ТЕМА 1.10. Металеві конструкційні матеріали

Метали і їхні сплави — одні з головних конструкційних матеріалів. Розглянемо їх докладніше.

Чавуни – це сплави залізної руди з вуглецем, з підвищеним змістом останнього, а також з поліпшеними ливарними властивостями й зниженою пластичністю. Розрізняють:

1. Сірий чавун, який є основним ливарним матеріалом. Для нього характерна середня міцність, менша, чим у сталі, через графітові включення, що створюють концентрацію напруг. Має задовільну зносостійкість внаслідок дії графіту.

2 Чавун з кулястим графітом сильно зменшує внутрішню концентрацію напружень, що застосовують при підвищених вимогах до міцності деталі. Його застосовують замість сталей для деталей, що працюють в умовах значних змінних напружень (колінчаті вали двигунів багатьох сучасних тракторів і автомобілів).

3. Білі й вибілені чавуни. Мають весь вуглець у зв'язаному стані, характеризуються високою твердістю (важко обробляється різанням), високою зносостійкістю й жаростійкістю, високим опором корозії. Основні вироби з білого чавуну: деталі, що працюють на зношування - гальмові колодки; деталі, піддані дії полум'я й нагріванню - колосники й т.д.;

4. Ковкий чавун, застосовують для деталей, що вимагають за своєю формою литої заготовки, але що допускають хоча б випадкове ударне навантаження. Назва «ковкий» умовне. Заготовки з ковкого чавуну так само, як і із сірого, одержують тільки виливком; тиском ковкий чавун не обробляють.

Сталі — ковкі сплави заліза з вуглецем і іншими елементами, зміст вуглецю в які не перевищує 2, 14 %, але не менше 0, 02 %. Сталі характеризуються високою міцністю, пластичністю, здатністю добре сприймати термічну або хіміко-термічну обробку. Розрізняють:

1. Вуглецеві сталі, які поділяються в свою чергу на:

Сталі загального призначення.

Сталі якісні конструкційні (ГОСТ 1050-74).

2. Леговані сталі які в свою чергу поділяються на:

Якісні;

Високоякісні;

Особливо високоякісні.

Леговані сталі додатково позначають буквами, що вказують основні легуючі елементи:

У - вольфрам, Г - марганець, Д - мідь, М - молібден, Н - нікель, Р - бор, С - кремній, Т - титан, X - хром, Ф - ванадій, Ю - алюміній. Цифри після букв означають процентний вміст відповідного компонента; якщо воно менш або біля одного відсотка, то цифру не ставлять. Високоякісні леговані сталі додатково відзначають буквою А в кінці позначення. Наприклад, марка 12ХНЗА означає високоякісну сталь із середнім змістом вуглецю 0, 12 %, хрому близько 1 % і нікелю 3 %.

Сплави кольорових металів.Розрізняють наступні сплави кольорових металів:

1. Мідні сплави, які діляться на:

1) Бронзи - всі мідні сплави (олов'яні, свинцеві, алюмінієві, берилієві, кременисті й ін), за винятком латуні; Бронзи мають високі антифрикційні властивості, гарний опор корозії, універсальні технологічні властивості. Добре обробляються різанням.

2) Латуні - мідні сплави, у яких переважним легуючим компонентом є цинк (до 50%). Латуні розділяють на подвійні (сплави Сu - Zn) і складні, утримуючі наступні компоненти: свинець, кремній, марганець, алюміній, залізо, нікель, олово. Характеризуються гарним опором корозії, електропровідністю, достатньою міцністю. Латуні застосовують: для труб, гільз, дроту; для арматур; у приладах; в електричних апаратурах, електромашинобудуванні й т.д.

2. Бабіти — сплави на основі м'яких металів (олова, свинцю, кальцію), що представляють собою високоякісні, антифрикційні підшипникові матеріали низької твердості, що допускають роботу зі значними швидкостями й тисками.

3. Легкі сплави - сплави із щільністю не більше 3, 5 на алюмінієвій або магнієвій основі. Застосування легких сплавів в основному визначається їхньою малою щільністю й значною несучою здатністю на одиницю маси.

Пластмаси - високомолекулярні органічні матеріали (полімери), які дістають на основі синтетичних смол. Для надання пластмасам відповідних властивостей до них додають різні наповнювачі, пластифікатори, затверджувачі, барвники.

До інших неметалевих матеріалів, які використовують для виготовлення деталей машин, можна віднести гуму, шкіру, деревину, графіт, азбест та ін. Гума допускає великі пружні деформації, задовільно гасить коливання і має достатню стійкість проти спрацювання. Її використовують для виготовлення амортизаторів, пружних елементів муфт, приводних пасів, ущілень тощо. Шкіру через високу міцність та еластичність використовують для виготовлення приводних пасів, манжет, прокладок. Графіт використовують для виготовлення електродів, вогнетривких виробів, вкладишів підшипників ковзання, а також як мастило для поверхонь тертя ковзання в з'єднаннях деталей машин.