Материалы

При выборе материалов необходимо учитывать механические, технологические и физико-химические свойства, а также стоимость и дефицитность их. Для изготовления деталей в машиностроении и приборостроении широко применяются чугуны и стали, сплавы цветных металлов, особенно на основе меди и алюминия, а также неметаллы.

Чугуны. Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие больше 2% углерода. Они обладают хорошими литейными свойствами и худшими по сравнению со сталями пластическими свойствами. В зависимости от структуры чугуны делятся на белые, ковкие и серые. Белые чугуны обладают высокой твердостью и хрупкостью, плохо обрабатываются резанием. Ковкие чугуны высокопластичны, хорошо обрабатываются, имеют большую плотность. Стоимость изготовления деталей из этих чугунов на 30-100% превышает стоимость изготовления деталей из серого чугуна.

Серые чугуны (ГОСТ 1412-70) обладают средней прочностью, малой ударной вязкостью, наилучшими литейными свойствами, хорошо обрабатываются резанием и демпфируют колебания, поэтому находят широкое применение.

Стали. В зависимости от содержания углерода стали делятся на низкоуглеродистые (С£0,25%), среднеуглеродистые (С=0,25...0,60%) и высокоуглеродистые (С>0,6%). При малом содержании углерода, стали, обладают высокой пластичность и свариваемостью. С увеличением содержания углерода повышается прочность, уменьшается пластичность и ухудшается свариваемость.

Для улучшения механических свойств сталей применяют легирующие присадки: никель, хром, молибден, вольфрам, титан, марганец, кремний и пр. Введение легирующих примесей увеличивает стоимость стали.

По способу производства различают стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные; по применению - стали строительные, конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами.

Углеродистые стали обыкновенного качества (группа Б по ГОСТ 380-71) применяются для изготовления корпусных деталей методом штамповки или сварки, а также для изготовления крепежных деталей. Качественные (ГОСТ 1050-74) и легированные стали (ГОСТ 4543-71) применяются для изготовления различных деталей машин: валов, осей, зубчатых колес, червяков, фрикционных катков и т.п.

Латуни. Двойные сплавы, состоящие из меди и цинка, и многокомпонентные (ГОСТ 1020-77Е), имеющие в своем составе также алюминий, железо, марганец, свинец, никель и другие добавки, которые изменяют механические и физические свойства, называются латунями. Они обладают хорошими механическими свойствами, коррозионной стойкостью. Стоимость латуни превышает стоимость качественной стали 45 примерно в 5-6 раз.

Бронзы. Различают бронзы оловянистые (медные сплавы, в которых основным легирующим компонентом является олово) и безоловянистые (двойные или многокомпонентные медные сплавы, содержащие в качестве легирующих элементов алюминий, никель, кремний и пр.). Оловянистые бронзы (ГОСТ 613-79) обладают высокими антифрикционными и литейными свойствами, а также высокой коррозийной стойкостью. Применяют их в качестве антифрикционных материалов, для изготовления арматуры и т.п. Бронзы (ГОСТ 5017-74) применяют для вкладышей подшипников скольжения, венцов червячных колес, упругих элементов приборов, токопроводящих деталей. Стоимость бронзы превышает стоимость стали 45 в среднем в 10 раз.

Алюминиевые сплавы. Эти сплавы делятся на литейные (АЛ) (ГОСТ 2685-75), имеющие хорошие литейные свойства, и деформируемые (АД) (ГОСТ 4784-74), хорошо обрабатывающиеся давлением. Алюминий-магниевые и алюминий-медные сплавы (дуралюмины) применяются для изготовления нагруженных деталей (корпусов, оснований, шасси, заклепок, трубопроводов, емкостей и т.д.), алюминий-кремнистые литейные сплавы (силумины) - для изготовления средненагруженных корпусных деталей и деталей сложной конфигурации. Стоимость алюминиевых сплавов превышает стоимость стали в среднем в четыре раза.

Баббиты. Для заливки вкладышей подшипников применяются легкоплавкие антифрикционные сплавы (баббиты) на оловянной или свинцовой основе (ГОСТ 1320-74). Они имеют по сравнению с другими антифрикционными материалами самый малый коэффициент трения, хорошо прирабатываются, дают возможность работать при высоких скоростях и давлениях. Стоимость баббитов, в несколько раз превышающая стоимость бронз, ограничивает их применений.

Биметаллы. Кроме перечисленных металлов и сплавов, распространение получили биметаллы и полиметаллы, состоящие соответственно из двух или несколько различных по химическому составу металлов или сплавов, не образующих между собой сплава или химического соединения. Биметаллы - соединения из черных металлов с дефицитными металлами и сплавами - получают различными технологическими способами: отливкой, пайкой, сваркой, металлическим покрытием, плакированием, прокаткой и пр. применение таких биметаллов существенно снижает стоимость деталей.

Соединением металлов с различными коэффициентами линейного расширения получают биметаллические пружины, широко используемые для температурной компенсации деформаций и т.п.

Композиционные материалы. Объемные сочетания химически разнородных компонентов (упрочнителей и матриц) с волокнистой или слоистой структурой называют композиционными материалами. Применение армирующих волокон (стеклянных, углеродных и др.) в сочетании с металлическими или неметаллическими матрицами позволяет получить материалы с особыми регулируемыми свойствами (высокими сопротивлением усталости, вибропрочностью и др.).

Пластмассы. Пластические массы представляют собой материалы, полученные на основе природных или синтетических полимеров. Пластмассы, допускающие формирование при неоднократном нагреве по давлением, называют термопластами [винилпласт (ГОСТ 9639-71) и др.]; пластмассы, формирующиеся при нагреве и давлении только в определенной стадии производства и затем теряющие эту способность, называются реактопластами [текстолит (ГОСТ 5-72) и др.].

Обычно пластмассы состоят из полимеров (связующей основы) и наполнителя. Полимеры существенно влияют на их механическую прочность, диэлектрические и антифрикционные свойства, водостойкость, химическую стойкость. Наполнители могут иметь органическое (древесная мука, ткани) и неорганическое (асбестовая бумага, стеклянная ткань) происхождение. Наполнители существенно влияют на механическую прочность деталей, как бы составляя ее механический каркас. Пластмассы по прочностным характеристикам могут приближаться к металлам, а по коррозионной стойкости превосходят их, имеют меньший вес, устойчивы к действию повышенных и низких температур, обладают высокой стойкостью к действию химических реагентов. Применение их взамен металлов в ряде случаев снижает стоимость изделий.

Резина. Свойства резины зависят от ее состава, технологии изготовления. Различают резины из натурального и синтетического каучука, саженаполненные и бессажные, формованные и т.д. В зависимости от назначения они подразделяются на мягкие - для изготовления пневматических шин, жесткие - для изготовления электротехнических изделий (эбонит), пористые - для изготовления амортизаторов. Армирование резины тканями повышает ее механические свойства.

Смазочные материалы. Работоспособность механизмов существенно зависит от правильного выбора смазочных материалов. Пригодность масел определяется по их вязкости и маслянистости. Под вязкостью, или внутренним трением смазки, понимают свойство одного слоя жидкости сопротивляться сдвигу по отношению к другому. Оценка вязкости производится в абсолютных (динамическая вязкость) и относительных (кинематическая вязкость) единицах.

Динамическая вязкость h измеряется в паскаль-секундах (Па·с). Кинематическая вязкость, представляющая собой отношение динамической вязкости к плотности масла, измеряется в стоксах (10^-4 м²/с) или единицей, в 100 раз меньшей, сантистоксом (сСт).

Наиболее распространенными смазочными материалами являются жидкие и пластичные смазки. К жидким смазкам относятся минеральные (нефтяные), растительные и животные масла. Для смазки механизма общего назначения применяются минеральные масла [индустриальные (ГОСТ 20799-75), цилиндровое, сепараторное и др.] с вязкостью 4-60 сСт при температуре 50^оС. Из растительных масел применяют льняное и касторовое.

Пластичные смазки (мази) представляют собой смеси загущенных жидких минеральных масел с маслами животного и растительного происхождения. в качестве загустителей применяют кальциевые и натриевые мыла или углеводороды (парафин). Основные кальциевые смазки - консталин, натриевые - солидол (ГОСТ 4366-76).

При работе механизмов и приборов в химически активных средах, вакууме, при высоких температурах применяют твердые смазки (дисульфид молибдена, графит, тальк и др.), которые образуют на поверхности твердую адсорбированную смазывающую пленку толщиной 1-6 мкм.