Машиностроительные материалы. Снижение материалоемкости конструкции — важный источник

Машиностроительные материалы. Снижение материалоемкости конструкции - важный источник повышения эффективности общественного производства. Пути экономии материалов: - выбор оптимальной схемы машины и узла; - уточнение расчетов и снижение коэффициентов безопасности ; - выбор оптимальных типов и конструктивных исполнений деталей; - выбор оптимальных материалов и их термической обработки; - применение прогрессивных технологий и приближение форм деталей к формам наиболее простых и дешевых заготовок

Конструкционными называют материалы, обладающие прочностью и применяемые для изготовления конструкций, воспринимающих силовую нагрузку. Конструкционные материалы подразделяют на металлические, неметаллические и композиционные. Металлы, которые подразделяют на черные и цветные.

Чугуны. - железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2, 14%. Серый чугун- основным литейным материалом. Серый чугун обозначается буквами СЧ и числовым значением временного сопротивления при растяжении в кгс/мм 2, например, СЧ 15 означает серый чугун с временным сопротивлением при растяжении 15 кгс/мм 2 (150 МПа).

Белые или отбеленные чугуныхарактеризуются высокой твердостью , высокой износостойкостью и жаростойкостью, высоким сопротивлением коррозии. Ковкий чугун обозначают буквами КЧ и значениями временного сопротивления при растяжении (кгс/мм 2) и относительного удлинения при разрыве (%). Название «ковкий чугун» условно. Для получения чугунов со специальными свойствами в состав вводятся различные легирующие элементы и модификаторы.

Стали -железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода менее 2 %. Классификация сталей I По применению: ØКонструкционные ØИнструментальные II По химическому составу: ØУглеродистые легированные

Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества Ст. 0, 1, 2……. . 6(7) Содержание углерода: 0, 23 0, 64 %С Конструкционные углеродистые стали улучшенного качества Ст. 0, 8; 10; 15; 20………………до 65 и далее через 5% Цифры обозначают содержание С в СОТЫХ долях процента

Углеродистые инструментальные стали У 7, 8, 9 …………… 12 Содержание С отражено в десятых долях процента 0, 7 %С 1, 2 %С ОТЛИЧИЕ: У 7 и У 7 А : А обозначает улучшенное качество Улучшенное качество – лучшая очистка по сере и фосфору S ≤ 0, 025 Р ≤ 0, 025 Быстрорежущие стали Р 6, Р 9 Р 18 Р 6 М 5 Р -% вольфрам М - молибден

Маркировка стали 45 ХН 2 МФ 30 ХМА 0, 45 %С 0, 3 %С ≈ 1% хрома 30 ХГСА – Ш 0, 3 %С ≈ 1% хрома ≈ 2% никеля ≈ 0, 2% молибдена ≈ 1% марганца ≈ 0, 2% молибдена А – улучшенное качество ≈ 1% кремния ≈ 0. 2% ванадия А – улучшенное качество Ш – особовысококачественная сталь

Цветные металлы и сплавы. Медь, цинк, олово, свинец, алюминий, титан, магний и др. Сплавы на основе меди - латуни и бронзы Латуни – двойные или многокомпонентные сплавы, основным легирующим элементом является цинк. ЛЖМц59 -1 -1, это железомарганцовистая латунь имеющая 59% меди, 1% желез и 1% марганца, остальное –цинк. Бронзы- медные сплавы с легирующими элементами. Бр ОЦСН 3 -7 -5 -1; это бронза содержащая 3% олова, 7% цинка, 5% свинца, 1% никеля, остальное –медь.

Сплавы на основе мягких металлов (олова, свинца, кальция ), называются баббитами. Баббиты обозначаются буквой «Б» и цифрой, показывающей содержание олова в процентах. Легкие сплавы - это сплавы на алюминиевой и магниевой основе с плотностью не более 3, 5. Основными литейными алюминиевыми сплавами являются силумины - сплавы с кремнием (до 20 %) и другими компонентами. Основной деформируемый алюминиевый сплав– дюралюминий: сплав Al-Cu-Mg-Mn.

Композиционные и неметаллические материалы. Композиционные материалы – это композиции из высокопрочных волокон на металлической, полимерной и керамической основе. Их эффективность обуславливают: - высокая прочность материалов в малых сечениях; -возможность использования нитевидных кристаллов (усов) с прочностью, приближающейся к теоретической; -малая чувствительность к концентрации напряжений в связи со структурой, затрудняющей распространение трещин.

В неметаллических композиционных материалах применяют тонкие волокна углерода, бора, сапфира Al 2 О 3, карбида кремния Si. С, а также стальную тонкую проволоку. Прочность монокристаллов может достигать 1/30 и 1/6 от модуля упругости, т. е. до 30… 40 тысяч МПа. Стеклянные нити диаметром 1 мкм рвутся при напряжении 10000 МПа, а диаметром 3… 5 мм – всего при 30… 50 МПа. В СТВОЛАХ ДЕРЕВЬЕВ И СТЕБЛЯХ РАСТЕНИЙ ВКЛЮЧЕНЫ ПРОЧНЫЕ ТРУБКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ: В КОСТЯХ ЧЕЛОВЕКА – ПРОЧНЫЕ НИТИ ИЗ ФОСФАТНЫХ СОЛЕЙ

Неметаллические материалы (дерево, кожа, резина, графит, пластмассы и др. ). Пластмассы состоят из 40 -70% «несущих» компонентов (наполнителей) в виде волокон (текстильных, стеклянных, асбестовых, базальтовых), ткани, бумаги, муки и др. и связующих, на основе природных и синтетических полимеров. Резина – материал на основе натурального или искусственного каучука. Графит применяют в качестве электродов, огнеупорных изделий, антифрикционных изделий, в частности для подшипниковых втулок и вкладышей.

Отечественными учеными разработаны материалы, получаемые из расплавов базальтовых горных пород, и технологии производства из них изделий. По признанию ведущих специалистов мира базальтовые материалы являются материалами ХХ 1 века.

Наименование изделия Трубы бесшовные, усл. толщина стенки 10 мм Трубы сварные из нержавеющей стали 12 Ч 18 Н 10 Т, толщина стенки 5 мм Трубы базальто – пластиковые, толщина стенки 5 мм Срок эксплуатации, лет Вес 1 п. м. , кг 3… 7 128, 2 30 65, 0 60… 100 15, 0 Цена 1 п. м. . % 80 Трудоемк. сборки, в у. е. 5… 6 240 5… 6 100 1… 5

НАНОТЕХНОЛОГИЯ Нанотехнология оперирует атомами. ( нано» - в переводе с греческого «карлик» - или миллиардной доли чего – либо). Ученые всего мира, в том числе и представители МИСи. С. –создают новые материалы, обладающие уникальными свойствами. Так американские ученые создали бумагу из нановолокна. Она как обыкновенную бумагу, но обладает уникальными свойствами: стойкостью к химическому воздействию и огню – она выдерживает температуру до 7000 С, т. е. является хорошим огнеупорным материалом.

Создана углеродная пленка толщиной в один атом. Ее нужно сложить в 200 тысяч слоев, чтобы достичь толщины волоса человека. Вероятная область применения – компьютерная техника, где углеродная пленка может заменить используемый в транзисторах кремний. Новый материал называется «графен» . Открыты углеродные нанотрубки – свернутые в трубочки графитовые слои наноразмеров. Прочность нанотрубок в 50… 100 раз больше, чем у высококачественной стали. Они не только прочны, но и гибкие: при воздействии напряжений больше критических они не ломаются, а перестраиваются. А еще они обладают особыми электрическими, оптическими и магнитными свойствами. В зависимости от своей формы могут быть как проводниками, так и полупроводниками.

Так, в США планируют к 2010 году создать ракету, способную летать со скоростью 10 км/с. Бронеформа американского солдата, сделанная из наноматериалов, будет в сотни раз прочнее стали. Умные самолеты-роботы уменьшатся до размеров 3… 10 метров, а летающие устройства размером с муху – робомухиокажутся незаменимыми для получения разведданных. Летящие на высоте метра от земли с невероятной скоростью (примерно 10 км/с) такие устройства не могут быть обнаружены ПВО. NASA разрабатывает проект космического лифта, описанного еще Циолковским. В Тихом океане, в районе экватора, устанавливается гигантский трос, по которому на околоземные станции будут доставлятся все необходимые грузы. Построить трос предполагается с помощью нанотрубок. А космические корабли- и вовсе выращивать из атомов по принципу самосборки.

Наноразмерные порошки специального состава можно добавлять в узлы трения всех основных видов оборудования. Суспензия с нанопорошками позволяют увеличить компрессию двигателя, снизить вибрацию, выравнить работу цилиндров, экономить топливо на 10… 15%, до 50% сокращать вредные выбросы. Один из предвестников нанотехнологической эры, отец водородной бомбы, лауреат Нобелевской премии Теллер сказал: « Тот, кто первым освоит нанотехнологии, тот захватит всю техносферу будущего» .

Термическая и химико-термическая обработка. Основные виды термической обработки: отжиг нормализация закалка отпуск

Химико-термическая обработка (Поверхностная обработка) ТВЧ ЦЕМЕНТАЦИЯ АЗОТИРОВАНИЕ НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ ЛАЗЕРНАЯ И ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА