Материалы / Лекция 3_Материалы

Конструкционные материалы

Сплавы тяжелых цветных металлов

В конструкциях наиболее распространены медные и цинковые сплав и баббиты.

Медные сплавы

По сравнению с чистой медью медные сплавы имеют улучшенные конструкционные свойства, а потому более распространены. Обладают высокими антифрикционными и декоративными свойствам теплопроводностью, хорошо обрабатываются, но дороги. Сплавы подразделяются на бронзы и латуни.

Бронзы. Маркируются буквами Бр и буквенным обозначение дополнительных компонентов с последующими цифрами через тир показывающими среднее содержание этих компонентов в процента

Основные компоненты и их обозначение: олово (О), алюминий (А), берилли (Б), железо (Ж), кремний (К), марганец (Мц), никель (Н), свинец (С), цин (Ц), фосфор (Ф).

безоловянистые – свинцовистые, алюминиевые, бериллиевые и другие. Исключение олова безоловянистых бронзах (за исключением бериллиевой бронзы) преследует цель удешевления это материала.

Конструкционные материалы

Медные сплавы

Оловянистые бронзы, ГОСТ 613-79 и другие стандарты нормативные документы. Основным и обязательным компоненто является олово. Например, БрОФ10-1, содержащая 10% олова

1% фосфора. Бронзы хорошо отливаются (заготовки получают литьем), но плохо обрабатывают

давлением. Благодаря олову имеют высокие антифрикционные свойства. Устойчивы к коррозии атмосферных условиях, пресной и морской воде. Твердость бронз порядк

НВ70...100, модуль упругости Е=(6...10) 104Мпа, теплопроводност

(0,06...0,12) Вт/(м °с).

Алюминиевые бронзы , ГОСТ 18175-78. Например, БрАЖ9-4

Относительно дешевые, имеют повышенные механические свойства (твердость порядк

80НВ...120HB) и химическую стойкость. Антифрикционные свойства хуже и, при это

необходима повышенные точность и качество обработки поверхностей подвижно сопряженн деталей.

Конструкционные материалы

Свинцовистые бронзы. Высококачественный антифрикционный

материал, но очень мягкие (НВ 40...60) и в конструкциях применяется в виде покрытий на твердую основу. Пример обозначения марки – БрС30.

Бериллиевые бронзы. Очень дороги, но обладают наибольшей среди бронз и латуней прочностью (в 1,5...2 раза выше, чем у алюминиевых

бронз), термостабильностью, химической стойкостью, хорошо свариваются и обрабатываются резанием. У этих бронз практически отсутствует гистерезис. Пример обозначения марки – БрБ2. По своим свойствам к бериллиевым бронзам близки кремнистые бронзы, например, БрКМц3-1.

Латуни. Сплавы меди с цинком. По способам обработки подразделяются на литейны (ГОСТ 17711-93) и деформируемые (ГОСТ 15527-70, обрабатываемые давлением). По состав

латуни разделяются на двойные (простые сплавы, содержащи приблизительно 2/3 меди и 1/3 цинка) и сложные (дополнительно содержа добавки свинца, железа, марганца, алюминия и олова). Двойные латуни маркирую

буквой Л и цифрой, показывающей среднее процентное содержание меди. Например, Л62, состояща из 62% меди и 38% цинка. В маркировку сложных латуней входят обозначения компонентов и и среднее процентное содержание. Например, латунь ЛАЖМц66-6-3-2, содержащая окол

66% меди, 6% алюминия, 3% железа, 2% марганца, остальное – цинк.

Увеличение содержания цинка уменьшает стоимость латуни (цинк дешевле меди), повыша прочность и обрабатываемость резанием, но снижает пластичность и коррозионную стойкость. ростом напряженного состояния увеличивается чувствительность латуней к коррозионном разрушению. Введение добавок целенаправленно улучшает отдельные свойства сложных латуне обрабатываемость и антифрикционные свойства (свинец), прочность и коррозионную стойкост (марганец, олово и алюминий), литейные свойства (алюминий) и т.д. Считается, что латуни повышенным содержанием меди имеют более красивый и благородный цвет.

Конструкционные материалы

Цинковые сплавы

Цинковые сплавы, ГОСТ 21437-75, достаточно дешевые, обладают неплохими антифрикционными свойствами. Сплавы маркируются буквой Ц и

обозначением с процентным содержанием компонентов. Например, сплав ЦАМ10-5,

содержащий 10% алюминия, 5% меди, остальное – цинк.

Баббиты Баббиты, ГОСТ 1320-74, – сплавы на основе олова и свинца, очень мягкие

(НВ 15...30). Они имеют низкие температуру плавления (300...400 °С) и коэффициент трения, хорошую износостойкость и прирабатываемость. Баббиты используют как антифрикционный материал, но в виде заливки на твердую основу, причем чем тоньше слой заливки, тем выше сопротивление усталости.

Баббиты маркируют буквой Б и числом, указывающим процентное содержание олова. При наличии дополнительных или заменяющих олово компонентов вместо числа приводится буквенное обозначение компонентов: Н – никель, Т – теллур, К – кальций, С – сурьма. Баббиты подразделяются на следующие виды:

высокооловянистые (оловяносурьмяные), например, Б89. Обладают отличными

антифрикционными свойствами, но и очень дорогие. Теплопроводность (0,03...0,042) Вт/(м °С);

низкооловянистые ( свинцовооловянистые), например, Б16, БН. Более дешевы,

но и антифрикционные и технологические свойства ниже. Теплопроводность (0,012...0,024) Вт/(м °С);

безоловянистые (свинцовые), например, БК1. По своим свойствам аналогичны

низкооловянистым.

Конструкционные материалы

Серебро

Из других цветных металлов отметим серебро. Оно обладает хорошими

антифрикционными свойствами и высоким сопротивлением усталости в паре с деталями с высокой твердостью поверхности (HRC>50). Теплопроводность (0,36...0,42) Вт/(м °С), модуль упругости Е=8,2 104 МПа, твердость НВ25...35 (в отожженом состоянии).

Легкие сплавы цветных металлов - металлические материалы с удельной массой не более 5 г/см3. Это –алюминиевые, магниевые и

титановые материалы и сплавы на их основе.

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы имеют плотность 2,6...2,9 г/см3, модуль упругости Е=(7...7,5) 104 МПа, твердость НВ 60...130, небольшую прочност которая заметно падает с ростом температуры (предельная величина рабочей

температуры составляет 200...250 оС). Технически чистый алюминий имеет высокую пластичность и коррозионную стойкость (благодаря окисной пленке), но малую прочность. Чаще применяется в виде сплавов. По технологии получения заготовок сплавы подразделяются на деформируемые (поставляются в виде проката) и литейные

Конструкционные материалы

Алюминиевые сплавы

Конструкционные материалы

Литейные алюминиевые сплавы, ГОСТ 2685-75. Обозначаются буквами

АЛ и порядковым номером, например, АЛ2. Сплавы допускают термическую

обработку. Из этих сплавов наиболее распространены сплавы алюминия с кремнием (содержание кремния – 5...15%) – силумины, которые удовлетворительно льются. Сплав алюминия с магнием имеет повышенные механические и антикоррозионные свойства, но отливается хуже.

Деформируемые алюминиевые сплавы, ГОСТ 8617-75. Поступают в виде

проката. Сплавы подразделяются на упрочняемые и неупрочняемые термообработкой.

Неупрочняемые сплавы характеризуются высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, но их прочность невысока. Это – сплавы алюминия с марганцем

(сплавы АМц) и с магнием (сплавы АМг).

Основным представителем упрочняемых сплавов является

дюралюминий, сплав алюминия с медью (около 4%) и марганцем

(0,5%). Сплав термообрабатывается: подвергается закалке и последующему старению. Дюралюминий обладает повышенной прочностью, но незначительной коррозионной стойкостью. Наиболее распространенный способ его защиты от коррозии – плакирование, т.е. покрытие поверхностей тонким слоем технически чистого алюминия. Дюралюминии маркируют буквой Д и порядковым номером, например, Д16.

Конструкционные материалы

Сплавы магния

Сплавы магния имеют наименьшую из конструкционных металлов плотность, равную приблизительно 1,8 г/см3. Модуль упругости сплавов

Е=(4,2...4,5) 104 МПа, твердость НВ 30...60. Технически чистый магний очень неустойчив против окисления, его прочность невысока, и поэтому применяется в виде сплавов. По технологии получения заготовок сплавы подразделяются на деформируемые

(поставляются в виде проката, обозначаются буквами МА и номером, например, МА1) и литейные (обозначаются буквами МЛ и номером, например, МЛ3). Сплавы хорошо обрабатываются (но стружка может воспламеняться), чувствительны к концентрации напряжений.

Сплавы титана

Сплавы титана, ГОСТ 19807-74, имеют плотность около 4,5 г/см3, модуль упругости Е=(1,1...1,2) 105 МПа, твердость НВ 130...400. В технике применяют

как технический титан, так и его сплавы. Они немагнитны, высококоррозиоустойчивы (благодаря защитному действию окисной пленки), допускают упрочнение, термостабильны, имеют высокую прочность, но чувствительны к концентрации напряжений. Материалы хорошо обрабатываются давлением и свариваются, но плохо обрабатываются резанием

(стружка может воспламеняться) и отливаются. Титановые сплавы маркируются буквами ВТ и порядковым номером сплава (ВТ6).

Бериллиевые сплавы

Из других легких металлов следует отметить бериллий. Применяется в виде сплавов, например, АБМ30. Плотность сплавов бериллия около 1,8 г/см3, модуль упругости Е=(1,3...2,2) 105 МПа, а прочность сопоставима с прочностью углеродистых сталей, но материалы чувствительны к концентрации напряжений. Их удельная жесткость – очень

Конструкционные материалы

Бериллиевые сплавы

Из других легких металлов следует отметить бериллий. Применяется в виде сплавов,

например, АБМ30. Плотность сплавов бериллия около 1,8 г/см3, модуль упругости Е=(1,3...2,2) 105 МПа, а прочность сопоставима с прочностью углеродистых сталей, но материалы чувствительны к концентрации

напряжений. Их удельная жесткость – очень высокая среди металлов. Материалы термостабильны, имеют хорошую коррозионную стойкость, но достаточно дороги и сложны в обработке, их пыль и стружка токсичны. Механические характеристики бериллия сильно анизотропны.

Неметаллические материалы

По сравнению с металлами (сталями) неметаллические материалы имеют низкие механические характеристики, которые при этом зависят от температуры, влажности и других свойств окружающей среды. Их преимуществом являются низкая стоимость, малый удельный вес, химическая стойкость, технологичность, а сопоставимыми свойствами – износостойкость, фрикционные и антифрикционные свойства. Неметаллические материалы – в большинстве анизотропные вещества.

Конструкционные материалы

Пластмассы

Пластмассы наиболее распространены. Подразделяются на термореактивные (формуются при высокой температуре и при повторном нагреве уже своей формы не изменяют) и термопластичные (при повторных нагревах размягчаются и могут изменять свою форму).

Термореактивные пластмассы поставляются в виде порошка для последующего формования листов, плит либо брусков. Основные виды

пластмасс:

текстолит, ГОСТ 5-78. Представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из нескольких слоев пропитанной смолами ткани. Обладает повышенной (из

пластмасс) прочностью и износостойкостью, твердость НВ 25...40, модуль

упругости Е=(2500...8000) МПа, плотность 1,3...1,4 г/см3, удельная ударная вязкость (при температуре 200С) до 0,04 Мдж/м2 ;

гетинакс, материал с наполнителем из бумаги. Его характеристики ниже, чем у

текстолита, но он и дешевле;

асботекстолит, материал на основе асбестовой ткани. Имеет высокую

теплостойкость и фрикционные свойства (например, ретинакс), но признан вредным для здоровья;

древеснослоистые пластики, ДСП, ГОСТ13913-68: лигнофоль, дельта-

древисина. Обладают повышенной прочностью, износостойкостью и антифрикционными свойствами;

стеклотекстолит, ГОСТ 10292-74. Материал на основе стеклотканей. Обладает

наибольшей среди пластмасс прочностью, модуль упругости Е=(1,7...2,1) 104 МПа, анизотропен.