3.1.5.2. Цветные металлы

Алюминий (Al) _В =90 МПа; =2700 кг/м³.

Стоек: к HNO₃ до 3% и крепче 80%; муравьиной кислоте до 10% (при обычной температуре); уксусной кислоте без кипения; фенолу; H₂SO₃; H₂S; NH₄OH.

Не стоек: к HCl и хлоридам; H₂SO₄; HF; меланжу; щелочам.

Применение: литейные сплавы (силумин) – литые детали насосов.

Никель (Ni) _В =350 – 770 МПа; =8900 кг/м³.

Стоек: к щелочам до 400ºC (растворы и расплавы); растворам минеральных солей; органическим кислотам.

Не стоек: к минеральным кислотам при повышеных температурах и в присутствии окислителей; растворам солей-окислителей(FeCl₃, CuCl₂); к морской воде; щелочным растворам гипохлоритов.

Применение: реакторы для расплавления щелочей и щелочного плавления сульфонатов; плакирование стали; покрытия электрохимические; разнообразные сплавы.

Медь(Cu) _В =180 – 450 МПа; = 8960 кг/м³.

Стойкá: к щелочам; муравьиной кислоте (без О₂); уксусной кислоте; щавелевой кислоте; HF; H₂SO₄ (без О₂); солям основного характера; атмосфере (покрывается патиной); морской воде.

Не стойкá: к NH₃; HNO₃; меланжу; HCl>10%; окислителям; солям кислого характера; H₂S.

Применение: теплообменная аппаратура, арматура, инструмент, сплавы (методы обработки – сварка, пайка, литьё, штамповка).

Свинец (Pb) _В =18 МПа;  =11300 кг/м³.

Стоек: к H₂SO₄ до 80%(150⁰C); разбавленной HCl и HF; H₃PO₄; SO₂, H₂S,

Cl₂ (сухим и влажным); меланжу; HCrO₄.

Не стоек: к концентрированной HCl; HNO₃; HF (газ);

к муравьиной кислоте и формалину; щелочам и солям щелочного характера.

Применение: трубы и змеевики из свинцовых труб; защита аппаратов и мешалок; прокладки.

Цинк (Zn) и олово (Sn)

До недавнего времени применялись для защиты тонколистовых черных металлов (тара) – изготовляли оцинкованные и лужённые (оловом) барабаны для упаковки коррозионно-активной химической продукции.

3.1.5.3. Редкие металлы

Титан (Ti) _В =450 – 600 МПа;  =4500 кг/м³.

Стоек: к органическим кислотам (кроме муравьиной и щавелевой)

окислительным средам; растворам солей; морской воде.

Не стоек: к Cl₂ и Br₂; конц. HNO₃; HCl любой концентрации; H₂SO₄; водной HF.

Применение: для облицовки или изготовления реакторов; для изготовления насосов, арматуры; трубы - для изготовления змеевиков и трубчаток (t_экспл ≤ 350˚С)

Сплавы: (40% Ti + 20% Ta) и (60% Ti + 40% Mo) стойки в горячей H₂SO₄, H₃PO₄, HCl, щавелевой кислоте, водных растворах AlCl₃.

Тантал (Ta) σ_В = 320 – 460 МПа;  =16600 кг/м³.

Весьма химстойкий, но дорогой и тяжёлый Me.

Стоек: к растворам электролитов и минеральных кислот (кроме HF); Br₂; Cl₂; органическим кислотам (уксусная кислота); к HNO₃; царской водке.

Не стоек: к олеуму, HF, H₂SiF₆, щелочам.

Применение: для футеровки стальной аппаратуры и изготовления нагревательных элементов; получение различных сплавов.

Цирконий (Zr) σ_В =240 МПа;  =6500 кг/м³.

Стоек: к HNO₃; H₂SO₄ до 60% и до 100˚C; HCl вплоть до кипения; NH₃ до 1000˚C; растворам и расплавам щелочей; H₃PO₄ (≤55%) до кипения.

Не стоек: к H₃PO₄ (при нагревании) >55%; к H₂SO₄>60%.

Применение: для футеровки или изготовления аппаратуры (переменные рН), теплообменных устройств, для изготовления сплавов с другими Ме (Zr+Sn=циркаллой-2).

3.2. Применение пластмасс и синтетических смол

Товарные (готовые) пластмассы (П) и полуфабрикатные синтетические смолы (СС или олигомеры) в настоящее время применяются во всех технических направлениях (см. классификацию КМ по применению).

3.2.1. Применение пластмасс и синтетических смол (олигомеров) в качестве конструкционных материалов

В качестве материалов, обладающих достаточной механической прочностью, пластики и связующие (олигомеры) применяются в производстве изделий (и деталей) законченной формы и полуфабрикатов – пленок, листов и труб. На производство изделий законченной формы и полуфабрикатов указанных видов в развитых странах расходуются от 60 до 80% общего объема потребления П и СС. В количественном выражении это составляет 50 – 60 млн. тонн в год. Современную структуру потребления П и СС в качестве КМ можно представить в следующем виде (в % от общего объема потребления):

• машиностроение 20 – 25

• производство строительных материалов и строительство 17 – 20

• производство тары и средств упаковки 20 – 25

• производство товаров широкого потребления 12 – 15

• сельское хозяйство 5

• остальные сферы потребления 15 – 20

В результате применения пластмасс в качестве конструкционного материала для машиностроения достигаются следующие положительные эффекты:

• коренное улучшение параметров машин;

• удешевление методов производства машин;

• снижение металлоёмкости конструкций машин;

• ускорение и удешевление технической подготовки производства новых машин.

Для производства деталей машин, предназначенных для работы в жёстких условиях (при знакопеременных нагрузках и температуре 100–200С), применяются пластики инженерно-технического назначения: конструкционные термопласты и армированные реактопласты.

К числу конструкционных термопластов в настоящее время относятся: полиформальдегид (формула 1); алифатические полиамиды (2а и 2б); полиэтилен- и полибутилентерефталаты (3а и 3б); поликарбонаты (4); политетрафторэтилен (5); полисульфон (6); полифениленоксид (7); АБС-пластики (8) и др.:

За исключением АБС-пластика все перечисленные конструкционные термопласты являются линейными полярными кристаллическими полимерами с высокой прочностью и теплостойкостью. Физико-механические свойства ряда конструкционных термопластов приведены в табл. 6.

Таблица 6

Физико-механические свойства конструкционных термопластов

№	Показатель свойств	Величина показателя для пластика
		ПФА	ПК	ПЭТФ	ПА-6	АБС
1	Плотность, кг/м3	1400	1200	1400	1100	1050
2	Прочность при растяжении, МПа	65-70	60-70	100-180	55-70	35-60
3	Модуль упругости, МПа	4200	2300	3500	800-1000	1500
4	Относительное удлинение при разрыве, %	20-40	20-100	> 50	100-150	30-35
5	Удельная ударная вязкость, кДж/м2	75-130	120-140	70-90	100-130	80-100
6	Твёрдость по Бринеллю, МПа	200-250	150-160		100-120	80-150
7	Теплостойкость по Вика, C	160-170	164-166	235	200	75-80

Механическую прочность конструкционных термопластов можно увеличить в 2 – 3 раза путём введения в них стеклянных волокон (до 30% от массы полимера). Механическую прочность термореактивных пластмасс (реактопластов) повышают путём введения в полимеры волокнистых или слоистых наполнителей (армирующих наполнителей). В качестве волокнистых наполнителей применяют как органические (хлопчатобумажные, вискозные, полиамидные и полиэфирные), так и неорганические (стеклянные, асбестовые, углеродные, борные) волокна. В качестве слоистых наполнителей применяют ткани из органических (текстиль) и неорганических волокон (стекло- и асботкани), бумагу, древесный и стеклянный шпон.

Отечественные материалы с волокнистыми наполнителями часто называют волокнитами, а с тканевыми наполнителями – текстолитами. На неорганическую природу волокон указывает приставка в названии материала: асбоволокнит, стеклотекстолит, боропластик и т.д. (Подробнее см. разд. 3.7.2.).

В качестве связующих при получении армированных реактопластов чаще всего применяют фенолоформальдегидные и эпоксидные олигомеры и ненасыщенные полиэфиры (также относительно небольшой молекулярной массы). Пластмассы на основе фенолоформальдегидных связующих называются фенопластами; величины основных показателей ряда фенопластов приведены в табл. 7.

Рекомендации по проектированию и применению пластмассовых деталей и изделий для машиностроения приводятся в разделе "Приложения".

Таблица 7