- •В.И. Абрамова, н.Н.Сергеев
- •Абрамова Влада Игоревна
- •Историческая справка
- •1. Классификация материалов
- •2. Сырье для производства конструкционных материалов
- •2.1. Материалы для производства металлов и сплавов
- •2.2. Материалы для производства пластмасс
- •2.3. Материалы для производства резиновых изделий
- •2.4. Материалы для производства клеев и герметиков
- •2.5. Материалы для производства керамики, стекла и графита
- •1. Чугуна, стали и цветных металлов
- •2. Пластмасс
- •3. Резины
- •4. Клеев и герметиков
- •5. Керамики, стекла, графита
- •3. Кристаллическое строение металлов и
- •3.1. Дефекты кристаллической решетки
- •Дефекты кристаллического строения
- •4. Кристаллизация
- •5. Полиморфные превращения
- •6. Основные свойства металлов и сплавов
- •6.1. Напряжение и деформация
- •6.1.1. Напряжение. Тензор напряжений
- •6.1.2. Деформации. Тензор деформаций
- •6.1.3. Схемы напряженного и деформированного состояния при механических испытаниях различных видов
- •6.1.4. Упругая и пластическая деформация
- •6.1.5. Механизм пластической деформации
- •6.2. Классификация механических испытаний
- •6.4. Статистическая обработка результатов механических испытаний
- •6.5. Разрушение
- •6.6. Наклеп
- •6.7. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизационные процессы)
- •Возврат, полигонизация и рекристаллизация
- •В зависимости от температуры при нагреве в материалах происходят процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации.
- •7. Теория сплавов
- •7.3. Твердые растворы
- •8. Диаграммы состояния
- •8.1. Общие сведения о построении диаграмм состояния
- •8.2. Типы диаграмм состояния
- •8.2.1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода)
- •Правило отрезков
- •8.2.2. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (II рода)
- •8.2.3. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)
- •Диаграмма с эвтектикой
- •Диаграмма с перитектикой
- •8.2.4. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (IV рода)
- •А) Диаграмма с устойчивым химическим соединением
- •Б) Диаграмма с неустойчивым химическим соединением
- •8.2.5. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения
- •8.3. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы
- •9. Железо и его сплавы
- •9.1. Диаграмма железо-углерод
- •9.1.1. Компоненты и фазы в системе железо - углерод
- •9.2. Стали
- •9.2.1. Влияние постоянных примесей на свойства стали
- •9.2.2. Маркировка углеродистых сталей общего назначения
- •9.2.3. Классификация и маркировка легированных сталей
- •9.3.1. Марки чугунов
- •10. Общие положения термической обработки
- •10. 1. Температура и время термической обработки
- •10.2. Классификация видов термической обработки
- •10.3. Основные виды термической обработки стали
- •10.4. Четыре основных превращения в стали
- •10.5. Образование аустенита
- •10.6. Рост аустенитного зерна
- •10.7. Распад аустенита
- •10.8. Мартенситное превращение
- •10.9. Бейнитное превращение
- •10.10. Превращения при отпуске
- •10.11. Влияние термической обработки на свойства стали
- •Классификация видов термической обработки
- •11. Химико-термическая обработка
- •12. Термомеханическая обработка
- •13. Цветные металлы и сплавы
- •13.1. Медь и ее сплавы
- •13.2. Алюминий и его сплавы
- •13.3. Титан и его сплавы
- •13.4. Антифрикционные сплавы
- •14. Неметаллические материалы
- •14.1. Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров
- •14.2. Особенности свойств полимерных материалов
- •14.3. Пластические массы
- •14.4. Неорганические материалы
- •14.5. Древесные материалы
- •1. Характеристика микроанализа
- •2. Методы оптической микроскопии
- •Химический состав сталей, %
- •Литература
- •Содержание
13.4. Антифрикционные сплавы
Наряду с подшипниками качения в машинах широко используются подшипники скольжения. Поскольку вкладыши подшипников скольжения непосредственно соприкасаются с валами, их изготовляют из сплавов достаточно пластичных, чтобы было легко прирабатываться к поверхности вращающегося вала, и достаточно прочных, чтобы служили опорой для вала; кроме того, сплавы должны иметь малый коэффициент трения с материалом вала и достаточно низкую температуру плавления, что необходимо для заливки подшипников. Сплавы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются подшипниковыми или антифрикционными.
Антифрикционные сплавы имеют пластичную основу, в которой равномерно рассеяны более твердые частицы. При вращении в подшипнике вал опирается на эти твердые частицы, а мягкая основа сплава по поверхности соприкосновения с валом изнашивается, в результате чего образуется сеть микроканалов, по которым перемещается смазка. Подшипниковые материалы делят на следующие группы: белые антифрикционные сплавы на основе олова, свинца (баббиты) и алюминия; сплавы на основе меди, чугуны серые, модифицированные и ковкие; металлокерамические пористые материалы; пластмассы.
Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твердыми частицами — соединения SnSb и Cu3Sn. Микроструктура баббита Б83 приведена на рис. 66.
Рис.66. Микроструктура баббита: а - Б83, б - Б16
Баббиты Б83 применяют для заливки подшипников особо нагруженных машин. Оловянные баббиты дороги, поэтому по возможности их заменяют баббитами, состоящими преимущественно из свинца (например, баббитом марки Б16).
В свинцовых баббитах с сурьмой (марки Б16) твердые частицы образуют кристаллы соединений SnSb и Cu3Sn, рассеянные в мягкой основе — растворе сурьмы и олова в свинце. Эти баббиты уступают по качеству оловянным, однако с успехом применяются для подшипников средней нагруженности (например, в тракторных и автомобильных двигателях).
Резюме
Медь. Свойства - хорошие электропроводимость и теплопроводность, высокая пластичность и способность образовывать технологичные сплавы
Температура плавления меди 1083 °С, кристаллическая решетка — ГЦК. Предел прочности чистой меди 220 МПа. Плотность меди 8,93 г/см3.
Сплавы меди - латуни и бронзы. Латуни - сплавы меди с цинком. В группу латуней входят томпак (90 % Сu и более, остальное — цинк) и много других, не только двойных, но и более сложных сплавов. Механическая прочность латуней выше, чем меди; они хорошо обрабатываются резанием. Латуни используют в приборостроении, общем и химическом машиностроении.
Наибольшее применение нашли латуни, содержащие до 38 % Zn.
Медно-цинковые латуни выпускают восьми марок и обозначают русской буквой Л. Следующая за буквой цифра указывает средний процент меди в этом сплаве. Марка с максимальным содержанием меди - Л96, с минимальным — Л60. Латуни более сложного состава в обозначении имеют после
буквы Л другую букву, а цифры, размещенные после цифры, показывающей процент меди, указывают процент добавок в марке латуни. Все добавляемые к латуни элементы обозначают русскими буквами: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, Ж — железо, Мц — марганец, Н — никель, К — кремний, А — алюминий.
Сплавы меди с оловом - бронзы.
Свойства - коррозионностойки, отличные литейные качества, малый коэффициент трения и устойчивость к износу.
Бронзы маркируют русскими буквами Бр; справа ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, А — алюминий, Ф — фосфор, Т — титан и другие, обозначаемые так же, как и в латунях, но цифры, стоящие за буквами, обозначают среднее содержание добавок этих дополнительных элементов в бронзе (цифры, обозначающие процентное содержание меди в бронзах, не ставят).
Алюминиевые бронзы (сплавы меди с алюминием) характеризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии. Высокими механическими свойствами, пластичностью и коррозионной стойкостью отличаются кремниевые бронзы. Очень большой прочностью и упругостью славятся бериллиевые бронзы.
Алюминий. Свойства - плотность 2,7 г/см3, высокая теплопроводность и теплоемкость, высокая пластичность, химически стоек против органических кислот и хорошо сопротивляется воздействию азотной кислоты, кристаллическая решетка — ГЦК. Температура плавления алюминия 660°С. Предел прочности при разрыве 90—180 МПа. Сплавы алюминия делят на две группы: первая — сплавы, деформируемые обработкой, и вторая — литейные сплавы. Деформируемые сплавы подразделяют на упрочняемые холодной деформацией (сплавы алюминия с марганцем и магнием) и упрочняемых термической обработкой (дуралюмины и авиаль).
Дуралюмины — сплавы на основе Al—Cu—Mg, в которые дополнительно вводят марганец для повышения коррозионной стойкости сплава. Наиболее известны сплавы Д18 и Д16. Дуралюмины хорошо деформируются и в горячем, и в холодном состояниях: для их упрочнения обычно применяют закалку в воде и естественное старение.
Литейные алюминиевые сплавы на основе системы алюминий — кремний (АЛ2, АЛ4, АЛО). Немодифицированный силумин имеет грубую игольчатую структуру и очень хрупок; после модифицирования сплав приобретает пластичность. Модифицирование проводят добавкой в жидкий сплав незначительного количества металлического натрия. Модифицируют силумин смесью солей 2/з NaF и 1/з NaCI перед разливкой.
Титан. Свойства - плотность 4,507 г/см3, плавится при температуре 1660 °С, две аллотропические модификации: до 882 °С существует α -титан (ГПУ решетка), и при более высоких температурах — (β-титан с ОЦК решеткой. Высокая сопротивляемость коррозии в некоторых кислотах, морской и пре-
сной воде. Технический титан, применяемый промышленностью, делят на две марки: ВТ 1-00 и ВТ 1-0. Для повышения механических свойств титана его легируют алюминием, который повышает температуру аллотропического превращения титана α↔β, поэтому алюминий часто называют α-стабилизатором титана. Для получения сплавов смешанной структуры титан, кроме алюминия, легируют дополнительно хромом, марганцем, молибденом.
Сплавы, обладающие такими свойствами как высокая прочность, хорошая прирабатываемость, малый коэффициент трения, низкая температура плавления, называются подшипниковыми или антифрикционными.
Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твердыми частицами — соединения SnSb и Cu3Sn. В свинцовых баббитах с сурьмой (марки Б16) твердые частицы образуют кристаллы соединений SnSb и Cu3Sn, рассеянные в мягкой основе — растворе сурьмы и олова в свинце.
Вопросы для повторения
1. Расскажите о свойствах меди, используемых в технике.
2. Какие сплавы меди Вы знаете?
3. Как называются сплавы меди с цинком? Какими свойствами они обладают? Для чего используются?
4. Как называются сплавы меди с оловом? Какими свойствами они обладают? Для чего используются?
5. Расскажите о свойствах алюминия, используемых в технике.
6. Какие сплавы алюминия Вы знаете?
7. Каковы свойства и применение дуралюминов?
8. Каковы свойства и применение силуминов?
9. Назовите свойства и применение титана и его сплавов.
10. Какими свойствами должны обладать антифрикционные сплавы?
11. Назовите типичные антифрикционные сплавы.