Материалы с высокими упругими свойствами

Фрикционные материалы.

Они применяются в тормозных устойствах и механизмах передающих крутящий момент.

Фрикционные материалы работают в тяжелых условиях изнашивания, при высоких давлениях, скоростях скольжения (до 40 м/с), температуре (до 1000° С).

Требования к фрикционным материалам: высокий и стабильный в ши­роком интервале температур коэффициент трения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость, достаточную прочность.

Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметалличе­ские и металлические спеченые материалы. Их производят ввиде пластин и накладок которые крепят к стальным деталям. Наиболее часто применяют асбофрикционные материалы: ретинакс - ФК-24А и ФК-16Л коэффициент трения 0,37-0,4 25 % - фенолформальдегидная смола 40 % -асбест, 35 °о - барит, рубленая латунь и пластификатор. Используют в тормозах самолетов, автомобилей и др. Недостатки -- низкая теплопроводность, отсюда перегрев. При тяжелых режимах применяют металлические спеченные материа­лы. Их производят на основе железа ФМК-8, ФМК-11 и на основе меди МК-5. Кроме основы и металлических компонентов они содержат неметалли­ческие добавки - асбест, графит, оксид кремния, барит. В многодисковой тормозной системе самолетов используют бериллий из-за его высокой теплоемкости, теплопроводности и малой плотности.

К материалам с высокими упругими свойствами относятся пружинные стали и сплавы. Независимо от условий применения пружинные сплавы должны иметь определенные, характерные для всех конструкционных сплавов, свойства - высокую прочность в условиях статического, цикличе­ского или динамического нагружения, достаточную пластичность и вяз­кость, а так же высокое сопротивление разрушению.

Однако основным свойством, которым должны обладать пружинные стали и сплавы, является высокое сопротивление малым пластическим деформациям как в условиях кратковременного (предел упругости), так и длительного (релаксационная стойкость) нагружения, зависящее от состава и структуры этих материалов, а также от параметров воздействия на них внешних условий температуры, коррозионной активности внешней среды и др.

1 ) Рессорно-пружинные стали

Недорогие и достаточно технологичные рессорно-пружинные стали широко используют в авто- и тракторостроении, железнодорожном транс­порте, станкостроении. Их еще называют пружинными сталями общего назначения. Для обеспечения работоспособности силовых упругих элемен­тов рессорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, выносливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетво­ряют стали с повышенным содержанием углерода (0.5 - 0,7 %), которые подвергают закалке и отпуску при температуре 420-520^є С. Небольшие пружины простой формы изготавливают из стали, постав­ляемой в термически обработанном состоянии. Для крупных пружин, тре­бующих больших усилий при навивке, сталь используют в отожженном состоянии. Термической обработке подвергают готовые изделия, получен­ные горячей навивкой или штамповкой.

2) Пружинные сплавы

Пружинные сплавы подразделяются на следующие группы: коррозион­но-стойкие, немагнитные, с низким коэффициентом модуля упругсти, высокоэлектропроводные.

Коррозионно-стойкие сплавы применяют для изготовления пружин ра­ботающих в коррозионно-активных средах. Для пружин, стойких в слабо-окисляющим средам применяют высокохромистые стали типа 30X13 и 40X13. Пружины из этой стали изготавливают методами холодной или горячей навивки или изгиба и термической обработки.

Хорошей коррозионной стойкостью и меньшей склонностью к хрупко­му разрушению обладают дисперсионно-твердеющие стали аустенитно-мартенейтного класса с низким содержанием углерода: 09X15Н8Ю, 0Х17Н7ГТ (содержание углерода не более 0,05%).

Более высокое сопротивление коррозии при высоких прочностных свойствах имеют практически безуглеродистые мартенситно-стареюшие стали, упрочняемые закалкой и отпуском (старение): ОЗХ12Н10Д2ТБ, 04Х14К13Н4МЗТБВ. Эти стали устойчивы в морской воде и окислительных средах. Упругие элементы из них можно изготовить методами холодной штамповки из закаленных заготовок, а затем их подвергают упрочняющему старению (отпуску).

Немагнитные пружинные сплавы. Немагнитными свойствами в сочета­нии с хорошими упругими свойствами обладают аустенитные хромонике-левые стали, упрочняемые после закалки пластической деформацией с высоким обжатием. Когда нужна полная немагнитность в сильноупрочнен-ном состоянии, применяют стали 17Х18Н9 и 37Х 12Н8Г8МФБ также после сильной деформации.

Для упругих элементов малых сечений и простой формы, но в которых требуется очень высокая прочность при немагнитное™ применяют сплавы на Co-Ni-Cr основе.

Пружинные сплавы с низким температурным коэффициентом модуля упругост и применяют для упругих элементов часовых механизмов, они обеспечивают повышенную точность работы указанных изделий. Это фер­ромагнитные сплавы на железоникелевой основе, упрочняемые в результате термической и термомеханической обработкой.

Сплавы 42HXTIO и 42НХТЮА имеют постоянный модуль упругости

при температуре до 100°С, сплав 44НХТЮ при температуре до 200єС.

Высокоэлектропроводные пружинные сплавы. К ним относятся берил-лиевые бронзы, фосфористая бронза и другие сплавы на основе меди.

Наибольшее применение приобрели бериллиевые бронзы с содержани­ем Be от 0,4-0,7 до 2-2,5 % и имеющие в своем составе дополнительные легирующие элементы никель, кобальт, титан, серебро и до 0,2 % магния.

Широкое применение бериллиевых бронз в промышленности объясня­ется тем, что наряду с высокими значениями предела упругости и релакса­ционной стойкости они обладают хорошей коррозионной стойкостью, не-магнитностью, повышенной электрической проводимостью и ценными технологическими свойствами - хорошо штампуются, паяются, сваривают­ся и т. д. Бериллиевые бронзы имеют большую упругую деформацию, чем упругие элементы из стали. Однако высокая стоимость бериллия ограничи­вает применение таких сплавов. Широко используется сплав БрБНТ1,9, легированный титаном и никелем.

17-18. Материалы с малой плотностью и высокой удельной прочно­стью.

К легким металлам относятся цветные металлы Al, Mg, сплавы на их основе и пластмассы.

1) Алюминий и сплавы на основе алюминия

Алюминий. - обладает малой плотностью, хорошими теплопроводно­стью и электропроводностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Алюминий выпускается в виде деформируемого полуфабрика­та (листы, профили, прутки и др.). обозначают АД0, АД1 (Д - деформируе­мый). Алюминий применяют для изготовления рам, дверей, трубопроводов. фольги, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду. Благода­ря высокой теплопроводности о\\ используется для различных теплообмен­ников в холодильниках. Благодаря высокой электропроводности исполь­зуется для конденсаторов, проводов, кабелей, шин. Благодаря отражатель­ной способности -используется для прожекторов, рефлекторов. Основными легирующими элементами для алюминиевых сплавов являются Си, Mg, Si. Mn, Zn. Алюминиевые сплавы классифицируются по технологии изготов­ления -деформируемые, литейные, спеченные: способности к термической обработке - упрочняемые и неупрочняемьте: и свойствам.

Деформируемые сплавы неупрочняемые термической обработкой. К ним относятся сплавы АМц, АМг. Имеют высокую пластичность, свари­ваемость, коррозионную стойкость. Сплавы типа АМц и АМг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, когда требуется высокая коррозионная стойкость - трубопроводы для бензина и масла, сварные баки, заклепки, корпуса судов.

Деформируемые сплавы упрочняемые термической обработкой. К ним относятся сплавы нормальной прочности и высокопрочные - дуралюмины (Д). сплав Al-Cu-Mg. Они характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Благодаря изменению растворимости меди в алюминии эти сплавы подвергаются термообработке, состоящей из закалки и естественно­го старения. После закалки структура сплава состоят из пересыщенного твердого раствора и нерастворимых фаз, образуемых примесями.

Дуралюмины широко применяют в авиации.

Литейные алюминиевые сплавы. Они маркируются буквами - АЛ. Лучшими литейными свойствами обладают сплавы А1-Si (силумины). Они обладаю! высокой жидкотекучестыо, малой усадкой, низкой склонностью к образованию горячих трещин, хорошо свариваются.

2) Магний и сплавы на основе магния

Магний- металл серебристо-белого цвета. Магний и его сплавы отли­чаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и спо­собностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется. Он используется в пиротехнике, в химической промышленности, в металлургии различных металлов и сплавов - как рас-кислитель. восстановитель и легирующий элемент. Основными легирую­щими элементами магниевых сплавов являются Al. Zn, Mn. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), легко шлифуются и полируются. Они удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой. По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяются на литейные (МЛ) и деформируемые (МА); по механическим свойствам невысокой и средней прочности, высо­копрочные и жаропрочные; по склонности к упрочнению с помощью тер­мической обработки упрочняемые и неупрочняемые термической обра­боткой.

«Теория и технология термической и химико-термической обработки»

Дата добавления: 2015-04-24