- •Часть II
- •Глава 1. Металлы и сплавы 7
- •Глава 2. Материалы из неорганических 75
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы) 97
- •Глава 4. Материалы из органических веществ 107
- •Введение
- •Глава 1. Металлы и сплавы
- •1.1. Железо и сплавы на его основе
- •1.1.1. Система железо – углерод
- •1.1.1.1. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.2. Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.3. Структуры железоуглеродистых сплавов
- •1.1.2. Стали и сплавы
- •1.1.2.1. Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •1.1.2.2. Назначение легирующих элементов
- •1.1.2.3. Классификация сталей
- •1.1.2.4. Маркировка сталей
- •1.1.2.5. Конструкционные стали и сплавы
- •1.1.2.5.1. Конструкционные строительные стали и сплавы
- •1.1.2.5.2. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения
- •1.1.2.5.3. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы специального назначения
- •1.1.2.6. Инструментальные стали и сплавы
- •1.1.2.7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •1.1.2.7.1. Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
- •1.1.2.7.2. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением
- •1.1.2.7.3. Магнитные стали и сплавы
- •1.1.3. Чугуны
- •1.1.3.1. Диаграмма состояния железо – графит
- •1.1.3.2. Процесс графитизации
- •1.1.3.3. Строение, свойства, классификация и маркировка чугунов
- •1.1.3.3.1. Влияние состава чугуна на процесс графитизации
- •1.1.3.3.2. Влияние графита на механические свойства отливок
- •1.1.3.3.3. Серый чугун
- •1.1.3.3.4. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •1.1.3.3.5. Ковкий чугун
- •1.1.3.3.5. Отбеленные и другие чугуны
- •1.1.4. Виды термической обработки металлов
- •1.1.4.1. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
- •3. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
- •4. Превращение мартенсита в перлит.
- •1.1.4.2. Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •1.1.4.2.1. Отжиг и нормализация. Назначение и режимы
- •1.1.4.2.2. Закалка
- •1.1.4.3.3. Отпуск
- •1.1.5. Химико-термическая обработка стали
- •1.1.6. Методы упрочнения стали
- •1.1.6.1. Термомеханическая обработка стали
- •1.1.6.2. Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •1.1.6.2.1. Закалка токами высокой частоты
- •1.1.6.2.2. Газопламенная закалка
- •1.1.6.3. Старение
- •1.1.6.4. Обработка стали холодом
- •1.1.6.5. Упрочнение методом пластической деформации
- •1.2. Титан и сплавы на его основе
- •1.3. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •1.4. Цветные металлы и сплавы на их основе
- •1.4.1. Медь и сплавы на ее основе
- •1.4.1.1. Медь
- •1.4.1.2. Латуни
- •1.4.1.3. Бронзы
- •1.4.1.4. Медно-никелевые сплавы
- •1.4.2. Алюминий и сплавы на его основе
- •1.4.2.1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.3. Литейные алюминиевые сплавы
- •1.4.3. Магний и сплавы на его основе
- •1.4.3.1. Деформируемые магниевые сплавы
- •1.4.3.2. Литейные магниевые сплавы
- •1.4.4. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах
- •1.4.5. Припои
- •1.5. Композиционные материалы
- •1.6. Материалы порошковой металлургии
- •1.6.1. Пористые порошковые материалы
- •1.6.2. Конструкционные порошковые материалы
- •1.6.3. Электротехнические порошковые материалы
- •1.6.4. Магнитные порошковые материалы.
- •1.7. Металлические стекла
- •2.1.2. Минеральные неорганические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •2.1.3. Искусственные каменные материалы
- •2.1.3.1. Бетоны
- •2.1.3.2. Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения
- •2.1.3.3. Строительные растворы
- •2.2. Каменные плавленые материалы (каменное литье)
- •2.3. Неорганические полимерные материалы
- •2.3.1. Графитовые материалы
- •2.3.2. Асбестовые материалы и изделия
- •2.3.3. Слюдяные материалы
- •2.3.4. Керамические материалы
- •2.3.5. Неорганическое стекло
- •Материалы и изделия из стекла
- •2.3.6. Ситаллы
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы)
- •3.1. Состав пластических материалов
- •3.2. Характеристики пластмасс и изделий на их основе
- •3.2.1. Пластмассы с листовым наполнителем
- •3.2.2. Пластмассы с волокнистым наполнителем
- •3.2.3. Пластмассы без наполнителя
- •3.2.4. Пластмассы с газовоздушным наполнителем
- •3.2.5. Стандартизированные изделия из пластмасс
- •Глава 4. Материалы из органических веществ
- •4.1. Лесоматериалы
- •4.1.1. Круглые лесоматериалы
- •4.1.2. Пиломатериалы
- •4.1.3. Древесные материалы и изделия на их основе
- •4.2. Бумажные материалы
- •4.2.1. Бумага и изделия на ее основе
- •4.2.2. Картон и изделия на его основе
- •4.3. Резиновые материалы
- •4.3.1. Состав резиновых материалов
- •4.3.2. Классификация резиновых материалов по назначению и области применения
- •4.4. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •4.4.1. Битумные и дегтевые вещества
- •4.4.2. Асфальтовые строительные растворы и бетоны
- •4.4.3. Мастики кровельные и гидроизоляционные
- •4.4.4. Нефтяные эмульсии и пасты
- •Список использованных источников
- •Часть II
- •184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Космонавтов, 3
3.2. Характеристики пластмасс и изделий на их основе
3.2.1. Пластмассы с листовым наполнителем
Декоративные бумажно-слоистые пластики получают прессованием специальной бумаги, пропитанной термореактивными полимерами. Для внутренних слоев применяют крафт-бумагу, для верхних слоев — декоративную бумагу.
Бумажно-слоистые пластики выдерживают нагрев до 120°С. Пластикам, нагретым до 100... 120°С, легко придается любая необходимая форма, которая сохраняется после охлаждения.
ДБСП выпускают трех марок: А — повышенной износостойкости для отделки горизонтальных поверхностей; Б — для отделки вертикальных поверхностей и менее жестких условий эксплуатации; В — для поделочных работ.
Поверхность ДБСП может имитировать ценные породы дерева или камня, быть глянцевой или матовой, одно- или многоцветной. Печатный рисунок защищает специальная покрывающая бумага «оверлей».
Фибра — твердый монолитный материал, образующийся в результате обработки нескольких слоев бумаги-основы пергаментирующим реагентом. Фибра выпускается одно- и многослойной. Многослойная (склеенная) фибра изготавливается из нескольких отдельных слоев.
По назначению фибра бывает:
высокопрочная — фибра с ограниченными показателями маслобензинопоглощения, предназначенная для особо прочных деталей;
кислородостойкая — фибра для изготовления кислородостойких прокладок;
огнестойкая;
касторово-глицериновая — упругая и эластичная фибра, пропитанная касторовым маслом и глицерином, предназначенная для уплотнений в соединениях металлических конструкций и трубопроводов;
техническая — легко штампуемая прочная фибра с ограниченной водопоглощаемостью, предназначенная для деталей машин и приборов;
электротехническая фибра — с высокими показателями электрической прочности, применяемая в качестве электроизоляционного материала и др.
Гетинакс — материал, получаемый пропиткой различных сортов бумаги модифицированными фенольными, анилиноформальдегидными и карбамидными смолами. Гетинакс устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов, применяется при температуре до 120...140°С. По назначению гетинакс подразделяют на электротехнический и декоративный. Он используется для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов, вагонов, судов, в строительстве, а также применяется в производстве трансформаторов, телефонов, деталей радиоаппаратуры, печатных схем, втулок, шестерен и др.
Текстолит — слоистые пластмассы, получаемые из связующего (фенолформальдегидная смола) вещества и наполнителя (хлопчатобумажные ткани — шифон, миткаль, бязь и др.). Текстолит отличается прочностью, способностью поглощать шумы и гасить вибрации, хорошо сопротивляется раскалыванию, однако он может работать только при невысоких температурах (до 90°С). В зависимости от назначения текстолиты делят на конструкционные (зубчатые колеса, вкладыши подшипников, шкивы, втулки, прокладки в машиностроении), электротехнические (распределительные щиты и монтажные панели), графитизированные и др.
Древесно-слоистые пластики (ДСП) — искусственный древесный материал, изготовленный из лущеного шпона, пропитанного и склеенного резольным фенолформальдегидным полимером. Существенная анизотропия свойств материала достигается при одинаковом расположении волокон в смежных слоях, и, наоборот, одинаковые механические свойства в разных направлениях обеспечиваются при взаимно перпендикулярном расположении волокон.
Древесно-слоистые пластики отличаются от исходной древесины и фанеры большей плотностью (1250...1330 кг/м3) и обладают высокими механическими свойствами. ДСП обладают высокой теплостойкостью и низкой теплопроводностью 0,16...0,28 Вт/(мК); водопоглощение за 24 ч — 5... 10%. Они немагнитные. Эти пластики стойки к действию масел, растворителей, моющих средств, но чувствительны к влаге.
ДСП применяют при производстве радио- и электроприборов, а также в строительных и машиностроительных несущих конструкциях, вспомогательных, крепежных и монтажных элементах, от которых требуется химическая стойкость, немагнитность, высокое сопротивление истиранию (шкивы, втулки, ползуны лесопильных рам, корпусы насосов, подшипники, детали автомобилей и железнодорожных вагонов, лодок, матрицы для вытяжки и штамповки). Шестерни из ДСП долговечны, подшипники из ДСП не образуют задиров при работе их в паре с металлическими изделиями. Снижается уровень шума.
Стеклопластики — пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего (армирующего) наполнителя стекловолокнистые материалы. В некоторые стеклопластики для повышения вязкости полимерного связующего, уменьшения усадки, придания затвердевшим композициям необходимой жесткости и твердости, а также соответствующего декоративного вида вводят инертные наполнители: каолин, маршалит, тальк, слюду и др.
Выбор связующего вещества для стеклопластиков определяется условиями их изготовления и эксплуатации. Стеклопластики на формальдегидном связующем веществе имеют более высокие теплостойкость и электроизоляционные свойства, чем текстолит, но недостаточно вибропрочны. Эпоксидные смолы обеспечивают наиболее высокие механические свойства и не требуют высокого давления при прессовании, что позволяет изготавливать крупногабаритные детали. Кремнийорганические смолы придают небольшую механическую прочность, но высокие тепло-, морозо- и коррозионную стойкость.
Выпускают три разновидности стеклопластиков на основе: 1) рубленых неориентированных волокон, 2) ориентированных длинных волокон и 3) тканей.
Изделия с использованием неориентированных или ориентированных длинных волокон, уложенных прядями, называются стекловолокнитами, а изделия из тканей или длинных волокон, склеенных между собой в виде стеклянного шпона и уложенных, как в фанере, — стеклотекстолитами.
Неориентированные стекловолокниты обладают изотропными прочностными характеристиками, намного более высокими, чем в материалах с порошкообразным наполнителем, и могут прессоваться в изделия сложной формы, в том числе с металлической арматурой. Эти материалы используются как конструкционные в электротехнике и машиностроении (золотники, уплотнения насосов и др.).
Стеклопластикам свойственна большая (7...10%) неоднородность механических свойств, что обусловлено составом, структурой и технологией производства. В стеклотекстолитах сильно (в 2…10 раз) проявляется анизотропия свойств в продольном и поперечном направлениях.
Плотность стеклопластиков в 1,5...2 раза меньше, чем стекла, и в 1,5 раза — изделий из алюминиевых сплавов, существенно превышая последние по механической прочности (плотность стеклопластиков на основе рубленого стекловолокна 1400 кг/м3).
Предел прочности при растяжении стеклотекстолитов при плотности 1800...2000 кг/м3 составляет 1000 МПа. Прочность стеклопластиков на изгиб и растяжение в 5...10 раз больше, чем у стекла. Модуль упругости стеклопластиков 18 000...58 000 МПа, что в 10...20 раз более модуля упругости полимера. Они в несколько десятков раз более, чем стекло, стойки к ударным воздействиям. Отношение предела выносливости к плотности (удельная усталостная прочность) стеклопластиков примерно такое же, как у малоуглеродистой стали: они могут выдерживать длительные эксплуатационные нагрузки. Стеклопластики обладают высокой демпфирующей способностью, хорошо работают при вибрационных нагрузках.
Стеклопластики обладают теплопроводностью в 6... 10 раз более низкой, чем такие материалы, как керамика, бетон и железобетон. По значению температурного коэффициента линейного расширения (10.10-6... 25. 10-6) стеклопластики близки к легким металлам. Длительно стеклопластики могут работать при температуре 200...400°С, однако кратковременно (~ 10 с) они выдерживают несколько тысяч градусов, являясь теплозащитным материалом.
Светопропускание стеклопластиков может достигать 90% при толщине 1,5 мм, в том числе до 30% — в ультрафиолетовом спектре против 0,5% для обычного и силикатного стекла.
Ориентированные стекловолокниты и стеклотекстолиты отличаются высокими прочностными характеристиками, выдерживают большие инерционные нагрузки, могут работать при температурах 60...200°С. Из них изготавливают детали высокой точности с арматурой и резьбой.
Недостатками стеклопластиков являются склонность к старению и пониженная долговечность при эксплуатации в суровых климатических условиях.
Стеклопластики как конструкционный материал применяются в различных отраслях народного хозяйства. Стеклотекстолиты применяют в виде силовых изделий в авиационной и ракетной технике, в машиностроении и железнодорожной промышленности: несущие детали летательных аппаратов, кузова и кабины автомашин, автоцистерны, железнодорожные вагоны, корпуса лодок, судов, кожухи, защитные ограждения, вентиляционные трубы, контейнеры и др.
В строительстве стеклопластики применяют в виде плоских и волнистых листов (стеклотекстолиты, полиэфирные стеклопластики и др.) для устройства светопрозрачной кровли промышленных зданий и сооружений; теплиц и оранжерей; малых архитектурных форм; трехслойных светопрозрачных и глухих панелей ограждений и покрытий; оболочек и куполов; изделий коробчатого и трубчатого сечений; оконных и дверных блоков; санитарно-технических изделий; форм для изготовления бетонных и железобетонных изделий и др.
Металлоорганопластики (алоры) — материалы из чередующихся слоев алюминиевого сплава и армированного композиционного полимерного материала (слоя органопластика), выполняющего комплекс разнообразных функций и прежде всего функцию внутреннего стопора усталостных трещин.
Алоры — материалы с повышенной долговечностью. Стойкость алора к вибрационным нагрузкам и высоким звукоизолирующим свойствам делает возможным его использование в конструкциях вагонов скоростных поездов, метро, автомобилей и тракторов. Применение алора с тканым арамидным наполнителем взамен традиционных алюминиевых сплавов обеспечивает снижение массы конструкции на 10...20%.