2014-10-30
1550
Наиболее распространёнными видами спеченных изделий являются конструкционные детали, применяемые в машинах, механизмах и приборах. В зависимости от условий работы детали подразделяют на ненагруженные, малонагруженные, средненагруженные и сильнонагруженные, а по типу материала – на основе железа или цветных металлов и сплавов.
У спечённых деталей из порошков железа и стали значение физико-механических свойств ниже, чем у литых. Однако путём легирования исходной шихты, применяя предварительно легированные порошки можно получать изделия с уравнением физико-механических свойств не ниже, чем у литого металла.
Первейшим условием оптимального использования процесса порошковой металлургии является правильное проектирование получаемого изделия.
Три важнейшие функции проектирования:
1) Обеспечение физико-механических свойств изделия
2) Обеспечение экономичности и экологичности изделия
3) Обеспечение технологических свойств изделия
 | |||||||
| |||||||
|
|
Вопросы для самоконтроля:
1. Свойства КМ:
Высокая удельная прочность, удельная жесткость, прочность при высокой температуре, высокое сопротивление усталостному разрушению.
2. Природные КМ:
Древесина – композиция из пучков целлюлозных волокон трубчатого строения, скрепленных матрицей из органического вещества – мегнина.
Различные минералы, стебли растений и даже кости человека.
3. Параметры КМ, превосходящие свойства конструкционных сталей:
Высокая удельная прочность, удельная жесткость, прочность при высокой температуре, высокое сопротивление усталостному разрушению.
4. Две основные группы КМ, разделенные по структурным признакам:
- каркасная структура
- матричная структура
- слоистая структура
5. Компоненты композитов:
- матрица – компонент, непрерывный во всем объеме КМ
- армирующий элемент – прерывистый компонент, разъединенный в объеме композиции.
6. Матричными материалами могут быть
- металлы и сплавы на их основе
- интерметаллиды (химические соединения металлов с металлами)
- неорганические соединения окислов, карбидов, нитридов и т.п.
- неметаллы – в частности, углерод
- полимеры.
7. Усиливающими или армирующими компонентами являются
- металлы и сплавы (сталь, Fе, вольфромат титана и др.)
- неметаллы (С и В)
- керамики Al2O3, SiO, TiB2, TiC, AlN и др.
- стекла
- органические вещества – лавсан, кевлар, полиэтилен и др.
8. Особенность волокнистой композиционной структуры – в качестве наполнителя используются одномерные армирующие компоненты толщиной от нескольких мкм до сотен мкм.
Волокна имеют более высокий модуль упругости и предел прочности, чем матрица, и воспринимают основную долю нагрузки.
Теоретически максимальное содержание волокон может достигать 91% объема. В реальных условиях – не более 80%.
9. Особенность дисперсно-упрочненных материалов – частицы размером до 1 мкм, их количество 1-15%.
Частицы беспорядочно распределены в матрице.
Частицы не только упрочняют матрицу, но и “разгружают” её, перераспределяя нагрузку.
Несущий элемент – матрица.
10. У волокнистых и слоистых КМ несущим элементом является
армирующий компонент.
11. Свойства армирующих элементов:
высокая прочность, твердость и модуль упругости
12. В дисперсно-упрочненных материалах, предназначенных для работы при высоких температурах, компоненты выбирают некогерентные друг с другом и чтобы упрочняющие частицы не растворялись в матрице.
13. В волокнистых композиционных материалах правильно выбранная технологическая схема и соблюдение режимов их получения оказывают существенное влияние на формирование структуры и свойств. При этом следует исходить по крайней мере из трех условий:
1) при армировании непрерывными волокнами типа “сэндвич” применяют прокатку, горячее прессование, сварку взрывом, диффузионную сварку.
2) максимальное наполнение компонента волокнами (до 85%), их однородное распределение в поперечном сечении и непрерывность процесса обеспечивается отливкой из жидкометаллической фазы
3) для обеспечения лучшей смачиваемости, окалиностойкости и оптимального взаимодействия волокна с матрицей наносят покрытия.
4) при прочих равных условиях комплекс свойств волокнистого композита определяется геометрической схемой армирования.
5) схемы двумерного и пространственного армирования легче всего реализуются изготовлением деталей из полимерных материалов.
14. В качестве матрицы используются смолы и материалы:
- металлы и сплавы на их основе
- интерметаллиды (химические соединения металлов с металлами)
- неорганические соединения окислов, карбидов, нитридов и т.п.
- неметаллы – в частности, углерод
- полимеры.
15. В качестве армирующих элементов композитов с полимерной матрицей используются сажа, диоксид кремния, древесная мука, мел, каолин, слюда, тальк, графит, стекло, асбест, аэросил, бентонит,вермижулит, порошки металлов (Fe, Cu, Al, Pb, бронза), фториты, сульфиды и сульфаты металлов и др.
16. Достоинства композитов с полимерной матрицей:
жесткость, низкая плотность, диэлектрические свойства, водостойкость и др.(зависит от конкретного полимера и упрочнителя.)
17. К недостаткам пластиков относятся невысокие рабочие температуры, низкая стабильность свойств при эксплуатации.
18. УУКМ – это углерод – углеродные композиционные материалы.
19. Уникальные свойства УУКМ, которые делают их весьма перспективными для использования в конструкциях химического машиностроения, атомной энергетике:
низкая плотность, высокие прочностные характеристики, теплостойкость, сопротивление окислению.
20. Достоинства конструкционных металлических материалов:
высокая прочность, твердость, электропроводность, стойкость при высоких температурах, теплопроводность.
21. Матричные материалы на основе алюминия и их свойства:
алюминий, деформированные алюминиевые сплавы, литейные алюминиевые сплавы. Высокие значения прочности и пластичности при нормальных и повышенных температурах, высокие технологические свойства и коррозионная стойкость.
22. В качестве матричной составляющей применяются технический алюминий и сплавы марок:
АД0, АД1, АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД33, Д1, Д16, АК4, В95, АДН, АДМ, АМцН, АМцМ, АЛ13, АЛ2, АЛ9, АЛ19, АЛ3, АЛ1.
23. Достоинства и недостатки магниевых и титановых матриц:
Магниевые:
достоинства: малая плотность, высокая удельная прочность, способность поглашать энергию удара и вибрационных колебаний, хорошая обрабатываемость резанием, практически не реагируют с основными классами армирующих волокон.
недостатки: пониженная коррозионная стойкость.
Титановые:
достоинства: высокая прочность, удельная прочность и коррозионная стойкость, нехладноломкость, немагнитность, низкая плотность, высокая коррозионная стойкость.
недостатки: удовлетворительная обрабатываемость резанием.
24. ПКМ на основе полиэтилена, наполненные дисперсными частицами:
высокохимически стоек, повышенная прочность, жесткость (по сравнению с чистым полиэтиленом).
25. ПКМ недостаточно устойчивы к высоким температурам.
26. ПКМ на основе фторопластов (привести примеры с указанием марок):
Ф - 40Г40: фторопласт – 40П, графит;
ФН – 202, ФН – 3: фторопласт – 4, никель порошкообразный, нитрид бора, дисульфид молибдена;
Ф – 4С15: фторопласт – 4, 15% размолотого СВ;
Ф - 4С15М5: фторопласт – 4, 15% размолотого СВ, 5% дисульфида молибдена;
Ф – 40С15: фторопласт – 40ЛД, рубленный стекложгут;
Ф – 4С15В5: фторопласт – 4, размолотое СВ, нитрид бора
и др.
27. Ф – 40С15М1,5 содержит фторопласт – 40П, 15% СВ, 1,5% дисульфида молибдена.
28. Ф – 40С15М1,5 применяют для изготовления втулок, подшипников скольжения, пригодных для работы в воде.
29. Состав и свойства материала с ФД – МД: формальдегид с диоксоланом, дисульфид молибдена. Низкий коэфф. Трения, высокая жесткость, сохраняемость свойств.
30. Высокой твердостью (200 – 400 МПа) обладает ПКМ на основе полиакрилатов, полиимидов, полиамидов, фенольных смол и др.
31. Изготовляются с добавлением порошковых наполнителей в виде асбопластиков, гетинакса, стеклопластиков и т.д., ПКМ на основе
ф енольных смол.
32. Свойства КМ на основе алюминий – углерода: высокая прочность и малая плотность, предел прочности не меняется вплоть до температуры плавления матрицы, высокая длительная прочность.
33. Применение КМ на основе алюминий – карбида кремния: конструкционный материал для авиационной и космической техники.
34. Применение КМ на основе никеля: в качестве высокотермостатного электроизоляционного материала в конструкционных изделиях, в подшипниках скольжения, поршневых кольцах, сальниках и других изделиях, рассчитанных на длительную эксплуатацию при высоких температурах, радиации и глубоком вакууме.
35. Применение КМ на основе меди: в качестве высокотермостатного электроизоляционного материала в конструкционных изделиях, в подшипниках скольжения, поршневых кольцах, сальниках и других изделиях, рассчитанных на длительную эксплуатацию при высоких температурах, радиации и глубоком вакууме.
36. Применение КМ на основе титана: в качестве высокотермостатного электроизоляционного материала в конструкционных изделиях, в подшипниках скольжения, поршневых кольцах, сальниках и других изделиях, рассчитанных на длительную эксплуатацию при высоких температурах, радиации и глубоком вакууме.
37. Основными стадиями технологического процесса получения КМ являются:
(Смотреть стр. 11)
38. Краткая характеристика прессования, наиболее важной операции формообразования изделия из КМ с полимерной матрицей прессование – пластическая деформация материала при одновременном воздействии на него тепла и давления и последующая фиксация формы изделия. Проводится в пресс – формах, конфигурация полости которых соответствует конфигурации изделия. Пресс – формы устанавливаются на прессах, которые создают необходимое давление прессования. Помещенный в пресс – форму материал разогревается до температуры прессования и, подвергаясь под давлением прессования деформации одномерного сечения, заполняет полость пресс – формы и одновременно уплотняется.
39. Область применения изделий из КМ с полимерной матрицей
40. Изделия массивные, крупных размеров получают двумя методами литья под давлением: интрузия и инжекционное прессование.
41. Автоклавное литье производиться под давлением воздуха или с помощью азота.
42. При изготовлении непрерывных изделий применяется экструзия (выдавливание, шприцевание, шнекование).
43. Напыление заключается в нанесении порошкообразных или жидких ПКМ на поверхность детали либо формы; осуществляется под действием сил электрического поля, механических или пневматических сил.
44. Технология получения КМ с металлической матрицей имеет свою особенность: метод изготовления МКМ непосредственно определяется свойствами матрицы и армирующих элементов.
45. МКМ на основе алюминия получают методами: горячее прессование, прокатка, экструзия, сварка взрывом, процессы осаждения.
46. КМ на основе магния получают методами: пропитки, непрерывное литье, диффузионная сварка.
47. КМ на основе титана получают методами: экструзии и ковки, плазменное напыление, высокоскоростная сварка, горячее прессование.
48. КМ на основе меди получают методами: пропитки, диффузионной сварки, динамическое горячее прессование, сварка взрывом, вытяжка.
49. Отношение предела прочности материала к его плотности – это удельный предел прочности.
50. Удельные характеристики важны для деталей, применяющихся в авиастроении и для любых изделий, для которых необходимо обеспечить небольшую массу конструкции при высоких показателях механических, прочностных и др. характеристик.
51. Прочность трехкомпонентных КМ рассчитывается по формуле где
σвхР=ε’f (Vf’Ef’ + Vf”Ef” + VmEm)= ε’f [(1-Vf)Em + cEf”Vf +(1-c”)VfEf’ ] при с”< cкр”
При c”>cкр” σвхР=εf” [ Em (1-с”Vf) + Ef”c”Vf]
Vf – общая объемная доля всех волокон в КМ
ε’f, Vf’ и Ef’ – предел деформации, объемная доля и модуль упругости более хрупких волокон.
ε"f, Vf” и Ef” – для более пластичных.
c” – доля пластичных волокон в общем объеме волокон
52. Особенностью конструирования КМ является
1) обычно армирующие элементы размещены в матрице равномерно.
2) свойства КМ определяются до их изготовления.
53. Материалы специального назначения – это материалы, чье применение имеет узкую направленность, ограниченное спецификой свойств материала; но в данном направлении, для конкретной детали эти материалы подходят наилучшим образом.
54. Фрикционными и антифрикционными пластмассами являются фрикционные: фенопласт, аминопласт; антифрикционные: фторопласты, полиамиды, полиимиды, полиформальдегиды, поликарбонаты, полиариплаты, полиэфиры, стеклопластики, фенилоны, фенопласты.
55. Антикоррозионными и стойкими к агрессивным средам пластмассами являются каучуки, полиизобутилен, эпоксиплаты.
56. Буквы ПВХ при обозначении пластмасс указывают что пластмасса на основе поливинилхлорида.
57. Твердость пластмасс – это их недостаток.
58. ПЭНП – это полиэтилен низкой плотности.
59. СЭП – это сополимеры этилена с пропиленом.
60. БСПЭ – это блоксополимер пропилена с этиленом.
61. Пластмассы теплоизоляционного и звукоизоляционного назначения:
газонаполненные материалы на основе полиэтилена, полистерола, поливинилхлорида, полиуретана, полиимида, фенопласта, аминопласта.
62. Характерные свойства ПЭНП:
Пластичный материал, легко свариваем, прочен при растяжении и сжатии, стоек к удару и раздиру. Прочность сохраняется при очень низких температурах (-60° - -70°С), водо- и паронепроницаем, но проницаем для других газов, чувствителен к окислению. Высокая химическая стойкость, но низкая жаро- и маслостойкость.
63. Области применения ПЭНП:
изготовление контейнеров и пленки для обертки и изготовления пластиковых пакетов.
64. Ограничения в применении ПВХ П:
не используют в изделиях, работающих при высоких температурах, при частой смене температуры.
65. Области применения АБС – пластиков:
изготовление крупных деталей автомобилей, корпусов радио – и телеаппаратуры, бытовой и оргтехники, мебели, спортинвенторя, игрушек, настольных принадлежностей, выключателей, медицинских принадлежностей.
66. Характерные свойства АЦЭ, АБЦЭ, НЦЭ:
повышенная свето-, морозо-, огне- и теплостойкость.
67. Ограничения и применении полиакрилатов: высокая стоимость.
68. Характерные свойства фторопластов ФТ:
морозостойкость, антифрикционность, прозрачность, коррозионностойкость, хорошие диэлектрические свойства, радиостойкость, негорючесть, высокая нагревостойкость.
69. Ограничения в применении фторопласта:
невозможность обработки в экструдерах, поэтому более дорогой метод изготовления, ползучесть, трудно поддается склеиванию.
70. Рекомендации по применению ПА 66:
автомобильная промышленность, машиностроение, электротехника, электроника, мебель, бытовая техника, строительство, спортинвентарь, упаковка.
71. Рекомендации по применению ПА 12:
Пленки для обмотки монтажных жгутов, детали шахтного крепежа, турбины турбобуров, рабочие органы погружных насосов, переключатели, изоляцию электрических проводов, микроконтакты, релейные детали, клапаны, трамблеры для автомобилей, трубопроводы для подачи горючего.
72. Рекомендации по применению ПФО:
антифрикционный материал, хороший высокочастотный диэлектрик – применяется в электротехнике, а также в химическом машиностроении.
73. Рекомендации по применению ПБТФ, ПЭТФ:
производство мебели, автомобилей и машин, производство тканей и волокнистых материалов, одежды и обуви, производство магнитных носителей, фотопленок, производство различной тары и упаковки.
74. Характерные свойства аминопластов АП:
свето- и дугостойки, склонность к растрескиванию при длительной эксплуатации и значительное водопоглащение, не имеют запаха, устойчивы к действию широкого круга растворителей и смазочных масел.
75. Ограничения в применении стеклотекстолита СТ:
не очень легко поддается обработке.
76. Режимы переработки пенопласта:
Литье под давлением, экструзия (в т.ч. раздув), вакуум- и механопневмо формование, мех. обработка.
77. Отличительная особенность полимера “ПМ”:
78. Последовательные этапы работ по применению пластмассы для изготовления изделий:
1) в вязкотекучем состоянии: горячее прессование, прессование листов и плит, литье под давлением, выдавливание.
2) в высокоэластичном состоянии: пневматическое и вакуумное формообразование, штамповка.
3) из жидких полимеров: контактное формование, вихревое напыление, центробежное литье, литье без давления.
4) в твердом состоянии: разделительная штамповка, обработка резанием.
79. Металлические стекла – это то же, что и аморфные сплавы. Это металлические сплавы в аморфном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении, в результате чего сплав, оказавшись при температуре перехода в стеклообразном состоянии не кристаллизуется, а затвердевает в аморфном состоянии.
80. Свойства и области применения металлических стекол:
в качестве упрочняющих нитей в композитных материалах, используемых в строительстве, аэронавтике и спорте, а также для армирования бетона и подобных материалов. Могут быть использованы в качестве намотки для упрочнения сосудов высокого давления или для построения больших маховых колес, используемых для аккумулирования энергии. Режущие кромки в бритвенных изделиях. Некоторые виды пружин.
81. Порошки САП состоят из 20% Al2О3 и 80% Al.
82. Преимущество измельчения в вихревых мельницах – отсутствие или минимизация нагрева при измельчении, возможность измельчения материалов, помол которых невозможен или затруднителен на других видах мельниц.
83. Свойства порошков, получаемых восстановлением:
хорошая прессуемость и спекаемость.
84. Металлотермия – это восстановление металлов из их соединений другими металлами, химически более активными, чем восстанавливаемые, при повышенных температурах.
85. Электролитические порошки применяются только для изготовления ответственных деталей, так как порошок получается очень чистый, но очень дорого стоит.
86. Ухудшают технологические свойства порошка снижение размера частиц, наличие выступов и неровностей на поверхности частиц, усложнение их формы, влажность порошка.
87. В 1 кг электролитического железного порошка может содержаться 8…10 л газа следующего состава:
водород.
88. В зависимости от размера частиц порошки классифицируются на
- крупнокристаллические
- среднекристаллические
- мелкокристаллические
др. классификация: песок, пыль, пудра.
89. Текучесть выражается числом секунд, за которое 50 г. Порошка вытекает через калиброванное отверстие 2,5 мм конусной воронки.
90. На прессуемость порошков оказывают влияние пластичность частиц порошка,величина и форма частиц.
91. Порошковую высокомарганцовистую сталь получают из
оксида марганца или порошка марганца.
92. Марка АлПМг2Д2Ц11-4 означает порошковый материал на основе
алюминия.
93. Исходным материалом для изготовления деталей авиационных и судовых приборов является порошки высоколегированных сталей и цветных металлов.
94. Для изготовления шатунов автомашин, крепежных гаек, лопаток турбин и компрессорных дисков двигателей исходным материалом является порошки высоколегированных сталей и цветных металлов.
Литература
1. Габриелов И.П., Мулаева Н.В. Новое в получении изделий из отходов металлообработки. Минск, 1985.
2. Калинчев Э.Л., Сакощева З.Л. Свойства и переработка термопластов: Справ, пособие. Л., 1983.
3. Каменев Е.И., Мясников Г.Д., Платонов М.П. Применение пластических масс: Справ. Л., 1985.
4. Композиционные материалы: Справ. / ВВ. Васильева, В.Д. Протасова, В.В. Болотин и др.; Под общ. ред. ВВ. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М., 1990.
5. Материалы будущего / Под ред. А. Неймана. Л., 1985.
6. Лерельман В.Е. Формирование порошковых материалов. М., 1979.
7. Полимерные материалы на основе поливинилхлорида: Кат. Черкассы, 1983.
8. Справочник но композиционным материалам: В 2 кн. / Пер. с англ. А.Б. Геллера и др.; Под ред. Б.Э. Геллера. М., 1991.
9. Структура и свойства композиционных материалов / К.Н. Портной, СЕ. Салибеков, И.Л. Светлое, В.М. Чубарое. М., 1994.
10. Филатов В. И. Пластмассы в приборах и материалах. Л., 1983.
11. Шведков Е.Л., Денисенко Э.Т., Ковенский И.И. Словарь- справочник по порошковой металлургии. Киев, 1992.
