая поверхность оказывает влияние как на решеточную, так и на электронную подсистемы. Появляются аномалии поведения электронов, квазичастиц и других элементарных возбуждений в обычных массивных материалах.
Уменьшение размера зерна металла с 10 мкм до 1 нм дает повышение прочности примерно в 30 раз. Добавление нанопорошка к обычным порошкам при прессовании приводит к уменьшению температуры прессования, повышению прочности изделий. При диффузионной сварке использование между свариваемыми изделиями тонкой прослойки нанопорошков соответствующего состава позволяет сваривать разнородные материалы и снижать температуру диффузионной сварки.
Одним из первых применений наноматриалов является использование коллоидов – растворов, содержащих частицы от 1 до 100 нм в суспензии. В промышленности нашли применение аэрозоли, красящие пигменты, которые окрашивают стеклоколлоидные частицы металлов. В настоящее время широко используются ультрадисперсные порошки, нановолокна, нанопроволока, нанопленки и нанопокрытия, объемные нанокристаллические и нанозернистые материалы.
Нанопорошки. Формирование наноструктур происходит при кристаллизации, фазовых превращениях, высоких механических нагрузках, интенсивных пластических деформациях, а также при полной или частичной кристаллизации аморфных структур. Выбор метода получения наноматериалов определяется областью их применения, желательным набором свойств конечного продукта. В зависимости от условий получения нанопорошки могут иметь сферическую, гексагональную, хлопьевидную или игольчатую форму, аморфную или мелкокристаллическую структуру. Методы получения нанопорошковых материалов разделяют на химические, физические и механические.
Химические методы синтеза включают различные реакции и процессы, в т.ч. процессы осаждения, термического разложения или пиролиза газофазных химических реакций, восстановления, гидролиза, электроосаждения. Регулирование скоростей образования и роста зародышей новой фазы осуществляется за счет соотношения количества реагентов, степени пересыщения и температуры процесса.
Физические методы. Способы испарения (конденсации) или газофазный синтез получения нанопорошков металлов основаны на испарении металлов, сплавов или оксидов с последующей их конденсацией в реакторе с контролируемой температурой и атмосферой. Фазовые переходы пар – жидкость – твердое тело или пар – твердое тело происходят в объеме реактора или на поверхности охлаждаемой подложки (стенок).
Сущность способа состоит в том, что исходное вещество испаряется путем интенсивного нагрева, с помощью газа-носителя подается в реакционное пространство, где резко охлаждается. Нагрев испаряемого вещества осуществляется с помощью плазмы, лазера, электрической дуги, печей сопротивления, индукционным способом, пропусканием электрического тока через проволоку. Возможно также бестигельное испарение. В зависимости от вида исходных материалов и получаемого продукта испарение и конденсацию проводят в вакууме, инертном газе, потоке газа или плазмы. Размер и форма частиц зависят от температуры процесса, состава атмосферы и давления в реакционном пространстве. В атмосфере гелия частицы будут иметь меньший размер, чем в атмосфере аргона – более плотного газа. Таким методом получают порошки Ni, Mo, Ti, Al. Размер частиц при этом – десятки нанометров.
Используется способ получения нанометров путем электрического взрыва проволок. В этом случае в реакторе между электродами помещают проволоки металла (диаметр 0,1 – 1,0 мм), из которого намечается получение нанопорошка. На электроды подают импульс тока большой силы (104 – 106 А/мм2). При этом происходит мгновенный разогрев и испарение проволок. Пары металла разлетаются, охлаждаются и конденсируются. Процесс идет в атмосфере гелия или аргона. Наночастицы оседают в реакторе. Таким способом получают металлические (Ti, Co, W, Fe, Mo) и оксидные (TiO2, Ai2O3, ZrO2) нанопорошки с крупностью частиц до 100 нм.
Механические методы. Способы измельчения материалов механическим путем в мельницах различного типа (шаровых, планетарных, центробежных, вибрационных, гигроскопических устройствах, аттриторах, симолойерах). Аттриторы и симолойеры – это высокоэнергетические измельчительные аппараты с неподвижным корпусом-барабаном и мешалками, передающими движение шарам в барабане. Аттриторы имеют вертикальное расположение барабана, симолойеры – горизонтальное. Измельчение материала происходит не за счет удара, а по механизму истирания. Вместимость барабанов в установках этих двух типов достигает 400 – 600 л.
Механическим путем измельчают металлы, керамику, полимеры, оксиды, хрупкие материалы. Степень измельчения зависит от вида материала. Например, оксид вольфрама и молибдена получают крупность частиц ~5 нм, железо 10 – 20 нм.
Разновидностью механического измельчения является механосинтез, когда в процессе измельчения происходит взаимодействие измельчаемых материалов с получением измельченного материала нового состава. Так получают нанопорошки легированных сплавов, интерметаллидов, силицидов и дисперсно-упрочненных композитов с размером частиц 5 – 15 нм. Достоинством способа является то, что за счет взаимодиффузии в твердом состоянии возможно получение сплавов таких элементов, взаимная растворимость которых при использовании жидкофазных методов весьма мала.
Положительной стороной механических способов измельчения является сравнительная простота установок и технологии, возможность измельчать различные материалы, получать порошки сплавов в большом количестве.
К недостаткам метода относятся возможность загрязнения порошка, измельчаемого истирающими материалами, а также трудности получения порошков с узким распределением частиц по размерам и сложности регулирования состава продукта в процессе измельчения.
При получении наночастиц любым методом проявляется одна особенность – склонность к образованию объединений частиц. Такие объединения называют агрегатами и агломератами. В результате при определении размеров наночастиц необходимо различать размеры отдельных частиц (кристаллитов) и размеры объединений частиц. Считается, что в агрегатах кристаллиты более прочно связаны и имеют меньшую межкристаллитную пористость, чем в агломератах.
Агрегирование и агломерирование наночастиц осложняют получение компактных материалов. Требуются большие механические усилия или повышение температуры при спекании, чтобы преодолевать силы агломерирования.
Объемные наноструктурные материалы. Существует три направления получения объемных наноструктурных материалов: контролируемая кристаллизация аморфных материалов, компактирование ультрадисперсных порошков и интенсивная пластическая деформация материалов с обычным размером зерна.
Первое направление основано на переходе материала из аморфного в микро- и нанокристаллическое состояние в процессах спекания аморфных порошков, а также при горячем или теплом прессовании и экструзии. Размер кристаллов, возникающих внутри аморфного материала, регулируется температурой процесса. Метод перспективен для материалов различного назначения (магнитных, жаропрочных, износостойких, коррозионно-стойких и т.д.) и на разных основах (железо, никель, кобальт, алюминий). Недостаток метода состоит в том, что получение нанокристаллического состояния в этом случае менее вероятно, чем микрокристаллического.
Второе направление, связанное с компактированием ультрадисперсных порошков (УДП), развивается по следующим линиям:
– использование метода испарения и конденсации атомов для образования нанокластеров – частиц, осаждаемых на холодную поверхность вращающегося цилиндра в атмосфере разреженного инертного газа (обычно гелия);
– компактирование порошков, полученных способами механического измельчения и механического легирования.
Для получения компактных материалов с малой пористос-тью используют метод горячего прессования, когда прессование происходит одновременно со спеканием. В этом случае давление прессования снижается в десятки раз по сравнению с холодным прессованием. Температура горячего прессования в зависимости от природы спекаемого материала находится в пределах 50 – 90 % от температуры плавления основного компонента. Однако повышение температуры компактирования приводит к быстрому росту зерен и выходу из наноструктурного состояния, а консолидация нанопорошков при низких температурах, даже в условиях высоких приложенных давлений, ведет к остаточной пористости. Кроме того, происходит загрязнение образцов при подготовке порошков и увеличение их геометрических размеров.
В связи с этим интерес вызывает получение наноструктурных материалов методами интенсивной пластической деформации (ИПД), т.е. с большими деформациями в условиях высоких приложенных давлений. В основе ИПД лежит сильное измельчение микроструктуры в металлах и сплавах (до наноразмеров) за счет больших деформаций.
Например, к реализованным на практике объемным компактным относится порошковая сталь, использование наноструктурного титана в медицине в качестве материала для имплантантов, протезов и инструментария, постоянные магниты с повышенной коэрцитивной силой.
Наряду с металлическими объемными наноматериалами получены и неметаллические. Примером может служить полинанокристаллические алмазы, т.е. поликристаллические алмазы с нанометровым размером составляющих их кристаллов. Сверхтвердое вещество получают при обработке давлением кристаллов-фуллеритов, образованных фуллеренами – сфероподобными молекулами углерода C60, в которых атомы углерода располагаются по сфере, образуя на ее поверхности пяти-шестиугольники.
Особой разновидностью компактных наноматериалов являются тонкие пленки, используемые в электронной технике. Эти пленки получают конденсацией из паровой фазы при электролучевом или магнетронном распылении.
В настоящее время наноматериалы широко используются в микроэлектронике, способствуя дальнейшей миниатюризации электронных приборов, в защитных системах поглощения высокочастотного и рентгеновского излучений в качестве катализаторов (чему способствует порядка 5×107 м−1удельная площадь поверхности нанопорошков). Наноматериалы используют в качестве сверхпрочных конструкционных материалов и износостойких покрытий.
В медицине УДП применяют для защиты персонала от рентгеновского излучения (перчатки фартуки и т.п., из резины с УДП-свинцовым наполнителем в четыре раза легче обычных), а также для лекарств быстрого усвоения и действия, используемых в экстремальных условиях.
Тестовые задания
204. Полимерами называют:
а) вещества, полученные полимеризацией низкомолекулярных соединений; б) высокомолекулярные соединения, основная молекулярная цепь которых состоит из атомов углерода; в) высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа мономерных звеньев; г) органические соединения, состоящие из большого числа одинаковых по химическому составу мономеров.
205. Укажите, какой из наполнителей пластмасс: слюдяная мука, асбестовые волокна, стеклянные нити – полимерный материал:
а) ни один из названных наполнителей не полимер; б) стеклянные нити; в) асбестовые волокна и слюдяная мука; г) все названные наполнители – полимеры.
206. В основной цепи полимера, кроме углерода, присутствуют атомы фтора и хлора. Укажите, какое из свойств можно ожидать у полимерного материала:
а) повышенную газонепроницаемость; б) высокую химическую стойкость; в) повышенную эластичность; г) высокие диэлектрические свойства.
207. Полярные полимерные материалы характеризуют:
а) высокие диэлектрические свойства; б) хорошая адгезионная способность; в) высокая морозостойкость; г) слабовыраженная температурная зависимость свойств.
208. Термопластичными называют полимерные материалы:
а) обратимо затвердевающие в результате охлаждения без участия химических реакций; б) с редкосетчатой структурой макромолекул; в) формуемые при повышенных температурах; г) необратимо затвердевающие в результате химических реакций.
209. С труктура макромолекул термореактивных полимерных материалов:
а) ленточная или пространственная; б) разветвленная или паркетная; в) сетчатая или цеповидная; г) линейная или редкосетчатая.
210. Пластмассами называют:
а) материалы органической или неорганической природы, обладающие высокой пластичностью; б) высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа мономерных звеньев; в) искусственные материалы на основе природных или синтетических полимерных связующих; г) материалы, получаемые посредством реакций полимеризации или поликонденсации.
211. Наиболее высокую теплостойкость пластмасс обеспечит:
а) фенолформальдегидная смола; б) карбамидная смола; в) кремнийорганическая смола; г) эпоксидная смола.
212. Термореактивными пластмассами называют:
а) пластмассы, в состав которых включены наполнители, напри-мер, меняющие характер надмолекулярной структуры; б) пластмассы, обратимо затвердевающие в результате охлаждения без участия химических реакций; в) пластмассы на основе полимеров с линейной или разветвленной структурой макромолекул; г) пластмассы, необратимо затвердевающие в результате химических реакций.
213. Пластмассы на основе фенолформальдегидной смолы необратимо затвердевают при формовании изделий. Укажите, какую структуру макромолекул смолы можно ожидать:
а) пространственную или ленточную; б) разветвленную или паркетную; в) линейную или разветвленную; г) сетчатую или линейную.
214. На основе полимера изготовлено изделие:
а) асбестовая ткань; б) стеклянное волокно; в) гетинаксовый лист; г) всеизделия изготовлены на основе полимеров.
215. Текстолит – это:
а) ненаполненная пластмасса на основе термопластичных полимеров; б) пластмасса с наполнителем из направленных органических волокон; в) пластмасса на основе термореактивного полимера с наполнителем из хлопчатобумажной ткани; г) термореактивная пластмасса с наполнителем из стеклоткани.
216. Ярко выраженной анизотропией механических свойств обладают пластмассы типа:
а) с волокнистым наполнителем; б) газонаполненные; в) слоистые; г) с порошковым наполнителем.
217. Применение гетинакса возможно:
а) для внутренней облицовки салона самолета; б) для антенного обтекателя самолета; в) для наружной теплозащиты космического аппарата; г) для остекления кабины самолета.
218. Гетинакс может быть использован:
а) для изготовления устройств гашения электрической дуги; б) для изготовления панелей распределительных устройств низкого напряжения; в) для изготовления прозрачных колпаков электрических приборов; г) для изготовления подшипников скольжения микроэлектродвигателей.
219. Частицы порошков в порошковой металлургии имеют размеры:
а) до 1 нм; б) до 1 мкм; в) до 1 мм; г) до 1 см.
220. Для повышения износостойкости порошковых материалов проводят:
а) активирование; б) науглероживание; в) наклеп, азотирование и цианирование.
221. Реактопласты, переходящие при нагревании в вязкотекучее состояние, при последующем нагреве:
а) расплавляются; б) закипают; в) переходят в твердое необратимое состояние; г) увеличиваются в объеме.
222. Объединения наночастиц называют агрегатами и одновременно:
а) агломератами; б) ферросплавами; в) флуктуациями; г) кластерами.
223. Для получения нанопорошков степень образования объединений должна быть:
а) увеличена; б) выравнена; в) обеспечена; г) уменьшена.
224. Для получения компактных объемных наноструктурных материалов с малой пористостью применяют метод:
а) горячего осаждения; б) горячего рекристаллизованного состояния; в) горячего прессования; г) горячего компаундирования.
225. Повышение температуры компактирования нанопорошков приводит к выходу из состояния:
а) деформированного; б) наклепанного; в) рекристаллизованного; г) наноструктурного.
226. Вызывает интерес получение наноструктурных материалов способом интенсивной деформации:
а) упругой; б) ненапряженной; в) напряженной; г) пластической.
Список рекомендуемой литературы
1. Адаскин А.М. Материаловедение (металлообработка): учеб. пособие для нач. проф. образования/ А.М. Адаскин, В.М. Зуев. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Академия, 2008. – 288 с.
2. Батышев А.И. Материаловедение и технология материалов: учеб. пособие/ А. И. Батышев, А.А. Смолькин; под ред. А. И. Батышева, А.А. Смолькина. – М.:ИНФРА-М, 2012. – 288 с.
3. Гуляев А.П. Металловедение: учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 542 с.
4. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов: учебник / А.М.Дальский, Т.М.Барсукова и др.; под ред А.М. Дальского. – М.: Машиностроение, 2005. – 405 с.
5. Кушнер В.С. Технологические процессы в машиностроении: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртладзе. – М.: Академия, 2011. – 416 с.
6. Малеева С.Б. Материаловедение: конспект лекций. – Чебоксары, 2008. – 184 с.
7. Малеева С.Б. Материаловедение: метод.указания к практ. занятиям / С.Б.Малеева, Э.Л.Львова. – Чебоксары, 2007. – 88 с.
8. Мозберг Р.К. Материаловедение: учебник для вузов.– М.: Высш.шк., 1991. – 480 с.
9. Пейсахов А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник. 3-е изд. / А.М. Пейсахов, А.М.Кучер. – СПб.: Питер, 2011. – 416 с.
10. Смолькин А.А. Тестовые задания по материаловедению и технологии конструкционных материалов: учеб. пособие для учеб. заведе-ний высш.проф. образования /А.А. Смолькин, А.И. Батышев, В.И. Без-палько и др.; под ред А.А.Смолькина. – М.: Академия, 2011. – 144 с.
11. Заплатин В.Н. Справочное пособие по материаловедению (металлообработка): учеб.пособие для нач. проф. образования /В.Н. За-платин, Ю.И. Сапожников, А.В. Дубов; под ред. В. Н. Заплатина. – М.: Академия, 2007. – 224 с.
12. Аносов Ю.М. Основы отраслевых технологий и организации производства: учебник / Ю.М. Аносов, Л.Л.Бекренев, В.Д. Дурнев, Г.Н. Зайцев, В.А. Салтыков, В.К. Федюкин; под ред. В.К. Федюкина. – СПб.: Политехника, 2005. – 312 с.
13. Солнцев Ю.П. Оборудование пищевых производств. Материаловедение: учебник для вузов/ Ю.П. Солнцев, В.Л. Жавнер, С.А. Вологжанина, Р.В. Горлач. – СПб.: Профессия, 2003. – 526 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................... 3
1. Строение металлов.............................. 4
1.1.Металлы, особенности атомно-кристаллического строения 4
1.2. Понятие об изотропии и анизотропии............ 8
1.3. Аллотропия или полиморфные превращения...... 10
1.4. Магнитные превращения....................... 11
Тестовые задания................................. 11
2. Дефекты кристаллических структур............... 15
2.1. Дефекты строения кристаллических тел.......... 15
2.2. Точечные дефекты............................ 15
2.3. Линейные и поверхностные дефекты............ 16
Тестовые задания................................ 19
3. Кристаллизация металлов........................ 22
3.1. Закономерности кристаллизации металлов........ 22
3.2. Строение металлического слитка................ 26
3.3. Методы исследования металлов и сплавов........ 27
3.4. Свойства материалов и методы их определения.... 30
3.4.1.Деформация металлов. Виды напряжений........ 30
3.4.2. Влияние нагрева на структуру и свойства
деформированного металла.................... 36
3.4.3. Основные свойства металлов и сплавов......... 38
Тестовые задания................................. 49
4. Основы теории сплавов. Диаграммы состояния..... 53
4.1. Типы сплавов и их особенности................. 53
4.2. Основные типы диаграмм состояния............. 56
4.1.1. Диаграммы состояния сплавов с неограниченой
растворимостью в твердом состоянии........... 56
4.1.2. Диаграммы состояния сплавов с отсутствием
растворимости компонентов в твердом состоянии. 60
4.1.3. Диаграммы состояния сплавов с ограниченной
растворимостью в твердом состоянии........... 62
4.1.4. Диаграммы состояния сплавов с компонентами,
образующими химические соединения.......... 63
4.2. Связь между свойствами сплавов
и типом диаграммы состояния................... 64
Тестовые задания................................. 65
5. Железоуглеродистые сплавы и их термическая обработка 71
5.1. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов.. 71
5.2. Структура железоуглеродистых сплавов.......... 76
5.3. Теория термообработки........................ 78
5.3.1. Виды термической обработки.................. 78
5.3.2. Механизм основных превращений.............. 80
5.3.3. Технологические особенности отжига,
нормализации, закалки и отпуска............... 90
5.3.4. Химико-термическая обработка стали........... 100
5.3.5. Методы упрочнения металла................... 107
Тестовые задания.................................. 110
6. Классификация и маркировка сталей и сплавов...... 121
6.1. Примеси и их влияние на свойства сталей........ 121
6.2. Легирующие элементы, их назначение
и распределение в сталях........................ 123
6.3. Классификация и маркировка сталей............ 131
6.4. Стали и сплавы с особыми свойствами........... 137
Тестовые задания................................... 147
7. Чугуны.......................................... 149
7.1. Общие сведения.............................. 149
7.2. Белые чугуны................................ 150
7.3. Чугуны с графитом........................... 150
Тестовые задания................................... 161
8. Цветные металлы и сплавы........................ 163
8.1. Цветные металлы и сплавы на их основе......... 163
8.2. Медь и ее сплавы............................ 163
8.3. Алюминий и его сплавы...................... 168
8.4. Титан и его сплавы.......................... 172
8.5. Магний и его сплавы......................... 174
8.6. Сплавы с особыми свойствами................. 176
Тестовые задания.................................. 178
9. Неметаллические материалы, их классификация,
маркировка и применение......................... 182
9.1. Неметаллические и композиционные материалы.. 182
9.2. Материалы порошковой металлургии (пористые,
конструкционные, электротехнические)........... 190
9.3. Наноматериалы.............................. 198
Тестовые задания.................................. 202
Список рекомендуемой литературы...................... 206
Учебное издание
Илларионов Илья Егорович
Львова Эльвира Львовна
Стрельников Игорь Анатольевич
Деревянных Евгения Анатольевна
Материаловедение
Учебное пособие
Редактор Л.Г. Григорьева
Подписано в печать 2016. Формат 60×84/16.
Бумага газетная. Офсетная печать. Гарнитура Таймс.
Уч.-изд.л. . Тираж экз.
Издательство Чувашского университета
Типография университета
428015 Чебоксары, Московский просп., 15
