Сера является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, - свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость.

В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%.

Увеличение хрупкости стали при повышенном содержании серы используется иногда для улучшения обрабатываемости на станках, благодаря чему повышается производительность при обработке.

Фосфор также является вредной примесью. Он образует с железом соединение Fe3P, которое растворяется в железе. Кристаллы этого химического соединения очень хрупки. Обычно они располагаются по границам зерен стали, резко ослабляя связь между ними, вследствие чего сталь приобретает очень высокую хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость). Особенно сказывается отрицательное влияние фосфора при высоком содержании углерода. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

Легирующие элементы и их влияние на свойства стали

Хром – наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1- 1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Задание № 2

         Приведите характеристику  резиновых материалов. Опишите производство резины. Укажите область  применения деталей из резиновых материалов

ОТВЕТ

ОБРАБОТКА КАУЧУКА И ПРОИЗВОДСТВО РЕЗИНЫ

Пластикация. Одно из важнейших свойств каучука – пластичность – используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его нужно сначала умягчить, или пластицировать, путем механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука. Открытие Т.Хэнкоком в 1820 возможности пластикации каучука имело огромное значение для резиновой промышленности. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой промышленности используются три типа подобных машин до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона.

Использование грануляторов – машин, которые разрезают каучук на маленькие гранулы или пластинки одинаковых размеров и формы, – облегчает операции по дозировке и управлению процессом обработки каучука. каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. После обработки в смесителе Бенбери производится смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации.

Приготовление резиновой смеси. Химическое соединение только из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ. Все вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, называются ингредиентами резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение – модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и увеличить стойкость к истиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, теплу и растрескиванию. Для изготовления резин разных применений используются различные составы.

Ускорители и активаторы. Некоторые химически активные вещества, называемые ускорителями, при использовании вместе с серой уменьшают время вулканизации и улучшают физические свойства каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители гораздо более активны и являются важной частью почти любой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в относительно малой доле: обычно бывает достаточно от 0,5 до 1,0 части на 100 частей каучука. Большинство ускорителей полностью проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для некоторых требуется органическая кислота, например стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей обычно включают окись цинка и стеариновую кислоту.

Мягчители и пластификаторы. Мягчители и пластификаторы обычно используются для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса. Они также способствуют диспергированию ингредиентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука. Типичными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, воски, олеиновая и стеариновая кислоты, хвойная смола, каменноугольная смола и канифоль.

Упрочняющие наполнители. Некоторые вещества усиливают каучук, придавая ему прочность и сопротивляемость износу. Они называются упрочняющими наполнителями. Углеродная (газовая) сажа в тонко измельченной форме – наиболее распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и является одним из самых эффективных веществ такого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука.

Другими широко используемыми упрочняющими наполнителями являются окись цинка, карбонат магния, кремнезем, карбонат кальция и некоторые глины, однако все они менее эффективны, чем газовая сажа.

РЕЗИНОВЫЕ ЛИСТЫ И ПОКРЫТИЯ

Измерение толщины резиновых листов и покрытий обычными средствами обычно вызывает затруднения. Но при использовании ультразвуковых толщиномеров толщина резинового листа может быть измерена в любой точке поверхности (а не только на краях) без необходимости контакта с его противоположной стороной. Ультразвуковые волны проходят через резиновое покрытие и отражаются от акустической границы резины и подложки. Это может быть акустическая граница резины и стали, резины и пластмассы и т.д.

Важно знать точные характеристики материалов, так как при измерении толщины резинового покрытия на определенных материалах могут потребоваться специальные установки толщиномера, обеспечивающие точность показаний. Ультразвуковые измерения толщины резины могут выполняться как вручную, так и в полуавтоматическом режиме.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ПОКРЫШКИ И КАМЕРЫ

У производителей резиновых покрышек часто возникает необходимость знать общую толщину покрышки или расстояние до стальных или волоконных кордов покрышки. Ультразвуковые толщиномеры позволяют успешно проводить такие измерения без разрушения объекта контроля. Ультразвук проникает в покрышку с внешней стороны и обычно отражается от стального или волоконного корда (в этом случае прибор отображает глубину залегания корда) или, при отсутствии кордов, от внутренней поверхности покрышки. При соответствующей установке скорости звука в резине, толщиномер отображает толщину резины в цифровом виде.

Из-за того, что многие типы резины очень сильно ослабляют высокочастотный ультразвук, может оказаться затруднительным измерить общую толщину слишком толстых покрышек или покрышек большого диаметра, а также глубину залегания кордов в них. Внешняя форма и внутренняя структура покрышек могут еще больше усложнить ультразвуковые измерения толщины.

РЕЗИНОВЫЕ ШЛАНГИ И ТРУБЫ

 Измерения толщины стенок резиновых труб или шлангов очень важны для контроля их качества. Ультразвуковые толщиномеры обеспечивают мгновенные измерения толщины при размещении ультразвукового преобразователя лишь с одной стороны изделия, что устраняет необходимость разрезать объект контроля. Минимальный диаметр труб обычно ограничен, составляя 2,0 мм, хотя тонкостенные резиновые трубы могут быть сплюснуты для облегчения измерений толщины стенок. В некоторых случаях для укрепления стенок резиновых шлангов используются такие армирующие материалы, как волокна или стальная проволока. Это затрудняет проведение измерений или даже делает измерения совершенно невозможными.

Задание № 3

         На сколько процентов можно увеличить выпуск продукции при неизменной потребности в металле, если коэффициент использования в базовом периоде равен 70 %, а в плановом – 75 %. Считать, что полезный расход является величиной неизменной.

РЕШЕНИЕ

1)    Коэффициент  использования в базовом периоде:

К и = q и / Q общ,                           (1)

Где    q и -  полезный расход металла

         Q общ -  общий расход металла

         Коэффициент полезного использования плановый:

К и пл = q п / m н,                                    (2)

Где    m н -  норма расхода металла

2)    Объем выпуска  пропорционален общему расходу металла.

Выразим из формулы (1) Q общ:

Q общ = q и / К и,                           (3)

Q общ = q и / 0,7,

         Выразим из формулы (2) q и  и подставим в формулу (3):

q и = К и пл * m н,                          (4)

q и = 0,75*m н

Q общ = 0,75 m н/ 0,7

         Так как величина m н постоянна, то:

∆ Q  общ = 0,75/0,7 = 1,07

         Соответственно, выпуск продукции  можно увеличить на 7 %.

Список литературы

1)    Материаловедение и технология металлов. – М.: Высшая школа, 2001. – 637 с

2)    Курдюмов Г.В. Явление закалки и отпуска стали. – М.: Металлургиздат, 1960 . – 64 с.

3)    Лахтин Ю.М. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1993. – 448 с.

4)    Гуляев А.П. Металловедение. –М. : Металлургия, 1986. – 544 с.

5)    Зарембо Е.Г. Превращения в структуре и свойства сали. – М.: ВИИИТ, 1990