Перевести страницу
0
Корзина пуста

Машиностроительное предприятие - цех металлообработки, станочные работы любой сложности

Статьи

Подписаться на RSS

Классификация пластмасс

Пластмассы, в состав которых входят полимеры линейной и разветвленной формы, относятся к термопластичным (термопласты). Термопласты при нагревании размягчаются (ВЯЗКИЙ), при охлаждении вновь затвердевают. Этот процесс обратим, поэтому термопласты можно подвергать повторной переработке, использовать в качестве химически стойких и диэлектрических материалов, прозрачных органических стекол. Детали из термопластов выдерживают органическую рабочую температуру (при нагреве выше 60 – 70°С резко снижаются механические свойства). Представителями термопластов являются фторопласты, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др. Например, фторо-пласт-4 используется как конструкционный материал для изготовления труб (для химикатов), деталей насосов, вентилей, уплотнительных прокладок, манжет, электрорадиотехнических и антифрикционных деталей.

Пластмассы на основе термореактивных смол называются термореактивными (реактопластами). Реактопласты изготавливаются на основе фенолформальдегидных, кремнийорганических и эпоксидных смол, отличаются более высокими рабочими температурами; однако при нагревании разрушаются, а при охлаждении их свойства не восстанавливаются (СТЕКЛООБРАЗНЫЙ). Реактопласты подразделяются по виду наполнителя на порошковые, волокнистые и слоистые.

Порошковые пластмассы характеризуются невысокой механической прочностью. Из них изготавливают несиловые конструкции – рукоятки, детали приборов, а также различную инструментальную оснастку, корпуса приспособлений, формовочные штампы.

К пластмассам с волокнистыми наполнителями относятся волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты. Волокниты являются композиционным материалом из очесов хлопка, пропитанных фенолформальдегидной смолой. Из них изготавливают различные детали (шкивы, маховики, стойки, фланцы, рукоятки и др.). Асбоволокниты – композиции из волокнистого асбеста и фенолформальдегидной смолы. Асбоволокниты обладают повышенной теплостойкостью, устойчивостью к кислым средам и высокими фрикционными свойствами.

Стекловолокниты состоят из синтетической смолы и наполнителя – стекловолокна. Они обладают высокой прочностью и ударной вязкостью, могут работать в широком диапазоне температур; используются для изготовления точных деталей любой конфигурации (золотники, корпуса приборов и др.).

Слоистые пластмассы представляют собой композиции, состоящие из термореактивных смол и листовых наполнителей. Выпускаются в виде листов, плит, труб, из которых механической обработкой получают различные детали. Охарактеризуем некоторые слоистые пластмассы.

Гетинакс (наполнитель – бумага) выпускают электролитический (панели, щетки и т. д.) и декоративный. Устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов. Используется как облицовочный материал.

Текстолит (наполнитель – хлопчатобумажные ткани) сравнительно прочен, хорошо обрабатывается резанием, обладает антифрикционными и электроизоляционными свойствами. Из текстолита изготавливают различные детали, в том числе зубчатые колеса, подшипники скольжения.

Стеклотекстолиты (наполнитель – стеклянные ткани) на основе фенолформальдегидных смол более теплостойки и имеют повышенные диэлектрические свойства по сравнению с текстолитом. Стеклотекстолиты как конструкционные материалы широко используются для изготовления силовых деталей корпусов, кузовов, кабин вагонов, судов, машин и др.

Мнемосхема

Состав и свойства пластмасс

Композиционные (сложные) пластмассы состоят из нескольких компонентов. Рассмотрим роль основных компонентов. Полимеры (Пм) – обязательный основной элемент пластмассы. Наполнители (Нп) вводят в состав пластмассы для увеличения прочности, твердости, уменьшения усадки. Например, стеклоткань повышает прочность, древесная мука снижает усадку и удешевляет материал и т. п.

Пластификаторы (Пл) повышают пластичность, эластичность, уменьшают жесткость, облегчают обработку пластмасс (например, дибутилфталат повышает пластичность поливинилхлорида).

Красители (Кр) служат для декоративных целей – окраски Материала в нужный цвет (минеральные пигменты и спиртовые Растворы органических красок).

Стабилизаторы (Стаб) способствуют сохранению пластмассами их первоначальных свойств (например, сажа повышает стойкость полиэтилена против старения).

Отвердители (Отверд) служат для перевода пластмассы из жидкого в твердое состояние (например, малеиновый ангидрид отверждает жидкую эпоксидную пластмассу)

Пластмассы широко применяются в технике, так как являются прогрессивными и часто незаменимыми материалами. Это обусловлено их ценными физико-механическими, химическими и технологическими свойствами.

Плотность пластмасс колеблется (для большинства) от 1000 до 2000 кг/м3, что в среднем в 5 – 8 раз меньше, чем у стали, меди, и в 2 раза ниже, чем у алюминия. Низкая плотность (ρ <) пластмассовых изделий ведет к снижению массы конструкций. Механическая прочность (σв) пластмасс зависит от вида наполнителя. Прочность стеклопластиков выше прочности низкоуглеродистых сталей. Волокнистые и слоистые пластмассы хорошо сопротивляются ударным нагрузкам.

Антифрикционные (fтр <) и фрикционные (fтр >) свойства пластмасс позволяют применять их для изготовления деталей, работающих в условиях трения (изготовление подшипников скольжения и фрикционных дисков, тормозных колодок) Например, у фторопластов, текстолитов, ДСП коэффициент трения низок, что повышает износостойкость деталей; асботекстолиты и асбоволокниты имеют высокий коэффициент трения.

Пластмассы являются хорошими диэлектриками (ДИЭЛ >). Наилучшие из них – фторопласт, полиэтилен, полистирол.

С применением пластмасс уменьшаются материалоемкость машин (Кн.м. >), затраты на изготовление деталей. Экономичность использования пластмасс в производстве выражается в снижении себестоимости изделий (Сс <), так как уменьшаются потребности в оборудовании и эксплуатационные затраты.

Пластмассы имеют ряд недостатков: низкая ударная вязкость и невысокая теплостойкость по сравнению с металлами и сплавами, а также склонность к старению.

Мнемосхема

Сведения о полимерах

Пластические массы (пластмассы) представляют собой искусственные материалы, полученные на основе органических высокомолекулярных веществ – полимеров.

Полимерами называют вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев (мономеров), имеющих одинаковое строение (структуру) Молекулярная масса полимеров составляет от 5000 до 1000000. Полимеры часто называют смолами или связующими веществами.

Число элементарных звеньев (мономеров), повторяющихся в макромолекуле полимера, называют степенью полимеризации п. В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получить вещества с различными свойствами.

Рассмотрим в качестве примера реакцию полимеризации, при которой из этилена образуется высокомолекулярное вещество – полиэтилен. Полиэтилен со степенью полимеризации n = 20 (короткие цепи) является жидкостью, обладающей смазочными свойствами; при n = 1500 – 2000 (длинные цепи) полиэтилен представляет собой твердый, но пластичный и гибкий материал, используемый для изготовления пленок, эластичных труб, емкостей; при n = 5000 – 6000 полиэтилен является твердым веществом, пригодным для отливки различных изделий.

Полимеры по своему происхождению могут быть природными (натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит, янтарь и др.) и синтетическими, получаемыми в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений в результате реакций полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация состоит в последовательном соединении одинаковых молекул в более крупные. Название полимера складывается из приставки «поли» и названия мономера (полиэтилен, полистирол и др.).

Поликонденсация – это химический процесс образования полимеров из низкомолекулярных соединений, сопровождающийся выделением побочных веществ (воды, аммиака, хло-роводорода и др.).

Например, в результате поликонденсации фенола с формальдегидом образуются фенолформальдегидные смолы. На основе этих полимеров получают пластмассы-фенопласты (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс и др.).

Мнемосхема

Минералокерамические сплавы

Минералокерамические сплавы представляют собой недорогостоящие инструментальные материалы, из которых изготавливают пластины овальной, круглой, призматической формы Пластины крепят к державкам инструментов гайкой или механически

Минералокерамические материалы имеют высокую твердость, теплостойкость и износостойкость, что позволяет вести обработку на высоких скоростях резания. Недостатком минералокерамических сплавов является их большая хрупкость (предел прочности при изгибе в 2 – 3 раза ниже, чем у твердых спеченных сплавов), что определяет их применение в основном при получистовой и чистовой обработке.

К минералокерамическим твердым сплавам относятся микролит ЦМ332, белая керамика (100% Al2O3; при чистовой обработке заменяет твердые сплавы ВК4, ВКЗ-М, Т30К4): черная керамика ВОК-60 (60% Al2O3, 40% карбиды тугоплавких металлов; используемся при чистовом точении сталей и высокопрочных чугунов).

Технология изготовления микролита: при прокаливании глинозема образуется корунд Al2O3, его измельчают, добавляют оксид магния для связки и предупреждения роста зерен во время спекания, прессуют и спекают при 1750°С. Пластины микролита приклеивают теплостойким клеем, припаивают или крепят механически к державкам инструментов.

Микролит тверд (Н >), теплостоек (1200°С), износостоек (ИЗНОС <), менее склонен к слипанию с обрабатываемым материалом, химически стоек (менее окисляем).

Существенными недостатками микролита являются низкие ударная вязкость (КС <<) и сопротивление изгибу (σизг <), выкрашиваемость, чувствительность к резким перепадам температуры. Например, быстрый нагрев и неравномерность охлаждения приводят к появлению трещин на пластинах.

Резцами, оснащенными микролитовыми пластинками, можно производить получистовое и чистовое точение конструкционных и легированных сталей (Ст), серых (СЧ) и других чугунов, цветных металлов (Цм) и их сплавов, неметаллических материалов (Нм).

Мнемосхема

Наплавочные твердые сплавы

Наплавочные твердые сплавы (НАПЛАВ), нанесенные на поверхность деталей и инструментов, увеличивают их износостойкость, жаростойкость и другие свойства в 8 – 12 раз. Различают литые, электродные и зернообразные наплавочные сплавы.

Литые твердые сплавы (ЛИТ) получают путем отливки в виде прутков диаметром 5 – 7 мм и длиной 250 – 300 мм; к ним относятся стеллиты и сормайты. Стеллиты предназначены для газовой или дуговой наплавки на поверхности различных деталей машин для повышения износостойкости и коррозионной стойкости. Сормайты наплавляют на поверхности штампов, центров токарных станков и других изделий с целью повышения износо-, жаро- и коррозионной стойкости.

К зернообразным твердым сплавам (ЗЕРНО) относятся сталинит, вокар (вольфрам и углерод) и боридные смеси (основные компоненты – хром, бор, углерод, железо). Зернообразные твердые сплавы предназначены для дуговой наплавки неплавящимся электродом износостойкого слоя на детали машин, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания (буровые долота, зубья экскаваторов, ножи бульдозеров, лопасти вентиляторов-дымососов, детали земснарядов и др.). Твердость наплавленного слоя сталинитом свыше 56HRCэ., боридной смесью – более 63HRCэ.

Электродные твердые сплавы (ЭЛЕКТРОД) изготавливают в виде прутков диаметром 4 – 8 мм и длиной 300 – 500 мм. Такие прутки используют для наплавки износостойкого слоя на детали машин, работающие в условиях ударных нагрузок, абразивного изнашивания, коррозии, эрозии, при повышенных температурах или в агрессивных средах. Твердость наплавленного слоя свыше 46HRCэ.

Мнемосхема

Твердые спеченные сплавы группы ТК и ТТК. Безвольфрамовые твердые сплавы

Титановольфрамовые твердые сплавы (ТК) состоят из зерен карбидов титана, карбидов вольфрама и кобальта в качестве связующего. В обозначении сплавов число после буквы Т показывает процентное содержание карбида титана, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах. В сплаве Т5КЮ содержится 5% карбида титана, 10% кобальта и 85% карбида вольфрама.

Для сплавов титановольфрамовой группы характерна зависимость механических свойств от соотношения карбидной и связывающей фаз, а также от зернистости карбидов титана и вольфрама. Чем меньше в сплаве ТК кобальта, тем выше износостойкость при одновременном снижении эксплуатационной прочности. С увеличением содержания кобальта вязкость сплавов увеличивается.

Сплавы ТК более износостойки, чем сплавы ВК, но менее вязки, имеют меньший коэффициент трения и меньшую склонность к слипанию со стальной стружкой, поэтому применяются при обработке стальных заготовок, образующих сливную стружку.

Сплавы ТК с большим содержанием карбидной фазы применяют при чистовой (ЧИСТО) обработке с малым сечением среза, сплавы с меньшим содержанием карбидной фазы используют при черновой (ЧЕРНО) обработке (при неравномерном сечении среза и прерывистом резании).

Примеры использования сплавов ТК: Т30К4 — чистовое точение сталей; Т15К6 — получистовое точение при непрерывном резании; Т5КЮ — черновое точение при неравномерном сечении среза.

Титанотанталовольфрамовые сплавы (ТТК) состоят из зерен карбидов вольфрама, титана, тантала со связующим кобальтом. Например, сплав ТТ7К12 состоит из 4% карбидов титана, 3% карбидов тантала, 12% кобальта и 81% карбидов вольфрама.

Сплавы ТТК характеризуются высокими эксплуатационной прочностью и сопротивлением ударам (УДАР >) при умеренной износостойкости. Эти сплавы применяют при черновой и чистовой обработке труднообрабатываемых материалов, в том числе жаропрочных сплавов и сталей.

Наряду с перечисленными разрабатываются и внедряются в производство безвольфрамовые твердые сплавы, которые позволяют экономить дефицитные вольфрам и кобальт.

Твердый сплав карбонитрид титана КНТ-16 (84% TiCN) на молибдено-никелевой связке (16% MoNi) можно применять взамен сплава Т15К6 при чистовой обработке сталей и чугунов.

Твердые сплавы ТНМ-20, ТНМ-25, ТНМ-30 (карбиды титана со связующими никелем и молибденом) рекомендуется использовать при обработке меди, никеля и других материалов.

Мнемосхема

Сведения о твердых спеченных сплавах. Твердые спеченные сплавы группы ВК

Твердые спеченные сплавы (ВК, ТК, ТТК) представляют собой сплавы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, ТаС), связанных с кобальтом. Получают их методом порошковой металлургии. Технологический процесс изготовления изделий из твердых сплавов состоит в образовании карбидов соответствующих металлов, их размоле на шаровых мельницах до получения частиц размером ~ 5 мкм, замешивании смеси с пластификатором, сушке, прессовании в прессформах и последующем спекании (ПЕЧЬ) сформованных изделий при температуре, достигающей 1500°С.

Благодаря высокой твердости (Н >) и износостойкости (ИЗНОС <) при высокой теплостойкости (Т° >) твердые сплавы широко используются для инструментов при обработке незакаленных, закаленных и труднообрабатываемых материалов (стекла, мрамора и др.).

Твердые сплавы выпускают в виде стандартных пластин различной формы для оснащения соответствующих инструментов (резцов, фрез, сверл и др.) и различного фасонного инструмента (метчиков, сверл и др.).

ГОСТ 3982-74 (СТ СЭВ 1251-78) регламентирует выпуск твердых сплавов трех групп: вольфрамовой (ВК), титановольфрамовой (ТК), титанотанталовольфрамовой (ТТК).

Твердые сплавы вольфрамовой группы (ВК) состоят из зерен карбидов вольфрама (Н7С), связанных кобальтом (Со). Их маркируют буквами ВК и числами, обозначающими процентное содержание кобальта. В некоторых марках сплавов вольфрамовой группы после чисел следуют буквы, характеризующие особенности их изготовления (например, В – крупнозернистая структура, М – мелкозернистая структура, ОМ – особо мелкая структура, ВК – особо крупная структура).

Механические свойства сплавов ВК зависят от соотношения в них карбидов вольфрама и кобальта, а также от крупности карбидных зерен. Например, сплав ВКЗ наиболее износостоек, у сплава ВК25 меньше твердость, но значительно выше вязкость.

Сплавы вольфрамовой группы как относительно более вязкие по сравнению со сплавами титановольфрамовой группы применяют при обработке заготовок из чугунов, цветных металлов, их сплавов и неметаллических материалов.

Сравнительная характеристика сплавов ВК6-В, ВК6-М, ВК6-ОМ, имеющих твердость соответственно 87,5; 90,0; 90,5 HRA, показывает зависимость механических характеристик от размеров зерен карбидов вольфрама (измельчение зерен приводит к увеличению износостойкости, но снижению вязкости).

Сплавы ВК с большим содержанием карбидов вольфрама более тверды, но менее вязки, поэтому могут применяться в условиях, когда ударные нагрузки при обработке отсутствуют (чистовая или отделочная обработка). Если же в процессе резания возможны ударные нагрузки (УДАР) (черновая обработка), то следует использовать сплавы ВК с повышенным содержанием кобальта, обладающие повышенной вязкостью.

Примеры назначения сплавов ВК: ВКЗ – чистовое точение, нарезание резьбы, развертывание; ВК8 – черновое точение, волочение и калибровка труб; ВК25 – изготовление быстроизнашивающихся деталей машин, штампового инструмента.

Мнемосхема

Диффузионная металлизация

Химико-термическая обработка, состоящая в насыщении поверхностных слоев изделий металлом, а также кремнием, называется диффузионной металлизацией (ДИФФУЗ → Ме). Получили распространение процессы насыщения деталей алюминием (алитирование), хромом (хромирование), цинком (цинкование), кремнием (силицирование) и др.

Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности стальных изделий алюминием. При этом атомарный алюминий (Alатом) диффундирует в кристаллическую решетку железа, а также образует фазу FeAl. На поверхности детали возникает пленка Аl203. В результате алитирования изделия приобретают высокую окалиностойкость и коррозионную стойкость в атмосфере и морской воде. Однако износостойкость алитированных поверхностей низкая. Алитированию подвергают изделия, работающие при высоких температурах (клапаны, чехлы, термопар и др.).

В промышленности используют алитирование с помощью порошкообразных смесей. Детали укладывают в стальные или нихромовые ящики вместе с порошкообразными смесями и нагревают до 1000°С в течение ~ 10 ч, толщина слоя достигает 0 5 мм. Пояерхностная твердость до 500 HV

Хромирование – диффузионное насыщение хромом поверхностных слоев стальных изделий при нагреве с целью повышения коррозионной стойкости, окалиностойкости, а также твердости и износостойкости (для сталей, содержащих более 0,3%С). Процесс может производиться в порошкообразных смесях, газовой среде и жидких ваннах. Хромированию подвергают детали, работающие в условиях трения в агрессивных средах, калибры, режущие инструменты и др. Параметры процесса хромирования в порошковых смесях (50% феррохрома, 48% Al2O3, 2% NH4Cl): нагрев до 1000°С, продолжительность процесса 10 ч, глубина 0,1 мм, твердость слоя 1300 HV.

Цинкование заключается в диффузионном насыщении поверхности стальных изделий цинком с целью повышения коррозионной стойкости в атмосфере, горячих газах, нефтепродуктах. Способы цинкования: горячее (погружение в расплавленный цинк), в порошке цинка, в парах цинка.

Силицирование – насыщение поверхностного слоя стальных изделий кремнием с целью повышения их антикоррозионных свойств. Способы силицирования: в порошкообразных смесях, газовое. Силицированию подвергают детали машин для Нефтяной и химической промышленности.

Мнемосхема

Цианирование. Нитроцементация

Цианирование (ЦИАНИРОВАН) и нитроцементация (НИТРОЦЕМЕНТ) заключаются в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделия азотом и углеродом одновременно (Сатом + + Nатом). Высокотемпературное цианирование производят при 800 – 950°С в ваннах с цианистыми солями. Его применяют для деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей. Затем следует термообработка (закалка и низкий отпуск). Высокотемпературная нитроцементация происходит в газовой среде при 800 – 950°С с последующей закалкой и низким отпуском.

При цианировании используются ядовитые цианистые соли. Высокотемпературное цианирование может быть произведено в составе 50% NaCH + 50% NaCl (850°С, глубина обработки 0,2 мм в течение 0,5 ч). После цианирования повышаются поверхностная твердость, износостойкость и коррозионная стойкость. Достоинство высокотемпературного цианирования – небольшая продолжительность процесса и отсутствие коробления сложных деталей.

Высокотемпературная нитроцементация производится в газовой среде (ГАЗ). При 850°С можно получить глубину слоя 0,5 мм за 7 ч, при этом поверхностная твердость после закалки и низкого отпуска составит при мерно 60HRCэ

Нитроцементация по сравнению с цианированием является более продолжительным процессом, однако безвредность, возможность регулирования содержания насыщающих элементов, невысокая стоимость сделали его широко распространенным процессом.

Мнемосхема

Азотирование

Азотирование – процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхности изделия азотом при нагревании в среде аммиака. Аммиак при нагревании распадается с выделением атомарного азота NH3 → 3H +Nатом, который проникает в поверхностные слои, образуя нитриды MeN (Fe2N, Fe4N, AlN, VN, TiN и др.).

После азотирования повышаются поверхностная твердость (Н >), износостойкость (ИЗНОС <), коррозионная стойкость изделий (КОРРОЗИЯ >). Азотированию подвергаются стали конструкционные легированные (40Х, 38Х2МЮА и др.) и инструментальные (X12М, Х6ВФ и др.).

Рекомендуемый режим азотирования конструкционной легированной стали 38Х2МЮА; температура азотирования 500°С, продолжительность выдержки 50 ч, толщина и твердость азотированного слоя соответственно 0,5 мм и 1000 HV.

Мнемосхема