Титан и его сплавы

Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозийной стойкостью, удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, свариваемость. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере; широко распространено вакуумное литьё, в частности вакуумно-дуговой переплав с расходуемым электродом.

Легирующие элементы влияют на эксплуатационные св-ва титана. Так, Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si повышают его прочность, но снижают при этом пластичность и вязкость. Al, Zr, Mo увеличивают жаропрочность, a Mo, Zr, Nb, Ta, Pd – коррозийную стойкость. Титановые сплавы классифицируют по технологии производства (деформируемые, литейные, порошковые), по физико-химическим, в том числе механическим, свойствам. ( высокопрочные, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные, коррозийно стойкие).

Из сплавов титана изготавливают: обшивку самолётов, морских судов, подводных лодок, корпусы ракет и двигателей, диски и лопатки стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей, грибные винты, баллоны для сжиженных газов. Ёмкости для агрессивных химических сред.

Неметаллические материалы.

Неметаллические материалы находят все возрастающее применение в машиностроении и в различных отраслях техники. Достаточная прочность, жесткость, эластичность при низкой плотности, химическая стойкость во многих агрессивных средах, уровень диэлектрических свойств при их технологических делают неметаллические материалы незаменимы. По происхождению неметаллические материалы различают природные, искусственные и синтетические. К природным, например, относятся такие органические материалы, как натуральный каучук, древесина, смолы (янтарь, канифоль), хлопок, шерсть, лен и др. неорганические природные материалы включают графит, асбест, слюду и некоторые горные породы. Искусственные органические материалы получают из природных полимерных продуктов (вискозное полотно, целлофан, сложные и простые эфиры, целлюлозы). Синтетические материалы получают из низкомолекулярных соединений. Именно в искусственных и синтетических материалах возможно проектировать и комбинировать свойства исходных веществ с целью получения заданных свойств конечного продукта и готовых изделий. В результате синтетические неметаллические материалы вытесняют природные и являются наиболее распространенными.

Пластмассы — это большая группа искусственных материалов, по­лученных на основе синтетических или природных высокомолекуляр­ных соединений (смол).

Пластмассы делятся на простые и сложные (композиционные). Простые пластмассы в основном состоят из чистых смол, а сложные — из связующего вещества, наполнителя, пластификаторов, красителей, смазывающих веществ, катализаторов и других специальных добавок. В качестве связующего вещества применяют различные природные и синтетические смолы, битум, асфальт, цемент. В качестве наполните­лей применяют древесную муку, хлопчатобумажные и льняные во­локна, древесный шпон, асбестовое и стеклянное волокно, мелко на­резанную ткань и бумагу, мел, гипс, графит, каолин, воск, глицерин, мыло и др. Для увеличения пластичности и текучести пластмассы ис­пользуют пластификаторы. Обычно пластмассы содержат 1—2% сма­зывающих веществ, основное назначение которых — устранить прили­пание связующих веществ к прессформе, В качестве смазывающих веществ применяют воск, стеарин, трансформаторное масло и др. Кра­сители окрашивают пластмассу в необходимый цвет; для крашения применяют охру, додалин, нигрозин, зеленый бриллиант и т. д.

Пластмассы в зависимости от входящих компонентов делятся на следующие виды: пресспорошки, волокниты, слоистые и литьевые пластики и листовые термопластмассы. Пресс-порошками называются пластмассы, полученные из порошкообразных исходных материалов (древесной муки, молотого кварца, молотой слюды, асбеста). Волокнитами называются пластмассы, полученные из волокнистых исходных материалов (хлопчатобумажных, стеклянных, асбестовых и др.). Слоистыми называются пластмассы, полученные из исходных материа­лов в виде ткани или бумаги (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс).

Литьевыми пластиками называются пластмассы, состоящие толь­ко из одного компонента — смолы, по типу которой они и классифици­руются. Листовые — это пластмассы, в состав которых кроме смолы входят еще в небольшом количестве пластификаторы и стабилизаторы (органическое стекло, винипласт).

В зависимости от связующего вещества различают фенопласты, аминопласты и эпоксипласты. От того, как ведет себя связующее ве­щество при нагреве, пластмассы делятся на термопластические и тер­мореактивные. Термопластические пластмассы обладают свойством при нагревании размягчаться и плавиться, а после прессования при охлаждении твердеть, не теряя способности к растворению и повтор­ной переработке. Термореактивные пластмассы обладают свойством при нагреве до определенной температуры вступать в химическую ре­акцию. Они являются необратимыми и повторному формированию не поддаются, поэтому бракованные детали после измельчения исполь­зуются как наполнители при производстве пресспорошков.

Пластмассы применяют во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении имеют широкое применение конструкционные пластмассы. Из них изготовляют различные детали машин. Ниже да­ется краткое описание основных промышленных типов пластмасс, имеющих распространение в машино- и приборостроении.

Полистирол — прозрачный бесцветный полимер с высокой водо­стойкостью, стойкий к агрессивным средам, радиоактивному излуче­нию и обладает высокими электроизоляционными свойствами. Наряду с хорошими механическими свойствами полистирол удачно сочетает в себе низкую плотность, твердость и другие качества, в результате чего его широко применяют в высокочастотных установках, в радиотех­нике, в химическом аппаратостроении. К недостаткам полистирола от­носятся хрупкость, малая теплостойкость (80° С) и др.

Полиэтилен — наиболее легкая термопластическая пластмасса, полученная полимеризацией газообразного этилена. Полиэтилен об­ладает высокой кислотостойкостью, диэлектричностью, прочностью, имеет достаточную твердость и эластичность, которая сохраняется и при температурах до —60^o С. Полиэтилен применяют в основном как изоляционный материал для высокочастотных кабелей, деталей радио­аппаратуры в виде тонких пленок (до 0,04—0,05 мм), изоляционных прокладок, упаковочного и защитного материала, изготовления водо­проводных и нефтепроводных труб, емкостей, работающих в агрессив­ных средах. Кроме того, из него изготовляют зубчатые колеса в при­борах и станках при небольших нагрузках. Хорошая твердость, полупрозрачность, нетоксичность и инертность позволяют применять поли­этилен для изготовления небьющейся посуды.

Фторопласт-4 — материал с исключительно высокими диэлектри­ческими свойствами, совершенно не смачивается водой и не набухает, обладает высокой термической и химической стойкостью, по стойкости к агрессивным средам превосходит золото и платину. Твердость фто-ропласта4 невысокая. Он текуч на холоде, и поэтому его используют для изготовления деталей методом холодной прессовки с последующим спеканием. Фторопласт-4 используют как изоляционный материал в технике сверхвысоких частот и для изготовления химически стойких деталей. Тонкие пленки (0,02—0,04 мм) используют для пазовой изо­ляции электрических машин и для изготовления пленочных конденса­торов.

Фторопласт-3 при нагреве размягчается и плавится, на холоде те­кучесть отсутствует; он обладает высокими механическими характе­ристиками по сравнению с фторопластом-4. Фторопласт-3 перерабаты­вают в детали методом горячего прессования, пресслитьем, шприце­ванием; используется в технике для изготовления особо ответственных деталей как связывающий материал и для изготовления сложных дета­лей (каркасов, катушек индуктивности и др.).

Полиамид— износостойкий материал с плотностью 1130 кгс/м² и температурой размягчения 240—260° С. Этот материал обладает вы­сокой стойкостью к действию кислот, щелочи, углеводородов и масел; используется для изготовления зубчатых колес, деталей счетных ма­шин и других трущихся деталей. Детали из полиамида в 2—3 раза лег­че и дешевле, чем детали из оловянного сплава.

Капрон — твердое вещество белого или светло-желтого цвета, по­лучен в результате поликонденсации капролактана. Капроновые дета­ли имеют высокую поверхностную твердость и прочность на изгиб и удар, обладают малым коэффициентом трения скольжения и малым из­носом, стойкие по отношению к жирам, маслам и щелочам. К недостат­кам капрона следует отнести значительную усадку (до 2%) и склон­ность к старению при повышенных температурах. Капрон применяют для изготовления износостойких деталей, а также используют как изоляционный материал для изготовления арматуры, каркасов и т. д. Винипласт — продукт, полученный из полихлорвиниловой смолы, жесткий, стойкий по отношению к воде, спирту, минеральным маслам, почти всем щелочам и кислотам, хороший диэлектрик. Светочувстви­тельность и склонность к ползучести в нормальных условиях являют­ся его недостатком.

Винипласт применяют в химической промышленности для изготов­ления деталей, подвергающихся действию агрессивных веществ, так как он имеет высокую стойкость к действию кислот, щелочей, раство­ров солей, бензина, смазочных веществ и т. д. Листы и трубы из ви­нипласта используют как футеровки ванн и резервуаров, а также для изготовления типографского шрифта, клише и других изделий.

При специальной обработке пластификаторами и веществами, об­легчающими растворимость смол, получается эластичный материал — поливинилхлоридовый пластикат. Из него изготовляют плащи, клеенки, различные прокладочные и подстилочные материалы. Вини­пласт и пластикат можно сваривать.

Полиметилметакрилат (плексиглас или органическое стекло) яв­ляется продуктом переработки сложных органических соединений полиметакриловых смол. Это прозрачный изоляционный материал, хо­рошо противостоящий ударам, в 2 раза легче обычного силикатного стекла, обладает достаточной твердостью и прочностью, антикорро­зионными свойствами и стойкостью к многим минеральным и органи­ческим растворителям. К его недостаткам следует отнести низкую теп­лостойкость. Полиметилметакрилат применяют для остекления при­боров, аппаратуры, изготовления печатных схем.

Волокниты — это пластмассы, полученные специальной обработ­кой волокнистых наполнителей и термореактивной смолы. Изделия из волокнита прессуются горячим прессованием на основе таких напол­нителей, как хлопчатобумажные, асбестовые и стеклянные волокна с фенолформальдегидными, анилиноформальдегидными, меламинофор-мальдегидными, полисилоксановыми и другими смолами — связую­щими веществами. Волокниты обладают повышенной удельной удар­ной вязкостью.

В зависимости от наполнителя различают волокнит (хлопковые очесы), асбоволокнит (асбестовое волокно), стекловолокнит (стеклян­ное волокно). Волокниты применяют для изготовления деталей ма­шин, работающих на удар, а асбестоволокниты используют для дета­лей с высокой теплостойкостью (200—250° С) и хорошими фрикцион­ными свойствами, как, например, тормозные колодки, фрикционные муфты, диски сцепления и т. д. Детали из стекловолокнита коррози-онностойки ко многим агрессивным средам, водо- и теплостойки (350°С) и обладают высокими электроизоляционными свойствами. Из стеклово­локнита изготовляют детали, работающие как диэлектрики, корро-зионностойкие и высокопрочные трубы, маслоотсеки, кузова автомо­билей, лодки, вагоны.

Слоистые пластмассы — это материалы, изготовленные прессова­нием термореактивной смолы с листовыми наполнителями. В зависи­мости от наполнителя различаются текстолиты, асбестотекстолиты, гетинаксы, стеклотекстолиты и древеснослоистые пластики.

Текстолиты получают прессованием наполнителя (многослойной хлопчатобумажной ткани) совместно со связующим веществом, чаще всего бакелитом. Текстолит обладает высокими электроизоляционны­ми и фрикционными свойствами, износостойкостью. Промышленность выпускает текстолит в виде листов (толщиной 0,5—50 мм), плит и стержней. Его применяют для панелей аппаратов, для изготовления подшипников, зубчатых колес и других машин и приборов. На дета­лях из текстолита можно нарезать резьбу.

Асбестотекстолит в отличие от текстолита имеет наполнитель — асбестовую ткань, в результате чего материал приобретает повышен­ный коэффициент трения, высокую теплостойкость и способность вы­держивать большие давления. Основное назначение асбестотекстолита — использование в качестве теплоизоляционных облицовок для различных деталей машин специального назначения.

Гетинакс, или бакелитовая фибра, является слоистой пластмассой, в которой наполнителем является бумага. Гетинакс имеет хорошие диэлектрические свойства с удовлетворительной механической проч­ностью. Промышленность выпускает гетинакс в виде листов толщиной 0,2—50 мм. Его применяют для изготовления зубчатых колес, плит, прокладок, силовых панелей и т. п. и как изоляционный материал. Недостаток гетинакса — его гигроскопичность.

Стеклотекстолит — высокопрочная слоистая пластмасса, получае­мая так же, как и текстолит, только в качестве наполнителя исполь­зуют стеклянную ткань. Стеклотекстолит выпускают в виде листов толщиной 0,5—30 мм; применяют в общем машиностроении, электро-и радиотехнике для изготовления особо нагруженных деталей, так как этот материал обладает высокой прочностью, упругостью, тепло­стойкостью; это прекрасный диэлектрик.

Древеснослоистые пластинки отличаются от слоистых пластмасс тем, что у них наполнитель состоит из тонких листов лущеной древе­сины (древесного шпона), которые так же, как и пластмассовые напол­нители, соединены между собой синтетической смолой при высокой температуре и давлении.

Можно получить сополимеры с высокими теплоизоляционными свойствами и пористые пластики с высокими тепло- и звукоизоляцион­ными свойствами, которые не боятся влаги и мороза. Такие сравни­тельно новые промышленные материалы относятся к классу газонапол­ненных пластмасс. Пластмассы перерабатывают в изделия различными способами — это обычное листовое прессование, литье под давлением, выдувание, штамповка, сварка и обработка резанием. Выбор способа зависит от химических и физических свойств материалов, подлежащих переработке.