48352

Технология конструкционных материалов. Материаловедение, конспект лекций

Конспект

Производство и промышленные технологии

Поверхностное упрочнение стали Поверхностная закалка стали Углеродистые стали Легированные стали и сплавы. Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без должного технологического обеспечения и достаточного уровня знаний в области материаловедения и технологии. Последние являются важнейшим показателем образованности инженера в области техники.

Русский

2015-01-16

1.25 MB

54 чел.

100

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Южно-российский государственный университет экономики и сервиса

Материаловедение

  •  

Технология конструкционных

материалов

конспект лекций для студентов немеханических специальностей

дневной и заочной форм обучения

Шахты   2002

Составители:

В.И. Гомель                                                  доцент    кафедры   «Прикладная механика

                                       и конструирование машин», к.т.н.

В.А. Курнаков                                              ассистент кафедры «Прикладная механика

                                       и  конструирование машин», к.т.н.

Рецензенты:

В.И. Юрченко                                              доцент    кафедры   «Механика и

                                       триботехника» ШИЮРГТУ, к.т.н.

О.В. Жданова                                              доцент    кафедры   «Прикладная механика

                                                                     и конструирование машин», к.т.н.

Использование конспекта лекций позволит закрепить материал, изучаемый на аудиторных занятиях, обеспечить самостоятельное изучение некоторых глав, а также частично компенсировать отсутствие учебников для студентов экономических и технологических специальностей.

Согласовано

Протокол заседания НМС специальности

281100  №  5    от   9.04 2002 г.

Протокол заседания НМС специальности

200800  №  3    от   10.12. 2001 г.

о г л а в л е н и е

РАЗДЕЛ

Глава  

Глава

Глава

Глава

1

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

2

2.1

2.2

2.3

3

3.1

3.2

  3.2.1

  3.2.2

  3.2.3

4

4.1

4.2

4.3

  4.3.1

  4.3.2

  4.3.3

  4.3.4

4.4

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Металлические материалы

Основы строения и свойств металлических материалов

Виды материалов и их классификация . . . . . . . . . . . . . . .

Кристаллическое строение металлов и сплавов . . . . . . .

Сведения о кристаллизации металлов и сплавов . . . . . .

Дефекты кристаллического строения металлов . . . . . . .

Свойства металлических материалов . . . . . . . . . . . . . . . .

Основные сведения из теории сплавов . . . . . . . . . . . . . .

Понятие о металлических сплавах . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Диаграммы состояния сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Диаграмма состояния железо-цементит . . . . . . . . . . . . . .

Основы  термической   обработки   и     поверхностного упрочнения сплавов

Виды термической обработки сталей . . . . . . . . . . . . . . . .

Поверхностное упрочнение стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Поверхностная закалка стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Химико-термическая обработка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Поверхностное      упрочнение     стальных      деталей пластическим деформированием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Сплавы на основе железа

Химический состав и классификация сталей . . . . . . . . . .

Углеродистые стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Легированные стали и сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Маркировка легированных сталей . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей и сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Классификация легированных сталей . . . . . . . . . . . . . . .

Легированные стали и сплавы с особыми свойствами . .

Чугуны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

6

6

7

8

9

12

15

15

16

19

25

34

34

36

39

40

42

44

44

45

46

49

51

Глава

Глава

Глава

РАЗДЕЛ

Глава

Глава

Глава

Глава

5

5.1

5.2

6

6.1

6.2

7

7.1

7.2

2

8

8.1

8.2

8.3

8.4

8.5

9

9.1

9.2

10

10.1

10.2

11

Сплавы на основе цветных металлов . . . . . . . . . . . . . . . .

Медные сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Алюминиевые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Антифрикционные и фрикционные материалы

Антифрикционные сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Фрикционные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Порошковые материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Основы технологии получения изделий из порошков . .

Маркировка порошковых материалов . . . . . . . . . . . . . . .

Неметаллические материалы

Общие сведения о пластических массах . . . . . . . . . . . . .

Структура и строение пластических масс . . . . . . . . . . . .

Классификация пластмасс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Термопластичные полимеры и пластмассы . . . . . . . . . . .

Термореактивные полимеры и пластмассы   . . . . . . . . . .

Газонаполненные и фольгированные пластмассы . . . . . .

Резиновые материалы и клеи  

Резиновые материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Клеи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Композиционные материалы. Прокладочные, уплотнительные и изоляционные материалы

Общие сведения о композиционных материалах . . . . . .

Прокладочные, уплотнительные и изоляционные  материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Абразивные материалы и инструмент на их основе .  . . .

Библиографический список .  . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

53

57

60

62

64

65

66

70

74

76

82

84

86

89

91

94

96

100


В В Е Д Е Н И Е

Материаловедение изучает материалы, используемые в различных областях промышленности, в том числе и в машиностроении. Задача этой науки заключается в создании теории материалов и установлении зависимости между их составом, структурой и свойствами. Материаловедение имеет ярко выраженный прикладной характер и располагает многими методами изучения связи физико-химических параметров материалов с их технологическими свойствами.

Технология конструкционных материалов – это наука представляющая собой совокупность современных знаний о способах получения материалов и технологических процессах их обработки с целью получения деталей и изделий различного назначения.

Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без должного технологического обеспечения и достаточного уровня знаний в области материаловедения и технологии. Последние являются важнейшим показателем образованности инженера в области техники.

Наконец, материаловедение и технология конструкционных материалов служат базой для изучения многих специальных дисциплин.

Раздел 1. Металлические материалы

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ

  1.  Виды материалов и их классификация

Все материалы в машиностроении по их назначению можно разделить на конструкционные, инструментальные и специальные.

Конструкционные – это материалы, применяемые для изготовления деталей машин, механизмов, сооружений и других технических объектов. Конструкционные материалы классифицируют по природе материалов, технологическому использованию и условиям работы.

По природе материалов конструкционные материалы разделяют на металлические, неметаллические и композиционные.

К металлическим материалам относятся чугун, сталь, цветные металлы, их сплавы и металлокерамика. Неметаллические материалы – это пластмассы, резина, древесина, стекло, керамика.

Композиционные материалы представляют собой системы, полученные из двух или более компонентов с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента. В композиционных материалах имеется основа (матрица), в которой распределены уплотнители (волокна, проволоки). Примером композиционных материалов являются железобетон, стеклопластики, автомобильные шины и др.

По технологическому использованию конструкционные материалы делят на литейные, деформируемые (прокат. поковки, прессованные профили и др.), спекаемые, свариваемые и т.п.

Инструментальные материалы – это материалы, применяемые для изготовления режущего инструмента (резцы, фрезы, сверла, метчики, плашки), измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. В качестве инструментальных материалов используют углеродистые и легированные стали, металлокерамические и минералокерамические твердые сплавы.

Материалы специального назначения по условиям работы делят на жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие,   износостойкие, материалы с

заданным коэффициентом линейного расширения, магнитные и др.

1.2 Кристаллическое строение металлов и сплавов

Металлы и их сплавы относятся к кристаллическим телам, отличительной особенностью которых является то, что образующие их атомы расположены в определенном геометрическом порядке. Такой порядок расположения атомов периодически повторяется в пространстве и может быть представлен так называемыми кристаллическими решетками или ячейками. Для изображения решеток пользуются упрощенными схемами (рисунок 1).

Более двух десятков металлов при различных температурах могут изменять тип кристаллической решетки. Например, железо при нагревании до температуры 911С имеет решетку о.ц.к., в интервале температур 911С -1392С  - решетку г.ц.к., а при температуре выше 1392С  - снова решетку о.ц.к., но с параметрами, незначительно отличающимся от низкотемпературной (до 911С ) о.ц.к. – решетки. Существование одного и того же элемента в различных кристаллических формах называют аллотропией или полиморфизмом, а переход одной кристаллической модификации в другую – полиморфным превращением.

                       

а) объемно-центрированная                 б) гранецентрированная

     кубическая (о.ц.к.)                                кубическая (г.ц.к.)

Рисунок 1 – Типы кристаллических решеток

 

Кроме железа свойствами полиморфизма обладают марганец, кобальт, олово, титан и другие металлы.

В промышленных металлах наиболее распространенными являются о.ц.к., г.ц.к., и  г.п.у. (гексагональные плотноупакованные) решетки.

Кубическую объемно-центрированную решетку имеют, например, железо, хром, вольфрам, ванадий. Кубическую гранецентрированную решетку имеют железо, медь, никель, алюминий и другие металлы. Гексагональную решетку имеют магний, цинк и некоторые другие металлы.

1.3   Сведения о кристаллизации металлов и сплавов

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при его переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией. Превращения, происходящие в процессе кристаллизации, имеют важное практическое значение, т.к. в значительной степени определяют свойства металлов. Впервые   процессы   кристаллизации   были изучены русским ученым Д.К. Черновым во второй половине ХIХ века.

Процесс кристаллизации протекает следующим образом. В жидком металле атомы непрерывно движутся. По мере понижения температуры движение замедляется, атомы сближаются и группируются в кристаллы. Эта первичная группа кристаллов получила название центров кристаллизации. Далее к этим центрам присоединяются вновь образующиеся кристаллы. Одновременно продолжается образование новых центров. Таким образом, кристаллизация идет в две стадии: образуются центры кристаллизации и вокруг этих центров происходит рост кристаллов. Сначала рост кристаллов не встречает препятствий и растущие кристаллы сохраняют правильность строения кристаллической решетки. При дальнейшем движении кристаллы сталкиваются, и образовавшиеся группы имеют уже неправильную форму, но сохраняют правильность строения внутри каждого кристалла. Такие группы кристаллов называют зернами. Размеры зерен зависят от различных факторов: природы самого металла, числа центров кристаллизации, скорости   охлаждения  жидкого  металла   и  др.   Крупнозернистый   металл   имеет низкое сопротивление удару, при обработке его сложнее добиться требуемого класса шероховатости поверхности.

Так как процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, то кривые охлаждения и нагревания строятся в координатах температура – время (рисунок 2).

1 – теоретическая кривая кристаллизации металла;

                             2 – кривая кристаллизации металла с переохлаждением.

              Рисунок 2 – Кривые охлаждения при кристаллизации:

На кривой 1 показан идеальный процесс кристаллизации металла без переохлаждения. Сначала температура понижается равномерно – кривая идет вниз. При достижении температуры затвердевания падение температуры прекращается – на кривой образуется горизонтальный участок. Это объясняется тем, что группировка атомов идет с выделением тепла. По окончании кристаллизации температура снова понижается. По закону кристаллизации чистых металлов каждый металл имеет строго индивидуальную температуру кристаллизации.

Практически кристаллизация обычно протекает с переохлаждением, т.е. металл при температуре затвердевания остается жидким, и кристаллизация начинается при более низкой температуре. Разница между теоретической  и истинной  температурой кристаллизации называется степенью переохлаждения. Чем больше скорость охлаждения жидкого металла, тем больше степень его переохлаждения и тем мельче зерно.

Исследование структуры металлов производится методами макро- и микроструктурного анализа, рентгеновского, спектрального, термического анализа, а также дефектоскопии (рентгеновской, магнитной, ультразвуковой).

  1.  Дефекты кристаллического строения металлов

Выше было рассмотрено строение идеальных кристаллов. Структура реальных кристаллов в отличие от них имеет много дефектов (несовершенств) строения, которые оказывают большое влияние на многие свойства. К ним относятся, прежде всего, прочность, пластичность, а также электропроводимость, способность сопротивляться коррозии и др. Направленные внешние воздействия на металл (деформация, температура, облучение и др.) изменяют его структуру и позволяют в определенной мере программированно влиять на его свойства.

Повышение прочности кристаллов возможно или путем выращивания специальными методами нитевидных бездефектных кристаллов («усов»), или увеличения концентрации дефектов. Эта способность металлов к «наклепу» широко используется на практике.

Различают точечные, линейные и поверхностные дефекты. Точечные дефекты малы во всех трех измерениях, их размеры не превышают нескольких атомных диаметров. Они образуются в результате тепловых колебаний атомов, пластической деформации, загрязненности металлов примесями, при радиационном облучении и т. д. При всех видах воздействия на металл в нем возникают вакансии – пустые узлы решетки и дислоцированные (смещенные) атомы, расположенные в междоузлиях кристаллической решетки.

Особенно интенсивно образуются вакансии при нагреве и облучении. Так, если при комнатной температуре одна вакансия приходится на  атомов меди, то при температурах близких к температуре ее плавления – на  атомов. Дислоцированных атомов во много раз меньше.

Вакансии играют огромную роль в процессах диффузии, ползучести, распада твердых растворов, спекания порошковых материалов. Диффузия при наличии вакансий протекает очень легко – происходит  перемещение   «пустот»

дырок») в кристалле.

          Замещение вакансии атомом приводит к образованию «дырки» на месте ушедшего атома. Этот процесс многократно повторяется, и, если вакансия не заполнится межузельными атомами, она будет все время перемещаться по кристаллу. Поэтому резкий рост скорости диффузии наблюдается в области высоких температур.

Точечными дефектами являются и примесные атомы, т.к. имея радиусы, отличающиеся от атомного радиуса основного металла, они искажают кристаллическую решетку независимо от того, где расположены – в узлах решетки или в порах (междоузлиях).

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Этот вид дефектов называется дислокациями. Различают краевые, винтовые и смешанные дислокации. Характерной особенностью дислокаций является их сравнительно легкое перемещение под воздействием внешних сил, температуры. Образование линейной дислокации можно представить как внедрение в идеально построенный кристалл лишней кристаллографической полуплоскости атомов, называемой экстраплоскостью. Винтовая дислокация образуется, если в идеальном кристалле по каким-либо причинам произойдет сдвиг одной части кристалла относительно другой на одно или несколько межатомных расстояний.

Дислокации являются носителями пластической деформации. В процессе пластической деформации происходит движение не только имеющихся в кристалле дислокаций, но также образуется большое  количество новых дислокаций в различных кристаллографических плоскостях и направлениях. Образование новых дислокаций в процессе пластической деформации ведет к упрочнению материала. С увеличением степени пластической деформации характеристики прочности (твердость, предел прочности, предел упругости, предел текучести) растут; характеристики пластичности и вязкости (относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость) падают.

Упрочнение металлов и сплавов, полученное в процессе пластической деформации, называется нагартовкой или наклепом.

Поверхностные дефекты имеют малый размер только в одном направлении. К ним относятся границы между зернами, блоками зерен, поверхности раздела между отдельными твердыми фазами и т.д.

Все несовершенства кристаллической решетки  искажают последнюю и оказывают     большое       влияние      на     свойства    металла. Несовершенства

кристаллического строения могут образовываться в процессе кристаллизации, а также при последующей обработке: обработке давлением, термической, термомеханической и т.д.

  1.  Свойства металлических материалов

К физическим свойствам металлов относят: цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность и электросопротивление, магнитные свойства.

К химическим свойствам относятся: химическая активность, способность противостоять коррозии (коррозионная стойкость) и окислению в газовой среде при высокой температуре (жаростойкость или окалиностойкость).

Машиностроительные материалы, выбираемые для деталей машин и конструкций, должны обладать технологическими свойствами: легко поддаваться обработке режущими инструментами; хорошо заполнять литейную форму, а после охлаждения давать плотную и однородную отливку (жидкотекучесть); при сварке образовывать неразъемное прочное соединение (свариваемость); поддаваться пластической деформации от ударов или давления в холодном и нагретом состоянии без разрушения (ковкость). В ряде случаев для качественной или сравнительной оценки машиностроительные материалы подвергают технологическим пробам, т.е. испытаниям на деформации, подобные тем, которые металл испытывает в производственных условиях.  В  качестве примеров можно привести пробы на изгиб труб, простого, фасонного и специального проката; пробу на навивание проволоки из черных и цветных металлов; пробу на сплющивание труб. Свойства, характеризующие    способность     металла      или      сплава      сопротивляться

воздействию внешних сил, называют механическими.

          Внешние силы (нагрузки) могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными). По направлению действия силы возникают деформации растяжения, сжатия изгиба, скручивания и среза. В практике, как правило, на деталь или изделие силы воздействуют не раздельно, а в комбинации друг с другом. В этом случае возникают упругая (обратимая) или пластическая (необратимая) деформации.

Механические свойства в качестве главных включают характеристики прочности, твердости, пластичности, упругости и вязкости. Кроме того производят испытания металлов на усталость (выносливость), ползучесть и др.

При статических испытаниях на растяжение определяют такие прочностные свойства металла, как предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности, а также характеристики пластичности – относительное удлинение и относительное сужение образца. Испытанию подвергаются стандартные образцы, форма и размеры которых определяются ГОСТом. При испытании на растяжение образец растягивается под действием плавно возрастающей нагрузки до разрыва. Напряжение, при котором начинается течение пластичного металла или сплава, называют пределом текучести (в МПа). Напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец в процессе испытания до разрушения, называют пределом прочности или временным сопротивлением разрыву (в МПа):

                                               ,

где  - максимальная нагрузка в момент разрушения образца;

       - сечение стандартного образца перед испытанием на растяжение.

Относительным удлинением  после разрыва называют отношение приращения длины образца после разрыва  к его первоначальной длине , выраженное в процентах.

Относительное сужение образца определяется как отношение уменьшения площади поперечного сечения образца  после разрыва к первоначальной   площади        его    поперечного    сечения,   выраженное  в

процентах. Относительное удлинение и относительное сужение определяют так называемую статическую вязкость металлов и сплавов.

Твердость – это свойство твердого тела сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела.

В условиях производства используют три метода испытания на твердость, называемых по имени их изобретателей: метод Бринелля (НВ), метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) и метод Виккерса (HV). Испытания на твердость позволяют косвенно судить о прочности материалов, их износостойкости, и осуществлять контроль качества деталей после обработки давлением, термической и химико-термической обработок.

Важным свойством металлов является их способность сопротивляться ударным, циклическим (повторно – переменным) нагрузкам и нагрузкам при высоких температурах.

Ударную вязкость определяют на маятниковых копрах, перебивая стандартный образец с надрезом. Работа, затраченная на излом образца (в ДЖ), характеризует ударную вязкость металла или сплава (KCU, KCV и КСТ).

Циклические испытания на усталость проводят для тех материалов и деталей машин, которые работают при многократных повторно-переменных нагрузках: нагружение – разгружение; растяжение – сжатие; закручивание в противоположные стороны и т.п. Усталостное разрушение наблюдается у пружин, рессор, валов, шатунов и др. Свойство металла противостоять усталости называется выносливостью. Выносливость оценивается числом циклов нагрузка – разгрузка до момента усталостного разрушения.

При работе деталей при высокой температуре под нагрузкой возникает явление ползучести материала. В таких случаях главным показателем качества применяемого металлического сплава является его стойкость против ползучести.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ СПЛАВОВ

2.1 Понятие о металлических сплавах

Чистые металлы не обладают набором свойств, которые предъявляются к конструкционным, инструментальным, а тем более, к специальным материалам. Поэтому широкое применение в технике получили сплавы, преимущество которых состоит в том, что они могут быть получены с почти любыми заданными свойствами.

Металлическими сплавами называются кристаллические тела, полученные сплавлением металлов с металлами или неметаллами. Так, например, латунь – это сплав меди с цинком, стали и чугуны – сплавы железа с углеродом. Составляющие сплав элементы называются компонентами. Сплавы могут состоять из двух, трех, четырех и более компонентов. Внутреннее строение сплавов отличается от строения компонентов и зависит от характера взаимодействия компонентов в жидком и твердом состояниях. Принято считать, что в жидком состоянии компоненты хорошо растворяются друг в друге. При кристаллизации в зависимости от физико-химической природы компонентов сплавы по структуре могут стать: а) механической смесью компонентов; б) твердыми растворами с ограниченной или неограниченной  растворимостью компонентов друг в друге; в) химическим соединением.

В механической смеси находятся кристаллы всех присутствующих в сплаве компонентов. В твердом растворе сохраняется кристаллическая решетка того компонента, который является растворителем, а атомы растворенного компонента   располагаются   или  в промежутках между атомами растворителя,

или становятся на место атомов растворителя в его кристаллической решетке. В первом случае твердый    раствор    называется   раствором   внедрения,   во   втором –   раствором замещения. В химических соединениях кристаллы имеют совершенно   новое   строение   и  новые свойства. От   строения  сплавов зависят их свойства.   Так,  твердые   растворы  хорошо  закаливаются,   куются, сопротивляются ударным нагрузкам; химические соединения обладают высокой твердостью; механические смеси имеют высокие литейные свойства.

Процессы кристаллизации сплавов существенно отличаются от процессов кристаллизации чистых металлов. Основное отличие состоит в том, что сплавы кристаллизуются не при одной, строго определенной температуре, а в интервале температур, т.е. имеются температуры начала и конца кристаллизации. Температуры, при которых происходят фазовые превращения, приводящие к изменению  структуры и свойств сплавов называются критическими точками. Процессы кристаллизации сплавов играют очень важную роль: они определяют режимы термической обработки, выбор сплавов для литья, ковки и т.д. Сплавов с различной концентрацией компонентов можно получить тысячи. Для анализа поведения всей совокупности сплавов при изменении их состава и температуры используются специальные диаграммы состояния сплавов.

  1.   Диаграммы состояния сплавов

Диаграммы состояния сплавов дают возможность правильно выбрать сплав, характеризуют его поведение при обработке, физические и механические свойства. Существуют различные типы диаграмм состояния в зависимости от числа компонентов и характера их взаимодействия друг с другом в твердом состоянии.

Для сплавов, состоящих из двух компонентов, выделяют четыре основных типа диаграмм состояния.

Диаграмма состояния 1-го рода характеризует сплавы (например, свинца с сурьмой), у которых компоненты в жидком виде полностью растворимы, а в твердом  образуют механическую смесь.

Диаграмма состояния 2-го рода соответствует сплавам, у которых компоненты и в жидком, и в твердом состоянии неограниченно растворимы друг в друге (например, сплав меди и никеля).

Диаграмма состояния 3-го рода характеризует сплавы, компоненты в которых в жидком виде неограниченно растворимы, а в твердом состоянии ограниченно растворимы друг в друге (например, сплавы медь – серебро, сурьма – германий и др.)

а) кривые охлаждения;             б) диаграмма состояния сплавов Рв – Sв

Рисунок 3- Построение диаграммы сплавов

            свинец – сурьма по кривым  охлаждения  

 

Диаграмма состояния 4-го рода соответствует сплавам, которые в процессе кристаллизации образуют химическое соединение (например, сплав медь – германий).

На рисунке 3 показано, как по кривым охлаждения, полученным методом термического анализа, можно построить диаграмму 1-го рода для сплавов свинец – сурьма.

Кривые охлаждения соответствуют: 1 – чистому свинцу; 2 – сплаву состава 95% Рв, 5% Sв; 3 – сплаву состава 90% Рв, 10% Sв; 4 -  сплаву эвтектического состава: 87% Рв, 13% Sв;  5 – сплаву состава 60% Рв, 40% Sв;  6 – чистой сурьме. Свинец кристаллизуется при 327С, сурьма – при 631С. Их кристаллизация отмечена горизонтальным участком кривых 1 и 6.

Первый сплав (кривая 2) начинает кристаллизоваться  при 300С с выделением крупных избыточных кристаллов свинца. Оставшаяся часть сплава по мере охлаждения обедняется свинцом, и , когда концентрация сурьмы возрастет до 13%, при постоянной температуре 246С кристаллизация закончится с одновременным выпадением кристаллов  свинца и сурьмы.

Второй сплав (кривая 3) кристаллизуется аналогично первому, но точка начала кристаллизации у него ниже, а заканчивается кристаллизация также при 246С, когда концентрация сурьмы достигает 13%.

Третий сплав (кривая 4) кристаллизуется полностью при одной температуре (246С) с одновременным выпадением кристаллов свинца и сурьмы. Четвертый сплав (кривая 5) начинает кристаллизоваться при 500С с выделением избыточных кристаллов сурьмы. В жидком сплаве сурьмы становится все меньше, и, когда ее содержание снизится до 13%, при 246 произойдет окончательная кристаллизация.

Все  точки начала и конца кристаллизации с кривых охлаждения перенесем на диаграмму свинец-сурьма. Соединив все точки начала кристаллизации, получаем линию АСВ. Эта линия называется линией ликвидус. Все сплавы при температурах выше линии ликвидус  находятся в жидком состоянии. Линия МСN называется линией солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии. В интервале температур между ликвидусом и солидусом в любом сплаве имеются две фазы: жидкий сплав (ж.с.)  и крупные первичные кристаллы одного из компонентов. В области МАС структурными составляющими являются жидкий сплав и кристаллы свинца, а в области CBN- жидкий сплав и кристаллы сурьмы.

Сплав, содержащий 13% сурьмы и кристаллизующийся при постоянной температуре 246С, называется эвтектическим. Он имеет самую низкую для данной системы сплавов температуру кристаллизации, а его структура представляет собой мелкокристаллическую механическую смесь кристаллов свинца   и    сурьмы   (эвтектику).   Сплавы,   содержащие    менее  13% сурьмы,

называются доэвтектическими, а более 13% сурьмы – заэвтектическими.. В структуре доэвтектических сплавов наряду с эвтектикой имеются кристаллы свинца, в заэвтектических – наряду с эвтектикой кристаллы сурьмы.

С помощью правила фаз и правила отрезков можно проводить анализ диаграмм состояния различных сплавов, т.е. определять фазовый и структурный состав заданного сплава при любой температуре и концентрации компонентов, а также характер зависимости ряда физико-механических свойств сплавов от типа диаграммы состояния того или иного сплава.

  1.   Диаграмма состояния железо – цементит

В различных областях техники наиболее широко применяют железо-углеродистые сплавы – стали и чугуны. Состояние этих сплавов при различных температурах в зависимости от концентрации компонентов описывается в графической форме диаграммой железо-цементит.

Железо – металл серебристого цвета. Температура плавления 1539С (5С); высокопластично ( =50%,  =85%), но обладают малой прочностью (в=250 МН/м2)   и   небольшой   твердостью   (НВ 80);  ударная   вязкость КС = 30 МДж/м2.    Железо    может    находиться   в   двух   модификациях:  - железо и - железо. Модификация  - железо существует в интервале температур от 20С до 911С и от  1392С  до 1539С.

Углерод – твердое вещество, бесцветное. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях. В железоуглеродистых сплавах может находиться в виде свободного графита и химически связанного соединения – карбидов железа  ( и ), наиболее устойчивым из которых является  - цементит, содержащий 6,67% углерода.

Графит – полиморфная модификация углерода, мягок, имеет низкую прочность и электропроводность. В зависимости от характера кристаллизации углерода поведение системы железо-углерод может описываться диаграммами двух видов: железо - графит и железо – цементит, обусловленными различными скоростями охлаждения. При медленном охлаждении состояние железоуглеродистых сплавов описывается диаграммой железо – цементит, имеющей    большое   практическое   применение   для   изучения   сталей.   Она

позволяет определить количественный (%) и качественный (тип структуры) состав структурных составляющих в любом агрегатном состоянии; установить критические точки, отвечающие превращениям в любом железоуглеродистом сплаве в зависимости от температуры и концентрации компонентов; выбрать сплавы с нужной температурой плавления; определить температуры начала и конца горячей обработки давлением (ковки, штамповки, прокатки, прессования); установить температуру нагрева сталей для всех видов термической обработки (отжига, нормализации, закалки и отпуска закаленной стали, термомеханической обработки).  

При металлографическом исследовании сталей и чугунов с помощью металлографического микроскопа можно обнаружить следующие составляющие микроструктуры.

Феррит – твердый раствор углерода в   - железе, является наиболее пластичной структурной составляющей стали. Феррит имеет низкую прочность  и твердость (НВ 80 – 100), но высокую пластичность , повышенные магнитные и коррозионные свойства. Максимальная растворимость углерода в  - железе составляет 0,025%. В микроструктуре феррит имеет вид светлых зерен.

Цементит – химическое соединение железа с углеродом ; содержит 6,67% углерода, температура плавления 1600С, имеет очень высокую твердость НВ 800, но чрезвычайно низкую, практически нулевую пластичность. При обычных температурах цементит слабомагнитен, при 217С магнитные свойства теряются. Чем   больше   в   сплаве цементита, тем он тверже, но более

хрупок. Под микроскопом цементит имеет вид темных округлых зерен, темной или светлой сетки, расположенной по границам зерен, или выглядит в виде игл.

Аустенит – твердый раствор углерода в - железе. Предельная растворимость углерода в - железе 2,14%. Аустенит существует только при высоких температурах (выше 727С) При более низкой температуре он распадается   с   образованием других структур,   немагнитен, обладает высокой

химической стойкостью, хорошей сопротивляемостью истиранию и большой вязкостью. Аустенит имеет невысокие твердость (НВ 160-200) и прочность , но высокую пластичность (относительное удлинение .

Перлит – эвтектоидная мелкозернистая механическая смесь феррита с цементитом. Перлит обладает невысокой твердостью (НВ 160-200) удовлетворительной прочностью , незначительной пластичностью . В структуре перлита цементит присутствует в виде зерен или параллельных пластин, поэтому различают зернистый и пластинчатый перлит. Зернистый перлит имеет более высокую твердость, чем пластинчатый. Под микроскопом перлит можно отчетливо рассмотреть только при увеличениях более чем в 500 раз.

Ледебуритмеханическая смесь кристаллов, образующаяся из жидкой фазы определенного состава (4,3 % С). при температуре 1147С и до 727С  ледебурит состоит из двух фаз – аустенита и цементита; ниже 727С  ледебурит  состоит из перлита и цементита, т.е. также из двух фаз, но только уже из феррита и цементита. Содержание углерода в ледебурите всегда постоянно и равно 4,3 %. Ледебурит обладает высокой твердостью, прочностью, но малой пластичностью. Ледебурит всегда присутствует в структуре белого чугуна.

Диаграмма  представлена на рисунке 4.

Линия АВСD – линия ликвидус. Выше этой линии стали и чугуны находятся в жидком состоянии, представляющем собой жидкий раствор (жидкую фазу).


Линия AHJECF – линия солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.   Все сплавы, содержащие более 2,14% С (чугуны), затвердевают или начинают плавиться при одной и той же температуре 1147С (линия ЕСF).

При охлаждении сплавов ниже линии HJE образуется аустенит. Точка G на температурной оси чистого железа соответствует температуре, при которой происходит превращение - железа в - железо (911С).

Линия GS соответствует началу превращения аустенита в феррит в сплавах  с содержанием углерода до 0,8%. Критические точки, лежащие на линии GS, обозначают  (при нагреве – , при охлаждении – ), на линии SE - . Линию PSK, отвечающую температуре 727С (линию конца распада аустенита на феррит и цементит), называют также линией перлитного превращения. Критические точки, лежащие на этой линии, обозначают  (при нагреве – , при охлаждении – ), в точке при 727С  и содержании 0,8% углерода происходит распад аустенита с образованием эвтектоидной смеси частиц феррита и цементита (перлита).

Сплавы, содержащие 0,8% углерода называют эвтектоидными сталями; до 0,8% - доэвтектоидными сталями и от 0,8 до 2,14% углерода – заэвтектоидными сталями. Схемы микроструктур этих сталей представлены на рисунке 5.

Разница между эвтектической и эвтектоидной смесями заключается в том, что эвтектика (продукт первичной кристаллизации) образуется при одновременной кристаллизации двух фаз из жидкого раствора (ледебурит в чугунах). Эвтектоид – продукт вторичной кристаллизации – образуется при распаде твердого раствора (например, перлит из аустенита в сталях).

Таким образом, доэвтектоидные    стали   ниже 727С  имеют структуру, состоящую из феррита и перлита.

Линия ES при охлаждении соответствует температурам начала распада аустенита с выделением из него цементита. Цементит, выделяющийся из аустенита, в отличие от цементита, кристаллизующегося из жидкой фазы, называют вторичным. Структура заэвтектоидных сталей состоит из перлита и вторичного цементита.

           Ниже линии ES (1147С ) при содержании в сплавах 2,14-4,3 % углерода из аустенита, пересыщенного углеродом, выпадает вторичный цементит.

    

  

   

    

     а) доэвтектоидной;             б) эвтектоидной;                в) заэвтектоидной.

Рисунок 5 – Схемы типичных микроструктур сталей

При содержании углерода 4,3 % и температуре 1147С  жидкий раствор кристаллизуется  с образованием эвтектической смеси – ледебурита. Сплавы, содержащие 4,3 % углерода называют эвтектическими чугунами; 2,14-4,3 % углерода - доэвтектическими . Их структура состоит из перлита + цементита вторичного + ледебурита (фазы – феррит и цементит). Сплавы с содержанием 4,3-6,67 % углерода называют заэвтектическими чугунами. Их структура состоит из цементита и ледебурита.

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ     ТЕРМИЧЕСКОЙ     ОБРАБОТКИ   И

  ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ СПЛАВОВ

  1.   Виды термической обработки сталей

Основными видами термической обработки, изменяющими структуру и свойства стали, являются отжиг, нормализация, закалка, отпуск и обработка холодом.

Отжиг и нормализацию относят к предварительной термической обработке, а закалку, отпуск и обработку закаленной стали холодом – к окончательной термической обработке.

Большинство структурных изменений, имеющих место при термической обработке сталей и сплавов, непосредственно связанно с процессами, описываемыми диаграммой железо-цементит. Поэтому выбор технологических режимов термической обработки в большинстве случаев обусловлен положением линий на диаграмме.

Любой процесс термической обработки металла состоит из нагрева до заданной температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения (рисунок 6).

Длительность нагрева и выдержки изделия (детали) при заданной температуре зависит от вида нагревательной среды, формы изделия, его теплопроводности, а также от времени, необходимого для завершения фазовых превращений.

Время выдержки (мин) в нагревательных печах можно ориентировочно определить по формуле:

                                            ,

где  - диаметр (толщина) изделия, мм

Скорость охлаждения выбирают в зависимости от вида термической обработки, назначения изделий, подвергающихся термообработке, и химического состава стали. Скорость охлаждения изменяют подбором сред с разной охлаждающей способностью.

Рисунок 6 – График термической обработки:

- температура нагрева;

- продолжительность нагрева, выдержки и охлаждения;

- истинная скорость охлаждения, определяемая тангенсом

          угла наклона   касательной к кривой охлаждения.

Отжиг – вид термической обработки, состоящий из нагрева стали до определенной температуры в зависимости от вида отжига, выдержки и последующего, как правило, медленного охлаждения вместе с печью (или в золе костра) для получения более равновесной структуры.

Отжиг проводят для улучшения обрабатываемости резанием и давлением, снижения твердости, увеличения пластичности и вязкости, снятия внутренних напряжений. На практике применяют следующие виды отжига: полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный  и отжиг для снятия остаточных напряжений.

Полный (смягчающий) отжиг заключается в нагреве  до температур на 30-50 С выше критических точек  (линия GS) диаграммы , выдержке  с последующим   медленным охлаждением  (в печи)  со скоростью 20-50 С в час. Этому виду отжига подвергают доэвтектоидную (конструкционную) сталь для создания мелкозернистой структуры, что способствует повышению вязкости, снижению твердости и повышению пластичности, а также снятию внутренних напряжений (например, в зоне сварного шва). При нагреве крупная исходная феррито-перлитная структура доэвтектоидных сталей превращается в мелкозернистую структуру аустенита. При последующем медленном охлаждении из мелкозернистого аустенита. При последующем медленном охлаждении из мелкозернистого аустенита образуется мелкая феррито-перлитная структура.

Неполному отжигу подвергают эвтектоидную и заэвтектоидную (инструментальные) стали для превращения пластинчатого перлита в зернистый. Заэвтектоидную сталь нагревают до температуры немного выше критической точки , но ниже  (около 780). При нагреве происходит превращение перлита в аустенит, а кристаллы вторичного цементита частично сохраняются, при этом образуется структура, состоящая из вторичного цементита и аустенита. При последующем медленном охлаждении из аустенита образуется зернистая феррито-цементитная структура, что приводит к повышению вязкости, пластичности и снижению твердости стали.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг проводят для выравнивания химического состава фасонных отливок и слитков из легированных сталей, у которых неоднородность сильно выражена. Выравнивание химического состава происходит за счет диффузионных процессов, поэтому температура отжига должна быть высокой (1100-1200С). Отжиг (выдержка) заготовок длится от 8 до 15 часов, после этого их охлаждают вместе с печью до 800-850С  в течение 6-8 часов и переносят для окончательного охлаждения на воздух.

Отжигу для снятия остаточных напряжений подвергают, в основном, сварные соединения и отливки, нагревая до температур, при которых фазовые превращения еще не происходят, т.е. меньше 727С. В результате отжига при 600С в течение 20ч напряжения почти полностью снимаются независимо от их начальной величины. Для сокращения продолжительности отжига температура нагрева может быть увеличена до 680-700С.

Отжиг является длительной операцией и может продолжаться до 10-20 ч., поэтому часто вместо отжига для углеродистой стали применяют нормализацию. Нормализацией называют процесс термической обработки, проводимый для улучшения обрабатываемости стали резанием, исправления структуры сварных швов и структуры перегретой (после горячей обработки давлением) и литой стали,  а также для подготовки стали к последующей операции термической обработки – закалке. Сталь нагревают до температуры на 30-50 выше критических точек  или  с последующим охлаждением на воздухе. Для среднеуглеродистых сталей и некоторых марок специальных сталей нормализация заменяет закалку, так как нормализованные детали приобретают достаточную прочность, необходимую для эксплуатации. Нормализованная сталь имеет структуру сорбита. Температуры нагрева углеродистой стали для различных видов отжига и нормализации приведены на рисунке 7.

Рисунок 7 – Участок диаграммы состояния  с нанесенными

                     температурами для различных видов термической обработки углеродистой стали.

Закалка стали самый распространенный вид термической обработки, включающий нагрев стали до оптимальной температуры, выдержку и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры. Закалке подвергают практически все детали машин и механизмов, режущий инструмент и штампы. В результате закалки повышаются прочность, твердость, износостойкость и предел упругости, однако при этом понижается пластичность стали. При закалке доэвтектоидные (в основном это конструкционные) стали нагревают до температуры на 30-50 выше критических точек  (линия GS на диаграмме ). При этом исходная феррито-перлитная структура этих сталей превращается в аустенит, а при охлаждении со скоростью больше критической (150-200С/с) образуется мартенсит – основная структурная составляющая закаленной стали. Мартенсит представляет   собой   пересыщенный   твердый   раствор   внедрения углерода в -  железе. Он содержит углерода столько, сколько его было в исходном аустените.

В большинстве случаев стремятся получить эту структуру, т.к. сталь, закаленная на мартенсит, обладает высокой твердостью (НRС 50-65 или НВ 600-700), повышенной прочностью и сопротивляемостью изнашиванию, но низкой вязкостью. Мартенсит имеет форму тонких игл-пластин, разделяющих аустенитное зерно на несколько частей. Чем мельче зерна исходного аустенита, тем мельче иглы мартенсита.

Если доэвтектоидные стали нагревать ниже , то в структуре сохраняется непревращенный феррит, который после закалки будет присутствовать в структуре наряду с мартенситом и снижать твердость закаленной стали. Такую закалку называют неполной и для доэвтектоидных сталей ее не применяют.

Для эвтектоидной и заэвтектоидной сталей всегда применяют неполную закалку, поскольку остающийся при таком нагреве вторичный цементит имеет высокую твердость и сообщает при закалке твердость и износостойкость закаленной стали. При закалке эти стали нагревают на 30-50С выше критических точек  (см. рис. 8, линия PSK), затем выдерживают в печи для полного прогрева и завершения структурных превращений. Скорость охлаждения стали, нагретой до температуры закалки, оказывает решающее влияние на результат этого вида термической обработки.

В качестве охлаждающих сред при закалке используют воду, водные растворы солей, щелочей и масло, которые имеют различную охлаждающую способность. Вода по сравнению с машинным маслом охлаждает сталь примерно в 6 раз быстрее при 550-650С  и в 28 раз быстрее при 200С . Поэтому воду применяют для охлаждения углеродистых сталей, которым свойственна большая критическая скорость закалки, а масло – для охлаждения легированных сталей, имеющих малую критическую скорость закалки.

Рисунок 8 – «Стальной» участок диаграммы  

с нанесенным  оптимальным интервалом закалочных

температур углеродистых сталей

Основной недостаток воды как охлаждающей среды высокая скорость охлаждения при пониженных температурах в области начала мартенситного превращения (200-300С), которая приводит к возникновению высоких внутренних напряжений и создает опасность образования трещин в закаливаемых деталях. Добавление к воде солей и щелочей увеличивает ее закалочную способность. Для ответственных деталей из углеродистых сталей, особенно для инструментальных сталей, применяют закалку в двух средах:   вначале в воде, а затем в масле. Преимущество масла как охладителя заключается в том, что оно обеспечивает невысокую скорость охлаждения в области температур мартенситного превращения, поэтому опасность возникновения трещин резко снижается. Недостатки машинного масла как охладителя – легкая воспламеняемость, образование нагара на поверхности деталей.

В зависимости от марки стали, формы, размеров и технических требований, предъявляемых к готовым изделиям (деталям), применяют различные по способу охлаждения виды закалки. Чаще всего используют непрерывную закалку в одном охладителе (вода или масло), прерывистую закалку в двух охладителях (в воде, а затем на воздухе или в масле), ступенчатую закалку (вначале – в соляном расплаве, а затем на воздухе) и изотермическую закалку. При изотермической закалке деталь быстро охлаждают в среде, нагретой на 50-70С  выше, чем температура начала мартенситного превращения, и продолжительно выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита. Дальнейшее охлаждение ведут на воздухе. В результате такой закалки получается не мартенсит, а близкий к нему по твердости, но более вязкий и прочный игольчатый тростит.

Технологическими характеристиками процесса закалки являются закаливаемость и прокаливаемость. Под закаливаемостью понимают способность стали получать высокую твердость при закалке, что обеспечивается получением структуры мартенсита. Закаливаемость оценивается числом твердости и зависит, главным образом, от содержания углерода в стали. Однако, твердость всех закаленных заэвтектоидных сталей остается постоянной (НRC 63-65).

Под прокаливаемостью стали понимается глубина проникновения закаленной зоны с поверхности к сердцевине изделия. Прокаливаемость измеряется в единицах длины (мм) и зависит от критической скорости закалки. Чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость стали.

В результате закалки в металле возникают термические и структурные напряжения, неравновесные неустойчивые структуры, повышаются твердость, прочность, но снижаются пластичность и ударная вязкость. Поэтому после закалки необходимо подвергать закаленные изделия отпуску.

Отпуск – вид термической обработки, состоящий из нагрева закаленной стали ниже критической точки  (727С) в интервале температур 150-650С, выдержки и последующего охлаждения с любой скоростью, т.к. при отпуске фазовых превращений не происходит (температура нагрева всегда ниже  727С). Цель отпуска – ослабить или полностью снять внутренние напряжения, возникшие при закалке; уменьшить твердость и хрупкость, а также повысить вязкость закаленной стали.

При отпуске закаленных сталей в результате нагрева происходит переход от более твердых, но менее устойчивых структур, к менее твердым, но более устойчивым структурам. В зависимости от температуры отпуск подразделяют на низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск заключается в нагреве закаленной стали до 150-250С, непродолжительной выдержке (от 30 мин до 1,5 ч) и охлаждении, обычно в машинном масле или на воздухе. При этом в структуре стали остается мартенсит, но уже с измененной кристаллической решеткой, который называют мартенситом отпуска. После низкого отпуска твердость практически не изменяется, но уменьшаются остаточные закалочные напряжения и несколько повышается вязкость. Такой вид отпуска применяют для режущего и измерительного инструмента (например, сверл, метчиков, плашек, калибров, скоб, шаблонов).

Средний отпуск заключается в нагреве изделий до температуры 300-500С. Структура отпущенной при этих температурах стали состоит, в основном, из тростита отпуска. Изделия (детали) приобретают упругость при сохранении высокой прочности. Такому виду отпуска подвергают пружины, рессоры, мембраны.

Высокий отпуск – нагрев стали до 450-650С, выдержка, а затем охлаждение для получения структуры сорбита отпуска. Закалку вместе с последующим высоким отпуском называют улучшением стали. После такого отпуска изделия приобретают повышенную ударную вязкость, пластичность, но несколько пониженную твердость и прочность стали. Этому виду отпуска подвергают, в основном, все ответственные детали машин и механизмов (например, валы, оси, зубчатые колеса).

Значительного повышения прочности стали можно добиться, совмещая закалку и отпуск с пластической деформацией. При этом пластичность снижается в меньшей мере, чем если бы была произведена только закалка. Такой метод упрочнения стали при сохранении пластичности называют термомеханической обработкой (ТМО). Пластическое деформирование при ТМО осуществляют прокаткой, ковкой, штамповкой. Различают два вида термомеханической обработки – высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО). При ВТМО сталь нагревают выше точки  (до 1000-1100С), пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 20-30%), слегка охлаждают и производят закалку. При НТМО сталь нагревают выше точки , охлаждают до температур ниже температуры рекристаллизации стали (450-550С), пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 75-95%). Закалку производят непосредственно с температуры деформирования.

В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск. ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО – только легированные стали. По сравнению с обычной закалкой ТМО повышает механические свойства. Наибольшее упрочнение (но меньшая пластичность) достигается после НТМО (, в то время как после обычной закалки и низкого отпуска .

От неправильного выбора режима термической обработки и ее проведения при таком режиме могут возникнуть различные дефекты (закалочные трещины, коробление, пережог и др.)

3.2 Поверхностное упрочнение стали

Для повышения твердости поверхностных слоев, предела выносливости и сопротивляемости истиранию многие детали машин подвергают поверхностному упрочнению.

Существуют три основных метода поверхностного упрочнения: поверхностная закалка, химикотермическая  обработка и упрочнение пластическим деформированием.

3.2.1 Поверхностная  закалка  стали

Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости деталей (зубьев шестерен, шеек валов, направляющих станин металлорежущих станков и др.). Сердцевина детали остается вязкой и хорошо воспринимает ударные и другие нагрузки. В промышленности применяют следующие способы поверхностной закалки: закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты (Т.В.Ч.); с электроконтактным нагревом; газопламенную закалку; закалку в электролите. Общим для всех способов поверхностной закалки является нагрев поверхностного   слоя   детали до температуры выше критической точки  с последующим быстрым охлаждением для получения структуры мартенсита. В серийном и массовом производстве наибольшее распространение получила поверхностная закалка с индукционным нагревом токами высокой частоты. Реже, главным образом для крупных деталей, применяют закалку с нагревом газовым пламенем.

При закалке ТВЧ деталь или участок детали, который необходимо закалить, охватывают индуктором, изготовленным из медной трубки, которая внутри охлаждается водой. К индуктору через трансформатор от специального генератора подводится ток высокой частоты от 200 до 500 КГц. Внутри индуктора возникает переменное магнитное поле, индуцирующее на поверхности детали электродвижущую силу, под действием которой в металле возникают электрические вихревые токи. Эти токи и вызывают нагрев поверхности детали до высокой температуры в течение нескольких секунд. Охлаждение деталей при поверхностной закалке, в основном, душевое, вода поступает из имеющихся на внутренней поверхности индуктора многочисленных отверстий или из дополнительного кольца. После закалки детали подвергают низкому отпуску. Толщина закаленного слоя составляет от 1 до 10 мм, ее можно регулировать, изменяя частоту тока. Из-за высокой стоимости оборудования данный способ закалки является высокоэкономичным только тогда, когда установка загружена полностью, т.е. в условиях серийного и массового производства.

Поверхностная закалка с применением электроконтактного  нагрева выполняется следующим образом. Деталь нагревают до температуры закалки теплом, которое выделяется в месте контакта ее с электродом (медным роликом) специального приспособления. Охлаждение закаливаемой поверхности детали производят при помощи душа, который перемещается вслед за подвижным электродом.

Закалка с газопламенным нагревом заключается в том, что поверхность стальной детали нагревают пламенем ацетиленокислородной горелки до температуры закалки и быстро охлаждают струей холодной воды. Газовая горелка движется над поверхностью детали с определенной скоростью, а  за нею с той же скоростью перемещается закалочная трубка, через которую подается вода. Этот способ закалки основан на том, что  ацетиленокислородное пламя имеет температуру 2500-3200С и нагревает поверхность изделия до температуры закалки за очень короткий промежуток времени, в течение которого нижележащие слои стали не успевают прогреться до критической точки и потому не закаливаются. Толщина закаленного слоя колеблется в пределах 2-4 мм, а его твердость составляет HRC 50-56. Газопламенная закалка вызывает меньшие деформации, чем объемная закалка, и не загрязняет поверхность детали. Для крупных деталей этот способ закалки часто экономически более выгоден, чем закалка с индукционным нагревом.

Поверхностную закалку при нагреве в электролите выполняют в 10%-ном растворе поваренной соли, поташа или кальцинированной соды. Детали, подлежащие закалке, погружают в ванну, и они являются катодом, а корпус ванны – анодом. При пропускании постоянного электрического тока через электролит вокруг катода (детали) образуется газовая оболочка, которая нарушает электрический контакт катода с электролитом, и деталь интенсивно нагревается до температуры закалки. После этого ток выключают; деталь закаливается в электролите, который омывает ее со всех сторон.

Кроме описанных применяют ряд других способов поверхностной закалки, в частности нагрев деталей под закалку в расплавленных металлах или солях. В них закаливают мелкие детали простой геометрической  формы, изготовляемые в небольших количествах. Отпуск после выполнения поверхностной закалки производят с целью снятия напряжений, возникающих в зоне закалки. Это уменьшает хрупкость и повышает прочность деталей. Твердость повышается на 2-3 единицы по сравнению с обычной закалкой; улучшается износостойкость; предел выносливости возрастает в 1,5-2 раза.

3.2.2 Химико-термическая обработка

Химико-термической обработкой называют процесс, заключающийся в сочетании термического и химического воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.

Химико-термическая обработка основана на диффузии (проникновении) в атомно-кристаллическую решетку железа атомов различных химических элементов при нагреве стальных деталей в среде, богатой этими элементами.

Наибольшее распространение получили следующие виды химико-термической обработки.

Цементация – процесс, состоящий в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом до оптимальной концентрации 0,8-1,1% и получении после закалки высокой твердости поверхности (HV 700-800) при сохранении вязкой сердцевины. Цементации подвергаются детали, изготовленные из низкоуглеродистых сталей (0,1-0,25%С) или из легированных низкоуглеродистых сталей. При нагреве происходит разложение метана по реакции . Атомарный углерод поглощается поверхностью стали и проникает в глубину детали. Газовая цементация деталей производится при температуре 930-950С.

Азотирование заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя азотом. Азотирование повышает твердость поверхностного слоя , его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в среде атмосферного воздуха, воды, пара и т.д. Азотирование проводят обычно при 500-600С (для повышения износостойкости и прочности) или при 600-800С (для повышения коррозионной стойкости) в среде аммиака, который при указанных температурах диссоциирует с образованием атомарного азота по реакции . Атомарный азот диффундирует в железо. В сталях, легированных алюминием, хромом и молибденом, твердость азотированного слоя достигает HV1200. Обычно при азотировании получают слой толщиной 0,2-0,6 мм.

Нитроцементация и цианирование – поверхностное насыщение деталей одновременно углеродом и азотом. Процесс выполняют либо в газовой среде, либо в ванне из расплавленных цианистых солей. В первом случае процесс называют нитроцементацией, во втором – цианированием. Газовая нитроцементация позволяет повысить износостойкость обрабатываемых деталей и сделать процесс более рентабельным. При низких температурах поверхностный слой стали насыщается преимущественно азотом, а при высоких – углеродом. Детали нагревают в газовой смеси, состоящей из науглероживающего газа (90-98%) и аммиака (2-10%). Кроме того применяют специальный жидкий карбюризатор – триэтаноламин , вводимый в виде капель в рабочее пространство. Газовое цианирование (нитроцементацию) разделяют на высокотемпературное (при 800-950С) и низкотемпературное (при 550-600С). Высокотемпературное цианирование применяют для достижения высокой твердости и износостойкости поверхности деталей из конструкционных сталей с получением слоя глубиной 0,2-1,0мм. После нитроцементации детали закаливают и затем подвергают низкому отпуску. Низкотемпературное цианирование выполняют в течение 5-10 часов в среде эндогаза или газа, полученного из синтина (смесь углеводородов) с добавлением 12-20 % аммиака, или путем использования триэтаноламина. В результате такой обработки на поверхности стали образуется тонкий слой карбонитридов (толщиной 0,15-0,20 мм), обладающий высокой износостойкостью. Перед низкотемпературным цианированием производится полная механическая и термическая обработка деталей.

К числу относительно новых методов химико-термической обработки относят насыщение поверхности  стали бором. Борирование повышает твердость (HV 2000), сопротивление абразивному износу и коррозионную стойкость. Борированная сталь теплостойка до 900С, жаростойка до 800С, однако борированные слои обладают высокой хрупкостью. При сульфидировании производят насыщение поверхности стали серой, азотом и углеродом на глубину 0,2-0,3 мм для повышения износостойкости, прирабатываемости деталей при трении и устойчивости их против задиров.

Диффузионная металлизация – процесс насыщения  поверхности стали алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование). Металлизация кремнием повышает кислотоупорность, хромом или алюминием – жаростойкость, хромом, азотом и углеродом – износостойкость и т.д. Металлы образуют с железом твердые растворы, замещения, поэтому диффузия их осуществляется значительно труднее, чем диффузия углерода или азота. В связи с этим процессы диффузионной металлизации выполняют при высоких температурах: алитирование – при 900-1000С, силицирование – при 950-1050С.

Применение диффузионной металлизации во многих случаях не только вполне оправдано, но и является экономически выгодным. Так, детали жаростойкие при температуре до 1000-1100С, изготовляют из простых углеродистых сталей, а с поверхности насыщают алюминием, хромом или кремнием, что значительно выгоднее, чем применение специальных легированных жаростойких сталей.

3.2.3 Поверхностное упрочнение стальных деталей

                  пластическим деформированием

Поверхностное упрочнение методом пластического деформирования -прогрессивный технологический процесс, приводящий к изменению свойств поверхности металлического изделия. При этом методе пластически деформируют только поверхность. Деформирование осуществляют либо обкаткой роликами, либо обдувкой дробью.

Чаще применяют обдувку дробью, при которой поверхность подвергается ударам быстролетящих круглых дробинок размером 0,2-1,5 мм, изготовленных из стали или белого чугуна. Обработку выполняют в специальных дробометах. Удары дробинок приводят к пластической деформации и наклепу в микрообъемах поверхностного слоя. В результате дробеструйной обработки возникает наклепанный слой глубиной 0,2-0.4 мм. Кроме того, за счет увеличения объема наклепанного слоя на поверхности изделия появляются остаточные напряжения сжатия, что сильно повышает усталостную прочность. Например, срок службы витых пружин автомобиля, работающих в условиях, вызывающих усталость, повышается в 50-60 раз, коленчатых валов – в 25-30 раз. Дробеструйная обработка, так же как и обкатка роликами, является конечной технологической операцией, перед которой изделия проходят механическую и термическую обработку.

ГЛАВА 4. Сплавы на основе железа

4.1 Химический состав и классификация сталей

Химический состав.   Сталью называют   сплав   железа   с   углеродом (до2 %С). Наряду с железом и углеродом сталь содержит марганец (до 1  %) и кремний (до 0,4 %), а   также  вредные  примеси – серу (до 0,06 %) и  фосфор (до 0,07 %). Сталь выплавляют несколькими способами: кислородно-конвертерным, мартеновским, электросталеплавильным, прямым восстановлением железа из обогащенной  железом руды (окатышей), а также электрошлаковым, вакуумно-дуговым, плазменно-дуговым переплавом. Кислородно-конвертерный и электросталеплавильный – наиболее производительные способы выплавки стали.

В настоящее время сталь является основным конструкционным материалом. Она сочетает в себе прочность и пластичность с хорошим сопротивлением ударным нагрузкам, может работать при низких и высоких температурах, технологична, из нее можно изготовить изделия практически любой формы. Свойства стали зависят от количества содержащихся в ней  углерода и примесей. Основное влияние на свойства стали (особенно механические и технологические) оказывает углерод. С увеличением содержания углерода в стали, как уже отмечалось, повышается ее твердость и прочность, однако уменьшаются пластичность и вязкость, ухудшается свариваемость стали. Прочность стали становится максимальной при 0,9-1,0 % углерода.

Кремний и марганец в небольшом количестве особого влияния на свойства стали не оказывают. Сера и фосфор – вредные примеси. Сера в виде соединения с железом FeS вызывает красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах (при ковке, прокатке), увеличивает усталость стали, уменьшает коррозионную стойкость. В то же время сера улучшает обрабатываемость стали режущим инструментом, поэтому на станках-автоматах изготавливают болты, шпильки, гайки из автоматных сталей с увеличенным содержанием серы до 0,2 % и фосфора  до 0,15 %. Фосфор придает стали высокую  хрупкость при обычных температурах (хладноломкость). Особенно отрицательно влияет фосфор при высоком содержании углерода. Вредными примесями является также кислород, водород, азот, которые не удается полностью удалить при плавке стали.

Классификация сталей. Стали классифицируют по химическому составу, качеству и назначению.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (менее 0,3 %С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 %С) и высокоуглеродистые (более 0,7 %С).

Легированные стали в зависимости от содержания элементов (хрома, марганца, никеля и др.) бывают хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и др. По количеству легирующих элементов их делят на низко - (до 2,5 %), средне – (2,5 – 10 %) и высоколегированные (более 10 %). По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора, водорода, азота и др.) Например, стали обыкновенного качества содержат до 0,06% S и 0,07 %Р, , а особовысококачественные – не более 0,015 % S и 0,025 %Р. Высококачественная и особовысококачественная стали обозначаются соответственно буквами А и Ш, помещаемыми после обозначения марки стали.

По назначению (применению) стали подразделяют на конструкционные (для деталей машин и механизмов, приборов, металлоконструкций); инструментальные (для различного типа инструмента и штампов) и стали со специальными свойствами, например коррозионностойкие, окалиностойкие, электротехнические, магнитные и др.

4.2 Углеродистые стали

Эти стали используют как сравнительно дешевый конструкционный материал, обеспечивающий достаточно надежную работу машин  и оборудования. Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества имеет буквенно-цифровую маркировку:

Ст0, Ст1-Ст6, БСт0, БСт1-БСт6, ВСт2-ВСт5.

Буквы «Ст» означают сталь, цифры от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от состава и механических свойств, буквы Б и В  - группы стали (группа А в марке стали не указывается). Степень раскисления обозначают индексами: КП –кипящая, ПС – полуспокойная, СП – спокойная, например: БСт2кп, ВСт3пс, Ст5сп.

Назначение этих сталей различное. Например, сталь Ст0 используют для изготовления деталей неответственного назначения. Например, лестничных маршей, арматуры, ограждений. Из сталей Ст1, Ст2 изготовляют заклепки, анкерные болты, фланцы, прокладки, элементы сварных конструкций неответственного назначения. Из стали Ст3 изготовляют болты, шпильки, гайки, шайбы, оси, валики, втулки, шестерни и другие детали, не несущие нагрузки.

Сталь Ст 4 после  цементации или цианирования применяют в качестве материала для изготовления червяков, шестерен, поршневых пальцев, валиков, толкателей.  Ст5 служит материалом для изготовления крюков кранов, валов, звездочек, рычагов, шатунов, рессор; Ст6 (в термически обработанном состоянии) – пружин, рессор, червяков, звездочек.

Углеродистую качественную конструкционную сталь маркируют двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в стали, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь  марки 25 содержит в среднем 0.25 %С, сталь 45 – 0,45 %С, сталь 60 – 0,60 %С. Степень раскисления стали указывают в конце марки, например сталь 10 кп. Так как в этих сталях содержание вредных примесей (S и  Р) меньше, чем в сталях обыкновенного качества, то механические свойства выше.

Наиболее широко используют в машиностроении стали 40 и 45. После закалки и отпуска из них изготовляют детали средних размеров и несложной конфигурации, к которым предъявляют требования повышенной прочности  и твердости: шпонки, валики, муфты, фрикционные диски прессов, собачки, храповики, звездочки. После улучшения (закалки и последующего высокого отпуска) эти стали используют для деталей, работающих при небольших скоростях и средних удельных давлениях – валов, шестерен, шлицевых валиков, плунжеров, арматуры, насосов, вентилей, шатунов.

Сталь 60 применяют для изготовления круглых и плоских пружин различного размера, шайб, дисков сцепления, а также валков прокатных станов.

Углеродистую инструментальную сталь маркируют буквой «У» и цифрой, означающей среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь марки У7 содержит в среднем 0,7 %, сталь У10  -1,0 %, сталь У13 – 1,3 % углерода. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная (например, У11А), буква «Г» – сталь с повышенным содержанием марганца (например, У8ГА), буква «Ш» – сталь является особовысококачественной, т.к. выплавлена электрошлаковым переплавом (например, У9А – Ш),   при   этом   содержание серы не должно превышать 0,015 %.

Из углеродистых инструментальных сталей изготовляют различного вида инструмент: У7 – слесарные зубила, молотки, клеймы, а  также кузнечный инструмент; У8 - ножовочные полотна по металлу, ножницы, матрицы и пуансоны небольших прессов,  а также столярный инструмент; У9, У10 – сверла, фрезы малого диаметра, метчики, развертки; У11 – малые штампы (работающие при небольших давлениях); У12, У13 – слесарные напильники, ножовочные полотна, токарные и строгальные резцы, плашки, шаберы, а также граверный инструмент. Режущий инструмент из инструментальной стали сохраняет свои режущие свойства (красностойкость) только до температур 180-200С, в других случаях для изготовления инструмента используют быстрорежущие стали или твердые сплавы.

4.3 Легированные стали и сплавы

Маркировка легированных сталей. Для улучшения механических, физических, химических и технологических свойств сталь легируют, т.е. вводят в ее состав легирующие элементы – хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, а также марганец и кремний.

Легирующие элементы придают стали специальные свойства, превращая ее например, в жаропрочную, коррозионно-стойкую, быстрорежущую, электротехническую, немагнитную, окалиностойкую и другую специальную сталь. Некоторые легированные стали, особенно коррозионно-стойкие, незаменимы в химической промышленности, так как служат конструкционным материалом для изготовления аппаратуры и ее деталей, работающих в условиях одновременного воздействия высоких температур, давлений и агрессивных химических сред.

К недостаткам легированных сталей следует отнести высокую стоимость, сложность термической обработки, дефицитность некоторых легирующих элементов.

4.3.1 Маркировка легированных сталей

Она позволяет в краткой форме указать примерный состав стали. В ее основу положена буквенно-цифровая система. Каждый легирующий элемент обозначают прописной буквой: хром (Х), никель (Н), молибден (М), ванадий (Ф), марганец (Г), фосфор (П), медь (Д), вольфрам (В), ниобий (Б), титан (Т), цирконий (Ц), кремний (С), кобальт (К), алюминий (Ю), бор (Р).

Двузначное число в начале марки обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента, а однозначное – в десятых долях процента. Цифры, стоящие справа от прописной буквы, показывают примерное (среднее) содержание легирующих элементов в целых процентах. Если в стали содержится до 1,5% легирующего элемента, то цифру справа от буквы, обозначающей этот элемент, не ставят.  В конце марки высококачественной конструкционной легированной стали ставят букву «А»; все инструментальные легированные стали и специальные стали являются высококачественными, поэтому букву «А» в обозначениях этих сталей не ставят. Например, сталь марки 12Х2Н4А – это легированная конструкционная высококачественная сталь с содержанием в среднем 0.12% углерода, 2% хрома, 4% никеля, остальное   –   железо (основа)   и   примеси:   нормальные (Мn и Si) и вредные (S и Р).

Некоторые группы легированных сталей принято обозначать буквой, которую ставят первой в марке данной стали. Например, буквой Ш обозначаются шарикоподшипниковые стали (ШХ15 и др.); Р – быстрорежущие стали (Р6М5 и др.); Е – магнитные стали (ЕХЗ и др.); Э – электротехнические стали (Э11 и др.); А – автоматные стали (А30 и др.).

4.3.2 Легирующие элементы и их влияние на свойства

                                  сталей и сплавов

Хром – наиболее распространенный легирующий элемент, придает стали прочность, твердость, жаростойкость, но несколько снижает вязкость. При введении более 12% хрома сталь приобретает высокие антикоррозионные свойства за счет образования на поверхности тонкой оксидной пленки и повышения электротехнического потенциала, такие стали называют нержавеющими. 

Никель – широкораспространенный легирующий элемент, увеличивает коррозионную стойкость, прочность, твердость, не снижая при этом вязкость стали; из-за дефицитности никель заменяют в выплавляемых сталях, где это возможно, другими элементами, оказывающими такое же влияние.

Молибден придает стали жаропрочность, повышает вязкость, коррозионную стойкость.

Титан, ниобий упрочняют сталь и, главное, снижают склонность к коррозии стали по границам зерен, однако при этом ухудшается свариваемость стали.

Ванадий, вольфрам повышают красностойкость инструментальной стали,  а также жаропрочность и жаростойкость (окалиностойкость). Инструмент из таких сталей можно применять при высоких скоростях резания, когда выделяется большое количество теплоты вследствие трения инструмента о заготовку детали.

Кремний повышает жаростойкость, а также твердость и упругость стали, поэтому кремнистые стали используются как пружинно-рессорные.

Марганец увеличивает износостойкость, но несколько ухудшает свариваемость.

Медь повышает вязкость и теплопроводность.

Кобальт придает стали ярко выраженные магнитные свойства.

Алюминий повышает окалиностойкость.

4.3.3 Классификация легированных сталей 

Легированные стали классифицируют по содержанию легирующих элементов, качеству и назначению.

В зависимости от содержания легирующих элементов различают низколегированные стали с общим содержанием легирующих элементов не более 2,5%; среднелегированные стали – от 2,5 до 10%; высоколегированные стали – свыше 10% и сплавы – более 45%.

По качеству легированную конструкционную сталь подразделяют в зависимости от содержания вредных примесей – серы и фосфора – на качественную (S и Р не более 0,035% каждого), высококачественную (S и Р не более 0,025% каждого) и особовысококачественную, получаемую методом электрошлакового переплава (не более 0,015 %S и 0,025%Р). Особовысококачественную сталь применяют для изготовления ответственных, несущих большие нагрузки, деталей машин и механизмов.

По назначению легированные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные легированные стали  используют  для изготовления деталей машин и механизмов, приборов, ответственных металлоконструкций. К этой группе относят среднелегированные и, в основном, низколегированные стали. Низколегированная сталь является переходной между углеродистыми и легированными сталями, она по своей основе соответствует низкоуглеродистой стали (0,1 – 0,2 %С), легированной кремнием, марганцем, хромом, никелем, медью, ванадием, ниобием и некоторыми другими элементами в небольших количествах.

Марганцовистые стали выпускают следующих марок: 10Г2, 14Г2, 35Г2, 50Г2 и др. Марганцовистые стали хорошо поддаются обработке резанием и штамповке в холодном состоянии. Однако после закалки эти стали склонны к короблению и появлению трещин. При добавлении хрома и титана склонность марганцовистых сталей к таким дефектам значительно снижается. Из марганцовистых сталей изготавливают крепежные детали, оси, небольшие коленчатые валы, штоки, шестерни, пружины, амортизаторы.

Хромистые и хромоникелевые стали делят на цементуемые и улучшаемые. Из цементуемых сталей (например, 15Х, 20Х, 15ХРА, 12Х2Н4А, 18ХГТ) изготовляют детали (зубчатые колеса, шлицевые валики, поршневые пальцы, толкатели и др.) относительно небольших размеров, работающие на износ при высоких нагрузках и имеющие высокие твердость поверхностного слоя и прочность сердцевины. Улучшаемые стали (например, 35Х, 38ХА, 35ХРА, 37ХН3А, 38ХН3МФ) обладают высокой прочностью, пластичностью, высоким пределом выносливости, хорошей прокаливаемостью (до 20 мм). Из них изготовляют детали больших сечений (кривошипы, валы, шестерни и др).

Общие требования для всех инструментальных сталей – высокая твердость и прочность при удовлетворительной вязкости, хорошая износостойкость. Кроме того, инструментальные стали должны хорошо закаливаться, а сталь для режущего инструмента должна иметь высокую теплостойкость (красностойкость). Инструментальные стали, как уже отмечалось , применяют для изготовления режущего, ударно-штампованного и измерительного инструмента.

Для режущего инструмента применяют низколегированные инструментальные стали с суммарным содержанием легирующих элементов от 1 до 6% и углерода от 0,9 до 1,2%. Основные легирующие элементы для сталей этой группы – хром, вольфрам или ванадий, которые являясь сильными карбидообразующими элементами, несколько увеличивают твердость закаленной стали и значительно повышают ее износостойкость. Из сталей Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ изготовляют сверла, фрезы, метчики, плашки, развертки, протяжки. На инструменте ставят клеймо с обозначением марки стали.

Для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания и применяемого для обработки труднообрабатываемых материалов, применяют быстрорежущие стали, которые относятся к высоколегированным сталям. Быстрорежущие стали обозначают буквой «Р» и следующей за ней цифрой, которая указывает на  среднее содержание вольфрама. Кобальт, молибден, ванадий содержащиеся в сталях, обозначают соответственно буквами К, М, Ф и цифрой  показывающей их среднее количество в целых. Содержание хрома (около 4% во всех сталях) в марках стали не указывают. Стали Р9Ф5, Р9К10, Р18К5Ф2, Р18, Р6М5 сохраняют красностойкость до 650С и твердость не ниже HRC 60. Высокие режущие свойства быстрорежущей стали достигаются термической обработкой, состоящей из нагрева до 1270-1290С и последующего трехкратного отпуска при 560С. Длительность каждого отпуска 1 ч.

В новых марках быстрорежущих сталей широко используется легирование различными химическими элементами, включая такие редкие металлы как рений, церий, иттрий, лантан. Стойкость инструментов из ряда новых быстрорежущих сталей выросла по сравнению со сталью Р18 в 2-6 раз, а рабочая температура возросла до 730- 750С. Тем не менее быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама сохраняют за собой области более эффективного использования в некоторых режущих инструментах, например, протяжках, метчиках.

Среди новых быстрорежущих сталей можно выделить три важнейших направления их создания:

  1.  Безвольфрамовые стали типа 12М5Ф3СЮ, дополнительно легированные алюминием (0,3…0,6%) и с увеличенной долей добавок типа углерода, марганца, кремния.
  2.  Дисперсионно-твердеющие стали типа Р18М7К25 с предельно низким содержанием углерода.
  3.  Порошковые композиции сталей типа Р6М5К5МП.

Конкретные марки быстрорежущей стали, рекомендованные для применения в определенных условиях (обрабатываемый материал, вид обработки, качество обработки), выбираются по справочникам и другой нормативно-технической документации.

4.3.4 Легированные стали и сплавы  с особыми свойствами

К этой группе относятся стали и сплавы на основе железа, в которых суммарное содержание легирующих элементов составляет более 10 %. Они имеют очень важное значение в энергетической, авиационной, ракетной технике,  при производстве электротехнических изделий, в химической и других отраслях промышленности. К сталям с особыми свойствами относятся: магнитные, немагнитные, стали с высоким электрическим сопротивлением, коррозионно-стойкие стали и сплавы, жаростойкие и жаропрочные стали, с особыми упругими свойствами и др.

Магнитные стали широко применяются в электротехнике. Они делятся на магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитотвердые  служат, главным образом для изготовления постоянных магнитов; их марки ЕХ2, ЕХ5К5, ЕХ9К15М. Буква Е означает, что сталь электротехническая (магнитная). В этих сталях содержатся хром, кобальт, молибден. Магнитомягкие стали применяют для изготовления сердечников трансформаторов, роторов, статоров электрических машин, электроизмерительных приборов; обозначаются буквой Э (Э1, Э11, Э21, Э41 и т.д.). Они характеризуются высоким процентом содержания кремния. Кроме магнитных сталей применяются магнитные сплавы на алюминиевоникелькобальтовой и железоникельалюминиевой основе.

Немагнитные стали и сплавы, например 55Н9Г9 и Н25, заменяют дорогие цветные металлы; применяются в приборах; где магнитные материалы могут повлиять на точность показаний.

Стали и сплавы с высоким электрическим (омическим) сопротивлением используются в нагревательных приборах, при изготовлении реостатов. Марки стали Х13Ю4, ОХ23Ю5А, ОХ23Ю7А (содержание углерода 0,05-0,15). Сплавы состоят из никеля и хрома (например, Х20Н80, Х15Н80Т5).

Сталь и сплавы с особыми тепловыми свойствами отличаются особо низким коэффициентом теплового расширения. К ним относят сталь 18ХМТФ и сплавы инвар Н36 (содержание никеля 36%, остальное железо), элинвар Н36Х8, ковар Н29К18, платинит Н48 (последний заменяет платину). Указанные сплавы применяются для часовых пружин, камертонов, физических приборов).

Стали и сплавы с особыми химическими свойствами – высоколегированные коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали обладают стойкостью против коррозии в атмосфере, почве, в кислотах и щелочах. Жаростойкие  стали и сплавы противостоят химическому разрушению в газовых средах при температуре выше 550С при работе изделий в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Жаропрочные стали и сплавы работают в нагруженном состоянии и обладают жаростойкостью.

Коррозионностойкие – высокохромистые стали, легированные никелем, титаном, ниобием и другими элементами. Коррозионностойкие стали в менее агрессивных средах (в атмосфере, слабых кислотах, воде) применяются для лопаток водяных и паровых турбин, хирургического инструмента, клапанов, гидравлических прессов, шарикоподшипников, предметов домашнего обихода. Для этих сталей стандартом установлены марки 15Х5, 15Х5М, 15Х5ВФ, 10Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 15Х28. К нержавеющим в агрессивных средах относятся хромоникелевые стали. Области их применения: химическое машиностроение, изготовление кислотоупорных конструкций, аппаратуры, работающей с фосфорной, уксусной, муравьиной, азотной кислотами, и конструкционных деталей в авиации. Марки этой стали: 12ХН9Т, 03Х18НЮ, 03Х17Н14М2, 10Х18Н11Б, 17Х18Н9Т, 03Х16Н15М3Б.

Жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы применяются для деталей и механизмов в условиях действия высоких температур, газов и нагрузок. Важнейшие легирующие элементы в этих сталях: хром, никель, алюминий, кремний, титан. Из этой стали изготавливают лопатки газовых турбин, детали реактивных двигателей, камеры сгорания, детали газопроводных систем, реактивной техники и т.д. Марки этих сталей, например: 1Х14Н18В2Б, 03Х18Н12Т, 12Х25Н16Г7АР, 08Х1428НВ3Т3ЮР. Марки сплавов: ХН70ВМТЮ, ХН75МБЮ.

4.4 Чугуны

Чугун состоит из железа (до 92 %), углерода (от 2,14 % до 5 %) и примесей: кремния (до 4,3 %), марганца (до 2 %), серы (до 0,07 %), фосфора (до 1,2 %).

Углерод в чугуне бывает в двух видах: в свободном состоянии – в виде графита; в химическом соединении с железом Fe3C  - в виде цементита. Если углерод в чугуне находится полностью или частично в виде графита, то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым. Если углерод в чугуне находится в виде цементита, то чугун имеет в изломе белый цвет и называется белым.

Кремний способствует получению серого чугуна, а марганец – белого. Сера и фосфор – вредные примеси: сера придает чугуну хрупкость, фосфор придает хрупкость, но улучшает литейные свойства чугуна (жидкотекучесть). Серый и белый чугуны резко отличаются по свойствам. Белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатываются режущим инструментом, в основном идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами. Часть белого чугуна используется для получения ковкого чугуна. Серые чугуны обладают хорошими литейными свойствами, мягкие, хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, они называются литейными чугунами. Чугуны с содержанием фосфора 0,3-1,2 % жидкотекучи и применяются для художественного литья. Серый чугун поступает в производство в виде отливок и характеризуется прочностью и твердостью.

Согласно ГОСТ 4832-80 установлены следующие марки отливок из серого чугуна: СЧ00, СЧ120, СЧ150, СЧ180, СЧ210, СЧ240, СЧ280, СЧ320, СЧ360, СЧ400, СЧ440 и др. Буквы СЧ обозначают серый чугун, а цифры, стоящие за буквами, показывают предел прочности чугуна при растяжении (МПа). Чугун марки СЧ00 не испытывают, т.к. его применяют для изготовления неответственных деталей. Группу чугунов марок СЧ120 – СЧ210 относят к чугунам невысокой прочности и используют для производства труб, колец; твердость чугунов 143-231 НВ. Чугуны марок СЧ240 – СЧ440 являются чугунами повышенной прочности, их твердость 170-260 НВ. Они предназначены для изготовления станин, штампов, маховиков. Наибольшей твердости и прочности чугуны марок СЧ550-СЧ650, используют их для производства более ответственных изделий: шестерен, рам и др.

Ковкие чугуны (КЧ) значительно пластичнее серых. Согласно ГОСТ 1215-79 установлены следующие марки ковких чугунов: КЧ330-8; КЧ370-12, КЧ620-2 и др.

Первое число показывает предел прочности при растяжении (МПа), второе – относительное удлинение (%). Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна в нейтральной или окислительной среде при температурах 950-1000С. В зависимости от этой среды различают графитизирующий и окислительный отжиг.

Графитизирующий отжиг проводят в речном песке, длительность отжига около суток, цементит при этом разлагается с образованием графита и феррита. Такой чугун имеет ферритную металлическую  основу и хлопьевидные включения углерода. Ковкий чугун значительно дешевле стали, обладает хорошими механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

Высокопрочные чугуны (ВЧ) отличаются высокими прочностью и пластичностью. Применяются для ответственных деталей, заменяют сталь. По ГОСТ 7293-85 их марки: ВЧ450-5, ВЧ600-2, ВЧ1200-4 и др. Числа, следующие за буквами ВЧ, обозначают предел прочности при растяжении (МПа) и относительное удлинение при разрыве (%). Высокопрочный чугун применяют для производства коленчатых валов, зубчатых колес и подобных деталей ответственного назначения.

Легированные чугуны (ГОСТ 7769-82) содержат наряду с обычными примесями легирующие элементы (хром, никель, титан и др.), которые резко улучшают механические свойства, увеличивают сопротивление коррозии и заменяют стальное литье. Например, чугуны марок ЧЮ6С5 применяют для изготовления изделий, жаростойких  в воздушной среде; ЧХ9Н5 – дробометов, грохотов, ковшей пескометов; ЧХ18Д3  - немагнитных деталей, ЧХ28 – коррозионностойких деталей и др.

Специальные чугуны или ферросплавы обладают повышенным содержанием кремния или марганца. К ним относятся ферросилиций, ферромарганец и др. Эти чугуны применяют для раскисления стали, т.е. для удаления из стали вредной примеси – кислорода воздуха. Синтетический чугун получают плавлением металлического лома в электрических печах путем науглероживания. Из него изготовляют отливки повышенного качества.

ГЛАВА 5. Сплавы на основе цветных металлов

К цветным металлам относят все металлы, кроме железа, хрома, марганца и сплавов на основе железа. Важнейшие из цветных металлов: медь, алюминий, магний, цинк, никель, свинец, олово и титан. В машиностроении цветные металлы применяются, главным образом, в виде сплавов, т.к. чистые металлы обладают малой прочностью.

5.1 Медные сплавы

Для изготовления деталей машин медь как конструкционный материал не используется из-за ее невысокой прочности. Механические свойства меди возрастают при введении в нее цинка, олова, алюминия, кремния, бериллия. Эти сплавы широко применяют в машиностроении, особенно латуни и бронзы.

Все сплавы меди по технологическому назначению разделяют на литейные и деформируемые. При маркировке медных сплавов приняты следующие обозначения: А – алюминий, Б – бериллий, Бр – бронза, Ж – железо, К – кремний, Л – латунь, Мц – марганец, Н – никель, О- олово, С – свинец, Т – титан, Ф – фосфор, Ц – цинк.

Латунь – сплав меди с цинком и неизбежно присутствующими примесями (Pb, Fe, Sb, Bi, P) характеризуется очень высокой пластичностью, хоошей коррозионной стойкостью и достаточной прочностью. Латунь разделяют на простую (двойную) медно-цинковую и специальную, содержащую кроме меди и цинка также алюминий, никель, марганец, свинец, железо и другие элементы.

Простые латуни маркируют буквой Л, а после буквы ставят цифру, указывающую на процентное содержание меди, например Л63 – медно-цинковая латунь содержит 63% меди, остальное цинк (около 37 %) и незначительное количество примесей. Выпускают простые латуни марок Л60 (с минимальным содержанием меди), Л63, Л68, Л96 (с максимальным содержанием меди) и др. Латуни, содержащие 90 % меди и более называют томпаками, от 79 % до 86 % - полутомпаками. Механическая прочность латуней выше, чем меди; они хорошо обрабатываются резанием и давлением в горячем состоянии, имеют хорошие литейные свойства (большую жидкотекучесть, малую усадку), коррозионно-стойки.

В специальные латуни для придания им тех или иных свойств дополнительно вводят различные элементы: свинец – для улучшения обрабатываемости резанием и повышения антифрикционных свойств; марганец и олово – для повышения прочности и коррозионной стойкости, особенно в морской воде; алюминий – для увеличения жидкотекучести, повышения коррозионной стойкости и прочности; никель – для повышения механических свойств и т.д.

В маркировке специальных латуней буквы, следующие за буквой «Л», обозначают дополнительные легирующие элементы, а цифры, поставленные после них, указывают на процентное содержание меди (первые две) и других элементов. Например, ЛАН59-3-2 – латунь алюминиевоникелевая, содержащая 59 % Cu, 3 % Al, 2 % Ni,  остальное (36 %) – цинк и примеси.

Бронза – сплав меди с оловом и другими элементами. Для повышения механических свойств бронзы могут быть легированы фосфором, свинцом, никелем, цинком. Эти сплавы более прочны и коррозионностойки, чем медь, имеют хорошие литейные свойства (усадка у оловянных бронз составляет лишь 0,8 %, тогда как у латуней и чугуна – около 1,5 %, а у сталей - более 2 %). Наиболее сложные по конфигурации отливки, в том числе изготовленные  художественным литьем, обычно получают из бронзы. Малый коэффициент и устойчивость к износу делает их незаменимыми при изготовлении вкладышей подшипников скольжения, червяков и червячных колес редукторов, шестерен, деталей точных приборов. Бронзы более тверды и менее пластичны, чем латуни. Бронзы, содержащие не более 5-6 % олова, можно подвергать обработке давлением (прокатке, ковке). При более высоком содержании олова бронзы могут служить только литейным материалом.

В оловянных бронзах основным легирующим элементом является олово, которое существенно влияет на механические свойства бронзы. Так пластичность начинает ухудшаться при 5 % Sn, прочность – при 18-20 % Sn. Особенно ценные свойства оловянных бронз – малая усадка при литье, т.е. отливки можно получать по размерам, близким к заданным. Эти бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, в паре, в атмосферных условиях. Кроме того, оловянные бронзы являются одним из лучших антифрикционных материалов, так как имеют достаточно высокие упругие свойства. Из оловянных бронз изготовляют водяную и паровую арматуру (например, вентили, краны, задвижки), пружины и детали, работающие на трение.

Маркируют бронзы буквами Бр, затем следуют буквы, показывающие, какие легирующие элементы содержит бронза: О – олово, Ф – фосфор, Ц – цинк, А – алюминий, Ж – железо и т.д. После букв следуют цифры, показывающие среднее процентное содержание этих элементов. Содержание меди в бронзах можно определить вычитанием из 100 % суммарного количества   легирующих   элементов (в %). Например, Бр ОЦС 6-6-2 содержит 6 % Sn, 6 % Zn, 2 % Pb, остальное  - медь (около 85 %) и незначительное количество примесей (не более 1 %).

Олово дороже и дефицитнее меди, поэтому широко применяют безоловянные бронзы, т.е. сплавы меди с алюминием, бериллием, кремнием, свинцом и другими элементами без содержания в них олова. В отличие от оловянных они называются алюминиевыми, бериллиевыми, кремниевыми, свинцовыми. Эти бронзы превосходят оловянные по химической стойкости (алюминиевая бронза), механическим свойствам (кремниевая и алюминиевая бронзы), по литейным свойствам (кремнецинковая бронза). Бериллиевая бронза отличается от остальных высокой твердостью, упругостью и коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.

Алюминиевые бронзы – сплавы меди с 5-10 % алюминия, в которые дополнительно вводят железо, никель и марганец. При содержании 10 % алюминия достигает максимума прочность алюминиевой бронзы, а при содержании 5%Al – пластичность. Эти бронзы имеют высокую твердость, коррозионную стойкость и жаропрочность, хорошо деформируются как в горячем, так и в холодном состояниях, так как они образуют однофазный твердый раствор алюминия в меди. Используются для изготовления химической аппаратуры, а БрА5 – для изготовления монет.

Кремниевая бронза БрКН1-3 содержит в среднем 1%Si, 3%Ni, остальное – медь и незначительное количество примесей; БрКЦ4-4 - 4%Si, 4%Zn, остальное – медь.  Эти бронзы являются заменителями оловянных бронз. Уступая оловянной бронзе по величине усадки, кремниевая бронза превосходит ее по механическим свойствам, коррозионной стойкости и плотности отливки.

Бериллиевая бронза (БрБ2) содержит в среднем 2%Ве, 0,2-0,5%Ni, более 97% меди и незначительное количество примесей. После закалки при 800С в воде и искусственного старения при 300-350С  имеет очень высокие механические свойства (=1300 МН/м2, =350 МН/м2, НВ350-400), а также большой  предел упругости, величина которого практически не меняется до 350-400С. Кроме того,  бериллиевая бронза медленно окисляется на воздухе. Эти свойства делают ее незаменимым материалом при изготовлении деталей для точного приборостроения, пружинящих элементов (контактов) электронных приборов и устройств, мембран, пружин.

5.2 Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы – сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния, цинка, кремния и других элементов. В зависимости от технологических методов обработки и условий применения сплавы алюминия делят на следующие группы.

Деформируемые сплавы для глубокой штамповки в холодном состоянии характеризуются   невысокой   прочностью,   но хорошей пластичностью ( до 40 %). К ним   относят сплавы алюминия с марганцем и магнием, содержащие до 6 % Mg. Из этих сплавов широко применяют сплавы АМц, содержащие 1,0-1,6 % Mn, и сплавы АМг2, АМг5, содержащие соответственно 1,8-2,8 % Mg, 0,2-0,6 % Mn и 4,8-5,8 % Mg, 0,3-0,8 % Mn, а также сплав “авиаль”. Они хорошо свариваются, устойчивы против коррозии и используются для изготовляемых холодной штамповкой малонагруженных деталей и для сварных конструкций. Упрочнение этих сплавов, кроме “авиаля”, возможно только холодной деформацией (нагартовкой).

Из деформируемых алюминиевых сплавов  наиболее широко распространены сплавы на основе системы Аl-Cu-Mg, упрочняемые термической обработкой (дюралюминий). В них дополнительно вводят марганец для повышения коррозионной стойкости. Основным элементом, повышающим прочность сплава, является медь, содержание  которой не должно превышать 5,0 %, так как при больших количествах растет хрупкость дюралюминия. Неизбежной примесью является кремний. Дюралюмин – сплав серебристо-белого цвета, плотностью 2,8 г/см3. Температура плавления 650С. Наиболее известны Д16, содержащий 3,8-4,6 % Сu, 1,2-1,8 % Mg, 0,3-0,9 % Mn, основа алюминий, и Д18, содержащий 2,2-3 % Cu, 0,2-0,5 % Mg, основа алюминий. Цифры в марках означают номер сплава. Дюралюмины хорошо деформируются в холодном и горячем состояниях. Для их упрочнения применяют закалку и старение. С помощью закалки получают однородный твердый раствор алюминия, пересыщенный медью, который способен упрочняться  в процессе старения. Закалка состоит из нагрева до 500-510 С, выдержки и последующего быстрого охлаждения, преимущественно в холодной воде. Свежезакаленный  дюралюмин, в отличие от стали, после закалки имеет высокую пластичность (=20 %) среднюю прочность ((=300 МН/м2) и твердость НВ85. Пластичность при 20С сохраняется в течение некоторого времени (например, 1час 30 мин для сплава Д16) с момента закалки, что позволяет производить холодную обработку давлением.

Прочность и твердость дюралюмина повышаются в результате проведения последующего старения при обычных (комнатных) температурах и выдержке 5-7 суток (естественное старение) либо при нагреве дюралюмина до 100-200С и  последующей выдержке при этих температурах в течение 15-24 часов (искусственное старение). При температуре ниже 20С старение замедляется, а при  - 50С вообще прекращается.

Отжиг дюралюмина производят для снятия напряжений, полученных в результате наклепа, а также для разупрочнения дюралюмина после закалки и старения. Отжиг состоит из нагрева до 350-370С, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения в воде или на воздухе. Нагрев при отжиге ведут в электропечах. После отжига дюралюмин имеет максимальную пластичность и хорошо поддается холодной обработке давлением, так как старение сплава не происходит.

Дюралюмин в виде листов, труб, профилей, заклепок широко  применяют в самолето- и вертолетостроении, бытовых приборах и др. Промышленность выпускает дюралюмин в виде прутков, проволоки. Сплавы для ковки и штамповки в горячем состоянии АК4, АК6, АК8, АК4-1 используют для изготовления деталей, работающих при обычных температурах, а также при температурах от 100 до 450С. В маркировке буквы АК означают алюминий ковочный, а цифры – условный номер сплава.  В состав сплавов входят, кроме алюминия, Cu, Mg, Mn, Si и Fe. Термическая обработка сплавов АК включает закалку при 500-525С и искусственное старение при 150-160С в течение 12-15 часов.

Литейные   алюминиевые   сплавы –   сплавы   алюминия   с   кремнием (4-13% Si) и небольшими количествами других элементов: Mg, Mn, Cu, Тi. У них достаточно высокие механические свойства, повышенная коррозионная стойкость и малая плотность. Чтобы повысить механические свойства, некоторые марки сплавов подвергают модифицированию, для чего перед разливкой сплавов в литейные формы вводят небольшие количества фтористых и хлористых солей натрия. Модифицирование приводит к образованию мелкозернистой структуры и повышению механических свойств. Предел прочности увеличивается на 30-40%, а относительное удлинение возрастает в 2-3 раза.

Алюминиевые сплавы для литья (АЛ2, АЛ4, АЛ6, АЛ9, АЛ11, АЛ19, АЛ22, АЛ32 и др.) маркируют буквами и цифрами, где  А – означает алюминий, Л – литейный сплав, цифры – номер сплава. Силумины (АЛ2, АЛ4, АЛ9) подвергают термической обработке, которая включает закалку при 535С с охлаждением в воде и старение при 175С в течение 15 часов.

Литейные алюминиевые сплавы, применяемые для  фасонного литья, обладают малой усадкой и хорошей жидкотекучестью. Высокие литейные свойства обеспечивает кремний. Из сплавов отливают картеры редукторов и компрессоров, корпуса бензонасосов и карбюраторов, корпуса и крышки масляных насосов, головки цилиндров. Силумин АЛ2 применяют также в качестве припоя для пайки алюминиевых изделий.

ГЛАВА 6. Антифрикционные и фрикционные

                                            материалы

6.1 Антифрикционные сплавы

Их применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения. Основные требования, предъявляемые к антифрикционным сплавам, определяются условиями работы вкладышей подшипников. Материал вкладышей должен обладать следующими свойствами:

  1.  иметь достаточную пластичность для лучшей прирабатываемости к поверхности вращающегося вала и твердость, не вызывающую сильного истирания вала, но достаточную для вкладыша как для опоры вала;
  2.  рабочая поверхность    должна быть микрокапиллярной, т.е. способной

    удерживать смазочный материал;

  1.  иметь малый коэффициент трения с материалом вращающегося вала;
  2.  иметь невысокую температуру плавления.

Чтобы антифрикционные сплавы удовлетворяли этим требованиям, они должны состоять из пластичной основы с равномерно рассеянными в ней более твердыми частицами, воспринимающими давление вала и работу трения. Во время работы более мягкая пластичная основа на поверхности соприкосновения с валом изнашивается, вследствие чего на этой поверхности снижается число твердых частиц, которые оказываются выступающими на поверхности. Результатом этого является уменьшение трущейся поверхности, а следовательно, и самого трения, потому что образуется сеть каналов (микрокапилляров), в которых хорошо удерживается циркулирующий смазочный материал, одновременно охлаждающий трущиеся поверхности и уносящий продукты истирания подшипникового сплава.

В качестве антифрикционных материалов применяют  баббиты, бронзы, чугуны, алюминиевые, цинковые антифрикционные сплавы, порошковые материалы, пластмассы.

Баббиты – это белые антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой основах, используются также кальциевые баббиты на свинцовой основе. В оловянных и свинцовых баббитах содержатся примеси меди, сурьмы и т.д.; в кальциевых – магния, натрия и др. Марки оловянных баббитов: Б88, Б83С, Б16, БН, БС6 и др.; марки кальциевых баббитов: БКА, БК2, БКШ и др.

Наиболее высококачественными считаются оловянные баббиты марок Б88 и Б83С (число за буквой Б показывает процентное содержание олова). Эти баббиты выдерживают очень большие частоты вращения вала, их используют для производства подшипников турбин крупных судовых двигателей, турбонасосов, турбокомпрессоров, электродвигателей. Такие  баббиты имеют хорошую сопротивляемость ударным нагрузкам, минимальный коэффициент трения (со смазочным материалом). Свинцовые баббиты марок Б16, БН, БС6 применяют для менее нагруженных машин. Кальциевые баббиты значительно дешевле оловянных и свинцовых. Отсутствие в некоторых кальциевых баббитах олова сокращает потребность в нем. Для более тяжелой работы (в условиях высоких удельных давлений) баббиты использованы быть не могут, они быстро изнашиваются. В этих случаях применяют бронзы.

Антифрикционные бронзы содержат олово и свинец. Широкое применение получили бронзы марок Бр ОС5-25, Бр ОЦС4-4-4, Бр ОФ6,5-0,15, а также бронза марки Бр С30. Последняя отличается высоким сопротивлением износу, выдерживает большие давления и скорости, у этой бронзы основная масса представляет собой твердую составляющую с расположенными в ней мягкими включениями; поэтому подшипники из такой бронзы труднее прирабатываются к валу, но выдерживают большие нагрузки. Механические свойства безоловянных бронз: .

Антифрикционные чугуны применяют для изготовления вкладышей подшипников при вращении тяжелых валов с малой частотой вращения. Используют серые антифрикционные чугуны марок АСЧ-1, АСЧ –2, ковкие чугуны марок АКЧ-1, АКЧ-2, а также высокопрочные чугуны марок АВЧ-1, АВЧ-2. Они  имеют перлитную основу и повышенное содержание графита.

Цинковые антифрикционные сплавы марок ЦАМ 10-5 и ЦАМ 9,5-1,5 кроме алюминия и меди содержат 0,03-0,06 % магния. В литом виде их применяют для производства монометаллических вкладышей, втулок, ползунов и т.д. Деформируемый сплав ЦАМ5,5-1,5 используют для получения биметаллических полос со сталью и алюминиевыми сплавами. Ввиду высоких антифрикционных свойств и достаточной прочности ( при 120С)  эти сплавы могут заменить бронзы в узлах трения, температура которых при работе не превышает 120С.

 Алюминиевые антифрикционные сплавы содержат олово, никель, медь, кремний. Подшипники из этих сплавов работают при высокой нагрузке и окружной скорости 15-20 м/с. Марки этих сплавов АО3-1, АО3-2, АО20-1, АН-2-5, АСМ. Последний заменяет бронзу марки БрС30 в подшипниках коленчатых валов тракторов. Эти подшипники также работают при высоких нагрузках и окружных скоростях.

Кроме указанных антифрикционных сплавов применяют пористые подшипниковые сплавы на бронзографитовой и железографитовой основах. В их порах хорошо удерживается смазочный материал, стоимость их ниже, чем других антифрикционных материалов.

           6.2 Фрикционные  материалы

    Тормозные устройства из фрикционных материалов предназначены для превращения кинетической энергии движущихся масс в теплоту при сохранении их работоспособности для последующих многократных циклов торможения. При работе в сцеплениях они должны надежно обеспечить передачу движения от того или иного двигателя к исполнительному механизму.

    К специфическим условиям работы фрикционных материалов относятся: 1) широкий диапазон скоростей скольжения (до 50 м/с   , а иногда и выше) и нагрузок (до десятков тонн); 2) высокий уровень нагрева трущихся поверхностей вследствие трения без смазки; 3) трение в нестационарных условиях при многократных нагревах и охлаждениях; 4) различная продолжительность контактирования трущихся поверхностей.

      При таких режимах работы фрикционная трибосистема должна обладать способностью тормозить в заданных условиях; коэффициент трения должен быть в пределах 0,2-0,5. Наибольший коэффициент определяется ограничением по самозаклиниванию. В автомобильных тормозах и на железнодорожном транспорте расчетный коэффициент трения принят равным 0,35 и 0,2, а в авиационных тормозах 0,25-0,5. Коэффициент трения изменяется в зависимости от многих параметров (скорости, нагрузки, температуры) и определяется также видом материалов трущихся поверхностей.

    Разработаны и применяются фрикционные материалы для весьма легких (температура на поверхности трения до 100С), легких (до 250С), средних (до 600С), тяжелых и сверхтяжелых (до 1000С и выше) условий работы. При эксплуатации фрикционных материалов в масле температура обычно не превышает 100-150 С).

    Для легких условий эксплуатации в качестве фрикционных материалов находят применение стали, чугуны и бронзы. Однако для них характерны нестабильные значения коэффициента трения (сильно зависящие от скорости скольжения и температуры) и склонность к схватыванию, особенно при повышенных температурах.

     Для фрикционных устройств, работающих в условиях эксплуатации средней тяжести, применяют асбофрикционные материалы и спеченные материалы на основе бронз. Для тяжелых и сверхтяжелых условий эксплуатации применяют спеченные материалы на железной основе, а в последние годы - углеродные материалы (углеродные или графитовые волокна в углеродной матрице). При выборе материала принимается также во внимание способность прирабатываться и сопротивление изнашиванию.

     Фрикционные материалы разделяются на две группы:

1) металлические; 2) неметаллические.

В тормозах автотранспорта, тракторов, железнодорожного транспорта нашли широкое применение асбофрикционные материалы. Главным компонентом этих материалов является хризотиласбест, применяемый в качестве теплостойкого материала. Асбест обладает способностью очищать поверхность трения от загрязнений, что способствует высоким значениям коэффициента трения (до 0,8). В качестве армирующих компонентов, наряду с асбестом, используются шлаковая или минеральная вата, а также стеклянные, базальтовые, углеродные и другие волокна. Наполнителями являются  железный сурик, баритовый концентрат, оксиды хрома и других металлов, глинозем, каолин, вермикулит, мел и др. Широко используют углеродные наполнители: измельченный кокс, графит, технический углерод. Для снижения температуры на поверхности трения повышением теплопроводности добавляют металлические наполнители в виде порошков или стружки меди, латуни, цинка, алюминия, железа и др.

Связующими в асбополимерных фрикционных материалах являются каучуки и смолы, а также их комбинации. Наибольшее распространение находят бутадиеновые (СКБ, СКБСР, СКД), бутадиеннитрильные (СКН-26м), стирольные, метилстирольные и другие синтетические каучуки, а также натуральный каучук. Широкое применение нашли фенолформальдегидные и анилинфенолформальдегидные смолы.

Фрикционные асбополимерные детали крепятся к металлическому каркасу или основе (колодке, ведомому диску сцепления и.т.п.) различными способами: механически(заклепками, болтами, винтами), приклеиванием, приформованием (в процессе изготовления).

 Из отечественных материалов наибольшей фрикционной теплостойкостью обладают материалы Ретинакс А (ФК-16Л, код 06) и Ретинакс Б (ФК-24А, код 07)

Для накладок барабанного тормоза автомобиля «Жигули», формованных из асбокаучукового материала, используется материал Т-167 (код 13); накладок дискового тормоза «Жигулей» - материал Т-266 (код 14); накладок сцепления «Жигулей» - Т-332 (код 15).

  ГЛАВА 7.  Порошковые материалы

Современное машиностроение широко использует детали из порошковых материалов. Методы порошковой металлургии позволяют создавать принципиально новые материалы, которые сложно или даже невозможно получить другими способами. Эти методы позволяют получить материалы и детали, обладающие высокими жаро-, тепло – и износостойкостью, твердостью, стабильными заданными магнитными свойствами. Удается также получать многослойные композиции, различные комбинации металлических и неметаллических компонентов, пористые материалы с широким диапазоном контролируемой пористости и т.д. Порошковая металлургия дает возможность свести к минимуму отходы металла в стружку, упростить технологию изготовления деталей и снизить трудоемкость их изготовления.

7.1 Основы технологии получения изделий из порошков

Процесс производства деталей и изделий  из порошковых материалов заключается в приготовлении металлического порошка, составлении шихты, прессовании и спекании заготовок.

Все способы приготовления порошков условно можно разделить на две группы: механические и физико-химические способы (по другой классификации: физико-химические и  химико-металлургические способы).

Механические способы, которые позволяют получить порошки без изменения химического состава материала, в свою очередь делятся на две группы: 1) измельчение в твердом состоянии в шаровых, вихревых и вибрационных мельницах; 2) получение порошков из жидкого металла путем распыления его струей сжатого воздуха, газа или жидкости или грануляцией при литье расплавленного металла в жидкость. Физико-химические способы заключаются в восстановлении металлов из их оксидов или карбидов. Механические способы получения порошков пригодны лишь для твердых и хрупких материалов, которые являются основной частью всех металлокерамических твердых сплавов: это порошки карбидов тугоплавких металлов – вольфрама, титана и тантала. Твердость их приближается к твердости алмаза.

Для получения однородной шихты при ее составлении очень важно хорошо смешать компоненты. Используют сухое смешивание в мельницах или смесителях, и мокрое смешивание, - в спирте, бензине или дистиллированной воде. При мокром смешивании можно получить более однородную смесь.

Формообразование заготовок и изделий из порошков осуществляется, главным образом, прессованием на гидравлических или механических прессах при давлении от 150 до 800 МПа в зависимости от состава порошка и назначения изделия. Есть и другие методы формообразования изделий, например, прокатка металлических порошков в ленту. При спекании непрочные прессованные заготовки превращаются в прочное спеченное тело со свойствами, приближающимися к свойствам беспористого компактного материала.

Температура спекания деталей из конструкционных материалов на основе железа с добавками графита, никеля и других компонентов составляет 1100-1200С. Температура спекания изделий антифрикционного назначения на основе железа составляет 1000-1058С, на основе бронзы 850-950С .

Спекание проводят в течение 0,5-1,5ч  в нагревательных печах, как правило, в защитной атмосфере или в вакууме для предотвращения окисления частиц порошка.

Для придания изделиям окончательной формы и свойств, а также точных размеров готовые изделия после спекания подвергают термической, химико-термической и размерной обработке физико-химическими методами.

Порошковые материалы находят применение во многих отраслях народного хозяйства. Методами порошковой металлургии изготавливают конструкционные детали машин и механизмов, фильтры для очистки жидкостей и газов, твердые сплавы и быстрорежущие стали, антифрикционные, фрикционные, уплотнительные материалы и другие изделия.

Наиболее распространенным видом продукции порошковой металлургии являются конструкционные детали. Учитывая почти полное отсутствие отходов, они имеют минимальную стоимость и трудоемкость.

Различают конструкционные порошковые материалы общего назначения, заменяющие обычные углеродистые и легированные стали, чугуны и цветные металлы и материалы, обладающие специальными свойствами.

7.2 Маркировка порошковых материалов

Для обозначения порошковых конструкционных материалов принята буквенно-цифровая маркировка.

В марках конструкционных материалов на основе порошков железа, легированных медью, хромом, никелем и т.д. приняты следующие обозначения: Ж - железо, Гр – графит, Д – медь, Н – никель, О – олово, М – молибден. Цифры после букв обозначают массовую долю элементов, проценты, а цифра в конце марки после тире – плотность материала, г/см3. Например, ЖГр 0,5-7,3; ЖГр 0,4Д4Н3-7,3.

В марках порошковых конструкционных материалов из углеродистых и легированных сталей первая буква определяет класс материалов: «С»-сталь, вторая буква «П» указывает, что материал получен методами порошковой металлургии. Первая цифра после букв «СП» показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры после них – их среднее содержание в целых процентах. В конце марки через тире указывается группа плотности материала (1,2,3 или 4). Первая группа – это малонагруженные детали с пористостью 16-25 %. Вторая группа – средненагруженные детали из порошков углеродистых или низкоуглеродистых сталей, а также из железного порошка с добавкой углерода, меди, никеля с пористостью 10-15 %. Третья группа – тяжелонагруженные статическими усилиями детали из порошков углеродистых, легированных сталей и цветных металлов с пористостью не более 9 %. Четвертая группа – тяжелонагруженные динамическими нагрузками детали с пористостью не более 2 %. Примеры маркировки:

1-ая  группа: Ж – 6,3; СП 30 – 1 (крышки, шайбы, кольца, втулки, кулачки);

2-ая  группа: ЖГр 0,5Д3 – 7,0; СП40Г2 (пальцы, кулачки, рычаги, поршневые кольца);

3-ая группа: ЖГр0,2Н3Х2М – 7,6; СП50ХНМ-3 (шестерни,храповики, фланцы);  

4-ая группа: ЖГр1Д2,5М3-7,6; СП60ХН2М-4 (шатунные корпуса подшипников, детали насосов и др.)

Марки конструкционных порошковых материалов на основе цветных металлов также обозначают сочетанием буквенных и цифровых индексов. Первый буквенный индекс обозначает класс материалов: Ал – алюминий, Бе – бериллий, Бр – бронза, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Ж – железо, Л – латунь, М – молибден, Мг – магний, Н – никель, О – олово, П – фосфор, С – кремний, Св – свинец, Ср – серебро, Т  - титан, Ф  - ванадий, Х – хром, Ц – цинк, Цр – цирконий. Второй буквенный индекс «П» указывает, что материал получен методами порошковой металлургии. Следующие после него буквы обозначают легирующие элементы, а цифры после них – массовую долю элемента в процентах. Цифра в конце марки после тире, как и для черных металлов, обозначает группу пористости материала. ( Например, АЛП-2, АЛПД2-4, АЛПЖ12-4, ЛП58Г2-2, БрПО10Ц3-3).

Для изготовления подшипников скольжения наряду с литыми сплавами типа бронз, баббитов и чугунов используют порошковые антифрикционные материалы, которые обладают рядом преимуществ. Их износостойкость в несколько раз выше, чем у бронз и баббитов. Они работают при более высоких скоростях и давлениях, наличие пор в структуре позволяет их предварительно пропитывать смазочными маслами. Эффект самосмазываемости в таких подшипниках без подвода смазки извне сохраняется в течение 3000-5000ч. Подшипники изготовляют из сплавов ЖГр1, ЖГр3, ЖГр7, т.е. сплавов железа и графита и бронзографита, содержащего 8-10 % олова и 2-4 % графита (БрОГр10-2, БрОГр8-4 и др.)

Для работы в условиях трения без смазочного материала (тормозных накладок автомобилей) применяют материалы на железной основе. Наибольшее применение получил материал ФМК-11 (15 % Сu, 9 % графита, 3 % асбеста, 3 % SiO  и 6 % барита). Фрикционные материалы изготовляют в виде тонких сегментов или полос и крепят на стальной основе для упрочнения.

Широко применяют порошковые материалы для фильтрующих изделий. Фильтры в виде втулок, труб, пластин из порошков Ni, Fe, Ti, AI, коррозионно-стойкой стали, бронзы и других материалов с пористостью 45-50 % (размер пор от 2 до 20 мкм) используют для очистки жидкостей и газов от твердых примесей.

В электротехнике и радиотехнике используют порошковые магниты, свойства которых часто выше, чем у литых магнитов.

Контакты из порошковых материалов на основе W, Mo, Cu, Ag и Co  широко применяют в машинах для контактной сварки и приборах связи.

Все более широкое применение получают компактные материалы (1-3 % пористости) для изготовления всевозможных шестерен, кулачков, кранов, корпусов подшипников, деталей автоматических передач и других деталей машин.

Порошковые материалы, основу которых составляют очень твердые карбиды тугоплавких металлов, а связку металлы группы железа, называют твердыми сплавами. Эти сплавы обладают высокой твердостью (HRA 86-92) и красностойкостью (до 800-1000С). У нас в стране выпускаются вольфрамовые (группа ВК), титановольфрамовые (группа ТК) и танталотитановольфрамовые (группа ТТК) твердые сплавы.

Во всех марках цифра, стоящая после буквы К, указывает на процентное содержание кобальта, после буквы Т в сплавах ТК – содержание карбида титана TiC. В сплавах ТТК первая цифра указывает на суммарное содержание карбидов титана и тантала. Содержание карбида вольфрама WC во всех сплавах находится вычитанием из 100 % суммарного содержания других составляющих.

Кроме металлокерамических твердых сплавов в машиностроении применяют относительно новый дешевый инструментальный материал, основой которого являются тугоплавкие оксиды:. Минералокерамические материалы носят название керметов, не содержат дорогостоящих и дефицитных металлов, обладают лучшими качествами керамики и не имеют ее недостатков – высокой хрупкости и низкой термостойкости. Из наиболее употребляемых материалов следует назвать микролит (ЦМ 332) и термокорунд, из которых изготовляют пластинки для резцов.

РАЗДЕЛ 2. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

К неметаллическим материалам относят пластмассы, древесину, клеи, резиновые, лакокрасочные, прокладочные, уплотнительные и изоляционные материалы. В машиностроении неметаллические материалы широко применяют для изготовления из них различных изделий и как заменители металлов и их сплавов. Обеспечивая необходимую механическую прочность и небольшую плотность изготовляемых из них изделий, неметаллические материалы, кроме того, придают им химическую стойкость, устойчивость к воздействию растворителей, водо-, газо- и паронепроницаемость, высокие изоляционные свойства и другие ценные качества.

ГЛАВА 8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАСТИЧЕСКИХ МАССАХ

8.1 Структура и строение пластических масс 

Пластические массы (пластмассы) – неметаллические композиционные материалы на основе полимеров (смол), способные под влиянием нагревания и давления формироваться в изделия и устойчиво сохранять в результате охлаждения или отверждения приданную им форму.

Для пластмасс характерны малая плотность, высокая устойчивость против коррозии, в большинстве случаев низкий коэффициент трения, высокие электроизоляционные, теплоизоляционные и демпфирующие свойства, декоративность. Их недостатки – низкие теплостойкость и теплопроводность, гигроскопичность, склонность к  старению и снижению прочностных свойств под воздействием температуры; времени и различных сред. Основу пластмасс составляют полимеры, от типа и количества которых зависят физические, механические и технологические свойства пластмасс.

Полимеры – это высокомолекулярные соединения (рисунок 1), имеющие линейную (а), разветвленную (б) или пространственную (в) структуру.

а) линейные,           б)  разветвленная,              в) пространственная

Рисунок 7-  Структура полимеров

Молекула полимера – это длинная цепь, состоящая из отдельных звеньев (рисунок 8), однотипных по химическому составу и строению (гомополимер) и разнотипных   (сополимер).   Полимер,   у   которого   макромолекулы   состоят из разнородных относительно крупных звеньев (осколков макромолекул), называют блок-сополимером. Если к макромолекулам прививаются «боковые» отростки макромолекул другого вещества, то получаются привитые сополимеры. Создавая привитые сополимеры, можно получать материалы с новыми, заранее заданными свойствами.

Полимеры могут находиться в аморфном и кристаллическом состояниях. При переходе полимера из аморфного  в кристаллическое состояние существенно меняются его физико-механические свойства, повышается прочность и теплостойкость.

___ А ___ А ___ А ___ А ___ А               ___ А ___ В ___ В ___ А ___ А  ___ В

                  Обычный полимер                                            Сополимер

___ А ___ А ___ А ___ В ___ В ___ А ___ А ___ А ___ В ___ В___

Блоксополимер

___ А___ А___ А___ А___ А

                                                              В                  В

Привитый сополимер

А  и В  - звенья различных макромолекул

Рисунок 8 – Схемы строения полимеров

Под действием теплоты аморфные  полимеры переходят из твердого (стеклообразного) состояния в высокоэластичное и вязкотекучее состояние (рисунок 9).

Рисунок 9 – Термомеханическая кривая аморфного полимера

Из термомеханической кривой аморфного полимера видно, что в температурной зоне 1 вещество находится в стеклообразном состоянии, деформация        мала   и   увеличивается   пропорционально   температуре. Выше температуры  стеклования  полимер  становится  высокоэластичным  (зона II), а выше температуры текучести  - вязкотекучим (зона III). Теплостойкость полименого материала характеризуется температурой  стеклования . Знание температур стеклования и текучести позволяет обоснованно назначать температурные интервалы формования изделий из полимеров.

Для кристаллических полимеров термомеханические кривые имеют иной вид, чем для аморфных полимеров. Некоторые полимеры с увеличением температуры разлагаются, не переходя в вязкотекучее состояние.

Линейные и разветвленные полимеры служат основой термоплатичных пластмасс (термопластов). Макромолекулы линейных полимеров представляют собой цепи, имеющие длину, в сотни и тысячи раз превышающую размеры поперечного сечения. При разветвленной структуре полимера макромолекулы имеют боковые ответвления, длина и число которых могут быть различными.

Полимеры, способные образовывать пространственные структуры, служат основой термореактивных пластмасс (реактопластов). Пространственные структуры получаются из отдельных линейных цепей полимеров в результате возникновения поперечных связей. При этом полимер становится полностью неплавким и нерастворимым. При редких связях возможно некоторое набухание под воздействием растворителя и незначительное размягчение при нагреве.

Полимеры с течением времени могут значительно изменять свои свойства и стареть. При этом снижается механическая прочность, уменьшается эластичность, повышается хрупкость. Старение полимеров происходит в результате физико-химических процессов, в основном деструкции – разрыва химических связей в основной цепи макромолекул. Деструкцию полимеров вызывает нагрев, воздействие окислительных реагентов, облучение и т.д.

Механическая деструкция происходит при истирании и разрыве полимерных материалов. Термическая деструкция зависит от структуры полимера и приводит к его распаду на исходные мономеры. Химическая деструкция возникает под влиянием кислорода воздуха и может ускоряться под действием света.

Для замедления процесса старения в пластмассы добавляют различные стабилизаторы – органические вещества, которые уменьшают действие того или иного фактора. Например, амины предохраняют полимеры от окисления; сажа, поглощая свет, служит светостабилизатором и т.д.

8.2 Классификация пластмасс

В зависимости от вида связей между молекулами полимеров и их поведения при повышенных температурах пластмассы (таблица 1) разделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты получают на основе полимеров, молекулы которых связаны слабыми межмолекулярными силами. Наличие таких межмолекулярных связей позволяет   полимеру  много  раз   размягчаться  при  нагревании   и  твердеть  при охлаждении, не теряя свои первоначальные свойства. К термопластам относят полиэтилен, капрон, полиамиды, поливинилхлорид, винипласты, фторопласты, органическое стекло и др.

Реактопласты получают на основе полимеров, молекулы которых наряду с межмолекулярными силами могут связываться химически. Возникновение прочных химических связей в полимерах происходит при нагревании или при введении отверждающих добавок – отвердителей.

Отвердителями называют вещества, которые в количестве нескольких процентов вводят в реактопласты для соединения полимерных молекул химическими связями. В результате введения отвердителя образуется пространственная молекулярная сетка, а молекулы отвердителя становятся частями этой сетки. При возникновении химических связей полимер превращается в жесткое неплавящееся и нератстворимое вещество. Примером реактопластов могут служить эпоксидные и полиэфирные смолы, фенопласты и другие полимеры.

Таблица 1 – Пластмассы

Материал

Плотность, г/см3

Предел прочно.,

, МПа

Относи-тельное удлине-ние

, %

Твер-дость,

НВ

Ударная вязкость

аН, МДж/м2

Термопласты

Полиэтилены:

ВД

НД

Фторопласт –4

Поливинилхлорид

Полиамиды

Органическое стекло

0,93

0,95

2,3

1,5

1,1 – 1,4

1,2 – 1,8

8 – 14

22 – 32

16 – 31

50 – 70

50 – 100

4

100 – 300

400 – 700

250 – 450

25 – 400

100 – 300

4

1,4 – 2,5

4,5 – 5,8

3 – 4

-

10 – 15

17

2,0 – 16,0

20,0

10,0

10.0

10,0–17,0

2,0

Реактопласты

Фенолформаль-дегидные

Эпоксидные

Полиэфирные

Гетинакс

Текстолит

1,2 – 1,6

1,2 – 1,7

1,3 – 1,4

1,3 – 1,4

1,4

15 – 35

28 – 70

42 – 70

80 – 100

65 - 100

1 – 5

3 – 6

2

-

1 - 3

25 – 30

-

15 – 20

25 – 30

20 - 35

До 0,1

0,1

0,1

1,3 – 1,5

2,5 – 3,0

Пластмассы разделяют на пластики и эластики. Первые называют жесткими, они имеют незначительное относительное удлинение, вторые – мягкими; они имеют большое относительное удлинение и малую упругость.

По составу пластмассы разделяют на две группы – ненаполненные и наполненные (композиционные).

Ненаполненные пластмассы – это полимеры в чистом виде, например полиэтилен, полиамид, органическое стекло и др.

Наполненные пластмассы – это сложные композиции, содержащие кроме полимера различные добавки. Добавки позволяют изменять свойства полимера в нужном направлении. К добавкам относят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, катализаторы, красители, отвердители и специальные добавки.

Наполнители упрочняют материал, удешевляют его и придают ему специальные свойства, например повышают теплостойкость, уменьшают усадку и т.д. В качестве наполнителей используют органические (древесная мука, целлюлоза, хлопковые очесы, хлопчатобумажная  ткань, древесный шпон, бумага и т.д.) и неорганические (графит, тальк, асбест, кварц, слюда, стекловолокно, стеклоткань и др.) вещества. В пластмассе может содержаться до 70% наполнителей.

Пластификаторы облегчают переработку пластмасс и делают их более эластичными. Кроме того, пластификаторы увеличивают гибкость, уменьшают хрупкость и улучшают формуемость пластмасс. Пластификаторы уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. В качестве пластификаторов используют эфиры, дибутилфталат, касторовое  масло и др. Их добавляют в пластмассы в количестве 10-20%.

Стабилизаторы – различные органические вещества, способствуют предотвращению старения пластмасс и сохранению их полезных характеристик. Отвердители ускоряют процессы отвердения смол и получения пластмасс. Катализаторы  - вещества (известь, магнезия и др.), ускоряющие отвердение пластмасс. Красители – вещества (сурик, мумия, нигрозин и др.), придающие пластмассам требуемый цвет. Специальные добавки – вещества, которые служат для изменения или усиления какого-либо свойства. К ним относят смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота и др.), которые увеличивают текучесть, уменьшают трение между частицами композиций и устраняют прилипание к пресс-формам, вещества для уменьшения статических электрических зарядов, уменьшения горючести, защиты от плесени и т.д.

8.3 Термопластичные полимеры и пластмассы

Полиэтилен. Он  обладает рядом ценных свойств: влаго- и газонепроницаем, не набухает в воде, эластичен в широком интервале температур, устойчив к действию кислот и щелочей, обладает очень хорошими диэлектрическими свойствами.

Полиэтилен выпускают высокого давления (ВД) и низкого давления (НД), различающиеся методом изготовления и физико-химическими свойствами. Полиэтилен ВД имеет температуру плавления115С, а полиэтилен НД – 120-135С. Полиэтилен низкого давления обладает большей механической прочностью и жесткостью, чем полиэтилен высокого давления, и используется для изготовления труб, шлангов, листов, пленки, деталей высокочастотных установок и радиоаппаратуры,   различных   емкостей.   Литьем   изготовляют  вентили, краны, золотники, зубчатые колеса, работающие с малой нагрузкой. Полиэтилен высокого давления применяют как упаковочный материал в виде пленки или в виде небьющейся химической посуды.

Однако ввиду недостаточной прочности для изготовления деталей машин его применяют ограниченно. Основной недостаток полиэтилена – его невысокая теплостойкость, изделия из него рекомендуется использовать при температуре не выше 80С. Полиэтилен хорошо обрабатывается и перерабатывается всеми известными способами: литьем под давлением, вакуум-формованием, экструзией, механической обработкой, сваркой.

Поливинилхлорид. Пластифицированный поливинилхлорид называют пластиком, непластифицированный твердый листовой материал – винипластом. Пластмассы на основе поливинилхлорида обладают хорошими диэлектрическими и механическими свойствами. Однако они имеют невысокую термостойкость: до 60С. Поливинилхлорид не стоек к действию ароматических и хлорированных углеводорода и концентрированной азотной кислоты.

Рабочая температура винипласта для нагруженных деталей от 0 до+40С. Винипласт при пониженных температурах становится хрупким; при резких изменениях температуры коробится, а при нагреве до 40-60С разупрочняется и теряет жесткость. Он не горит, но при температуре 120-140С начинает размягчаться, что используется для сварки отдельных листов между собой. В пламени обугливается; температура разложения 160-200С. Склонен к старению под влиянием атмосферных воздействий и химических реагентов, при этом приобретает повышенную прочность при разрыве.

Винипласт выпускают главным образом в виде листов, труб, стержней, уголка. Изделия из винипласта изготовляют выдавливанием, штамповкой, гибкой, механической обработкой, сваркой, склейкой. Склеивание осуществляют перхлорвиниловым клеем. Гибку, штамповку, вытяжку можно проводить при нагреве (130С).

Из винипласта изготавливают емкости в химическом машиностроении, аккумуляторные баки и сепараторы для аккумуляторов, вентили, клапаны, фитинги для трубопроводов, крышки, пробки, плитки для футеровки электролизных и травильных ванн, детали насосов и вентиляторов и другие изделия.

Изделия из винипласта не должны подвергаться толчкам и ударам при низких температурах, их прочность зависит от величины и продолжительности действия деформирующих усилий. Во все композиции на основе поливинилхлорида вводят стабилизирующие вещества для защиты от теплоты и света.

Пластикаты применяют для изоляции и оболочек проводов и кабеля, для производства медицинских изделий, в строительной промышленности. Пасты из поливинилхлорида с пластификатором используют для защиты металлов от коррозии.

Полиамиды. Они  отличаются сравнительно высокой прочностью и низким коэффициентом трения.

Наибольшее распространение из полиамидов получил капрон как относительно дешевый и наименее дефицитный материал. Его износостойкость в несколько раз выше, чем стали, чугуна и некоторых цветных металлов. Наилучшими антифрикционными свойствами обладает капрон с добавлением 3-5% графита. Ввиду низкой теплопроводности капрона (в 250-300 раз меньше, чем у металлов) при конструировании подшипников необходимо принимать меры для обеспечения хорошего теплоотвода. Капрон отличается удовлетворительной химической стойкостью, а  также стойкостью к щелочам и большинству растворителей (бензину, спирту и др.).

Для изготовления деталей из капрона и других полиамидов наиболее  широко используют метод литья под давлением. Капрон хорошо обрабатывается резанием, склеивается и сваривается. Из него выполняют детали антифрикционного назначения, подшипники, зубчатые колеса, кронштейны, рукоятки, крышки, корпуса, трубопроводную арматуру, прокладки, шайбы и т.п.

Полистирол. Это бесцветный прозрачный материал, обладающий абсолютной водостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, светостойкостью и твердостью. Полистирол стоек к плесени, к щелочным и кислым средам и растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах. Его диэлектрические свойства мало изменяются при изменении температуры от –80 до +110С. К недостаткам полистирола относят его малую теплостойкость, хрупкость и подверженность к старению и растрескиванию. Для предотвращения растрескивания в полистирольные материалы вводят пластификаторы или минеральные наполнители. Перерабатывается полистирол методом литья под давлением, экструзией и выдуванием. Изделия из полистирола можно подвергать любым видам механической обработки.

Из полистирола изготовляют антенны, панели, катушки, лабораторную посуду. Из блочного полистирола экструзией – выдавливанием можно получать трубки, стержни и другие профильные изделия, пленки, ленты и нити различной толщины. Полистирольные трубки применяют для изоляции высокочастотных проводов, изготовления деталей радиолокационной аппаратуры, изоляторов. Этот полимер широко используют для изготовления бытовых изделий; в технике широко применяются сополимеры стирола. Сополимеризация улучшает свойства чистого полимера (механическую прочность, теплостойкость). Сополимеры стирола применяют с метилметакрилатом (марки МСН, МС-2 и МС-3). При сополимеризации   стирола   с  нитрильным каучуком  получают материал ПКНД, обладающий большой гибкостью. Из него изготовляют ударостойкие корпуса для машин методом литья под давлением или глубокой вытяжки. Более прочный материал СНП (сополимер стирола с акрилонитролом, модифицированный  нитрильным каучуком) выпускают в виде листов и крошки, перерабатывают в изделия методом литья под давлением и штамповкой изделий из листов.

Фторопласты. Эти полимеры состоят преимущественно из углерода и фтора. Наибольшее применение в промышленности получили непрозрачные для света фторопласт-4 и фторопласт-3. Фторопласт-4 химически абсолютно стоек. На него оказывают действие только расплавы солей щелочных металлов и фтор при высоких температурах. Коэффициент трения фторопласта-4 в семь раз ниже коэффициента трения хорошо полированной стали, что способствует использованию его  в машиностроении для трущихся деталей без применения смазки, однако при незначительных нагрузках, так как фторопласт-4 обладает хладотекучестью, увеличивающейся с повышением температуры. Фторопласт-4 работает в интервале температур от –250 до +260С. Фторопласт-4 не перерабатывается обычными методами для переработки термопластов, так как не переходит в вязко-текучее состояние. Изделия из фторопласта-4 получают спеканием при температуре 350-370С порошка, спрессованного по форме детали.

Фторопласт-3 при нагреве до температуры 210С размягчается и плавится, что даёт возможность перерабатывать его методом литья под давлением. Фторопласт-3 может работать в интервале температур от –80 до +70С; он химически стоек, но набухает в органических растворителях; более твёрд и механически прочен, чем фторопласт-4, не обладает холодной текучестью.

Фторопласты широко применяются для изготовления уплотнительных деталей  прокладок, набивок, работающих в агрессивных средах, деталей клапанов кислородных приборов, мембран, химически стойких деталей (труб, гибких шлангов, кранов и т.д.), самосмазывающихся вкладышей подшипников, реакторов, насосов, тары пищевых продуктов, используются в восстановительной хирургии. Фторопласты также нашли применение для защиты металла от воздействия агрессивных сред. Покрытие производится из суспензий или эмульсий с последующим спеканием.

Полиметилметакрилат. Это термопластический материал (органическое стекло), обладающий прозрачностью, твердостью, стойкостью к атмосферным воздействиям, водостойкостью, стойкостью ко многим минеральным и органическим растворителям, высокими электроизоляционными и антикоррозионными свойствами. Он выпускается в виде прозрачных листов и блоков.

Органические стекла выгодно отличаются от минеральных стекол низкой плотностью, упругостью, отсутствием хрупкости вплоть до –50-60С, более высокой светопрозрачностью, легкой формуемостью в детали сложной формы, простотой механической обработки, а также свариваемостью и склеиваемостью. Однако по сравнению с минеральными стеклами органические стекла обладают более низкой поверхностной твердостью. Поэтому поверхность органического стекла легко повреждается и его оптические свойства нарушаются. Теплостойкость органического стекла ниже, чем у минерального; кроме того, органическое стекло легко загорается.

Крупные изделия сферической формы изготовляют из разогретых листов методом формования при помощи вакуума. Мелкие изделия получают штамповкой заготовок из нагретого листа, вытяжкой и выдуванием горячим воздухом. Органическое стекло растворяется в дихлорэтане. Раствор органического стекла в дихлорэтане используют в качестве клея для соединения органического стекла. Листы из органического стекла сваривают методом контактной сварки при 140-150С и давлении 0,5-1 МПа. Органическое стекло применяется для изготовления санитарно-технического оборудования, светильников, фонарей, деталей приборов управления.

Поликарбонаты. Это новые термопластические материалы, обладающие ценными свойствами: высокой поверхностной твердостью, ударной прочностью и теплостойкостью. Они водостойки и стойки к окислительным средам при повышенных температурах. Поликарбонаты совершенно прозрачны  и могут быть использованы вместо силикатного стекла. Поликарбонаты применяют для изготовления зубчатых колес, втулок, клапанов, кулачков и других подобных деталей. Поликарбонаты перерабатывают в изделия всеми способами, применяемыми для изготовления изделий из термопластов.

Пенопласт. Это полимер, отличающийся химической стойкостью и атмосферостойкостью. По водостойкости пенопласт аналогичен фторопластам, полиэтилену и полистиролу. Из пенопласта изготовляют  химически стойкие трубы, клапаны, вентили, сепараторные кольца, подшипники, детали часовых механизмов.

Полиимиды. Это новый вид термопластичных пластмасс, обладающих высокой нагревостойкостью (220-250С), хорошими электрическими характеристиками и большими значениями механических характеристик. Полиимидные пластмассы могут использоваться при температурах до -155С.

Полиимиды химически стойки. Они не растворяются в большинстве органических растворителей, на них не действуют разбавленные кислоты, минеральные масла и вода. Разрушение полиимидов вызывают концентрированные кислоты, щелочи и перегретый водяной пар.

Из полиимидов получают электроизоляционные пленки светло-желтой или коричневой окраски. Полиимидные пленки выпускаются толщиной от 5 до 100 мкм и более.

На основе полиимидов изготовляют различные пластмассовые изделия электроизоляционного и конструкционного назначения. Для этого используют как чистые полиимиды, так и наполненные стекловолокном и другими нагревостойкими наполнителями. Изделия из полиимидов изготовляют литьем и прессованием при температурах 350-400С.

8.4 Термореактивные полимеры и пластмассы

Фенопласты. Их изготовляют на основе фенолформальдегидных смол, они широко распространены благодаря простому и дешевому способу получения сырья и его переработки, а также возможности изготовления из этих материалов сложных изделий. Фенопласты отличаются высокой прочностью, теплостойкостью, стойкостью к кислотам, щелочам и органическим растворителям, а также наличием диэлектрических свойств. Из фенолформальдегидных смол с добавкой наполнителей изготовляют пресс- порошки, волокнистые и слоистые пластики.

Текстолит. Это слоистая пластмасса, где в качестве наполнителя используется хлопчатобумажная ткань, в качестве связующего – фенолоформальдегидная смола.

Текстолит обладает относительно высокой механической прочностью, малой плотностью, высокими антифрикционными свойствами, высокой стойкостью к вибрационным нагрузкам, износоустойчивостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Теплостойкость текстолита 120-125С. Текстолит нашел широкое применение как заменитель цветных металлов для вкладышей подшипников прокатных станов в металлургической промышленности , как конструкционный и поделочный материал в авиа- и машиностроении; для изготовления шестерен в автомобилях и других технических изделиях, к которым предъявляются высокие механические требования. Текстолитовые шестерни в отличие от металлических работают бесшумно.

Электротехнический текстолит применяют для изготовления электроизоляционных изделий повышенной прочности – изолирующие ролики, пазовые и изолирующие клинья в генераторах, разные изолирующие детали для работы на воздухе и в трансформаторном масле.

Гетинакс. Это слоистая пластмасса на основе фенолформальдегидной смолы и листов бумаги. Гетинакс выпускают под марками А, Б, В, Г. Гетинакс марок А и В имеет повышенные электрические свойства, марок Б и Г – повышенную механическую прочность. Гетинакс выпускают в виде листов толщиной 0,5-50мм, стержней диаметром до 25 мм и трубок различных диаметров. Гетинакс применяют главным образом как электроизоляционный материал. Выпускают также декоративный гетинакс для отделочных работ. Из гетинакса готовят фасонные изделия технического и бытового назначения.

Асботекстолит – слоистый пластик на основе асбестовой ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой, устойчив к резким колебаниям температуры и влажности, бензостоек, отличается высокими фрикционными, электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами. Из асботекстолита выполняют тормозные колодки и диски сцепления.

8.5 Газонаполненные и фольгированные пластмассы

Газонаполненные пластмассы. К ним относят легкие пластмассы – пенопласты и поропласты, которые состоят из мельчайших ячеек или пор, отделенных друг от друга тонкой пленкой полимера. Материалы, состоящие из замкнутых, несообщающихся ячеек, называют пенопластами, а материалы, в которых преобладают сообщающиеся между собой поры,  - поропластами. В тех случаях, когда от материала требуются высокие тепло- и электроизоляционные свойства и водонепроницаемость, следует применять пенопласты. Для звукоизоляции используют поропласты. Пено- и поропласты получают насыщением расплавленной смолы газами под давлением, при этом происходит вспенивание полимера. В пенопластах 90-95% объема занимают газы.

Наибольшее применение получили пенополиуретаны, обладающие высокими диэлектрическими, тепло-, звуко- и виброизоляционными свойствами, высокой удельной прочностью, большой влагостойкостью, стойкостью к кислотам и щелочам, малым коэффициентом теплопроводности, низкой плотностью (до 20 кг/м3).

Фольгированные пластмассы. Фольгированные пластмассы имеют специальное назначение: их применяют при изготовлении плат с печатным монтажом, кодовых переключателей, печатных якорей электродвигателей и других деталей.

Фольгированные пластмассы представляют собой слоистый пластик (гетинакс, стеклотекстолит), облицованный с одной или двух сторон медной фольгой толщиной 35 или 50 мкм. Медную фольгу получают электрическим осаждением, что обеспечивает ей однородный состав. Для улучшения сцепления с пластиком одну сторону фольги обрабатывают в щелочном растворе (оксидируют). Склеивание фольги с пластиком производят клеем БФ-4 в процессе прессования.

Таблица 2 – Свойства фольгированных пластиков

Наименование

Марка

Толщина, мм

Предел прочности при растяжении , МПа

Прочность сцепления с фольгой  Н/см

Плот-ность, г/см3

Рабочие темпе-ратуры, С

Гетинакс фольгированный

Стеклотекстолит фольгированный

Низкочастотный фольгированный диэлектрик

Фольгированный диэлектрик для многослойных плат

Фольгированный стеклопластик

Фольгированный асбопластик

ГФ –1-П

СФ-2

НФД-180-2

ФДМ-2

СФЭД

АФЭД

1,5 – 3,0

0,8 – 3,0

0,8 – 3,0

0,25

0,7 – 2,0

1,7 – 2,0

11,5

280

320

180

260

280

13,5

13,5

18,0

12,5

26

9,5

1,5 – 1,85

1,9 – 2,9

1,8 – 2,0

3,5 – 4,0

1,9 – 2,9

1,8 – 2,9

         Фольгированные пластики представленные в таблице 2 должны удовлетворять требованиям, связанным с технологией производства печатных схем, и условиям их эксплуатации.   Фольгированный   пластик   должен     выдерживать    воздействие повышенных температур в процессе производства печатных плат  (взаимодействие припоя при пайке схем) и обеспечивать достаточную прочность сцепления фольги при длительной эксплуатации изделий.

ГЛАВА 9.  РЕЗИНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КЛЕИ

9.1 Резиновые материалы

Резина – продукт химического превращения (вулканизации) синтетического и натурального каучуков. Взаимодействуя с вулканизирующими веществами, каучуки претерпевают внутренние химические изменения, в результате которых образуется резина.

Резина обладает высокой эластичностью, что позволяет изделиям из нее выдерживать значительные деформации. Эластичность сочетается с высоким сопротивлением разрыву, истиранием, способностью поглощать колебания, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью и ценными диэлектрическими свойствами.

Резина – это смесь различных компонентов. Свойства резиновых изделий определяются их различным соотношением. К составляющим резиновых смесей относят каучук, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы ускорителя, наполнители, противостарители, мягчители и красители.

Основой резиновых смесей служит натуральный или искусственный каучук. Каучук подвергается вулканизации – горячей или холодной для придания материалу требуемой прочности; упругости и т.д. В качестве вулканизирующего вещества в каучук вводят 2-3% серы. Так как вулканизация – длительный процесс, то для его ускорения вводят 0,5-1,5% ускорителей вулканизации (окись магния, окись цинка и др.). В качестве активаторов ускорителя применяют цинковые белила и магнезию.

Для придания необходимых физико-механических свойств резиновым изделиям в композицию вводят наполнители. Наполнители делят на порошкообразные и ткани. К порошкообразным наполнителям относят сажу, каолин, углекислый марганец, мел, тальк, сернокислый барий и др. Тканевыми силовыми наполнителями служат корд и рукавные ткани.

При окислении каучука резины стареют, теряя эластичность, становятся хрупкими, т.е. при старении необратимо изменяются физико-механические свойства. Поэтому в состав резиновых смесей вводят противостарители: вазелин, воск, парафин, ароматические амины и др. Для облегчения совмещения каучука с порошкообразным наполнителем и придания  необходимой мягкости добавляют мягчители: стеариновую и олеиновую кислоты, канифоль, парафин, сосновую смолу. Красители – охру, ультрамарин и пр. вводят в количестве до 10% массы каучука.

При изготовлении резины и изделий из нее вначале получают сырую резину, представляющую собой смесь каучука с наполнителями и вулканизирующими веществами. Затем сырую резину вулканизируют, нагревая до 145-150°С. Горячую вулканизацию производят в специальных котлах в атмосфере насыщенного водяного пара при небольших давлениях либо в горячей воде  или горячем воздухе. Если процесс формования резиновых изделий выполняют в металлических формах, то пресс-формы нагревают для совмещения формообразования с вулканизацией. При вулканизации каучук вступает в химическое взаимодействие с вулканизирующими веществами и образуется эластичная резина.

В зависимости от вида каучука и количества и вида наполнителей получают изделия с самыми различными свойствами. Существуют резины кислотостойкие, маслостойкие, теплостойкие и др. Свойства вулканизированных резин определяются характеристикой каучуков.

Резины из СКБ (синтетического бутадиенового каучука) имеют удовлетворительную механическую прочность и морозостойкость, ограниченную теплостойкость, сравнительно малую эластичность, легкую окисляемость, ограниченную химическую стойкость и газонепроницаемость. Резина применяется для изготовления почти всех видов резиновых деталей, особенно для изготовления автомобильных шин.

Нейритовые резины обладают высокой прочностью, теплостойкостью до 110-120°С, малой набухаемостью в бензинах и маслах, достаточной атмосферостойкостью и химической устойчивостью. Они применяются преимущественно для изготовления маслоупорных и бензоупорных, а также термостойких изделий: спецодежды, обкладки для химической аппаратуры и валов, транспортерных лент, оболочки аэростатов, противогазных шлемов, оболочки электрических кабелей, различных клеев и заменителей кожи.

Полисульфидные резины имеют невысокую прочность, морозостойкость и теплостойкость, повышенную бензо- и маслостойкость, высокую газонепроницаемость и применяются для изготовления шлангов, труб, рукавов, прокладок для бензина, масла и бензола.

Изопреновые резины обладают высокой прочностью при растяжении и при истирании, эластичностью и морозостойкостью, ограниченной теплостойкостью (80-100°С), повышенной окисляемостью, набухаемостью в бензинах и маслах, ограниченной химической стойкостью и газонепроницаемостью, пригодны для изготовления изделий общего назначения.

Из резины изготовляют ремни, ленты, рукава, сальники, манжеты, прокладки, шины, детали электрооборудования, предметы массового потребления и многое другое.

При содержании в сырой резине более 25% вулканизирующих веществ после ее вулканизации получается эбонит (твердая резина). Эбонит обладает высокой химической стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, легко обрабатывается, но имеет низкую теплостойкость. Применяют для производства деталей слаботочной аппаратуры, в химическом машиностроении и т.д.

9.2 Клеи

Они предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений требуемой прочности. В общем виде такие соединения состоят из склеиваемых материалов и клеевого слоя между ними. Процесс склеивания основан на сцеплении клея с поверхностью материалов. Способ склеивания упрощает и ускоряет технологический процесс изготовления изделий.

Клеевые соединения во многих случаях являются наиболее рациональными, а в некоторых случаях единственно возможными видами соединений. Возрастающее значение клеев связано прежде всего с теми преимуществами, которые имеют клеевые соединения по сравнению с заклепочными, болтовыми,  сварными и другими соединениями. Это, в первую очередь, возможность соединения между собой самых разнородных материалов. Современными клеями склеивают различные пластические массы, силикатные и органические стекла, натуральные и искусственные кожи, каучуки и резины, фарфор, керамику, бетон, изделия из бумаги, различные породы дерева, хлопчатобумажные и шерстяные ткани, изделия из синтетических волокон, а также сталь, серебро, медь, алюминиевые, магниевые, титановые сплавы и другие металлы, неметаллические материалы и их сочетания.

Важным свойством клеевых соединений на основе синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозионным воздействиям и гниению. К числу преимуществ клеевых соединений можно также отнести: исключение изготовления отверстий под болты или заклепки, ослабляющие скрепляемые элементы; более равномерное распределение напряжений в соединениях; ровная поверхность клеевых деталей; относительно низкая стоимость клееных деталей при массовом производстве. В то же время клеи не свободны от недостатков. Клеевые соединения обладают низкой прочностью при неравномерном отрыве; большинство клеев имеет также относительно низкую теплостойкость (до 350°С) вследствие органической природы основных компонентов клея.

Синтетические клеи широко применяют для склеивания разнообразных материалов в автомобильной, авиационной, судостроительной, электро- и радиотехнической, химической, деревообрабатывающей, обувной, полиграфической промышленности и других отраслях хозяйства. Это дает большой технический и экономический эффект, позволяет совершенствовать изготовление элементов различных конструкций и изделий. Клеи представляют собой композиции в основном на основе полимеров (таблица 3).

Таблица 3 – Характеристика клеев

Марка

Режим склеивания

Температура эксплуатации клеевого соединения, °С

Назначение

Давле-ние, МПа

Темпе-ратура, °С

Время, ч

ВИАМ

Б-3

0,2 – 0,4

15-25

До 18

От –40 до +70

Склеивание текстолита, фанеры и дерева

БФ-2 и

БФ-4

0,1-0,2

До 150

1

От –60 до +60

Склеивание металлов, сплавов, керамики, стекла, дерева, кожи, текстолита, органического стекла

Клей 88Н

-

10-15

До 48

От –60 до +60

Склеивание холодным спосо-бом вулканизированной резины с металлом, кожей, деревом, стеклом

Бакелито-вый клей

-

До 120

До 4

От –60 до +120

Склеивание текстолита, гети-накса, стекла и стеклоткани

ПЭД-Б

0,1-0,2

20-40

До 48

От –40 до +60

Склеивание винипласта, поли-винилхлорида, металла и дерева

К-153

До 0,05

20-30

До 48

От –30 до +60

Склеивание металла, стекла, поливинилхлорида

ВК-3 и ВК-4

До 2,0

До 70

1

От –60 до +180

Склеивание стали, алюминия, титана, стеклотекстолита

Прочность клеевых соединений материалов определяется видом нагружения. При конструировании соединений нужно стремиться к получению в клеевом слое равномерно распределенных напряжений. Большой прочностью обладают соединения, работающие на равномерный отрыв, сжатие и сдвиг. Показателем механической прочности клеевых соединений металлов является предел прочности при сдвиге.

При склеивании металлов предел прочности при сдвиге составляет для: эпоксидных клеев – 10-13 МПа, фенольнокаучуковых – 10 МПа, полиуретановых -   10-20 МПа и полиимидных 15-30МПа.

При сжатии прочность клея больше в 10-100 раз, чем при растяжении. Прочность клеевого соединения существенно зависит от температуры. При этом большое влияние оказывает вид клея и характер напряженного состояния.

Теплостойкость клеев такова: эпоксидный – 60-350°С, фенолформальдегидный   – 60-100°С,        фенолополивинилацетатный (БФ) 200-350°С, полимиидный – 300-375°С.

ГЛАВА 10.  КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

                     ПРОКЛАДОЧНЫЕ, УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ И

                           ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

10.1 Общие сведения о композиционных материалах

Композиционные материалы – это искусственные материалы, получаемые сочетанием компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов является матрица (основа), другим – упрочнители (волокна, частицы). В качестве матриц используют полимерные, металлические, керамические и углеродистые материалы. Упрочнителями служат волокна – стеклянные, борные, углеродные, органические, нитевидные кристаллы (карбидов, боридов, нитридов и др.) и металлические проволоки, обладающие высокой прочностью и жесткостью. При составлении композиции эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиций. Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов,   количественного  соотношения  и прочности связи между ними. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости или получать композиции с необходимыми специальными свойствами, например магнитными и т.п.

Содержание    упрочнителя   в композиционных материалах составляет 20-80% по объему. Свойства матрицы определяют прочность композиционного материала при сжатии и сдвиге. Свойства упрочнителя определяют прочность и жесткость композиционного материала.

Композиционные материалы имеют высокую прочность, жесткость, жаропрочность   и  термическую стабильность. Так,  для  карбоволокнитов =650-1700 МПа, а для бороволокнитов =900-1750 МПА. Плотность композиционных материалов 1,35-4,8 г/см3. Композиционные материалы являются весьма перспективными конструкционными материалами для многих отраслей машиностроения.

Карбоволокниты (углепласты) – это композиции из полимерной матрицы и упрочнителей в виде углеродных волокон. Для полимерной матрицы исользуются полиимиды, эпоксидные и фенолформальдегидные смолы. Карбоволокниты КМУ-2 и КМУ-2л на основе полиимидов можно применять при температуре до 300°С. Они водо- и химостойки. Карбостекловолокниты содержат наряду с угольными стеклянные волокна, что удешевляет материал. Карбоволокниты используют в химической, судостроительной и авиационной промышленности.

При обработке обычных полимерных карбоволокнитов в инертной или восстановительной атмосфере получают графитированные карбоволокниты или карбоволокниты на углеродной матрице. Так, карбоволокнит на углеродной матрице типа КУП-ВМ по прочности и ударной вязкости в 5-10 раз превосходит специальные графиты. При нагреве в инертной атмосфере он сохраняет прочность до 2200°С. Карбоволокниты с углеродной матрицей широко применяют при изготовлении химической аппаратуры.

Бороволокниты – это композиции из полимерного связующего и упрочнителя – борных волокон. Для получения бороволокнитов применяют модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие. Бороволокниты имеют высокую прочность  при сжатии, сдвиге, высокую твердость, тепло- и электропроводность. Бороволокниты водо- и химостойки. Изделия из бороволокнитов применяют в космической и авиационной  технике (лопатки и роторы компрессоров, лопасти винтов вертолетов и т.д.)

Органоволокниты – это композиции из полимерного связующего и упрочнителей из синтетических волокон. Упрочнителями служат эластичные волокна лавсан, капрон, нитрон, и др. Связующими служат полиимиды, эпоксидные и фенолформальдегидные смолы. Органоволокниты имеют малую плотность, сравнительно высокую удельную прочность и высокую ударную вязкость. Органоволокниты применяют в авиационной технике, электропромышленности, химическом машиностроении и др.

Металлы, армированные волокнами – композиционные материалы с металлической матрицей и упрочнителями в виде волокон. Упрочнителями служат волокна бора, углеродные волокна, нитевидные кристаллы тугоплавких соединений, вольфрамовая или стальная проволока. Матричный материал выбирают из учета назначения композиционного материала (коррозионная стойкость, сопротивление окислению и др.) В качестве матриц используют легкие и пластичные металлы (алюминий, магний) и их сплавы. Количество упрочнителя составляет по объему 30-50%. Металлы, армированные волокнами, применяются в авиационной и ракетной технике.

Использование композиционных материалов требует в ряде случаев создания новых методов изготовления деталей и изменения принципов конструирования деталей и узлов машин.

10.2 Прокладочные, уплотнительные и

             изоляционные материалы

Для придания плотности и герметичности соединениям деталей машин (трубы, различные соединения и др.) и устранения возможного просачивания жидкости и прорыва газов используют прокладочные и уплотнительные материалы.

Изоляционные материалы – это органические и неорганические вещества, обладающие огнестойкостью и малой тепло- и электропроводностью. Они применяются для изоляции находящихся под током деталей машин и электропроводов. Наибольшее распространение получили следующие прокладочные и изоляционные материалы.

Бумага – листовой материал, изготовленный из растительных волокон и целлюлозы.

Целлюлоза – растительные волокна, очищенные от смол и других компонентов.

Картон – специально обработанная толстая бумага толщиной 0,25-3 мм. В зависимости от способа обработки он приобретает масло- и бензостойкость, электро- и термоизоляционность. Бумагу и картон применяют как прокладочный и изоляционный материал.

Фибра – разновидность бумажного материала, изготовляют ее из бумаги, пропитанной раствором хлористого цинка. Отличается высокой прочностью и хорошо поддается механической обработке, масло- и бензостойка. Недостаток фибры  –  значительная   гигроскопичность  (влагопоглощаемость),  поэтому   при увлажнении она деформируется. Фибры применяются для изготовления шайб, прокладок и втулок.

Асбест – естественный волокнистый белый минерал, состоящий из кремнезема и небольших количеств окиси железа и окиси кальция. Для него характерны высокая огнестойкость, а также малая тепло- и электропроводность, выдерживает температуру до 500°С. Из асбеста делают волокно, нити, шнуры, ткани  с примесью хлопка и чисто асбестовые ткани, листовые и прокладочные асбетовые материалы, асбестовую бумагу, картон.

Паронит – листовой материал из асбеста, каучука и наполнителей. Применяют для уплотнения водяных и паровых магистралей (при давлении до 5,0 МПа и при температуре до 450°С), а также для  уплотнения трубопроводов и арматуры для нефтепродуктов: бензина, керосина, масла.

Войлок – листовой пористый материал, изготовленный из волокон шерсти. Воздушные поры в нем составляют не менее 75% объема. Он обладает высокими тепло- и звукоизолирующими, а также амортизирующими свойствами. Войлок используют для набивки сальниковых уплотнений и изготовления прокладок.

Важной задачей современного машиностроения является надежная герметизация и уплотнение соединений деталей и сборочных единиц, работающих в жестких условиях. Материал обычно используемых прокладок (паронит, картон и др.) не всегда обеспечивает надежную длительную герметичность соединений. Под действием температуры и вибрации прокладки со временем претерпевают ряд изменений, теряют свои уплотняющие свойства,  в них возникают разрывы и трещины. В процессе эксплуатации это приводит к утечке масла, топлива и др. Для этих целей применяют различные герметики. Уплотняющая жидкая прокладка ГИПК-244 предназначена для герметизации неподвижных соединений деталей и сборочных единиц, работающих в водяной, паро-водяной, кислотно-щелочной и масло-бензиновых средах.

Уплотнительная замазка У-20А предназначена для герметизации соединений в воздушной и водяной средах. Герметик Эластосил 137-83 герметизирует неподвижные соединения в водяной, пароводяной, кислотно-щелочной и масляной средах. Анаэробный клей ДН-1 обеспечивает герметизацию соединений с зазорами до 0,15 мм.

Минеральная вата – продукт переработки металлургических или топливных шлаков. Служит для изоляции поверхностей с низкими и высокими температурами нагрева. Применяются в качестве изоляционного материала также плиты на основе минеральной ваты, проклеенной фенольной смолой или битумной эмульсией.

Изоляционная прорезиненная лента представляет собой суровую тонкую хлопчатобумажную  ткань (миткаль), пропитанную с одной или с двух сторон липкой сырой резиновой смесью.

Липкая изоляционная лента – это пленочный пластик, покрытый слоем перхлорвинилового клея. Толщина ленты 0,20-0,45 мм, ширина 15-50 мм. Изоляционные ленты выпускаются различных цветов.

ГЛАВА 11. АБРАЗИВНЫЕ  МАТЕРИАЛЫ И ИНСТРУМЕНТ

                                             НА ИХ ОСНОВЕ

Абразивные материалы. Абразивными называются мелкозернистые или порошковые неметаллические  вещества (химические соединения элементов), обладающие очень высокой твердостью и имеющие острые режущие грани. Абразивные материалы разделяют на природные (наждак, кварцевый песок, кремень, корунд), которые находят ограниченное применение следствие неоднородности свойств, и искусственные (синтетический алмаз, электрокорунд, карбид бора, карбид кремния и др.), широко используемые в промышленности. Их используют для получения шлифовальных кругов, сегментов, головок, брусков; гибких шлифовальных и полировальных лент и шкурок, а также в виде полировальных  паст. Абразивные зерна используют для гидроабразивной абразивно-жидкостной, абразивно-импульсной (ультразвуковой) и абразивно-химической обработки твердых сплавов.

Абразивные материалы характеризуются абразивной (режущей) способностью, высокой красностойкостью (1800-2000°С), зернистостью, твердостью и износостойкостью. Абразивная способность характеризуется массой снимаемого при шлифовании материала до затупления зерен. По абразивной способности абразивные материалы располагаются в следующем порядке: алмаз, нитрид бора, карбид кремния, монокорунд, электрокорунд, наждак, кремень. Зернистость характеризует размер и однородность зерен.

Абразивные материалы подразделяют на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки и тонкие микропорошки. Материалы каждой группы различаются по номерам зернистости. Зернистость абразивных шлифзерна и шлифпорошков определяют в сотых долях миллиметра, а микропорошков  - в микрометрах. По крупности абразивные материалы указанных групп разделяют на 28 номеров: шлифзерно 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16; шлифпорошки 12,10, 8, 6, 5, 4, 3; микропорошки М63, М50, М40, М20, М14; тонкие микропорошки М10, М7, М5.

 Абразивный инструмент. Твердость абразивных инструментов принято обозначать буквами М – мягкий, СМ – среднемягкий, С – средний, СТ – среднетвердый, ВТ – весьма твердый, ЧТ – чрезвычайно твердый. Процесс изготовления абразивных инструментов слагается из следующих операций: размола; измельчения абразивных материалов; сортировки по номерам в зернистости; смешивания со связкой и увлажнением; формования для получения определенной формы и размеров изделий; сушки и тепловой обработки.

Связка – цементирующее вещество, которое скрепляет друг с другом абразивные зерна. Связки бывают керамическими, бакелитовыми, вулканитовыми и др. Путем тонкого измельчения и смешивания глины, полевого шпата, кварца и других веществ в определенных пропорциях приготовляют керамическую  связку.

Искусственная смола – бакелит является основой бакелитовой связки.

Вулканитовая связка  – искусственный каучук, подвергнутый вулканизации для превращения его в прочный, твердый эбонит.

Для зачистки и отделки поверхностей изделий пользуются шлифовальными шкурками. Это бумага или ткань с наклеенными на нее зернами абразивов.

Доводку или притирку и полирование выполняют абразивными и алмазными пастами. Доводку (притирку) осуществляют изготовленным из более мягкого материала, чем обрабатываемая заготовка, притиром с нанесенным на него абразивным порошком  или пастой. Притиркой  достигается высокая  точность обработки и уменьшение шероховатости поверхности. Полирование осуществляют быстродвижущейся абразивной лентой, насыщенной мягкими абразивами или мягким полировальным кругом (из войлока, фетра, бязи) с нанесенной на него полировальной пастой. Полирование не повышает точность обработки, а улучшает лишь качество поверхности (шероховатость).

Пасты состоят из жидких, полужидких или твердых смесей абразивных материалов с добавками химически активных веществ. Все абразивно-доводочные пасты в зависимости от применяемого материала делят на две группы: твердые (алмаз, карбид бора, наждак) и мягкие (окись хрома, окись железа, кварц). Кроме абразивных материалов в состав паст для связки входят: химически активные олеиновая и стеариновая кислоты, парафин, а также скипидар, канифоль и другие вещества.

Алмазы широко применяют для изготовления высокопроизводительных алмазных инструментов, порошков и паст. Алмазные пасты являются наиболее эффективными средствами для выполнения доводочных и притирочных работ. Пасты из синтетических или природных алмазов используют для окончательной доводки деталей и изделий.

Абразивный инструмент принято маркировать обозначениями, характеризующими абразивный материал, связку, зернистость, твердость. По этим данным выбирают инструмент для той или иной технологической операции. Марка проставляется краской на абразивном инструменте. Например, маркировка на шлифовальном круге ПП450Х50Х127ЗАЭ50С1Б означает: ПП – круг плоский прямоугольного    профиля;   450 –  наружный  диаметр   круга; 50 -  высота круга; 127 – диаметр отверстия круга (все размеры в миллиметрах); ЗАЗ – Златоустовский абразивный завод; Э – электрокорунд; 50 – зернистость; С1 – средняя твердость 1; Б – бакелитовая связка.

Форма поперечных сечений шлифовальных кругов и их размеры регламентированы ГОСТ 2424-75, которым предусматривается 22 профиля и несколько сотен типоразмеров. Для изготовления абразивных кругов используют естественные минералы – алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранат – и искусственные – электрокорунд нормальный (Э), электрокорунд белый (ЭБ), монокорунд (М), карбид кремния зеленый (КЗ) и черный (КЧ), карбид бора, борсиликокарбид, электрокорунд хромистый (ЭХ), электрокорунд титанистый (ЭТ). По твердости абразивные инструменты подразделяют на семь групп и 16 степеней твердости. При этом под твердостью абразивного инструмента понимают способность связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен с рабочей поверхности инструмента под действием внешних сил. Структура абразивного инструмента характеризуется соотношением между объемным содержанием абразивных зерен, связки и пор в единице объема инструмента. Алмазные круги используют для шлифования заготовок из твердых сплавов и высокотвердых материалов. Круг состоит из корпуса, изготовленного из алюминия, пластмассы или стали, и алмазоносного слоя толщиной 1,5-3 мм.

Библиографический список

  1.  Гуляев, А.П. Металловедение [Текст]: учебник для вузов  / А.П. Гуляев. - 6-е изд., перераб. и доп.-  М.: Металлургия, 1986. – 544 с.: ил.

  1.  Лахтин, Ю.М. Материаловедение [Текст]:  учебник для вузов / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева.  - М.: Машиностроение, 1990. – 528с.: ил. Библиогр.: с. 520.
  2.  Материаловедение и технология металлов [Текст]: учебник для вузов/ Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.А. Деменцевич [и др.]; под общ. ред. Ю.П. Солнцева. – М.: Металлургия, 1980.-493 с.: ил.
  3.  Материаловедение [Текст]: учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов [и др.];  под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1986.-384 с.: ил.
  4.  Материаловедение и технология металлов [Текст]: учебник для студ. машиностроит. спец. вузов / Г. П. Фетисов [и др.]; отв. ред. Г. П. Фетисов  –  2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2000.- 638 с.: ил.
  5.  Материаловедение и технология металлов [Текст]: учебник для студ. машиностроит. спец. вузов / Г. П. Фетисов [и др.]; отв. ред. Г. П. Фетисов.  –  3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.- 862 с.: ил. Библиогр.: с. 849-854.
  6.  Композиционные материалы [Текст]: Справочник/ В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин [и др.]; под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.Т. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990.-512 с.: ил.
  7.  Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов [Текст] / И.И. Новиков. – М.: Металлургия, 1980. –280 с.: ил.
  8.  Ван Флек, Л. Теоретическое и прикладное материаловедение [Текст] / Л. Ван Фрейк; пер. с англ. – М.: Атомиздат., 1975. –472 с.
  9.  Козлов, Ю.С. Материаловедение [Текст]: учебник для начального профессионального образования / Ю.С. Козлов. – М.: Высшая школа, 1983.-80 с.
  10.  Конструкционные материалы [Текст]: Справочник/ Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.: ил.
  11.  Колачев, Б. А. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов [Текст]: учебник для вузов / Б.А. Колачев, Р.М.Габидулин, Ю.В.Пигузов. – М.: Металлургия, 1980.-280 с.
  12.  Башнин, Ю.А. Технология термической обработки стали [Текст]: учебник для вузов /Ю.А. Башнин, Б.К. Ушаков, А.Г. Секей. – М.: Металлургия, 1986. - 424 с.: ил.
  13.  Журавлев, В.Н. Машиностроительные стали [Текст]: Справочник / В.Н. Журавлев, В.И. Николаева. - М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.: ил.
  14.  Гомель, В.И. Методические указания к самостоятельному изучению раздела «Железо и сплавы на его основе» курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студентов спец. 150200 и 170700 дневной и заочной форм обучения [Текст] / составители В.И. Гомель, О.В. Жданова. – Шахты: ДГАС, 1995. – 35 с.

Конспект лекций рассмотрен   и     рекомендован     к      изданию     на   заседании   кафедры "ПМ и КМ".

       Протокол №4 от 28.01.02 г.

       Ответственный за выпуск                             Н.В. Ковбасюк

        Технический редактор                                  Н.В. Суева

        Компьютерная верстка                                 С.Н. Байбара

ЛР № 021045 от 11.04.96 г.  Подписано в печать             2002

Формат бумаги  . Печать оперативная. Усл. п. л.

Уч. –изд. л.       Тираж   70 экз. Заказ №

ЮРГУЭС Лаборатория оперативной печати.

346500, г. Шахты, Ростовской обл., ул. Шевченко, 147.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15182. Жұбан Молдағалиев 64 KB
  Бір естелік 86ның ызғарлы желтоқсанындағы дүрбелең халық көкейінде әлі жаңғырып тұр. Уақыт алға жылжыған сайын кезінде айтылуға тыйым салынған шындықтар тамтұмдап болса да оқиғаны көзбен көргендердің аузымен айтыла бастады. Жастардың зиялы қауымға деген сенімсізд
15183. Зейнолла Шыраев 74 KB
  ЖЫР ОТЫМЕН БІРГЕ ЖАНЫП ӨМІРДЕН ӨТКЕН АҚЫН Г.Е.Махамбетжанова Н.Т.Қожанова Қызылорда облысы Қазалы қаласындағы Ғ.Мұратбаев атындағы № 17 орта мектебі Cыр өңірі қашаннан хас таланттардың отаны болып табылады. Бұл өңірден түлеп ұшқан жырау жыршы шайырлардың ақынд...
15184. Иса Байзақов 47 KB
  ИСАНЫ ТАНИ АЛДЫҚ ПА Біз әдетте талантты адамды көрсек €œсегіз қырлы бір сырлы€ деп жатамыз. Оның өнерінің қандай қасиеттері барына назар аудармай әйтеуір мадақ жөні осы екен деп жаттанды сөздерді оңдысолды қолдана береміз. Сөздің сауабы мен обалы бар екенін
15185. Ілияс Жансүгіров 85 KB
  ІЛИЯС ЖАНСҮГІРОВ 1894-1938 Ілияс Жансүгіров – ақын драмашы прозашы оның поэзиясы ұлттық әдебиеттің классикалық байлығының қатарына жатады. Ақынның терең идеялы көркем мүсінді эпикалық кең тынысты шығармаларының танымдық тәрбиелік мәні зор.Олар қалың оқырманның о
15186. Кенен Әзірбаевтың әдеби шығармашылығы 193.5 KB
  Адамзат тарихындағы үшінші мыңжылдықтың басталуы жаңа қоғамдық құндылықтардың қалыптасу жолында өткен дәуірлердегі мәдени, тарихи процестерге жаңаша көзқараспен қарауға зор мүмкіншілік тудырды. Соның ішінде, қазақ әдебиеті тарихының ХІХ ғасырдағы әдебиет пен өнер саласындағы тарлан тұлғаларының шығармашылық мұраларын қайтадан қарап, жарияланбаған еңбектерін халыққа насихаттауға еркін қол жетті.
15187. Көкбай Жанатайұлы 78 KB
  КӨКБАЙ ЖАНАТАЙҰЛЫ 1861-1925 Ұлттық мәдениетіміз бен әдебиетімізді рухани өмірімізді тас қамауда шынжыр қоршауда қадағалап ұстап келген коммунистік саясаттың қанды торының үзілуі елімізге тың серпіліс әкелді. Өткен тарихымызға әдебиетіміз бен мәдениетіміздің ойы ме...
15188. Қажығұмар Шабданұлы 34 KB
  PAGE 2 ШАБДАНҰЛЫ ҚАЖЫҒҰМАР Жазушы ақын драматург. Қытай қазақтары жазба әдебиетінің негізін қалаған тұлғалардың бірі болып саналады. Жазушылық таланты адами адалдығы және өз көзқарастарына қатаң беріктігі үшін әсіресе Қытай қазақтары арасында зор б...
15189. Қазақтың балалар жазушысы - Бердібек Соқпақбаев 133.5 KB
  Балалар әдебиетінің бәйтерегі: Б.Соқпақбаевтың Кіріспе Қазақ балалар әдебиетінің классигі тамаша жазушы Бердібек Соқпақбаев тірі болғанда биыл 80 жасқа толар еді. Жақсының өзі өлсе де сөзі өлмейді демекші балалардың сүйікті жазушысы артына Менің атым Қожа
15190. Қасым Рахымжанұлы Аманжолов 18.84 KB
  Қасым Рахымжанұлы Аманжолов 1911 жылы қазіргі Қарағанды облысының Қарқаралы ауданындағы Қызыларай қыстауында дүниеге келген.1923 жылы Қасымды ағасы Ахметжан Семейдегі бастауыш мектепинтернатқа түсіреді. Мектептен кейін Қасым Се...