материаловедение ЛР ч.2 - Новгородский государственный

Печатается по решению кафедры
общетехнических дисциплин и
РИСа НГПИ (протокол 19 от 6.ХП.90)
Технология конструкционных материалов. Ч. 2: Методические указания к лабораторным
работам для студентов очного обучения по специальности "ОТД". - Новгород. 1990. - 52 с.
Данные разработки вместе с Ч.1 составляют описание всех лабораторных работ по курсу
"Технология конструкционных материалов". Нумерация лабораторных работ общая для двух
частей.
Авторы-составители: Ж. Б. Доржиев, В. Е. Мельников, И. В. Козлова
Рецензент: В. А. Мигунов. доцент, канд. физ.-мат. наук
(С) Новгородский государственный педагогический институт
1990
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Цель работы: изучение влияния деформации и последующего нагрева металлов на
структуру и свойства металлов.
Задание: изучение влияния степени холодной пластической деформации на
твёрдость и величину зерна алюминиевого сплава.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
На практике металл часто подвергается холодной пластической де формации:
штамповке, волочению, калибровке и т.д. В результате пластической деформации
изменяются структура и свойства металла.
Под пластичностью подразумевается способность материала непрерывно
деформироваться вплоть до разрушения под действием внешних сил, приложенных к
материалу. Процесс деформации состоит из упругой и пластической деформации и
разрушения.
Упругой (обратимой) называется такая деформация, которая полностью исчезает
после прекращения действия нагрузки. Она вызывает не большое упругое смещение
атомов относительно друг друга. После снятия нагрузки под действием внутренних сил
они возвращаются в походное состояние.
Важной характеристикой упругих свойств металлов является мо дуль упругости.
По физической природе величина модуля упругости может рассматриваться как мера
прочности связей между атомами в твердом теле. Это подтверждается наличием связи
между температурой плавления и величиной модуля упругости: чем выше температура
плавления, тем выше модуль упругости материала.
Пластической (необратимой) называется такая деформация. Которая не исчезает
после прекращения действия нагрузки. При пластическом деформировании одна часть
кристалла перемещается (сдвигается) по отношению к другой. После снятия нагрузки
перемещённая часть кристалла не возвращается на старое место, деформация
сохраняется.
Какова природа пластичности металла? Каков механизм процесса
формоизменения (деформации)?
Предоставляя расположение атомов, образующих зерно металла, строго
закономерным, можно предполагать, что и смещение частей зёрен при деформации
металла должно происходить также закономерно. Опыт, подтверждает справедливость
такого предположения - смещения в кристаллической решетке зерна осуществляются по
определенным плоскостями.
3
Направления. В зависимости от особенностей этих смещений различают
смещение скольжения и двойникованием.
Смещения скольжением в кристаллической решетке происходят по плоскостям и
направлениям, вдоль которых атомы располагаются наиболее плотно.
На рисунке I схематически показано сечение кубической решетки. Для сравнения
рассматриваются четыре направления смещения в кристаллической решетке: 1 - 1; 2 - 2;.
3 - 3; 4 - 4. По рисунку видно, что в сочетаниях 1 - 1 и 2 -2 плотность атомов наибольшая.
По остальным направлениям и плоскостям плотность атомов меньшая.
Рис1. Направление смещения в кубической решетке, с разной
плотностью расположения атомов.
Перемещение (скольжение) одной части кристалла по отношению к другой
происходит преимущественно по направлению или по плоскости с наиболее плотно
расположенными атомами. Это объясняется тем. что расстояние между соседними
плоскостями с большей плотностью атомов 1 - 1; 2 - 2) наибольшее, следовательно,
связь между этими атомными плоскостями наименьшая. При перемещении по
плоскостям и направлениям с наименьшей плотностью атомов (3 - 3; 4 - 4) потребуются
большие сдвигающие усилия, так как в этом случае атомы в большей степени сближена
в соседних плоскостях.
Представим теперь, каким же образом происходит изменение формы зёрен, если
деформация осуществляется смещением по плоскостям скольжения. На зерно (рис, 2а)
действует внешняя сила Р При этом
4
на плоскостях скольжения, ориентированных под углом, не равным О или 90о, возникает
касательные напряжения, стремящиеся сдвинуть части зерна относительно друг друга.
Одновременно со сдвигом часть зёрен повернётся в направлении растяжения (рис. 26). До
деформации Зерно имело округлую форму. После деформации в результате смещений по
плоскостям скольжения и поворота этих плоскостей зерно приняло вытянутую форму.
а.
б.
в.
Рис. 2. Изменение формы зерна: а)- исходное состояние; б) - после деформации скольжением;
в) - после деформации двойникованием
Смещения путём двойникования имеет иной характер. При двойникований
перемещение частей зёрен относительно друг друга под действием касательных напряжений
сопровождается изменением ориентировки кристаллической решетки. Смещенная часть
становится как бы зеркальным отражением оставшейся неподвижной части кристалла (рис.
2в). Деформация двойникованием наблюдается реже. Преимущественное развитие
двойникования происходит при деформации в условиях пониженных температур, ударном
действии нагрузок и при деформации металлов, имевших гексагональную решетку.
Видимой линии скольжения соответствует не одна атомная плоскость, а тонкий слой, в
котором движутся атомы, сопровождавшие смешение одной части кристалла относительно
другой. Часть кристалла, заключённая между омежники плоскостями скольжения, называется
пачкой скольжения.
Рассмотренная картина скольжения является формальным наблюде-
5
вием деформации, так как процесс скольжения нельзя представить себе как одновременное
перемещение всех атомов, находящихся в плоскости скольжения. Чтобы произвести
групповое перемещение атомов, лежащих в плоскости скольжения, требуются напряжения
(усилия), в сотни раз большие, чем реальные напряжения скольжения. Например,
теоретическая прочность скольжения больше реальной для монокристалла железа в 100 раз,
алюминия - в 500 раз, меди - в 1540 раз. Такое большое расхождение между теоретической и
реальной прочностью металлов вызвано наличием в реальных кристаллах многочисленных
дефектов кристаллической решетки.
Сравнительно лёгкое перемещение атомов по плоскостям скольжения объясняется
наличием в этих плоскостях несовершенств кристаллического строения, называемых
дислокациями, которые относятся к линейным дефектам решетки. Образование дислокации
можно представить как внедрение в идеально построенный кристалл лишней
кристаллографической полуплоскости атомов, называемой экстраплоскостью (рис. 3).
Рис. 3. Схема образования дислокации.
Нижний край экстраплоскости (на рисунке - перпендикуляр в точке Q) называется
линией дислокации. Над линией дислокации, где имеется экстраплоскость, кристаллическая
решетка сжимается, а под линией дислокации растягивается. Длина дислокации достигает,
нескольких тысяч межатомных расстояний решетки, а ширина дислокации, т.е. расстояние от
линии дислокации до места в решетке, где нет упругих искажений, невелика и достигает 2 - 5
межатомных расстояний. Упругие искажения кристаллической решетки распространяется не
на весь объём кристалла, а только на небольшой объём вокруг линии дислокации.
Наличием упругих искажений вокруг линии дислокации объясняется сравнительно
лёгкое перемещение дислокации от первоначального своего положения под воздействием
незначительных напряжений.
6
Рис. 4. Схема перемещения атомов при скольжении линейной дислокации на одно
межатомное расстояние.
На рисунке 4 зафиксирован определённый момент движения дислокации справа
налево под действием сдвигающего напряжения. Движение началось о правого края, где в
результате этого образовалась ступенька размером в один параметр решетки. Как видно из
рисунка, для перемещения дислокации на один параметр кристаллической решетки (из
положения, обозначенного сплошными линиями, в положение, изображенное штриховыми
линиями) требуется очень небольшая перестановка атомов на расстояния, значительно
меньшие, чем межатомные расстояния в нормальной кристаллической решетке. При этом
перемещение экстраплоскости PQ не происходит. Просто её роль как бы по эстафете
передаётся следующей в направлении скольжения атомной плоскости P'Q' . Плоскость PQ.
превращается в обычную кристаллографическую плоскость, а плоскость P'Q' - в
экстраплоскость.
Если напряжение от внешних сил будет продолжать действовать, то дислокация
посредством рассмотренного механизма продолжит перемещение влево до тех пор, пока не
выйдет на поверхность кристалла. При этом слева образуется ступенька. Роль лишней
атомной плоскости перейдёт к поверхности верхней части кристалла, выдвинутой на один
период решетки над нижней частью. Перемещение дислокации не сопровождается
переносом массы вещества. Очень важным моментом в рассмотренном механизме движения
дислокаций является то, что при перемещении их на одно межатомное расстояние
передвижка атомов в зоне искажений осуществляется на значительно меньшую величину,
(отсюда вытекает, что дислокации могут двигаться при ничтожно малых
7
сдвигавших напряжениях.
Рассмотренная схема пластического сдвига позволяет сделать вывод о том, что процесс
сдвига (деформации) происходит тем легче, чем больше дислокаций. В металле без
дислокаций пластический сдвиг должен протекать при одновременном смещении всех атомов
в плоскости сдвига. При этом прочность должна быть теоретической (точка "а" на рис. 5).
Если бы удалось приготовить кристалл с минимальным количеством дефектов решетки,
совсем без дислокаций, то он должен обладать необыкновенной прочностью. И такие
кристаллы - вернее, монокристаллики диаметром 0,1 мм и длиной до нескольких миллиметров
- научились выращивать, и называют их "усы" (участок "ав" на рис. 5). В наши дни "усы"
используют для создания композиционных материалов. Упрочнённые (армированные) такими
"усами" материалы по прочности намного превосходят все традиционные материалы.
Так как по пути движения дислокаций нет препятствий, заторможиваюших движение,
прочность резко падает (участок "ас" на рис. 5). Однако при определённой плотности
дислокаций и других дефектов, при так называемой критической плотности дислокаций
(точка "с" на рис. 5) прочность металла с повышением плотности дислокаций вновь растёт
(участок "сд"). Это объясняется тем, что при этом возникают не только параллельные друг
другу дислокации, но и дислокации в разных плоскостях и направлениях. Такие дислокации и
другие несовершенства кристаллической решетки будут мешать друг другу перемешаться , и
прочность металла повышается.
Рис. 5. Влияние плотности дислокаций на прочность металлов.
Таким образом, известные до сих пор способы упрочнения металлов - наклёп,
измельчение зерна термической обработкой, легирование (внесение в решетку чужеродных
атомов), образование структур
8
упрочняющими фазами - теперь достаточно наглядно объясняются.
При пластической деформации поликристаллического тела отдельные зёрна вследствие
различной кристаллографической ориентировки деформируются по разному. В первую
очередь будут деформироваться те зёрна, в которых плоскости для лёгкого скольжения
благоприятно расположены (т.е. параллельны или под небольшим углом) по отношению к
направлению приложенной силы.
В результате пластической деформации в поликристаллических металлах происходят
следующие изменения:
1. Деформация отдельных объёмов металла приводит к возникновению остаточных
внутренних напряжений в наклёпанном металле.
2. Измельчается зерно; может нарушиться целостность структуры наклёпанного
металла (микротрещины, поры, расслоения).
3. Создаётся предподчительная ориентация структуры в направлении действия
внешних сил, с определённой кристаллографической ориентацией зёрен - текстура
деформации.
Таким образом, пластическая деформация создаёт в металле структурно неустойчивое
состояние. Свойства металлов меняются. Характеристики прочности (твёрдость, предел
прочности, предел упругости, предел текучести) с увеличением степени пластической
деформации растут; характеристики пластичности и вязкости (относительное удлинение,
относительное сужение, ударная вязкость) падают (рис.6).
Степень деформации
Рис. б. Влияние пластической деформации на механические свойства металла.
Упрочнение металлов и сплавов, полученное в процессе пластической деформации,
называется нагартовкой или наклёпом.
Неравновесное, термодинамически неустойчивое состояние пластически
деформированного металла всегда стремится к устойчивому состоянию. Даже при комнатной
температуре в наклёпанном металле про-
9
ходят самопроизвольные процессы, приводящие деформированный материал в более
устойчивое состояние (например, естественное старение). При повышении температуры эти
процессы протекают быстрее. Снятие искажений кристаллической решетки без заметного
изменения структуры (т.е. величина и форма зёрен не изменяются) в процессе нагрева
деформированного материала называется возвратом или отдыхом (для сталей это температура
200° - 300°С;. В результате этого прочностные свойства несколько снижаются, а пластические
возрастают (рис. 7).
Рис. 7. Влияние температуры на механические свойства деформированного металла.
Нагрев до более высоких температур, кроме возврата, приводит к
повышению подвижности атомов, начинается процесс образования новых
зёрен взамен вытянутых.(Рис. 8). При этом происходит полное разупНаклёпанный
Рекристаллизация
Металл
Начало
Конец
Рис. 8. Схема изменения структуры наклёпанного металла при рекристаллизации.
рочнение: прочностные свойства (твёрдость, σв σт σупр) падают
10
а пластические (δ, ψ) повышаются.
Этот процесс называется рекристаллизацией. Температура рекристаллизации имеет
важное практическое значение и зависит от природы основного металла, наличия и
количества легирующих элементов, степени предшествующей деформации. Ориентировочно
эту температуру определяет по состоянии:
Т рек.  а  Т пл.
где Трек. * Тпл. - температура рекристаллизации и температура плавления металла
соответственно,
а - коэффициент, зависящий от чистоты металла.
а = 0,1 - 0,2 для очень чистых металлов;
а = 0,3 - 0,4 для технически чистых металлов;
а = 0,6 - 0,8 для сплавов.
Если обработка металла, давлением производится при температуре ниже
рекристаллизационной, то её называет холодной обработкой давлением, если выше, - то
горячей. При холодной обработке металл наклёпывается. При горячей обработке эффект
наклёпа непрерывно устраняется рекристаллизацией,
Однако, если скорость деформации выше скорости рекристаллизации, наклёп
устраняется не полностью. Поэтому температура горячей обработки всегда значительно
превышает температуру рекристаллизации.
Так как при холодной обработке давлением повышается сопротивление металла
пластическому деформированию и уменьшается его пластичность, то дальнейшая
деформация может привести к образованию трещин. Поэтому требуется промежуточный
(рекристаллизационный) отжиг для восстановления пластичности деформируемого металла.
Величина зерна после рекристаллизации зависит от температуры
рекристаллизационного отжига и степени предшествующей деформации (рис. 9, а, б).
Чем выше температура рекристаллизационного отжига, тем больше величина зерна
(рис. 9 а). Окончательный размер зерна зависит не только от температуры нагрева и времени
выдержки, но и от степени предшествующей деформации (рис. 9 б).
При малых степенях деформации искажение кристаллической решетки недостаточно
для образования новых Центров кристаллизации.
При больших деформациях искажения кристаллической решетки деформированного,
металла велики, поэтому образуется много центров кристаллизации, в результате чего
металл получает мелкозернистое строение.
11
Рис. 9. Изменение величины зерна в зависимости от температуры нагрева (а) и степени
деформации (б).
Степень деформации, которая при последующем рекристаллизационном отжиге
приводит к максимальному росту зерна, называется критической (участок "вс" на рис. 9 б).
Она соответствует такому состояние, при котором число объёмов с сильно искажённой
решеткой, следовательно, и центров кристаллизации невелико. Но общая степень
деформации при этом достаточна для того, чтобы из образовавшихся центров
кристаллизации могли расти новые зёрна. А так как этих центров мало, растущие зёрна
достигают больших размеров, в результате металл после отжига будет иметь
крупнозернистое строение.
Критическая степень деформации для большинства металлов, и сплавов находится в
пределах 2 - 10% поперечного сечения. При обработке металлов давлением необходимо
избегать этой степени деформации, так как последующий рекристаллизационный отжиг для
снятия наклёпа и повышения температуры в условиях эксплуатации могут вызвать рез-кое
увеличение размеров зерна и, следовательно, значительное падение пластичности и ударной
вязкости материала.
Крупнозернистая структура сплавов и металлов, не имеющих аллотропических
превращений в твёрдом состоянии, может быть измельчена путём деформации в несколько
раз больше критической с последующим рекристаллизационным отжигом.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.
1. 1. Студентам выдаются пластинки из отожжённого алюминия, на каждой пластинке
наносят риски по всей длине пластинки.
12
2. Измеряют твёрдость каждого образца и заносят данные в таблицу (измерения проводить
не менее 3 раз на образец).
3. Затем пластинки подвергает холодной пластической деформации в тисках на заданный
процент (процент деформации задаётся преподавателем). Длина пластинки после
деформации подсчитывается по формулам:
50  5
 (5%) 
 2,5 мм
100
 к   о    50  2,5  52,5 мм
где  к - конечная величина деформируемой (измеряемой) пластинки;
о
- начальная величина пластинки (= 50 мм),

- величина прироста длины образца при заданной степени деформации. В процессе
деформации необходимо замерить длину образца между рисками. Для этого циркуль,
установленный на рассчитанную длину, поставить одной ножкой на начальную риску базы, а
другую держать свободной. Продолжать растяжение до совмещения свободной ножки циркуля со второй риской базы.
4. На деформированных на заданные степени деформации образцах
измеряет твёрдость.
5. Деформированные образцы подвергает рекристаллизациониому отжигу (таблица №1
приложения) в течение 40 - 60 мин.
6. На отожжённых образцах измеряет твёрдость.
II. Исследование роста зерна при рекристаллизации зависимости от степени деформации.
1. После рекристаллизации пластины, для выявления микроструктуры, поместить на 5 - 6
мин в 40% раствор NaOH (для снятия, окисной плёнки), затем промыть водой и
нейтрализовать в HNO3 - промыть. Протравить в реактиве из смеси (I объём HN03 + 3
объёма HCl + I объём H2 O) до выявления зерна.
2. На микрошлифе выбирает участок с наиболее отчётливой структурой. Затем на
определённой площади (квадрате или круге) подсчитывает количество зёрен. Частное от
деления выбранной площади на
подсчитанное количество зёрен даёт площадь зерна в квадратных мм
(мкм). Данные сводят в таблицу:
Процент деформации
Твёрдость. HRB
13
Процент деформации
Размер зерна, мм2
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Краткие сведения из теории.
1. 1) Сводные таблицы с результатами испытаний.
2) Кривые влияния степени деформации на механические свойства алюминиевого сплава
(твёрдость) в координатах твёрдость-степень деформации.
3) Сделать выводы.
2. 1) По полученным экспериментальным данным построить диаграмму
рекристаллизации алюминиевого сплава в координатах площадь зерна- степень
деформации.
2) Сделать выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Каков результат элементарного акта движения дислокаций на рис.4?
2. Какой металл в соответствии с кристаллической решеткой должен обладать
минимальной степенью пластической деформации?
(Г.ц.к. - медь; о.ц.к. - железо; г.п.у. - цинк).
3. Какие процессы обусловливают упрочнение (наклёп) металла при пластической
деформации?
4. Какие способы упрочнения металлов вы знаете?
5. Можно ли классифицировать изменения в наклёпанной стали при 500°С как
рекристаллизацию? Чем можно обосновать сделанное заключение?
6. Что называется рекристаллизацией? отдыхом? возвратом?
7. Что такое вторичная рекристаллизация?
8. В чём сходство между рекристаллизацией и аллотропическим превращением?
9. Во многих мастерских после определённых степеней деформации в материале
появляются трещины. В чём причина их появления и что следует сделать для устранения
появления трещин?
10. Чем обусловлено разупрочнение и восстановление пластичности металла после
рекристаллизационного отжига?
11. Что такое критическая степень деформации?
12. Механизм упругой и пластической деформации.
13. Какова причина высокой пластичности металла? (по сравнению, например, с
неметаллическими материалами).
14
ЛИТЕРАТУРА
1. Гуляев А. П. Металловедение. -М; Металлургия, 1986. - с.78.
2. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник. Т.2-М;
Металлургия, 1983. - с. 190.
3. Лабораторный практикум по курсу металловедения. - Николаев, НКИ, 1977. с.21.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРА ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА ПРИ ПРЕССОВАНИИ
Цель работы:
1. Ознакомиться с технологическим процессом прессования.
2. Изучить характер течения металла в продольных и поперечных сечениях.
3. Изучить влияние степени деформации, смазки и температуры на силовые
параметры прессования.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ.
В машиностроении применяют профили самого разнообразного сортамента,
которые получают различными видами обработки металлов давлением: прессованием,
волочением, профилированием листового металла.
При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстия,
соответствующие сечению прессуемого профиля.
Сущность прессования заключается в следующем. В металлическую матрицу-I
(рис. ..10) помещается заготовка-2.Пуансоном-3 заготовка выдавливается из матрицы
через имеющееся в ней отверстие.
1
2
3
Рис. 10. Схема прессования:
1 - матрица, 2 - заготовка, 3 - пуансон.
Исходной заготовкой при прессовании служит слиток или прокат, Состояние
поверхности заготовки оказывает значительное влияние на качество поверхности и
точность прессованных профилей. Поэтому во многих случаях заготовку
предварительно обтачивают на станке; пос-
15
ле нагрева поверхность заготовки тщательно очищают от окалины.
Прессуют медь, свинец, алюминий, цинк, магний и их сплавы, а также сталь из мерных
заготовок, нарезанных из сортового проката. Все металлы и сплавы, кроме свинцовых,
прессуют горячими.
При прессовании металл заготовки перемещается внутри матрицы и силы трения,
возникавшие на поверхности металла, тормозят движение периферийных слоев. Кроме этого
траектории движения центральных участков короче (Рис. 11).
Рис. 11. Схема траекторий движения отдельных точек
металла
Следовательно, при своём движении центральные участки металла будут опережать
периферийные. Это приводят к появлению прессутяжки. т.е. в оставшемся после прессования
металле наблюдается воронкообразное углубление.
С целью уменьшения сил трения, препятствующих движении металла, выходное
отверстие делает не в матрице, а в пуансоне (Рис. 12).
Рис. 12. Схема обратного прессования.
( 1 - матрица, 2 - заготовка, 3 - пуансон)
Прессование по первой схеме (Рис. 10) подучило название прямое, по второй схеме
(Рис. 10) - обратное.
При прессовании часть металла, которая остаётся в матрице (не выпрессовывается),
называется "прессостаток". При прямом методе прессования прессостаток составляет 12 14%, Усилие пресоования при обратном методе на 10 - 20% меньше, чем при прямом. При
обрат-ном методе прессостаток составляет 7 - 8%, том не менее обратное
16
прессование получило меньшее распространение вследствие более сложного и дорогого
оборудования.
Прессованием получают профили самого разнообразного сечения, как сплошные, так
и полив. При изготовлении полых профилей к пуассону крепят специальную приставку,
соответствующую форме отверстия.
А)
Рис. 13. Схема получения полого профиля (а) и примера прессованных профилей (б).
Прессованные изделия точнее полученных прокаткой, кроме того, ряд профилей
можно получить только прессованием, поэтому оно широко используется в
металлообработке.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.
Оборудование и материалы.
Матрица и пуансон, пресс, муфельная печь, термопара с милливольтметром, линейка
и чертилка, заготовка из свинца, смазка.
Заготовка представляет собой два полуцилиндра. На одной из них (Рис. 14) по
плоскости разъёма наносятся поперечные риски. Расстояние между рисками 2 мм На другой
заготовке наносится сетка.
Рис 14. Схема, поясняющая подготовку заготовки к исследование.
Собирается матрица, в которую помещается заготовка. Во избежа-
17
ние слипания заготовки при прессовании плоскости разъёма смазывает графитовой смазкой.
Затем в матрицу вставляется пуансон. Собранное приспособление устанавливается на
поршень гидравлического пресса. По мере нагнетания масла в цилиндр давление его растёт и
устанавливается на каком-то значении. Это означает, что идёт процесс течения металла
заготовки. Заметить по манометру давление, при котором происходит прессование. Усилие
прессования определяется по формуле:
D 2
F
P
4
где Р - давление масла, кг/см , определяемое по манометру;
D - диаметр поршня, см.
По окончании прессования спустить масло из цилиндра, разобрать матрицу и извлечь
выпрессованный металл, который имеет форму, показанную на рис. 15.
Рис. 15. Выпрессованный металл,
Замерить расстояние между рисками в центральной и периферийной зонах.
Рассчитать общую степень деформации металла и степень деформации различных его
участков. Общая степень деформации металла рассчитывается по формуле
d
E  от  100%
dМ
где dМ - диаметр матрицы или заготовки;
dom - диаметр выходного отверстия или выпрессованного металла.
Степень деформации центральной и периферийной зон рассчитать по
формулам
c
c
Eц   100%, E п   100%
d
b
где с - расстояние между рисками до прессования,
a и b - расстояние между рисками после прессования в центральной и поверхностной
зонах.
Данный опыт проводится на трёх матрицах с различным диаметром выходного
отверстия.
По окончании первого этапа работ смазать матрицу и опыт повторить.
18
Примечание
Усилие прессования
Давление по манометру,
кг/см
Деформация периферии
Деформация цитра, Ец, %
Общая деформация E, %
b, мм
a, мм
c, мм
Температура заготовки
Виды смазки
Диаметр продукта
Диаметр заготовки, мм
Для температурного исследования силовых параметров матрицу протереть тряпочкой,
смоченной в ацетоне, и убедиться, что смазка удалена полностью. Помесить собранную
матрицу с заготовкой и пуаносом в печь нагретую до температуры 100оС. Время нагрева 20
мин. Специальным захватом перенести матрицу на пресс и провести прессование, отмечая
рабочее давление. То же самое выполнить при 200°С.
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА.
1. По окончании работы все данные эксперимента занести в таблицу:
2. На основании полученных данных построить график зависимости усилия прессования от
степени деформации и температуры и сделать вывод.
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ.
1. В чём заключается сущность прессования?
2. В чём заключается различие между прямым и обратным способами прессования?
3. Почему при обратном прессовании прессостаток меньше, чем при прямом?
4. Что такое прессутяжка и чем это явление вызвано?
5. Каким образом методом прессования получает полые профили?
6. Как влияют силы трения на усилие прессования?
ЛИТЕРАТУРА
1. Технология конструкционных материалов. Под редакцией Дальского
A.M. - М.; Машиностроение, 1985, с.115.
19
лы. - Л.; Машиностроение, 1987, с.234.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ЛИТЬЁ В КОКИЛЬ
Цель работы: изучить вид специального литья - литьё в кокиль, понять сущность
технологических операция в процессе литья, выявить преимущества и недостатки этого
вида литья. Оборудование:
Печь для плавки металла, кокиль, огнеупорные облицовки и краски, ковш,
легкоплавкий металл.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Литейным производством называется технологический процесс получения
фасонных деталей или заготовок заливкой расплавленного металла в литейную форму.
После затвердевания металла в форме получается отливка - литая деталь или заготовка.
Более 50% всех деталей машин и промышленного оборудования приготовляется
методом литья. Это один из экономичных способов получения деталей и заготовок
сложной формы, больших и малых размеров. Литые детали изготовляет из чугуна - 77%,
стали - 21%, медных, алюминиевых, магниевых и других сплавов -2%.
Для получения отливок применяется металлы и сплавы, обладавшие
определёнными литейными свойствами: 1. жидкотекучестью, 2. усадкой, 3. ликвацией (1
- способность расплавленного металла заполнять литейную форму и воспроизводить её
полость, 2 - свойство расплавленного металла уменьшаться в объёме, 3 - неоднородность
металла по химическому составу и структуре.
Технологический процесс получения отливок включает изготовление модели,
приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление литейных стержней и
форм, сборку литейных форм, плавку металла, заливку металла в формы, освобождение
отливки из формы, обработку и очистку литья, контроль качества отливки.
Специальные способы литья - это прогрессивные, производительные
неэкономичные способы получения отливок. К ним относятся литьё в оболочковые
формы, в кокиль, литьё по выплавленным моделям, литьё под давлением, центробежное
литьё и т.д.
Формовка уплотнением смесей.
Получение форм уплотнением смесей складывается из следующих основных
процессов изготовления модельных комплектов, приготовления
20
формовочных и стержневых смесей, изготовления стержней, формовки (машинной
или ручной) с набивкой и уплотнением смесей.
Для формовки нужна модель. Если у детали должны быть сквозные отверстия,
углубления или полости, то для их образования нужны стержни, которых формуют в
стержневых ящиках. Модели и стержневые ящики составляют модельные комплекты
для отливок.
Деревянная модель для отливки втулки состоит из двух частей. В плоскости
разъема одна часть модели имеет шипы, другая соответствующие гнёзда. Знаки
(выступы на модели; при формовке образуют углубления для установки стержня
(Рис.15а).
Модели и стержневые ящики для единичного мелкосерийного производства
делают деревянными, а для массового производства - из пластмасс или сплавов
алюминия с медью. При изготовлении моделей учитывается припуск на механическую
обработку и усадку при охлаждении отливки. По ГОСТу размер припусков на
обработку чугунных отливок колеблется от 2 до 20 мм, стальных от 4 до 28 мм в
зависимости от размеров отливки и типа производства. Усадка для различных
литейных сплавов составляет от 1 до 2,5%; некоторые сплавы специального
назначения имеют большую усадку, например, сталь НОГ 1Л имеет усадку 3,5%. При
изготовлении моделей пользуются так называемыми усадочными метрами, которые
больше нормальных на вели чину усадки.
Модели бывают цельные и разъёмные. Разъёмные модели состоят из 2, 3 и
более частей и применяются там, где по условиям формовки невозможно использовать
цельные модели. Для облегчения выемки модели из формы боковые поверхности их
делают не перпендикулярными к плоскости разъёма, а с формовочным уклоном (0,5-3).
Изготовление стержней производится набивкой стержневых ящиков» Для
формовки сложных отливок необходимо иметь несколько разных стержней и,
соответственно, несколько стержневых ящиков.
Формовочные и стержневые смеси применяют для изготовления разовых форм.
Смеси обладают пластичностью, прочностью, податливостью, огнеупорностью,
газопроницаемостью. Основной составляющей формовочных и стержневых смесей,
определяющей их огнеупорность, является кварцевый песок, поставляемый в
естественном или обогащенном состоянии и содержащий от 90 до 98,5% SiO2. В
состав смесей входят также следующие (глина, сульфитно-спиртовая барда, цемент,
жидкое стекло, термореактивные смолы, битум, канифоль), противопригарочные
(молотый каменный уголь, пылевидный кварцевый песок, циркон, хромистый
железняк, графит) газообразующие - способствую
21
щие газопроницаемости и податливости смеси (древесные опилки, а также крупный, с
размерами зёрен от 0,25 до 1 мм, речной песок) составлявшие.
Металл заливают в сырую (формовка по сырому) форму или в предварительно
высушенную (формовка по сухому). Прочность сырых форм для крупного литья
недостаточна. Строгие требования предъявляются к смесям для стального литья, так как
жидкая сталь имеет более высокую температуру, а при охлаждении даёт большую усадку.
Формовочные смеси разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь непосредственно соприкасается с металлом, она должна обладать в
полной мере всеми вышеперечисленными свойствами: толщина её слоя зависит от размера
модели и составляет 20-50 мм. Наполнительные смеси служат для набивки остальной части
формы, они должны быть прочными и газопроницаемыми. Едиными смесями набивают всю
форму при машинной формовке; к ним предъявляются те же требования, что и к
облицовочным смесям.
При составлении формовочных смесей помимо свежих материалов используют
оборотную смесь, получаемую при выбивке готовых отливок, после её регенерации. Такая
смесь содержит в основном кремнезём и является заменителем кварцевого песка.
Большое распространение получили быстротвердеющие формовочные смеси с
жидким стеклом, твердеющие при продувке их С02; в других смесях с жидким стеклом
отвердение идёт не за счёт продувки С02, а под действием отвердителя - шлака
феррохромового производства, вводимого в состав смеси.
Рис. 15.
22
Стержни находятся в более тяжёлых условиях, чем стенки формы, при заливке они
почти полностью окружается расплавленным металлом, а при разработке формы должны
легко выбиваться, поэтому необходимо, чтобы стержни были достаточно прочными,
огнеупорными, газопроницаемыми, податливыми.
По составу стержневые смеси разделяет на песчано-глинистые, применяемые при
изготовлении крупных стержней на каркасах, песчано-масляные, смеси с жидким стеклом, с
термореактивными смолами и др.
Приготовление свежих формовочных и стержневых смесей состоит из сушки
составлявших, размола глины, угля, просеивания, смешивания, увлажнения и рыхления.
ЛИТЬЁ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ
Оболочковые формы применяет при массовом производстве отливок небольших
размеров (от 1 м и массой до 200 кг), преимущественно тонкостенных. Поворотный бункер
машины наполняется формовочной смесью из песка и термореактивной
фенолформальдегидной смолы. На-гретую до 150 - 200°С одностороннею металлическую
плиту закрепляют над бункером и переворачивают вместе с ним. Под действием нагретой
плиты смола в слое, покрывающем плиту, плавится и спекает песок. При обратном повороте
устройства на форме остаётся корка, а избыток смеси остается в бункере. Для завершения
реакции образования резита оболочку вместе с плитой помещают на 30 - 40 с в печь,
нагретую до 250 - 300°С. Затвердевшую оболочку снимают с плиты толкателем и спаривают
с другой оболочкой зажимами или склеивают. Готовую оболочковую форму заливают
металлом; после затвердевания - отливки легко освобождаются. В оболочковые формы
заливают чугун, сталь, а также сплавы цветных металлов.
Литьё в oбoлoчкoвые формы имеет ряд преимуществ: формовка легко
автоматизируется о выдачей до 500 оболочек в час; точность отливок в оболочковые формы 0,3 - 0,7 мм на 100 мм размера при высоком качестве обработки поверхности, поэтому
сокращается иди отпадает необходимость механической обработки; расход формовочных
материалов в сравнении с формовкой в опоках сокращается в 8 - 18 раз, отпадает
необходимость в опоках. Всё это в десятки раз сокращает грузопоток в литейных цехах.
ЛИТЬЁ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Литьё в песчаные формы по выплавленным моделям применяют для
получения мелких деталей массой до 15 кг из стали и других трудно-
23
обрабатываемых материалов с температурой плавления до 1600°С. Достигается большая
точность размеров (11 - 13 квалитетов) при небольшой шероховатости поверхности (Rа= 10
+ 15 мкм), благодаря чему сокращается или отпадает необходимость механической
обработки.
Технология литья по выплавляемым моделям состоит из следующих этапов:
1. изготовление металлической модели - эталона отливаемого изделия;
2. изготовление пресс-формы из легкоплавкого сплава по модели-эталону;
3. изготовление выплавляемых моделей путём заполнения пресс-форм легкоплавким
жидким или пастообразным составом;
4. изготовление моделей литниковой системы того же состава;
5. сборка моделей и литниковой системы и покрытие их огнеупорным составом из
порошкообразного кварцевого песка с добавкой раствора этилсиликата или жидкого
стекла в качестве связующего: этот облицовочный состав при прокаливании форм
образует прочную оболочку и обеспечивает точность отливки;
6. формовка модели в опоке;
7. выплавка моделей и прокаливание формы;
8. расплавление металла;
9. заливка форм;
10. выбивка и очистка отливок.
Металл заливают в горячие формы, иногда под давлением 0,2 - 0,5 МПа или
центробежным способом. Высокая точность литья достигается применением точных
моделей и форм без разъёма.
Сложность технологии и относительно высокая стоимость литья окупается
уменьшением отходов металла и затрат на обработку. Кроме того, этот способ даёт
возможность отливать готовые детали из твердых металлов и сплавов, обработка которых
трудна и дорога. По выплавляемым моделям отливают лопатки газовых турбин, режущий
инструмент (фрезы, свёрла), мелкие детали автомобилей, тракторов и др.
ЛИТЬЁ В КОКИЛЬ.
При литье в кокиль отливки получают, заливая металл в металлические формы кокили. Металлические формы изготовляют из чугуна или стали и внутри покрывает
огнеупорной обмазкой. Металлическую форму использует многократно. В ней можно
получать сотни и тысячи отливок (в зависимости от свойств заливаемого металла).
24
Металлическая форма разъёмная, обычно состоит из двух центрируемых половин. В
форме -воронка для заливки металла, литниковые каналы для подачи жидкого металла в
полости отливок, выпоры для выхода воздуха и газов, специальные каналы для выхода
газов из стержней.
Процесс изготовления отливок в кокилях состоит из следующих операций:
1) подготовка кокилей (очистка, нагрев, нанесение на рабочие поверхности
облицовки и краски;
2) сборка кокилей (установка стержней, закрытие и закрепление частей кокиля);
3) заливка жидким металлом;
4) удаление отливок из кокиля после их охлаждения; 5) обрубка, очистка и, при
необходимости, термообработка.
ПОДГОТОВКА КОКИЛЯ К РАБОТЕ
Для нормальной работы кокиль должен иметь на внутренних стенках специальные
огнеупорные покрытия. Покрытие кокиля создаёт значительное термическое
сопротивление (которое определяется как частное от деления толщины облицовки X на
теплопроводность λ ), что уменьшает скорость отвода теплоты q от жидкого металла,
зависящую от коэффициента теплопередачи поверхности отливки (обратная величина
теплового сопротивления) и перепада температур между поверхностью жидкого металла t1
и стенкой формы t2

q  t1  t 2 
x
Таким образом, скорость отвода теплоты, можно регулировать изменением
теплопроводности покрытия и толщины его слоя (Рис. 16).
Рис. 16. График распределения температур по кокилю, залитому
металлом.
25
От скорости отвода теплоты зависят условия затвердевания, структура и
механические свойства отливок, Огнеупорные покрытия наносят на рабочие поверхности
кокилей, чтобы повысить срок службы, предохранить их от разъедания расплавленным
металлом, предотвратить приваривание металла к кокилю, регулировать время
затвердевания различных частей отливки и облегчить извлечение отливки из кокиля.
Огнеупорные покрытия делят на облицовку и краски. Облицовку наносят на рабочую
поверхность кокиля иp пульверизатора или кистью. Её приготовляет из наполнителя,
связующего и специальных добавок активизаторов (для улучшения сцепления облицовки с
кокилем).
ХОД РАБОТЫ
1. Подготовка кокиля к работе.
а) Очистка кокиля.
б) Нанесение на рабочую поверхность облицовки и краски.
2. Сборка кокиля (закрытие и закрепление частей).
3. Нагрев кокиля до температуры 100 - 150°С в печи.
4. Заливка кокиля жидким металлом,
5. Удаление отливок из кокиля после их охлаждения (раскрытие вручную).
6. Обрубка, очистка и, при необходимости, термообработка отливки.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА.
В отчёте следует указать цель работы и задание, теоретическую часть, дать краткие
характеристики литья в кокиль и подготовки кокиля к работе, зарисовать эскизы кокиля и
отливки.
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ.
1. Что такое литейное производство?
2. Какие виды литья считаются наиболее прогрессивными?
3. Что такое формовочная смесь, из чего состоит и где применяется?
4. Что такое стержневая смесь?
5. Где применяется литейное производство?
6. Где применяются облицовочные смеси?
7. Из чего состоит процесс литья в кокиль?
8. Из чего изготавливается кокиль?
ЛИТЕРАТУРА.
1. Технология конструкционных материалов (под редакцией A. M. Дольского). - М.;
Машиностроение. 1985, с. 120.
26
2. В. М. Никофоров. Технологи металлов и конструкционные материалы. - Л.: Машиностроение. 1987, с.211.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ И ВНЕШНИХ ПРИЗНАКОВ ДРЕВЕСИНЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ
ДРЕВЁСНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ВЛАЖНОСТЬ, УСУШКУ И ПЛОТНОСТЬ.
Цель работы: изучить строение ствола, основные разрезы, характер поверхности коры, цвет,
блеск, текстуру и запах древесины распространённых пород. Ознакомление с методом
экспериментального исследования влажности, усушки, плотности.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ.
Древесина в настоящее время применяется в различных отраслях
промышленности, как в натуральном виде, так и в виде разнообразных
древесных материалов. Древесина представляет собой природный материал растительного
происхождения.
Достоинствами древесины являются:
- достаточно высокая механическая прочность и небольшой объёмный вес и, следовательно,
высокая удельная прочность (отношение предела прочности к объёмному весу);
- малая теплопроводность и малый коэффициент теплового расширения;
- химическая стойкость к ряду кислот, солей, масел, газов;
- способность к быстрому соединение различными способами.
Недостатки древесины ограничивают ее применение как конструкционного материала.
Недостатками древесины является:
- гигроскопичность, что приводит к нестабильности размеров и формы изделия из древесины;
- склонность к поражения грибковыми заболеваниями;
- отсутствие огнестойкости;
- анизотропия технических свойств ввиду волокнистого строения и др.
Древесина имеет слоисто-волокнистое строение, у многих пород внешние признаки сходны.
Поэтому строение древесины изучают на трёх разрезах ствола (Рис. 17). В поперечном или
торцевой - поперек волокон ствола (а), радиальном - вдоль ствола по диаметру или радиусу (в)
и тангенциальном - вдоль ствола, под некоторым углом к оси ствола (б).
На поперечном (торцовом) разрезе ствола различает кору-6, внутренний слой которой
называется лубом-5, заболонь-1, ядро-2, серд-
27
цевину – 3, годичные кольца – 7 и сердцевинные лучи – 4.
Рис. 17. Основные разрезы и строение древесины
а - поперечный разрез; б - тангенциальный разрез; в - радиальный разрез; 1-эаболонь; 2-ядро;
3-сердцевина; 4-сердцевинные лучи; 5-луб; 6-кора; 7-годичные кольца; 8-камбий.
Годичные слои можно наблюдать на всех разрезах ствола: на поперечном разрезе - в
виде концентрических окружностей, в центре которых находится сердцевина; на радиальном
разрезе - в виде прямых полос, ширина каждой из которых равна ширине годичного слоя; на
тангенциальном - в виде участков, ограниченных параболическими кривыми.
На поперечном разрезе сердцевина видна в виде узкой центральной части ствола,
представлявшей рыхлую ткань. На торцовом разрезе имеет вид тёмного пятнышка диаметром
2 - 5 мм. Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из внешнего слоя - корки и
внутреннего слоя - луба, который проводит воду с органическими веществами,
выработанными листьями, вниз по стволу, Кора предохраняет дерево от механических
повреждений, резких перепадов температуры, насекомых. Между корой и древесиной
располагается очень тонкий, сочный, не видимый невооружённым глазом слой-камбий,
состоящий из живых клеток. Из камбиальных клеток образуются клетки древесины и коры,
причём в сторону древесины клетки откладываются чаще (в 5 - 6 раз), чем в сторону коры.
Характерной особенность строения древесины являются сосуды
(Рис. 18; - трубки различной величины)
По величине сосуды делятся на крупные, хорошо видимые невооруженным глазом;
такие лиственные породы называются кольцесосудистыми. Крупные сосуды чаше всего
расположены в ранней древесине годичных слоев и на поперечном, разрезе образуют
сплошное кольцо.
28
Торцовый
А.
б.
Рис. 18. Схема микроскопического строения древесины хвойных и лиственных пород: а сосны (1-сердцевинные лучи, 2 -вертикальный смоляной ход, 3-годичный слой); б - дуба (1сердцевинные лучи, 2-сосуды, 3-крупный сосуд в ранней зоне, 4-годичный слой, 5-мелкий
сосуд в поздней зоне, 6-широкий сердцевинный луч).
Если мелкие и крупные сосуды равномерно распределены по всей
ширине годичного слоя, то такие породы называют рассеянососудистыми
лиственными породами. У хвойных пород характерной особенностью являются смоляные,
ходы, которые представляет собой тонкие узкие каналы, заполненные смолой. На поперечном
разрезе вертикальные смоляные ходы видны в виде светлых точек.
Показателем, характеризующим среднею ширину годичных колец, является отношение
числа годичных слоев к длине, отмеренной в радиальном направлении поперечного разреза,
на котором подсчитывались
годичные кольца, т. е.
N
n

Где n - количество колец на 1 см.
N - общее количество годичных слоев, подсчитанное на образце,
 - длина в радиальном направлении.
Основными отличительными признаками древесины является текстура, цвет, блеск и
запах. По цвету различают древесные породы и выявляют их качество. Равномерная окраска
характеризует доброкачественность древесины; тёмные и цветные полосы указывают на её
повреждение плесенью, гнилью и т.д.
Цвет древесины изменяется от белого до чёрного, древесина ели,
29
пихты, липы, осины - белого цвета; берёзы, клёна, бука - белого с красноватым оттенком;
груши, кедра, сосны - розового; ореха - коричневато-серого.
Текстурой древесины называют рисунок на её разрезах, характерный для каждой породы
дерева и образуемый различным расположением волокон, сердцевинных лучей, видом
годичных колец и т.д.
У древесины декоративных пород (красное дерево, клён, дуб, грецкий орех) красивая
текстура сочетается с приятным цветом и блеском. Древесина ряда пород (бук, ясень) в
естественном состоянии обладает блеском, который наиболее ярко выражен на радиальной
поверхности и зависит главным образом от близко расположенных друг к другу сердцевинных
лучей. Чем светлее древесина, тем она больше блестит. Запах древесины обусловлен
находящимися в ней эфирными маслами, смолами и дубильными веществами. Древесина
хвойных пород пахнет скипидаром, приятный запах у кипариса, пихты. Древесина лиственных
пород пахнет слабо.
Влажность - степень насыщения древесины водой, выраженная в процентах по
отношение к массе сухой древесины.
W
m  mo
mo
где
W- влажность древесины, %,
m - масса образца влажной древесины, г,
mo - масса образца абсолютно сухой древесины, г.
По степени влажности различает древесину комнатно-сухую. влажность 8 - 12%,
воздушно-сухую, влажностью 12 - 13%; полусухую,
влажностью. 18 - 23%.
Древесина влажностью более 23% называется сырой, свежесрубленной, а
находящаяся долгое время в воде - мокрой.
Для измерения влажности древесины чаще всего пользуются весовым или
электрическим методом,
При весовом методе (ГОСТ 16483.7-71) выпиливают образцы древесины
призматической формы раздором 20х20х30 мм, очищают от опилок и пыли, нумеруют и
взвешивают с точностью начальную массу. Взвешенные образцы помещают в сушильный
шкаф и выдерживают при температуре 376°К ± 2° (выше 378°К температуру не поднимают
во избежание выделения смолы и разложения древесины). Первое взвешивание образца
проводят через 30 мин после начала сушки, второе и последующие - через каждые 15 мин.
Если разница при двух последних взвешиваниях составит менее 0,02 г, считают, что
древесина абсолютно сухая. После этого опре-
30
деляют влажность расчетом.
Преимущество весового метода - довольно точное определение влажности древесины
при любом количестве влаги; недостаток - длительность проведения
Электрический метод заключается в том, что влажность древесины определяют с
помощью электоровалогомера. Действие этого прибора основано на изменении
электропроводности древесины в зависимости от её влажности.
Рабочей частью электровлагомера служат две иглы с подведенными к ним
электропроводами. Иглы электровлагомера вкалывают в древесину, пропускают через них
ток и по циферблату прибора считывают искомую влажность. Преимущество этого метода быстрота определения, недостаток - невысокая точность. Усушкой древесины называют
уменьшение её размеров при высыхании. Линейная усушка древесины в разных
направлениях неодинакова: в тангенциальном - 6 - 12%, в радиальном 3 - 6%, вдоль волокон
(продольная) - 0,1 - 0,3%. Полная объёмная усушка составляет 10 — 14%
Линейную усушку образца (в %) определяют по следующим формулам:
- в радиальном направлении
b  b1
JР 
 100%
b1
-в тангенциальном направлении
a  a1
JТ 
 100%
a1
где а и b - размеры образца по тангенциальному и радиальному направлениям до
высушивания.
а1 и b1 то ж е после высушивания.
Объёмную усушку (полную) находят, пользуясь выражением:
V  Vo
J об  w
 100%
Vo
где Vw - объём образца при влажности в пределе гигроскопичности (Wп.т. = 23 — 30%),
VO - объём образца, высушенного до абсолютно сухого состояния.
Практически пользуются коэффициентом усушки К, который представляет собой
среднюю усушку при изменении влажности на 1% и определяется по формуле:
31
K
J об
J об

23  30
W
Для различных пород полная усушка в радиальном направлении составляет, а
тангенциальном.
Плотность древесины - это отношение массы образца к его объёму. Плотность
древесины при данной влажности определяется по формуле:
m
w  w
Vw
где mw- масса образца при данной влажности, кг.
Vw - объём образца до высушивания, м3 .
Для сравнения: плотность древесины с влажностью 8 - 23% приводят к стандартной 12%-ной
влажности по формуле:
12   w 1  0.01 1  K o   12  W 


где
γw и γ12 - плотность при влажности W % и 12 %,
Ко- коэффициент объёмной усушки, %.
Основные физико-механические свойства наиболее распространенных пород древесин;
при влажности 12% приведены в приложения, табл.3.
ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И ИНСТРУМЕНТЫ
Образцы изучаемых древесных пород с разрезами, масштабная линейка,
штангенциркуль, сушильный шкаф с терморегулятором, микро-метр, весы, гири, стальной
угольник, стеклянный цилиндр, колба с водой, образцы древесных пород (берёзы, сосны и др.)
с хорошо видимыми торцовыми, радиальными, тангенциальными разрезами 20x20x30 мм (для
определения влажности и усушки).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.
1. Изучить основные разрезы ствола дерева.
2. На натуральных образцах последовательно изучить поперечный, радиальный,
тангенциальный разрезы ствола берёзы, сосны и др. Обратить внимание на различие их
строения по всем разрезам, сравнить между собой. Зарисовать основные разрезы
ствола.
3. Определить число годичных слоёв на 1 см длины.
4. На основании проведённого наблюдения и изучения дать краткую характеристику
основных разрезов и строения ствола рассмотренных пород деревьев по внешним
признакам.
5. По натуральным образцам определить цвет древесины.
6. На глаз определить блеск древесины.
32
7. По основным разрезам образцов изучить текстуру древесины.
8. Определить породу древесины по запаху, цвету, текстуре.
9. Результаты изучения и наблюдения древесины распространённых пород записать в
таблицу 1.
Таблица 1.
число
внешние признаки древесины
порода
основные
годичных
древесины разрезы
цвет
блеск
текстура запах
слоёв
ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ.
1. Взвесить образцы размером 20x20x30 мм с точностью до 0,01г.
2. После взвешивания поместить образцы в сушильный шкаф с автоматическим
терморегулятором. Образцы высушить до достижения ими постоянной массы и взвесить.
3. Вычислить влажность образца с точностью до 0,1 %.
4. Результаты измерений и вычислений занести в протокол лабораторной работы (табл. 2).
Таблица 2.
масса, г
стаканчика с
номер
влажность
пустого
крышкой и
исследуемого высушенного испарившейся
образца стаканчика образцом до
древесины
образца
образца
воды
с крышкой и после
высушивания
ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСУШКИ
1. Провести на уровне половины высоты продольных плоскостей образцов карандашом риски.
(Рис 19)
Рис. 19. Образец для определения величины усушки.
33
2. По рискам измерить с точностью до 0,01 мм радиальный и тангенциальный размеры и
высоту образца. Перед измерением поверхности образцов следует осушить
фильтровальной бумагой. Измерения производить микрометром или штангенциркулем.
3. Подсушить образцы при температуре 303° К, а затем температуру повысить до 376° К
± 2°. Вынуть образцы из сушильного шкафа и замерить по тем же рисункам радиальный,
тангенциальный и продольный размеры. Взвешивание, высушивание и установление
постоянной массы контролируют так же, как при определении влажности.
4. Вычислить усушку каждого образца с точностью до 0,1% для тангенциального,
радиального и по объёму,
5. Рассчитать коэффициенты усушки для каждого образца.
6. Результаты измерений и расчётов занести в протокол лабораторной
работы (таблица 3).
Таблица 3.
номер
образца
размеры образца
а б в
а
1
б
1
Усушка
в
1
Тангенциаль
ная
Радиальная
Коэффиц
Влажность
иент
древесины
усушки
Объёмная
1
ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ
Переписать в протокол лабораторной работы следующие данные: размеры и массы
образцов до и после высушивания, влажность, величину объёмной усушки и
коэффициент объёмной усушки. Пользуясь этими данными, вычислить плотность
древесины в различных её состояниях.
Определить плотность древесины при данной влажности.
Составить протокол по типу таблиц 2, 3 и занести в него результаты расчётов.
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА.
В отчёте следует указать цель работы и задание, дать краткие характеристики строения
ствола древесины, привести зарисовки основных разрезов ствола, протоколы записи
определения влажности, усушки, плотности (таблицы 1, 2, 3).
Контрольные вопросы.
1. Из чего состоит древесина?
34
2. Для чего предназначен луб?
3. Как определяется влажность?
4. Что такое гигроскопичность?
5. Как определить усушку?
6. Почему на торце появляются радиальные трещины?
7. Почему годовые кольца имеют различный цвет?
ЛИТЕРАТУРА.
1. М. А. Григорьев. Материаловедение для столяров и плотников. Высшая школа. 1985. с. 5.
2. Методическая разработка к лабораторным работам по ТКМ. ЛГПИ.- Ленининград.
1981.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
Физикомеханические свойства пластических масс.
Цель работы: исследование некоторых физико-механических свойств пластмасс (термои реактопласты), приобретение практических навыков определения их твёрдости,
прочности, ударной вязкости. Сравнение свойств металлов и пластмасс.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.
Пластические массы (пластики, пластмассы) - важные конструкционные
материалы, широко применяемые в машиностроении, электро- и радиотехнике,
строительстве и других отраслях народного хозяйства.
Незначительная трудоёмкость изготовления пластмассовых деталей (по
сравнению с металлическими), их малая себестоимость, технологичность (легко
формуются, склеиваются, свариваются, обрабатываются резанием), специфические
физико-механические свойства обусловливают эффективность применения и зачастую
незаменимость пластмасс в машиностроении.
Основными достоинствами пластмасс являются: малая плотность и возможность
её изменения, хорошие тепло -, электро- и звукоизоляционные характеристики, высокая
химическая стойкость в ряде сред и неподверженность коррозии, высокие оптические
свойства (бесцветность и прозрачность органических стёкол), хорошие фрикционные и
антифрикционные свойства, достаточно высокая прочность (прочность некоторых
пластиков сопоставима с прочностью стали), хорошие декоративные свойства,
бесшумность в работе применительно к зубчатым передачам) и некоторые другие.
Недостатки пластмасс - невысокая теплостойкость, низкие ударная вязкость и модуль
упругости,
35
склонность некоторых пластмасс к старению.
Пластмассы - это материалы на основе природных, а чаще всего искусственных
(синтетических) полимеров, которые под действием нагревания и давления способны
формоваться в изделия заданной формы и затем устойчиво сохранять её. Кроме
основного компонента - связующего вещества, в состав пластмасс могут входить
наполнители, пластификаторы, отвердители, красители, стабилизаторы,
парообразователи, ингибиторы и некоторые другие добавки. Соотношение названных
компонентов в пластмассах может быть, на пример, таким (массовая доля): связующее
вещество - 30 — 60%, наполнители - 40 - 65%, пластификаторы - около 1, красители 1 - 1,5, смазывающие вещества - 1 - 2%.
Связующие вещества, от которых в наибольшей степени зависят свойства
пластмасс, - это природные или синтетические полимеры. Под полимерами понимают
высокомолекулярные вещества, молекулы которых (макромолекулы; состоят из
многочисленных элементарных зве ньев (мономеров). Молекулярная масса их может
составлять от 5000 . до 1 000 000.
Природные полимеры - белки и нуклеиновые кислоты, из которых построены
клетки живых организмов, природные смолы (янтарь, копал, шеллак), натуральный
каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный битум и др. Синтетические полимеры это полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды,
поликарбонаты, фторопласты, фенопласты, полиметилметакрилат,
фенолоформальдегидные смолы, эпоксидные смолы и др. В отдельных случаях
пластмасса, например, полиэтилен, может целиком состоять из связующего вещества поли мера. Полимеры, преимущественно синтетические, получаемые химическим
синтезом простых органических веществ (мономеров; в макромолекулы методами
полимеризации или поликонденсации, являются основой не только пластмасс, но и
резины, химических волокон, лаков, кра сок, клеев и т.д. Так, полиэтилен синтезируют
путём полимеризации газа - этилена, получаемого из природного газа или
нефтепродуктов. Макромолекулы полимера представляю собой цепочки из звеньев моно
мера, атомы в которых связаны прочной химической (ковалентной) связью.
Различие структур макромолекул (линейные, разветвлённые, сетчатые - рис. 20)
обусловливает неодинаковость свойств полимеров. Так, линейные (полиэтилены,
полиамиды и др.) и разветвлённые (по-диизобутилен и др.) полимеры характеризуются
способностью образовывать анизотропные волокна и плёнки и находиться в
высокоэластич-
36
ном состоянии: редкосетчатые полимеры (резины) обладают упругостью, густосетчатые
(смолы)- хрупкие.
Рис. 21. Состояние макромолекул линейных полимеров:
а - аморфное беспорядочное; б - аморфное ориентированное; в кристаллическое (схемы).
По фазовому - состоянию полимеры могут быть аморфными или кристаллическими.
В большинстве случаев реальные полимеры содержат аморфную и кристаллическую фазы.
Содержание в полимере (в процентах) веществ в кристаллическом состоянии называют
степенью кристалличности. На рис. 21 приведены примеры расположения макромолекул в
линейных полимерах. Кристаллическую структуру имеют полимеры с макромолекулами
строго регулярной линейной или редкосетчатой формы. Кристаллические полимеры имеют
более высокие теплостойкость и механические свойства.
По полярности различают неполярные (например, полиэтилен, полипропилен,
фторопласт - 4) и полярные (например, поливинилхлорид) полимеры. Неполярные полимеры
в отличие от полярных обладают более высокими морозостойкостью и диэлектрическими
свойствами.
В зависимости от поведения при нагреве различают термопластичные (термопласты)
и термореактивные (реактопласты) полимеры .Соответственно называют и пластмассы на
основе этих связующих веществ. Термопластичными называют полимеры или пластмассы,
которые с повышением температуры размягчаются, плавятся, при формовании не
претерпевают никаких химических изменений, по мере охлаждения эатвер-
37
девают и сохраняют способность пластически деформироваться при повторном нагреве.
Такие полимеры (полиэтилен, полистирол, капрон и др.) имеют линейную или
разветвлённую структуру макромолекул.
Термореактивные полимеры и пластмассы при нагреве и формовании претерпевают
существенные химические изменения, затвердевают и, теряя способность пластически
деформироваться, остаются твёрдыми. Линейная структура таких полимеров при нагреве
преобразуется в пространственную.
Физико-механические свойства полимеров зависят как от их структуры, температуры,
так и от физического состояния. Из-за высокой молекулярной массы полимеры не способны
образовывать низковязкие жидкости или переходить в газообразное состояние, они могут
находиться в одном из трёх физических состояний - стеклообразном, высокоэластическом и
вязкотекучем. Полимеры в стеклообразном состоянии характеризуются пространственной
структурой макромолекул, отличаются твёрдостью и аморфностью.
Атомы находятся в равновесном положении, и макромолекулы не перемещаются.
Высокоэластическое состояние макромолекул характерно для высокополимеров и
выражается в их способности к большим обратимым изменениям формы при небольших
нагрузках. Атомы колеблются, а макромолекулы способны изгибаться. Макромолекулы в
целом не перемешаются, но их отдельные сегменты подвижны за счёт вращения групп
атомов вокруг связи —С—С— в мономерных звеньях цепи.
Полимеры в вязкотекучем состоянии (линейные или разветвлённые) отличаются от
жидких веществ большей вязкостью. При этом подвижной является вся макромолекула
Рис. 22. Термомеханические кривые для полимеров: а - аморфного; б - кристаллического; в редкосетчатого для различных состояний: I - стеклообразного; II - высокоэластичного; III вязкотекучего; IV - химического разложения.
На рисунке 22 приведены зависимости степени деформации полимеров с различной
структурой от температуры их нагрева (термомехани-
38
ческие кривые). По этим кривым можно судить о характере полимеров,
механических и технологических свойств полимеров при различных температурах.
Так, полимеры или пластмассы на их основе эксплуатируются при температурах ниже
температуры стеклования tс, когда они находятся в твёрдом состоянии. Формование изделий
из полимеров или пластмасс ведут в области их вязкотекучего состояния. Температура tхp
(ниже tc) соответствует переходу полимеров в хрупкое состояние (полистирола tс = 100оС и
txp = 90о С, для полиметилметакрилата tс = 100°С и txp = 10oС). В кристаллизующихся
полимерах при температуре tк их кристаллическая часть плавится и далее, от tк до tт,
полимер находится в высокоэластичном состоянии. Свыше температур tт аморфные и
кристаллизующиеся полимеры переходят в вязкотекучее состояние. Для редкосетчатых
полимеров температура tx - начало химического разложения полимера.
Зависимость удлинения от усилия при деформации кристаллического полимера
Зависимость степени деформации кристаллических полимеров (полиэтилен,
полиамиды, полиэтилентерефталат и др.) от напряжения выражается линией, состоящей из
трёх участков (рис. 23). Первоначально (участок 1) удлинение прямо пропорционально
усилию. По достижении некоторого усилия (точка А) удлинение полимера увеличивается
при неизменном усилии (участок 2). Это вызвано резким местным сужением образца,
образованием "шейки" распространяющейся на всю его длину. Затем наблюдается
растяжение тонкого, но ориентированного образца вплоть до разрыва (участок 3).
Деформация полимера зависит также от скорости и температуры нагружения.
Недостаток полимеров, а следовательно, и пластмасс, - склонность к старению, т.е.
самопроизвольному не-обратимому изменению важнейших характеристик при эксплуатации
и хранении.
Важным компонентом пластмасс являются наполнители. Они повышают
механическую прочность пластмасс, уменьшают их усадку при формовании изделий, влияют
на вязкость, водостойкость пластмасс, придают им специальные свойства (фрикционные,
антифрикционные и др.) На-
39
полнители могут быть органическими или минеральными в виде порош-ков, волокон, листов
(сажа, древесная мука, сульфидная целлюлоза, асбест, тальк, очёсы хлопка или льна,
стекловолокно, бумага, ткани, древесный шпон и др.). Органические наполнители повышают
прочность, снижает хрупкость, но ухудшают термо- и водостойкость пластмасс.
Минеральные наполнители повышают прочность, водостойкость, химическую стойкость,
Тепло- и электроизоляционные свойства пластмасс, но часто повышают их хрупкость и
плотность. В зависимости от вида наполнителя различают порошковые (карболиты),
волокнистые (волокниты), слоистые (содержащие листовые наполнители) и некоторые
другие пластмассы.
Пластификаторы способствует повышение пластичности пластмасс или расширение
температурного интервала их вязкотекучего состояния. В качестве пластификаторов широко
использует органические вещества с высокой температурой кипения и низкой температурой
замерзания (стеарин, дибутилфталат, олеиновую кислоту и др.).
Отвердители (различные амины), или катализаторы (перекисные соединения) вводят в
термореактивные пластмассы для ускорения процессов отверждения пластмасс.
Красители органического или минерального происхождения придает пластмассам
желаемый цвет.
Стабилизаторы, например, сажа, препятствует старение полимерных материалов.
Порообразователи, переходя при формовании в газообразное состояние, способствует
образование пор в таких пластмассах, как пенополистирол, пенополивинилхлорид, поролон,
пенополиуретан и др.
Смазывающие вещества вводят для уменьшения прилипаемости пластмассовых
изделий к металлическим частям пресс-формы.
Кроме названных, в пластмассы вводятся с различными целями и другие добавки.
Дадим краткую характеристику свойств и областей применения некоторых пластмасс.
К термопластичным пластмассам, основой или связующим веществом в которых является
полимеры о макромолекулами линейной или разветвленной структуры, относятся
неполярные: полиолефины (полиэтилен, полипропилен и полиизобутилен), полистирол, фторопласт-4 полярные: полиметилметакрилат, полмвинилхлорид, полиамиды и др.
Полиэтилен - кристаллизующийся полимер. который производят полимеризацией
этилена (CH2 = СН2 ). Различают полиэтилен низкой плотности, получаемый при высоком
давлении (ПЭВД) и содержащий 35 —
40
65% кристаллической фазы, а также полиэтилен высокой плотности, получаемый при
низком давлении (ПЭНД) и содержащий 60 — 95% кристаллической фазы. Полиэтилен
химически стоек, нерастворим в воде, ацетоне, спирте, морозостоек до -70°С (чем выше
плотность, тем выше теплостойкость и механическая прочность), но склонен к старению.
Из него изготавливают несиловые детали (контейнеры, емкости, вентили, детали
химических насосов, трубы для транспортирования агрессивных жидкостей), защитные
покрытия на металлах, плёнку для различных целей (электроизоляционная, парниковая).
Полипропилен (-СН2 - СНСН3-) получают полимеризацией из пропилена в
присутствии металлоорганических катализаторов. Он более теплостоек (до 150°С), чем
полиэтилен, но менее морозостоек (до -10 — -20°С). Из полипропилена изготавливают
некоторые конструкционные детали автомобилей, мотоциклов, корпуса насосов, трубы
для транспортирования агрессивных сред, плёнки, ёмкости.
Полистирол (- СН2, - CHC6 H5 -) - прозрачный аморфный полимер, диэлектрик,
химически стоек, нерастворим в растворителях, но склонен к старению и имеет низкую
(до 80°С) теплостойкость. Применяется он для изготовления деталей машин и приборов
(ручки, корпуса и т.д.), ёмкостей и сосудов для химикатов, плёнки и т.д.
Фторопласт-4, или политетрафторэтилен ( -CF2 - CF2)п, - полимер, имеющий
макромолекулы в виде спиралей, диэлектрик, химически стоек. Из него изготавливают
уплотнительные прокладки, трубы для транспортирования агрессивных сред, сильфоны,
антикоррозионные покрытия на металлах. По химической стойкости он превосходит все
известные пластмассы.
Полиметилметакрилат (органическое стекло, или плексиглас) - полярный,
прозрачный, аморфный полимер на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой
кислот. В отличие от минерального стекла органическое значительно легче (более чем в
два раза), пропускает ультрафиолетовые лучи, технологично (хорошо обрабатывается
резанием, склеивается, сваривается, полируется), но обладает меньшими твёрдостью,
прочностью и теплостойкостью. Идёт на остекление и изготовление оптики,
светотехнических деталей, ёмкостей. На основе полиметилметакрилата изготавливают
самоотверждающиеся пластмассы типа стиракрила, которые применяют в производстве
штампов, литейных моделей, абразивного инструмента.
Полиамиды (капрон, нейлон и др.) - полярные пластмассы на основе
кристаллизующегося полимера, содержащего группы СО, NH и СН2. Они
характеризуются высокими прочностью, теплостойкостью, износостойко-
41
стью и низким коэффициентом трения (f= 0,05), способностью погашать вибрации.
Недостатки полиамидов — склонность к старению и некоторая гигроскопичность.
Введение наполнителей (графит, тальк, дисульфид молибдена) обеспечивает повышение
антифрикционных и некоторых других их свойств. Полиамиды применяют в
машиностроении; электротехнике/медицине.
Поливинилхлорид-полярный, аморфный полимер состава (— СН2 — CHCl —).
Непластифицированный поливинилхлорид называют виниплас том и применяют для
изготовления различных деталей химического оборудования, труб, деталей
вентиляционных и теплообменных установок, муфт, элементов насосов, вентиляторов,
защитных покрытий на металлах, облицовочной плитки. Пластикат
(полихлорвинилхлорид с пластификатором) используют для изготовления труб,
конвейерных лент, печатных валиков, линолеума и т. д.
Наиболее крупнотоннажный по производству вид реактопластов -фенопласты, т.е.
пластмассы, получаемые на основе фенолоформаль-дегидных смол. Различают
следующие виды фенопластов: ненаполненые, порошковые (наполнители - древесная
мука, тальк, графит и др.), волокнистые (волокниты, асбо- и стекловолокниты),слоистые
(гетинакс, текстолит и др.).
Волокниты получают пропиткой очёсов льна или хлопка фенолоформальдегидным связующим и применяют для изготовления деталей, работающих на изгиб
и кручение и устойчивых к ударным нагрузкам (шкивы, фланцы, стойки, направляющие
втулки, маховики и т.д.).
Асбоволокниты получают пропиткой асбеста фенолоформальдегидной смолой.
Они обладают высокими ударопрочностью, химической стойкостью, фрикционными
свойствами и применяются для изготовления элементов тормозов (накладки, колодки,
диски подъёмнотранс портных устройств, автомобилей и т.д.), кислотоупорных
конструкций.
Из слоистых пластмасс значительный интерес представляет текстолит, получаемый
из связующего (фенолоформальдегидная смола) и наполнителя (хлопчатобумажные ткани
- шифон, миткаль, бязь и др.). Текстолит отличается прочностью, способностью
поглощать шумы и гасить вибрации, однако он может работать только при невысоких
температурах (до 90°С). Из текстолита изготовляют зубчатые колёса, вкладыши
подшипников, шкивы, втулки, прокладки в машиностроении, распределительные щиты и
монтажные панели в электротехнике и т. д. В приложении 7 приведены основные физикомеханические свойства некоторых названных пластмасс. Механические свойства
пластмасс
42
определяют при проведении лабораторных статических испытании на растяжение (ГОСТ
11262-80) или сжатие, изгиб, динамических испытаний по определению ударной вязкости
(ГОСТ 4647-80), путём измерения твёрдости (по Бринеллю ГОСТ 4670-77 с помощью
твердомера ТММ-2 или по Роквеллу, Виккерсу, Шору).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
1.Изучить материал, полученный у преподавателя.
2. Выполнить лабораторные испытания и определить следующие характеристики
полиэтилена (ПЭВД и ПЭНД) с разной степенью кристалличности, или оргстекла,
винипласта, фторопласта, текстолита:
а) определить твёрдость по Бринеллю;
б) оценить на примере полиэтилена влияние степени кристалличности на свойства
термопластов;
в) сравнить изученные физико-механические свойства пластмасс со
свойствами металлов, приведёнными в справочнике.
ОФОРМЛЕНИЕ
ОТЧЁТА.
В отчёте следует указать цель работы и задание дать краткие характеристики
полимеров. Сделать вывод и написать отчёт по работе в соответствии с заданиями.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
В какой области машиностроения нашли применение пластмассы?
Чем отличаются, природные полимеры от пластмасс?
От чего зависят физико-механические свойства пластмасс?
Что входит в состав наполнителей, отвердителей, стабилизаторов?
ЛИТЕРАТУРА.
1. С. И. Алаи и др. Технология конструкционных материалов. - М.; Просвещение. 1986. с.
261.
2. Р. Н. Худокормова, Ф. И. Пантелеенко. Материаловедение. - Минск, Высшая школа.
1988. с. 192.
43
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1. Температура рекристаллизации и горячей обработки металлов давлением
Металл
Железо
Сталь
Медь
Латунь
Алюминий
Молибден
Олово
Свинец
Температура, °С
Рекристаллизации
(теоретическая при
а = 0,4
450
450
270
250
50
900
0–1
3–5
Рекристаллизационного
отжига
Горячей обработки
давлением
600 – 700
600 – 700
450 – 500
400 – 500
250 – 350
1400 – 1600
20
30
800 – 1200
800 – 1200
600 – 800
600 – 800
350 – 460
1400 – 2000
20
30
Таблица 2. Составы огнеупорных облицовок
СПЛАВЫ
Облицовки
№ п\п
Составляющие
АЛЮМИНЕВЫЕ 1
2
3
4
МЕДНЫЕ
5
МАГНИЕВЫЕ
6
7
Шамот
Каолин
Связующее
Тальк
Каолин
Окись железа
Связующие
Асбест
Каолин
Связующие
Окись цинка
Жидкое стекло
Вода
Вареное масло
Графит (порошкообр.)
Мел отмученный
Борная кислота
Вода
Тальк прокаленный
Борная кислота
Вода
44
ОТЛИВКИ
Содержание %
по массе
50%
35%
155%
50%
30%
6%
14%
65%
20%
15%
5%
2%
93%
96%
4%
6%
3%
91%
10%
6%
84%
Мелкие и
средние
Мелкие и
средние
Мелкие и
средние
Мелкие и
средние
Разные
Мелкие
Крупные
ЧУГУН
8
9
СТАЛЬ
10
11
Маршалит
Жидкое стекло
Вода
Огнеупорная глина
Жидкое стекло
Вода
Марганцевокислый
калий
Пылевидный кварц
Сульфитно-спиртовая
барда, плотность 1,43
Циркон
Жидкое стекло
45
10%
5%
85%
10%
5%
85%
6г на 1 кг
облицовки
60%
40%
Разные
92%
8%
Крупные
Мелкие и
средние
Мелкие
Таблица № 3. Механические свойства различных пород деревьев
Объемны
Сжатии вдоль
волокон
Статическом
изгибе
Растяжении вдоль
волокон
Радиальном
тангенциальн
ом
Прочность при
ударном изгибе
Торцовая
Радиальная
Тангенциальная
Береза
6,5
0,64
0,28
0,34
0,64
467
967
1610
85
102
0,45
423
336
300
Бук
6,4
0,68
0,18
0,35
0,55
474
953
1178
106
132
0,39
556
394
403
Вяз
6,7
0,66
0,77
0,33
0,52
404
839
-
83
93
0,45
512
385
384
Граб
7,4
0,81
0,24
0,35
0,61
531
1211
1347
141
177
0,48
825
701
717
Груша
6,5
0,72
0,19
0,28
0,47
515
975
-
81
126
0,56
720
540
551
Дуб
5,2
0,76
0,18
0,28
0,48
519
891
-
110
125
146
653
536
568
Ель
7,8
0,46
0,18
0,32
0,52
396
717
1061
62
62
0,20
241
173
168
Липа
4,7
0,50
0,23
0,33
0,58
398
775
1158
78
74
0,28
234
156
163
Клен
5,2
0,70
0,20
0,32
0,34
520
1053
-
113
129
0,37
690
506
537
Лиственница
сибирская
Ольха
10,3
0,68
0,21
0,40
0,68
549
984
1227
94
82
0,27
403
280
278
6,4
0,53
0,17
0,30
0,49
387
709
963
74
91
0,25
367
248
264
Орех
-
0,60
0,18
0,28
0,48
485
975
-
100
106
0,36
580
-
-
Осина
4,1
0,50
0,15
0,30
0,47
374
686
1201
57
78
0,41
241
175
183
Пихта
5,3
0,39
0,13
0,32
0,46
342
607
761
53
57
0,14
248
167
164
Платан (чинар)
-
0,65
0,17
0,24
0,43
339
681
-
90
111
-
435
436
380
Сосна
8,4
0,51
0,18
0,31
0,51
414
758
1009
69
67
0,20
262
217
223
Тополь
0,0
0,46
0,14
0,28
0,44
347
609
869
55
66
0,19
240
173
-
Яблоня
-
0,71
0,39
0,67
1,08
412
741
-
-
-
-
625
493
452
Ясень
5,3
0,69
0,19
0,31
0,52
499
1083
1390
126
122
0,43
432
534
609
Порода
46
Радиальный
Тангенциальный
Твердость кгс/см2
Плотность, г/см3
Предел прочности кгс/см2 , при
Число слоев в 1 см2
Коэффициент усушки, %
Скалывании вдоль
волокон
Таблица № 4. Макроскопические признаки древесины основных
хвойных пород
ОСНОВНЫЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
ПОРОДЫ
лиственница
Красновото-бурое
ЯДРО
ЗАБОЛОНЬ
Буравото-белая;
узкая (до 20
годичных слоев)
ОБЩАЯ
Бурый оттенок
ХАРАКТЕРИСТИКА
ЦВЕТА
ДРЕВЕСИНЫ
СЕРДЦЕВИННЫЕ
ЛУЧИ
ГОДИЧНЫЕ СЛОИ
ЦВЕТ ДРЕВЕСИНЫ
сосна
От розового
до буроватокрасного
Желтоватобелая;
разной
ширины (от
20 до 80
годичных
слоев)
Красноватый Розоватый
или
оттенок
желтоватый
оттенок
ель
пихта
Породы безъядровые
спелодревесные
-
-
Белая со
слабым
желтоватым
оттенком
Белая со
слабым
желтоватым
или
буроватым
оттенком
Поздняя
древесина
желтоваторозового
цвета, слабо
развита,
переходит в
раннюю
постепенно
растушенную
Поздняя
древесина
имеет вид
узкой
светлобурой
полосы,
переходит в
раннюю
постепенно
Поздняя
древесина
слабо
развита,
переходит в
раннюю
постепенно
Многочислен
ные, самые
крупные по
сравнению с
другими
породами
Немногочис Нет
ленные,
хорошо
различаемы
е через
лупу
Не видны
Различаются на всех разрезах
Поздняя
Поздняя
древесина
древесина
темно-бурого красноватоцвета, развита бурого цвета,
сильно, очень хорошо развита,
резко
резко отличается
отличается от от ранней
ранней
светлой
древесины
древесины
светло-бурого
цвета
СМОЛЯЩИЕ ХОДЫ Мелкие
Многочисленные
немногочисле диаметром от
нные
0,06 до 0,13 мм;
через лупу
хорошо видны на
всех разрезах
47
кедр
От чветлорозового до
желтоватокрасного
Желтоватобелая;
широкая (до
40 годичных
слоев)
ЗАПАХ
Скипидарный
Резкий
скипидарный
Характерный
для кедровых
орехов
Слабый
скипидар
ный
КОРА
Толстая,
буро-ржавого
цвета, с
большим
количеством
трещин
Внизу толстая, с
трещинами,
темно-бурая,
вверху тонкая,
гладкая,
золотистая
Бурая, в
трещинах
довольно
толстая
Бурая, в
трещинах
довольно
тонкая
Довольно
сильный
приятный
запах имеет
кора.
Древесина
запаха не
имеет
Тонкая,
гладкая,
серого
цвета
Таблица № 5. Макроскопичесике признаки основных кольцесосудистых
лиственных пород
ОСНОВНЫЕ
ПОРОДЫ
ПОКАЗАТЕЛИ
дуб
ясень
ильм
вяз
карагач
ГОДИЧНЫЕ СЛОИ
На
Различаются
Различаются хорошо на всех разрезах
поперечном
хорошо
разрезе из-за
резкой
разницы
между ранней
и поздней
древесиной
видны
хорошо
СОСУДЫ
Мелкие в
Мелкие, в
Мелкие, образуют
Мелкие,
поздней части поздней зоне
непрерывные
образуют
годичного
образуют
волокнистые линии в
прерывистые,
слоя,
беспорядочные
поздней части годичных
волнистые
расположены точки или
слоев
линии
радиальными черточки
рядами
СЕРДЦЕВИДНЫЕ
Широкие,
Узкие, на поперечном разрезе с трудом различимы или
ЛУЧИ
хорошо
совсем не видны
видны на всех
разрезах
На радиальном
На
На
На
разрезе заметны радиальном
радиальн радиальном
в виде коро
разрезе четко ом
разрезе
выделяются
разрезе
хорошо видны
в ви
мало
из-за
заметны и
отличают
ся
48
тких черточек
ядро желтоватокоричневого
цвета или
цвет
темновато-бурое.
древесины Заболонь узка,
светло-жёлтая,
чётко отделяется
от ядра
кора
50
в верхней части
ствола
зеркальная,
гладкая, а в
нижней части
темно-серая,
грубая, с
широкими
трещинами.
ядро светлобурое,
Заболонь
широкая,
желтоватобелая,
постепенно
переходит в
ядро
Темно-серого
цвета с
продольными
трещинами.
де блестящих
чёрточек
только по
блеску
Ядро светло
ядро тёмно
бурое.
бурое.
Заболонь
Заболонь
широкая,
узкая,
желтоватобуроватобелая,
серая хорошо
постепенно
отличается от
переходит в
ядра.
ядро.
Бороздчатая,
тёмно-серая.
светло-серая,
отслаивается
тёмной окраски
ядро
красноватобурое. Заболонь
узкая жетоватобелая, хорошо
отличается от
ядра.
Глубокотрещиновая
породы
основные
показатели
бук
граб
клён
берёза
обыкновенный
ядро
безъядровая,
спело
безъядровые, заболонные
древесная
годичные
слои
хорошо видны
различаются на поперечном
ясно
разрезе,
извилистые
сосуды
различаются
ясно
сердцевидные широкие,
лучи
видимые
49
ядровая
ясно
различаются
видны,
плохо
волнистые
груша
чинара(платан
самшит
восточный
безъядровая,
спело
ядровая
древесная
различаются
ясно только
различаются
на
плохо
поперечном
разрезе
липа
ольха
безъядровые
различаются
различаются различа
плохо,
плохо
чётко
волнистые
крупные,
одиночные, мелкие, незаметные
видимые
мелкие, незаметные
узкие на
заметные,
ложноширокие
заметны на
поперечном
разрезе
орех
грецкий
видны на всех
разрезах,
много
числены
узкие различаются тока на радиальном
разрезе
широкие,
видимые на
всех разрезах
не видны,
узкие
узкие видны
на
радиальном
и
поперечном
разрезах
узкие
незамет
ложнош
заметны
всех ра
1
2
ЦВЕТ
Красно
ДРЕВЕСИНЫ ватобелый
51
3
Серо
ватобелый
4
Белый с
желтым или
красноватым
оттенком
5
Белый с
крас
Новатым
или
желто
ватым
оттенком
6
Серо
ватокорич
невый
7
Красно
ватобурый,
розова
тый
8
Крас
Новатобурый
9
Желто
ватый,
иногда с
серым
оттенком
10
Белый с
легким
розова
тым от
тенком
11
Белый,
на возду
хе
быстро
краснеет,
станови
тся кра
сноватобурым
12
Белый со
слабым
зеленова
тым
оттенком
Таблица № 7. Некоторые физико-механические свойства пластмасс.
ХАРАКТЕРИСТИКА
Плотность, кг/м3
Разрушающее
напряжение при
растяжении, МПа
Относительное
удлинение при разрыве,
%
Твердость по
Бринеллю,НВ
Ударная вязкость,
МДж/м2
Рабочая температура, ° С
Максимальная
Минимальная
Диэлектрическая
проницаемость при
частоте тока 106 Гц
При частоте тока 50 Гц
52
Полиэтилен
ПЭВД
ПЭНД
918 …930 949 …955
10 … 17
22 …30
Полипро
пилен
500 …910
25…40
Полистирол Фторопласт Полиметил Полиамиды Поливинил Текстолит
метакрилат
хлорид
1050…1080 215 …2350 1200
1100…1160 1400
1300…1400
37…45
14…35
65…70
50…100
40…60
65…100
500…600
300…800
200…800
1,5…3
250…350
2,5…4
50…150
10…50
1
1,4…2.5
4.5…5,8
6,0…6,5
14…15
3…4
20
-
10…16
-
Не ломается
3.3…8
1…2,2
10
1,2…1.3
8…13
До 15
3.5
105…108
-40…-70
и ниже
2,2…2.3
150
-15
80
-20
250
-269
60
-60
60…110
20…-60
65…80
-40
125
-50
2.2
2.5…2,7
1,9…2.2
3+
3…4
3…5…4+
7
120…125
-70 и
ниже
2.1…2.4
ОГЛАВЛЕНИЕ
СТР.
Лабораторная работа№6."Изучение влияния пластической
деформации и рекристаллизации на структуру и свойства
металлов.....................................................................................................................................3
Лабораторная работа №7 "Изучение характера деформации металла при прессовании"15
Лабораторная работа№8 "Литьё в кокиль"............................................................................20
Лабораторная работа №9 "Изучение строения и внешних признаков древесины.
Исследование древесных материалов на влажность, усушку и плотность"......................27
Лабораторная работа № 10 "Физико-механические свойства пластических
масс"……………...…………………………………………………………………………...35
Приложение…………………………………………………………………………………..44