Основы порошковой металлургии

Резина и резинотехнические изделия

Резина представляет собой вулканизированную многокомпонентную смесь на основе каучука, обладающую целым рядом ценных свойств.

Основой всякой резины является натуральный или синтетический каучук.

Как таковой натуральный каучук не нашел широкого применения, в связи с его дорогим получением. Сырьем для получения синтетических каучуков является нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина и т.д. Каучук в натуральном виде в промышленности не применяется, его превращают в резину.

В состав резины входит:

1. Каучук – основное сырье.

2. Регенерат – продукт переработки резиновых изделий и отходов резинового производства. Он повышает качество и снижает себестоимость продукции.

3. Наполнители – сажа, тальк, мел, асбест, хлопчатобумажные. шелковые и другие ткани.

Они уменьшают расход каучука, улучшают эксплуатационные свойства деталей, механические свойства.

В некоторых случаях для повышения прочности деталей их армируют стальной проволокой или сеткой, стеклянной или капроновой тканью. Количество наполнителя зависит от вида выпускаемых деталей.

4. Мягчители – парафин, канифоль, вазелин, растительные масла. Они служат для облегчения процесса склеивания резиновой смеси и обеспечения мягкости и морозоустойчивости.

5. Красители – охра, ультрамарин, пятисерная сурьма. Их вводят в смесь в количестве до 10% массы от каучука для окраски резины с целью защиты ее от светового старения.

6. Вулканизирующие вещества (основным является сера 1-3%, металлический натрий и др.).

7. Ускорители – каткас, окись свинца. Их вводят для сокращения времени и температуры вулканизации.

Технологический процесс изготовления резиновых технических деталей состоит из отдельных последовательных операций:

- приготовление резиновой смеси;

- формование;

- вулканизация.

1. Приготовление резиновой смеси заключается в смешении входящих в нее компонентов. В начале каучук переводят в пластичное состояние многократным пропусканием его через специальные вальцы, при температуре 40-50⁰С. Затем добавляют другие компоненты и смешивают, пропуская через вальцы (последним вводят вулканизатор и ускорители).

2. Формовку резинотехнических изделий проводят:

- каландрованием: получают резиновые детали в виде листов, прорезиненных лент, а также соединяют листы резины и прорезиненные ленты (дублирование) Операцию выполняют на многовалковых машинах – каландрах. Пропускают сырую резину и ткань. Полученую прорезиненную ткань наматывают на барабан и затем вулканизируют;

- непрерывным выдавливанием: применяют для получения профилированных, резиновых деталей (трубы, прутки, профили для остекления, на обмотку проводов). Проводят на машинах червячного типа;

- прессованием: один из основных способов получения фасонных деталей (манжет, уплотнительные кольца, клиновые ремни и т.д.). Прессование производят в металлических формах. Применяют горячее и холодное прессование.

При горячем перссовании резиновую смесь закладывают в горячую пресс-форму и прессуют на гидравлических прессах с обогреваемыми плитами (Т_пр=140-155⁰С). При прессовании одновременно происходят формообразование и вулканизация деталей.

Холодным прессованием получают детали из эбонитовых смесей (корпуса аккумуляторов). После прессования заготовки отправляют на вулканизацию.

В состав эбонитовой смеси входят каучук и значительное количество серы (до 30% массы каучука). В качестве наполнителей применяют измельченные отходы эбонитового производства.

- литьем под давлением получают детали сложной формы (амортизаторы, шарниры). Резиновая смесь поступает под давлением при t≈ 80-120⁰С в литейную форму, где и происходит вулканизация.

3). Вулканизацию –проводят в специальных камерах (вулканизаторах) при Т_вул ≈ 120-150⁰С в атмосфере насыщенного водяного пара при небольшом давлении (2-5 атм.). В процессе вулканизации происходит химическая реакция серы и каучука, в результате которой линейная структура молекул каучука превращается в сетчатую.

Вулканизация представляет собой сложный физико-химический процесс, в результате которого микромолекулы каучука образуют определенную пространственную структуру. Для большинства каучукрв этот процесс состоит в присоединении к ним серы или других вулканизирующих веществ.

Свойства резины:

Резина обладает высокой эластичностью, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, отличными электроизоляционными свойствами, высокой стойкостью к истиранию, прочностью сцепления к металлам и тканям, хорошей вибростойкостью.

К недостаткам резины следует отнести: ограниченная нагревостойкость (свыше 60-70⁰С резина стареет, становится хрупкой растрескивается), малую стойкость к действию нефтяных масел, света, под действие которых резина стареет.

Основные виды резины:

1. Армированная резина. Для ее приготовления в резиновую смесь помещают металлическую сетку, покрытую слоем латуни и обмазанную клеем. В результате получается прочная и гибкая резина.

2. Пористая резина получается на способности каучука адсорбировать газы и на диффузию газов через каучук. Применяется для различных амортизаторов и сидений.

3. Твердая резина (эбонит) – эбонит твердый, но сравнительно вязкий и хорошо сопротивляемый ударным нагрузкам материал. Поставляется в виде пластин, трубок и прутков.

Резина как конструкционный материал широко применяется для изготовления:

1) гибких элементов передач – приводные ремни и ленты;

2) деталей, несущих значительные нагрузки – подвески, амортизаторы, опоры, уплотнители, мембраны и т.д;

3) трубопроводов (шланги), работающие под давлением;

4) защитных покрытий химической аппаратуры, емкостей;

5) изделий различного назначения – электроизоляционные средства, прорезиненные ткани и т.д.

За последние годы в технике все более широкое применение получают изделия, изготавливаемые из металлических порошков или из различных порошковых смесей, в состав которых входят металлы и неметаллы. Такие изделия называют металлокерамическими по сходству метода изготовления с применяемым в керамическом производстве и заключающемся в спекании отдельных зерен порошка.

Отрасль техники, занимающаяся производством порошков и превращением их в изделия, носит название порошковой металлургии.

Истоки порошковой металлургии теряются в глубокой древности и в тоже время этот метод очень совершенен и применяется при получении материалов для самых совершенных машин.

Порошковой металлургией называется область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.

Сущность метода порошковой металлургии заключается в применении в качестве исходного сырья порошков металлов, которые прессуют или формуют в изделия заданных размеров, а затем подвергат термической обработке (спеканию) при температуре ниже температуры плавления основного компонента. В условиях массового производства этод метод отличается высокой производительностью и экономичностю, так как дает возможность получать изделия высокой размерности точности, что позволяет сократить расход металла и повысить производительность труда.

Продукция порошковой металлургии нашла применение во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении, энергомашиностроении, радиотехнической, атомной и т.д.

Методы порошковой металлургии обладают рядом преимуществ перед обычными металлургическими, важнейшим из них является возможность производства изделий:

1.Из тугоплавких металлов и их соединений;

2.Из материалов, не образующих сплавов друг с другом, таких как медь с графитом, металлов с асбестом и др;

3.Пористых с различной плотностью;

4.Однородных по составу, без признаков ликвации;

5.С размерами, соответствующими второму классу точности изготовления, и поэтому не нуждающиеся в дополнительной механической обработке;

6.С меньшим расходом материалов благодаря отсутствию отходов и почти полным отсутствием затрат на дополнительную обработку.

Недостатками, препятствующими внедрению, этого метода являются:

1.Дороговизна прессформ, делающая экономически целесообразным лишь массовое производство однотипных изделий;

2. Дороговизна порошков;

3. Ограниченность размеров изделий, хотя в отдельных случаях вес изделий, изготовленных из порошков, доходит до 500 кг.

Технология изготовления порошковых материалов и изделий состоит из следующих операций:

- получение металлических порошков восстановлением их из окислов и других соединений или измельчением исходного материала в мельницах;

- составление смеси заданного состава (приготовление шихты), очистки порошков от примесей, классификация по размеру частиц, смешивание;

- холодное прессование смеси порошков в стальных прессформах на механических или гидравлических прессах при давлении 0,1-1 Па;

- спекание полученных спрессованных заготовок или изделий в защитной атмосфере или в вакууме при температуре несколько ниже температуры плавления материала или его наиболее легкоплавкого компонента для придания им необходимых физико-механических свойств.

Существующие методы получения порошков подразделяют на механические (1) и физико-химические (2):

1. Дробление и размол в различных мельницах, распыление струи расплавленного металла вращающимися лопастями или струей сжатого газа, грануляция расплавленного металла при литье в жидкость, обработка металла резанием с получением частиц, а не сливной стружки.

2. Восстановление оксидов и других соединений, электролиз, диссоциация корбонилов при нагреве, межкристаллитная коррозия.

Формование порошков – это придание порошковому материалу формы, размеров, плотности и прочности, необходимых для выполнения последующих операций изготовления изделия:

- прессование в стальных прессформах;

- шприцевание;

- гидростатическое или газостатическое прессование;

- прокатка порошков – процесс заключается в прокатке порошков между горизонтально расположенными валками.

Спекание – это термическая операция, в которой сформованное тем или иным способом изделие подвергается нагреву, до температуры, составляющей 2/3 Тпл материала или легкоплавкого компонента. Спекание многокомпанентных смесей может осуществляться как в твёрдой фазе (твёрдофазное спекание), так и в присутствии жидкой фазы (жидкофазное спекание).

Дополнительные операции: регулирование структуры (термообработка) и калибровка.

Современная номенклатура металлокерамических изделий очень разнообразна и охватывает большое количество различных наименований: пористые материалы (подшипники скольжения, фильтры), фрикционные материалы (диски сцепления, тормозные накладки), электротехнические изделия (контакты для сварки, электрощетки), инструментальные материалы (твердые сплавы ВК, ТК, ТТК, штампы), детали машин и агрегатов (шестерни, втулки, корпуса насосов, шаровые направляющие, кольца синхронизаторов) и др.

Кроме вышеперечисленных металлокерамических сплавов, изготовляются и применяются жаропрочные сплавы, конструкционные, тугоплавкие, сплавы с особыми свойствами (вакуумноплотные, «тяжёлые» сплавы), пеноматериалы.

Дата добавления: 2014-12-07