Дуралюминами называются сплавы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином является сплав Д1.
Из сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей и т.д.
Медь металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083 °С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8,94.103 кг/м3. Медь обладает высокими тепло- и электропроводимостью. В зависимости от чистоты медь изготавливают следующих марок: М00, М0, М1, М2, М3. Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.
Медь хорошо сопротивляется коррозии, легко обрабатывается давлением, но плохо резанием. Имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки.
Медь и ее сплавы (бронзы и латуни) имеют высокую коррозионную стойкость, сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, хорошую обрабатываемость. Для изготовления отливок применяют оловянные и безоловянные бронзы и латуни. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных бронз.
Различают две основные группы медных сплавов:
латуни сплавы меди с цинком;
бронзы сплавы меди с другими элементами.
Медные сплавы обладают высокими механическими и техническими свойствами, хорошо сопротивляются коррозии и износу.
Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.
Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность применяют латуни с высоким содержанием меди (Л60 и Л90). Латуни Л62, Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии.
Латунь ЛЦ4 °C σв= 215 МПа, δ = 12 %, 70 НВ.
Бронзами называют сплавы меди с алюминием, оловом, свинцом, кремнием, цинком и другими элементами, где цинк не является основным легирующим элементом.
Наилучшими свойствами обладают оловянистые бронзы БрОЦ4-3, БрОЦ10-2, которые вследствие дефицитности и дороговизны легирующих элементов заменяются менее дорогими марками сплавов.
Литые оловяннистые бронзы с цинком и свинцом имеют высокие литейные свойства, малую объемную усадку и хорошую жидкотекучесть.
По коррозионным, механическим и антифрикционным свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянистые. Медные сплавы применяют при производстве арматуры, подшипников, гребных винтов, зубчатых колес и др. Алюминиевые, магниевые и медные сплавы широко применяют в приборостроении.
Алюминиевые бронзы занимают одно из первых мест среди медных сплавов. Широкое применение получили в промышленности алюминиевые бронзы: БрАЖ9-2, БрАЖМц10-3-1,5 (А-алюминий, Ж железо, Мц марганец). Они обладают высокими антикоррозионными и механическими свойствами, хорошей износостойкостью и применяются при изготовлении втулок, арматуры для судостроения, ответственных деталей.
Оловянные бронзы. Обладают хорошими литейными свойствами и применяются для литья деталей сложной формы. Недостатком отливок из оловянных бронз является большая микропористость.
1.4 Неметаллические материалы
Основным направлением научно-технического прогресса, определяющим перспективы долгосрочного развития экономики, является производство синтетических материалов с заранее заданными свойствами. Многие из существующих промышленных материалов уже не могут удовлетворять запросы многих отраслей промышленности.
В машиностроении относительно небольшое применение по сравнению с металлами и сплавами находят различные материалы, такие как пластмассы, резина, стекло, композиционные материалы, керамика, клеевые материалы, причем с развитием химии и новых технологий, доля неметаллических материалов в машиностроении постоянно увеличивается. Из неметаллических материалов наибольшее применение находят пластмассы.
1.4.1 Пластмассы
Пластмассы представляют собой многокомпонентные материалы. Они состоят из связующего вещества, наполнителя, пластификатора, красителя, смазывающего вещества, катализатора, ингибитора и других добавок.
Каждый из видов пластмасс имеет какие то особое свойство, такие как хорошую удельную прочность, фрикционность, прозрачность, электро- и теплоизоляционность, химическую стойкость в окружающей атмосфере и агрессивных средах и т. д. Благодаря особым свойствам, в ряде случаев полимеры успешно конкурируют с металлами.
Каждый из видов пластмасс имеет какие то особое свойство, такие как хорошую удельную прочность, фрикционность, прозрачность, электро- и теплоизоляционность, химическую стойкость в окружающей атмосфере и агрессивных средах и т. д. Благодаря особым свойствам, в ряде случаев полимеры успешно конкурируют с металлами.
В настоящее время ежегодно производится более 50 млн. тонн пластмасс, а применение одной тонны изделий из пластмасс сберегает до пяти тонн стали или до трех тонн цветных металлов, снижая при этом трудоемкость производства до восьми раз, к тому же детали из пластмасс отличаются высоким коэффициентом использования материала КИМ (до 95 %).
Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, основу которых составляют природные или синтетические высокомолекулярные соединения. Высокомолекулярные соединения состоят из большего числа низкомолекулярных соединений (мономеров), связанных между собой силами главных валентных связей. Соединения, большие молекулы (макромолекулы) которых состоят из одинаковых структурных звеньев, называют полимерами.
Пластмассам присущи свойства, выгодно отличающие их от других материалов. К их числу относятся: простота изготовления сложных деталей и изделий с минимальными последующими доработками; малая плотность деталей и изделий, не превышающая 2500 кг/м3 (в большинстве случаев от 1000 до 1300 кг/м3); высокая удельная прочность, вибрационная устойчивость, фрикционные и антифрикционные свойства; высокая устойчивость против атмосферных воздействий и агрессивных сред; хорошие диэлектрические, звуко- и теплоизоляционные свойства; свето- и радио прозрачность.
Пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты) которые при повышенных температурах проявляют разное поведение. Основными технологическими свойствами пластмасс являются текучесть, усадка, скорость отвердевания (реактопластов) и стабильность (термопластов).
Текучесть способность материала заполнять форму при определенной температуре и давлении, зависит от вида смолы, содержания в ней наполнителя, пластификатора, смазки, а также от конструктивных особенностей пресс-формы. Для термопластичных (ненаполненных) материалов за показатель текучести принимают «индекс расплава» количество материала, выдавливаемого через сопло экструзионного пластометра в единицу времени.
Под усадкой понимают абсолютное или относительное уменьшение размеров детали по сравнению с размером полости пресс-формы. В абсолютной величине усадки наибольшую долю составляет разница между коэффициентами линейного расширения материала пресс-формы и материала пластмассовой детали. Величина усадки зависит от физико-химических свойств связующей смолы, количества и природы наполнителя, содержания в нем влаги и летучих веществ, температурного режима переработки и других факторов. Усадку необходимо учитывать при проектировании пресс-форм.
Скорость отвердения это продолжительность процесса перехода термореактивного материала из высокоэластичного или вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации. Скорость отвердения (полимеризации) зависит от свойств связующего (термореактивной смолы) и температуры переработки. Низкая скорость отвердения увеличивает время выдержки материала в пресс-форме под давлением и снижает производительность процесса. Повышенная скорость отвердения может вызвать преждевременную полимеризацию материала в пресс-форме, в результате чего отдельные участки формующей полости не будут заполнены прессматериалом, и деталь пойдет в брак.
Под термостабильностью понимают время, в течение которого термопласт выдерживает определенную температуру без разложения. Высокую термостабильность имеет полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. Для материалов с низкой термостабильностью (полиформальдегид, поливинилхлорид и др.) необходимо предусматривать меры, предотвращающие возможность разложения их в процессе переработки, например, увеличение сечения литников, диаметра цилиндра и т. д.
Механические свойства пластмасс характеризуются вязкоупругим поведением полимеров под нагрузкой. Подбором отдельных компонентов и их соотношений материалу придается желаемая совокупность свойств.
Конструкционные пластмассы по механической прочности подразделяют на три основные группы: с низкой, средней и высокой прочностью.