МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НОУ «ІНСТИТУТ ЕКОНОМІКИ ТА УПРАВЛІННЯ У БУДІВНИЦТВІ ТА ПРОМИСЛОВОСТІ»
Контрольна робота
ПЗ Технології конструкційних матеріалів
Калуга, 2007р.
Скловидні і металокерамічні матеріали. Скловидні матеріали
Основний різновидом аморфного стану речовин у природі є склоподібного стану. Це тверде, однорідне, крихке, в тій чи іншій мірі прозоре тіло з раковістим зламом. За своєю структурою склоподібного стану займає проміжне положення між кристалічними речовинами і рідкими. З давніх пір скло та склоподібна матеріали знайшли застосування в нашому житті.
«Склом називаються всі аморфні тіла, одержувані шляхом переохолодження розплаву незалежно від їх складу і температурної області затвердіння і які мають в результаті поступового збільшення в'язкості механічними властивостями твердих тіл, причому процес переходу з рідкого стану в склоподібний повинен бути оборотним».
Інший клас матеріалів, - це скловидні, або аморфні, матеріали. Атоми в таких матеріалах розташовуються в загальному так само, як і в рідинах, тобто вони впорядковані лише в межах декількох міжатомних відстаней від кожного атома, прийнятого за центральний. Інакше кажучи, для скла характерний ближній порядок в розташуванні атомів, а не далекий, як у кристалічній структурі.
Скляне волокно
Скляним волокном (СВ) називають штучне волокно, виготовлене різними способами з розплавленого скла.
Скляні волокна різного хімічного складу мають цінні властивості - негорючістю, стійкістю до корозії, високу міцність, порівняно малою щільністю, високими оптичними, діелектричними і теплофізичними властивостями, що дозволяє їх застосовувати в різних областях техніки, головним чином, для виготовлення текстильних матеріалів та виробів (ниток , джгутів, стрічок, і нетканих матеріалів). Штапельні СВ в процесі їх отримання формують у вигляді вати, матів і полотен, скріплюються органічними і неорганічними єднальними.
Матеріали з безперервних і штапельних скляних волокон широко використовуються в електротехнічній промисловості, машинобудуванні, хімічній промисловості, будівництві та інших галузях народного господарства. Більшу частину виробів з безперервних скляних волокон застосовують як армуючих матеріалів: стеклотканей, склопластиків, композитів і склоцементу при виготовленні електроізоляції, корозійно-стійких трубопроводів та ємностей - у хімічній, автомобільної промисловості, будівництві, залізничному транспорті, суднобудуванні, авіаційної, космічної техніки та ін .
Матеріали з штапельного волокна використовують для теплозвуко-електроізоляції, фільтрації хімічно агресивних середовищ і ін
Скловидні матеріали використовуються в різних областях техніки, у тому числі в волоконної оптики. Тому їх структура, оптичні та електричні властивості широко досліджувалася різними методами. Але, тим не менш, до цих пір немає чіткого кристалографічного подання про атомістичну структурі скла. Тобто, хоча всі вживають слова аморфне і стеклообразное, але немає чіткого структурного представлення про кристалічну структуру скла.
Всі речовини, що знаходяться в склоподібного стані мають кількома загальними фізико-хімічними характеристиками. Типові скловидні тіла:
1. ізотропні, тобто властивості їх однакові у всіх напрямках;
2. при нагріванні не плавляться, як кристали, а поступово розм'якшуються, переходячи з крихкого в тягуче, високов'язкої і, нарешті, в капельножидкой стан, причому не тільки в'язкість, але й інші властивості їх змінюються безперервно;
розплавляються і тверднуть оборотно. Тобто витримують неодноразовий розігрів до розплавленого стану, а після охолодження за однаковими режимам, знову набувають первинні властивості (якщо не відбудеться кристалізація або ізоляція).
Перерахуємо найважливіші властивості скла:
1. Властивості розм'якшеного і розплавленого скла:
В'язкість: властивість рідин чинити опір переміщенню однієї частини рідини інший.
Плавкість: практична величина, що характеризує швидкість
розм'якшення скла і розтікання в'язкого розплаву по твердій поверхні при різних температурах. Плавкість являє собою складну функцію в'язкості, поверхневої енергії на межах фаз, кристалізаційної здатності, температури початку кристалізації і щільності складу.
Змочуються здатність: здатність розплаву по відношенню до різних твердих поверхонь смаівать їх, і характеризується крайовим кутом змочування і крайовим кутом розтікання і оттеканія.
2. Оптичні властивості скла.
Показник заломлення і дисперсія: здатність скла заломлювати падаючий на нього світло прийнято характеризувати за допомогою показника заломлення для жовтого променя, що випускається розжареними парами натрію, або світиться гейслеровской трубці гелієм. Різниця між цими величинами незначна, так як довжини хвиль дуже близькі.
3. Механічні властивості.
Пружність: властивість твердого тіла відновлювати свою первісну форму після припинення дії навантаження.
Внутрішнє тертя: Стеклообразное системи, як і інші тіла, мають здатність поглинати механічні, зокрема, звукові й ультразвукові коливання. Згасання коливань залежить від складу неоднорідностей у склі, і пояснюється внутрішнім тертям. Внутрішнє тертя силікатного скла обумовлено власними коливаннями.
5) Термічні властивості.
Термічні властивості силікатних систем є найважливішими властивостями як при вивченні так і при виготовленні керамічних і скляних виробів.
Головними з термічних властивостей скла і склоподібних систем можна назвати - термічне розширення скла, теплопровідність і термостійкість.
6) Хімічна стійкість.
Висока хімічна стійкість по відношенню до різних агресивних середовищ - одна з дуже важливих властивостей стекол.
Металокерамічні матеріали
Металокерамічні матеріали виходять пресуванням деталей з відповідних сумішей порошків у сталевих пресформ під тиском 1000 - 6000 кг/см2 з наступним спіканням спресованих напівфабрикатів при температурі нижче точки плавлення основного компонента сплаву.
Зазначеним методом виходять пористі вироби.
Розміри пресованих заготовок після спікання дещо змінюються.
Види:
1. контактні матеріали (вольфрам - мідь, вольфрам - срібло, молібден - срібло, срібло-графіт, срібло-окис кадмію та ін
2. магнітні матеріали (залізо - пластичні композиції для сердечників Пупина-ських котушок, карбонильное залізо високої чистоти, постійні магніти високої підйомної сили зі сплавів заліза з алюмінієм, нікелем, кобальтом і т.
3. інші металокерамічні матеріали (прутки і дріт з мідних порошків, компактні матеріали з порошків карбонільного заліза, зварювальні електроди, металокерамічні припої та ін.)
4. тверді сплави
Металокерамічні антифрикційні матеріали поділяються на три групи: а) пористі підшипники, б) компактні металокерамічні антифрикційні матеріали, в) антифрикційні матеріали з неметалевими складовими.
Хімічний склад пористих металокерамічних антифрикційних матеріалів вибирається залежно від умов роботи підшипника і технологічного процесу.
Область застосування пористих підшипників.
Пористі підшипники можуть застосовуватися замість бронзових підшипників ковзання і шарикопідшипників для роботи при pv до 70 кгм1слРсс.
Підйомно-транспортне машинобудування. Ескалатори метрополітену, ролики вугільних транспортерів, катки мостових кранів та ін
Інші галузі промисловості. Допоміжні пристрої двигуна дизеля, кіноапаратура, звукові протектори, патефони, вентилятори, сепаратори для шарикопідшипників і ін
Компактні (непористі) металокерамічні антифрикційні матеріали.
Застосовувані в Англії і США непористі антифрикційні металокерамічні матеріали можна розбити на три групи:
а) матеріали, виготовлені з роздробленої і декарбюрізованной сталевої стружки пресуванням, спіканням і подальшої гарячої штампуванням;
б) металокерамічні матеріали з свинцювата бронзи, застосовувані як втулок, біметалічних вкладишів і стрічки (металокерамічний шар на сталевій основі);
в) тришаровий матеріал, що складається із сталевої стрічки, на яку напресовується порошки міді та нікелю.
Товщина металокерамічного шару - близько 0,5 мм.
Після спікання пори цього шару заповнюються розплавленим свинцювата бабітом (під вакуумом), який утворює також поверхневий шар (завтовшки 0,02 - 0,075 мм).
Металокерамічні фрикційні матеріали
Основними компонентами металокерамічних фрикційних матеріалів є мідь, олово, свинець і графіт.
Ряд сплавів містить також залізо, кремній і цинк.
Внаслідок невисокого опору розриву і зрізу металокерамічні фрикційні матеріали наносяться на сталеву основу (диск чи стрічку) тонким шаром товщиною від 0,25 до 8-10 мм і іноді до 6 мм.
Металокерамічні фрикційні матеріали володіють високими експлуатаційними властивостями, зносостійкістю і корозійною стійкістю.
Вони можуть працювати при високих температурах (в деяких випадках нагрівання при гальмуванні доходить до 540 ° С) і високих тисках (до 70 кг / см 2).
Застосовуються в якості фрикційних прокладок для гальмівних дисків, стрічок і колодок на літаках і танках.
Чавуни
Чавуни - це железоуглеродістиє сплави, що містять більше 2% вуглецю і затвердевающие з утворенням евтектики. На відміну від сталі чавуни мають низьку пластичністю. Проте, завдяки високим ливарним властивостями, достатньої міцності і відносній дешевизні, чавуни знайшли широке застосування в машинобудуванні.
Чавуни виплавляють у доменних печах, вагранках і електропечах. Виплавляються в доменних печах чавуни бувають передільними, спеціальними (феросплави) і ливарними. Переробні та спеціальні чавуни використовуються для подальшої виплавки сталі і чавуну. У вагранках і електропечах переплавляють ливарні чавуни. Близько 20% всіх виплавлюваних чавунів використовують для виготовлення виливків.
Чавуни при кристалізації і подальшому охолодженні можуть вести себе по-різному: або відповідно до метастабільній діаграмою станів Fe-Fe3C (білі чавуни, в яких вуглець присутній у вигляді Fe3C), або відповідно зі стабільною діаграмою Fe-C (сірі чавуни, в яких вуглець присутній у вигляді графіту).
Графитизация чавунів
Графитизация називається процес виділення графіту при кристалізації або охолодженні чавунів. Графіт може утворюватися як з рідкої фази при кристалізації, так і з твердої фази.
Графитизация чавуну і її повнота залежить від швидкості охолодження, хімічного складу та наявності центрів графітизації.
У залежності від ступеня графітизації розрізняють чавуни білі, сірі та половинчасті.
Білі чавуни - виходять при прискореному охолодженні і при переохолодженні рідкого чавуну нижче 1 147 ° С, коли в силу структурних і кінетичних особливостей буде утворюватися метастабільна фаза Fe3C, а не графіт. Білі чавуни, які містять пов'язаний вуглець у вигляді Fe3C, відрізняються високою твердістю, крихкістю і дуже важко обробляються різанням. Тому вони як конструкційний матеріал не застосовуються, а використовуються для отримання ковкого чавуну шляхом графітізірующего відпалу.
Сірі чавуни - утворюються тільки при малих швидкостях охолодження у вузькому інтервалі температур, коли мала ступінь переохолодження рідкої фази. У цих умовах весь вуглець або його більша частина графітізіруется у виді пластинчастого графіту, а вміст вуглецю у вигляді цементиту становить не більше 0,8%. У сірих чавунів хороші технологічні та міцнісні властивості, що визначає широке застосування їх як конструкційного матеріалу.
Половинчасті чавуни - займають проміжне положення між білими і сірими чавунами, і в них основна кількість вуглецю (більше 0,8%) перебуває у вигляді Fe3C. Чавун має структуру перліту, ледебуріта і пластинчастого графіту.
Промислові чавуни містять 2,0-4,5% С, 1,0-3,5% Si, 0,5-1,0% Mn, до 03% Р і до 0,2% S. Найбільш сильний позитивний вплив на графітизацію надає кремній. Змінюючи вміст кремнію, можна отримувати чавуни з різною структурою і властивостями.
Марганець перешкоджає графітизації, збільшуючи схильність чавуну до відбілювання. Сірка є шкідливою домішкою. Її відбілюючий вплив у 5-6 разів вище, ніж марганцю. Крім того, сірка знижує жидкотекучесть, сприяє утворенню газових бульбашок, збільшує усадку і схильність до утворення тріщин. Фосфор не впливає на графітизацію і є корисною домішкою, збільшуючи жидкотекучесть сірого чавуну за рахунок утворення легкоплавкой (950-980) ° С фосфідних евтектики.
Таким чином, регулюючи хімічний склад і швидкість охолодження можна одержувати в виливках потрібну структуру чавуну.
Класифікація сірих чавунів
Сірий чавун можна розглядати як структуру, яка складається з металевої основи з графітними включеннями. Властивості чавуну залежать від властивостей металевої основи і характеру графітних включень.
Металева основа може бути: перлітною, коли 0,8% С перебуває у вигляді цементиту, а решті вуглець у вигляді графіту; феррито-перлітною, коли кількість вуглецю у вигляді цементиту менше 0,8% С; феритної, коли вуглець знаходиться практично у вигляді графіту.
Залежно від форми графітних включень сірі чавуни класифікуються на:
чавун з пластинчастим графітом;
чавун з сиплеся графітом (ковкий чавун);
3. чавун з кулястим графітом (високоміцний чавун);
4. чавун з вермікулярним графітом.
У порівнянні з металевою основою графіт має низьку міцність. Тому графітові включення можна вважати порушеннями суцільності (порожнечами) в металевій основі, і чавун можна розглядати, як сталь, пронизану включеннями графіту, ослабляють його металеву основу. Разом з тим наявність графіту визначає і ряд переваг чавуну: хороша жидкотекучесть і мала усадка; добре обробляється різанням (графіт робить стружку ламкою); високі демпфуючі властивості; антифрикційні властивості та ін
В окрему групу при класифікації виділені чавуни зі спеціальними властивостями. Як правило, ці чавуни леговані і діляться по призначенню на наступні види: антифрикційні, зносостійкі, жаростійкі, корозійностійкі, жароміцні.
Марки, властивості та застосування чавунів.
Чавун з пластинчастим графітом для виливків.
На частку сірого чавуну з пластинчастим графітом припадає близько 80% загального виробництва чавунних виливків.
Пластини графіту з гострими краями зменшують живий перетин металевої матриці і, головне, є внутрішніми концентраторами напруг, що сприяють зародженню і розвитку тріщин. Коефіцієнт концентрацій розтягуючих напружень біля пластин графіту досягає 7,5. Пластини графіту сильно знижують міцність і пластичність чавуну при розтягуванні. Відносне подовження сірих чавунів з пластинчастим графітом, як правило, не перевищує 0,5-1,0% і стандартом не гарантується. На міцність при стисненні включення графіту впливають значно слабкіше, тому чавун особливо вигідно використовувати для виготовлення деталей, що працюють на стиск.
Наявність великої кількості внутрішніх концентраторів напруги у вигляді пластин графіту робить сірий чавун малочутливою до зовнішніх концентраторів напружень: різким переходам між перерізами виливки, надрізів, виточками, подряпин та інших нерівностей поверхні виливки.
Сірий чавун з пластинчастим графітом маркують літерами СЧ. На вимогу споживача для виготовлення виливків допускаються марки чавуну СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24.
Зниження міцності зі збільшенням Се обумовлено великою повнотою графітизації, освітою більш крупних включень графіту і зменшенням частки перліту (збільшенням частки фериту). Чавун СЧ 10 має феритної основу, а чавун СЧ 35 - перлітну.
Оскільки будова чавуну залежить не тільки від його хімічного складу, але і від умов плавки і литва, то ці умови також впливають на механічні властивості чавуну. З прискоренням охолодження дрібніше стають включення графіту, зменшується його кількість, збільшується частка перліту і зменшується межпластіночное відстань у перліті. Всі ці фактори призводять до підвищення міцності і твердості при заданому хімічному складі чавуну.
Графіт робить стружку ламкою, завдяки чому сірий чавун добре обробляється різанням. Кращими ливарними властивостями (великий жидкотекучестью, меншою усадкою через збільшення питомої обсягу при утворенні графіту) мають чавуни низьких марок (СЧ 10, СЧ 15). Але все ж найбільш широко в машинобудуванні використовують більш міцні чавуни марок СЧ 20-СЧ 35.
Основні області застосування сірого чавуну - верстатобудування і важке машинобудування (станини верстатів, різноманітні корпусні деталі), автомобільна промисловість і сільськогосподарське машинобудування, санітарно-технічне обладнання (опалювальні радіатори, труби, ванни) і ін
Чавун з кулястим графітом для виливків.
При введенні в чавун перед розливанням »0,5% магнію або церію графіт кристалізується в кулястої або близькою до нього формі. Цей процес називається модифікуванням. Кулястий графіт у меншій мірі, ніж пластинчастий, послаблює перетин металевої матриці і, головне, не є таким сильним концентратором напружень. Ця обставина в поєднанні з можливістю формувати необхідну структуру металевої матриці дозволяє надавати чавунів високу міцність, пластичність і підвищену ударну в'язкість.
Чавуни з кулястим графітом, що використовуються в промисловості з 40-х років, називають високоміцними і, відповідно до ГОСТ 7293-85, маркуються літерами ВЧ, за якими слід число, яке вказує значення тимчасового опору при розтягуванні в МПа · 10-1 (наприклад ВЧ 50).
Високоміцні чавуни з кулястим графітом використовують для заміни литої сталі у виробах відповідального призначення (валки гарячої прокатки, станини і рами прокатних станів, молотів і пресів). У порівнянні зі сталлю вони володіють незрівнянно більш високими ливарними властивостями і на 8-10% меншою щільністю (останнє дозволяє знизити масу машин). Навіть поковки відповідального призначення з легованих сталей можна замінювати на виливки з високоміцного чавуну з кулястим графітом. Класичний приклад цього - важконавантаженого колінчаті вали дизельних, у тому числі автомобільних двигунів, до яких висувають високі вимоги по статичній і втомної міцності.
Високоміцний чавун використовують і для заміни сірого чавуну з пластинчастим графітом, якщо необхідно збільшити термін служби виробу або знизити масу.
НОУ «ІНСТИТУТ ЕКОНОМІКИ ТА УПРАВЛІННЯ У БУДІВНИЦТВІ ТА ПРОМИСЛОВОСТІ»
Контрольна робота
ПЗ Технології конструкційних матеріалів
Калуга, 2007р.
Скловидні і металокерамічні матеріали. Скловидні матеріали
Основний різновидом аморфного стану речовин у природі є склоподібного стану. Це тверде, однорідне, крихке, в тій чи іншій мірі прозоре тіло з раковістим зламом. За своєю структурою склоподібного стану займає проміжне положення між кристалічними речовинами і рідкими. З давніх пір скло та склоподібна матеріали знайшли застосування в нашому житті.
«Склом називаються всі аморфні тіла, одержувані шляхом переохолодження розплаву незалежно від їх складу і температурної області затвердіння і які мають в результаті поступового збільшення в'язкості механічними властивостями твердих тіл, причому процес переходу з рідкого стану в склоподібний повинен бути оборотним».
Інший клас матеріалів, - це скловидні, або аморфні, матеріали. Атоми в таких матеріалах розташовуються в загальному так само, як і в рідинах, тобто вони впорядковані лише в межах декількох міжатомних відстаней від кожного атома, прийнятого за центральний. Інакше кажучи, для скла характерний ближній порядок в розташуванні атомів, а не далекий, як у кристалічній структурі.
Скляне волокно
Скляним волокном (СВ) називають штучне волокно, виготовлене різними способами з розплавленого скла.
Скляні волокна різного хімічного складу мають цінні властивості - негорючістю, стійкістю до корозії, високу міцність, порівняно малою щільністю, високими оптичними, діелектричними і теплофізичними властивостями, що дозволяє їх застосовувати в різних областях техніки, головним чином, для виготовлення текстильних матеріалів та виробів (ниток , джгутів, стрічок, і нетканих матеріалів). Штапельні СВ в процесі їх отримання формують у вигляді вати, матів і полотен, скріплюються органічними і неорганічними єднальними.
Матеріали з безперервних і штапельних скляних волокон широко використовуються в електротехнічній промисловості, машинобудуванні, хімічній промисловості, будівництві та інших галузях народного господарства. Більшу частину виробів з безперервних скляних волокон застосовують як армуючих матеріалів: стеклотканей, склопластиків, композитів і склоцементу при виготовленні електроізоляції, корозійно-стійких трубопроводів та ємностей - у хімічній, автомобільної промисловості, будівництві, залізничному транспорті, суднобудуванні, авіаційної, космічної техніки та ін .
Матеріали з штапельного волокна використовують для теплозвуко-електроізоляції, фільтрації хімічно агресивних середовищ і ін
Скловидні матеріали використовуються в різних областях техніки, у тому числі в волоконної оптики. Тому їх структура, оптичні та електричні властивості широко досліджувалася різними методами. Але, тим не менш, до цих пір немає чіткого кристалографічного подання про атомістичну структурі скла. Тобто, хоча всі вживають слова аморфне і стеклообразное, але немає чіткого структурного представлення про кристалічну структуру скла.
Всі речовини, що знаходяться в склоподібного стані мають кількома загальними фізико-хімічними характеристиками. Типові скловидні тіла:
1. ізотропні, тобто властивості їх однакові у всіх напрямках;
2. при нагріванні не плавляться, як кристали, а поступово розм'якшуються, переходячи з крихкого в тягуче, високов'язкої і, нарешті, в капельножидкой стан, причому не тільки в'язкість, але й інші властивості їх змінюються безперервно;
розплавляються і тверднуть оборотно. Тобто витримують неодноразовий розігрів до розплавленого стану, а після охолодження за однаковими режимам, знову набувають первинні властивості (якщо не відбудеться кристалізація або ізоляція).
Перерахуємо найважливіші властивості скла:
1. Властивості розм'якшеного і розплавленого скла:
В'язкість: властивість рідин чинити опір переміщенню однієї частини рідини інший.
Плавкість: практична величина, що характеризує швидкість
розм'якшення скла і розтікання в'язкого розплаву по твердій поверхні при різних температурах. Плавкість являє собою складну функцію в'язкості, поверхневої енергії на межах фаз, кристалізаційної здатності, температури початку кристалізації і щільності складу.
Змочуються здатність: здатність розплаву по відношенню до різних твердих поверхонь смаівать їх, і характеризується крайовим кутом змочування і крайовим кутом розтікання і оттеканія.
2. Оптичні властивості скла.
Показник заломлення і дисперсія: здатність скла заломлювати падаючий на нього світло прийнято характеризувати за допомогою показника заломлення для жовтого променя, що випускається розжареними парами натрію, або світиться гейслеровской трубці гелієм. Різниця між цими величинами незначна, так як довжини хвиль дуже близькі.
3. Механічні властивості.
Пружність: властивість твердого тіла відновлювати свою первісну форму після припинення дії навантаження.
Внутрішнє тертя: Стеклообразное системи, як і інші тіла, мають здатність поглинати механічні, зокрема, звукові й ультразвукові коливання. Згасання коливань залежить від складу неоднорідностей у склі, і пояснюється внутрішнім тертям. Внутрішнє тертя силікатного скла обумовлено власними коливаннями.
5) Термічні властивості.
Термічні властивості силікатних систем є найважливішими властивостями як при вивченні так і при виготовленні керамічних і скляних виробів.
Головними з термічних властивостей скла і склоподібних систем можна назвати - термічне розширення скла, теплопровідність і термостійкість.
6) Хімічна стійкість.
Висока хімічна стійкість по відношенню до різних агресивних середовищ - одна з дуже важливих властивостей стекол.
Металокерамічні матеріали
Металокерамічні матеріали виходять пресуванням деталей з відповідних сумішей порошків у сталевих пресформ під тиском 1000 - 6000 кг/см2 з наступним спіканням спресованих напівфабрикатів при температурі нижче точки плавлення основного компонента сплаву.
Зазначеним методом виходять пористі вироби.
Розміри пресованих заготовок після спікання дещо змінюються.
Види:
1. контактні матеріали (вольфрам - мідь, вольфрам - срібло, молібден - срібло, срібло-графіт, срібло-окис кадмію та ін
2. магнітні матеріали (залізо - пластичні композиції для сердечників Пупина-ських котушок, карбонильное залізо високої чистоти, постійні магніти високої підйомної сили зі сплавів заліза з алюмінієм, нікелем, кобальтом і т.
3. інші металокерамічні матеріали (прутки і дріт з мідних порошків, компактні матеріали з порошків карбонільного заліза, зварювальні електроди, металокерамічні припої та ін.)
4. тверді сплави
Металокерамічні антифрикційні матеріали поділяються на три групи: а) пористі підшипники, б) компактні металокерамічні антифрикційні матеріали, в) антифрикційні матеріали з неметалевими складовими.
Хімічний склад пористих металокерамічних антифрикційних матеріалів вибирається залежно від умов роботи підшипника і технологічного процесу.
Область застосування пористих підшипників.
Пористі підшипники можуть застосовуватися замість бронзових підшипників ковзання і шарикопідшипників для роботи при pv до 70 кгм1слРсс.
Підйомно-транспортне машинобудування. Ескалатори метрополітену, ролики вугільних транспортерів, катки мостових кранів та ін
Інші галузі промисловості. Допоміжні пристрої двигуна дизеля, кіноапаратура, звукові протектори, патефони, вентилятори, сепаратори для шарикопідшипників і ін
Компактні (непористі) металокерамічні антифрикційні матеріали.
Застосовувані в Англії і США непористі антифрикційні металокерамічні матеріали можна розбити на три групи:
а) матеріали, виготовлені з роздробленої і декарбюрізованной сталевої стружки пресуванням, спіканням і подальшої гарячої штампуванням;
б) металокерамічні матеріали з свинцювата бронзи, застосовувані як втулок, біметалічних вкладишів і стрічки (металокерамічний шар на сталевій основі);
в) тришаровий матеріал, що складається із сталевої стрічки, на яку напресовується порошки міді та нікелю.
Товщина металокерамічного шару - близько 0,5 мм.
Після спікання пори цього шару заповнюються розплавленим свинцювата бабітом (під вакуумом), який утворює також поверхневий шар (завтовшки 0,02 - 0,075 мм).
Металокерамічні фрикційні матеріали
Основними компонентами металокерамічних фрикційних матеріалів є мідь, олово, свинець і графіт.
Ряд сплавів містить також залізо, кремній і цинк.
Внаслідок невисокого опору розриву і зрізу металокерамічні фрикційні матеріали наносяться на сталеву основу (диск чи стрічку) тонким шаром товщиною від 0,25 до 8-10 мм і іноді до 6 мм.
Металокерамічні фрикційні матеріали володіють високими експлуатаційними властивостями, зносостійкістю і корозійною стійкістю.
Вони можуть працювати при високих температурах (в деяких випадках нагрівання при гальмуванні доходить до 540 ° С) і високих тисках (до 70 кг / см 2).
Застосовуються в якості фрикційних прокладок для гальмівних дисків, стрічок і колодок на літаках і танках.
Чавуни
Чавуни - це железоуглеродістиє сплави, що містять більше 2% вуглецю і затвердевающие з утворенням евтектики. На відміну від сталі чавуни мають низьку пластичністю. Проте, завдяки високим ливарним властивостями, достатньої міцності і відносній дешевизні, чавуни знайшли широке застосування в машинобудуванні.
Чавуни виплавляють у доменних печах, вагранках і електропечах. Виплавляються в доменних печах чавуни бувають передільними, спеціальними (феросплави) і ливарними. Переробні та спеціальні чавуни використовуються для подальшої виплавки сталі і чавуну. У вагранках і електропечах переплавляють ливарні чавуни. Близько 20% всіх виплавлюваних чавунів використовують для виготовлення виливків.
Чавуни при кристалізації і подальшому охолодженні можуть вести себе по-різному: або відповідно до метастабільній діаграмою станів Fe-Fe3C (білі чавуни, в яких вуглець присутній у вигляді Fe3C), або відповідно зі стабільною діаграмою Fe-C (сірі чавуни, в яких вуглець присутній у вигляді графіту).
Графитизация чавунів
Графитизация називається процес виділення графіту при кристалізації або охолодженні чавунів. Графіт може утворюватися як з рідкої фази при кристалізації, так і з твердої фази.
Графитизация чавуну і її повнота залежить від швидкості охолодження, хімічного складу та наявності центрів графітизації.
У залежності від ступеня графітизації розрізняють чавуни білі, сірі та половинчасті.
Білі чавуни - виходять при прискореному охолодженні і при переохолодженні рідкого чавуну нижче 1 147 ° С, коли в силу структурних і кінетичних особливостей буде утворюватися метастабільна фаза Fe3C, а не графіт. Білі чавуни, які містять пов'язаний вуглець у вигляді Fe3C, відрізняються високою твердістю, крихкістю і дуже важко обробляються різанням. Тому вони як конструкційний матеріал не застосовуються, а використовуються для отримання ковкого чавуну шляхом графітізірующего відпалу.
Сірі чавуни - утворюються тільки при малих швидкостях охолодження у вузькому інтервалі температур, коли мала ступінь переохолодження рідкої фази. У цих умовах весь вуглець або його більша частина графітізіруется у виді пластинчастого графіту, а вміст вуглецю у вигляді цементиту становить не більше 0,8%. У сірих чавунів хороші технологічні та міцнісні властивості, що визначає широке застосування їх як конструкційного матеріалу.
Половинчасті чавуни - займають проміжне положення між білими і сірими чавунами, і в них основна кількість вуглецю (більше 0,8%) перебуває у вигляді Fe3C. Чавун має структуру перліту, ледебуріта і пластинчастого графіту.
Промислові чавуни містять 2,0-4,5% С, 1,0-3,5% Si, 0,5-1,0% Mn, до 03% Р і до 0,2% S. Найбільш сильний позитивний вплив на графітизацію надає кремній. Змінюючи вміст кремнію, можна отримувати чавуни з різною структурою і властивостями.
Марганець перешкоджає графітизації, збільшуючи схильність чавуну до відбілювання. Сірка є шкідливою домішкою. Її відбілюючий вплив у 5-6 разів вище, ніж марганцю. Крім того, сірка знижує жидкотекучесть, сприяє утворенню газових бульбашок, збільшує усадку і схильність до утворення тріщин. Фосфор не впливає на графітизацію і є корисною домішкою, збільшуючи жидкотекучесть сірого чавуну за рахунок утворення легкоплавкой (950-980) ° С фосфідних евтектики.
Таким чином, регулюючи хімічний склад і швидкість охолодження можна одержувати в виливках потрібну структуру чавуну.
Класифікація сірих чавунів
Сірий чавун можна розглядати як структуру, яка складається з металевої основи з графітними включеннями. Властивості чавуну залежать від властивостей металевої основи і характеру графітних включень.
Металева основа може бути: перлітною, коли 0,8% С перебуває у вигляді цементиту, а решті вуглець у вигляді графіту; феррито-перлітною, коли кількість вуглецю у вигляді цементиту менше 0,8% С; феритної, коли вуглець знаходиться практично у вигляді графіту.
Залежно від форми графітних включень сірі чавуни класифікуються на:
чавун з пластинчастим графітом;
чавун з сиплеся графітом (ковкий чавун);
3. чавун з кулястим графітом (високоміцний чавун);
4. чавун з вермікулярним графітом.
У порівнянні з металевою основою графіт має низьку міцність. Тому графітові включення можна вважати порушеннями суцільності (порожнечами) в металевій основі, і чавун можна розглядати, як сталь, пронизану включеннями графіту, ослабляють його металеву основу. Разом з тим наявність графіту визначає і ряд переваг чавуну: хороша жидкотекучесть і мала усадка; добре обробляється різанням (графіт робить стружку ламкою); високі демпфуючі властивості; антифрикційні властивості та ін
В окрему групу при класифікації виділені чавуни зі спеціальними властивостями. Як правило, ці чавуни леговані і діляться по призначенню на наступні види: антифрикційні, зносостійкі, жаростійкі, корозійностійкі, жароміцні.
Марки, властивості та застосування чавунів.
Чавун з пластинчастим графітом для виливків.
На частку сірого чавуну з пластинчастим графітом припадає близько 80% загального виробництва чавунних виливків.
Пластини графіту з гострими краями зменшують живий перетин металевої матриці і, головне, є внутрішніми концентраторами напруг, що сприяють зародженню і розвитку тріщин. Коефіцієнт концентрацій розтягуючих напружень біля пластин графіту досягає 7,5. Пластини графіту сильно знижують міцність і пластичність чавуну при розтягуванні. Відносне подовження сірих чавунів з пластинчастим графітом, як правило, не перевищує 0,5-1,0% і стандартом не гарантується. На міцність при стисненні включення графіту впливають значно слабкіше, тому чавун особливо вигідно використовувати для виготовлення деталей, що працюють на стиск.
Наявність великої кількості внутрішніх концентраторів напруги у вигляді пластин графіту робить сірий чавун малочутливою до зовнішніх концентраторів напружень: різким переходам між перерізами виливки, надрізів, виточками, подряпин та інших нерівностей поверхні виливки.
Сірий чавун з пластинчастим графітом маркують літерами СЧ. На вимогу споживача для виготовлення виливків допускаються марки чавуну СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24.
Зниження міцності зі збільшенням Се обумовлено великою повнотою графітизації, освітою більш крупних включень графіту і зменшенням частки перліту (збільшенням частки фериту). Чавун СЧ 10 має феритної основу, а чавун СЧ 35 - перлітну.
Оскільки будова чавуну залежить не тільки від його хімічного складу, але і від умов плавки і литва, то ці умови також впливають на механічні властивості чавуну. З прискоренням охолодження дрібніше стають включення графіту, зменшується його кількість, збільшується частка перліту і зменшується межпластіночное відстань у перліті. Всі ці фактори призводять до підвищення міцності і твердості при заданому хімічному складі чавуну.
Графіт робить стружку ламкою, завдяки чому сірий чавун добре обробляється різанням. Кращими ливарними властивостями (великий жидкотекучестью, меншою усадкою через збільшення питомої обсягу при утворенні графіту) мають чавуни низьких марок (СЧ 10, СЧ 15). Але все ж найбільш широко в машинобудуванні використовують більш міцні чавуни марок СЧ 20-СЧ 35.
Основні області застосування сірого чавуну - верстатобудування і важке машинобудування (станини верстатів, різноманітні корпусні деталі), автомобільна промисловість і сільськогосподарське машинобудування, санітарно-технічне обладнання (опалювальні радіатори, труби, ванни) і ін
Чавун з кулястим графітом для виливків.
При введенні в чавун перед розливанням »0,5% магнію або церію графіт кристалізується в кулястої або близькою до нього формі. Цей процес називається модифікуванням. Кулястий графіт у меншій мірі, ніж пластинчастий, послаблює перетин металевої матриці і, головне, не є таким сильним концентратором напружень. Ця обставина в поєднанні з можливістю формувати необхідну структуру металевої матриці дозволяє надавати чавунів високу міцність, пластичність і підвищену ударну в'язкість.
Чавуни з кулястим графітом, що використовуються в промисловості з 40-х років, називають високоміцними і, відповідно до ГОСТ 7293-85, маркуються літерами ВЧ, за якими слід число, яке вказує значення тимчасового опору при розтягуванні в МПа · 10-1 (наприклад ВЧ 50).
Високоміцні чавуни з кулястим графітом використовують для заміни литої сталі у виробах відповідального призначення (валки гарячої прокатки, станини і рами прокатних станів, молотів і пресів). У порівнянні зі сталлю вони володіють незрівнянно більш високими ливарними властивостями і на 8-10% меншою щільністю (останнє дозволяє знизити масу машин). Навіть поковки відповідального призначення з легованих сталей можна замінювати на виливки з високоміцного чавуну з кулястим графітом. Класичний приклад цього - важконавантаженого колінчаті вали дизельних, у тому числі автомобільних двигунів, до яких висувають високі вимоги по статичній і втомної міцності.
Високоміцний чавун використовують і для заміни сірого чавуну з пластинчастим графітом, якщо необхідно збільшити термін служби виробу або знизити масу.