2. Выбор материалов

Выбор материалов – важный этап конструирования деталей, так как в нем закладываются многие показатели качества конструкции в целом: масса прибора, срок службы, прочность, стоимость и другие.

Для таких элементов устройства, как корпус, фланцы, стекло и уплотнения, материалы были назначены в предыдущем пункте. Это было связано с необходимостью проведения расчетов для подбора оптимальных размеров деталей. Так в качестве материала для корпусных деталей выбрана сталь 12Х18Н10Т, для стекла – жаропрочное (боросиликатное), а для уплотнения - кремнийорганическая резина.

Твердость стали 12Х18Н10Т составляет HB =179 МПа. Химический состав, механические и физические свойства представлены в таблицах 2.5, 2.6 и 2.7 соответственно.

Таблица 2.5 – Химический состав стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-2014 [27]),

в процентах

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	Ti	Fe
до 0,12	до 0,8	до 2	9-11	до 0,02	до 0,035	17-19	до 0,3	0,4-1	~67

Таблица 2.6 – Механические свойства стали 12Х18Н10Т при нормальных условиях

Предел текучести, σ0,2, МПа	Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	Относительное удлинение при разрыве, δ5, %	Относительное сужение, ψ, %	Ударная вязкость KCU при 20  C, Дж/см2
225-315	550-650	46-74	66-80	215-372

Таблица 2.7 – Физические свойства стали 12Х18Н10Т при нормальных условиях

Плотность, ρ, кг/м3	Модуль упругости при растяжении, E ·10-5, МПа	Теплопроводность, λ, Вт(м·°С)	Временное сопротив-ление при растяжении, σв, МПа	Удельное электросопро-тивление, R 109, Ом∙м
7920	1,98	15	150	725

Эта сталь применяется для производства деталей, работающих в качестве сварных аппаратов и сосудов, для разбавленных растворов азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворов щелочей и солей, а также работающих под давлением при температуре от -196 до +600 °С.

Сталь 12Х18Н10Т будет подходящим материалом как для штуцера, так и для сопел устройства. В первом случае будет обеспечена лучшая свариваемость между корпусом и штуцером, а во втором – работа при больших давлениях.

Химические и физико-механические свойства боросиликатного стекла представлены в таблицах 2.8 и 2.9 соответственно.

Таблица 2.8 – Химический состав боросиликатного (жаропрочного) стекла (ГОСТ EN 1748-1-1-2016 [28]),

в процентах

Диоксид кремния SiO2	Оксид бора B2O3	Оксид натрия Na2O	Оксид калия K2O	Оксид алюминия Al2O3	Прочие
70-87	7-15	0-8	0-8	0-8	0-8

Таблица 2.9 – Физико-механические свойства боросиликатного (жаропрочного) стекла при нормальных условиях

Плотность, ρ, кг/м3	Твердость по Кнупу, HK0,1/20, ГПа	Модуль упругости при растяжении, E ·104, МПа	Коэффициент Пуассона, μ	Коэффициент линейного расширения, α ·10-6, 1/К	Теплопроводность, λ, Вт(м·°С)	Показатель преломления света, n
2200-2500	4,5-6	6-7	0,2	3,1-6	1,5	1,5

Материал нашел свое применение в лабораториях: для производства колб, сосудов, пробирок и других изделий; как листовое стекло, применяемое в качестве перегородок, в оптической технике и при оснащении помещений защитными барьерами, а также в промышленных установках.

Кремнийорганическая резина обладает такими свойствами, как высокие тепло- и морозостойкость (от -60°C до +300°С), экологическая безопасность (нетоксична), высокая гибкость и долговечность (до 35 лет), высокая электрическая и механическая прочность, превосходные электроизоляционные свойства.

Среди технических характеристик резины можно отметить:

• Температурный диапазон: -60 – +300°С;

• Условная прочность при растяжении: 4–12 МПа;

• Относительное удлинение при разрыве: 200–1000 %;

• Твёрдость по Шору: 30–80 А;

• Сопротивление раздиру (разрушению): 6–40 кН/м.

Этот материал используется для изоляции и герметизации тепло- и газовыделяющего оборудования, бытовой и медицинской техники, светильников наружного и внутреннего применения, в качестве уплотнительных прокладок в промышленных установках и так далее.

Материалы крепежных элементов были выбраны следующие: болты выполнены по ОСТ 26-2037-96 [29] из стали 20ХН3А ГОСТ 4543-2016 [30]; гайки по ОСТ 26-2041-96 [31] из стали 20ХН3А ГОСТ 4543-2016.