Композиционные материалы

Студент должен

Знать:

· Свойства и применение порошковых материалов

Карбоволокниты (углепласты) — это композиции из полимерной матрицы и упрочнителей в виде углеродных волокон. Для полимерной матрицы используются полиимиды, эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы. Карбоволокниты КМУ-2 и КМУ-2л на основе полиимидов можно применять при температуре до 300°С. Они водо- и химостойки. Карбостекловолокниты содержат наряду с угольными стеклянные волокна, что удешевляет материал и используют в химической, судостроительной, авиационной промышленности.

Бороволокниты — это композиции из полимерного связующего и упрочнителя — борных волокон. Для получения бороволокнитов применяют модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие, они имеют высокую прочность при сжатии, сдвиге, высокую твердость, тепло- и элекропроводность.

Органоволокниты — это композиции из полимерного связующего и упрочнителей из синтетических волокон. Упрочнителями служат эластичные волокна лавсан, капрон, нитрон и др. Связующими служат полиимиды, эпоксидные и фенолофоомальдегидные смолы. Органоволокниты имеют малую плотность, сравнительно высо­кую удельную прочность и высокую ударную вязкость. Органоволокниты применяют в авиационной технике, электропромышленности, химическом машиностроении и др.

Металлы, армированные волокнами, — композиционные материалы с металлической матрицей и упрочнителями в виде волокон. Упрочнителями служат волокна бора, углеродные волокна, нитевидные кристаллы тугоплавких соединений, вольфрамовая или стальная проволока. Матричный материал выбирают из учета назначения композиционного материала (коррозионная стойкость, сопротивление окислению и др.). В качестве матриц используют легкие и пластичные металлы (алюминий, магний) и их сплавы.

Абразивными материаламиназывают мелкозернистые или порошковые неметаллические вещества (химические соединения элементов), обладающие очень высокой твердостью и имеющие острые режущие грани.

Рис. 5.1 Виды абразивных материалов

Рис. 5.2 Наждачная бумага

Абразивные материалы разделяют на природные (наждак, кварцевый песок, кремень, корунд), которые находят ограниченное применение вследствие неоднородности свойств, и искусственные (синтетический алмаз, электрокорунд, карбид бора, карбид кремния и др.), широко используемые в промышленности. Их используют для получения шлифовальных кругов, сегментов, головок, брусков; гибких шлифовальных и полировальных лент и шкурок, а также в виде полировальных паст. Абразивные зерна используют для гидроабразивной (абразивно-жидкостной), абразивно-импульсной (ультразвуковой) и абразивно-химической обработки твердых сплавов.

Абразивные материалы характеризуются абразивной (режущей) способностью, высокой красностойкостью (1800—2000°С), зернистостью, твердостью и износостойкостью. Абразивная способность — это основной показатель качества абразива. Абразивная способность характеризуется массой снимаемого при шлифовании материала до затупления зерен. По абразивной способности абразивные материалы располагаются в следующем порядке: алмаз, нитрид бора, карбид кремния, монокорунд, электрокорунд, наждак, кремень. Зернистость характеризует размер и однородность зерен.

Абразивные материалы подразделяют на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки и тонкие микропорошки. Материалы каждой группы различаются по номерам зернистости. Зернистость абразивных шлифзерна и шлифпорошков определяют в сотых долях миллиметра, а микропорошков — в микрометрах. По крупности абразивные материалы указанных групп разделяют на 28 номеров:

· шлифзерно 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16:

· шлифпорошки 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3;

· микропорошки М63, М50, М40, М20, М14;

· тонкие микропорошки М10, М7, М5.

Абразивный инструмент. Твердость абразивных инструментов принято обозначать буквами:

· М — мягкий,

· СМ — среднемягкий.

· С — средний,

· СТ — среднетвердый,

· ВТ — весьма твердый,

· ЧТ — чрезвычайно твердый.

Процесс изготовления абразивных инструментов слагается из следующих операций: размола; измельчения абразивных материалов: сортировки по номерам в зернистости; смешивания со связкой и увлажнения; формования для получения определенной формы и размеров изделий; сушки и тепловой обработки.

Связка — цементирующее вещество, которое скрепляет друг с другом абразивные зерна. Связки бывают керамическими, бакелитовыми, вулканитовыми и др. Путем тонкого измельчения и смешивания глины, полевого шпата, кварца и других веществ в определенных пропорциях при­готовляют керамическую связку.

· Искусственная смола — бакелит является основой бакелитовой связки.

· Вулканитовая связка — искусственный каучук, подвергнутый вулканизации для превращения его в прочный, твердый эбонит.

Для зачистки и отделки поверхностей изделий пользуются шлифовальными шкурками. Это бумага или ткань с наклеенными на нее зернами абразивов.

Доводку или притирку и полирование выполняют абразивными и алмазными пастами. Доводку (притирку) осуществляют изготовленным из более мягкого материала, чем обрабатываемая заготовка, притиром с нанесенным на него абразивным порошком или пастой. Притиркой достигается высокая точность обработки и уменьшение шероховатости поверхности.

Пасты состоят из жидких, полужидких или твердых смесей абразивных материалов с добавками химически активных веществ. Все абразивно-доводочные пасты в зависимости от применяемого материала делят на две группы: твердые (алмаз, карбид бора, наждак) и мягкие (окись хрома, окись железа, кварц). Кроме абразивных материалов в состав паст для связки входят: химически активные олеиновая и стеариновая кислоты, парафин, а также скипидар, канифоль и другие вещества.

Алмазы широко применяют для изготовления высокопроизводительных алмазных инструментов, порошков и паст. Алмазные пасты являются наиболее эффективными средствами для выпол­нения доводочных и притирочных работ. Пасты из синтетических или природных алмазов используют для окончательной доводки деталей и изделий.

Рис. 5.3 Пример маркировки шлифовального круга

Маркировка на шлифовальном круге ПП450Х50Х1273АЗЭ50С1Б означает:

· ПП — круг плоский прямоугольного профиля;

· 450 — наружный диаметр круга;

· 50 — высота круга;

· 127 — диаметр отверстия круга (все размеры в миллиметрах);

· ЗАЗ — Златоустовский. абразивный завод;

· Э — электрокорунд;

· 50 — зернистость;

· С1 — средняя твердость 1;

· Б — бакелитовая связка.

Для изго­овления абразивных кругов используют естественные минералы — алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранат — и искусственные — электрокорунд нормальный (Э), электрокорунд белый ЭБ), монокорунд (М), карбид кремния зеленый КЗ) и черный (КЧ), карбид бора, борсиликокарбид, электрокорунд хромистый (ЭХ), электрокорунд титанистый (ЭТ).

Алмазные круги используют для шлифования заготовок из твердых сплавов и высокотвердых материалов. Круг состоит из корпуса, изготов­ленного из алюминия, пластмассы или стали, и алмазоносного слоя толщиной 1, 5—3 мм.

Технологические жидкости - это вспомогательные вещества, которые служат для ускорение технологических операций. К ним относят смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) — сульфофрезол, эмульсолы, ОСМ-3 и др. СОЖ служат для облегчения процессов обработки металлов резанием или давлением за счет создания смазывающей пленки, уменьшения трения заготовки об инструмент и улучшения отвода тепла.

Сульфофрезол состоит из минеральной масла с добавками фосфора, серы и хлора, которые вводят для активизации смазок. Под влиянием высоких температур и давлений, возникающих на контактных поверхностях инструмента с обрабатываемой резанием заготовкой, образуются химические соединения — фосфиды, сульфиды, хлориды, снижающие трение, что улучшает качество обработанной поверхности.

Эмульсия водная — смазочно-охлаждающая жидкость, в состав которой в определенной пропорции входят: вода; масло; ингибитор коррозии (нитрит натрия) — вещество, устраняющее или понижающее коррозионные свойства жидкости; поверхностно-активные вещества, повышающие смачивающие свойства жидкости, и эмульгаторы, способствующие длительному хранению эмульсии и предотвращающие ее разделение на воду и масло (желатин). Водную эмульсию широко применяют при черновой и получистовой обработках заготовок резанием, когда требуется сильное охлаждающее действие жидкости.

Моющие средства — синтетические моющие средства (CMC), растворяюще-эмульгирующие средства (РЭС) и растворители. Эти средства предназначены для очистки деталей и изделий от различных загрязнений, мешающих проведению технологических операций

Растворители — ацетон, хлорированные углеводороды (трихлорэтилен, тетрахлорэтилен) — применяют в специальных процессах очистки.