Введение. Сложные условия работы деталей современных машин и механизмов предъявляют самые разнообразные требования к структуре и свойствам материалов

Сложные условия работы деталей современных машин и механизмов предъявляют самые разнообразные требования к структуре и свойствам материалов, формируемых различными способами термической, химико-термической и др. обработок.

Специфические условия пищевых производств: повышенная влажность, высокая и низкая (до – 270⁰ С) температура, большие перепады температуры, непосредственный контакт и пищевыми продуктами и агрессивными средами, абразивное воздействие некоторых продуктов предъявляют особые требования к выбору материалов для пищевого и холодильного оборудования.

Материалы, применяемые в пищевом и холодильном машиностроении, должны отвечать общим требованиям, предъявляемым к материалам, находящимся в контакте с пищевыми продуктами, материалы не должны содержать вредных для здоровья элементов или вступать в реакцию химического взаимодействия с продуктами, разрушаться под действием пищевых сред, моющих или дезинфицирующих средств и смазочных материалов.

Одним из основных требований к материалам, применяемы в пищевом машиностроении, является их высокая коррозионная стойкость. Продукты коррозии, смешиваясь с пищевыми продуктами, снижают их качество и нередко делают их совершенно непригодными для питания. При наличии коррозии скорость ее должна быть минимальной. Продукты коррозии не должны быть токсичными и не должны влиять на органолептические свойства пищевых продуктов (вкус, запах, цвет и т.п.).

Пищевые машины и холодильные аппараты изготавливают из разнообразных материалов. Для изготовления станин и корпусных деталей пищевых машин используют серый чугун марок СЧ15 и СЧ18 (ГОСТ 1412-79); ответственные и высоконагруженные детали сложной конфигурации (цилиндры, головки матриц макаронных прессов и т.д.) изготавливают из серого чугуна марок СЧ20 и СЧ30. В отдельных случаях применяют износостойкий легированный чугун ИЧХ (детали насосов и других деталей оборудования сахарного производства), отбеленный чугун (мукомольные валки и др.).

Углеродистые и легированные конструкционные стали находят широкое применение для изготовления пищевого оборудования. Рабочие органы измельчителей, ножи шпигорезок, кондитерского и другого оборудования изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Лучшим материалом с точки зрения износостойкости и режущих свойств для решеток измельчителей мяса являются стали ШХ15 и ШХ15СГ.

Детали пищевого оборудования, непосредственно контактирующие с перерабатываемыми пищевыми продуктами и подвергаемые санитарной обработке агрессивными моющими средствами, работающие при высоких температурах изготавливают из коррозионно-стойких высоколегированных и жаростойких сталей и сплавов 12Х18Н10Т, 40Х13, 12Х17, 20Х13Н4Г9 и других (ГОСТ 5632-72). Для экономии никельсодержащих сталей рекомендуют заменять их безникелевыми сталями марок 08Х18ФТ1, 10Х14АГ15, 12Х13Г18Д или сталями с пониженным содержанием никеля типа 04Х25Н5М2, а также широко использовать пластмассы.

Для изготовления пищевого и холодильного оборудования используют цветные металлы и сплавы: медь марки М3 (маслопроводы, испарители, перегонные трубы и т.п.); медные сплавы (латуни Л63, ЛК80-3Л, бронзы оловянные литейные БрО5Ц5С5, БрО3Ц7С5Н1 (ГОСТ 613-79), бронзы безоловянные БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, БрА9Мц2Л (ГОСТ 493-79) для теплообменной аппаратуры, арматуры, шестерен и деталей насосов, сварных котлов и резервуаров и др.); алюминий марок А7, А5, А10 (для изготовления емкостей, трубопроводов, посуды); деформируемые алюминиевые сплавы марок АД0, АД1, АМц, Д1, Д16 и др. (поплавки молочных сепараторов, стаканы центрифуг, детали рассевов, тестомесильных дежей и т.п.) литейные алюминиевые сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др. (корпуса насосов и редукторов, арматура, кронштейны, мешалки и т.п.). Пищевое олово марок О1 и О2 (ГОСТ 860-75), цинк марки Ц3 (ГОСТ 3640-79) используют в качестве защитных покрытий пищеварочных котлов, арматуры молокопроводов и других деталей, контактирующих с пищевыми средами.

В последнее время для изготовления деталей пищевых машин и холодильных аппаратов успешно применяют титан и сплавы на его основе марок ВТ1-0, АТ3, ВТ3-1, ОТ4 и др. в виде отливок, листов, штамповок. Достоинствами титана и его сплавов являются малая плотность, высокие прочностные характеристики, высокая коррозионная стойкость, жаропрочность. Это дает возможность применять титан и его сплавы в конструкциях варочных котлов, змеевиков, теплообменников и другой нагревательной аппаратуры, центрифуг и насосов, емкостей и аппаратов тепловой обработки виноматериалов и т.п.

Из неметаллических материалов в пищевом и холодильном машиностроении нашли применение различные полимеры и пластмассы на их основе: полиэтилен низкой плотности (футеровочный материал для трубопроводов, шестерен и т.п.), полипропилен, полистирол, пенопласт (теплоизоляционный материал), винипласт (трубы, стержни, бункеры, арматура и т.д.), фторопласт-4 (матрицы к тесторазделочным и макаронным прессам, облицовка валов для раскатки теста и формования конфет), фенопласты, текстолит и стеклотекстолит (шестерни, втулки, подшипники и т.п.), пищевая резина и др.

Для изготовления основных частей пищевых сосудов и аппаратов, работающих под давлением, применяют в основном стали марок Ст3, Ст4, 20К.

В последнее время в пищевых и холодильных аппаратах стали использовать двухслойные коррозионно-стойкие стали (биметаллы) с основным слоем из углеродистой стали обыкновенного качества ВСт3кп или стали 20К. В качестве плакирующего слоя, контактирующего с агрессивной технологической средой, используют нержавеющие стали марок 08Х13, 08Х17Т, 15Х25Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, причем толщина плакирующего слоя составляет в среднем 20% от общей толщины биметалла, что ведет к снижению его стоимости по сравнению с монолитной нержавеющей сталью при равной толщине листа и сокращению расхода дефицитных никельсодержащих сталей.

Отраслевыми стандартами (ОСТ 27-00-223-75 и др.) установлены ограничения на марки и сортамент материалов, применяемых в пищевом и холодильном машиностроении, что способствует повышению уровня унификации и технологичности пищевых машин и аппаратов.

Оборудование, предназначенное для переработки пищевого сырья, имеет свои особенности, заключающиеся в воздействии на поверхность деталей перерабатываемого сырья (зерно, мясо, овощи и др.) или моюще-дезинфицирующих растворов при санитарной обработке машин и аппаратов. В ряде случаев большое значение имеет и среда, в которой работают трущиеся детали машин (например, оборудование сахарных заводов подвержено воздействию абразивных частиц).

Известно также, что в состав продуктов растительного и животного происхождения входят в большом количестве сильные поверхностно-активные вещества (олеиновая, стеариновая кислоты и др.), которые оказывают большое влияние на механизм и интенсивность изнашивания поверхностного слоя.

Таким образом, при выборе материала для изготовления тех или иных деталей машин пищевого и холодильного машиностроения необходимо хорошо представлять условия их эксплуатации.