Материалы / Лекция 3_Материалы

Конструкционные материалы

Термопластичные пластмассы хорошо формуются. Поставляются в виде листов, труб, формовочной массы и т.п. Основные виды пластмасс:

органическое стекло, ГОСТ 15809-70. Прозрачный материал с температурой размягчения около 100 С, плотность около 1,18 г/см3, твердость НВ18;

винипласты (поливинилхлориды), ГОСТ 9639-71. Обладают высокой

химической стойкостью;

фторопласты (наиболее распространен фторопласт-4), ГОСТ 10007-72.

Обладают высокой химической стойкостью и малым коэффициентом трения.

Твердость НВ 3...4, плотность 1,3...1,4 г/см3, удельная ударная вязкость (при температуре 200 С) до 0,1 Мдж/м2;

полиамиды (найлон, капрон, терлон). Обладают высокой прочностью и

износостойкостью, антифрикционными свойствами. Твердость НВ 5...20, модуль

упругости Е=500...1000 МПа.

Резины

Резины обладают высокими диэлектрическими свойствами и упругой податливостью, хорошими демпфирующими свойствами (имеют большое внутреннее трение) и сопротивлением истиранию, но со временем, в процессе эксплуатации, “стареют”, т.е. охрупчиваются, ухудшаются механические характеристики. Для повышения несущей способности в одном из направлений резину армируют тканями, нитями или стальной проволокой.

Конструкционные материалы

Составные материалы

Составные материалы позволяют сочетать различные, часто противоречивые свойства.

Основные виды таких материалов: биметаллы, композитные материалы и покрытия.

Биметаллы

Биметаллы – прочное соединение двух или более слоев металлов совместной прокаткой, электролитическим способом пайкой и т.п. Разные

слои обеспечивают равнопрочность и коррозионную стойкость, экономят основной, рабочий материал.

Композитные материалы

Композитные материалы представляют собой заливку прочной основы (графитовые или стеклянные нити, волокна бора, металлические усы, тонкая проволока и т.п.) мягкой матрицей (смолы, мягкие металлы). Несущую способность определяет основа (армирующий наполнитель), а весовые характеристики и взаимодействие с внешней средой – матрица. Это придает композитным материалам высокие удельные прочностные и жесткостные характеристики, малую чувствительность к концентраторам напряжений. Композитный материал проектируют под определенные условия эксплуатации. Многие из них имеют уникальные свойства. Например, коэффициент линейной температурной деформации углепластиков в направлении расположения углеродных волокон в диапазоне обычных температур незначительно отрицательный, α =(–0,5 10-6 ...0) 1/С. Но такие материалы достаточно дороги и требуют специальных технологий.

Конструкционные материалы

Покрытия

Они предназначаются для защиты поверхностей материалов от коррозии и/или придания им приятного внешнего вида. Покрытия сокращают затраты на материал, увеличивают срок службы деталей, улучшают потребительские свойства. С другой стороны, для их нанесения необходимы специальные материалы (с хорошими адгезионными свойствами) и выполнение дополнительных технологических операций.

Покрытия подразделяют на три группы: металлические, неметаллические и получаемые химической и электрохимической обработкой поверхности. Это – заключительная операция при обработке детали.

Неметаллические покрытия по условиям применения разделяют на водостойкие, специальные (применение в условиях радиации, открытого пламени, глубокого холода и т.д.), масло- и бензостойкие, химическистойкие, термостойкие и электроизоляционные. Основные виды таких покрытий следующие:

лакокрасочные покрытия, ГОСТ 9.032-74, – это краски, эмали и лаки, которые применяют для защитных и декоративных целей, часто в сочетании с другими видами покрытий. В документации нанесение покрытия обозначается как (лкп), пропитка лаком или клеем – (прп), пропитка маслом – (прм);

покрытия смолами. Обладают хорошим сцеплением и защитными свойствами. Могут как наноситься на поверхность, так и применяться в виде готовых пленок;

покрытия резиной. Эластичны, обладают хорошей химической стойкостью, водо- и газонепроницаемы;

покрытия стеклоэмалями. Устойчивы в кислотах и щелочах, имеют высокую твердость, хорошо сопротивляются истиранию, но хрупки;

керамические покрытия. Выполняют из плиток или наносят напылением. Применяют для защиты от действия высоких температур.

Конструкционные материалы

Металлические покрытия наряду с защитными и декоративными целями могут применяться для повышения износостойкости. В качестве материалов покрытия используются следующие металлы (в скобках приводятся их обозначения):

алюминий (А), висмут (Ви), вольфрам (В), железо (Ж), кадмий (Кд), кобальт (Ко), марганец (Мц), медь (М), молибден (Мо), никель (Н), олово (О), палладий (Пд),

свинец (С), серебро (Ср), сурьма (Су), титан (Ти), хром (Х), цинк (Ц). Применяют следующие способы нанесения покрытий: гальванический, катодным восстановлением (не обозначается);

плакирование. Осуществляют контактным (Конт) или контактно-механическим (Контмех) способом;

металлизация. Осуществляется диффузионным (Диф), металлизационным (Мет) и конденсационным (Кон) способами, катодным распылением (Кат-рас);

горячие покрытия (Гор) расплавленным металлом;

термический, вжиганием (Вж);

и другие.

Химическая (Хим) и электрохимическая (анодирование, Ан) обработка связана с образованием защитной пленки на поверхности детали.

Пленки образуют неметаллические элементы и соединения: окислы (окс), хроматы (хром), фториды (фтор), станнаты (стан), фосфаты (фос), фосфор (ф). Пленки пористы и часто применяются в качестве подслоя для лакокрасочных покрытий или пропитки смазкой.

Конструкционные материалы

Вид покрытия в документации приводится в условных обозначениях.

В общем виде в него входят: способ получения, материал (для сплава – в скобках приводится процентное содержание компонентов), физико-механические свойства, толщина (в микрометрах, но если она меньше 1мкм, то не указывается), декоративные свойства, вид дополнительной обработки.

Пример обозначения покрытия:

Кд6, окс. фос. хр. прм – кадмиевое покрытие толщиной 6мкм катодным восстановлением (не указано в обозначении), с последующими оксидированием, фторированием и хроматированием, пропиткой маслом;

Хим. окс. лкп – химическое окисное покрытие с последующим нанесением лакокрасочного покрытия.

Характеристика распространенных видов покрытий:

цинковое покрытие. Имеет серый цвет, хорошо защищает стальные детали от атмосферной коррозии, но снижает их механические свойства. Допустимая температура – до 300 С;

никелевое и хромовое покрытия. Используются как защитные и декоративные покрытия. Защищают механически благодаря высокой твердости защитного слоя. Повышают износостойкость. Допустимая температура – до 650 С.

кадмиевое покрытие. По свойствам близко к цинковому. Пластично и поэтому позволяет проводить сборку деталей по плотным посадкам по предварительно покрытым поверхностям.

оксидирование. Повышает коррозионную стойкость и придает поверхностям деталей приятный цвет. Оксидирование черных металлов называется воронением.

фосфатирование. Защищает стали от атмосферной коррозии, но имеет невысокие декоративные свойства. Часто используется в качестве грунта для последующего нанесения лакокрасочных покрытий.

Конструкционные материалы

Сравнительная стоимость наиболее распространенных металлов, сплавов и их заготовок

Стоимость заготовок, получаемых из проката и слитков литейных сплавов, будет еще выше по сравнению с тем, что показано на рисунке: необходимо включить затраты на вырезку заготовки из проката и затраты на получение отливки из слитков.

Приведенные соотношения дают примерное представление и соответствуют средним биржевым котировкам. При этом стоимость материалов будет зависеть от конъюнктуры, удаленности поставщика материалов от потребителей, посредников, производительности труда и многих других факторов.

С / С0