Литейные титановые сплавы

Литейные сплавы ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ8Л, ВТ14Л, ВТ20Л по составу совпадают с деформируемыми сплавами.

Процесс изготовления из них отливок сопряжен с трудностями, обусловленными взаимодействием расплава с газами и формовочными материалами. Поэтому требуется специальное литейное оборудование, позволяющее осуществлять плавку и разливку металла в защитной атмосфере или в вакууме.

Титан и его сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, хорошо свариваются в инертной среде, но обладают низкими антифрикционными свойствами, плохо обрабатываются резанием.

Сплавы титана широко применяют в авиационной (обшивка самолетов, диски и т. д.) и ракетной технике (корпуса двигателей, баллоны для газов и т. д.), в химической промышленности, в судостроении, цветной металлургии, криогенной технике и других отраслях.

Тугоплавкие металлы и их сплавы

Наибольшее значение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы:

ниобий, молибден, хром, тантал и вольфрам с температурой плавления (2468, 2625, 1875, 2996 и 3410^оС), обладают высокой коррозионной стойкостью.

Тугоплавкие металлы и их сплавы используют главным образом как жаропрочные (строительство ракет, космических кораблей, ядерных реакторов, узлы и детали которых работают при температуре до 1500 – 2000^оС).

Сплав на основе ниобия ВН2А - t=1200°C, σ_в= 850МПа.

Сплав на основе молибдена ЦМ3 - t=1200°С, σ_в= 500МПа, σ₁₀₀ = 180МПа.

Сплав на основе вольфрама ВВ2 - t=1200С°, σ_в= 130МПа, σ₁₀₀ = 80МПа.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите физико-химические свойства титана.

2. Как классифицируются титановые сплавы по структуре?

3. Какие виды термообработки применяют для титановых сплавов?

4. Как подразделяются титановые сплавы по технологии изготовления,

по уровню механических свойств, по условиям применения, по способ-

ности упрочняться термической обработкой, по структуре в отожженном

состоянии?

5. Как маркируются деформируемые и литейные титановые сплавы?

6. Назовите тугоплавкие металлы.

ТЕМА: Полимерные материалы. Пластмассы (2 часа)

Вопросы для изучения:

1. Состав и свойства пластмасс.

2. Термопластичные и термореактивные пластмассы.

3. Свойства и применение термопластов.

4. Свойства и применение реактопластов.

Методические указания:

1. Изучите предлагаемые вопросы по литературным источникам и лекции;

2. Составьте краткий конспект;

3. Ответьте на вопросы для самоконтроля.

ЛЕКЦИЯ

Тема: Полимерные материалы. Пластмассы

Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ и специальных наполнителей. Они способны формоваться при определенной температуре и давлении, в результате чего изделиям придается заданная форма. Пластмассы разделяют на простые и сложные. Простые пластмассы представляют собой чистые полимеры, например, полиэтилен. Сложные пластмассы состоят из связующего вещества, наполнителя, отвердителя, ингибитора, пластификатора, красителя и смазывающих добавок.

Состав и свойства пластмасс

Обязательным компонентом пластмассы является связующее вещество. В качестве связующих для большинства пластмасс используют синтетические смолы, реже применяют эфиры целлюлозы. По виду связующего вещества все пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Наполнителями служат материалы органического и неорганического происхождения (древесная мука, асбестовое, хлопчатобумажное или другое органическое волокно). Они придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также специальные свойства.

Пластификаторы повышают пластичность пластмасс. В качестве пластификаторов применяют эфиры многоатомных спиртов и много основных кислот.

Отвердители ускоряют, а ингибиторы замедляют переход термореактивных смол в неплавкое состояние или термопластичных смол – в твердое.

Смазывающие добавки повышают текучесть материала при переработке и предупреждают прилипание изделия к формообразующей оснастке.

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонентов, их сочетания и количественного отношения, что позволяет изменять характеристики пластиков в достаточно широких пределах.

Для пластмасс характерны следующие свойства: малая плотность (обычно 1.0 – 1,8^г/cм³), высокие коррозионная стойкость, диэлектрические, антифрикционные, теплоизоляционные, адгезионные свойства, хорошие технологические свойства, механические свойства широкого диапазона.

Недостатком пластмасс являются их невысокая теплостойкость (до 100 – 120^оС), склонность к старению, ползучесть, нестойкость к большим статическим и динамическим нагрузкам.

По характеру связующего вещества пластмассы разделяются на термопластичные (термопласты), получаемые на основе термопластичных полимеров, и термореактивные (реактопласты), получаемые на основе термореактивных смол, т. е. неразмягчающиеся.

Термопластичные пластмассы (термопласты)

В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры. Термопластичные полимеры при нагревании выше температуры стеклования размягчаются, приобретают высокую пластичность, а при охлаждении они вновь отвердевают, могут растворяться в соответствующих растворителях.

Наибольшее применение находят термопласты на основе полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, фторопластов, полиамидов и других полимеров.

Полиэтилен имеет линейную структуру макромолекул и является продуктом полимеризации бесцветного газа этилена, относится к кристаллизующимся полимерам. Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность, ударная вязкость, относительное удлинение и теплостойкость материала.

Полиэтилен химически стоек, имеет высокие диэлектрические и технологические свойства, легко сваривается, сочетает высокую прочность с пластичностью. Применяется для изоляции электропроводов, в качестве упаковочного материала, заменителя стекла; для изготовления труб, работающих при низкой температуре, деталей вентиляторов и насосов, тары для хранения и транспортировки кислот и щелочей.

Полипропилен является производной этилена. По сравнению с полиэтиленом пластик более теплостоек, имеет более высокую прочность и жесткость, и меньшую склонность к старению. Недостаток полипропилена - невысокая морозостойкость (от -10 до -20°С).

Применяют его для изготовления труб, деталей автомобилей, мотоциклов и холодильников, корпусов насосов, различных емкостей и др.

Полистирол - твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер, легко окрашиваемый в различные цвета. Обладает высокой водостойкостью, химической стойкостью, имеет высокую стойкость к радиации. Недостатки - невысокая теплостойкость, склонность к старению и образованию трещин, повышенная хрупкость при ударных нагрузках. Применяют для изготовления деталей радио- и электроаппаратуры, предметов домашнего обихода, детских игрушек, трубок для изоляции проводов, светофильтров, деталей электропылесосов, мебельной фурнитуры, крупногабаритных изделий радиотехники и др.

Поливинилхлорид является аморфным полимером. Пластмассы на его основе имеют хорошие электроизоляционные характеристики, химическую и атмосферную стойкость, высокую прочность и упругость.

Используют для получения пенопластов, облицовочной плитки, линолеума, искусственной кожи, товаров бытовой химии, вибропоглощающих материалов в машиностроении и на всех видах транспорта и т. д.

Фторопласты – полимеры фторпроизводных этиленового ряда.

Наиболее широкое применение получил фторопласт-4.

Характеризуется высокими плотностью, термо- и морозостойкостью, коррозионной и химической стойкостью, не смачивается средами пищевых производств, имеет низкий коэффициент трения и хорошие диэлектрические свойства.

Применяется для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, электро-радио-технических деталей, антифрикционных покрытий на металлах, уплотнительных прокладок, подшипников скольжения без смазки.

Полиамиды – капрон, нейлон и др. характеризуются высокими прочностью, теплостойкостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения, способностью поглощать вибрации. Недостатки – склонность к старению, гигроскопичность.

Изготавливают уплотнительные устройства, шестерни, подшипники, втулки, детали узлов трения и другие детали машин.

Полиуретаны - наиболее ценные и широко произ­водимые термопластичные полимеры. Полиуретаны со­держат уретановую группу.

Они характеризуются высоким модулем упругости, износостойкостью, вязким коэффициентом трения, стойкостью к вибрациям, а также стойкостью к воз­действию масла и бензина. Их используют для изготовления изоляции, фильтровальных и парашютных тканей.

Стекло органическое (плексиглаз) получают на основе сложных эфиров и метакриловой кислоты. Этот термопласт оптически прозрачен (светопрозрачность до 92 %), имеет низкую плотность, стоек к воздейст­вию разбавленных кислот и щелочей, углеводородного топлива и смазок. Стекло органическое выпускается в виде листов толщиной до 25мм. Его недостаток - низкая поверхностная твердость.

Поликарбонат - термопластичный полимер выпускается под названием дифлон. Характеризуется низкой водопоглощаемостью и газопроницаемостью, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой жесткостью, теплостой­костью и химической стойкостью, не имеет запаха и вкуса, бесцветный, прозрачный, хорошо окрашивается. Это один из наиболее ударопрочных термопластов, что позволяет использовать его в качестве конструкционного материала, заменяющего металлы.

Из поликар­боната изготавливают шестерни, подшипники, корпуса, крышки, клапаны и другие детали, сосуды для транспортировки фруктовых соков, молока, вин и т.д. Его можно использовать в криогенной технике для работы в среде жидких газов.

Термореактивные пластмассы (реактопласты)

Основу реактопласта составляет химически затвердевающая термореактивная смола – связующее вещество. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители и растворители. Наполнителями могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. В качестве порошковых напол­нителей используют кварц, тальк, графит, древесную муку, цел­люлозу. К пластмассам с порошковыми наполнителями относятся фенопла­сты и аминопласты. Из них изготавливают не­силовые конструкционные и электроизоляционные детали (рукоятки, детали приборов, кнопки и т.д.), различные вытяжные и формовочные штампы, корпуса сборочных и контрольных приспособлений, литейные модели и другую оснастку.

Фенопласты (бакелиты, феноло-формальдегидные смолы) являются термоупрочняемыми пластмассами.

Упрочненные феноло-формальдегидные смолы носят название

бакелитов. Эта пластмасса хорошо обрабатывается инстру­ментами для обработки металла и может подвергаться полированию.

Бакелит стоек к воздействию разбавленных кислот и щелочей, а также большинства органических растворителей.

Из бакелита изготавливают изделия галантереи, электротехнические элементы (вилки, розетки), корпуса радио- и теле­фонных аппаратов, детали стиральных машин, защитные шлемы, корпуса аккумуляторов, плиты, лаки, клеи.

Аминопласты являются термоупрочняемыми пластмассами.

Теплостойкость упрочненных аминопластов около 100 - 120 °С, они стойки к воздействию воды, кислот. Из аминопластов изготавливают клеи для дерева, электротехнические детали (розетки и выключатели), лаки, пенистые материалы.

Реактопласты с волокнистыми наполнителями представляют собой пластмассы, состоящие из связующего (смолы) и волокнистого наполнителя.

Волокниты применяют для изготовления деталей с повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручение (иголок, шкивов, маховиков и др.).

Стекловолокниты негорючие, стойки к действию ультрафиолетовых лучей, химически стойки, имеют стабильные размеры. Некоторые марки стекловолокнитов применяются для изготовления силовых электротех-­ нических деталей в машиностроении, а также крупногабаритных изде­лий простых форм (кузовов автомашин, лодок, корпусов приборов и т.п.).

Стекловолокниты могут работать при температурах -60...+200 °С, имеют прочность при разрыве 80 - 500 МПа.

Полиэстры являются полимерами, полученными из высокоосновных кислот и высокогидроксильных спиртов путем поликонденсации.

Из полиэстров, упрочненных стекловолокном, изготавливают спаса­тельные лодки, части автомобилей, мебель, корпуса планеров и вертолетов,

гофрированные плиты для крыш, плафоны ламп, мачты для антенн, лыжи и палки, удочки, защитные каски и т.п.

Эпоксидные смолы служат для изготовления лаков, клеев, а также про­изводства ламинатов.

Большую группу реактопластов составляют слоистые пластмассы, ко­торые содержат листовые наполнители, уложенные слоями. В качестве на­полнителей для слоистых пластиков используют материалы органического (бумагу, хлопчатобумажные ткани, древесный шпон, ткани из синтетиче­ских волокон) и неорганического (асбестовую бумагу, картон, ткань, стек­лянную ткань, ткань из кварцевых или кремнеземных волокон) происхож­дения.

В зависимости от вида наполнителя различают следующие слоистые пластики: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, древесно-слоистые пласти­ки. Связующими при производстве слоистых пластиков служат феноло-формальдегидные, эпоксидные и некоторые другие смолы.

Свойства слоистых пластиков зависят от соотношения компонентов (наполнителя и связующего), характера подготовки наполнителя, режимов прессования и термообработки и других технологических факторов.

Благо­даря слоистому расположению армирующего наполнителя слоистые пла­стики обладают анизотропией механических, физических и диэлектриче­ских свойств.

Механические свойства слоистых пластиков определяются, прежде все­го, видом используемого наполнителя.

Наибольшей механической прочно­стью обладают слоистые пластики на основе стеклянной ткани или стек­лянных жгутов.

Эти материалы, а также слоистые пластики на основе асбоволокнистых наполнителей имеют более высокую теплостойкость по срав­нению с теплостойкостью пластиков на основе органических наполнителей.

Пластик на основе бумаги - гетинакс - применяют в ка­честве электроизоляционного материала, работающего длительно при тем­пературах -65...+105°С, а также как конструкционный и декоративный ма­териал.

Гетинаксы широко применяют в электрических машинах, транс­форматорах, при производстве телефонной арматуры, в радиотехнике. Из гетинакса изготавливают панели, щитки, прокладки, крышки, шайбы, малонагруженные изделия и т.д.

Древесно-слоистые пластики (ДСП) используют для изготовления ме­бели, внутренней облицовки пассажирских поездов, судов, самолетов, при строительстве - в качестве облицовочного материала.

Пластики на основе хлопчатобумажных тканей - текстолиты - применяют для изготовления различных конструкционных деталей, электроизоляционного материала, вкладышей подшипников прокатного оборудования, прокладок, герметизирующих фланцевые соединения.

Стеклотекстолитами называют слоистые пластики на основе тканых стекловолокнистых материалов.

Они характери­зуются высокой тепло - и хладостойкостью, стойкостью к действию окисли­телей и других химически активных реагентов, высокими механическими свойствами.

Стеклотекстолиты применяют для изготовления крупногаба­ритных изделий, радиотехнических и электроизоляционных деталей, дли­тельное время работающих при 200 °С и кратковременно - при 250 °С.

Стеклопластики являются конструкционными материалами, применяемыми для изготовления силовых изделий в различных отраслях техники - несу­щих деталей летательных аппаратов, кузовов и кабин машин, железнодо­рожных вагонов, корпусов лодок, судов и т.п.

Газонаполненные пластмассы, представляют собой особый класс материалов, состоящих из твердой и газообразной фаз. По структуре газонаполненные пластмассы делят на пенопласты, поропласты и сотопласты.

Пенопласты имеют ячеистую структуру, в которой микрообъемы газообразного наполнителя изолированы друг от друга тонкой пленкой связующего.

В поропластах формируется открытая пористая структура.

Сотопласты изготавливают из гофрированных листов, которые склеиваются в виде сот.

Газонаполненные пластмассы используются для теплоизоляции холодильников, трубопроводов, кабин и салонов транспортных средств.

Их применяют в строительстве, в радиоэлектронной и других отраслях промышленности.