Проведения лекционного занятия

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Проведения лекционного занятия

по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»

для курсантов 2 курса по специальности 280705.65 –

«Пожарная безопасность»

ТЕМА № 13

«ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ДЕТАЛЕЙ ИЗ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Обсуждена на заседании ПМК

протокол №__ от «___»________2015 г.

Владивосток

2015 г.

I. Учебные цели

1. Изучить теоретические и физико-технологические основы получения неметаллических и композиционных материалов, выявить сущность этапов обработки изделий.

2. Получить представления об основных способах обработки заготовок из пластмасс, выявить особенности обработки термопластичных и термореактивных полимеров.

3. Рассмотреть особенности изготовления резиновых деталей и полуфабрикатов.

4. Изучить особенности напыления материалов, и их сущность.

II. Воспитательные цели

1. Воспитывать у курсантов стремление к совершенствованию своих знаний и профессиональных навыков, обучить методам самостоятельной работы с учебными материалами.

2. Вырабатывать у курсантов чувство ответственности за личную профессиональную подготовку.

III. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия

Время, мин

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы 1. Физико-технологические основы получения композиционных материалов. Изготовление изделий из металлических композиционных материалов. 2. Особенности получения деталей из композиционных порошковых материалов. Изготовление полуфабрикатов и изделий из эвтектических композиционных материалов. 3.Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов. Изготовление резиновых деталей и полуфабрикатов. 4.Напыление деталей ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

IV. Литература

Основная:

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. /Под ред. Чередниченко В. С. - 4-е изд., стер. - М.: Омега-Л, 2008. - 752 с.

2. Материаловедение и технология металлов. /Под ред. Фетисова Г.П. Учебник. - М.: Высш. шк., 2001. - 637 с.

3. Материаловедение и технология материалов /Под ред. Артамонова В. С.; - СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2011. – 236 с.

Дополнительная:

1. Технология металлов и материаловедение. Под редакцией Усовой Л.Ф. – М: Металлургия 1987 –800с.

2. Материаловедение и технология материалов. Под ред. Солнцева Ю.П. – М.: Металлургия, 1988. – 512с.

3. Жадан В.Т., Полухин П.И., Нестеров А.Ф. и др. Материаловедение и технология материалов. – М.: Металлургия, 1994. – 622с.

V. Учебно-материальное обеспечение

1. Мультимедийный проектор, информационные слайды.

VI. Текст лекции

Особенности получения деталей из композиционных порошковых материалов. Изготовление полуфабрикатов и изделий из эвтектических композиционных материалов.

Типовая технологическая схема получения изделий из композиционных порошковых материалов включает:

1.Производство составных элементов композиции.

2.Формование заготовки.

3.Спекание заготовки при температуре ниже температуры плавления основного компонента.

4.Дополнительная обработка изделия (регулирование структуры и размерная обработка).

Формование заготовок, т.е. придание материалу формы, плотности и прочности, необходимо для выполнения последующих операций изготовления изделия осуществляется различными методами. Наиболее распространенный из них является прессование в стальной пресс-форме.

Ленточные изделия формуют прокаткой между двумя гладкими валками. Длинномерные заготовки типа прутков, труб, углов получают мундштучным прессованием. Для этого порошок с пластификатором помещают в контейнер и выдавливают из него пуансоном через отверстие в мундштуке. Прессуемый порошок предварительно подогревают. В качестве пластификаторов используют парафин, крахмал и др.

Сосуды и изделия сложной формы, которые трудно изготовить обычными способами прессования, получают шликерным формованием. Этот процесс заключается в заливке в пористую форму шликера однородной концентрированной суспензии порошка в жидкости. Жидкость впитывается в поры формы, а частицы порошка оседают на ее стенках, создавая твердый слой. Формование слоя занимает 1-60 мин. в зависимости от толщины стенки изделия.

Спекание – решающая стадия в формировании свойств изделия. Спекание многокомпонентных смесей может осуществляться как в твердой, так и в жидкой фазе.

Твердофазное спекание проводится при температуре 0, 7-0, 9 абсолютной температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. На начальной стадии спекания, благодаря поверхностной диффузии, происходит расширение участков контакта частиц порошка и увеличивается сцепление частиц как между собой, так и с матрицей. При этом пустоты между частицами постепенно приобретают округлую форму. На последующих стадиях спекания происходит объемная диффузия, уменьшается объем пор и усадка прессовки. Прочность и плотность спекаемых изделий существенно зависит от атмосферы, в которой проводят спекание. Восстановительные среды предпочтительнее нейтральных газов, так как восстановление оксидных пленок на частицах порошка, ускоряет спекание. Полно и быстро происходит спекание в вакууме.

Жидкофазное спекание позволяет получать более плотные изделия, чем твердофазное. Однако, оно возможно, если жидкая фаза обеспечивает смачивание твердой фазы. В противном случае оно тормозит спекание.

Спеченные изделия в ряде случаев подвергают дополнительной обработке. Основные ее виды это регулирование структуры и размерная обработка изделий. Регулирование структуры осуществляется термообработкой, доводка изделий по размеру – механической обработкой или калибровкой.

Ниже для примера приведены краткие сведения по технологии изготовления некоторых композиционных материалов.

Так изделия из дисперсно-упрочненного композиционного материала, представляющего собой спеченную алюминиевую пудру (САП) или по-другому – алюминий, упрочненный частицами оксида алюминия, изготавливаются по следующей технологии: холодное прессование, предварительное спекание, горячее прессование, прокатка или выдавливание спеченной алюминиевой заготовки в форме готового изделия и последующей дополнительной термообработке. Армирование композиционных материалов на основе алюминия и его сплавов короткими волокнами проводят методом порошковой металлургии, состоящими из прессования с последующей гидроэкструзией или прокаткой заготовок.

Эвтектические композиционные материалы

Эвтектическим и композиционными материалами называются сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. В отличие от обычных композиционных материалов, эвтектические композиционные материалы получают за одну технологическую операцию. Существенное преимущество эвтектических композиционных материалов заключается в возможности получения направленной ориентированной структуры на уже готовых изделиях.

Структура образующейся эвтектики в результате направленной кристаллизации состоит, как правило, из кристаллов твердой прочной фазы (например, карбидов), распределенных в матрице, представляющей собой твердый раствор.

Форма образующихся кристаллов может быть в виде волокон или пластин.

Эвтектические композиционные материалы обладают высокой термической стабильностью и как следствие, высокими механическими свойствами при температурах, близких к плавлению эвтектики.

Способами направленной кристаллизации получают композиционные материалы на основе алюминия, магния, меди, никеля, кобальта, титана, ниобия, тантала и других элементов. Эвтектические композиционные материалы могут эксплуатироваться в широком интервале температур.

Напыление деталей.

В последние годы для нанесения на детали защитных и упрочняющих покрытий, а также для восстановления изношенных поверхностей широкое применение нашло применение различных способов напыления. Все они основаны на нагреве мелких частиц напыляемого материала до высоковязкого или расплавленного состояния и переносе их на поверхность изделия. Соударяясь с поверхностью изделия частицы, закрепляются на ней и формируют покрытие. Чем больше скорость частиц, тем выше качество покрытия – его плотность и прочность сцепления с основой.

Данным способом можно создавать многослойные покрытия из слоев различного состава. Расход материалов при напылении невелик, т.к. подложка не плавится и не разбивает материал покрытия. Материалом покрытия могут быть металлы, керамика, полимеры. Подложкой – металл, стекло, ткани и др. К основным способам напыления относятся: газопламенное напыление, плазменное напыление, электродуговая металлизация, детонационное и вакуумное напыление.

Дуговая металлизация основана на горении дуги между двумя плавящимися электродами, подаваемыми под углом друг к другу. Капли металла сдувают воздухом или другим газом на подложку. Диаметр проволоки 1, 5-3 мм. Источник питания дуги – сварочный выпрямитель. Обычно металлизатор закрепляется на стенке или держится в руках. Метод используется главным образом для нанесения цинковых и алюминиевых покрытий рис. 14.8.

При газопламенном напылении плавление наносимого материала осуществляется при помощи кислородно-ацитиленового, либо кислородно-пропанового пламени. Расстояние от горелки до детали 10-15 см. Температура пламени невысока.

Рис. 14.8. Схема электродугового металлизатора: 1 – электроды; 2 - электрические провода; 3 – подающие ролики; 4 – наконечник; 5 – воздушное сопло; 6 – электрическая дуга

Плазменное напыление является логическим продолжением технологии газопламенного напыления; оно отличается более высокой температурой и скоростью газовой струи. Высокая температура плазмы позволяет наносить покрытие из всех материалов, которые не успевают разложиться или сгореть в плазменной струе. Поэтому при плазменном напылении шире круг напыляемых материалов и выше качество покрытия.

Однако во всех случаях качество покрытия сильно зависит от качества подготовки поверхности или подложки детали. Поэтому подготовка поверхности включает: обезжиривание, удаление окислов, придание шероховатости и др.

Способ детонационного напыления основан на разгоне порошка при взрыве кислородно-ацетиленовой смеси в составе специальной установки. Скорость частиц порошка увеличивается до 600-1000 м/c. Сталкиваясь с поверхностью подложки, частицы нагреваются до 4000 С. Высокая скорость частиц, их высокая температура обеспечивает получение прочных и плотных покрытий. Общая толщина наносимого слоя 0, 25-0, 3 мм. Однако дорогое оборудование, сложность его эксплуатации сдерживает его широкое применение. Применяется для повышения жаро и теплостойкости деталей и т.д.

Вакуумное напыление имеет две разновидности: термическое напыление и ионное осаждение. При термическом напылении металл нагревается в вакууме до температуры, при которой давление его паров около 1 Па. На пути потока паров помещают подложку (деталь) и пары конденсируются на ней. Этим способом получают коррозионно-стойкие покрытия толщиной до 100 мкм с хорошей адгезией с основой.

Ионное осаждение заключается в том, что пары осаждаемого металла или сплава ионизируются в плазме тлеющего разряда, в котором катодом служит испаряемый материал, а анодом подложка. Пары металла попадают в плазму инертного газа под давлением 0, 1-1 Па. При этом происходит ионизация паров, ионы ускоряются электрическим полем и поток ионов осаждается на детали или подложке. Достоинства метода: возможность ионной очистки поверхности непосредственно перед напылением, плотность и однородность покрытия, хорошая адгезия (сцепление) покрытия с основной деталью.

Преподаватель отвечает на вопросы по материалам лекции и объявляет задание на самоподготовку: повторить материалы курса «Материаловедение и технология материалов» и подготовиться к зачету. Самостоятельно проработать вопрос: Технология получения изделий из пластмасс и резины.

1.Напыление деталей.

Лист регистрации изменений

Номер изменения	Номера листов	Основание для внесения изменений	Подпись	Расшифровка подписи	Дата	Дата введения изменения
замененных	новых	аннулированных