Мощность машин и её преобразование в механизмах 8 страница
Марки чугуна обозначаются буквами, показывающими назначение чугуна: СЧ – серый чугун, ВЧ – высокопрочный, КЧ – ковкий чугун; для антифрикционных чугунов в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марки нелегированного чугуна указывают на его механические свойства. Для серых чугунов цифры указывают величину предела прочности (кгс/мм2) при растяжении. Например, марка СЧ18 показывает, что чугун имеет σut= 18 кгс/мм2 = 180 МПа. Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности (кгс/мм2) и относительное удлинение при растяжении в процентах, например ВЧ60-2 – высокопрочный чугун с σut = 600МПа и δ= 2%.
Высокопрочный чугун широко применяется в машиностроении для изготовления станин, коленчатых валов, зубчатых колёс, цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей, работающих при температуре до 1200 °С в окислительных средах, и др.
Серые чугуны по их применению можно разделить на группы:
1. Ферритные и ферритно-перлитные чугуны применяют для изготовления малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе.
2. Перлитные чугуны применяют для отливки станин мощных станков и механизмов, поршней, цилиндров, деталей, работающих на износ в условиях больших давлений.
3. Антифрикционные чугуны применяют для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении о металл.
|
|
|
Чугуны: СЧ 30 применяются для изготовления станин ножниц и прессов, блоков и плит многошпиндельных станков, патронов токарных станков, зубчатых колес.
СЧ 20 применяются для изготовления станин долбежных станков, вертикальных стоек фрезерных, строгальных и расточных станков, зубчатых колес, маховиков, тормозных барабанов, дисков сцепления.
СЧ 18 применяются для изготовления корпусных деталей, крышек, кожухов.
СЧ15 применяются для изготовления оснований большинства станков, ступиц, салазок, столов, корпусов маточных гаек, зубчатых колес, кронштейнов, вилок переключения, шкивов.
СЧ 10 применяются для изготовления плит, стоек, подшипников, втулок.
Ковкий чугун применяют для деталей, требующих по своей форме литой заготовки, но допускающих при работе случайные ударные нагрузки. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.
Жаростойкие чугуны – ЖЧХ - применяются для изготовления деталей компрессоров, горелок, кокилей.
|
|
|
ЖЧХ30 применяются для изготовления деталей химической аппаратуры.
ЖЧХ2 применяются для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования.
Таблица 7. Физико-механические характеристики
отливок из серого чугуна
Марка чугуна
σв,МПа
σm, МПа
HB
СЧ10
СЧ15
СЧ18
СЧ20
СЧ21
СЧ24
СЧ25
СЧЗО
СЧ35
СЧ40
98
147
176
196
206
235
245
294
343
392
274
314
358
392
392
421
451
490
539
588
143-229
163-229
170-229
170-241
170-241
170-241
180-250
181-255
197-269
207-285
Цветные металлы
Цветные металлы входят в состав различных сплавов. Наибольшее применение получили медные сплавы (бронзы, латуни), обладающие антифрикционностью, антикоррозионностью, и алюминиевые сплавы (дюралюминий), обладающие легкостью. Однако эти металлы значительно дороже черных.
Медь и сплавы на ее основе
Медь – это металл красноватого цвета плотностью 8,94 г/см3, имеющий гранецентрированную кристаллическую решетку с периодом а=0,31607 нм.
Медь в чистом виде характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, хорошей обрабатываемостью давлением, небольшой прочностью и применяется для изготовления токопроводящих деталей. На основе меди получают различные сплавы, которые широко используются в качестве материалов для изготовления различных деталей. Эти сплавы обладают хорошими механическими и антикоррозионными свойствами, они износостойки, имеют низкий коэффициент трения, высокую электро- и теплопроводность. Различают две основные группы медных сплавов: латунь и бронза. В латунях основным легирующим элементом является цинк, в бронзах – иные элементы.
|
|
|
Легирующие элементы в марках медных сплавов обозначают следующими буквами: А – алюминий, Н – никель, О – олово, Ц – цинк, С – свинец, Ж – железо, Мц – марганец, К – кремний, Ф – фосфор, Т – титан.
Латунь – сплав меди с цинком. Содержание цинка в сплаве достигает 40...45%. Латуни пластичны и обладают хорошими литейными свойствами. Их предел текучести равен МПа. Прочность можно несколько повысить за счет использования обработки давлением при высокой температуре.
Латуни делят на двойные (простые) и многокомпонентные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк. В двойных содержание цинка может доходить до 50%. Марки таких латуней обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах, например Л59. Для улучшения механических, технологических и коррозийных свойств в латуни вводят кроме цинка в небольших количествах различные легирующие элементы (алюминий, кремний, марганец, олово, железо, свинец). Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди. Никель увеличивает растворимость цинка в меди. Легирующие элементы увеличивают прочность, но уменьшают пластичность латуни. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повышают алюминий, цинк, кремний, марганец и никель. Латуни в наклепанном состоянии или с высокими остаточными напряжениями и содержащие свыше 20% Zn склонны к коррозийному («сезонному») растрескиванию в присутствии влаги, кислорода, аммиака. Для предотвращения растрескивания полуфабрикаты из латуни указанных составов отжигают при 250 - 650ºС, а изделия из латуни – при 250 - 270ºС.
|
|
|
Все латуни по технологическому признаку подразделяют на две группы: деформированные и литейные. Деформируемые латуни обладают высокими коррозийными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде и применяются для деталей в судостроении. Более высокой устойчивостью в морской воде обладают латуни, легированные оловом, получившие название морских латуней.
Литейные латуни, предназначенные для фасонного литья, обладают хорошей текучестью, мало склонны к ликвации (неоднородность химического состава, возникающая при его кристаллизации) и обладают антифрикционными свойствами. От Литейных латуней требуется повышенная прочность, поэтому к ним добавляется большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются лучшей коррозийной стойкостью. Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплопроводность и важно отсутствие склонности к коррозийному растрескиванию, применяют латуни с высоким содержанием меди. Латуни с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, но хуже сопротивляются коррозии.
В марках многокомпонентных латуней первые цифры указывают среднее содержание меди, а последующие – легирующих элементов. Например, латунь ЛКС80-3-3 содержит 80% меди, по 3% кремния и свинца, а остальное – цинк.
Для химического состава бронзы характерно наличие основного легирующего компонента в качестве которого применяют: олово, алюминий, железо, кремний, хром, бериллий и другие.
Бронзы классифицируют по основным легирующим элементам: оловянистые и, безоловянистые (или специальные). К безоловянистым относят алюминиевые, бериллиевые, кремнистые, свинцовистые и т.д. Широко используются оловянистые бронзы, они характеризуются высокой стойкостью против истирания, низким коэффициентом трения скольжения, наилучшими антифрикционными свойствами. Оловянистые бронзы по технологическому признаку разделяют на литейные и деформируемые. Безоловянистые бронзы хорошо обрабатываются, в ряде случаев обладают более высокими механическими и антикоррозийными свойствами, чем оловянистые, поэтому они нашли широкое применение в промышленности. В зависимости от назначения и механических свойств специальные бронзы делятся на деформируемые и литейные. К деформируемым специальным бронзам относят бронзы с содержанием основного легирующего элемента 5-10%. Эти бронзы хорошо обрабатываются в горячем и в ряде случаев в холодном состоянии, обладают высокой коррозийной стойкостью.
Сплав меди с оловом обычно содержит до 10...12%Sn. Если увеличить содержание олова, то сплав приобретает повышенную хрупкость. Обычно этот тип бронз дополнительно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. При этом цинк Zn улучшает технологические свойства и снижает стоимость. Фосфор P улучшает литейные свойства бронзы, никель Ni положительно влияет на механические характеристики и улучшает коррозионную стойкость, железо повышает сопротивление коррозии.
Бронзы, легированные алюминием, представляют собой сплав с содержанием Al до 9%. Кроме этого, они часто содержат легирующие добавки, например, Fe, Ni, Mn и др. Такие бронзы хорошо сопротивляются коррозии, и их можно использовать для производства деталей, работающих в морской воде и других агрессивных средах. Кроме того, они имеют высокие механические и технологические свойства.
При легировании меди кремнием (до 3,5% Si) существенно повышаются прочность и пластичность. Кроме основного легирующего компонента, здесь используют и другие легирующие добавки, такие как Si, Mn и другие. Благодаря хорошим технологическим и механическим свойствам подобные бронзы применяют для изготовления пружин, работающих в агрессивных средах. Они более прочны и дешевы, чем оловянистые бронзы. Кремнистая бронза обладает высокой устойчивостью против коррозии в ряде агрессивных сред, в особенности в щелочах.
В результате легирования меди бериллием, предельная растворимость которого составляет 2,7%, получаются бронзы, имеющие высокую прочность и пластичность. Достигаются такие механические характеристики в результате закалки и последующего старения. Эти бронзы имеют высокий предел выносливости и успешно работают в агрессивных средах. Они хорошо свариваются и обрабатываются резанием. Их можно с успехом использовать для выполнения пружин, мембран, различных подвижных контактов и деталей, работающих на износ. Бериллиевая бронза марки БрБ2 немагнитна, стойка к морозу, действию пресной и соленой воды, хорошо сваривается и обрабатывается резанием.
Бронзы, легированные свинцом (до 30% Pb), представляют собой сплавы, которые после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Это происходит потому, что свинец не растворяется. Тем не менее такой вид бронзы обладает хорошими антифрикционными свойствами и используется как материал для антифрикционных покрытий. Поскольку эти бронзы имеют низкую прочность, то их целесообразно применять в качестве покрытий, нанесенных на металлическую поверхность, чаще всего в подшипниках скольжения.
Марки бронз и медно-никелевых сплавов начинаются соответственно с букв Бр и М, а следующие буквы и цифры указывают на наличие легирующих элементов и соответственно их содержание в процентах. Например, бронза БрОЦС 5-5-5 содержит олова, цинка и свинца по 5% или медно-никелевый сплав мельхиор МН19 содержит 19% никеля.
Все медные сплавы отличаются хорошей стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность медных сплавов, особенно латуней, ниже, чем сталей, а коррозионная стойкость много больше. Все латуни и большинство бронз, за исключением алюминиевых, хорошо паяются.
Бронзы и латуни используются как материалы для изготовления трущихся сопряжений (для гаек рабочих винтов, вкладышей подшипников, зубчатых венцов червячных колес и т.п.), так как обладают хорошими антифрикционными свойствами. Чем больше разница в твердости трущихся поверхностей, тем лучше; чем ближе их твердости, тем больше опасность заедания при малейшем недостатке смазки. Мелкие детали сложного очертания при опасности ржавления, например части насосов, арматура и т. п., изготовляют из латуни.
Правильный выбор материала может быть сделан на основе расчетов, а также сопоставления механических характеристик материалов нескольких вариантов деталей-аналогов. В дальнейшем при изучении конкретных деталей будет отмечаться, из каких материалов возможно их изготовление, а также будут даны рекомендации по выбору.
Латуни: ЛЦ14К3С3, ЛЦ40АЖ применяются для изготовления подшипников, втулок.
ЛЦ23А6Ж3Мц2- гаек винтов, червячных винтов.
ЛЦ40С – втулок, сепараторов для подшипников качения.
ЛЦ40Сд , ЛЦ36Мц202С2 – зубчатых колес.
Латунь Л63, отличающаяся высокой пластичностью, используется для изготовления токопроводящих и конструктивных деталей типа наконечники, втулки, шайбы, а латунь ЛК80-3Л – для изготовления литых деталей.
Бронзы: Бр.ОФ6,5-0,15, Бр.010ф1, Бр.010Ц2, Бр.05С25, Бр.01С22, Бр.С60Н2,5 Бр.С30 – применяются для деталей подшипников, втулок, Бр.0Ф7-0,2 – прутков, шестерен, зубчатых колес, втулок.
Деформируемые оловянистые бронзы используются для получения лент, полос, прутков, проволоки, пружин, трубок, подшипниковых деталей и т.д., к ним относят бронзы марок БрОФ4-0,25, БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-2,5 и др.
Свинцовистая бронза БрС-30 обладает высокими антифрикционными свойствами и применяется для сильно нагруженных подшипников с большими удельными давлениями (например, коренные подшипники турбин).
Особое место при изготовлении упругих элементов из-за высокой прочности и упругости занимает бериллиевая бронза марки БрБ2. Применяют ее для изготовления ответственных деталей типа токоведущих пружинящих контактов, пружин, мембран.
Безоловянистые бронзы БрАЖ9-4, БРАМц9-2 используются при изготовлении небольших зубчатых и червячных колес, втулок подшипников скольжения, ходовых гаек в винтовых механизмах.
Литейные специальные бронзы используют для фасонного литья в авиа- и машиностроении при получении шестерен, втулок, седел клапанов, пружин, ободов подшипников для различных массивных деталей, работающих в агрессивных средах и при больших давлениях, а также для антифрикционных деталей.
Медно-никелевые сплавы: МНЖМц30-1-1, МН19 – применяется в химической и пищевой промышленности.
МН95-5 – для изделий машиностроения
МНЖ5-1, МН10 – для конденсаторных труб.
Титановые сплавы
Титановые сплавы (с алюминием, медью и другими присадками) после термообработки обладают высокой прочностью (σВ = 900... 1300 МПа), коррозионной стойкостью, имеют невысокую плотность (ρ = 4500 кг/м3). Они используются для изготовления изделий в авиационно-космической технике, судостроении и др.
Титановые сплавы: ВТ22, ВТ9, ВТ14 - применяются для изготовления длительно работающих деталей.
ВТ16 - применяются для изготовления крепежных и резьбовых деталей диаметром 40 мм и более.
Магниевые сплавы
Магний — самый легкий из всех конструкционных металлов. В чистом виде магний относительно мягкий металл, поэтому в качестве конструкционных материалов используются сплавы магния, в которых легирующие добавки составляют около 10%.
Магниевые сплавы имеют малую плотность и прекрасную комбинацию механических свойств, выражающуюся в высоком отношении «прочность/вес». Магниевые сплавы характеризуются очень хорошей свариваемостью; имеют прекрасные литейные свойства, особенно литье под давлением; хорошо обрабатываются резанием. Эти сплавы имеют относительно низкий модуль упругости, поэтому они поглощают энергию с хорошим сопротивлением к выбоинам и высокой демпфирующей способностью. Достаточно высокая усталостная прочность, особенно при малонагруженном высокоцикличном режиме. Магниевые сплавы подвергаются упрочнению, и механические свойства могут быть улучшены тепловой обработкой и старением.
Коррозионная стойкость магниевых сплавов в последнее время значительно повышена путем изготовления сплавов с очень низким загрязнением примесями тяжелых металлов.
Применение магниевых сплавов. Магниевые сплавы имеют разнообразное применение в автомобилестроении, в авиакосмической технике, в промышленном оборудовании и бытовой технике. В промышленном оборудовании они применяются для деталей, работающих при высоких скоростях, которые должны иметь малый вес, чтобы обеспечить высокое ускорение и малые силы инерции. В автомобилестроении магниевые сплавы используются для колес, корпусов коробок передач и кожухов муфт сцепления, клапанных коробок, тормозных педалей и кронштейнов. Благодаря высокому отношению «прочность/вес» магниевые сплавы широко применяются в авиастроении, особенно для вертолетов. В бытовой технике магниевые сплавы применяются для корпусов фотоаппаратов и проекторов, для теннисных ракеток, чемоданов и др. Из магниевых сплавов изготавливаются очень сложные отливки, которые неэкономично отливать из других металлов.
Вольфрамовые сплавы
Вольфрамовые сплавы с содержанием свыше 90% вольфрама относятся к группе тяжелых вольфрамовых сплавов.
Эти сплавы имеют следующие свойства: высокая плотность (до 18,5 г/см3); высокая твердость и механическая прочность; высокая температура плавления; высокая стабильность размеров; стойкость к температурному растрескиванию; низкая пластичность. Благодаря своим уникальным физическим свойствам эти сплавы имеют следующее применение:
- защитные экраны и кожухи против рентгеновского и радиационного излучения в установках радиационной медицины; контейнеры для радиоактивных элементов;
- уравновешивающие элементы для коленчатых валов высококачественных двигателей, лопаток роторов турбин и других изделий; вращающиеся элементы маховиков, гироскопов и регуляторов Уатта; детали, поглощающие вибрацию;
- детали печей, сварочные электроды и наконечники; высокотемпературный инструментарий; высокотемпературные матрицы и формы;
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 232; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!