Основы стандартизации материалов

Пример:

БСт2пс (сталь группы Б обыкновенного качества, номер по ГОСТу - 2, полуспокойная);

ВСт3Гпс (сталь группы В обыкновенного качества, номер по ГОСТу - 3, повышенное содержание марганца, полуспокойная);

ВСт6сп3 (сталь группы В обыкновенного качества, номер по ГОСТу - 6 , спокойная, категория стали - 3).

Цементуемые стали. Используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины.

Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %). С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. Детали подвергаются цианированию и нитроцементации.

Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой.

Улучшаемые стали. Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях. Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30…0,50 %. Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии. Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, который достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки.

Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, (30ХГСН2А,40ХН2МА), применяя закалку с низким отпуском (при температуре 200…250oС) или изотермическую закалку. При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные среднеуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, поэтому их рекомендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения.

Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200…300 ^oС, способствует получению мелкого зерна, понижает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению.

Высокая прочность может быть получена и за счет термомеханической обработки.

Шарикоподшипниковые стали. Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, пористости, неметаллических включений, полостей, ликваций.

Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаемости. Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ).

Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск.

Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 - более крупные.

Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5…10 мм. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18.

Износостойкие стали.

Для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками используется высокомарганцевая сталь 110Г13Л, имеющая в своем составе 1…1,4% углерода, 12…14 % марганца. Сталь имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 НВ). В процессе работы, когда на деталь действуют высокие нагрузки, которые вызывают в материале напряжения, превосходящие предел текучести, происходит интенсивное наклепывание стали и рост ее твердости и износостойкости. При этом сталь сохраняет высокую вязкость. Благодаря этим свойствам сталь широко используется для изготовления корпусов шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д.

Пружинные стали.

Пружины, рессоры и другие упругие элементы в работе испытывают многократные переменные нагрузки. Основные требования к пружинным сталям - обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.

Пружины изготавливаются из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей. Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.

Для упрочнения пружинных углеродистых сталей применяют холодную пластическую деформацию посредством дробеструйной и гидроабразивной обработок. Повышенные значения предела упругости получают после закалки с отпуском. Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке.

Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости - кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.

Автоматные стали.

Автоматными называют стали, обладающие повышенной обрабатываемостью резанием.

К ним относят стали с высоким содержанием серы и фосфора, а также стали, специально легированные селеном (Se), теллуром (Те) или свинцом (Pb). Указанные элементы способствуют повышению скорости резания, уменьшают усилие резания и изнашиваемость инструмента улучшают чистоту и размерную точность обработанной поверхности, облегчают отвод стружки из зоны резания и т. д. Эти стали используют в массовом производстве для изготовления деталей на станках-автоматах.

Маркировка. В начале обозначения марки автоматной стали всегда стоит буква А12.

Коррозионностойкие стали ферритного класса представлены сталями с пониженным содержанием углерода (04Х15СТ, 04Х19МФТ), обладающими высокими показателями по деформированию в холодном состоянии, и высокохромистыми сталями с особо низким содержанием углерода и азота ("суперферриты"), имеющими высокую коррозионную стойкость против локальных видов коррозии.

Низкоуглеродистые азотсодержащие стали аустенитного класса (03Х19АГЗНЮ, 01Х14Н19С6Б).

Сплавы на основе никеля для работы в средах особо высокой агрессивности (XH58B, ХН65МВ).

Жаростойкие стали (15Х25Т), хромоникелевые стали (марок 10Х18Н18Ю4Д, 20Х25Н20С2 и др.) и сплавы на основе железа (марок ХН32Т, ХН45Ю) и никеля (марок ХН70Ю, ХН78Т, ХН60ВТ).

Стали конструкционные теплоустойчивые - стали, используемые для работы при повышенных температурах (для изготовления котлов, сосудов, паронагревателей, паропроводов). Рабочие температуры теплоустойчивых сталей достигают 600--650 °C.

При температурах до 400 °C используются углеродистые котельные стали (12К, 15К, 18К, 20К). Для деталей энергоблоков, работающих при давлении до 25.5 МПа и температурой до 585 °C применяются стали, легированные хромом, молибденом, ванадием. Термообработка этих сталей заключается в закалке или нормализации с обязательным высоким отпуском.

7. Инструментальные стали (для режущего инструмента, штамповые стали)

Инструментамльная углеромдистая сталь -- сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали -- 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной -- 0,02 % и 0,03 % соответственно.

Маркируется буквой У (качественная - У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; высококачественная - У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А). Стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброванную сталь, серебрянку. Буквы и цифры в обозначении этих марок стали означают: У -- углеродистая, следующая за ней цифра -- среднее содержание углерода в десятых долях процента, Г -- повышенное содержание марганца.

Достоинство в их малой стоимости и достаточно высокой твёрдости. Недостатки - малая износостойкость и низкая теплостойкость.

Инструментальные стали делятся на следующие категории:

· Сталь инструментальная углеродистая

· Сталь инструментальная легированная

· Сталь инструментальная валковая

· Сталь инструментальная штамповая

· Сталь инструментальная быстрорежущая

Применение инструментальной углеродистой стали:

ѕ для инструментов по дереву: топоров колунов, стамесок, долот;

ѕ пневматических инструментов небольших размеров: зубил, обжимок, бойков;

ѕ кузнечных штампов; игольной проволоки;

ѕ слесарно-монтажных инструментов: молотков, кувалд, бородок, отвёрток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек и др.

ѕ для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки;

ѕ обработки дерева: фрез, зенковок, поковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых;

ѕ накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов.

ѕ для слесарно-монтажных инструментов: обжимок для заклепок, кернеров, бородок, отвёрток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек.

ѕ для калибров простой формы и пониженных классов точности;

ѕ холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в том числе для часов и т. д.

ѕ для инструментов с повышенной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях;

ѕ напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.

Быстрорежущие стали -- легированные стали, предназначенные для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания.

Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твёрдостью (в холодном и горячем состояниях) и красностойкостью. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500--600 °C. Красностойкость показывает насколько длительное время закаленная и отпущенная сталь будет сопротивляться разупрочнению при разогреве. От режущих сталей требуются и высокие механические свойства; под этим подразумевается сопротивление хрупкому разрушению.

Маркировка: Р9, Р6М5К5, Р9М4К8, Р18. Цифра после буквы «Р» обозначает среднее содержание в ней вольфрама (в процентах от общей массы, буква В пропускается). Затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта.

Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом). Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью ее прокованности.

Красностойкость создается легированием стали карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием) в таком количестве, при котором они связывают почти весь углерод в специальные карбиды.

Штамповые стали -- стали, применяемые для изготовления инструментов, необходимых для обработки металлов давлением, таких, как штампы, ролики, валики, пуансоны и т. д.

Штамповые стали делятся на две категории:

· Деформирующие металл в холодном состоянии. Сталь для штамповки в холодном состоянии должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающей устойчивость стали против истирания, хотя и вязкость, особенно для пуансонов, имеет первостепенное значение.

· Деформирующие металл в горячем состоянии. Сталь для «горячих штампов» должна иметь низкую чувствительность к местным нагревам.

От стали, из которой изготавливаются штампы больших размеров, требуется повышенная прокаливаемость. Сталь, применяемая для штампов и пуансонов сложных конфигураций, должна мало деформироваться при закалке.

Металл, применяемый для горячих штампов, должен обладать определёнными свойствами, такими, как:

ѕ жаропрочность

ѕ красностойкость

ѕ термостойкость

ѕ вязкость

ѕ прокаливаемость

ѕ слипаемость

Для штампов, работающих в лёгких условиях, применяют углеродистые стали с содержанием углерода от 0,6 до 1,0 %, то есть У7, У8, У9. Для более тяжёлых условий применяют легированные стали: 5ХНМ и её заменители: 5ХГМ, 5ХНСВ, 5ХНТ.

Тема 5. Неметаллические материалы (полимеры; каучуки и резины; древесные материалы; лаки, краски; технические жидкости и газы)

1. Полимеры

Полимемры -- неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями.

Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей -- реактопласты.

К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и т. п.

Особые механические свойства:

· эластичность -- способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);

· малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);

· способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

Особенности растворов полимеров:

· высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;

· растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

· способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью.

Классификация полимеров.

По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.

По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвлённые (частный случай -- звездообразные), ленточные, плоские, гребнеобразные, полимерные сетки и так далее.

Полимеры подразделяют по полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях). Полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью, называют гидрофильными или полярными. Полимеры с неполярными звеньями -- неполярными, гидрофобными. Полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья, называются амфифильными.

По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления.

Применение. Благодаря ценным свойствам, полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении и в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

2. Каучуки и резины

Каучумки -- натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Каучук содержится в млечном соке (латексе) гевеи и других каучуконосных растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород (происходит старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит образование сетчатых структур. Это придает каучуку высокую эластичность в широком интервале температур. Натуральный каучук перерабатывают в резину.

Основные типы синтетических каучуков:

· Изопреновый

· Бутадиеновый

· Бутадиен-метилстирольный

· Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)

· Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)

· Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)

· Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)

· Силоксановый

· Фторкаучуки

· Тиоколы

Наиболее массовое применение каучуков -- это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин. Из каучуков изготавливаются специальные резины для целей тепло-, звуко-, воздухо- и гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике. Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов. В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива.

Резимна (от лат. «смола») -- эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука.

Применяется для изготовления шин для различного транспорта, уплотнителей, шлангов, транспортёрных лент, медицинских, бытовых и гигиенических изделий и др.

Получают из натурального или синтетического каучука методом вулканизации - смешиванием с вулканизирующим веществом (обычно с серой) с последующим нагревом.

По степени вулканизации резина разделяется на мягкую (1--3 % серы), полутвёрдую и твёрдую (более 30 % серы) (эбонит). Плотность около 1200 кг/м3.

Резины делятся по назначению:

· маслобензостойкие;

· кислотостойкие;

· агрессивостойкие;

· теплостойкие;

· температуростойкие;

· озоностойкие

3. Древесные материалы

Основные физико-механические свойства древесины

· прочность, способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил

· твердость, т.е. сопротивляемость обработке различным инструментом

· пластичность, это свойство древесины изменять свою форму без признаков разрушения в процессе гнутья

· упругость предполагает восстановление первоначальной формы после снятия внешней нагрузки

· плотность

· влажность

· показатели усушки, разбухания

· теплопроводность - способность древесины проводить тепло от одной поверхности к другой. Теплопроводность зависит от ее влажности и объемного веса

· звукопроводность

Полуфабрикаты и строительные изделия

Полуфабрикаты и строительные изделия изготовляют из хвойных и лиственных пород с влажностью не выше 12% для чистого пола и 15% -для других деталей.

В зависимости от вида обработки к этой группе материалов из древесины относят: строганные бруски, строганные и шпунтовые доски для настила чистых полов, паркет, фанеру, профильные материалы - плинтусы, галтели, перильные поручни, наличники и др.

Фанера - листы, получаемые склеиванием трех или более тонких слоев древесного шпона со взаимно перпендикулярным расположением волокон древесины.

Вискомза -- (от позднелат. viscosus -- вязкий) высоковязкий концентрированный раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном растворе NaOH. В промышленном производстве вискозы исходным сырьем является древесная целлюлоза, которая сначала мерсеризуется -- обрабатывается водным раствором едкого натра в течение 5--15 мин. при 45--60 °C с последующим удалением из пульпы избытка раствора на отжимном прессе. Прессованную мерсеризованную влажную целлюлозу, содержащую 30--32 % целлюлозы и 16--17,5 % NaOH измельчают и оставляют на «предсозревание».

Вискоза применяется для производства вискозных неволокнистых изделий (целлюлозная плёнка, пластифицированная глицерином -- целлофан) и для прядения вискозного волокна.

Лигнин (от лат. lignum -- дерево, древесина) -- вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях. Лигнин -- ценное химическое сырьё, используемое во многих производствах и в медицине.

4. Лаки, краски

Лбки -- растворы смол (натуральных или синтетических) в различных растворителях (углеводороды, ацетон, вода, этанол, олифы или эфирные масла) до жидкой или полужидкой консистенции, которые, просыхая в тонком слое, находящемся на каком-либо предмете, образуют прочную пленку, хорошо противостоящую различным внешним физико-химическим воздействиям. Отвердение пленки лака происходит либо за счет испарения растворителя, либо за счет реакции окислительной полимеризации. Лаки условно делят на термопластичные и термореактивные.

В качестве растворителей в лаковом производстве наиболее употребительны: обыкновенный спирт, различные сорта скипидара и льняное масло. По этим растворителям лаки подразделяются на три главные группы: лаки спиртовые, скипидарные и масляные.

Спиртовой лак -- это раствор натуральной или синтетической смолы в этиловом или метиловом спирте. Из натуральных смол применяются шеллак, сандарак, мастика, канифоль и другие. Смола измельчается в тонкий порошок и заливается спиртом концентрации около 96 %, в стеклянных бутылях или баллонах. Растворение ведётся при комнатной температуре и ускоряется постоянным взбалтыванием и перемешиванием. Смола берётся всегда в избытке, с целью получения насыщенного раствора. Затем раствор процеживается. По твёрдости слоя первое место принадлежит лакам шеллачным; сандарачные лаки дают более мягкую лакировку, но они всегда получаются светлее. Цветные лаки подкрашиваются анилиновыми красками, готовятся обыкновенно на сандараке с примесью мастики, служат для лакировки металлических изделий, игрушек, оловянных капсулей и пр. Цвет их, по неустойчивости анилиновых пигментов, весьма непрочен.

Скипидарные лаки приготовляются простым растворением смол в скипидаре.

Масляные.

Крамски -- общее наименование для группы цветных красящих веществ, предназначенных для непосредственного использования в той или иной сфере быта. По химическому составу пигменты и изготовленные из них краски разделяются на минеральные (неорганические соли или оксиды металлов) и органические (весьма сложные соединения, в основном растительного или животного происхождения). И те и другие могут быть естественными (природными) и искусственными (синтетическими).

Краски могут быть предназначены для раскрашивания или для окраски предметов для создания живописных полотен, для получения декоративных покрытий, для защиты окрашиваемой поверхности. Они защищают металлы от коррозии, а древесину от иссыхания и гниения.

Пигменты являются одними из составных частей красок и эмалей. От типа пигмента зависят цвет лакокрасочного покрытия, его укрывистость, а также устойчивость к действию атмосферных факторов, химических реагентов и высоких температур. Пигменты обладают определённым цветом благодаря способности избирательно отражать лучи видимого света. Основными цветами следует считать три -- красный, синий и жёлтый. Смешивая их между собой, можно получить фиолетовый, оранжевый, зелёный.

Различают следующие виды красок:

· акриловые краски

· водяные (клеевые) -- полупрозрачная акварель, и заглушенная гуашь (сухие и жидкие краски)

· восковые краски

· казеиновые краски

· карандаш

· керамические краски

· краски для волос

· краски для тканей

· краски для полиграфии

· масляные краски, а также эмалевые краски, алкидные краски

· металлизированные краски для полиграфии

· силикатные краски

· эмульсионные краски и др.

5. Технические жидкости и газы

Технические жидкости - это маловязкие жидкости, предназначенные для обеспечения выполнения машинами и механизмами рабочих функций.

Общее свойство для всех технический жидкостей это отсутствие требований к смазывающим свойствам.

По назначению технические жидкости подразделяют на:

· амортизаторные

· антиобледенительные

· гидравлические

· охлаждающие

· промывочные

· пусковые

· разделительные

· смазочно-охлаждающие

· тормозные

Амортизаторные жидкости используют для заливки телескопических, рычажно-кулачковых и других гидравлических амортизаторов колесных и гусеничных транспортных машин с целью гашения механических колебаний путем поглощения кинетической энергии движущихся масс. Приготовляют из нефтяных дистиллятов смешением с кремнийорганическими жидкостями

Антиобледенительные жидкости предназначены для предотвращения обледенения передних кромок крыльев и лопастей винтов, стекол пилотских кабин и иных элементов поверхности самолетов и вертолетов, а также стекол автомобилей, тепловозов и т. п. Такие жидкости растворяют влагу и кристаллы льда на защищаемой поверхности с образованием раствора с низкой температурой замерзания; кроме того, пленка жидкости ослабляет сцепление льда с поверхностью, что облегчает его удаление встречным потоком воздуха. Антиобледенительными жидкостями чаще всего служат водные растворы спиртов (этилового, изопропилового, этиленгликоля и др.).

Охлаждающие жидкости применяют в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, радиоэлектронных системах и др. для поглощения и отвода выделяющейся при работе теплоты и предупреждения перегрева деталей. В качестве охлаждающих жидкостей используют воду и антифризы.

Промывочные жидкости служат для очистки деталей и масляных систем и иных внутренних полостей механизмов от органических загрязнений.

Пусковые жидкости, впрыскиваемые в топливную систему двигателей внутреннего сгорания, предназначены для облегчения их пуска при низких температурах. Характеризуются высокой испаряемостью и образуют в цилиндрах двигателей горючую смесь.

Разделительные жидкости применяют в измерительных приборах (манометры, мановакуумметры, расходомеры и т. д.) с целью предотвращения контакта рабочих жидкостей с агрессивными средами. Характеризуются высокой стабильностью против окисления.

Тормозные жидкости используют в гидравлических тормозных системах транспортных машин. Выполняют функции гидравлического тела и смазочной среды при перемещении поршня в главном тормозном цилиндре.

Во все технические жидкости вводят, как правило, антикоррозионные присадки. В амортизационные, гидравлические и тормозные добавляют кроме антикорозийных еще и вязкостные, противоизносные и антиокислительные присадки. В охлаждающие добавляют антипенные присадки.

Технические газы -- химические вещества и их соединения в газообразном или жидком (при сжижении) состоянии, получаемые искусственным путем при разделении атмосферного воздуха, выделением из углеводородного сырья или химическими способами, хранящиеся под давлением в специальных сосудах и используемые в производственных и бытовых целях.

Технические газы используют в производстве товаров (металлургия, химическая промышленность), при выполнении строительно-монтажных работ (сварочные работы, работы по резке металлов), добыче углеводородов, в пищевой промышленности (при охлаждении продуктов, производстве газированных напитков), сельском хозяйстве, производстве оружия, метрологии (в измерительных приборах), в развлекательных целях (надуваемые гелием воздушные шары).

Виды технических газов:

· Азот, аргон, кислород и двуокись углерода -- получаются в процессе разделения атмосферного воздуха на кислород и азот на специальном оборудовании -- воздухоразделительных установках.

· Ацетилен -- производится путем выделения газа при взаимодействии карбида кальция с водой.

· Гелий -- выделяется при добыче гелийсодержащих природных газов.

· Пропан-бутановая смесь -- выделяется при добыче углеводородного сырья.

Тема 6. Композиционные материалы

1. Композиционные материалы. Принципы их создания. Структурные элементы. Технология получения

Композициомнный материамл (КМ), композимт -- искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы (или наполнители). В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жёсткость и т. д.), а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Характеристики создаваемого изделия, как и его свойства, зависят от выбора исходных компонентов и технологии их совмещения.

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется композиция обладающая набором свойств, отражающими не только исходные характеристики его компонентов, но и включающий новые свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. Можно повыситьт трещиностойкость материала, статическую прочность, вязкость разрушения.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это -- гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера. Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат -- один из древнейших композиционных материалов. В нём тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.

В последнее время исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и пр.

Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:]

· волокнистые (армирующий компонент -- волокнистые структуры);

· слоистые;

· наполненные пластики (армирующий компонент -- частицы)

· насыпные (гомогенные),

· скелетные (начальные структуры, наполненные связующим).

Также композиты иногда классифицируют по материалу матрицы:

· композиты с полимерной матрицей,

· композиты с керамической матрицей,

· композиты с металлической матрицей,

· композиты оксид-оксид.

Главное преимущество КМ в том, что материал и конструкция создается одновременно.

Достоинства КМ:

· высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)

· высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 -- 240 ГПа)

· высокая износостойкость

· высокая усталостная прочность

· из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции

· легкость

Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.

Недостатки композиционных материалов:

· Высокая стоимость КМ обусловлена высокой наукоёмкостью производства, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования и сырья. Однако это справедливо лишь при замене композитами простых прокатных изделий из черных металлов. В случае легких изделий, изделий сложной формы, коррозионно-стойких изделий, высокопрочных диэлектрических изделий композиты оказываются в выигрыше. Причем стоимость композитных изделий зачастую оказывается ниже аналогов из цветных металлов или нержавеющей стали.

· Анизотропия свойств -- зависимость свойств КМ от выбора направления измерения.

· Низкая ударная вязкость обуславливает высокую повреждаемость изделий из КМ, высокую вероятность возникновения скрытых дефектов, которые могут быть выявлены только инструментальными методами контроля.

· Высокий удельный объем является существенным недостатком при применении КМ в областях с жесткими ограничениями по занимаемому объёму.

· Гигроскопичность - склонность впитывать влагу, что обусловлено несплошностью внутренней структуры КМ. При длительной эксплуатации и многократном переходе температуры через 0 по Цельсию вода, проникающая в структуру КМ, разрушает изделие из КМ изнутри Современные типы композитов этому недостатку неподвержены.

· Токсичность. При эксплуатации КМ могут выделять пары, которые часто являются токсичными.

· Композиционные материалы могут иметь низкую эксплуатационную технологичность, низкую ремонтопригодность и высокую стоимость эксплуатации. Часто изделия из КМ вообще не подлежат какой-либо доработке и ремонту.

Технология получения.

В зависимости от особенностей свойств матричных материалов разработано значительное число различных технологических приемов, позволяющих изготовить достаточно широкий круг изделий.

Нанокомпозиты, в которых содержание одной из фаз составляет от долей до нескольких процентов, а размеры имеют порядок 10 - 100 нм. Столь малых размеров частиц удается достигнуть главным образом в результате химического выделения (чаще всего восстановления) из их соединений с другими элементами, в частности из металлоорганических производных. Введение таких количеств металлов оказывается достаточным, чтобы существенно изменить важные физические свойства, такие, например, как каталитическая активность в химических реакциях, магнитные и электромагнитные свойства.

К группе дисперсно-упрочненных композиций относятся материалы на основе металлических матриц, где в качестве дисперсных частиц выступают окислы, а также на основе некоторых силикатных матриц. Основной механизм упрочняющего действия в таких композиционных материалах связан с повышением сопротивляемости матрицы деформациям под действием нагрузок. Величина возрастания прочностных характеристик относительно невелика. Однако большую ценность этим материалам придает их способность работать при повышенных (по сравнению с металлами) рабочих температурах. Для композиционных материалов на основе металлических матриц наибольшее распространение получили методы порошковой металлургии, электрохимические, окислением или восстановлением, кристаллизацией из расплава (Мо - ТіС).

Наиболее многочисленными по количеству и разнообразию свойств являются композиционные материалы, упрочнение которых достигается благодаря использованию частиц или волокон (они позволяют существенно повысить и прочность, и жаростойкость). К первым относятся неорганические порошковые композиции, многочисленные и разнообразные керамические материалы, а также полимерные материалы (термопласты и реактопласты). наполненные разнообразными дисперсными наполнителями (слюдой, тальком, мелом и т.п.). Для эффективного упрочнения волокно должно быть прочнее и жестче матрицы, которая в этом случае передает нагрузку на более прочное волокно.

Для изготовления материалов на основе металлических матриц наиболее широкое распространение получили процессы пропитки, предварительного компактирования смесей порошков с последующим твердофазным или жидкофазным спеканием.

КМ на основе керамики, армированной волокнами. Керамика характеризуется низкой прочностью при растяжении в сочетании с высоким модулем Юнга, низкой ударной вязкостью. При высоких температурах одной из причин выхода из строя изделий из керамики является растрескивание.

Как правило, все процессы включают предварительное получение заготовок, которые потом превращаются в изделия или полуфабрикаты путем их опрессовки, прокатки, протяжки через фильеру, диффузионной сварки и др. К числу наиболее освоенных методов их получения относятся пропитка пучков волокон расплавами металлов, электроосаждение (или осаждение из титров), смешение с порошком металла (с последующим прессованием или спеканием).

Для получения слоистых заготовок иногда волокна (особенно непрерывные) наматывают на оправку, укладывают в специальные канавки в фольге, скрепляют летучим клеем - с последующей горячей прокаткой или прессованием.

Размещено на Allbest.ru