1. Физико-технологические основы получения композиционных материалов

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку: компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, называют матрицей; компонент прерывный, разделенный в объеме композиционного материала, считают армирующим или упрочняющим.

В качестве матриц в композитах могут быть использованы металлы и их сплавы, а также полимеры органического или неорганического происхождения, керамические, углеродные и другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные характеристики: плотность, удельную прочность, рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию агрессивных сред.

Армирующие компоненты равномерно распределены в матрице. Они, как правило, обладают высокими прочностью, твердостью и модулем упругости, превосходящими эти показатели у матрицы.

Свойства композиционных материалов зависят не только от физико-химических свойств компонентов, но и прочности связи между ними. Обычно компоненты выбирают со свойствами, значительно отличающимися друг от друга. Высокая надежность в работе конструкций из композиционных материалов связана с особенностями распространения в них трещин. В обычных сплавах трещина развивается быстро, и скорость роста ее в период работы детали возрастает. В композиционных материалах трещина обычно возникает и развивается в матрице и, встречая на своем пути армирующий элемент, прекращает свое развитие.

Выбор метода получения композиции из различных сочетаний матрицы и армирующего компонента определяется рядом факторов: размерами, профилем и природой исходных материалов матрицы и упрочнителя; возможностью создания прочной связи на границе раздела матрица-упрочнитель; возможностью получения равномерного распределения упрочнителя в матрице; возможностью совмещения процессов получения композита и изготовления из него деталей; экономичностью процесса.

Комбинированные заготовки. При изготовлении заготовок сложной конфигурации значительный экономический эффект дает изготовление отдельных элементов заготовки прогрессивными методами (штамповка, отливка, сортовой и фасонный прокат) с последующим соединением этих элементов сваркой или другими способами. В сельскохозяйственных машинах сварку применяют: при изготовлении рам, колес, и т.д.

Изготовление резиновых деталей и полуфабрикатов

Резины - это пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящийся в высокопластическом состоянии.

В качестве связующих используются натуральные и синтетические каучуки, обладающие высокой пластичностью. Чистый каучук, ползущий даже при комнатной температуре не может применяться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучук вводят специальные химические вещества - вулканизаторы.

Получаются резины различной твердости - мягкие, средней твердости, твердые.

Технология приготовления резиновых смесей состоит из ряда операций: подготовки ингредиентов, смешивания и получения полуфабрикатов требуемой формы. Подготовка ингредиентов включает нарезание каучука на куски и пластифицирование путем многократного пропускания через нагретые до 40-500С валки. Смешивание проводят в резиносмесителях или на вальцовочных машинах. Полученная масса подвергается каландированию на специальных машинах - каландрах. В результате получается сырая резина в виде листов или лент определенной толщины. Эти листы наматывают на деревянные бобины, на которых они могут храниться при 5-200С до 3-6 месяцев.

Из сырой резины методами прессования и литья под давлением изготавливают детали требуемой формы и размеров. Прессованием получают детали из сырой резины в специальных прессформах на гидравлических прессах, как в холодном, так и в горячем состоянии. В последнем случае вулканизация протекает одновременно с формовкой. Этим способом можно получить кольца, муфты и другие изделия.

Более прогрессивным методом является литье под давлением, в котором форма заполняется предварительно разогретой пластичной сырой резиновой смесью под давлением 30-150 МПа. Прочность резиновых изделий увеличивают армированием стальной проволокой, сеткой, капроном и другими материалами.

Завершающей стадией является вулканизация, обеспечивающая повышение прочности и упругости резины.

Литейное производство.

Сущность литейного производства.

Литейное производство - отрасль машиностроения, изготавливающая заготовки или детали (отливки) заливкой расплавленного металла (расплава) заданного химического состава в полость литейной формы, имеющей конфигурацию отливки. При охлаждении, расплав затвердевает и сохраняет конфигурацию полости формы. Литьем можно изготавливать изделия очень сложной конфигурации, которые другими видами обработки - ковкой, штамповкой, сваркой - получить трудно или невозможно.

Роль литья в машиностроении и перспективы его развития.

Литейное производство является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Литейное производство России является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Перспективы развития литейного производства определяются потребностью в литых заготовок, их динамикой производства, авторитетом литейных технологий и конкурентной способностью среди развитых зарубежных стран. Литейное производство в России занимает лидирующее положение среди таких заготовительных баз машиностроения, как сварка и кузница.

Понятие об отливках.

 Отливка-заготовка изделия, реже  готовое изделие, полученное при заливке жидкого материала в литейнуюформу , в которой он затвердевает. О. подразделяются на полуфабрикаты  чушки,предназначенные для последующей переплавки, слитки, обрабатываемые давлением; фасонные О.,подвергаемые, как правило, обработке резанием; готовые изделия, которые только очищаются илиокрашиваются. Материалами для О. могут быть любые металлы и их сплавы, а также горные породы,шлаки, стекло, пластмассы и т.п.

Литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка, ликвация.

Жидкотекучесть - это способность жидких металлов и сплавов течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить рельеф отливки. Жидкотекучесть сплава зависит от :

1)температурного интервала кристаллизации;

2)температуры заливки и формы;

3)свойств формы;

4)вязкости;

5)Поверхностного натяжения расплава;

Усадка - это свойство литейных сплавов уменьшаться в объеме и линейных размерах при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. На величину усадки влияют, прежде всего, химический состав сплава, температура заливки и свойства литейной формы. С повышением температуры заливаемого сплава усадка отливки увеличивается. Различают линейную и объемную усадку.

Линейная усадка -это уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры заливки до температуры окружающей среды:

Объемная усадка - это уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме

Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, трещин и короблений.

Усадочные раковины- сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки ,затвердевающих последними.

Усадочная пористость – рассредоточенное скопление пустот, образовавшихся в отливке в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевают последними без доступа к ним расплава.

Предупредить образования усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных или внутренних холодильников.

Ликвация - это неоднородность химического состава по сечению отливки. Ликвация возникает в процессе затвердевания отливки из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его жидкой и в твердой фазах. Чем больше это различие, тем неоднороднее распределяются компоненты.

Литейная технологическая оснастка.

Технологическая оснастка литейного производства - средства технологического оснащения, дополняющие литейное технологическое оборудование для выполнения определенной части процесса получения отливок. К литейной оснастке по ГОСТ 17819-84* относятся литейные формы, стержни, модели и другие средства технологического оснащения.

Литниковая система

Литниковая система — это совокупность каналов и элементов литейной формы, предназначенных для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании. Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша (в кокилях воронка), стояк, шлакоуловитель (в кокилях литниковый ход), питатель, выпор или прибыль.

Литниковая чаша — элемент литниковой системы для приемки и подачи расплава в форму; ослабляет динамический напор свободно падающей струи расплава, уменьшает или полностью предотвращает разбрызгивание расплава, снижает скорость течения расплава в каналах литниковой системы, частично задерживает шлаки и другие неметаллические включения. Для задержки шлака на дне литниковой чаши устраивают один или два порога, перегородку, иногда отверстия стояка в литниковой чаше перекрывают сеткой. Сетка может быть керамической, выполненной из песчаной смеси в виде сухого стержня, или из термостойкой ткани.

Стояк — элемент литниковой системы для подачи расплавленного металла из литниковой чаши (или воронки) к другим элементам системы или непосредственно в рабочую полость формы. Стояк выполняют в стержне (рис. 7, б) или кокиле (рис. 7, г) вертикально или наклонно, иногда в кокилях (рис. 7, е) в виде изогнутого канала, особенно при литье цветных сплавов для снижения скорости течения расплава.

Шлакоуловитель — элемент литниковой системы для задержания шлака и подачи расплавленного металла от стояка к питателям. В литниковых системах для литья в кокили вместо шлакоуловителя применяют в основном литниковый ход.

Литниковый ход — элемент литниковой системы для подачи расплавленного металла к питателям или непосредственно в полость формы. Литниковый ход шлака не задерживает, имеет, как и шлакоуловитель, трапецеидальное и реже круглое поперечное сечение, размещается в горизонтальной плоскости в стержне или стенках (а) кокиля по их разъему.

Питатель— элемент литниковой системы для подвода расплавленного металла в полость литейной формы от стояка, шлакоуловителя или литникового хода. Питатель выполняют в виде короткого канала, который в поперечном сечении имеет трапецеидальную и реже круглую, овальную или щелевидную форму.

Выпор— элемент литниковой системы для вывода газов из полости, контроля заполнения формы расплавом и, в некоторых случаях, для питания отливки при ее затвердевании. Заполнение формы расплавом определяют по появлению его в верхней части выпора.