Вариант 19
1. Выберите углеродистую сталь для изготовления пил. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента.
Для изготовления пил чаще всего применяется инструментальная углеродистая сталь У11А, т.к. острие пилы при трении нагревается до достаточно высокой температуры.
Химический состав приведен в таблице.
Массовая доля элемента, %
Углерода Кремния Марганца Серы Фосфора
не более
1,05–1,14 0,17–0,33 0,17–0,28 0,018 0,025

Термическая обработка состоит из двух этапов: предварительная и окончательная.
Предварительная термическая обработка применяется для уменьшения деформации (в 1,5–2 раза) при последующей закалке. Она заключается в предварительной закалке с 740–770 °С с охлаждением в масле и последующем отпуске при 600 °С (1 ч).
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска, режимы которых указаны в таблице ниже.
Закалка Отпуск
Tз, °С Твердость HRCЭ Тотп, °С Твердость HRCЭ
760–780 64–66 200–250 58–59

Мелкие инструменты, в частности пилы (диаметром до 120 и длиной до 250 мм), целесообразно нагревать под закалку в соляных ваннах (70 % BaCl2 + 30 % NaCl), так как при этом не надо защищать детали от окисления и обезуглероживания.
Углеродистая сталь имеет высокую критическую скорость закалки — порядка 250°С/с. Замедление охлаждения при закалке недопустимо, так как приводит к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен.

2. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии, выбрана сталь 5ХНМА. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки.
Сталь 5ХНМА характеризуется невысокой теплостойкостью (350-450° С) и повышенной ударной вязкостью (более 4 кгс•м/см2 на образцах с надрезом).
Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (НВ) стали после этих видов термической обработки показаны в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Крити-ческие
точки,
°С Изотермический
отжиг Отжиг с непрерыв-ным охлаждением Высокий отпуск
Ac1 Ас3 Температура, °С Твердость НВ Темпера-тура на-грева, °С Твердость НВ Темпера-тура на-грева, °С Твердость НВ
нагрева изотер-мической
выдерж-ки
730 780 760—790 650—660 197 — 229 760—790 197 — 241 680 — 700 207 — 241

Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2

Закалка Балл зерна Твердость HRC Отпуск
Температура, °С Температура нагрева, °С Твердость HRC
Подогрева Окончательного нагрева
700-750 840-860 - 56-60 500-550 38-41

Технологические режимы процессов поверхностного упрочнения штам-пов показаны в таблице 2.3.
Наимено-вание процесса Среда Компоненты Темпера-тура про-цесса, °С Время процес-СА, ч Толщина слоя, мм Твердость слоя HV
Азотиро-ва¬ние Газовая Аммиак, степень дис-социа¬ции 25—40% 480—560 40—50 0,3—0,5 65СМ-70С
Борирова-ние Жидкая Карбид бора В4С — 84%, бура — 16%, хлористый аммоний — 3% 950 8 — 10 0,5—1 До 2500

3. Назначьте нержавеющую сталь для работы в слабоагрессивных средах (водные растворы солей и т.п.). Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозийной устойчивости стали и роль каждого легирующего элемента.
Стойкость сталей против химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой) наблюдается у стали мартенситного класса.
Мартенситный класс – стали с основной структурой мартенсита (хромистые стали с 12–17 % Cr, содержащие более 0,25 % С и, специальные добавки Мо, W, V и небольшое количество Ni — до 3 %).
Для деталей, работающих в слабоагрессивных средах (водопроводная вода, водные растворы солей и т.д.), подходит сталь 20Х13, имеющая химический состав, приведенный в таблице (указаны процентные содержания элементов).
С Si Mn Сr Ni Ti Nb S P
Не более Не более
0,16–0,25 0,8 0,8 12,0–14,0 – – – 0,025 0,030

Характеристики механических свойств и режимы термической обра-ботки нержавеющей стали указаны в таблице ниже.
Режим термической обработки,
температура (°С),
среда охлаждения σВ σ0,2 δ5 ψ КСU,
Дж/см2
МПа %
Не менее
Закалка,1000–1050, воздух или масло;
отпуск, 660–770,
воздух, масло или вода 660 450 16 55 80

Эту сталь применяют преимущественно в термически обработанном со-стоянии, часто с тщательно шлифованной, а иногда и полированной поверхностью.
Структура и свойства стали в значительной степени зависят от содержа-ния в них углерода: с понижением содержания углерода в этих сталях появляется структурно свободный феррит, ухудшающий механические свойства, и они переходят из мартенситного в мартенситно-ферритный и даже чисто ферритный классы; коррозионная стойкость их при этом несколько повышается. С повышением содержания углерода снижается коррозионная стойкость, увеличивается твердость, но возрастает хрупкость.

4. Для обшивки летательных аппаратов использован сплав ВТ6. Приведите состав сплава, режим упрочняющей термической обработки и получаемую структуру. Опишите процессы, протекающие при термической обработке. Какими преимуществами обладает сплав ВТ6 по сравнению с ВТ5?
Состав сплава ВТ6 приведен в таблице. Указаны процентное содержание легирующих элементов
Ti Al V Mo Sn Zr Mn Cr Si Fe O H N C
основа 5,3–6,8 3,5–5,3 – – 0,30 – – 0,10 0,60 0,20 0,015 0,05 0,10

На формирование структуры и, следовательно, свойств титановых сплавов решающее влияние оказывают фазовые превращения, связанные с полиморфизмом титана. На рисунке 4.1 представлены схемы диаграмм состояния «титан-легирующий элемент», отражающие подразделение легирующих элементов по характеру влияния на полиморфные превращения титана на четыре группы.
α-стабилизаторы (Al, O, N), которые повышают температуру полиморфного превращения α↔β и расширяют область твердых растворов на основе
α -титана (рис. 4.1, а). Учитывая охрупчивающее действия азота и кислорода, практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Он является основным легирующим элементом во всех промышленных титановых сплавах, уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, а также повышает прочность и модуль упругости. Сплавы с устойчивой
α-структурой термической обработкой не упрочняются.
Изоморфные β-стабилизаторы (Mo, V, Ni, Ta и др.), которые понижают температуру α↔β-превращения и расширяют область твердых растворов на основе β-титана (рис. 4.1, б).
Эвтектоидообразующие β-стабилизаторы (Cr, Mn, Cu и др.) могут образовывать с титаном интерметаллиды типа TiХ. В этом случае при охлаждении β-фаза претерпевает эвтектоидное превращение β→α+TiХ (рис. 17.1, в). Большинство β-стабилизаторов повышает прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность (рис. 17.2.). Кроме того, сплавы с (α↔β) и псевдо-b -структурой могут упрочняться термообработкой (закалка + старение).
Нейтральные элементы (Zr, Sn) не оказывают существенного влияния на температуру полиморфного превращения и не меняют фазового состава титановых сплавов (рис. 4.1, г).
Полиморфное β→α-превращение может происходить двумя путями. При медленном охлаждении и высокой подвижности атомов оно происходит по обычному диффузионному механизму с образованием полиэдрической структуры твердого a -раствора. При быстром охлаждении — по бездиффузионному мартенситному механизму с образованием игольчатой мартенситной структуры, обозначаемой α´ или при большей степени легированности — α´´. Кристаллическая структура α, α´, α´´ практически однотипная (ГПУ), однако решетка α´ и α´´ более искажена, причем степень искаженности возрастает с увеличением концентрации легирующих элементов. При старении из фаз α´ и α´´ выделяется β-фаза или интерметаллидная фаза.

Рис. 4.1. Диаграммы состояний систем «Тi-легирующий элемент» (схемы):
а) «Тi-a -стабилизаторы»; б) «Тi-изоморфные b -стабилизаторы»;
в) «Тi-эвтектоидообразующие b -стабилизаторы»; г) «Тi-нейтральные элементы»


Рис. 4.2. Влияние легирующих элементов на механические свойства титана
В отличие от мартенсита углеродистых сталей, являющегося раствором внедрения и характеризующегося высокой прочностью и хрупкостью, титановый мартенсит является раствором замещения, и закалка титановых сплавов на мартенсит α´ приводит к небольшому упрочнению и не сопровождается резким снижением пластичности.
Фазовые превращения, происходящие при медленном и быстром охлаждении титановых сплавов с различным содержанием β-стабилизаторов, а также получаемые структуры отражены на обобщенной диаграмме (рис. 4.3). Она справедлива для изоморфных β-стабилизаторов (рис. 4.1, б) и, с некоторым приближением, для эвтектоидообразующих β-стабилизаторов (рис. 4.1, в), так как эвтектоидный распад в этих сплавах происходит очень медленно, и им можно пренебречь.

Рис. 4.3. Схема изменения фазового состава сплавов «Ti-β-стабилизатор»
в зависимости от скорости охлаждения и закалки из β-области

При медленном охлаждении в титановых сплавах, в зависимости от концентрации β-стабилизаторов, могут быть получены структуры: α, α+β или β соответственно.
При закалке в результате мартенситного превращения в интервале температур Мн–Мк (на рис. 4.3 показаны пунктиром) следует различать четыре группы сплавов.
В первую группу входят сплавы с концентрацией β-стабилизирующих элементов до С1, т. е. сплавы, которые при закалке из β-области имеют ис-ключительно a ¢ (a ¢ ¢ )-структуру. После закалки этих сплавов с температур (α+β)-области в интервале от полиморфного превращения до Т1, их структура представляет собой смесь фаз α´ (α´´), α и β, а после закалки с температур ниже Ткр они имеют (α+β)-структуру.
Вторую группу составляют сплавы с концентрацией легирующих элементов от С1 до Скр, у которых при закалке из b -области мартенситное превращение не происходит до конца и они имеют структуру α´ (α´´) и β. Сплавы этой группы после закалки с температур от полиморфного превращения до Ткр имеют структуру α´ (α´´), α и β, а с температур ниже Ткр — структуру (α+β).
Закалка сплавов третьей группы с концентрацией β-стабилизирующих элементов от Скр до С2 с температур β -области или с температур от поли-морфного превращения до Т2 сопровождается превращением части β-фазы в w -фазу, и сплавы этого типа после закалки имеют структуру (β+ω). Сплавы третьей группы после закалки с температур ниже Т2 имеют структуру (β+α).
Сплавы четвертой группы после закалки с температур выше полиморфного превращения имеют исключительно β-структуру, а с температур ниже полиморфного превращения — (β+α).
Необходимо отметить, что превращения β→β+ω может происходить как при закалке сплавов с концентрацией (Скр–С2), так и при старении спла-вов с концентрацией более С2, имеющих метастабильную β-фазу. В любом случае, присутствие ω-фазы нежелательно, так как она сильно охрупчивает титановые сплавы. Рекомендуемые режимы термообработки исключают ее присутствие в промышленных сплавах или появление в условиях эксплуатации.
Для титановых сплавов применяют следующие виды термообработки: отжиг, закалка и старение, а также химико-термическая обработка (азотирование, силицирование, оксидирование и др.).
Отжиг проводится для всех титановых сплавов с целью завершения формирования структуры, выравнивания структурной и концентрационной неоднородности, а также механических свойств. Температура отжига должна быть выше температуры рекрисаллизации, но ниже температуры перехода в β-состояние (Тпп) во избежание роста зерна. Применяют обычный отжиг, двойной или изотермический (для стабилизации структуры и свойств), неполный (для снятия внутренних напряжений).
Закалка и старение (упрочняющая термообработка) применима к титановым сплавам с (α+β)-структурой. Принцип упрочняющей термообработки заключается в получении при закалке метастабильных фаз β, α´, α´´ и последующем их распаде с выделением дисперсных частиц α- и β-фаз при искусственном старении. При этом эффект упрочнения зависит от типа, количества и состава метастабильных фаз, а также дисперсности образовавшихся после старения частиц α- и β-фаз.
Химико-термическая обработка проводится для повышения твердости и износостойкости, стойкости к «схватыванию» при работе в условиях трения, усталостной прочности, а также улучшения коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности. Практическое применение имеют азотирование, силицирование и некоторые виды диффузионной металлизации.


Преимущество сплава ВТ6 в том, что наряду с повышенной прочностью, сохраняют удовлетворительную пластичность в холодном состоянии и хорошую пластичность в горячем состоянии, что позволяет получать из них все виды полуфабрикатов: листы, ленту, профили, поковки, штамповки, трубы и др. Из сплава ВТ5 листы и плиты не изготавливают из-за невысокой технологической пластичности.
Несмотря на гетерофазность структуры, рассматриваемый сплав обладает удовлетворительной свариваемостью всеми видами сварки, применяемыми для титана. Для обеспечения требуемого уровня прочности и пластичности обязательно проводят полный отжиг. При этом прочность сварного соединения (сварка плавлением) составляет не менее 0,9 от прочности основного металла. Пластичность сварного соединения близка к пластичности основного металла.
Обрабатываемость резанием удовлетворительная. Обработку резанием сплавов можно проводить как в отожженном, так и в термически упрочненном состоянии.
Рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки сплава ВТ6 приведены в таблице.
Температура по-лиморфного пре-вращения Тпп, ° С Температура
нагрева под
закалку, ° С Температура
старения, ° С Продолжительность
старения, ч
980–1010 900–950 450–550 2–4

Исходная игольчатая структура сплава с наличием границ первичного зерна β-фазы (8–9 типы) при перегреве после закалки и старения или отжига приводит к браку — снижению прочности и пластичности. Поэтому необходимо избегать нагрева сплава до температур выше температуры полиморфного превращения, так как перегретую структуру исправить термической обработкой невозможно.

Рис. 4.4. Девятибальная шкала микроструктуры сплава ВТ6

5. Состав, свойства и применение фенопластов.
Фенопласты изготовляют на основе фенолформальдегидных смол, они широко распространены благодаря простому и дешевому способу получения сырья и его переработки, а также возможности изготовления из этих материалов сложных изделий. Фенопласты отличаются высокой прочностью, стойкостью к кислотам, щелочам и органическим растворителям, теплостойкостью, а также наличием диэлектрических свойств. Из фенолформальдегидных смол с добавкой наполнителей изготовляют пресс-порошки, волокнистые и слоистые пластики.
Характеристики, свойства и применение фенопластов различных марок представлены в таблице.
Марка Плотность, г/см3 Теплостойкость по Мартенсону, °С Рабочая
температура,
°С Коэффициент теп-лового линейного расширения n•105 Электрическая прочность, кВ/мм Основные
свойства
и применение
О2-010-02
О3-010-02 1,45
1,4 125
130 -
- 4,5…5,3
4,6…5,3 10
13
Порошки выпускаются черного, коричневого, красного и табач-ного цвета. Рекомендуются для изготовления ненагруженных армированных и неармирован-ных деталей общетехнического потребления (корпусов прибо-ров, кнопок, маховичков, дис-ков, патронов, выключателей, деталей сигнальной аппарату-ры). Температура эксплуатации от -60 до +60°С
Э1-340-02
Э2-330-02
Сп3-342-02 1,4
1,4
1,4 125
120
130 -60…100
-50…100
-60…115 -
4,5…5,3
4,3…7 13
15
13 Черный или коричневый цвет. Повышен¬ные диэлектрические свойства (основа¬ния, платы, контактные колодки, каркасы катушек, разъемы и т. д.). Экс-плуа¬тация допустима в среде масла, бензина. Марка СпЗ-342-02 используется для изго-товления плат и панелей, со-прикасающихся с серебряными контактами
Э3-340-65
Э3-340-61 1,95
1,95 150
150 -60…115
-40…110 2…5
2…5
15…21
15…21 Предназначены для изготовле-ния мало нагруженных радио-технических деталей (работаю-щих при повышенной влажно-сти (тропикостойки).
Вх1-090-34 1,6 125 -40…110 - 13 Цвет черный или натуральный желтый. Стоек к воде и кислот-ным средам; тропикостоек.
Вх4-080-34 1,75 115 -60…200 - 13 Применяется для деталей с по-вышенной водостойкостью, ра-ботающих при удар¬ных нагруз-ках.
У2-301-07
У4-301-07 1,45
1,45 140
140 -40…110
-40…110 3…3,5
3…3,5 4
4 Применяются для изготовления деталей повышенной при удар-ной нагрузке проч¬ности (осно-вания, диски шестерен, стой¬ки кулачков, рукоятки). Водостой-кость низкая.
У5-301-41
У6-301-41 1,95
1,95 200
200 -40…130
-40…130 2,5
2,5 1,7…2,5
1,7…2,5 Для деталей с повышенной теп-лостой¬костью и механической прочностью, а так¬же как фрик-ционный материал.
В-4-70
К-114-35 2
1,75 140
125 -60…150
-60…100 3,5
2…5 16…33
16…22 Зеленый цвет. Применяется для изгото¬вления деталей повышен-ной точности в электрической автоматике, работающих при повышенной влажности и токах высо¬кой частоты.

Вариант 20
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска измерительного инструмента из стали У9А. Опишите микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
Химический состав стали приведен в таблице.
Массовая доля элемента, %
Углерода Кремния Марганца Серы Фосфора
не более
0,85–0,94 0,17–0,33 0,17–0,28 0,018 0,025

Это сталь повышенной вязкости для изготовления инструмента с высо-кой режущей способностью.
Термическая обработка стали состоит из двух этапов: предварительная и окончательная.
Предварительная термическая обработка применяется для уменьшения деформации (в 1,5–2 раза) инструмента при последующей закалке. Она заключается в предварительной закалке с 740–770 °С с охлаждением в масле и последующем отпуске при 600 °С (1 ч).
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска, режимы которых указаны в таблице.
Закалка Отпуск
Tз, °С Твердость HRCЭ Тотп, °С Твердость HRCЭ
760–780 64–66 200–220 58–59

Мелкий инструмент (диаметром до 120 и длиной до 250 мм) целесообразно нагревать под закалку в соляных ваннах (70 % BaCl2 + 30 % NaCl), так как при этом не надо защищать детали от окисления и обезуглероживания.
Сталь У9А имеет высокую критическую скорость закалки — порядка 250°С/с. Замедление охлаждения при закалке недопустимо, так как приво-дит к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен.
Сталь отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента обычно лежит в интервале 57–63 HRCЭ, а прочность при изгибе составляет 1800–2700 МПа.

2. Для изготовления пресс-форм выбрана сталь 3Х2В8. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите структуру и свойства пресс-форм после термической обработки.
Сталь 3Х2В8 характеризуется невысокой теплостойкостью (350-450° С) и повышенной ударной вязкостью (более 4 кгс•м/см2 на образцах с надрезом).
Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (НВ) стали после этих видов термической обработки показаны в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Крити-ческие
точки,
°С Изотермический
отжиг Отжиг с непрерыв-ным охлаждением Высокий отпуск
Ac1 Ас3 Температура, °С Твердость НВ Темпера-тура на-грева, °С Твердость НВ Темпера-тура на-грева, °С Твердость НВ
нагрева изотер-мической
выдерж-ки
800 850 860-880 660-700 229-269 860-880 229-269 750-780 269

Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2

Закалка Балл зерна Твердость HRC Отпуск
Температура, °С Температура нагрева, °С Твердость HRC
Подогрева Окончательного нагрева
700-750 1070-1100 10 48-52 600-620 42-48

Технологические режимы процессов поверхностного упрочнения штам-пов показаны в таблице 2.3.
Наимено-вание процесса Среда Компоненты Темпера-тура про-цесса, °С Время процес-СА, ч Толщина слоя, мм Твердость слоя HV
Азотиро-ва¬ние Газовая Аммиак, степень дис-социа¬ции 50—80% 560-580 8-12 0,2-0,3 750-850
Нитроце-ментация Газовая Эндогаз, подача 25 м3/ч, аммиак, 2 м3/ч, природный газ, 1 м3/ч, 830-850 10-14 0,7-1,2 650-950
Борирова-ние Жидкая Карбид бора В4С — 84%, бура — 16%, хлористый аммоний — 3% 950 8 — 10 0,5—1 До 2500

3. Для некоторых приборов точной механики выбран сплав инвар Н36. Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Опишите влияние легирующих элементов на основную характеристику сплава и причины выбора данного сплава (в связи с аномалией изменения коэффициента термического расширения).
Температурный коэффициент линейного расширения α возрастает с по-вышением температуры (рис. 3.1). Однако сплавы Fe—Ni не подчиняются общим закономерностям. В области концентраций от 30 до 45 % для них характерны аномалии, связанные с инварным эффектом (рис. 3.2). Самое низкое значение ТКЛР в диапазоне температур от –100 до 100 °С имеет сплав, содержащий 36 % Ni. Этот сплав был открыт Гийомом в 1897 году и назван инваром (лат. неизменный) из-за минимальных значений теплового расширения.
В обозначении Н36 буква обозначает никель, а число - процентное содержание первого в сплаве.
Для металлов с кубической кристаллической решеткой ТКЛР изотропен. Его значения не зависят от направлений кристаллической решетки и преимущественной ориентации текстуры. Термический коэффициент объемного расширения втрое превышает ТКЛР.

Рис. 3.1. Кривая расширения сплавов при повышении температуры

Рис. 3.2. Температурный коэффициент линейного расширения сплавов Fe—Ni

Рис. 24.3. Температурный коэффициент модуля упругости сплавов Fe—Ni

Для сплавов Fe—Ni инварного состава помимо низких значений ТКЛР характерна еще одна аномалия — аномалия термического коэффициента модуля упругости ТКМУ. В любых твердых телах, в том числе металлах, при нагреве наблюдается уменьшение модуля упругости, являющегося мерой сил межатомных связей. В сплавах с инварным эффектом модуль упругости растет или остается постоянным с повышением температуры. Характерно, что максимальной величиной ТКМУ обладает тот же сплав Fe—Ni с самым низким значением ТКЛР, содержащий 36 % Ni (рис. 3.3). Подбор определенного химического состава позволяет разработать сплавы, модуль упругости которых практически не зависит от температуры. Сплавы, сохраняющие постоянство модуля упругости в широком температурном диапазоне, называют элинварами. Природа аномального изменения ТКЛР инварных сплавов, так же как и модуля нормальной упругости, имеет ферромагнитное происхождение.
В ферромагнитных сплавах Fe—Ni инварного типа велик уровень объемной магнитострикции — изменения объема за счет внутреннего магнитного поля. При нагреве происходит уменьшение магнитострикционной составляющей объема. Выше температуры точки Кюри магнитострикционные деформации полностью исчезают в связи с переходом металла в парамагнитное состояние.
ТКЛР ферромагнетиков определяется формулой: α = α0 – Δ, где α0 — нормальный коэффициент линейного расширения, определяемый энергией связи атомов; Δ — составляющая ТКЛР, обусловленная магнитострикцией парапроцесса.
Нормальная составляющая ТКЛР при нагреве растет вследствие умень-шения энергии связи атомов. Этот рост компенсируется уменьшением маг-нитострикции в результате снижения намагниченности, как следствие усиления тепловых колебаний атомов. В итоге при нагреве до температуры точки Кюри объем инварных сплавов мало меняется. ТКЛР для некоторых сплавов может даже приобретать отрицательные значения, и их объем даже уменьшается.
Внешние растягивающие напряжения действуют на Fe—Ni-ферромагнетики инварного состава подобно магнитному полю и также способствуют проявлению объемной магнитострикции, обычно называемую в этом случае механострикцией. Высокий уровень механострикции в элинварных сплавах способствует аномальному изменению модуля упругости при нагреве. Влияние нагрева на модуль упругости элинварных сплавов может быть описано формулой Еt = Е0 (1 + βt), где Е0 — модуль упругости обычных сплавов, β — температурный коэффициент модуля нормальной упругости. В элинварных сплавах этот коэффициент всегда имеет положительное значение.
Снижение модуля упругости при нагреве обычных сплавов компенсируется составляющей за счет механострикции, что в итоге способствует стабилизации модуля упругости в широком температурном диапазоне.
Для повышения стабильности и улучшения свойств инварi легируют хромом, марган¬цем, молибденом. Хорошими свой¬ствами обладает стабилизированный сплав Мn с присадкой Ni и Сu. Он имеет высокое удельное электро¬сопротивление.
Инвар относится к группе сплавов, применяемых для электровакуумных приборов. Например, его применяют для герметизации изделий путём сварки со стеклом, для изготовления конденсаторов с переменной ёмкостью.
4. Назначьте марку латуни, коррозийно-устойчивой в морской воде. Расшифруйте ее состав и опишите структуру, используя диаграмму состояния медь-цинк. Укажите способ упрочнения латуни и основные свойства.
Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.
Латуни имеют хорошую коррозионную стойкость, которую можно повысить дополнительно присадкой олова. Латунь ЛО70-1 стойка против коррозии в морской воде и называется "морской латунью".
Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах. В нашем случае латунь содержит 70% меди.
Далее, если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы. В нашем случае О - олово. Количество олова обозначается соответствующей цифрой через дефис после числа, показывающего содержание меди, т.е. выбранная латунь имеет в своем составе 1% олова.
На цинк приходится остаточное количество процентов, т.е. 29%.
Диаграмма состояния медь - цинк показывает, как процентное содержа-ние цинка влияет на структуру латуни (см. рисунок).

Из рисунка видно, что в зависимости от состава имеются однофазные латуни, состоящие из α - твердого раствора, и двухфазные (α + β) - латуни.
В нашем случае следует выбирать однофазную латунь, имеющую повышенную коррозионную устойчивость, поэтому 29% цинка попадает в область α.
Повысить механическую прочность можно добавлением никеля и железа, что повышает ее до 550 МПа.
Алюминий также повышает твердость и прочность, но понижает пла-стичность. Применяют латунь с содержанием 4% А1, так как она техноло-гична, хорошо обрабатывается давлением. Алюминий улучшает коррозионные свойства в атмосферных условиях, но делает латунь чувствительной к кор¬розии в морской воде.

5. Опишите принципиальное отличие деформации полимеров и ме-таллов.
Высокоэластическое состояние, состояние, в котором полимеры обладают способностью к большим обратимым деформациям (до нескольких десятков, сотен и более процентов). В высокоэластическое состояние могут переходить все гибкоцепные линейные полимеры с достаточно большой молекулярной массой и пространственно структурированные (сетчатые) полимеры при нагреве их выше температуры стеклования.
Верхняя температурная граница определяется температурой разложения для сетчатых полимеров и температурой текучести для линейных. Полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии в широком интервале температур, соответствующем условиям их эксплуатации, называются эластомерами. Типичные представители эластомеров – натуральный и синтетические каучуки, а также резины на их основе.
В отличие от твердых кристаллических тел деформация полимеров в высокоэластическом состоянии связана не с изменением межатомных или межмолекулярных расстояний, а с частичным развертыванием хаотически свернутых цепных молекул, что и обусловливает возможность больших деформаций. При этом возвращающая сила f вызывается не силами притяжения между молекулами деформируемого тела, а тепловым движением, которое по своей интенсивности такое же, как тепловое движение молекул в жидкостях. Таким образом, упругость полимеров имеет энтропийную природу подобно объемной упругости газов. Поэтому модуль упругости полимеров в высокоэластическом состоянии пропорционален абсолютной температуре Т и имеет низкие значения (0,1-10 МПа), тогда как модуль всестороннего сжатия, определяемый силами межмолекулярного взаимодействия, типичен для конденсированных сред (103 МПа). Вследствие этого деформация эластомеров практически не сопровождается изменением объема, и связанное с этим изменение внутренней энергии U ничтожно.