Задание 3

Выбрать легкий (r » 1,8 г/см³) сплав для изготовления малонагруженных отливок (картеры сцепления, коробки передач). Привести марку сплава, химический состав, назначение легирующих элементов. Описать физико-механические и технологические свойства сплава.

ОТВЕТ:

Легкие сплавы – это сплавы на алюминиевой или магниевой основе, с плотностью не более 3,5 г/см³. Их применяют: для быстроходных возвратно-поступательных или качательно перемещающихся деталей с целью снижения динамических нагрузок; для быстровращающихся деталей с целью снижения динамических нагрузок от неуравновешенности деталей; для корпусных деталей транспортных машин и двигателей с целью снижения массы.

Легкие сплавы делятся на литейные, имеющие хорошие литейные свойства, и деформируемые, хорошо обрабатывающиеся давлением.

Для указанного задания выбираем сплав Мл5 в котором сочетаются высокие механические и литейные свойства. Отличается повышенным содержанием алюминия и поэтому большим количеством упрочняющей γ-фазы. При неравновесной кристаллизации в структуре сплава появляется эв­тектика. Среди магниевых сплавов Мл5 обладает лучшими литейными свойствами. Большое количество выделений γ-фазы по границам зерен твердого раствора в литом состоянии делает сплав хрупким, поэтому он подвергается гомогенизации при 420 °С в течение 12-24 ч. Из-за малой ско­рости диффузии алюминия в магнии охлаждение на воздухе после гомоге­низации приводит к закалке и значительному упрочнению. Старение (170 °С, 16 ч) мало повышает предел прочности, но значительно увеличива­ет предел текучести сплава Мл5.

Сплав Мл2 применяется для нагруженных деталей; предельная рабочая температура: 150°C -длительная, 250°C -кратковременная

Алюминий и цинк повышают механические свойства сплава (причем влияние алюминия сказывается сильнее, чем цинка), а марганец улучшает коррозионную стойкость. Для снижения окисляемости в сплав вводят бериллий (до 0,002 % при литье в песчаные формы и кокиль и до 0,01 % при литье под давлением).

Механические свойства σ_В = 255 МПа, δ₅ = 4-9%, ψ = 13%.

Задание 4

Перечислить требования, предъявляемые к пластмассам для изготовления крышек сигнальных фонарей автомобилей, стекол верхних окон автобусов и т.п. Выбрать материал данного назначения, привести его химическую формулу, описать строение, химические и физико-механические свойства.

ОТВЕТ:

Совершенствование конструкции автомобиля связано с постоянным расширением применения различных видов пластмасс в качестве конструкционных материалов.

В российской автомобильной промышленности в соответствии с мировой тенденцией, неуклонно возрастает объем применения пластмасс конструкционных материалов. Наибольшее применение находят разнообразные композиции полиэтилена, полипропилена, их блоксополимера, а также полиамидов 6 и 66, пенополиуретаны.

Пластические массы относятся к полимерным высокомолекулярным синтетическим материалам. Их можно сваривать, прессовать и прокатывать как металл. Из них можно отливать детали самой сложной формы.

Наиболее быстрыми темпами растет применение таких пластмасс, как полиэтилен, сополимер этилена с винилацетатом, полипропилен, полиамид, поликарбонат. Ожидается резкий рост использования пластмасс для изготовления кузовных деталей. Пластмассы используют для изготовления бамперов, в конструкциях дверей, багажников, капотов. Планируется почти полный переход к пластмассовым топливным бакам.

К числу общих положительных технико-экономических качеств пластических масс относятся следующие:

• более низкая стоимость пластмассовых изделий по сравнению со стоимостью изделий из металлов или других материалов;

• малая плотность, как правило, не превышающая 1500 кг/м., что примерно в 5-8 раз ниже, чем у стали;

• высокое отношение прочности к плотности, т. е. значительная удельная объемная прочность;

• хорошие электро-, тепло- и звукоизоляционные свойства;

• легкая перерабатываемость в изделия, что указывает на высокую технологичность;

• высокая стойкость к различным агрессивным средам:

• возможность придания выраженных антифрикционных или выраженных фрикционных свойств;

• хорошие прозрачность и способность окрашиваться;

• устойчивость к вибрациям.

В целом применение пластмасс в автомобилестроении обеспечивает:

• снижение материалоемкости конструкций за счет применения крупногабаритных и других деталей;

• повышение безопасности за счет применения полужестких, эластичных пенополиуретанов для сидений, рулевых колес, подлокотников, потолка, панелей приборов бамперов и других деталей;

• повышение долговечности за счет применения покрытий деталей, обращенных к полотну дороги, применения крыльев, фартуков, бамперов и других деталей из пластмасс;

• сокращение трудоемкости за счет высокой технологической податливости пластмасс при переработке их в изделия.

Для изготовления крышек сигнальных фонарей автомобилей, стекол верхних окон автобусов применяют акрилопласты.

Акрилопластами называются пластмассовые композиции кон­струкционного назначения, в которых в качестве связующих применяются акриловые смолы – продукты полимеризации метилметакрилата (метиловый эфир метакриловой кислоты) и сополимеризации метилметакрилата со стиролом, состоящие из эмульсион­ных порошков-полимеров или сополимеров и жидкостей – моно­меров.

В процессе полимеризации в составе композиции под влия­нием температуры или катализатора реакции полимеризации мо­лекулы порошков – полимеров растут за счет молекул жидкостей — мономеров, образуя монолитную массу.

Основными составляющими композиции могут быть: наполните­ли; пластификаторы; катализаторы реакции полимеризации; актива­торы (ускорители) реакции полимеризации; пигменты для окраски пластмассы.

Акрилопласты обладают следующими основными физико-меха­ническими и технологическими свойствами, способствующими их довольно широкому применению при изготовлении оснастки (моде­лей, стержневых ящиков, установочных баз приспособлений, фасон­ных зажимных губок, мерительных шаблонов, копиров и т. д.):

1. Отверждаются без больших давлений как при температуре 100°, так и при нормальной 18–25°, но в присутствии катализаторов и активаторов реакции полимеризации.

2. Небольшой усадкой при отверждении (0,4–0,6%).

3. Сокращенным режимом полимеризации, в результате чего полное отверждение с получением окончательных механических свойств происходит в течение 15–60 мин (в зависимости от харак­тера наполнителя и способа отверждения).

4. Возможностью с большой точностью воспроизводить сложные рельефы при прессовании в металлические, деревянные, гип­совые или пластмассовые формы.

5. Высокой твердостью, приближающейся к твердости бронзы, механической прочностью и износоустойчивостью.

6. Хорошей адгезией к металлическим деталям оснастки.

7. Возможностью достижения у пластмассовых композиций раз­личного назначения тех или иных физико-механических свойств путем ввода в состав различных наполнителей (маршалит, металли­ческие стружки и порошок, кварцевый песок, графит, гипс, цемент, измельченные отходы пластмасс и др.) и пластификаторов (дибу­тилфталат, диэтилфталат, диоктилфталат и т. д.).

8. Хорошей обрабатываемостью резанием, сверлением, обточкой, фрезерованием, опиловкой и др.

Наиболее распространены акрилопласты: стиракрил ТШ и акрилат АСТ-Т и полиметилметакрилат.

Рассмотрим последний – полиметилметакрилат (ПММА, PMMA) – это линейный полимер метилметакрилата.

Химическую формулу ПММА можно представить в виде:

(-CH₂-C(CH₃)-)_n COOCH₃

ПММА получают свободной радикальной полимеризацией мономера (метилметакрилата) главным образом в блоке и суспензии, реже в эмульсии и растворе. Выпускают, в основном, в виде листов и гранулированных материалов. Основные преимущества ПММА (полиметилметакрилата): исключительная прозрачность (светопропускание оргстекла составляет до 92% видимого света, что больше, чем у любого другого полимерного материала), хорошие физико-механические и электроизоляционные свойства, атмоферостойкость, устойчивость к действию разбавленных кислот и щелочей, воды, спиртов, жиров и минеральных масел; нетоксичен; размягчается при температуре 120⁰С.

Перерабатывается ПММА литьем под давлением, экструзией, вакуумным и невмоформованием, штампованием; его можно обрабатывать механически, склеивать и сваривать.

При горении ПММА не выделяет никаких ядовитых газов. Температура воспламенения 260⁰С.

Растворяется ПММА в хлорированных углеводородах (дихлорэтан, хлороформ), альдегидах, кетонах и сложных эфирах. На оргстекло(полиметилметакрилат) также воздействуют спирты: метиловый, бутиловый, этиловый, пропиловый. При непродолжительном воздействии 10% этилового спирта взаимодействие с оргстеклом отсутствует. ПММА обладает высокой морозостойкостью, устойчивостью к влаге. Плотность оргстекла составляет 1,19 г/см³ , что почти в 2,5 раза легче обычного стекла и на 17% легче жесткого ПВХ. Ударная прочность оргстекла в 5 раз больше, чем у обычного стекла. Рабочий диапазон температур для оргстекла составляет от -40⁰С до +80⁰С.

ПММА (полиметилметакрилат) имеет хорошую стойкость к старению.