• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Основні види матеріалів

Матеріали мають вирішальне значення для якості і економічності машин. Вибираючи матеріал, необхідно враховувати наступні фактори:

1) відповідність властивостей матеріалу основним вимогам надійності деталей протягом заданого терміну служби;

2) вагові та габаритні вимоги до деталі і машини в цілому;

3) відповідність технологічних властивостей матеріалу конструктивній формі і наміченим способам обробки деталі (штампуються, оброблюваність на верстатах і т.д.);

4) вартість і дефіцитність матеріалу.

Залізо та сплави на його основі

Залізо - це блискучий сріблясто-білий важкий метал. Густина його 7,86 т/м³; температура плавлення 1538 °C, температура кипіння 2862 °C. Залізо досить пластичне. Воно легко кується, штампується, витягується в дріт і вальцюється в тонкі листи, легко намагнічується і розмагнічується. Вище температури Кюрі (770 °C) втрачає феромагнітні властивості. До температури 912 °C існує в алотропній модифікації α-заліза з об'ємноцентрованою кубічною кристалічною ґраткою, за вищої температури — γ-заліза із гранецентрованою кубічною ґраткою, вище 1394 °C знову змінює тип ґратки на об'ємноцентровану кубічну.

Найбільш поширеними сплавами на основі заліза є сталь і чавун, які являють собою тверді розчини (сплави) заліза Fe з вуглецем С.

Сталі - це деформуємі сплави заліза з вуглецем (до 2,14% вуглецю) і іншими елементами. Конструкційна сталь повинна мати хороші технологічні властивості: добре оброблятися тиском і різанням, бути не схильної до шліфувальних тріщин, володіти високою прокаливаємостю і малою схильністю до зневуглецювання, деформацій і тріщин при загартуванню.

За хімскладом сталі ділять на вуглецеві і леговані. Вуглецеві сталі містять крім заліза і вуглецю також марганець (до 1%) і кремній до (0,8%), а також домішки, від яких важко позбутися в процесі виплавки - сірку і фосфор. Сірка і фосфор знижують механічні властивості сталей: сірка збільшує крихкість в гарячому стані (красноломкость), а фосфор - при знижених температурах (хладноломкость). В залежності від вмісту вуглецю розрізняють низько-(С ≤ 0,25%), середньо-(0,25 <С 0,6%) і високовуглецеві (C> 0,6%) стали.

За призначенням сталі поділяють на конструкційні, інструментальні і з особливими властивостями. Найбільш широко застосовують конструкційні сталі. Вони бувають як вуглецевими (С 0,7%), так і легованими. Інструментальні стали служать для виготовлення ріжучого, ударно-штампового і вимірювального інструментів. Вони бувають вуглецевими (С 0,8 ... 1,3%) та леговані хромом, марганцем, кремнієм та іншими елементами. До сталям з особливими властивостями відносять нержавіючі, немагнітні, електротехнічні сталі, стали постійних магнітів і ін.

За якістю сталі поділяють на звичайні, якісні, високо і особливо високоякісні. Різниця між ними полягає в кількості шкідливих (сірка і фосфор) домішок. Так, в сталях звичайної якості допускається вміст сірки до 0,06% і фосфору до 0,07%; в якісних - кожного елемента не більше 0,035%; а у високоякісних - не більше 0,025%.

За характером застигання з рідкого стану, ступеня розкислення розрізняють спокійну, напівспокійну і киплячу стали. Чим повніше видалений з розплаву кисень, тим спокійніше протікає процес затвердіння і менше виділення пухирців окису вуглецю («кипіння»). Вибір технології розкислення визначається призначенням і можливостями виробництва, але кожен спосіб має свої переваги і недоліки.

У загальному обсязі продукції машинобудування, продукції зі сталі звичайної якості (ГОСТ 380-94) і якісною (ГОСТ 1050-74), а також легованої (ГОСТ 4543-71) становлять майже 80%. Вони дешеві і мають задовільні механічні властивості у поєднанні з хорошою оброблюваністю різанням і тиском.

Чавун - сплав заліза Fe та вуглецю С (понад 2,14%), що містять постійні домішки марганцю, кремнію, фосфору і сірки, а також при необхідності легуючі елементи. Підвищений вміст вуглецю покращує його ливарні властивості при одночасному збільшенні крихкості. Завдяки хорошим ливарним властивостям і низької вартості чавун використовується для виготовлення конструкцій складних конфігурацій. Через свою відносно низькій вартості чавун застосовується для виготовлення масивних деталей, наприклад, корпусних, і різного роду станин, а також для маховиків при окружній швидкості не вище 30 м/с. Не рекомендується застосовувати сірий чавун при дії на деталі машин великих крутних моментів. У разі ударів, великих зусиль, необхідності економії маси і т. п. при виготовлення деталей машин відливанням переходять від сірого чавуну до високоміцного чавуну або до сталевого литва. Високоміцний чавун значно міцніше сірого чавуну і з успіхом може заміняти сталеве лиття і поковки з вуглецевої сталі.

На відміну від сталі чавун не схильний залишковим пластичного деформації, отже, не має межі текучості. Для чавунів характерним є тільки межа міцності, причому межа міцності при стисненні виявляється істотно вище, ніж межа міцності при розтягуванні.

В залежності від структури і стану, в якому знаходиться вуглець (вільний або хімічно пов'язаний), розрізняють сірі, білі і ковкі чавуни. Чавуни також класифікують в залежності від призначення - на конструкційні і зі спеціальними властивостями; та від хімскладу - на леговані і нелеговані.

Як конструкційний матеріал найбільш широко застосовуються сірі чавуни, в яких весь вуглець знаходиться у вільному стані у вигляді включень графіту пластинчастої форми. Вони володіють середньої міцністю, хорошими ливарними і іншими технологічними властивостями (жидкотекучестью, малої лінійної усадкою, оброблюваністю різанням), мало чутливі до концентрації змінних напруг, антифрикційні. Ці чавуни є найбільш дешевими (що визначає їх широке застосування), проте мають малу механічну міцність.

Створені також чавуни, які мають підвищену по відношенню до інших марок міцність. Ці марки в якості легуючих добавок мають Cr, Mg і деякі інші компоненти. Такі чавуни допускають загартування поверхні і зміцнення її наклепом.

Кольорові метали

Кольорові метали входять до складу різних сплавів. Найбільше застосування отримали мідні сплави (бронзи, латуні), що володіють антифрикційними, антикорозійні, і алюмінієві сплави (дюралюміній), що володіють легкістю. Однак ці метали значно дорожче чорних.

Мідь - це метал червонуватого кольору щільністю 8,94 г/см³, має гранецентрированную кристалічну решітку з періодом а = 0,31607 нм. Мідь у чистому вигляді характеризується високою електро-і теплопровідністю, хорошою оброблюваністю тиском, невеликою міцністю і застосовується для виготовлення струмопровідних деталей. На основі міді отримують різні сплави, які широко використовуються в якості матеріалів для виготовлення різних деталей. Ці сплави володіють хорошими механічними і антикорозійними властивостями, вони зносостійкі, мають низький коефіцієнт тертя, високу електро-і теплопровідність. Розрізняють дві основні групи мідних сплавів: латунь і бронза. У латунях основним легуючим елементом є цинк, в бронзах - інші елементи.

Латунь - сплав міді з цинком. Вміст цинку в сплаві досягає 40 ... 45%. Латуні пластичні і володіють хорошими ливарними властивостями. Їх межа плинності дорівнює МПа. Міцність можна трохи підвищити за рахунок використання обробки тиском при високій температурі. Латуні ділять на подвійні (прості) і багатокомпонентні сплави, в яких основним легуючим елементом є цинк. У подвійних вміст цинку може доходити до 50%. Марки таких латуней позначають буквою Л і цифрою, що показує вміст міді у відсотках, наприклад Л59. Для покращення механічних, технологічних і корозійних властивостей в латуні вводять крім цинку в невеликих кількостях різні легуючі елементи (алюміній, кремній, марганець, олово, залізо, свинець). Такі латуні називають спеціальними або багатокомпонентними. Введення легуючих елементів (крім нікелю) зменшує розчинність цинку в міді. Нікель збільшує розчинність цинку в міді. Легуючі елементи збільшують міцність, але зменшують пластичність латуні. Свинець полегшує оброблюваність різанням і покращує антифрикційні властивості. Опір корозії підвищують алюміній, цинк, кремній, марганець і нікель. Латуні в наклепанной стані або з високими залишковими напруженнями і містять понад 20% Zn схильні до корозійному («сезонному») розтріскування в присутності вологи, кисню, аміаку. Для запобігання розтріскування напівфабрикати з латуні зазначених складів отжигают при 250 - 650 º С, а вироби з латуні - при 250 - 270 º С.

Всі латуні за технологічною ознакою поділяють на дві групи: деформовані і ливарні. Деформуємі латуні володіють високими корозійними властивостями в атмосферних умовах, прісній і морській воді і застосовуються для деталей у суднобудуванні. Більш високою стійкістю в морській воді володіють латуні, леговані оловом, що отримали назву морських латуней.

Ливарні латуні, призначені для фасонного лиття, володіють хорошою текучістю, мало схильні до ліквації (неоднорідність хімічного складу, що виникає при його кристалізації) і володіють антифрикційними властивостями. Від Ливарних латуней потрібна підвищена міцність, тому до них додається велика кількість спеціальних присадок, поліпшуючих їх ливарні властивості. Ці латуні відрізняються кращою корозійною стійкістю. Коли потрібно висока пластичність, підвищена теплопровідність і важливо відсутність схильності до корозійному розтріскуванню, застосовують латуні з високим змістом міді. Латуні з великим змістом цинку мають більш високу міцність, краще обробляються різанням, але гірше пручаються корозії.

У марках багатокомпонентних латуней перші цифри вказують середній вміст міді, а наступні - легуючих елементів. Наприклад, латунь ЛКС80-3-3 містить 80% міді, по 3% кремнію і свинцю, а інші - цинк.

Бронзи класифікують за основним легуючим елементам: олов'яністі і, безолов'яністі (або спеціальні). До безолов'яністих відносять алюмінієві, берилієві, кременисті, свинцеві і т.д. Широко використовуються олов'яністі бронзи, вони характеризуються високою стійкістю проти стирання, низьким коефіцієнтом тертя ковзання, найкращими антифрикційними властивостями. Олов'яністі бронзи за технологічною ознакою поділяють на ливарні і деформуються. Безолов'яністі бронзи добре обробляються, в ряді випадків мають більш високі механічні і антикорозійні властивості, ніж олов'яністі, тому вони знайшли широке застосування в промисловості. У залежності від призначення і механічних властивостей спеціальні бронзи діляться на деформуємі і ливарні. До деформуємих спеціальних бронз відносять бронзи з вмістом основного легуючого елемента 5-10%. Ці бронзи добре обробляються в гарячому і в ряді випадків в холодному стані, володіють високою корозійною стійкістю.

Алюміній і сплави на його основі

Алюміній - це метал сріблясто-білого кольору з температурою плавлення 600 0С. Алюміній є корозійно-стійким матеріалом, оскільки на його поверхні з'являється плівка окислів, що захищає основний метал від корозії. Чистий алюміній має низьку міцність і застосовується для виробництва деталей, які не сприймають силового впливу. Він добре деформується пластично, успішно зварюється, але погано обробляється механічно. З цієї причини з алюмінію виготовляють трубопроводи, резервуари, палубні надбудови річкових і морських судів і т.п. З чистого алюмінію виготовляють також металеву фольгу, струмопровідні та кабельні матеріали. Чистий алюміній застосовується рідко, так як має низьку міцність. Найчастіше при виготовленні деталей застосовують сплави на основі алюмінію. Вони володіють малою щільністю, високою електро-і теплопровідністю, корозійною стійкістю і питомою міцністю. По технологічним ознакам алюмінієві сплави підрозділяються на деформуюємі, тобто одержувані пластичним деформуванням, і ливарні, призначені для отримання фасонних деталей методом лиття. Деформуємі сплави по здатності упрочняться термічною обробкою підрозділяють на сплави, не зміцнюємітермічною обробкою, та сплави, зміцнюємі термічною обробкою.

Найбільш відомим представником класу деформівних сплавів є дюралюміній (Al-Cu-Mg), який набув поширення в авіаційній техніці і транспортному машинобудуванні (марки Д1, Д16). Марганець додається до складу сплаву для підвищення корозійної стійкості.

Крім перерахованих вище, в машинобудуванні використовується ряд інших металевих сплавів, як правило, призначених для виготовлення деталей з особливими властивостями. Наприклад, сплав олова і свинцю - бабіт - володіє високими антикорозійними властивостями і застосовується як матеріал при виробництві вкладишів підшипників ковзання.

Композиційні матеріали являють собою композицію з легких металів в якості основи (матриці) та міцних волокон як наповнювача. В якості металевої основи використовують Al, Mg, Ni та їх сплави. Металева матриця пов'язує волокна в єдине ціле. Волокна розташовуються таким чином, що утворюється певна композиція. Композиційні матеріали по відношенню до звичайних сплавів володіють більш високою статичною міцністю і міцністю при змінному режимі навантаження. Застосування цих матеріалів підвищує жорсткість конструкції і знижує її металоємність. При цьому міцність композиційного матеріалу визначається насамперед властивостями волокон, а матриця виконує роль сполучної ланки. Композиційні матеріали мають високу статичної міцністю, малою чутливістю до концентраторів напруг і мають високу межу міцності на опір втомі. Крім металевої, іноді використовують полімерну або керамічну основи.

Порошкові матеріали в останні роки знаходять все більш широке застосування в промисловості. Деталі, виготовлені методом порошкової металургії, не потребують подальшої механічної обробки. Суть методу полягає в пресуванні і наступному запіканні в прес-формах композицій металевих порошків і спеціальних присадок. Залежно від композиції порошків можуть бути отримані матеріали з необхідними характеристиками міцності, фрикційними, антикорозійними і іншими властивостями. Цей метод реалізує принцип безвідходної технології. Порошкові матеріали широко використовують при виготовленні гальмівних колодок, вкладишів підшипників ковзання, малонавантажених зубчастих коліс, втулок, шайб і ін.

Неметалеві матеріали. Для виготовлення деталей машин поряд з металами і їх сплавами широке застосування отримують неметалеві матеріали, отримані на основі:

1) неорганічних речовин (наприклад, мінеральні скла, силікати, керамічні матеріали, азбестові матеріали);

2) органічних речовин (наприклад, пластичні маси, деревяні матеріали, каучуки, технічні гуми, лакофарбові матеріали, папір та ін.)

Неметалеві матеріали органічного походження являють собою в основному природні або синтетичні високомолекулярні сполуки. До природних високомолекулярних сполук відносяться: целюлоза, натуральний каучук, природні смоли. Синтетичні високомолекулярні сполуки виходять, як правило, з низькомолекулярних сполук полімеризацією або поліконденсацією.

Кераміка. Полікристалічний матеріал на основі сполук металів. Якщо такий матеріал змішується з металами, то в результаті виходять металокерамічні матеріали. Металокерамічні матеріали виготовляються методами порошкової металургії. В основі ці матеріали являють суміш кераміки з металами. Таке поєднання дозволяє створювати матеріали, що мають високі термічну міцність, зносостійкість, корозійну стійкість і стійкість до агресивних хімічних середовищ.

Пластмаси (пластичні маси). Все більш широке застосування отримують пластмаси. Пластмасами називають матеріали, які одержують на основі природніх або синтетичних смол (полімерів), які за певних температурі і тиску набувають пластичність, а потім тверднуть, зберігаючи форму при експлуатації. Пластмаси володіють цінними властивостями: легкістю, міцністю, тепло-і електроізоляції, стійкістю проти дії агресивних середовищ, фрикційними або антифрикційні, високим коефіцієнтом лінійного розширення (в 10 ... 30 разів більше, ніж у сталі), можливістю отримувати вироби складної форми високопродуктивними методами (литтям під тиском, штампуванням). Негативними властивостями пластмас є невисока теплостійкість, низький модуль пружності, схильність до так званого старіння, яке супроводжується поступовою зміною механічних характеристик в процесі експлуатації.

По поведінці при нагріванні полімерів пластмаси ділять на термопластичні (термопласти) і термореактивні (реактопластів).

Термопласти (поліетилен, фторопласт, полістирол, поліаміди та ін) мають властивості зворотності: при повторному нагріванні вони переходять у пластичний або в'язкотекучий стан і їм можна надати необхідну форму, а потім вони знов тверднуть при охолодженні. Перехід термопластів з одного фізичного стану в інший може здійснюватися неодноразово без зміни хімічного складу.

Фторопласт - полімерний матеріал, що отримується хімічним шляхом. Фторопласт містить атоми фтору, завдяки чому має високу хімічну стійкість. Погано розчиняється або не розчиняється в багатьох органічних розчинниках, не розчинний у воді і не змочується нею. Фторопласти характеризуються широким діапазоном механічних властивостей, хорошими діелектричними властивостями, високою електричною міцністю, низьким коефіцієнтом тертя, низькими значеннями зносу; стійкі до дії різних агресивних середовищ при кімнатній і підвищеній температурі, атмосферо-, корозійно-і радіаційностійкі, слабка газопроникність, не горючі або самозагасають при загорянні. Дуже висока нагрівостійкість (до 300 ° С). Матеріал має холодну текучість.

Поліетилен - продукт полімеризації безбарвного газу етилену, що відноситься до полімерів які кристалізуються. Теплостійкість поліетилену невисока, тому тривало його можна застосовувати при температурах до 60-100ºС. Морозостійкість поліетилену сягає - 70 ºС і нижче. Поліетилен використовують для виготовлення труб, литих і пресованих несилових деталей, поліетиленових плівок для ізоляції проводів і кабелів, чохлів, облицювання водойм; крім того, поліетилен служить покриттям на металах для захисту від корозії, вологи, електричного струму та ін.

Полістирол - твердий, жорсткий, прозорий, аморфний полімер. За діелектричним характеристикам близький до поліетилену, зручний для механічної обробки, добре забарвлюється. Недоліками полістиролу є його невисока теплостійкість, схильність до старіння, утворення тріщин. З полістиролу виготовляють деталі для радіотехніки, телебачення і приладів, деталі машин, судини для води і хімікатів, плівки стірофлекс для електроізоляції.

Поліаміди - це кристалізуються полімери. У них низька щільність. Поліаміди мають низький коефіцієнт тертя, тривалий час можуть працювати на стирання; крім того, поліаміди ударостійкі і здатні поглинати вібрацію. Вони стійки до лугів, бензину, спирту; стійкі в тропічних умовах. З поліамідів виготовляють шестерні, втулки, підшипники, болти, гайки, шківи, деталі ткацьких верстатів, ущільнювачі гідросистем, колеса відцентрових насосів, турбін, турбобуров, буксирні канати і т. д. Поліаміди використовують в електротехнічній промисловості, медицині і, крім того, як антифрикційні покриття металів.

Реактопласти не переходять у пластичний стан при повторному нагріванні. Вони мають більш високі, ніж термопласти, показники по твердості, модулю пружності, теплостійкості, опору втомної міцності. Їх властивості не так різко залежать від температури. В залежності від наповнювача розрізняють монолітні (карболіт), шаруваті (текстоліт, гетинакс) та композиційні пластмаси, де наповнювачем використовуються волокна. У термореактивних пластмасах сполучними є епоксидні, кремнійорганічні та інші смоли.

Карболіт, один з видів синтетичних фенолоальдегідних смол, одержуваний поліконденсацією фенолу (крезолів) з формальдегідом у присутності нафтових сульфокислот.

Текстоліти (наповнювач - бавовняна тканина) широко використовують у машинобудуванні як конструкційний і антифрикційний матеріал: У них вигідно поєднуються висока механічна міцність з низькою щільністю, зносостійкістю і хорошими діелектричними властивостями. Текстоліт застосовують для виготовлення підшипників, зубчастих коліс і різних силових деталей загального і спеціального машинобудування.

Древоліти - древеснослоістие пластики (ДСП). Древоліт являє собою пластики, що складаються з правильно покладених шарів тонкого (0,6 ..... 1 мм) деревної шпони, просочених фенольною смолою і термічно оброблених під високим тиском.

Гетинакс (в якості наповнювача застосовується папір) володіє високими діелектричними властивостями і задовільною механічною міцністю. Випускається у вигляді листів, плит, труб та різних пресованих деталей. Широко застосовується як електроізоляційний матеріал.

Гума - матеріал, одержуваний вулканізацією суміші натурального або синтетичного каучуку з сіркою та іншими добавками (інгредієнтами). За ступенем вулканізації гуми поділяються на м'які (1-3% сірки), напівтверді і тверді (30% сірки) (ебоніт). Гума застосовується для ущільнювальних виробів, діафрагм, гнучких шлангів. Гума відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями. Вона володіє також високою зносостійкістю, гарними діелектричними властивостями і тим, що здатна чинити опір багатьом агресивних середовищ. Гума може витримувати великі деформації, які, в свою чергу, повністю зворотні.

Картон прокладочний слугує для виготовлення ущільнюючих прокладок у фланцевих та інших з'єднаннях. Прессшпан представляє сильно ущільнений лощений картон. Він застосовується для виготовлення прокладок підвищеної щільності (в порівнянні з картонними прокладками).

Пароніт являє собою листовий прокладочний матеріал, виготовлений з азбесту, каучуку і наповнювачів. Його застосовують у вигляді прокладок для ущільнення місць з'єднань металевих поверхонь, що піддаються впливу води, насиченого перегрітої пари, повітря, інертних газів, бензину, гасу і масла.

Азбест застосовують для виготовлення гальмівних стрічок, фрикційних кілець, фільтрів, в якості термоізоляційного матеріалу, а також для прокладок, ущільнення сальників і т. п. Кільця фрикційні азбестові являють собою просочену та прогартовану багатошарову тканину, виготовлену з азбестової нитки з включенням латунної або красномедной дроту (діаметром не менше 0,16 мм); кільця застосовують як накладок гальмівних механізмів. Повсть технічний тонкошерстний (фетр), полугрубошерстной і нитки синтетичні застосовують для сальників, прокладок і фільтрів.

Питання для самоконтролю

1 Які вимоги висувають до матеріалів деталей маши?

2 Які ви знаєте металеві матеріали, розкажіть про них.

3 Які ви знаєте не металеві матеріали, розкажіть про них.

Читайте також:

1. II. Основні закономірності ходу і розгалуження судин великого і малого кіл кровообігу
2. II. Основні засоби
3. II.3. Основні способи і прийоми досягнення адекватності
4. L2.T4/1.1. Засоби періодичного транспортування штучних матеріалів.
5. L2.T4/1.2. Засоби безперервного транспортування матеріалів. Транспортери.
6. L2.T4/1.3. Засоби дозування сипучих матеріалів.
7. VII. ОСНОВНІ ЕТАПИ РОЗВИТКУ УКРАЇНСЬКОЇ КУЛЬТУРИ У ХХ ст.
8. Адвокатура в Україні: основні завдання і функції
9. АКТ ПРО ПРИЙМАННЯ МАТЕРІАЛІВ № 21
10. Амортизація основних засобів, основні методи амортизації
11. Артеріальний пульс, основні параметри
12. Артеріальний пульс, основні параметри

Переглядів: 1678