Титанові сплави можна піддавати всім основним видам термічної обробки, а також хіміко-термічній обробці, змінюючи їхні власти­вості у потрібному напрямку

Марганцеві бронзи (БрМц5 БрМцС20-5) мають порівняно неви­сокі механічні властивості, але високу пластичність, корозійну стій­кість, жароміцність. З них виготовляють деталі для теплоелектро­станцій, котли, вентилі, засувки, арматуру тощо.

Берилієві бронзи містять у своєму складі 2...2,5 % Be (БрБ2), мають дуже цінний комплекс властивостей: високу хімічну стійкість, тепло­стійкість, високий поріг пружності, добре обробляються різанням, мають високі механічні властивості (σ_в= 1100...1300 МПа, твердість 370 НВ, δ= 1 %). Берилієві бронзи гартують у воді за температур не пище 800 °С і піддають штучному старінню при 350 °С.

Використовують берилієву бронзу для виготовлення виробів відповідального призначення: пружні контакти, пружини, мембрани, безіскровий інструмент для ведення вибухонебезпечних гірничих робіт.

Кремнієві бронзи містять у своєму складі 1...3 % Si (БрКН1-3, БрКМц3-1), слугують замінниками олов'янистих бронз (наприклад, БрОЦС6-6-3). Вони мають високі ливарні властивості, корозійну стійкість, пружність, допускають гарячу обробку тиском і обробку різанням. З кремнієвих бронз виготовляють прутки, смугу, виливки, заготовки для виробів, які працюють за температур до 500 °С.

Свинцева бронза (БрС30) широко використовується у машинобу­дуванні як антифрикційний матеріал.

Латуні — це подвійні або багатокомпонентні сплави міді, у яких основним легуючим елементом є цинк (до 45 %). При більшому вмісті цинку в латуні знижується міцність і зростає крихкість. Вміст інших легуючих елементів у спеціальних латунях не перевищує 7...9 %.

Маркують латуні літерою Л, після якої цифрою вказують вміст міді у процентах (наприклад, сплав Л62 містить 62 % Си і 38 % Zn). Якщо у складі латуні окрім міді і цинку є ще інші елементи, то для їхнього позначення після літери Л пишуть початкові літери назв цих елементів (О — олово, С — свинець, Ж — залізо, Ф — фосфор). Процент вмісту кожного з цих елементів показують відповідні циф­ри, які стоять після кількісного показника міді в латуні. Наприклад, сплав ЛАЖ60-1-1 містить 60 % Cu, 1 % А1, 1 % Fe і 38 % Zn.

Залежно від вмісту Zn і структури при кімнатній температурі латуні поділяють (рисунок 2) на однофазні α-латуні (до 39 % Zn) і двофазні α + β-латуні (більше 39 % Zn). Якщо цинку в сплаві більше 39 %, утворюється крихка β-фаза — твердий розчин на основі елек­тронної сполуки типу CuZn з ОЦК -граткою.

Однофазні латуні (Л62, Л68, Л80) пластичні, легко деформуються. Постачають їх у вигляді напівфабрикатів — прутки, дріт, смуга, стрічки тощо. З латуней типу Л62, Л68 виготовляють стрічки, гільзи патронів, радіаторні трубки, дріт, фольгу. Латунь марки Л80 (томпак) (Томпа́к (фр. tombac, від малайск. tambaga - мідь) - різновид латуні із змістом міді 88-97 % і цинку до 10 %. Має високу пластичність, антикорозійним,антифрикційними властивостями. Сплави міді із змістом цинку 10-20 % називають напівтомпаком)

має колір золота. Використовують її при виго­товленні ювелірних і декоративних виробів, а також для відпонідальних деталей. Механічні властивості однофазних латуней (Л68, JI80, Л90) такі: σ_в = 260...320 МПа, δ = 45...55 %, твердість 53...55 НВ.

Двофазні α+β-латуні малопластичні, і вироби з них виготовляють в основному методом лиття. З ливарних латуней ви­робляють арматуру, фасонне лиття, втулки (ЛС59-1Л); антифрик­ційні деталі (ЛМц58-2-2); корозійностійкі деталі (ЛА67-2,5); гребні гвинти, лопасті, арматуру, що експлуатується до 300 °С (ЛМцЖ55-3-1); черв'ячні гвинти для важких умов праці (ЛАЖМц66-6-3-2).

Механічні властивості таких латуней залежать не лише від їхнього складу, але від умов тверднення у ливарних формах. Так, при литті в кокіль латунь марки ЛС59-1Л має σ_в = 200 МПа, δ = 20 %, твердість 80 НВ; латунь марки ЛАЖМц66-6-3-2 — відповідно σ_в = 650 МПа, δ = 7 %, 160 НВ.

Додаткове легування латуней різними елементами підвищує їхні експлуатаційні властивості. Так, легування 1...2 % свинцю поліпшує оброблюваність сплаву різанням (ЛС59 — автоматна латунь); олово підвищує корозійну стійкість у морській воді; алюміній і нікель підвищують механічні властивості (ЛАН59-3-2) тощо.

Сплави міді з нікелем (основний легуючий елемент) використову­ють як конструкційні та електротехнічні матеріали.

Куналі ( Cu — Ni — А1) містять у своєму складі 6... 13 % Ni, 1,5...3 % Аl, решта — мідь. Такі сплави піддають термічній оброб­ні — гартуванню з наступним старінням. Куналі використовують для виробництва деталей підвищеної міцності, виготовлення пружин, а також різних електромеханічних виробів.

Нейзильбери (Cu — Ni — Zn) містять у своєму складі до 15 % Ni, до 20 % Zn, решта — мідь. Мають колір, близький до срібла, стійкі чо атмосферної корозії. Ці сплави використовують у приладобуду­ванні, виробництві годинників тощо.

Мельхіори (Cu — Ni + невеликі добавки до 1 % Fe і Мп) мають високу корозійну стійкість, зокрема у морській воді. Використову­ються для виготовлення теплообмінних апаратів, посуду, деко­ративних штампованих і карбованих виробів.

Копель (Cu — Ni — Мn) містить у своєму складі 45 % Ni, 0,5 % Мn, решта — мідь. Сплав з високим питомим електроопором використовують в електротехніці, а також для виготовлення електро­нагрівальних елементів.

Манганін (Cu — Ni — Мп) — МНМц3-12 відносять до реостатних сплавів, використовують в електротехніці. Таке саме застосу­вання має і константан.

Константан (Cu - Ni - Мn) - 40...43 % Ni, 0,5...1,5 % Мn, решта — мідь (МНМц40-1,5).

Алюміній, титан та їх сплави

Алюміній за обсягами світового виробництва вийшов на друге місце після сталі, а за темпами росту далеко випередив сталь. Такий стрімкий розвиток алюмінієвої промисловості можна пояснити його позитивними властивостями і порівняно низь­кою вартістю.

Титан за поширенням у земній корі посідає четверте місце після алюмінію, заліза й магнію. Завдяки високій питомій міц­ності (о_в/у), жароміцності та корозійній тривкості титан широ­ко застосовується у провідних галузях промисловості.

Властивості алюмінію

Алюміній — метал срібно-білого кольору, має гранецентровану кубічну ґратку з параметром а = 0,4041 нм; характеризу­ється малою густиною (γ = 2700 кг/м³), низькою температурою плавлення (t_n = 660 °С), високими пластичністю, тепло- та еле­ктропровідністю, доброю зварюваністю й оброблюваністю різан­ням. Водночас алюміній характеризується низькою міцністю та твердістю. На повітрі він покривається тонкою щільною оксидною плівкою Аl₂0₃, яка надійно захищає його від корозії. Сталими домішками алюмінію є залізо, кремній, мідь, магній, марганець, цинк, титан та ін. Домішки зумовлюють погіршення фізико-хімічних властивостей і пластичності алю­мінію, через що їх вміст строго обмежують. Залежно від сумар­ної частки домішок первинний алюміній поділяють на алю­міній особливої, високої та технічної чистоти.

Алюміній особливої чистоти марок А999 містить 0,001% домішок, високої чистоти марок А995, А99, А97 і А95 — від 0,005 до 0,05 % домішок, технічної чистоти марок А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е і А0 — від 0,15 до 1,0 % домішок. Алю­міній особливої чистоти застосовують для дослідних робіт, у напівпровідниковій і ядерній техніці. У промисловості використовують переважно алюміній високої та технічної частоти. З нього виготовляють головним чином сплави, а також електропроводи, кабелі, конденсатори та фольгу. Застосовувати алюміній як конструктивний матеріал недоцільно з огляду на його низьку міцність.

Постійні домішки (Fe, Si, Ті, Mn, Cu, Zn, Сг) знижують фізико-хімічні характеристики і пластичність алюмінію. Залежно від вмісту домішок розрізняють марки алюмінію: А999 (0,001 % домішок), А995 (0,005 % домішок), А99 (0,010 % домішок), а також А97, А95.

Введення легуючих елементів дозволило створити низку алю­мінієвих сплавів з різними фізико-механічними та технологічними властивостями. Сплави алюмінію поєднують у собі кращі властивості чистого алюмінію і підвищені характеристики легуючих елементів. Гак, залізо, титан, нікель підвищують жароміцність сплавів: мідь, марганець, магній забезпечують зростання характеристик міцності. Легуванням і відповідною термічною обробкою досягають підви­щення міцності алюмінію (σ_в) від 100 до 500 МПа, твердості — від 20 до 150 НВ.

За технологією виготовлення заготовок і виробів усі промислові сплави алюмінію поділяють на три групи: деформовані; ливарні; спечені.

Сплави, що піддають деформуванню, повинні забезпечувати високу технологічну пластичність для здійснення операцій прокатування, кування, пресування тощо. Тому вони повинні мати однорідну структуру твердого розчину на основі алюмінію. Для підвищення міцності допускають у структурі сплаву невелику кількість кристалів евтектики. Деформовані сплави алю­мінію поділяють на такі, що зміцнюють термічною обробкою, і такі, що не зміцнюють.

До термічно незміцнюваних сплавів належать технічний атюміній (АД, АД1, АД0), сплави алюмінію з марганцем (позначають АМц) і сплави з магнієм та марганцем (позначають АМг). Вони володіють помірною міцністю, пластичністю, добре зварюються, корозійно стійкі. Залежно від стану поставки листу (0,5... 10 мм) у позначенні мірки сплаву додають літери. В разі поставки сплаву у відпаленому стані пишуть літеру М — м'які (АМгМ), при незначному наклепуванні — літеру П (АМгП), при значному — літеру Н (АМгН). Із зростанням ступеня деформації (наклепування) підвищується міцність сплавів.

Малонавантажені деталі зварювальних і клепаних конструкцій, деталі глибокої витяжки виготовляють зі сплавів типу АМцН, а також Mг2M, АМг3М. Деталі конструк­цій середнього навантаження та високої корозійної стійкості виго­товляють зі сплавів типу АМг5М, АМг6М.

Зі сплавів АМц і АМг виготовляють лист, прутки, дріт.

Термічно зміцнювані сплави алюмінію за хімічним складом і властивостями більш різноманітні. їх поділяють на:

• сплави підвищеної пластичності АВ, АД31, АД33 (на основі системи Аl — Mg — Si);

• конструкційні сплави (Аl — Cu — Mg) — дюралюміни марок Д1, Д16, Д18, В65;

• ковочні (А1 — Mg — Si — Сu) марок АК6, АК8;

• високоміцні (А1 — Zn — Mg — Сu) марок В95, В96;

• жароміцні сплави систем (Al — Сu — Mg) марок АК4-1 та (А1 – Сu - Мn) Д20.

Сплави підвищеної пластичності добре зварюються, корозійно стійкі. Термічна обробка їх складається з гартування від 515...525 °С і старіння (природного або штучного). Штучне старіння проходить значно швидше і здійснюється при 160...170 °С протягом 12...15 год одразу ж після гартування. При цьому виділяється зміцнююча фаза Mg₂Si.Зі сплавів АВ, АД3 виготовляють листи, труби, пресовані профілі, заготовки, ковані деталі двигунів, лопасті гвинтів вертольотів тощо.

Конструкційні сплави (дюралюміни) широко застосовуються у різних галузях техніки. їх маркують літерою Д, після якої стоїть цифра, що відповідає умовному номеру сплаву. Термічна обробка дюралюмінів складається з гартування від 500...510 °С (охолодженням у киплячій воді) і старіння. Природне старіння здійснюють за кімнатної температури протягом 5...7 діб, штучне — за температур 150... 190 °С протягом 4... 12 год або при 250 °С протягом 2...4 год. Особливістю гартування дюралюмінів є необхідність додержуватися температурного режиму.

Дюралюміни виробляють у вигляді листа, пресованих і катаних профілів, прутків, труб. Для підвищення корозійної стійкості їх піддають плакуванню. Відповідно при маркуванні таких сплавів до­лають літеру А, наприклад Д16А, Д1А. Сплави Д18 і В65 є основ­ними алюмінієвими заклепочними сплавами. Найбільш широко дюралюміни застосовуються в авіаційній промисловості та бу­дівництві (лонжерони, шпангоути, обшивки літаків).

Алюмінієві сплави, придатні для кування (ковочні), позначають літерами АК і відносять до системи А1 - Cu — Mg — Si. Вони пластичні, стійкі до утворення тріщин під час гарячої пластичної деформації. Ці сплави (АК6, АК.8) за хімічним складом близькі до дюралюмінів і відрізняються високим вмістом кремнію (0,7...1,2 %). Сплави АК6 і АК8 застосовують після гартування від 520 ± 5 °С (АК6) і 505 ±5 °С (АК8) та штучного старіння при 160... 170 °С протягом 12...15 год. Проте обидва сплави мають низьку корозійну стійкість і потребують додаткових заходів щодо захисту від корозії. З них виготовляють штамповані та куті деталі складної форми і середньої міцності (АК6) — підмоторні рами, крепіж, а також такі високонавантажені штамповані деталі (АК8), як пояси лонжеронів, лопасті гвинтів вертольотів, бандажі вагонів.

Високоміцні алюмінієві сплави (В95, В96) окрім міді і магнію містять у своєму складі значну кількість цинку (5...8,6 %). Підвищену міцність цих сплавів зумовлює наявність в їхній структурі після гартування від 460...470 °С у воді і штучного старіння при 120... 140 °С протягом 24... 16 год. Сплави В95 і В96 застосовують у літакобудуванні для конструкцій високого навантаження і тривалої експлуатації за тем­ператур до 100 °С. До недоліків цих матеріалів відносять невисокі пластичність, в'язкість руйнування і низьку корозійну стійкість під напруженням. Підвищенню цих характеристик сприяє двоступін­часте пом'якшуюче старіння.

Жароміцні сплави використовують для експлуатації при темпера­турах до 300 °С (поршні, головки циліндрів, диски і лопатки компресорів реактивних двигунів, обшивка надзвукових літаків). Найбільш поширені сплави типу

АК4-1.

Ливарні сплави алюмінію використовують для виготовлення фа­сонних виливків різної форми та призначення. До їх складу входять ті самі легуючі компоненти, що й до деформованих сплавів, але у більшій кількості (до 9...13 % для кожного компонента). Промисло­вість виробляє ливарні алюмінієві сплави (АЛ) марок від АЛ1 до АЛ33. При маркуванні цих сплавів літера А означає, що сплав алюмінієвий, літера Л — що сплав ливарний, а цифра — порядковий номер сплаву.

За хімічним складом ливарні алюмінієві сплави можна поділити на п’ять груп:

Сплави першої групи системи А1 — Si (10... 13 % Si) — силуміни. Вони характеризуються високою рідкоплинністю, малою лінійною усадкою(0,9…1,2%) й низькою схильністю до утворення тріщин.

Найпоширенішими марками силумінів є АК12, АК9, АК7. А- алюміній, К- кремній, число - показує середню масову частку кремнію в %.

Силуміни використовують для виготовлення мало – й середньонавантажених литих деталей часто складної конфігурації.

Сплави другої групи — мідні силуміни, крім алюмінію міс­тять 4...22 % кремнію, 1...8 % міді, а також 0,2...1,3 % Mg, 0,2...0,8 % Мn і 0,1...0, 3% Ті. Порівняно з силумінами вони мають трохи гірші ливарні властивості, але кращі механічні. Марки АК5М, АК8М3, АК12М2МгН та ін. Числа після літер К, М, Н і Мг відповідають середній масовій частці (в %) кремнію, міді, нікелю і магнію. Коли число після літери відсутнє, масова частка елемента становить близько 1 %..

Серед мідних силумінів окремої уваги заслуговує сплав мар­ки АК8М3, що містить близько 8 % Si, 3 % Си, а також Mg, Mn, Ni (-0,5 % кожного). Мідь і магній, що мають змінну роз­чинність в алюмінії, сприяють зміцненню сплаву під час термо­обробки (гартування і штучного старіння). Сплав АК8М3 має добру зварюваність і корозійну тривкість. З мідних силумінів виготовляють корпуси компресорів, головки та блоки цилінд­рів автомобільних двигунів.

Сплави третьої групи, основними компонентами яких є А1 і Си, мають серед ливарних сплавів найвищу міцність (σ_в = 300...500 МПа) й пластичність (δ = 4...12 %). Вони легко оброб­ляються різанням, добре зварюються, але виявляють малу ко­розійну тривкість й мають низькі ливарні властивості. Додат­кове легування титаном і марганцем сприяє росту міцності й поліпшенню ливарних властивостей. Виділення інтерметалевих фаз Al₁₂Mn₂Cu і А1₃Ті на границях зерен твердого розчину під­вищує жароміцність сплавів до 300 °С. Одним з представників третьої групи є сплав марки AM 5.

Сплави четвертої групи — магналії — належать до системи Al - Mg. Вони легко обробляються різанням, тривкі до корозії, задовільно міцні та пластичні, їх ливарні властивості погані. Марки сплавів четвертої групи: АМг7 (6...8 % Mg), АМг10 (9,5...10,5 % Mg), АМг5К (4,5...5,5 % Mg; 0,8...1,3 % Si; 0,1... 0,4 % Мn). З магналіїв виготовляють деталі суден та літаків, які не бояться вологи.

У сплавах п'ятої групи другим за масовою часткою компо­нентом після алюмінію може бути кремній (К) або цинк (Ц). Марки сплавів: АК9Ц6, АК7Ц9, АЦ4Мг.

Спечені алюмінієві порошкові (САП) сплави на основі А1 і А1₂О₃ одержують шляхом брикетування порошку алюмінію, вакуумної де­газації брикетів з подальшим їх спіканням під тиском. Вміст А1₂О₃ у спечених сплавах алюмінію знаходиться у межах від 6...9 % (САПІ) до 18...22 % (САП4). Дрібні частинки А1₂О₃ гальмують рух дислокацій у сплаві і підвищують його міцність. Жаростійкість САП матеріалів при тривалому нагріванні зберігається до 500 °С, а при короткочас­ному — до 1000 °С.

Титан — сріблясто-сірий метал з температурою плавлення 1672 °С,

з малою питомою вагою (γ =4,5 г/см³) і високою корозійною стій­кістю належить до перехідних металів четвертої групи періодичної системи елементів. Міцність титану σ_в ~ 270 МПа, пластичність δ = 25%, твердість 100... 140 НВ. Міцність технічно чистого титану залежить від чистоти металу. Домішки вуглецю, кисню, водню знижують його пластичність, опір корозії і зварюваність. Особливо шкідливими є домішки водню. Механічні властивості технічно чистого титану (марки ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-1) знаходяться на рівні властивостей звичайних конструкційних сталей. З нього виготовля­ють катані і пресовані труби, лист, дріт, поковки. Він добре зварюється, має високі механічні характеристики, корозійну стій­кість і жароміцність, але важко обробляється різанням, має низькі антифрикційні властивості.

Легування титану певними елементами дозволяє значно підви­щити його механічні (σ_в≥ 1500 МПа, δ= 10...15%) та спеціальні властивості. Так, Аl підвищує жароміцність і механічні властивості титану, V, Мо, Сг, Мn — жароміцність.

Титан є поліморфним металом і існує у двох алотропічних модифікаціях — α і β. Температура поліморфного перетворення дорівнює 882,5 °С. Нижче цієї температури титан має гексагональну кристалічну гратку, а вище — гратку об'ємноцентрованого куба. Легуючі елементи, які входять до складу промислових титанових сплавів, утворюючи з титаном тверді розчини заміщення, змінюють температуру поліморфного перетворення α↔ β. Такі елементи, як Аl, О, N підвищують температуру перетворення; елементи Mo, V, Nb, Cr, Мn, Fe знижують температуру пере­творення α↔ β. Залежно від структури у рівноважному стані титанові сплави поділяють на α-сплави (однофазні) і β-сплави (двофазні). Так, основ­ними промисловими сплавами титану є ВТ5 (4,5...5 % Аl; 3,5...4,5 % V), ВТ8 (5,8...6,8 % А1; 2,8...3,8 % Мо). За технологічним призначенням їх поділяють на ливарні і такі, що піддаються деформуванню.

За міцністю титанові сплави поділяють на три групи:

• низької міцності з σ_в = 300...700 МПа (ВТ1);

• середньої - з σ_в = 700...1000 МПа (ВТ3, ВТ4, ВТ5);

• високої міцності зσ_в > 1000 МПа (ВТ6, ВТ14, ВТ15) після гартування та старіння.

Ливарні сплави мають більш низькі механічні властивості по­рівняно з аналогічними деформованими. Для лиття використовують сплави, що відповідають хімічному складові сплавів ВТ5, ВТ14, мар­кують їх з доданням літери Л (ВТ5Л, ВТ14Л), або спеціальні ливарні сплави.

Титан та його сплави використовують в авіації та ракетобудуванні, хімічній промисловості, суднобудуванні і кріогенній техніці.

Контрольні запитання

1 Які кольорові метали і сплави застосовують у машинобуду­ванні?

2 Назвіть основні сплави алюмінію, їх властивості, застосування.

3 Що таке дюралюміній?

4 Які сплави алюмінію використовують у ливарному виробництві?

5 Назвіть основні сплави на основі міді.

6 Що таке латунь, її властивості і застосування?

7 Що таке бронза, її властивості і застосування?

8 Яка система маркування бронз і латуней?

9 Які сплави міді з нікелем використовують як конструкційні і електротехнічні матеріали?

10 Які властивості сплавів титану та де вони застосовуються?

11 Як поділяють сплави титану залежно від структури у рівноважному стані?

Порошкова металургія — це галузь техніки, а не металургії. За своєю сутністю порошкова металургія охоплює сукупність методів виробництва порошків металів, металоз'єднань та виробів з порошків або їхніх з'єднань (у тому числі і з неметалічними матеріалами — порошками) без розплаву основного компонента (але інші компо­ненти можуть бути і рідкими). Тобто порошкова металургія не лише виробляє порошок, кінцева ціль її — напівфабрикати та вироби.

Порошкова металургія була відома з сивої давнини. Так, приблизно 5 тис. років потому вже одержували залізо в твердому вигляді без плавлення руди, відновлюючи її деревним вуглецем при горінні вогнищ. Проте після того як люди навчились плавити метал, металовиробнича порошкова металургія була забута і відновилась лише в 1826 р. у Росії завдяки зусиллям П. Г. Соболевського та В. В. Любарського. У тому ж році методом порошкової металургії з природних розсипищ платини (Т_пл = 1777 °С) одержали вироби, які були проде­монстровані на засіданні Санкт-Петербурзької Академії наук. Через три роки аналогічним методом, тобто послідовним чергуванням нагріву та обтиснення, платину одержав Волостан (Англія).

З кінця XIX ст. перед світовою наукою та технікою серйозно постала проблема тугоплавких металів з температурою плавлення вище 3000 °С (Т_{пл w} = 3800 °С). Згодом виникла ще й проблема стосовно матеріалів, які б могли обробляти ці метали. В зв'язку з необхідністю вирішення цих проблем і одержав новий імпульс розвитку метод порошкової металургії.

Проте помітний черговий рубіж у розвитку цього напряму можна віднести приблизно до 1950 p., коли в усьому світі методом порошкової металургії виробили близько 30 тис. т порошків і виробів. До 1982 р. виробили вже приблизно 1 млн 200 тис. т матеріалу та 600 тис. т виробів. У 1985 р. в усьому світі виробляли більше 1,5 млн т порошку, з яких тільки частка США становила більше 500 тис. т. У Радянському Союзі до 1990 p. виробництво порошку та виробів досягло 200 тис. т, з яких значна частина була вироблена в Україні. До 2000 р. на постра­дянському просторі в розвитку цієї галузі намітився спад і зараз в Україні продукція порошкової металургії становить 20...25 тис. т за рік. У цілому ж у світі приріст у галузі порошкової металургії продовжує збільшуватись і вже перевищує 15 % за рік, що значно вище за інші галузі промисловості.

Використання виробів порошкової металургії в різноманітних галузях промисловості, науки і техніки, особливо космонавтики та авіації, зумовлено насамперед тим, що порошкова металургія фактично комплексно вирішує потрійну задачу, а саме:

• виробництво спечених матеріалів і виробів з високими й унікальними фізичними та механічними властивостями, котрі не можуть бути одержані іншими методами;

• виробництво деталей і виробів, властивості яких аналогічні тим, що одержані за інших методів, але завдяки методу порош­кової металургії виробництво їх більш економічне;

• виробництво спечених матеріалів і виробів з них з тон­кодисперсною структурою, формування якої забезпечує різке зростання властивостей матеріалів.

Це переконливо демонструється на прикладі спеченого ком­позита вольфрам — мідь. Процес спікання відбувається при темпе­ратурі 1000 °С, при якій розплавляється лише мідь. Такий композит може недовгий час працювати при температурі, що перевищує тем­пературу плавлення вольфраму, оскільки в процесі експлуатації мідь випотіває і, випаровуючись, забирає тепло, а вольфрам якийсь час зберігає несучу здатність.

Економічність порошкової металургії пов'язана насамперед з еко­номією металу (коефіцієнт використання металу (КВМ) при литті та прокатці може бути менше за 0,6, а для порошкової металургії він завжди більше 0,9). Крім того, виріб з порошку завжди шпаристий, що також дає економію металу, оскільки вага порошкової конст­рукції менша за суцільну і має таку саму несучу здатність.

Дисперсність в структурі порошкового матеріалу, коли розмір частинок менше за 0,2 мкм, забезпечує збільшення межі міцності та текучості порівняно з суцільними матеріалами в декілька разів.

На жаль, порошкова металургія має деякі специфічні недоліки, то стримує її розповсюдження та використання. Так, окремі порошки мають високу вартість, деталі малотоннажні, є обмеження в технологічних процесах виготовлення деталей за формами, роз­мірами тощо.

Основні етапи одержання виробів методом порошкової металургії:

• виробництво порошків;

• формування заготовок;

• нагрів (спікання) заготовок;

• додаткова обробка спечених виробів.

Основні технології виробництва порошків

При виробництві порошків розрізняють дві групи методів: механічні (що не викликають суттєвих змін за хімічним складом) та фізико-хімічні (які здатні до суттєвих фізико-хімічних перетворень).

До механічних методів відносять: операції переводу твердого матеріалу у порошок (різання, дроблення, розмелення, диспергуван­ня ультразвуком) та операції переводу рідкого матеріалу в порошок (розпилення шляхом подрібнення розплавів механічно, відцентро­вими силами, або енергоносієм; сюди відносять і грануляцію).

До фізико-хімічних відносять: методи відновлення хімічних сполук (технологія залежить від типу відновлювача та перебігу процесу), електроліз металів (у водних або у сольових розчинах), термічний розклад хімічних сполук (наприклад, термічна дисоціація), міжкристалеву корозію, термодифузне насичення, сублімацію та кон­денсацію (останню широко використовують при одержанні порошків Zn та Cd).

Проте найчастіше використовують комбіновані методи.

При одержанні порошку із магнієвого литого матеріалу часто використовують різання шляхом фрезерування. Подрібнення здій­снюють за допомогою спеціальних дробарок, які забезпечують сту­пінь подрібнення від 3 до 6. Зазвичай подрібнення є підготовчою операцією. Розмел виконують у млинах різноманітних конструкцій, ступінь подрібнення в яких від 50 до 100. Найчастіше розмел здій­снюють у кульових обертаючих млинах. Тіло, що розмелює, не обов'язково має бути кулькою, але лінійні розміри його повинні бути сумірні.

Для рівноваги кульки на стінці барабана в зеніті число обертів мас досягати критичного значення n_кр = 42,2/ √D, об/хв, де D — діаметр барабана.

В останні роки широко використовують планетарні, вібраційні, вихрові млини та інші.

Властивості порошків

У порошкоподібних матеріалів звичайно враховують три групи властивостей:

• хімічні;

• фізичні;

• технологічні.

Хімічні властивості — це газонасиченість, пірофорність (здатність до займання) та токсичність.

Фізичні властивості — це розміри (частинки за розмірами відрізняються на чотири порядки від часток мікрометра до 1 мм), форма, питома вага (яка не відповідає табличній щільності для ком­пактного матеріалу), питома поверхня та мікротвердість.

Технологічні властивості — це насипна щільність (міра заповнен­ня порошком у стані засипки), текучість (здатність витікати з отвору),­пресовність, формовність (властивість зберігати форму), відсутність опору на розтяг, здатність передачі навантаження в усі сторони (подібно рідині).

Коротко про хімічні властивості. Зміст основного компонента н порошках, як правило, не менше 98 %, інші — домішки. Газові домішки специфічні для порошку і наявні в ньому завжди. Для 10 мкм порошку гарантується, як мінімум, 0,5 % газу, для 1 мкм порошку адсорбційного газу може бути до 5 % і так далі.

Пірофорність оцінюється по температурі займистості та нижній концентраційній межі вибуховості (НКМВ) у грамах на кубічний метр (г/м). Щодо токсичності, то слід пам'ятати, що всі порошки токсичні та шкідливі через їхнє накопичення в організмі та труднощі з їх виве­денням. Токсичність оцінюють за значенням межі допустимої кон­центрації (МДК) у міліграмах на кубічний метр (мг/м³).

становить частки мг/м, для оксиду ванадію МДК = 0,1 мг/м.

Фізичні властивості. Форма частинок звичайно пов'язана з мето­дом одержання порошку. Частинки порошку заліза мають п'ять-шість форм: • округла, сферична правильна форма — для карбонільного методу; • губчаста форма — при розпиленні; • дендритна форма — при електролізі; • осколочна форма — при застосуванні методів механічного подрібнення; • тарільчата форма — при вихровому подрібненні.

Розмір частинок, як зазначалось, коливається від 0,1...0,2 мкм до 1 мм. Оцінюють набір частинок за вузьким розмірним діапазоном, тобто за так званим гранулометричним складом. Для цього вико­ристовують такі методи: ситовий (ґратчастий) аналіз за допомогою бронзових та латунних сіток дозволяє оцінювати мінімальний розмір частинок до 40 мкм; мікроскопічний оптичний аналіз — від 2 до 100 мкм, а електронний — менше 1 мкм. Застосовують також седиментаційний аналіз, пов'язаний з оцінкою властивості осаджу­вання частинок залежно від швидкості, та кондуктометричний, за­снований на оцінці провідності рідини, в яку потрапляють тверді частинки.

Питома поверхня оцінюється поверхнею всіх частинок, що скла­дають одиницю маси, зазвичай це 1 г.

Як пікнометричну рідину дуже часто застосовують гас, який має малу молекулу й активну проникну здатність.

Для виміру щільності застосовують також, наприклад у Франції, і газові пікнометри.

Мікротвердість визначають за допомогою різного типу мікро­твердомірів на мікрошліфах частинок, але готувати такі мікрошліфи, наносити на них, а потім і вимірювати відбитки вельми складно.

Технологічні властивості. Насамперед це насипна (відносна) щіль­ність, під якою розуміють масу одиниці об'єму вільного насипного порошку в грамах на кубічний сантиметр(г/см³).

Текучість — це здатність порошку витікати із отвору. Текучість вважається нормальною, якщо навіска (порція) порошку масою 50 г витікає з отвору діаметром 2,5 мм за 20 с.

Пресовність — це здатність порошку ущільнюватись під дією зовнішнього тиску.

Формовність — це здатність порошку зберігати форму після знят­ім навантаження.

При виробництві матеріалів, напівфабрикатів (брикетів) та виробів із металічних порошків або їхніх сумішей з неметалами у порошкову масу в деяких випадках додають різні технологічні напов­нювачі, наприклад, розчин каучуку в бензині, парафін, віск, спирт, бензол та інші. Такі наповнювачі сприяють оптимізації процесів формування, пресування та прокатці порошкової маси.

На завершальній стадії технології порошкової металургії відбува­ється також процес спікання.

У рамках технології порошкової металургії коротко розглядаються основні процеси надання специфічному порошкоподібному мате­ріалу певної форми, розмірів, щільності та міцності, необхідних для подальших операцій виготовлення деталей.

Найбільше поширена технологія холодного пресування на пресах різних систем. Одностороннє пресування з одним пуансоном засто­совують для виготовлення невисоких виробів простої конфігурації. При цьому щільність по перерізу деталі нерівномірна. Двостороннє пресування (з двома пуансонами, що рухаються назустріч одне одно­му) дає більш рівномірний розподіл щільності за перерізом виробів і дозволяє одержувати деталі з відношенням висоти до діаметру більшим двох. Тиск при холодному пресуванні знаходиться в межах 200... 1000 МПа.

Вироби з більшим відношенням довжини до діаметра (прутки, труби, полоси) одержують методом мундштучного пресування. В цьому випадку матеріал, зазвичай, пластифікують парафіном. Швид­кість витікання пластифікованого порошку досягає 10 мм/с. Щіль­ність по перерізу деталі рівномірна. За цим способом можна виготов­ляти вироби не тільки простого, але й складного профілю.

Гідростатичне пресування застосовують для масивних виробів (до 100 кг). У цьому випадку металічний порошок вміщують в еластичну (резинову, металічну) оболонку і піддають всесторонньому обжиму рідиною в гідрокамерах високого тиску (до 3000 МПа). За цим методом можна одержувати вироби з непластичних матеріалів. За такого пресування деталі мають рівномірну щільність, але часто потребують додаткової механічної обробки.

Вельми перспективне застосування технології прокатки порош­ків. За цим методом одержують одно- та багатошарові пористі та компактні стрічки, смуги і листи завтовшки від 20 мкм до 3 мм із заліза, нікелю, нержавіючої сталі, титану та інших металів, а також із суміші порошків складних сполук.

Поряд з холодним застосовується також і гаряче пресування, тобто суміщення операцій пресування напівфабрикатів і їх спікання. Деталі, одержані гарячим пресуванням, мають високу міцність і щільність. За цим методом в основному виготовляють деталі типу тонких пластин та дисків твердих сплавів і спеціальних вогнетривких матеріалів.

Спікання, як самостійна операція, — це процес термообробки напівфабрикатів при температурі 0,4...0,9 Т_пл основного металу бага­токомпонентної суміші протягом 1...2 год. При спіканні відбуваються складні фізико-хімічні процеси (відновлення оксидів, адгезія, дифузія, рекристалізація і таке інше), які сприяють підвищенню щільності та міцності виробів, зніманню внутрішніх напруг тощо. В результаті спікання відбувається значна усадка матеріалу.

Нагрів при спіканні виконують не тільки струмами високої час­тоти, але й безпосередньо пропускаючи струм між контактами через штапик (заготовку, деталь). Для нагріву також використовують конвеєрні, рольгангові, муфельні та багато інших печей.

Розрізняють такі види спікання: • твердофазні; • рідкофазні; • просочування. При твердофазному температура спікання не пе­ревищує Т_пл одного металу, або, якщо використовується суміш металів, температуру плавлення найбільш легкоплавкого. При рідко-фазному спіканні (за наявності рідкої фази) отримують щільніші вироби з пористістю 1...2 %. За такої технології поверхні твердої фази необхідно добре змочувати рідким металом. Просочування спресова­ного та спеченого каркасу з тугоплавкого металу здійснюється лег­коплавким металом.

Після спікання для одержання кінцевої форми, розмірів і потрібних властивостей вироби з порошкових матеріалів іноді під­дають додатковій обробці (різанню, допресовці, термо- і хіміко-термічній обробці тощо).

Залежно від призначення продукцію порошкової металургії (матеріали та вироби з них) підрозділяють на:

• антифрикційні;

• фрикційні;

• конструкційні;

• фільтраційні;

• електротехнічні;

• твердосплавні.

Антифрикційні матеріали мають стабільний і малий коефіцієнт тертя (0,04...0,06). Пористість таких матеріалів становить від 15 до 35 %. Пори заповнюються маслом, тефлоном або фторопластом. Частіш за все як основу використовують бронзовий або залізний порошок з добавками графіту та інших матеріалів. Бронзографіт за мікроструктурою являє собою зерна твердого розчину олова в міді з вкрапленнями графіту і пop, заповнених мастилом. Після просочування маслом у процесі виготовлення виробів прово­дять, як правило, калібрування, що зменшує поровий канал.

Антифрикційні матеріали використовують для виготовлення підшипникових втулок, вкладишів, які застосовуються в різноманіт­них галузях промисловості (автомобільній, верстатобудівній, авіацій­ній тощо). Такі матеріали можуть працювати при швидкостях тертя під 6 до 30 м/с. Підшипники, в матеріалі яких пори насичені фторо­пластом, можуть працювати в кислих і лужних середовищах при температурах до 280 °С. Підшипники газових та парових турбін, які працюють за ще більш високих температур, виготовляють з анти­фрикційних матеріалів, до складу яких входять порошки хромоні­келевих сталей з домішками дисульфіду молібдену.

У фрикційних матеріалах максимальний коефіцієнт тертя стабільний у всьому діапазоні експлуатаційних температур. Фрик­ційні матеріали з порошків при роботі у маслі мають коефіцієнт тертя від 0,08 до 0,15, а при сухому терті — від 0,3 до 0,7. Пористість таких матеріалів коливається від 10 до 15 %. Основу фрикційних матеріалів становлять складні за хімічним складом композиції міді або заліза з іншими матеріалами. До складу фрикційних матеріалів входять ком­поненти, що являють собою мастило і запобігають зносу матеріалу (свинець, графіт, різноманітні сульфіди та сірчанокислі солі), та компоненти, які надають матеріалу високих фрикційних властивостей (азбест, кварцовий пісок, різні оксиди та тугоплавкі з'єднання). Матеріали, одержані за допомогою порошкової металургії, можуть працювати при швидкостях тертя до 50 м/с і напруженнях до 450 МПа, тоді як традиційні матеріали працюють лише за напружень до 50...60 МПа.

Фрикційні матеріали застосовують в літако-, автомобіле- та екскаваторобудуванні, у гальмівних вузлах і вузлах зчеплення. Особливі вимоги пред'являють до відповідних деталей в літакобуду­ванні. У літаках у момент посадки на вузлах, які піддаються тертю, температура досягає 1100 °С, тому там часто використовують спечені фрикційні металокерамічні матеріали. Енергія тертя знижується за рахунок тепловідводу і високої змащуваності, а тертя створюють неметали типу азбесту та кремнезему. Вельми ефективна для цього металокераміка типу МКВ-50, до складу якої входить від 8 до 10 % С (у вигляді графіту), 4 % ВС (карбід бору), 4 % SiО₂ (кремнезему) та ніші добавки.

На цей час до 60 % продукції порошкової металургії становлять конструкційні матеріали, основу яких складає, як правило, залізний порошок з добавками графіту, міді та інших компонентів. Пористість таких матеріалів знаходиться в межах 5...і3 %. З них виготовляють кулачки, храповики, шарові вставки, корпуси підшипників, зірочки розподільчих валів, деталі обчислювальної техніки (шестерні, привід принтерів тощо). Особливо активно ці матеріали використовуються в автомобілебудуванні. У США при виготовленні одного серійного автомобіля середнього класу витрачається до 16 кг порошко­подібного матеріалу, з якого роблять гайки, фланці, з'єднання пор­шневих груп. При виготовленні ненавантажених та малонавантажених деталей застосовують подвійне пресування, а для високонавантажуваних деталей — динамічне.

Фільтруючі матеріали (фільтри) можна виготовляти з будь-яких порошкових матеріалів. Часто використовують порошки нікелю, срібла, титану, бронзи, нержавіючих сталей та інші матеріали. При спіканні таких порошків (з наповнювачем або при вільній засипці) поровий канал не повинен закриватися, а пористість кінцевого про­дукту має бути не нижча за 25...50 %.

Фільтри з порошкових матеріалів широко використовують в про­мисловості для фільтрації палива, різних мастил і смол, очистки газів та повітря від пилу, фільтрації розплавлених низькоплавких металів, кислот, лугів та інших продуктів хімічної промисловості. В особливих випадках використовують двошарові фільтри (внутрішня частина яких із мілких частинок порошку, а зовнішня — з більш крупних). Спеціальні фільтри можуть затримувати частинки розміром від 0,5 мкм і працювати в діапазоні температур від надзвичайно низьких (- 273 °С) до вельми високих (700...900 °С).

Переваги порошкових фільтрів порівняно з традиційними (тка­нинними, повстяними, картонними та іншими) у тому, що вони міцніші і після забруднення їх можна піддавати регенерації.

До електротехнічних матеріалів відносять електроконтактні та магнітні. Електроконтактні повинні мати низький контактний та перехідний опір, але високу міцність і твердість, тобто це можуть бути композити типу Cu — W та подібні до них. При замиканні таких контактів і виникненні дуги оксид кадмію або мідь випаровується і робить дугу такою, що проводить, внаслідок чого вона загасає. Для цього слід використовувати металокерамічні контакти типу А1 ОМ або А30. Застосовують їх для розривних та ковзаючих контактів, а також у динамомашинах. Спечені розривні контакти забезпечують до 3 млн вмикань.

Магнітні матеріали вельми чутливі до наявності в них домішок, і п зв'язку з цим дія пористості негативна. Магнітом'які матеріали (з малою коерцитивною силою) готують з чистого залізного порошку або порошків на основі оксиду заліза, вони швидко намагнічуються і розмагнічуються. Магнітотверді матеріали (постійні магніти з високою коерцитивною силою) одержують із сумішей порошків І е — Ni, Fe — А1 та інших. На цей час створено такі магнітотверді матеріали, 1 г власної ваги яких може утримувати більше 1 кг наван­таження.

З феритних порошків (оксидні з'єднання типу Fe₂О₃ — МеО) у композиції з 5... 15 % ізоляційних матеріалів (фенольні смоли, силі­кати, каучук та інші) шляхом пресування і спікання одержують також магнітодіелектрики.

Контрольні запитання

1 У чому сутність порошкової металургії?

2 Які науково-технічні завдання вирішує порошкова металургія?

3 Які технологічні методи виробництва порошків відносять до групи механічних?

4 Які технологічні методи виробництва порошків відносять до групи фізико-хімічних?

5 На які три групи підрозділяють властивості порошків, чим вони характеризуються і як оцінюються?

6 Які технологічні процеси здійснюються під час виробництва матеріалів та виробів з порошків?

7 Як класифікується продукція порошкової металургії?

8 Які матеріали порошкової металургії відносять до антифрик­ційних, а які до фрикційних?

9 Які матеріали порошкової металургії відносять до фільтрую­чих?

10 Які властивості мають мати матеріали порошкової металургії, що відносяться до електротехнічних (електроконтактні та магнітні)?

Неметалічні конструкційні матеріа­ли.

До неметалевих матеріалів відносять пластмаси, гуми, деревину, клеї, лакофарбові матеріали тощо. В машинобудуванні неметалеві матеріали широко використовують для виготовлення з них різно­манітних виробів, а також як замінники металів. Неметалеві мате­ріали забезпечують необхідні механічні властивості, хімічну стійкість, водо- та газонепроникність, високі ізоляційні властивості та інші цінні якості.

Пластмаси — це штучні матеріали, які виготовляють на основі органічних полімерних речовин. Ці матеріали здатні при нагріванні розм'якшуватися, ставати пластичними. Тоді під тиском їм можна надати задану форму, яка потім зберігається. Залежно від природи зв'язуючої речовини перехід відформованої маси в твердий стан здійснюється при подальшому її нагріванні або охолодженні. Зв'язуюча речовина є обов'язковим компонентом пластмас. Для більшості пластмас як зв'язуюче використовують синтетичні смоли, рідше — ефірцелюлози. Більшість пластмас, головним чином термо­пластичні, складаються з однієї зв'язуючої речовини (наприклад, поліетилен, органічне скло тощо).

Важливим компонентом пластмас є наповнювач — порошко­подібні, волокнисті та речовини органічного і неорганічного поход­ження. Наповнювачі підвищують механічні властивості, знижують усадку при пресуванні й додають матеріалу відповідних специфічних властивостей (наприклад, фрикційні, антифрикційні).

Для підвищення пластичності в напівфабрикат додають пластифікатори (органічні речовини з високою температурою кипіння і низькою температурою замерзання), наприклад олеїнову кислоту, стеарин, дибутилфталат тощо. Пластифікатори надають пластмасам еластичність, що полегшує їх обробку.

Властивості пластмас залежать від складу окремих компонентів, їх поєднання і кількісного співвідношення, що дає можливість змінювати характеристики пластмас в широких межах.

Залежно від природи зв'язуючої речовини пластмаси поділяють на термопластичні (термопласти) — на основі термопластичних полімерів, і термореактивні (реактопласти) — на основі терморе­активних смол. Термопласти зручні для переробки у вироби, дають незначну усадку при формуванні (1...3 %). Матеріал відрізняється великою пружністю і незначною крихкістю. Термореактивні полі­мери після тверднення і переходу зв'язуючого в термостабільний стан крихкі, часто дають значну усадку (до 10... 15 %) при переробці, тому до їх складу вводять зміцнюючі наповнювачі.

Термопластичні пластмаси. Основу цих пластмас складають полімери лінійної або розгалуженої структури, такі як поліетилен. Термопластичні пластмаси застосовують як прозоре органічне скло, високо- і низькочастотні діелектрики, хімічно стійкі матеріали.

Деталі, виготовлені з таких матеріалів, експлуатуються в обмеже­ному інтервалі температур. При нагріванні до температур вище 60...70 °С починається різке зниження фізико-механічних властиво­стей пластмаси, хоча більш теплостійкі пластмаси можуть використо­вуватися при 150...250 °С. Термостійкі полімери з жорсткими ланцю­гами і циклічною структурою стійкі до 400...600 °С.

Поліетилен — продукт полімеризації етилену, є хімічно стійким. Недоліком його є схильність до старіння. Для захисту від старіння в поліетилен вводять стабілізатори та інгібітори (2 — 3 % сажі уповіль­нюють процеси старіння у 30 разів).

Поліетилен використовують для виготовлення литих труб і пресо­ваних несилових деталей (наприклад, вентилі, контейнери), поліети­ленових плівок для ізоляції дроту і кабелів, чохлів, скління парників, облицювання водоймищ. Крім того, поліетилен використовують як покриття на металах для захисту від корозії, вологи, електричного струму тощо.

Поліпропілен є похідним етилену. Це жорсткий нетоксичний матеріал з високими фізико-механічними властивостями. У порів­нянні з поліетиленом цей пластик більш теплостійкий — зберігає форму до температури 150 °С. Поліпропіленові плівки міцні і більш газонепроникні, ніж поліетиленові, а волокна еластичні, міцні і хімічно стійкі. Недоліком пропілену є його невисока морозостійкість (до —10...—20 °С). Поліпропілен використовують для виготовлення груб, конструкцій і деталей автомобілів, мотоциклів, холодильників, корпусів насосів, різних ємностей тощо.

Полістирол — твердий, міцний, прозорий, аморфний полімер. За діелектричними характеристиками близький до поліетилену, зручний для механічної обробки, добре забарвлюється. Полістирол роз­чиняється в неполярних розчинниках (наприклад, бензолі), водночас він хімічно стійкий до кислот і лугів; нерозчинний в спиртах, бен­зині, маслах, воді. Недоліком полістиролу є його невисока тепло­стійкість, схильність до старіння та утворення тріщин.

Ударостійкий полістирол має у 3...5 разів більшу міцність на удар і у 10 разів більше відносне видовження порівняно зі звичайним полістиролом. З полістиролу виготовляють деталі для радіотехніки, деталі машин і механізмів, ємкості для води і хімікатів, плівки, труби тощо.

Фторопласт — термічно і хімічно стійкий матеріал. Основним представником полімерів, що містять фтор, є поліфторетилен. На­грівання до 250 °С не впливає на його механічні властивості, тому використовувати фторопласт можна до цієї температури. Руйнування матеріалу відбувається при температурі вище 415 °С. Температура склування становить — 120 °С, але навіть при дуже низьких темпера­турах (до —260 °С) пластик не окрихчується. Фторопласт стійкий до дії розчинників, кислот, лугів, окислювачів. Це найбільш високо­якісний діелектрик і його діелектричні властивості в широкому діапазоні температур майже не змінюються. Фторопласт має дуже низький коефіцієнт тертя (f= 0,04), який зберігається до температури 327 °С.

Фторопласт застосовують при виготовленні труб для хімікатів, деталей (вентилі, крани, насоси, мембрани), ущільнюючих прокла­док, манжет, сильфонів, електрорадіотехнічних деталей, антифрик­ційних покриттів на металах (підшипники, втулки).

Органічне скло — це прозорий аморфний термопласт на основі складного ефіру акрилової і метакрилової кислот. Матеріал у два рази легший за мінеральне скло (р = 1,18 г/см³), відрізняється високою атмосферною стійкістю, оптично прозорий (світлопрозорість 92 %), пропускає 75 % ультрафіолетових променів (силікатне скло пропус­кає 0,5 %). При 80 °С органічне скло починає розм'якшуватися, при 105... 150 °С з'являється пластичність, що дозволяє формувати з нього різні деталі.

Недоліком органічного скла є невисока поверхнева твердість. Органічне скло використовують в літако- і автомобілебудуванні. З органічного скла виготовляють світлотехнічні деталі, оптичні лінзи тощо.

Вініпласт — непластифікований твердий полівінілхлорид. Вініпласти мають високу механічну міцність і пружність. З нього виготовляють труби для подачі агресивних газів, рідин і води, захисні покриття для електропроводки, деталі вентиляційних установок, теплообмінників, захисні покриття для металевих ємностей, буді­вельні облицьовувальні плитки. Крім того, вініпластом облицьовують гальванічні ванни. Недоліками цього матеріалу є низька міцність і робоча температура під навантаженням (60...70 °С), великий коефі­цієнт лінійного розширення, крихкість при низьких температурах (/_кр = - Ю °С, /_т = 90...95 °С).

Термореактивні пластмаси. В цих пластмасах як зв'язуючі речовини застосовують термореактивні смоли, до яких іноді вводять пластифікатори, прискорювачі або уповільнювачі та розчинники. Основними вимогами до зв'язуючих речовин є висока здатність до склеювання (адгезія), висока теплостійкість, хімічна стійкість і електроізоляційні властивості, простота технологічної переробки, незначна усадка і відсутність токсичності.

Для виробництва пластмас широко використовують фенол-формальдегідні, кремнійорганічні, епоксидні смоли та різні їх модифікації. Більш високою адгезією до наповнювача володіють епоксидні зв'язуючі речовини, які дозволяють отримувати армовані пластики з високою механічною міцністю. Теплостійкість скло­пластиків при тривалому нагріванні становить: на кремнійорганічному зв'язуючому від 260 до 370 °С, на фенолформальдегідному — до 260 °С, на епоксидному — до 200 °С і на поліамідному зв'язую­чому 280...350 °С.

Важливою властивістю епоксидних смол є здатність їх до твердіння не тільки при підвищеній, але й при кімнатній температу­рах без виділення побічних продуктів з мінімальною усадкою. Це дає імогу виготовляти з них великогабаритні вироби.

Скловолокніти — це матеріали, що складаються зі зв'язуючого — синтетичної смоли і скловолокнистого наповнювача. Скловолокно отримують продавлюванням розплавленої скломаси крізь фільєри (отвори у днищі електропечі). Як наповнювач застосовують суцільне або коротке волокно.

Властивості скловолокна залежать також від вмісту в ньому лугу. До термотривких відносяться кварцеве, кремнеземне, алюмосилі­катне (t_Tm= 1650... 1700 °С) волокна. Скловолокно не горить, хімічно стійке, а також стійке до дії ультрафіолетових променів.

Механічні властивості скловолокна дозволяють пресувати з нього деталі складної форми з металевою арматурою. Матеріал має ізотропні характеристики міцності, набагато вищі, ніж у преспорошків і волокнитів. Застосовують їх для виготовлення силових електро­технічних деталей, деталей в машинобудуванні, для великогабарит­них виробів простої форми (кузови автомашин, човнів, корпуси приладів тощо).

Гетинакс о тримують на основі модифікованих фенольних, аніліноформальдегідних, карбомідних смол і різних сортів паперу. За призначенням гетинакс поділяють на електротехнічний (для пане­лей, щитків) і декоративний, який може мати різні кольори і текстуру (імітує породи дерева). Пластик можна застосовувати при темпера­турі 120... 140 °С. Він стійкий до дії хімікатів, розчинників, харчових продуктів; використовується для внутрішнього облицьовування паса­жирських салонів літаків, залізничних вагонів, кают суден, у виготов­ленні меблів.

Текстоліт (зв'язуюче — термореактивні смоли, наповнювач — бавовняні тканини). Серед шаруватих пластиків текстоліт найбільш здатний поглинати вібраційні навантаження, чинити опір розколю­ванню. Залежно від призначення текстоліти поділяють на кон­струкційні (ПТК, ПТ, ПТМ), електротехнічні, графітизовані, гнучкі, прокладочні. Текстоліт як конструкційний матеріал застосовується для зубчастих коліс, які працюють безшумно при частоті обертання до 30 000 об/хв. Довговічність текстолітових вкладишів підшипників у 10... 15 разів довша за бронзові. Проте робоча температура тексто­літових підшипників невисока (80...90 °С). Вони застосовуються в прокатних станах, відцентрових насосах, турбінах тощо.

Азботекстоліт містить 38...43 % зв'язуючої речовини, решта — азбестова тканина. Азботекстоліт є конструкційним, фрикційним і термоізоляційним матеріалом. Найбільшу теплостійкість має мате­ріал на кремнійорганічному зв'язуючому (300 °С). З азботекстоліту виготовляють лопатки ротаційних бензонасосів, фрикційні диски, гальмівні колодки (без змащення коефіцієнт тертя /= 0,3...0,38, з мастилом /= 0,05...0,07).

Азботекстоліт короткочасно витримує високі температури та за­стосовується як теплозахисний і теплоізоляційний матеріал (протя­гом 1...4 год витримує температуру 250...500 °С і короткочасно — біля 3000 °С).

Склотекстоліт н а фенолформальдегідному зв'язуючому недо­статньо вібраційно-міцний, але порівняно зі звичайним текстолітом він більш теплостійкий і має кращі елекроізоляційні властивості. Склотекстоліти на основі кремнійорганічних смол (СТК, СК-9Ф, СК-9А) мають відносно невисоку механічну міцність, але відріз­няються високою тепло- і морозостійкістю, стійкі до окислювачів та інших хімічно активних реагентів, не викликають корозії металів. Епоксидні зв'язуючі (ЭД-8, ЭД-10) забезпечують склотекстолітам високі механічні властивості, що дає змогу виготовляти з них велико­габаритні деталі. Склотекстоліти на основі ненасичених поліефірних смол (ПН-1) також не потребують високого тиску при пресуванні і застосовуються для виготовлення великогабаритних деталей.

Склопластики можуть працювати тривалий час при 200...400 °С, однак короткочасно — протягом кількох десятків секунд — скло­пластики витримують кілька тисяч градусів. За дії високих темпера­тур поверхневі шари матеріалу вигорають. Теплопровідність плас­тиків у сотні разів менша за метали, тому за короткочасної дії високої температури внутрішні шари матеріалу нагріваються до 200...350 °С зберігають міцність.

Склопластики є конструкційним матеріалом, який використову­ють для силових виробів у різних галузях техніки (несучі деталі літаків, кузови і кабіни автомобілів, автоцистерни, залізничні вагони, корпуси суден). Зі склопластиків виготовляють корпуси машин, кожухи, захисні огорожі, вентиляційні труби, бачки, рукоятки, кон­тейнери тощо.

Дата добавления: 2014-01-07