Файл: Materialoznavstvo_2013_pravl_1.doc

Латунь

Латунь може мати в своєму складі до 45 % цинку. Підвищення вмісту цинку до 45 % приводить до збільшення межі міцності до 450 МПа. Максимальна пластичність має місце за вмісту цинку близько 37 %.

За способом виготовлення виробів розрізняють латунь деформаційну і ливарну.

Деформаційна латунь маркується буквою Л, за якою слідує число, що показує вміст міді у відсотках, наприклад, у латуні Л62 міститься 62 % міді та 38 % цинку. Якщо окрім міді й цинку є інші елементи, то ставляться їх початкові букви (О – олово, С – свинець, Же – залізо,
Ф – фосфор, Мц – марганець, А – алюміній, Ц – цинк). Кількість цих елементів позначається відповідними цифрами після числа, що показує вміст міді, наприклад, сплав ЛАЖ60-1-1 містить 60 % міді, 1 % алюмінію, 1 % заліза і 38 % цинку.

Однофазна латунь використовується для виготовлення деталей шляхом деформації в холодному стані. Виготовляють стрічки, гільзи патронів, радіаторні трубки, теплообмінники.

Для виготовлення деталей шляхом деформації за температури вище 500 ºС використовують (α+β)-латунь. Із двофазної латуні виготовляють листи, прутки й інші заготовки, з яких подальшою механічною обробкою виготовляють деталі. Оброблюваність різанням поліпшується присадкою до складу латуні свинцю, наприклад, латунь марки ЛС59-1, яку називають «автоматною латунню».

Латунь має хорошу корозійну стійкість, яку можна підвищити додатково присадкою олова. Латунь ЛО70-1 стійка проти корозії в морській воді і називається «Морською латунню».

Додавання нікелю і заліза підвищує механічну міцність до 550 МПа.

Ливарна латунь також маркується буквою Л. Після літерного позначення основного легуючого елементу (цинк) і кожного подальшого ставиться цифра, що вказує його середній вміст у сплаві. Наприклад, латунь Лц23а6ж3мц2 містить 23 % цинку, 6 % алюмінію, 3 % заліза, 2 % марганцю. Найкращу рідкотекучість має латунь марки ЛЦ16К4. До ливарної латуні належать латуні типу ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, Лажмц. Ливарна латунь не схильна до ліквації, має зосереджену усадку, відливки отримуються з високою щільністю.

Латунь є хорошим матеріалом для конструкцій, що працюють за низьких температур.

Бронза

Сплави міді з іншими елементами, окрім цинку, називають бронзою. Бронза поділяється на деформаційну і ливарну.

У маркуванні деформаційної бронзи на першому місці ставлять букви Бр, потім літери, що вказують елементи, окрім міді, які входять до складу сплаву. Після літер йдуть цифри, що вказують вміст компонентів у сплаві. Наприклад, марка Броф10-1 означає, що в бронзу входить 10 % олова, 1 % фосфору, все інше – мідь.

Маркування ливарної бронзи також починається з букв Бр, потім вказуються літерні позначення легуючих елементів і ставиться цифра, що вказує його середній вміст у сплаві. Наприклад, бронза Бро3ц12с5 містить 3 % олова, 12 % цинку, 5 % свинцю, все інше – мідь.

Олов'яна бронза

Сплавом міді з оловом утворюють тверді розчини. Ці сплави дуже схильні до ліквації через великий температурний інтервал кристалізації. Завдяки ліквації сплави із вмістом олова вище 5 % мають у структурі евтектоїдну складову Е (α+β), що складається з м'якої і твердої фаз. Така будова є сприятливою для деталей типу підшипників ковзання (тверді частинки створюють зносостійкість). Тому олов'яна бронза є хорошими антифрикційними матеріалами.

Олов'яна бронза має низьку об'ємну усадку (близько 0,8 %), тому використовуються в художньому литві.

Наявність фосфору забезпечує хорошу рідкотекучість.

Олов'яна бронза поділяється на деформаційну і ливарну.

У деформаційні бронзі вміст олова не повинен перевищувати 6 %, для забезпечення необхідної пластичності (Броф6,5-0,15).

Залежно від складу, бронза відрізняється високими механічними, антикорозійними, антифрикційними і пружними властивостями, тому використовується в різних галузях промисловості. З цих сплавів виготовляють прутки, труби, стрічку.

Ливарна олов'яна бронза (Бро3ц7с5н1, Бро4ц4с17) застосовується для виготовлення пароводяної арматури і для відливків антифрикційних деталей типу втулок, вінців черв'ячних коліс, вкладишів підшипників.

Алюмінієва бронза (Браж9-4, Браж9-4л, Бражн10-4-4).

Бронза із вмістом алюмінію до 9,4 % має однофазну будову твердого розчину. За вмісту алюмінію 9,4–15,6 % сплави системи «мідь – алюміній» двофазні.

Оптимальні властивості має алюмінієва бронза, що містить 5–8 % алюмінію. Збільшення вмісту алюмінію до 10–11 % веде до різкого підвищення міцності і значного зниження пластичності. Додаткове підвищення міцності для сплавів із вмістом алюмінію 8–9,5 % можна досягти гартуванням.

Позитивні особливості алюмінієвої бронзи в порівнянні з олов'яними:

• менша схильність до внутрішньокристалічної ліквації;

• велика щільність відливків;

• вища міцність і жароміцність;

• менша схильність до холоднокрихкості.

Основні недоліки алюмінієвої бронзи:

• значна усадка;

• схильність до утворення стовпчастих кристалів (за кристалізації) і зростання зерна (за нагрівання), що робить його крихким;

• сильний газопоглинач рідкого розплаву;

• самовідпуск за повільного охолодження;

• недостатня корозійна стійкість у перегрітій водяній парі.

Для усунення цих недоліків сплави додатково легують марганцем, залізом, нікелем, свинцем.

З алюмінієвої бронзи виготовляють відносно дрібні, але високовідповідальні деталі типу шестерень, втулок, фланців литтям і обробкою тиском. Із бронзи Бра5 штампуванням виготовляють медалі і дрібну розмінну монету.

Крем'яниста бронза (Бркмц3-1, Брк4) застосовується як замінник олов'яної бронзи. Вони немагнітна і морозостійка, перевершує олов'яну бронзу за корозійною стійкістю і механічними властивостями, має високі пружні властивості. Сплави добре зварюються і піддаються паянню. Завдяки високій стійкості до лужних середовищ і сухих газів, їх використовують для виробництва стічних труб, газо- і димопроводів.

Свинцева бронза (Брс30) використовується як високоякісний антифрикційний матеріал. У порівнянні з олов'яною бронзою, вона має нижчі механічні і технологічні властивості.

Берилієва бронза (Брб2) є високоякісним пружинним матеріалом. Розчинність берилію в міді з пониженням температури значно зменшується. Це явище використовують для набуття високих пружних властивостей виробів методом дисперсійного твердіння. Готові вироби з берилієвої бронзи піддають гартуванню за температури понад 800 ^oС, завдяки чому фіксується за кімнатної температури пересичений твердий розчин берилію в міді. Потім проводять штучне старіння за температури 300–350 ^oС, у ході чого відбувається виділення дисперсних частинок, зростають міцність і пружність. Після старіння межа міцності досягає 1100–1200 МПа.

Розділ 10. Пластмаси й їх класифікація, властивість і галузь застосування

10.1. Загальні відомості про пластмаси й їх класифікація

За об’ємами виробництва пластмас Україна значно відстає від технологій розвинених країн. Це призводить до значних перевитрат сталі, що щорічно перевищує ~3–5 млн тонн.

Пластмасами (пластиками) називаються тверді, міцні й пружні матеріали, одержані на основі полімерних сполук. Найчастіше формуються у вироби методами, заснованими на використанні їх пластичних деформацій.

Основою пластмас є полімери, властивості яких визначають властивості й технологічні процеси виробництва пластмасових виробів.

Пластмаси, як і полімери, поділяються на термопластичні й термореактивні.

Пластмаси можуть бути прості, що представляють собою чисті полімери, і складні, до складу яких крім полімеру можуть бути введені наповнювачі, пластифікатори, барвники й інші добавки різного призначення.

Залежно від методів переробки, пластмаси поділяються на ливарні (звичайні термопласти), штампувальні (листові термопласти), пресувальні (переважно термореактивні пластмаси).

За типом застосовуваних наповнювачів пластмаси поділяються на преспорошки, волокнисті й складні пластики.

Основними позитивними особливостями пластмас є простота технологічного процесу виготовлення з них виробів із максимальним використанням матеріалу (93–95 %), висока стійкість до агресивних середовищ і атмосферних впливів, низька питома вага виробів, високі діелектричні й теплоізоляційні властивості. У ряді випадків пластмаси мають хорошу механічну міцність, антифрикційні властивості, зносостійкість.

Вироби із пластмас відрізняються високим декоративним ефектом, оскільки пластмаси мають високу пластичність й оброблюваність.

10.2. Термопластичні пластмаси

Термопластичні матеріали мають властивість багаторазової переробки без зміни атомно-молекулярної будови.

Дамо характеристику найбільш широко розповсюдженим термопластичним пластмасам (термопласти).

Поліетилен. Залежно від способу виготовлення, може мати або низьку щільність (γ = 0,918–0,93 г/см³) і ступінь кристалічності 55– 65 %, або високу щільність (γ = 0,949–0,96 г/см³) і ступінь кристалічності 74–95 %. Він хімічно стійкий, має температурний інтервал експлуатації 70–100 °С. Кристалічна фаза надає поліетилену теплостійкість і високу механічну міцність (σ_в = 8,5–45 МПа). Щоб підвищити стійкість поліетилену до старіння, в нього вводять 2–3 % сажі. Використовується для виробництва плівок, труб, ізоляції проводів і кабелів, покриттів на металах і т. д.

У поліпропілену (γ = 0,9–0,92 г/см³) переважає кристалічна фаза. Хімічно стійкий, температура експлуатації становить від -15 до +150 °С, має високі фізико-механічні властивості (σв = 25 МПа). Основний недолік поліпропілену – низька морозостійкість. Застосовується у виробництві текстильних виробів у якості еластичних і міцних волокон. Плівки з поліпропілену більш міцні й менш газопроникні, ніж із поліетилену. Ці властивості поліпропілену дають підстави для його вибору в господарській діяльності людини. Наприклад, ми звикли накривати теплиці поліетиленовою плівкою, знаючи, що найменший зачіп за виступаючу частину каркаса може легко привести до її розриву. Крім плівок із поліпропілену виготовляють труби, водопровідні арматури, насоси, вентилятори, ємності, електроізоляційні деталі й деякі деталі машин.

Способи переробки: лиття під тиском, склеювання, зварювання, екструзія (видавлювання), механічна обробка.

Фторопласт. Існують дві модифікації фторопласта: фторопласт-3 (політрифторхлоретилен) і фторопласт-4 (політетрафторетилен). Більш широке застосування в народному господарстві одержав фторопласт-4. Це термічно стійкий матеріал, його температурна область застосування – від -269 до +250 °С. Механічна міцність фторопласта (σв = 14–35 МПа) зберігається до температури +250 °С. Він відрізняється високою механічною стійкістю проти кислот, лугів, окислювачів і розчинників, не змочується водою, характеризується малим коефіцієнтом тертя.

Галузь застосування: ущільнювальні деталі, хімічно стійкі деталі й покриття, плівки, волокна, тканинні матеріали, підшипники, що не вимагають змащення, електро- і радіотехнічні деталі.

Полівінілхлорид. Із полівінілхлориду виготовляють два різновиди пластмас: вініпласт і пластикам.

Характерні властивості: вініпласт має високу механічну міцність, стійкий проти впливу майже всіх мінеральних кислот, лугів і розчинів солей. Недоліки: схильність до повзучості, набухання у воді, низька ударна в'язкість, мала теплостійкість, великий коефіцієнт теплового розширення. Пластикам менш хімічно стійкий, ніж вініпласт.