3.2 Сплавы на основе меди и алюминия. Классификация, обозначение, достоинства и недостатки. Применение сплавов как конструкционных материалов в механических устройствах (упругие элементы, опоры).

Рассмотрим сплавы на основе меди и алюминия.

Медь относится к цветным металлам и широко применяется в виде прутков, листов и лент для изготовления деталей механизмов, что как правило весьма обосновано в связи с более высокой степенью стоимости деталей из цветных металлов и сплавов чем из стали и пластмасс.

Основными достоинствами меди (в чистом виде) можно считать высокую электро- и теплопроводность, хорошую обрабатываемость давлением. Она обладает небольшой прочностью и применяется для изготовления токопроводящих деталей. Наиболее распространены медные сплавы: латунь (легирующий элемент цинк), бронза (иные легирующие элементы).Легирующие элементы в марках медных сплавов обозначают следующими буквами: А – алюминий, Н – никель, О – олово, Ц – цинк, С – свинец, Ж – железо, Мц – марганец, К – кремний, Ф – фосфор, Т – титан.

Латуни разделяют на двойные (содержание цинка до 50%), марки таких латуней обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах (Л59); и многокомпонентные сплавы (первые цифры указывают на среднее содержание меди, последующие – легирующих элементов: ЛКС80-3-3 содержит 80% меди, по 3% кремния, свинца, а остальное – цинк).

Марки бронз и медно-никелевых сплавов начинаются соответственно с букв Бр и М, последующие же буквы и цифры указывают на наличие легирующих элементов и содержание их в процентах (БрОЦС 5-5-5: олово, цинк и свинец по 5%; МН19 медно-никелевый сплав, с 19% никеля).

Существуют следующие виды бронз:

– оловянистые, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и т.д.

Наиболее широко используются оловянистые, которые характеризуются высокой стойкостью против истирания, низким коэффициентом трения скольжения.

Все медные сплавы отличаются хорошей стойкостью против атмосферной коррозии, и в связи с этим латуни и бронзы часто используют в качестве конструкционных материалов. Латунь (в частности Л63) отличается высокой пластичностью, используется для изготовления токопроводящих и конструктивных деталей типа наконечников, втулок, шайб; ЛК80Л – для изготовления литых деталей.

Безоловянистые бронзы БрАЖ9-4, БрАМц9-2 обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами, хорошо обрабатываются, что позволяет использовать их при изготовлении небольших зубчатых и червячных колес, втулок, подшипников, скольжения, ходовых гаек в винтовых механизмах.

Оловянистые бронзы имею наилучшие антифрикционные свойства.

Бериллиевая бронза марки БрБ2 обладает высокой прочностью, упругостью, она немагнитна, стойка к морозу, действию пресной и соленой воды, хорошо сваривается и обрабатывается резанием. Как следствие она занимает особое место при изготовлении упругих элементов, ответственных деталей типа токоведущих пружинящих контактов, пружин, мембран.

Прочность медных сплавов (в частности латуней), ниже чем сталей, а коррозионная стойкость намного больше. Все латуни и большинство бронз кроме алюминиевых хорошо паяются.

Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Алюминий.

В чистом виде применяется редко, в связи с низкой прочностью, в отличие от сплавов, которые обладают малой плотностью, высокой электро- и теплопроводностью, коррозийной стойкостью и удельной прочностью. Различают деформируемые и литейные сплавы алюминия.

Рассмотрим деформируемые сплавы алюминия. Наибольшее распространение из них получили термически упрочняемые с помощью закалки и старения алюминиево-медно-магниевые (дуралюмины марки Д1, Д16) и алюминиево-магниевые сплавы (АМг6). Они обладают высокими механическими свойствами, выпускаются в виде прутков, листов, труб, фасонных профилей. Применяются для средненагруженных деталей: стойки, крышки, втулки и др. Также к деформируемым относится высокопрочный алюминиево-магниево-цинковый сплав В95, который используют для деталей с повышенными статическими нагрузками (валы, зубчатые колеса); спеченные алюминиевые сплавы, отличающиеся высокими прочностными свойствами:

– САП (спеченная алюминиевая пудра) – упрочняется дисперсными частицами окиси алюминия Al₂O₃, образуемой в процессе помола алюминиевой пудры в атмосфере азота с регулируемой подачей кислорода. Пудру брикетируют, спекают, подвергают деформации – прессованию, прокатке, ковке. Различают 4 марки САП (САП-1…САП-4).

– САС (спеченный алюминиевый сплав) – содержат до 25% кремния и 5% железа. Получают их распылением жидкого сплава, брикетированием полученных гранул и последующей деформацией. Применяют для изготовления высоконагруженных деталей и различных профилей.

Литейные сплавы алюминия распространены в основном в качестве сплавов алюминия с кремнием: силумины, обладающие хорошими литейными и средними механическими свойствами. Силумины марок АЛ-2, АЛ-4, АЛ-9 применяются для изготовления литьем корпусов, крышек, кронштейнов и др. сложных средненагруженных деталей.

Алюминий и его сплавы трудно паяются.

Алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

3.3 Неметаллические материалы. Виды свойства, применение термопластов и термореактивных пластмасс. Достоинства и недостатки пластмасс. Применение резины, бумаги, композиционных (зубчатые ремни) материалов.

Основным и наиболее распространенным неметаллическим материалом, является пластмасса – это есть материал, получаемый на основе природных или синтетических смол (полимеров), которые при определенной температуре и давлении приобретают пластичность, а затем затвердевают, сохраняя форму при эксплуатации.

Также кроме полимеров (связующих веществ) в состав пластмасс входят наполнители, пластификаторы, отвердители, красители.

Полимерами служат различные смолы, которые в период формирования деталей находятся в вязкотекучем (жидком) или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

Иные наполнители вводят в смолы для повышения механической прочности, теплостойкости, уменьшения усадки, снижения стоимости пластмассы. Наполнители могут быть в газовой (пенопласты), в твердой фазе, иметь органическое (целлюлоза, бумага, х/б ткань) и неорганическое происхождение (графитная, асбестовая и кварцевая мука, углеродное и стекловолокно, стеклоткань). От наполнителя существенно зависит механическая прочность пластмасс: пластмассы с порошкообразными, коротковолокнистыми, длиной 2—4 мм наполнителями, по прочности приближаются к дуралюмину, и некоторым сортам стали. Для деталей работающих в узлах трения широко применяется теплопроводящий наполнитель – графит.

Пластификаторы увеличивают текучесть, эластичность, уменьшают хрупкость пластмасс. Отвердители ускоряют процесс затвердевания, красители придают нужный цвет.

Различают по поведению при нагреве полимеров пластмассы на:

1) Термопластичные (термопласты) – полиэтилен, фторопласт, полистирол, полиамиды – имеют свойства обратимости, т.е. при повторных нагреваниях они переходят в пластическое или вязкотекучее состояние и им можно придать нужную форму, а затем они вновь затвердевают. Переход может осуществляться многократно без изменения химического состава. Легко формуются и надежно свариваются в изделия сложных форм, устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Свойства сильно зависят от температуры.

2) Термореактивные (реактопласты) – не переходят в пластическое состояние при повторном нагревании. Имею более высокие показатели по твердости, по модулю упругости, теплостойкости, сопротивлению усталостной прочности, чем термопласты. В зависимости от наполнителя различают монолитные (карболит), слоистые (текстолит, гетинакс) и композиционные пластмассы, где наполнителем используются волокна. Связующими являются эпоксидные, кремнийорганические и другие смолы.

Пластмассы являются хорошими электроизоляционными материалами, для их характерна высокая химическая и коррозионная стойкость, малая плотность и теплостойкость, отличаются достаточной прочностью и упругостью. Детали имеют блестящую и гладкую поверхность. Пластмассы в отличие от металлов подвержены тепловому, световому, атмосферному старению - процессу самопроизвольного необратимого изменения свойств; многие из них гигроскопичны.

К достоинствам большинства пластмасс можно отнести высокую технологичность, сокращающую длительность производственного цикла, и как следствие меньшую трудоемкость изготовления пластмассовых деталей в 5-6 раз выше чем металлических, что ведет к снижению себестоимости; высокий коэффициент использования материала ведет к снижению материалоемкости, и к уменьшению массы конструкции в 4-5 раз.

Из пластмасс изготавливают зубчатые и червячные колеса, шкивы, шкивы, подшипники, ролики, корпуса, зубчатые ремни, ручки управления и другие детали. Производство пластмасс развивается интенсивнее чем производство металлов, в связи с удешевлением изготовления, улучшения ряда основных параметров механизмов: уменьшение веса и инерционности звеньев, потерь на трение, повышение быстродействия.

Полиэтилен используется как коррозионностойкий материал для изготовления и футерования арматуры, изготовления отдельных деталей, уплотнительных колец, прокладок.

Капрон, пропилен, нейлон, текстолит, древеснослоистые пластики и другие пластмассы имеют в арматуре ограниченное применение.

Стекло, фарфор, диабаз плавленый, кислотоупорная керамика и графитные материалы успешно применяются для изготовления труб и некоторых деталей трубопроводной арматуры химических производств.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Техническая механика: Учеб. Пособие/В.М.Сурин. – Мн.: БГУИР 2004 г.

2. Прикладная механика: учеб. Пособие / В.М.Сурин. – 3-е изд., испр. – Минск: «Новое знание», 2008 г

3. Пронин Б. А., Ревков Г. А., Бесступенчатые клиноремённые и фрикционные передачи (вариаторы), 2 изд., М., 1967; Решетов Д. Н., Детали машин, 3 изд., М., 1974.

4. Юдкин В.С. Производство и литье сплавов цветных металлов. М., 1967–1971.

23