Курс лекций по теор. мех. / LEC9

Лекция 9

Конструкционные материалы механизмов

9.1. Требования к конструкционным материалам.

Выбор материалов для деталей и механизмов зависит от назначения и условий эксплуатации механизмов, возможностей формообразования деталей (обработка). Выбор материала возможен только при знании его физико-механических и технологических свойств с учетом стоимости.

I. Эксплуатационные требования к материалу изделия зависят от условий их работы в механизме. Их выполнение обусловлено свойствами материала.

1) объемная или поверхностная прочность с учетом таких механических характеристик как предел прочности s_В, предел текучести s_Т, предел выносливости s_-1, твердость.

2) жесткость, характеризуемая модулем упругости E (G).

3) упругость, определяемая пределом упругости s_У.

4) ударная вязкость a_Н.

5) износостойкость с учетом твердости поверхности и допустимого удельного давления.

6) антифрикционность, характеризуемая коэффициентом трения скольжения ¦.

7) коррозийная стойкость.

8) плотность r.

9) электропроводимость, теплопроводность, магнитные характеристики и др.

II. Технологические требования к материалу; характеризуют возможность изготовления в производственных условиях с оптимальной трудоемкостью.

III. Экологические требования к материалу изделия; определяются его себестоимостью и дифицитностью.

9.2. Материалы конструкций.

При конструировании деталей механизмов РЭА используют черные металлы, сплавы титана, цветные металлы (медь, алюминий, магний) и их сплавы, неметаллические материалы.

Условные обозначения основных элементов, входящих в состав металлов и сплавов сведены в таблице.

Элемент	Принятое обозначение в марках металлов и сплавов			Элемент		Принятое обозначение в марках металлов и сплавов
	черных	цветных			черных		цветных
Алюминий	Ю	А	Мышьяк		¾		Мш
Азот	А	¾	Никель		Н		Н
Берилий	¾	Б	Ниобий		Б		¾
Бор	Р	¾	Олово		¾		О
Ванадий	Ф	¾	Свинец		¾		С
Вольфрам	В	¾	Селен		Е		¾
Железо	¾	Ж	Сера		¾		¾
Кремний	С	К	Серебро		¾		Ср
Магний	¾	Мг	Титан		Т		Т
Марганец	Г	Мц	Углерод		У		¾
Медь	Д	М	Фосфор		П		Ф
Цинк	¾	Ц	Цирконий		Ц		¾
Молибден	М	¾	Хром		Х		¾

Таблица. Условные обозначения основных элементов, входящих в состав метеллов и сплавов.

Рассмотрим основные характеристики и области применения перечисленных конструкционных материалов.

А) Черные металлы: стали ¾ железоуглеродистые сплавы с содержанием C до 2%, чугунные железоуглеродистые сплавы с содержанием C > 2%. Конструкционные стали подразделяются на углеродистые и легированные, содержащие специальные присадки.

Углеродистая конструкционная сталь подразделяется на сталь углеродистую обыкновенного качества (ГОСТ 380-71), которая в свою очередь, делится на группы А, п? по механическим свойствам, группу Б по химсоставу, группу В по тому и другому.

Марки: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Бст0, Бст1, Бст2, Бст6.

б) сталь углеродистая качественная конструкционная (ГОСТ 1050-74) которая делится на группу I с нормальным содержанием марганца и группу II с повышенным содержанием марганца. Качественная у. к. сталь бывает низко (C £ 0,25%), средне (C = 0,3 ... 0,45%) и высокоуглеродистая (C > 0,45%).

Марки стали 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 60Г, 65Г, 70Г.

При содержании C до 0,3% стали отличаются высокой пластичностью и вязкостью, хорошо свариваются, деформируются, однако не подвержены закалке. Увеличение C ­ прочностные характеристики.

в) легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543-71) различают по суммарному процентному содержанию легирующих присадок

низколегированные < 2 ... 5%

среднелигированные < 10%

высоколегированные > 10%

Применение легированных конструкционных сталей эффективно лишь при использовании методов термической и термодинамической обработки. Легированные стали повышенного качества обозначаются буквой А.

Все материалы из стали могут поставляться в виде сортового и фасонного проката, листов, лент, труб, полос, что оговаривается гостом или ТУ.

Б) Титан и его сплавы. Этот материал сочетает высокую прочность, вязкость с малой плотностью при высокой коррозийной стойкости. Недостатки: низкая теплопроводимость и низкий модель упругости. Марки ВТ4, ВТ5, ВТ10.

При использовании ВТ4 допускается штамповка в холодном состоянии.

Сплав ВТ5 ¾ литейный.

ВТ10 ¾ обладает высоким сопротивлением ползучести и высокой термической стойкостью, удовлетворительно сваривается.

В) Медь и ее сплавы.

Отличается высокой электротеплопроводностью, диамагнитными свойствами, хорошей коррозийной стойкостью. В чистом виде медь (марки М1, М3 поставляют в виде лент и прутка и используют для приготовления заклепок, экранов шин и т.д.)

В конструкциях применяют сплавы бронзу и латунь.

Бронза ¾ сплав меди с различными элементами кроме цинка и некоторых сплавов с марганцем и никелем.

Основные бронзы обладают хорошими антифрикционными, антикоррозийными и литейными свойствами, а берильевые упругими свойствами.

Распостраненные марки:

Бр. ОФ10-1, Бр. ОЦ4-3, Бр. ОЦС5-5-5.

Бр. АЖ9-4, Бр. Б2.

Латунь ¾ сплав, где основные компоненты медь и цинк.

Высокая механическая прочность, хорошие технологические свойства.

Латунь используют для изготовления арматуры, вилок, шайб, винтов, корпусов.

Марки литейных латуней

ЛС59-1 остальное Zn

­ ­

%Cu Pb

ЛКС80-3-3, ЛМуС58-2-2

Для обработки давлением Л96, Л63, ЛС60-1.

Г) Алюминий и его сплавы.

Чистый Al ¾ редко (низкая мех. прочность) ¾ провода, стрелки, шкалы. Чаще используют сплавы деформируемые или литейные.

Деформируемые (по ГОСТ4784-74 определяют состав) называются дефрамалинами (сталь с медью).

Делятся на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К первым относят сплавы с Mn и Mg: АМу, АМг, АМг2, Амг3, а ко вторым АК6, АК4, АК2, АК8; Д1; Д6; Д16; Д18.

Из деформируемых сплавов соответствующих марок изготавливают фасонные профили, используемые для изготовления корпусов блоков, каркасов, стоек и т.д.

Литейные сплавы согласно ГОСТ 2685-75 в зависимости от химсостава делят на 5 групп. Если основной компонент кремний ¾ то сплавы с?. В РЭА наиболее применимы сплавы второй группы на основе алюминия и кремния АЛ2, АЛ4, АЛ6; АЛ9, АЛ9В, обладающие повышенной коррозийной стойкостью, необходимыми литейными свойствами, удовлетворительной свариваемостью. Термообработка состоит в закалке с последующим старением.

Применяют для объемных и плоских конструкций шасси и других литых деталей.

Д) Сплавы магния.

Литейные МЛ3, МЛ5, МЛ6, МЛ12, МЛ15, малая плотность, большая удельная прочность.

Деформируемые МА2, МА5, МА8, МА14, ковка, штамповка, можно сваривать.

Г) Неметаллические материалы.

Используют пластмассу и резину. Термореактивные пластмассы при повторном нагревании не нереходят в пластическое состояние.

Делят на монтажные (фторопласт-4) слоистые (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит) и композиционные (в состав входит кроме смолы наполнитель).

Широко используемый в РЭА текстолит получают методом горячего прессования х/б ткани пропитанной формальдегидной смолой. Тесктолит производят марок ПТ и ПТК (конструкционный) и А, Б, В, В4, Т, электротехнический.

t = -30 + 130°C. Для крепежных планок, п?, стоек, шестерен.

Стеклотекстолит электрохимических марок СТ, СТУ, СТК, СТЭФ, СФ-1, СФ-2 для печатных плат, п?, и конструкционный марки КАСТ.

Гетинакс отличается от текстолита, что основа ¾ бумага.

Фторопласт-4 хорош для ?, там где повышается прочность и термостойкость.

Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются и получаемый в результате этого материал можно использовать для вторичной переработки (полиэтилен, полипропилен, винипласт, фторопласт-3, полиметил метакри...?).

Полиамиды относятся к термопластичным пластмассам и используют для изготовления втулок, зубчатых колес, каркасов, корпусов. Материал хорошо работает на трение и ...?ло плохо теплопроводен.

Полиэтилен ¾ как высокочастотный диэлектрик, в качестве каркасов, защитных экранов и т.д.

Полиметилметакрилат применяют для изготовления защитных стекол, шкал.

Резину используют в РЭА в качестве электроизоляционных гермкетезирующих и уплотнительных прокладок, амортизаторов, упругие ремни.

Твердая резина до 60% серы ¾ эбонит.