1.6.2.Машиностроительные материалы: чугуны, сплавы цветных металлов, пластмассы (Вопрос 10)

ЧУГУНЫ в качестве машиностроительных материалов имеют широкое применение. Различают серый чугун, в котором углерод частично находится в виде графита; белый, в котором углерод находится в виде цементита (Fe₃C); ковкий, получаемый из белого чугуна путем отжига.

Серый чугун – основной литейный машиностроительный материал. Он обладает хорошими литейными и вполне удовлетворительными механическими свойствами и из металлических отливок наиболее дешевый.

Для более ответственных чугунных деталей применяют модифицированный и высокопрочный чугун.

Белый чугун по сравнению с серым чугуном обладает худшими литейными свойствами: очень твердый и трудно поддается резанию. Поэтому этот чугун применяется для следующего вида деталей: работающие на износ (тормозные колодки железнодорожных вагонов), воздействие пламени и высоких температур (колосники), химическое воздействие (арматура химической промышленности).

КОВКИЙ чугун применяют для деталей, получаемых отливкой, на которые во время работы могут действовать ударные нагрузки (текстильное, сельскохозяйственное и железнодорожное машиностроение). В подшипниковых узлах трения применяют отливки из антифрикционного чугуна.

СПЛАВЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. Наибольшее распространение нашли сплавы меди, баббиты и легкие сплавы. Медные сплавы подразделяются на бронзы и латуни.

Бронзы подразделяют на оловянные, свинцовые, алюминиевые. Бронзы обладают высокими антифрикционными и антикоррозионными свойствами и поэтому широко применяются в узлах трения (вкладыши подшипников скольжения, червячные и винтовые колеса, гайки грузовых и ходовых винтов) и водяной, паровой, масляной арматуре.

Латуни в них основным легирующим элементом является цинк. Латуни разделяют на двойные (сплавы меди с цинком) и сложные. В сложных сплавах латуни кроме меди и цинка содержатся еще элементы: свинец, кремний, марганец, алюминий, железо, никель, олово. Латуни обладают хорошим сопротивлением коррозии, антифрикционными свойствами, электропроводностью, хорошими технологическими свойствами. Применяются: для изготовления проволоки, гильз, деталей электрической аппаратуры, деталей электрических машин.

БАББИТЫ – сплавы цветных металлов с высокими антифрикционными свойствами. Применяются для заливки вкладышей подшипников скольжения. Баббиты хорошо прирабатываются и допускают нормальную работу подшипников скольжения при значительных скоростях и давлениях. Различают высокооловянные баббиты, представляющие собой сплав олова с сурьмой и медью; оловянно-свинцовые; свинцовые. Высокооловянные баббиты применяют в подшипниках весьма мощных и ответственных машин, например в авиационных двигателях, прокатных станах паровых турбинах.

ЛЕГКИЕ сплавы имеют алюминиевую или магниевую основу; их плотность не более 3,5 г/см³.

Алюминиевые сплавы применяются в конструкциях самолетов, летающих на дозвуковых и умеренно сверхзвуковых скоростях. Широкое распространение алюминиевых сплавов объясняется высокими значениями их удельной прочности и хорошими технологическими свойствами. Примеры алюминиевых сплавов Д16, В95, АМг-6.

Магниевые сплавы при высоких значениях удельной прочности обладают сравнительно низкими значениями предела прочности, поэтому они используются для уменьшения веса в конструкции слабонагруженных деталей, например, для барабанов колес шасси, штурвалов, качалок, педалей управления. Основные недостатки магниевых сплавов: высокая стоимость, подверженность коррозии и воспламеняемость. Примеры магниевых сплавов: МА2, МА5.

Из литейных алюминиевых сплавов наиболее распространены силумины (АЛ-2, АЛ-4), т.е. сплавы, в которых кремния содержится до 20%. Из алюминиевых сплавов основное применение имеют дуралюмины – сплавы, содержащие алюминий, медь, магний и марганец. Главными потребителями легких сплавов являются авиационная и автомобильная промышленности.

ПЛАСТМАССЫ изготовляют из синтетических или природных высокомолекулярных смол (полимеры), в большинстве случаев с добавлением наполнителей, пластификаторов, красителей и других веществ, необходимых для придания определенных физических и механических свойств. Таким образом, пластмасса может представлять собой или чистую смолу, или композицию из смолы и ряда других компонентов. Широкое применение пластмасс объясняется тем, что отдельные её виды обладают целым рядом положительных свойств: малая плотность, удовлетворительная механическая прочность, химическая стойкость, хорошие фрикционные качества, высокие электроизоляционные свойства, шумопоглощающие и вибропоглащающие свойства. Из большого разнообразия пластмасс применяются: фенопласты, амидопласты, винипласты, фторопласты, стеклопластики.

РЕЗИНА изготовляется на основе натурального или синтетического каучука. Она допускает большие обратимые деформации, хорошо гасит колебания, хорошо сопротивляется износу и действию многих агрессивных сред и обладает высокими диэлектрическими свойствами. Из резины изготовляют шины, амортизаторы, упругие элементы муфт, ремни передач, уплотнения, электроизоляционные детали и т.п. Твердая резина, содержащая 40...60% серы, называется эбонитом. Его применяют в электрической промышленности.

КОЖА благодаря высокой прочности и эластичности применяется для изготовления ремней передач, амортизационных деталей муфт, манжет, прокладок, отделка салонов.

ГРАФИТ обладает хорошей электропроводностью и малой теплопроводностью, высокой температурной стойкостью (температура плавления около 3850ºС) и малым коэффициентом трения. Его применяют для изготовления электродов, огнеупорных изделий, вкладышей подшипников скольжения и других антифрикционных деталей, а также для смазки трущихся поверхностей деталей.