Техническая механика

       Сплавы Al – Si получили наибольше распространение. Эти сплавы, получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому и потому отличаются высокими литейными свойствами и средними механическими свойствами, а отливки – большей плотностью. Обладают высокой коррозийной стойкостью.

       Сплавы Al – Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

       Сплавы Al – Cu. Эти сплавы после термической  обработки имеют высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие. Эти сплавы используют для отливки небольших деталей простой формы. Они склонны к хрупкому разрушению. Если от отливок требуется повышенная прочность. То их после закалки подвергают искусственному старению при 150ºС. Алюминиево-медные сплавы малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

       Сплавы Al – Mg. Сплавы алюминий с магнием  имеют низкие литейные свойства, так  как не содержат эвтектики. Характерной  особенностью этих сплавов является хорошая коррозийная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплавам модифицирующих присадок (титан, цирконий) улучшает механические свойства, а бериллия уменьшает окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов. Эти сплавы предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации. Добавление к сплавам Al – Mg кремния улучшает литейные свойства в результате образования тройной эвтектики.

       Сплавы  алюминия широко применяют в тех случаях, когда важно снижение массы машины (конструкции). Алюминий и его сплавы трудно паяются.

       Маркировка  алюминиевых сплавов включает в  себя начальные буквы, входящих в  состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего  элемента в процентах.

       Дуралюмины  маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18.

     Литейные  алюминиевые сплавы маркируются  буквами "АЛ" с последующим  порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗО.

       Иногда  маркируют по составу: АК7М2; АК21М2, 5Н2,5; АК4МЦ6. В этом случае "М" обозначает медь, "К" - кремний, "Ц" - цинк, "Н" - никель; цифра - среднее % содержание элемента.

       Алюминиевые антифрикционные сплавы маркируют  буквой "А" и начальными буквами  входящих в них элементов: А09-2, А06-1, АН-2,5, АСМТ. В первые два сплава входят  указанное количество олова и меди (первая цифра-олово, вторая-медь в %), в третий 2,7-3,3% Ni и в четвертый медь сурьма и теллур.

       1.2.4 Применение сплавов  алюминия как конструкционных  материалов в механических  устройствах

       Дуралюмин и алюминиево-магниевые сплавы применяют  для средненагруженных деталей типа стоек, крышек, втулок и т.д. Сплавы марки В65, Д18 – для заклепок. Спеченные алюминиевые сплавы применяют для изготовления высоконагруженных деталей и различных профилей. Силумины марок АЛ-2, АЛ-4, АЛ-9 применяют для изготовления литьем корпусов, крышек, кронштейнов и других сложных средненагруженных деталей. Алюминиево-магниево-цинковый сплав В95 применяют для деталей с повышенными статическими нагрузками (валы, зубчатые колеса). Из алюминиевых антифрикционных сплавов изготовляют подшипники и вкладыши.

       1.3 Неметаллические  материалы. 

       1.3.1 Виды,  свойства, применение  термопластов и  термореактивных  пластмасс. Достоинства  и недостатки пластмасс.  Применение резины, бумаги, композиционных (зубчатые  ремни) материалов.

       Для изготовления деталей машин наряду с металлами и их сплавами широкое применение получают неметаллические материалы, полученные на основе:

       1) неорганических веществ (например, минеральные стекла, силикаты, керамические  материалы, асбестовые материалы);

       2) органических веществ (например, пластические массы, древесные материалы, каучуки, технические резины, лакокрасочные материалы, бумага и др.).

       Неметаллические материалы органического происхождения  представляют собой в основном природные  или синтетические высокомолекулярные соединения.

       К природным высокомолекулярным соединениям относятся: целлюлоза, натуральный каучук, природные смолы.

       Синтетические высокомолекулярные соединения получаются, как правило, из низкомолекулярных  соединений полимеризацией или поликонденсацией.

     Из  неметаллических материалов широко используют пластмассы. Пластмассами называют материалы, получаемые на основе природных или синтетических смол (полимеров), которые при определенных температуре и давлении приобретают пластичность, а затем затвердевают, сохраняя форму при эксплуатации. Кроме связующего вещества (полимера) в состав пластмасс входят наполнители, пластификаторы, отвердители, красители. Наполнители вводят в смолы для повышения механической прочности, теплостойкости, уменьшения усадки и снижения стоимости пластмассы. Наполнители могут быть в газовой (пенопласты) и твердой фазе, иметь органическое (древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань) и неорганическое (графитная, асбестовая и кварцевая мука; углеродное и стекловолокно; стеклоткань) происхождение. Механическая прочность пластмасс существенно зависит от наполнителя. Пластмассы с порошкообразными, коротковолокнистыми, длиной 2 … 4 мм, наполнителями по прочности приближаются к дуралюмину и некоторым сортам стали. Для деталей, работающих в узлах трения, широко применяют теплопроводящие наполнители, например графит.

       Пластификаторы  увеличивают текучесть, эластичность и уменьшают хрупкость пластмасс. Отвердители ускоряют процесс затвердевания  пластмасс, красители придают пластмассам  нужный цвет.

       По  поведению при нагреве полимеров  пластмассы делят на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). Термопласты (полиэтилен, фторопласт, полистирол, полиамиды и др.) имеют свойства обратимости: при повторных нагреваниях они переходят в пластическое или вязкотекучее состояние и им можно придать необходимую форму, а затем они вновь затвердевают при охлаждении. Переход термопластов из одного физического состояния в другое может осуществляться неоднократно без изменения химического состава. Термопласты легко формуются и надежно свариваются в изделия сложных форм, устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Свойства термопластов сильно зависят от температуры.

       Фторопласт – полимерный материал, получаемый химическим путём. Фторопласт содержит атомы фтора, благодаря чему имеет высокую химическую стойкость. Плохо растворяется или не растворяется во многих органических растворителях, не растворим в воде и не смачивается ею. Фторопласты характеризуются широким диапазоном механических свойств, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой электрической прочностью, низким коэффициентом трения, низкими значениями износа; стойки к действию различных агрессивных сред при комнатной и повышенной температуре, атмосферо-, коррозионно- и радиационностойки, слабо газопроницаемы, не горючи или самозатухают при возгорании. Очень высокая нагревостойкость (до 300°С). Материал обладает холодной текучестью.

         Полиэтилен – продукт полимеризации бесцветного газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. Теплостойкость полиэтилена невысока, поэтому длительно его можно применять при температурах до 60 - 100ºС. Морозостойкость полиэтилена достигает - 70ºС и ниже. Полиэтилен используют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, полиэтиленовых пленок для изоляции проводов и кабелей, чехлов, облицовки водоемов; кроме того, полиэтилен служит покрытием на металлах для защиты от коррозии, влаги, электрического тока и др.

       Полистирол  – твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. По диэлектрическим характеристикам близок к полиэтилену, удобен для механической обработки, хорошо окрашивается. Недостатками полистирола являются его невысокая теплостойкость, склонность к старению, образование трещин. Из полистирола изготовляют детали для радиотехники, телевидения и приборов, детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки стирофлекс для электроизоляции.

       Полиамиды – это кристаллизующиеся полимеры. У них низкая плотность. Полиамиды имеют низкий коэффициент трения, продолжительное время могут работать на истирание; кроме того, полиамиды ударопрочны и способны поглощать вибрацию. Они стойки к щелочам, бензину, спирту; устойчивы в тропических условиях. Из полиамидов изготовляют шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки, шкивы, детали ткацких станков, уплотнители гидросистем, колеса центробежных насосов, турбин, турбобуров, буксирные канаты и т. д. Полиамиды используют в электротехнической промышленности, медицине и, кроме того, как антифрикционные покрытия металлов.

       Термореактивные пластмассы не переходят в пластическое состояние при повторном нагревании. Они имеют более высокие, чем термопласты, показатели по твердости, модулю упругости, теплостойкости, сопротивлению усталостной прочности. Их свойства не так резко зависят от температуры. В зависимости от наполнителя различают монолитные (карболит), слоистые (текстолит, гетинакс) и композиционные пластмассы, где наполнителем используются волокна. В термореактивных пластмассах связующими являются эпоксидные, кремнийорганические и другие смолы.

       Карболит, один из видов синтетических фенолоальдегидных  смол, получаемый поликонденсацией фенола (крезолов) с формальдегидом в присутствии  нефтяных сульфокислот.

       Текстолиты (наполнитель – хлопчатобумажная ткань) широко используют в машиностроении как конструкционный и антифрикционный материал: В них выгодно сочетаются высокая механическая прочность с низкой плотностью, износостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Текстолит применяют для изготовления подшипников, зубчатых колес и различных силовых деталей общего и специального машиностроения.

       Гетинакс (в качестве наполнителя применяется бумага) обладает высокими диэлектрическими свойствами и удовлетворительной механической прочностью. Выпускается в виде листов, плит, труб и различных прессованных деталей. Широко применяется как электроизоляционный материал.

       Композиционные материалы многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической, углеродной, керамической или другой основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодиспeрсных частиц и др.

       Пластмассы  являются хорошими электроизоляционными материалами. Для них характерна высокая химическая и коррозионная стойкость, малая плотность и  теплостойкость. Они отличаются достаточной прочностью и упругостью. Детали, изготовленные из пластмасс, имеют блестящую гладкую поверхность разных цветов. Пластмассы значительно хуже, чем металлы, сопротивляются переменным нагрузкам; они подвержены тепловому, световому и атмосферному старению – процессу самопроизвольного необратимого изменения свойств; многие из пластмасс гигроскопичны.

       Большим достоинством пластмасс является их высокая технологичность, обеспечивающая значительное сокращение производственного цикла. Изготовление металлических деталей осуществляется за десятки операций механической обработки, а пластмассовых – часто за одну технологическую операцию по формообразованию (прессование, выдавливание, литье под давлением и др.). Поэтому трудоемкость изготовления пластмассовых деталей уменьшается в 5…6 раз и более, а себестоимость продукции снижается в 2…3 раза, при этом получают очень высокий коэффициент использования материала, равный 0,9…0,95. Это приводит к значительному снижению материалоемкости и из-за малой плотности пластмасс (1,2…1,9 Мг/м³), к уменьшению массы конструкции в 4...5 раз.

       Из  пластмасс изготавливают зубчатые и червячные колеса, шкивы, подшипники, ролики, корпуса, зубчатые ремни, ручки  управления и другие детали. Производство пластмасс развивается интенсивнее, чем таких традиционных материалов, как металлы. Это объясняется удешевлением изготовления, улучшением ряда основных параметров механизмов: уменьшением веса и инерционности звеньев, потерь на трение, повышением быстродействия.

      Резина  – эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. По степени вулканизации Резины разделяются на мягкие (1-3% серы), полутвердые и твердые (30% серы) (эбонит). Резина применяется для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов