14. Электротехнические материалы

Электротех. материалы - полупрводники электрического тока. В металлах под действием внешнего поля происходит дрейф электронов – проводники I рода; электролиты – проводники II рода (заряженные ионы).

Важнейшие электротех. материалы: металлы и сплавы. Металлы высокой проводимости: сопротивление R>0.05 мкОм*м. Металлы низкого сопротивления используются для изготовления кабелей, высокого – для нагревательных элементов.

Важнейшие параметры: удельная проводимость, температурный коэффициент удельного сопротивления, коэффициент теплопроводности, работа выхода электрона из металла, контактная разность потенциалов, предел прочности при растяжении, относительное удлинение перед разрывом.

Распространенные электротех. материалы:

Медь: малое удельное сопротивление, достаточно высокая механическая прочность, удовлетворительная стойкость к коррозии, хорошая обрабатываемость, относительная легкость пайки и сварки. Твердая медь обеспечивает высокую механическую прочность. Мягкая медь.

Бронза используется при изготовлении токопроводящих пружин. Латунь обладает большим удлинением перед разрывом, чем чистая медь.

Алюминий: легче меди в 3,5 раза. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость, теплота плавления выше, чем у меди. Электротех свойства алюминия ниже: при одинаковых сечениях и длине сопротивление у алюминия в 1,63 раза больше. При диаметре алюминия в 1,3 раза больше он весит в 2 раза легче провода того же сопротивления из меди.

Для электротех. целей используют алюминий, содержащий не более 0,5% примесей. 0,03% - для обкладок конденсаторов. Алюминий окисляется на воздухе, его пайка затруднена. В местах контакта алюминия и меди возможна гальваническая коррозия из-за разности потенциалов.

Железо: самый дешевый металл. Высокая механическая прочность, высокое удельное сопротивление 0,1 мкОм*м.

Недостаток: малая стойкость к коррозии (поверхность д.б. защищена, используют цинковое покрытие). Это ферромагнитный материал – потери мощности на гистерезис при воздействии переменного тока.

В качестве полупроводникого материала используют мягкую сталь: 0,1-0,15% углерода. Прочность в 6-7 раз меньше, чем у меди.

Биметаллы: стальной провод, покрытый медью. Электромех свойства промежуточные между сталью и медью. Наличие меди снижает потери на «скин»-эффект

15. Получение заготовок литьем.

Преимущества литья: 1) изготовление отливок с наиболее используемым коэффициентом металла. 2) изготовление отливок неограниченных габаритов. 3) получение заготовок из сплавов, не поддающихся пластической деформации. 4) возможность получения деталей сложной конфигурации. Недостатки: 1) пониженная прочность и неметаллические дефекты. 2) различные механические показатели на разных участках отливки. 3) склонность к образованию дефектов и напряжению. 4) качество зависит от технологии литья и конструкции детали.

Свойства металлов и сплавов: 1)д.б. жидко-текучими. Для чугуна минимальная толщина стенки 3-4 мм, стали 5-7 мм. 2)усадка (уменьшение объема и линейных размеров отливки при кристаллизации и охлаждении): объемная усадка, линейная усадка.

Объемная усадка: в металле образуется раковина. Линейная: появление внутреннего напряжения. Объемные усадки устраняются введением в массивные участки заготовки специальные элементы – прибыли. Линейную усадку устраняют изготовлением податливых форм и стержней. Ликвация – неоднородная хим. составная отливки по сечению. Для уменьшения ликвации увеличивают скорость охлаждения отливки.

1. Газопоглощение – способность газов в жидком состоянии растворять газы. Недостаток: при охлаждении газы выходят наружу, и образуется раковина (металл должен плохо поглощать газы или они должны отводиться).

Формовочные и стержневые смеси

Свойства: 1)огнеупорность 2) пластичность 3) прочность 4) газонепроницаемость 5) податливость 6) непригораемость

Формовочные смеси: смесь кварца и глины: глина- 8-12% от объема, песок крупнозерновой или мелкозерновой. Для стержневых смесей используется глина, сложные стержни: жидкое стекло, смолы. Собственные линейные формы: Разовые формы – разовые формы по выплавляемым моделям. Изготавливают из песчано-смоляных смесей. Многократные формы: неметаллические, металлические. Неметал. формы изготавливают из асбеста, алебастра, цемента; металлические – из чугуна, стали, меди, алюминия.

Состояние перед заливкой: -Сырье формы: для неответственных деталей. -Полусухие формы: 2-4% быстроотвердевающих связывающих элементов, получение ответственных отливок большой протяженности. -Сухие формы: повышенное содержание глины, применяется для ответственных и крупных заготовок более 1 т.

Химически твердые формы: жидкое стекло, быстро твердеющее при продувке углекислым газом. Преимущество: время сушки в 10-30 раз меньше.

Самотвердеющие формы. Жидкие самозатвердевающие смеси хорошо заполняют все извилины, застывают за 30-40 мин.

Изготовление отливок методом литья в печатных формах.

Таким способом изготавливается около 90% отливок. Форма имеет 2 части, которые изготавливаются отдельно. Опока – ящик для изготовления формы.

Для подвода расплавленного металла в полость форм, обеспечения ее заполнения, облегчения выхода газов служит ее литниковая питающая система.

Литье в оболочковые формы.

Литейную форму изготавливают в виде оболочки. В качестве формовочных смесей используют кварцевый песок. Соединяющим элементом являются фенольные термореактивные смолы. Модель обмазывается этой смесью. Точность отливок выше, чем песчано-глиняных форм. Литье применяется в крупносерийном и массовом производстве различных деталей

Литье по выплавляемым (выжигаемым) моделям.

Форма является одноразовой. Модель изготавливается из легкоплавкого вещества. Она помещается в формовочную смесь. Модель плавится и вытекает через специальное отверстие. Преимущество: высокая точность сокращает расход металлов. Используется при создании отливок очень сложной конфигурации массой 0,02 до 100 кг.

Литье в кокиль.

Кокиль – многоразовая металлическая форма для отливки. Форма изготавливается из металла. Кокиль обеспечивает мелкозернистую структуру отливок и прочность. Форма является многоразовой.

Недостатки: высокая стоимость кокилей, опасность образования трещин в отливках из-за неподатливости металлического кокиля.

Кокили используются для изготовления несложных по конфигурации отливок с толщиной стенки 3-100 мм. По конструкции кокили бывают: неразъемные вытряхные, разъемные, с вертикальными и горизонтальными разъемами. Кокили изготавливают из серого чугуна, стали, цветной стали.

Литье под давлением.

Металлическую пресс-форму принудительно под давлением заполняют металлом. Давление обеспечивает быстрое и хорошее заполнение формы, высокую точность и малую шероховатость поверхности. Благодаря давлению резко снижается наличие усадочных раковин. Отливки не имеют припусков на механическую обработку. Удается получить стенку до 0,5 мм, толщина отверстия 1мм. Это дорогой метод, применяется в крупном производстве.

Изготовление отливок центробежным путем.

Жидкие металлы заливают во вращающуюся литую форму. Она вращается в течение всего времени кристаллизации, металл прижимается к стенкам формы. Шлаки и более легкие фракции перемещаются к центру. Отливка получается более легкой формы. Три разновидности центробежного литья: ось горизонтальная, вертикальная, наклонная.

Ось вращения совпадает с осью формы. Если ось вращения не совпадает с осью отливки, то внутренние полости деталей формируются стержнями.