
9. Какие алюминиевые сплавы относятся к жаропрочным?
-
Обозначение и применение магниевых сплавов.
-
Обозначение и применение титановых сплавов.
-
Какие сплавы относятся к баббитам?
Глава 10. Неметаллические материалы
10.1. Общая характеристика
Согласно современным научным воззрениям, не только органические, но и многие неорганические неметаллические материалы имеют полимерное строение. Ковалентные и ионные химические связи в полимерных материалах исключают наличие в объеме тела подвижного электронного газа, образующего металлическую связь и легко переносящего тепловую и электрическую энергии. Поэтому одним из основных отличий большинства неметаллических материалов от металлов, сплавов и графита (имеющего также металлическую связь между плоскостями кристаллической решетки) является их тепло-и электроизоляционные свойства. Исключение составляют электропроводящие композиты.
Другим важнейшим отличием основной массы неметаллических материалов от металлов и сплавов является существенно меньшая их плотность: для органических материалов (пластмасс и резин) - вдвое ниже плотности алюминиевых сплавов, а для неорганических (стекла, фарфора, асбеста) - почти вдвое ниже плотности титановых сплавов.
Благоприятным для неметаллических материалов оказывается также сравнение методов и стоимости их переработки в изделия с методами обработки и стоимостью металлов. Получение деталей из неметаллических материалов в большинстве случаев сводится к пластической деформации исходной сырой композиции или расплава и закреплению полученной формы последующей термообработкой или охлаждением. Такая практически лишенная отходов технология (коэффициент использования материала 0,89...0,95) выгодно отличается от технологии получения металлических деталей путем механической обработки заготовок - весьма трудоемкой, малопроизводительной и сопровождающейся значительными отходами (коэффициент использования материала иногда составляет 0,5...0,6). При замене черных металлов литьевыми пластмассами трудоемкость процесса снижается в 5.6 раз, а себестоимость - в 2... 6 раз; при замене дефицитных цветных и черных металлов и полуфабрикатов
(труб, тонкого листа) органическими полимерами себестоимость изделия снижается в 4... 9 раз.
По назначению неметаллические материалы, применяемые в машиностроении, могут быть подразделены на две группы: конструкционные и специальные.
Конструкционные - это материалы, из которых изготавливают отдельные элементы и узлы приборов, машин, несущих и передаточных устройств. Эта группа объединяет материалы, находящиеся в твердом агрегатном состоянии и отличающиеся явно выраженными упруго-эластическими свойствами (большинство пластмасс, древесина, резина и керамика).
Специальные материалы имеют прикладное значение относительно конструкционных и представляют собой различные жидкие, твердые и газообразные неметаллические материалы. Применяются они в машиностроении в качестве хладагентов, теплоносителей, элементов топлив, масел, смазок, мягчителей, пластификаторов, клеев, герметиков, лаков, эмалей, красок и т. д.
Химическая природа неметаллических материалов, т. е. принадлежность к органическому или неорганическому типу, во многом определяет их свойства и области применения. Так, в большинстве случаев материалы органического происхождения, состоящие преимущественно из атомов углерода, связанных с водородными атомами и с атомами некоторых других элементов (O, N, S, Cl, F и т. п.), являются весьма технологичными (доступны и просты в переработке) и имеют относительно низкую плотность, повышенные тепло-, звуко- и электроизоляционные свойства, избирательную стойкость к агрессивным средам и растворителям. В то же время они, как правило, горючи и обладают сравнительно невысокими механической прочностью и устойчивостью к радиационной, термической и термоокислительной деструкции.
К неметаллическим материалам неорганической природы относятся разновидности кремнезема и его модификации, оксиды металлов, силициды, бориды, нитриды, а также алмазы, графит и некоторые другие материалы. Они отличаются негорючестью, устойчивостью к нагреву и различным агрессивным средам (включая органические растворители), повышенными жесткостью и плотностью, но меньшей технологичностью по сравнению с органическими материалами.
Подобная обобщенная характеристика неметаллических материалов не исключает существенных отклонений от вышеизложенных свойств. Так, например, наиболее химически стойким из известных в настоящее время промышленных материалов является политетрафторэтилен (фторопласт-4) - полимер органической природы. Такие материалы неорганического типа, как ситаллы, в отличие от других кремнеземных материалов, обладают относительно высоким сопротивлением ударным нагрузкам, пониженной хрупкостью и щелоче-стойкостью.
К числу наиболее распространенных перспективных для машиностроительной техники неметаллических материалов могут быть отнесены пластические массы и резины, древесные материалы, клеи, лаки и герметики (органический тип), а также материалы на основе асбеста, стекла и керамики, углеграфиты, алмазы и некоторые другие неорганические материалы.
Происхождение неметаллических материалов и связанные с ним условия их получения и переработки во многом определяют технико-экономические показатели и возможности их практического использования. По происхождению они подразделяются на природные, искусственные и синтетические.
К природным неметаллическим материалам относятся древесина, растительные волокна, натуральный каучук, сырые кожи, ископаемые материалы (асбест, слюда, природные графиты, алмазы, битумы и др.).
Искусственные неметаллические материалы, как правило, получают из природных полимеров путем соответствующей химической обработки. Наиболее распространенными представителями этой группы материалов являются различные модификации древесной и хлопковой целлюлозы, бумажные и текстильные материалы, пластмассы на основе сложных и простых эфиров целлюлозы, полимерные белковые соединения (казеин, столярный клей), некоторые разновидности асботехнических и углеграфитовых материалов.
Синтетические неметаллические материалы в большинстве случаев получают из более простых (обычно низкомолекулярных) соединений в процессе химических, физико-химических и термохимических превращений. К этой группе относятся синтетические полимеры и эластомеры органического и элементоорганического типов, лежащие в основе синтетических волокон, пластмасс, резин, клеев, лаков, герметиков и т. д., искусственные алмазы и графиты, бескислородная керамика, силикатные стекла, ситаллы и др.