Стисла характеристика конструкційних матеріалів

Виготовлення с/г машин, а також виконання ремонтно-відновлювальних робіт передбачає використання різноманітних матеріалів.

Вибір матеріалів обумовлюється характером виробництва, конструктивними, експлуатаційними і технологічними особливостями, а також економічною доцільністю. Для правильного вибору матеріалів, що сприяє збільшенню довговічності машин і зниженню трудомісткості їх виготовлення чи ремонту необхідно знати їх основні фізико-механічні властивості, склад, вплив окремих компонентів на службові властивості.

При вивченні курсу "Технологія металів" були докладно розглянуті основні властивості й особливості вуглецевих і легованих сталей, чавунів, кольорових металів і їхніх сплавів, твердих сплавів тощо.

Для виготовлення деталей машин поряд з металами і їхніми сплавами широке застосування мають неметалічні матеріали, отримані на основі:

1.неорганічних речовин (наприклад, мінеральні стекла, силікати, керамічні матеріали тощо);

2.органічних речовин (наприклад, каучуки, технічні гуми, пластмаси, дерев'яні матеріали, папір, лакофарбові матеріали тощо;

3.композиційних матеріалів (КМ) - матеріалів які виготовляють на основі синтетичних чи природних високомолекулярних з'єднань, а так само металів і кераміки.

Неметалічні матеріали органічного походження являють собою в основному природні чи синтетичні високомолекулярні з'єднання. До природних високомолекулярних з'єднань відносяться: целюлоза, натуральний каучук, природні смоли. Синтетичні високомолекулярні з'єднання отримують, як правило, з низькомолекулярних з’єднань полімеризацією чи поліконденсацією.

Полімеризація - процес створення високомолекулярного з'єднання (полімеру), в якому приймає участь одна проста низькомоле­кулярна речовина (мономер). Молекули мономера з'єднуються між собою, утворюючи нову речовину з великою молекулярною вагою, яка різко відрізняється по властивостях від вихідної (наприклад поліетилен з етілена тощо).

Типовими представниками синтетичних високомолекулярних з'єднань є синтетичні смоли і каучуки.

Синтетичні смоли використовують при одержанні пластичних мас, лакофарбових матеріалів, клеїв тощо. Натуральні і синтетичні каучуки використовують як основу для виготовлення гум. Целюлоза і її похідні застосовуються в виробництві папера, фібри, бавов­няного волокна і деяких видів пластмас.

Пластмасами називаються матеріали, отримані на основі синтетичних чи природних високомолекулярних з'єднань (смол). При звичайних умовах вони являють собою тверді тіла, які легко переробляються в деталі литтям, пресуванням тощо. Пластмаси по складу поділяються на прості і складні (композиційні).

Прості пластмаси складаються з чистих смол. До них відноситься поліетилен, полістирол, органічне скло, поліаміди тощо.

До складу складних пластмас входять такі компоненти: зв’язуючи речовини, наповнювачі, пластифікатори, речовини що змащують, барвники і спеціальні добавки. До цієї групи пластмас відносяться фенопласти, амінопласти тощо.

В даний час пластмаси широко застосовуються у всіх галузях народного господарства. Це обумовлено тим, що вони мають ряд цінних властивостей, що вигідно відрізняють їх від інших матеріалів і відіграють значну роль у забезпеченні економії чорних і кольорових металів.

Пластмаси мають малу щільність. Вони майже в 5...7разів легше чавуна і стали, у 2...2,8 разів легше алюмінію і його сплавів.

Пластмаси володіють високою хімічною стійкістю, електроізоляційними і фрикційними властивостями. Трудомісткість виробництва деталей із пластмас у порівнянні з металевими в 3...8 разів нижче.

Недоліки пластмас такі:

1. низька теплостійкість (-60 до +200°С);

2. низька твердість;

3. мала жорсткість;

4.зміна первісних фізико-механічних властивостей під дією температури, води, тривалого перебування на повітрі (старіння

5. висока ціна деяких видів пластмас.

Однак об'єктивні потреби розвитку різних галузей техніки обумовили створення нових конструкційних композиційних матеріалів з високою міцністю і великими значеннями модуля пружності на металевій, полімерній і керамічній основі.

Композитні матеріали - це об'ємне сполучення двох чи декількох матеріалів з чіткою границею між ними. Іншими словами матеріали з металевої чи неметалічної основи (матриці) із заданим розподілом у них зміцнювачей (приклад: залізобетон - бетон сприймає стискальні зусилля, а арматура - розтяг). По суті справи, ідея композитів зводиться до того, щоб створювати матеріали, в

яких проявляються кращі властивості основи й зміцнювача.

Відмінною рисою композитних матеріалів у порівнянні із звичайними металами і сплавами є сполучення високої міцності з легкістю і хімічною стійкістю, що значно зменшує масу конструкцій, помітно знижує трудомісткість виготовлення деталей і збільшує їхню довговічність.

Недоліком композитних матеріалів є досить висока вартість, що обумовлено потребою в спеціальному технологічному устаткуванні тощо.

ҐУМОВІ МАТЕРІАЛИ являють собою складну суміш різноманітних компонентів, основним з який є продукт вулканізації каучука.

Гумові матеріали володіють:

1. високою еластичність у широких інтервалах температур, тобто здатністю істотно змінювати форму при дії зовнішніх сил, і відновлювати цю форму після того, як зовнішня сила буде знята (подовження до 700...800 % при залишковому подовженні до 10%);

2. гарною вібростійкістю, тобто здатністю поглинати коливання;

3. підвищеною хімічною стійкістю;

4. стійкістю до стирання;

5. гарними діелектричними властивостями.

Недоліками гумових матеріалів є: невисока бензо- і маслостійкість, відносно низька тепло- морозостійкість, схильність до ста­ріння під дією тепла, кисню повітря і світла. Крім того, будучи продуктом вулканізації (хімічна взаємодія каучуку із сіркою), гума містить вільну сірку, а остання з часом виділяється і викликає корозію металів, що контактують з гумою.

Гумові вироби виготовляються з гумових сумішей, до складу яких входять наступні компоненти: каучук; речовини, що вулканізують; прискорювачі вулканізації; наповнювачи; речовини, що протидіють старінню; розміщувачі; регенерати і барвники.

Каучук - основа гумових сумішей, що визначає основні фізико-хімічні і механічні властивості гум. Зміст каучуку в сумішах від 5 до 92%. В даний час у промисловості застосовують натуральний каучук рослинного походження і каучуки, отримані хімічним шляхом /синтетичні/.

Із синтетичних каучуків найбільш поширені натрій-бутадиєновий, бутадиєнтстирольний, бутадиєнитрильний, силіконовий, хлоропреновий, поліізопреновьий. Чистий каучук не має позитивних властивостей, які властиві вулканізованій гумі.

Вулканізація - це фізико-хімічний процес взаємодії каучуку з речовиною, що вулканізує, у результаті якого відбувається зміна властивостей каучуку. Він втрачає пластичність, стає еластичним, збільшується міцність, стійкість до дії хімічних речовин. Найважливішою речовиною, що вулканізує, є сірка. Змінюючи зміст сірки в складі гумових сумішей, можна одержувати гуму з різним ступенем еластичності. Так, наприклад, для одержання м'яких гум до складу суміші вводять 1-3% сірки; напівтвердих гум - бли­зько 10% сірки, а твердих гум /ебоніту/ - 30-40% сірки.

Процес вулканізації в сумішах, що містять одну сірку протікає повільно (протягом декількох годин). Для скорочення часу вулканізації вводять хімічні речовини, так звані прискорювачи вулканізації.

У сучасній практиці гумового виробництва в основному використовуються органічні прискорювачі (альтакс, каптакс, тіурам тощо)у кількості 1-2% ваги каучуку.

Наповнювачи – це порошкоподібні матеріали, що розділяються на активні і неактивні. До активних наповнювачем відносяться: лампова, газова, форсуночна сажі, каолін, цинковіий білила /окис цинку тощо/. Ці речовини, що вводяться в кількості 45-60%, значно підвищують міцність при розриві, опір стиранню й інші механічні характеристики. Неактивні наповнювачі вводять, головним чином, для здешевлення гуми. У якості неактивних наповнювачей використовують крейду, тальк, барій тощо.

М’ягчителі- - речовини, призначені для полегшення перемішування каучуку з порошкоподібними складовими частинами і додання гумі м'якості. У якості м’ягчителей, що вводяться в кількості 2-5%, застосовують вазеліну, вазелінову олію, стеарин, парафін, мазут, каніфоль тощо.

Протистарітелі застосовують для запобігання гумових виробів від старіння, що з'являється в основному в результаті тривалої експлуатації під дією високих температур сонячних променів і механічних впливів.

У якості протистарителів застосовують складні органічні речовини (ароматичні аміни і діаміни, продукти конденсації амінів з альдегидоефірами тощо). У гумові суміші вони вводяться в кількості 1-2%.

Регенерат - продукт переробки старих гумових виробів, заміняє каучук і дешевше останнього. У сумішах, що містять регенерат складові частини розподіляються швидше і краще, ніж у чистому каучуку. При введенні регенерату гумові вироби значно здешевлюються і підвищується їхня пластичність.

Барвники служать для фарбування гуми (окис титана, сурик. ультрамарин тощо).

Основними процесами гумового виробництва є: готування гумових сумішей, їхня переробка у вироби і вулканізація. Процес готування гумових сумішей включає сушіння і просів порошкоподібних матеріалів, що входять до складу гумової суміші, попередню обробку каучуку, змішування каучуку з іншими складовими, вальцювання отриманих сумішей.

сушіння матеріалів необхідне, тому що надмірна вологість утрудняє їх просів і приводить до браку готової продукції у виді здуттів і міхурів. Просів порошкоподібних матеріалів здійснюється з метою звільнення сумішей від включень і сторонніх предметів, що приводять до зниження її механічної міцності. Каучук розпарюється, ріжеться на шматки і піддається вальцюванню для додання необхідної пластичності.

Після цього підготовлені порошкоподібні складові частини і каучук ретельно змішуються до одержання однорідної маси. Зміщування ведеться на вальцях чи в спеціальних змішувачах.

Переробка гумових сумішей у вироби чи напівфабрикати виконується каландруванням, безупинним видавлюванням, литтям під тиском, пересуванням.

Каландрування роблять з метою додання гумової суміші форми листа чи заготовки потрібного профілю. Каландрування здійснюється на каландрах і складається в пропущенні гумової суміші між валками, де вона ущільнюється і формується.

Безупинне видавлювання полягає в продавлюванні нагрітої гумової суміші через профільний отвір у головці спеціального преса з попереднім ущільненням суміші. цим способом виготовляють трубки, полоси, шнури і інші профільовані вироби.

Лиття під тиском – це один з найбільш прогресивних технологічних процесів переробки гум у вироби. Лиття виробляється на спеціальних пресах, з ливарною камерою, до якої завантажується гумова суміш. У нижній частині камери маються отвори, через які гумова суміш пуансоном видавлюється в пресформу. вулканізацію проводять в цій же формі.

Завершальною операцією при виготовленні гумових виробів з метою підвищення міцності гум на знос, твердості і еластичності є процес вулканізації.

Гума, як конструкційний матеріал широко використовується для виготовлення великої гами виробів у машинобудуванні і хімічній промисловості, а також виробництва товарів народного споживання тощо.

2.3. МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ

Дата добавления: 2017-02-01