19. Порошковые материалы.

Наряду с достоинствами металлических деталей их общими недостатками являются подверженность коррозии, большая плотность, длительность и трудоемкость изготовления, высокие фрикционные свойства и т.д. Таких недостатков нет у деталей из металлоидов или высокомолекулярных органических соединений.

В машиностроительной отрасли получение деталей методами порошковой металлургии завоевывает все большую популярность.

Эти методы позволяют изготавливать детали из материалов, не образующих между собой сплав (например, медь с железом, железо с графитом и др.), из тугоплавких соединений металлов, из металлов с резко отличающейся структурой. Поэтому из порошков можно получать материал, обладающий специфическими свойствами, которых не имеют исходные материалы. Кроме того, изделия из спеченных материалов, в большинстве случаев, не требуют механической обработки,

так как сама технология производства обеспечивает высокую точность.

Технология изготовления спеченных изделий состоит из следующих операций: изготовление порошка металла, приготовление порошковой шихты заданного состава, прессование заготовок из шихты (формирование), спекание сформированных заготовок, окончательная обработка спеченных изделий (в случае необходимости).

Полученные порошки вместе со специальными добавками смешивают в определенных пропорциях и таким образом образуется исходная шихта. Основная цель смешивания – обеспечение однородности шихты по всему объему смеси.

Методы формообразования деталей из порошков достаточно разнообразны: прерывистые и непрерывные; холодные и горячие; вакуумные и при атмосферном давлении. Широкое распространение получил метод динамического горячего прессования. Это двухступенчатый процесс: сначала холодным прессованием получают простые заготовки, затем в защитной атмосфере при температуре выше

температуры рекристаллизации ударным воздействием в пресс-форме детали придается окончательная конфигурация. Этим методом получают практически беспористые материалы, превышающие по плотности литые материалы.

Требуемые свойства готового изделия достигаются в процессе спекания. В результате этой операции под действием разнообразных поверхностных процессов порошковое тело превращается из конгломерата частиц в конгломерат сросшихся кристаллов. Спекание производят при температуре, составляющей 60–90 % от температуры плавления основного компонента. Для материалов на основе железа

это температура 1000–1200 ºС.

Спеченные материалы могут подвергаться дополнительной термической или химико-термической обработке (закалке, отпуску, отжигу, цементации, азотированию и т.д.), аналогично компактным материалам. Иногда эта операция совмещается со спеканием.

Прочностные свойства спеченных материалов, при прочих равных условиях, определяются их плотностью. В сельскохозяйственном машиностроении в основном применяются спеченные материалы на основе железа (в маркировке – буква Ж), и при относительной плотности 75–85 % (пористость 17–25 %) они используются как антифрикционные (σ_в = 100–300 МПа), а при плотности более 85 %, как конструкционные (σ_в > 300 МПа) для изготовления шестерен, сухарей, защелок, звездочек, направляющих и т.д. Причем спеченные детали фрикционного назначения значительно превосходят по своим служебным свойствам все другие используемые материалы (органические, асбокаучуковые, металлические и асбосмольные) и позволяют уменьшить габариты тормозов, снизить их массу и сделать более компактными и надежными.

Твердость спеченных материалов обычно невысока (50–120 НВ), однако после термообработки может достигать 40–50 HRC. Детали из спеченных материалов обладают низкой ударной вязкостью (min ан = 20–150 кДж/м²), поэтому они не выдерживают высоких динамических нагрузок.

Для изготовления деталей сельхозмашин взамен качественных и низколегированных стали, чугуна, латуни и бронзы применяют

спеченные материалы.

1. ЖГр 1-5 – для антифрикционных втулок, подшипников скольжения; ЖГр1ДЗ; ЖГрДК1; ЖГр1 для упорных и сферических шайб, распорных втулок и колец, роликов, подшипников скольжения узлов трения, работающих при температурах до 250 ºС; направляющих колпаков тормозных гидроцилиндров, тормозов моста ведущих колес комбайнов.

2. ЖД5; ЖД20; ЖЧ30 – для мало- и средненагруженных конструкционных деталей.

(В обозначениях: Гр – графит, Д – медь, Ч – чугун, цифры после букв – процентное содержание соответствующего компонента).

20. Пластмассы.

Пластмассы представляют собой сложные композиции, основным компонентом которых является высокомолекулярное (природное или искусственное) органическое соединение, придающее им пластичность и способность формоваться, а затем затвердевать, сохраняя полученную форму. В качестве таких связующих соединений чаще всего применяются синтетические смолы. Кроме связующего, пластмассы обычно содержат наполнители (порошкообразные, волокнистые, слоистые) для повышения механической прочности, теплостойкости и других свойств; пластификаторы, увеличивающие пластичность; красящие пигменты и т.д.

По способности деформироваться при нагреве пластмассы классифицируют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Доля деталей из пластмассы в машиностроении увеличивается из года в год. Это обусловлено не только их особыми свойствами (малая плотность, устойчивость к коррозии, низкий коэффициент трения, высокие электро- и теплоизолирующие свойства), но и тем, что замена черных и цветных металлов литьевыми пластмассами уменьшает в 2–6 раз себестоимость, а средний коэффициент использования (оборачиваемости) пластмасс составляет 0,9-0,95 (при переработке термопластов), для металлов этот коэффициент – 0,5–0,6.

Масса пластмассовых деталей составляет у зерновой сошниковой сеялки – 12,8 кг, у трактора МТЗ-82 – 15 кг, у зерноуборочных комбайнов от 10,6 до 20,8 кг, а у опрыскивателей – 30,1-63,9 кг.

Детали из пластмасс имеют хороший внешний вид, гладкую поверхность, допускают металлизацию поверхности, изготавливаются с достаточно высокой степенью точности: IТ 11–IТ 14 (Ra =0,1–0,8 мкм).

Полимеры, которые при нагреве переходят в пластическое состояние, а при охлаждении – в твердое, называют термопластичными.

Термопласты допускают многократную переработку. Изделия из них изготавливают высокопроизводительными способами: литьем под давлением, экструзией, вакуумным формированием, выдуванием.

Применение термопластов в сельхозмашиностроении:

а) полиолефины (полипропилен, полиэтилен с параметрами

σ_в=12 МПа и ρ = 900 кг/м³): химически стойкие изделия – молокопроводы, муфты и вакуум-молочные краны доильных установок, корпусы термосов питьевой воды, емкости опрыскивателей, крышки емкостей для хранения молока, трубопроводы и автопоилки; конструкционные детали – скребки транспортеров для смешивания сыпучих грузов, кожухи, крышки и т.п.;

б) полистиролы (σ_в=40 МПа, ан=20 кДж/м², ρ=1100 кг/м³):

различные технические детали и предметы широкого потребления, прозрачные и полупрозрачные изделия;

в) поливинилхлориды (винипласт, пластикат): химически стойкие прокладочные, герметизирующие и облицовочные детали;

г) фторопласты: коррозионно-стойкие, электроизоляционные, тепло- и морозостойкие детали и уплотнители;

д) полиамиды: подшипники скольжения сельхозмашин и тракторов (поликапролактам); ударопрочные детали, прокладки, пленочные материалы, антифрикционные детали (полиамиды 548, АК-7, ПА-6).

Полимеры, сохраняющие при нагреве неплавкое и нерастворимое состояние, называются реактопластами.

Массовое и крупносерийное изготовление деталей из реактопластов производится прессованием на гидравлических и механических прессах или профильным прессованием. Для прессования используют пресс-порошки, а также волокнистые пресс-материалы, в состав которых входит волокнистый наполнитель, например, хлопковое, бумажное, стеклянное волокно. Основные параметры прессования – температура, давление и время выдержки. Изделия, получаемые из пресс-материала, в котором связующим веществом является термореактивная смола, отверждаются в пресс-форме при нагреве и извлекаются из формы без охлаждения. Процесс переработки реактопластов (в отличие от термопластов) необратим.

Применение реактопластов:

а) полимеры на основе фенолформальдегидных смол (различные пресс-порошки марок К и ФКП, монолиты 1, 2,…,10, волокнит, ретинакс): детали технического назначения различной конфигурации, в том числе – с повышенной прочностью на удар (ФКП-1, ФКП-2, ФКПМ-10), повышенной механической прочностью (волокнит), с повышенной механической прочностью и теплостойкостью (теплостойкость ретинакса до 300 ºС), с повышенной влагостойкостью и химиче-

ской стойкостью;

б) аминопласты (на основе кремнийорганических смол; КМК-218) – для деталей с повышенной теплодугостойкостью при воздействии электрического тока;

в) стеклопластики (АГ-4, СВАМ, стеклотекстолит) – для высоконагруженных деталей (например, у СВАМ σ_в = 350–450 МПа, ан = 300–

500 кДж/м², ρ = 1900 кг/м³).

21. Резины различного назначения.

Резиной называется продукт термической обработки (вулканизации) многокомпонентной смеси на основе натурального или синтетического каучука. Свойства вулканизированных резин определяются типом каучука. В качестве компонентов резиновой смеси применяются вулканизаторы (сера, свинец, перекиси металлов) – для придания резине прочности, твердости, упругости; ускорители вулканизации (оксиды Mg и Zn) – для облегчения смешивания; порошкообразные (сажа, мел, тальк, каолин) и тканевые наполнители – для сокращения расхода каучука и придания резине необходимых физико-механических свойств; антистарители (вазелин, воск, парафин) – для предотвращения окисления каучука; красящие пигменты (охра, ультрамарин и т.д.).

В машиностроении применяют мягкую эластичную резину, которая обладает большим относительным удлинением (δ = 300–800 %) и хорошо выдерживает колебательные механические нагрузки. Предел упругости резины почти совпадает с пределом прочности (обычно σ_в = 15–35 МПа), а модуль упругости очень мал (1–10 МПА). Наряду с высокой упругостью и способностью поглощать вибрации, резина хорошо сопротивляется истиранию и многократному изгибу, гидронепроницаема, стойка против воздействия масел и жидкого топлива, является

хорошим диэлектриком, обладает низкой плотностью (900–2000 кг/м3).

Для повышения прочности резиновые изделия, испытывающие значительное давление, усиливают металлическими или пластмассовыми каркасами (кордом), металлической оплеткой (напорные рукава, шланги, шины).

Детали из резиновой смеси получают прокаткой (листы), выдавливанием (трубки, шнуры), простым и плунжерным прессованием (для деталей простой конфигурации – клиновидные ремни, манжеты-уплотнители), плунжерно-литьевым формованием – литье под давлением до 120 МПа (для ответственных деталей сложной конфигурации, с точными размерами и надежным креплением к металлу). Вулканизация осуществляется при 130–160 ºС. В результате теряется

пластичность материала, он становится плотнее, прочнее, повышается стойкость к тепловым и химическим воздействиям.

Свойства и служебное назначение разных видов резины зависят от ее основы.

1. Резина общего назначения (на основе синтетических каучуко-бутадиенового (СКБ), бутадиен-стирольного СКС): покрышки и шины пневматических колес, приводные ремни, транспортные ленты, рукава.

2. Бензомаслостойкие резины (на основе хлорпренового найтрит или бутадиеннитрильного СКН каучуков): для деталей стойких к воздействию органических растворителей с малой набухаемостью в бензине и масле, теплоемкостью до 120 ºС, стойкие к старению, вибро- и износостойкие – уплотнители в коробках передач, защитные манжеты подшипников, гибкие шланги, прокладки и т.п.

3. Химически стойкие резины на основе тиокола – амортизационные, пневматические и уплотнительные детали (сальники, прокладки, манжеты, кольца).

4. Теплохимически стойкие на основе фторкаучука (СКФ) – для рукавов и напорных трубопроводов подачи масла и топлива при температуре до 300 ºС (резины с высокой стойкостью к истиранию и старению, морозостойкие).

Наиболее распространенный сортамент резиновых изделий включает:

– резину техническую листовую – для изготовления прокладок, уплотнителей, амортизаторов;

– шнур резиновый (круглый, прямоугольный) – для уплотнителей стекла в кабинах комбайнов и тракторов;

– ленты резинотканевые (состоят из тканевого сердечника и резиновой обкладки рабочей и нерабочей поверхности) – для транспортеров;

– ремни приводные клиновые, состоящие из кордткани или кордшнура, оберточной ткани и резины, свулканизированных в одно изделие;

– рукава (шланги) резинотканевые гибкие – для перекачивания под давлением масла в гидравлических системах сельхозмашин.

Изготовление деталей из резины на заводах сельхозтехники экономически нецелесообразно. Их обычно получают с заводов резинотехнических изделий, производя ограниченную обработку (например, раскрой листовых материалов, шлангов и т.п.).