Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии и др.
Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготавливают поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275-300°С.
24.Титан магний и их славы. Магниевые сплавы. Чистый магний имеет плотность 1,7 г/см3 и температуру плавления 651 °С. Магний обладает малыми прочностью и пластичностью.
Магний относительно устойчив против коррозии лишь в сухой среде и при повышении температуры легко окисляется и даже самовоспламеняется. промышленность выпускает магний двух марок: Мг1 и Мг2. Применяют сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем и реже с титаном. Алюминий и цинк повышают механические свойства, марганец повышает коррозионную стойкость, титан способствует измельчению зерна.
Магниевые сплавы делят на деформируемые и литейные.
|
|
Деформируемые магниевые сплавы маркируют буквами МА, литейные — МЛ. Деформация магниевых сплавов осуществляется при 250—400 °С. Упрочняющей термической обработке деформируемые магниевые сплавы не подвергают.
Механические свойства литейных сплавов в большой степени зависят от величины зерна.
Магниевые сплавы применяют в авиационной промышленности, в машиностроении и в радиотехнической промышленности.
Титановые сплавы. Титан — металл серебристо-белого цвета, имеет плотность 4,5 г/см3, температуру плавления 1668 °С.
Титан имеет две аллотропические модификации: α-титан и β-титан. Свойства титана сильно зависят от чистоты. Наличие азота и кислорода повышает прочность титана, но сильно снижает пластичность. Присутствие углерода снижает ковкость, ухудшает обрабатываемость резанием, свариваемость титана. Водород повышает чувствительность титана к хрупкому разрушению.
Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, пресной и морской воде, в ряде кислот. Титан хорошо куется и сваривается. Упрочнение титана достигается наклепом, легированием, термической обработкой.
Различают три вида титановых сплавов.
Титановые α-сплавы малопластичны, менее склонны к поглощению кислорода и не становятся хрупкими при термической обработке. Это сплавы титана с алюминием.
Титановые β-сплавы наиболее пластичны, но менее прочны, при высоких температурах легко поглощают кислород и азот.
Титановые (α+β)-сплавы хорошо куются, штампуются, поддаются термической обработке и обладают большей прочностью, чем однофазные.
|
|
Титановые сплавы можно применять в качестве литейных, так как они обладают хорошими литейными свойствами.
25. Термопластичные пластмассы.Основу термопластичных пластмасс составляют полимеры с линейной и разветвленной структурой. Помимо основы они иногда содержат гшастифи каторы. Термопласты способны работать при температурах не выше 60—70 °С, поскольку выше этих температур их физико-механические свойства резко снижаются. Некоторые теплостойкие пластмассы способны работать при 150—200 °С, а термостойкие полимеры с жесткими цепями и циклической структурой устойчивы до 400—600 °С. Предел прочности термопластов изменяется в пределах 10—100 МПа,» модуль упругости — (1,8—3,5)-103 МПа. Длительное статическое нагружение термопластов вызывает появление вынужденно-эластической деформации и снижает их прочность. С увеличением скорости деформирования вынужденно-эластическая деформация отсутствует и появляются жесткость и
хрупкое разрушение. Наличие в структуре полимеров кристаллической составляющей делаем их более прочными и жесткими. Полиэтилен. Его получают полимеризацией бесцветного газа этилена при низком и высоком давлении. Полиэтилен низкого давления имеет высокую плотность и кристалличность до 74—95%. С увеличением плотности и кристалличности полиэтилена возрастают его прочность и теплостойкость. Полиэтилен способен длительное время работать при 60—100 °С. Химически стоек и нерастворим в растворителях при 20 °С. Полиэтилен применяют для изоляции защитных оболочек кабелей проводов, деталей высокочастотных установок и для изготовления коррозионностойких деталей — труб, прокладок, шлангов. Его выпускают в виде пленки, листов, труб, блоков. Полиэтилен подвержен старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят сажу 2—3%, замедляющую процесс старения в 30 раз. Полистирол. Это аморфный, твердый, жесткий, прозрачный полимер, имеющий преимущественно линейное строение. Полистиролу присущи высокие диэлектрические свойства, удовлетворительная механическая прочность, невысокая рабочая температура (до 100 °С), химическая стойкость в щелочах, минеральных и органических кислотах, маслах. он набухает в 65%-ной азотной, ледяной уксусной кислотах, бензине и керосине. при температуре выше 200 °С разлагается, образуя стирол. Полистирол применяют для производства слабонагруженных деталей и высокочастотных изоляторов. Недостатками свойств полистирола являются его хрупкость при пониженных температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин. Фтороплас. имеет аморфно-кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от температуры в очень малой степени до 250 °С и не влияет на его механические свойства.
28.Древесные материалы. Древесина является важным строительным материалом, а также сырьем для бумажной промышленности. Сухая древесина на 50—60% состоит из линейного полимера — целлюлозы, примерно на 25% из родственных целлюлозе соединений и примерно на 25% из жидкости под названием лигнин, обладающей высокой вязкостью. Структура древесины представляет собой большое количество длинных трубчатых клеток. Различие свойств различных сортов древесины определяется их разной плотностью. Наибольшей плотностью обладает железное дерево — 1,3 т/м3, т.е. оно тонет в воде. Минимальная плотность у дерева под названием бальза — 0,15 т/м3. Его используют при изготовлении дельтапланов, из него также делают бутафорские предметы при съемке в кино трюковых сцен (драка мебелью и т.п.). Древесина известных нам деревьев имеет промежуточные значения плотности: дуб — 0,69, береза — 0,62 т/м3. Древесина хорошо работает на растяжение, но предел прочности при сжатии у древесины ниже, чем у большинства материалов. Это объясняется тем, что при приложении сжимающей нагрузки трубчатые клетки изгибаются в продольном направлении (продольный изгиб) каждая отдельно, по очереди, а не совокупно. Когда дерево спиливают, древесина содержит большое количество воды — до 100% от массы в сухом состоянии. Большая часть воды находится в полой сердцевине клетки. В спиленном дереве вода медленно испаряется, пока не достигнет равновесия с окружающей атмосферой. Равновесное содержание воды, зависящее от влажности воздуха, колеблется от 5 до 23% (сухой массы) в сухом и влажном воздухе соответственно. Понижение содержания воды сопровождается усадкой. Изменение размеров идет в основном в направлении, перпендикулярном волокнам, в продольном направлении оно невелико. При этом может происходить и изменение формы — коробление. Поэтому целесообразно применять сухую древесину. Однако, поскольку влажность воздуха колеблется, размеры дерева (древесины) не являются постоянными. Кроме того, содержание воды влияет на прочность. Прочность сухой древесины примерно в три раза выше, чем свежеспиленной. Древесину широко используют в машиностроении (борта и пол кузовов грузовых автомобилей, тара, модельная оснастка отливок). К достоинствам этого материала следует отнести малую плотность, хорошее сопротивление ударным и вибрационным нагрузкам. Древесина хорошо обрабатывается резанием, склеивается. Однако, помимо уже указанного недостатка — влагопоглощаемости, следует отметить отсутствие огнестойкости (это горючий материал), а также склонность к загниванию. Для защиты от загнивания изделия из дерева необходимо покрывать лакокрасочными или пластмассовыми покрытиями. Применяется также пропитка растворами солей NaF, CuSO4 и др. Для снижения воспламеняемости используют огнезащитные лаки и краски. Прессованная древесина получается прессованием нагретых древесных опилок. Прочность прессованных материалов в 2-3 раза выше, чем древесины. Фанера — листовой материал, полученный склеиванием листов древесного шпона. Толщина фанеры 1-12 мм, более толстые клееные конструкции называются плитами. Водостойкость фанеры зависит от применяемого клея. Фанера ФСФ обладает повышенной водостойкостью, ФК и ФБА — средней, ФБ — пониженной.
|
|
|
|
29. Неорганическое стекло. Строение и состав неорганических стекол. Вещества, образующие стекло (стеклообразующие) — это оксиды кремния, бора и фосфора, обладающие очень высокой вязкостью в жидком состоянии (вязкость стекол при температуре 1600 °С около 10 Па-с, для сравнения: при комнатной температуре вязкость воды составляет 0,001 Пас, машинного масла — 0,1—0,6 Па-с, глицерина — 0,9 Па-с). Производство (варка) стекла осуществляется в стекловаренных печах при температуре 1300—2100 °С, летучие вещества (Н2О, СО2, SO3) при этом удаляются, а стеклообразующие при охлаждении застывают в стекломассу. Основным компонентом силикатных неорганических стекол является оксид кремния, прочие стеклообразующие также могут входить в их состав. Структура стекла представляет собой неправильную трехмерную сетку, образованную за счет соединения атомов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдров. В состав неорганического стекла помимо основного стеклообразующего оксида могут входить и оксиды других элементов. Оксиды щелочных (№lO, K2O) и щелочноземельных (MgO, СаО) металлов являются модификаторами — они изменяют строение сетки. Свойства стекла. Технологичность стекла в переработке определяется температурами размягчения и перехода в жидкое состояние. Чем ниже эти температуры, тем стекло технологичнее. Стекло термопластично, при нагреве его вязкость уменьшается, оно постепенно размягчается и становится жидкостью, особенно заметно снижение вязкости при нагреве выше температуры размягчения. Наиболее важными для стекол являются оптические свойства. Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90%, отражает примерно 8% и поглощает около 1% видимого и частично инфракрасного света, ультрафиолетовое излучение поглощается практически полностью. Наиболее широкую полосу электромагнитных волн пропускает кварцевое стекло — от жестких ультрафиолетовых до инфракрасных.. Стекла, легированные редкоземельными элементами, задерживают ультрафиолетовое излучение.
Электрические свойства стекла характеризуются высокими значениями удельного электросопротивления. Большей проводимостью обладают щелочные стекла за счет диффузии ионов щелочных металлов сквозь незамкнутую сетку. Оксиды тяжелых металлов уменьшают подвижность ионов, что снижает потери электроизоляционных свойств; стекла, содержащие эти оксиды, используются в электротехнической промышленности. Теплопроводность стекла низкая, что определяет его хорошие теплоизолирующие свойства. Теплоизолирующие свойства могут быть повышены за счет применения термопана — конструкции из двух стекол и воздушного промежутка между ними. Химическая стойкость стекол в кислых средах высокая. Механические свойства стекла. Прочность стекла, как и всех других материалов, зависит от условий нагружения. Стекло может вести себя как абсолютно упругое, вязкое или вязкоупругое вещество. При комнатных температурах и непродолжительных нагрузках, превышающих предел прочности, стекло бьется, т.е. разрушается хрупко, без пластической деформации. Это обусловлено тем, что стекло не может в этих условиях пластически деформироваться, поэтому появление трещины ведет к мгновенному разрушению из-за ее очень быстрого распространения. В связи с этим важное значение приобретает состояние поверхности стекла — наличие царапин, микротрещин и других дефектов, которые являются концентраторами напряжений, резко снижают прочность. Стекла подвержены статической усталости. Она проявляется в потере прочности при длительных нагружениях в условиях постоянной нагрузки. Статическая усталость связана с воздействием на поверхность стекла атмосферы (пары воды), при испытаниях в вакууме этот эффект крайне мал. Существует ряд способов, позволяющих повысить механические свойства, в том числе сопротивление статической усталости, и термостойкость стекла. Закалка стекла заключается в нагреве выше температуры стеклования и последующем быстром охлаждении в потоке воздуха или в масле. При этом на поверхности стекла возникают напряжения сжатия, которые компенсируют растягивающие напряжения в условиях эксплуатации.