Машиностростроительные материалы: характеристика и свойства.

Расчет и проектирование деталей начинаются с выбора материала и назначения режима его термической обработки. Материалы деталей обычно выбирают соответственно основному критерию работоспособности                       (в частности, основному виду нагрузки) и требованиям технологичности и экономичности.

Металлы и их сплавы. По критерию прочности преимущественно применяют закаливаемые и улучшаемые стали, по критерию жесткости – нормализуемые и улучшаемые стали. При средних значениях общих напряжений и сложных геометрических формах применяют литейные сплавы (чугуны, силумины и др.) в основном без термообработки. При скольжении под давлением чаще применяют материалы повышенной твердости в паре с антифрикционными материалами (в подшипниках и направляющих) или в паре с фрикционными материалами, имеющими повышенное трение                      (в фрикционных муфтах и тормозах).

Сталь – сплав железа с углеродом до 0,5 %, обладает высокой прочностью, способностью к легированию, термической и химико-термической обработке. Стальные детали эффективно изготовляют всеми технологическими методами: давлением (прокаткой, ковкой, прессованием), литьем, резанием, шлифованием и сваркой.

Применяют:

1) углеродистые стали обыкновенного качества, обозначаемые Ст и номером в порядке повышения прочности (например Ст3 и Ст5).

2) стали углеродистые качественные, обозначаемые сотыми долями процента содержания углерода (например, 15 и 45).

3) стали легированные, дополнительно обозначаемые первыми буквами названия легирующего элемента и процентами его содержания (если они больше 1 %), например, 12ХН3 означает, что сталь содержит 0,12 % углерода, до 1 % хрома и 3 % никеля.

Обозначения легирующих элементов: В – вольфрам, Г – марганец, М – молибден, Н – никель, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Ю – алюминий.

Механическими свойствами стали являются σ_в – предел прочности, σ_т – предел текучести, σ_-1 – предел усталости.

Детали механизмов изготовляют в основном из легированных и среднеуглеродистых сталей, большие металлические конструкции транспортных машин, размеры которых определяются прочностью, а также жесткостью, изготовляют из низколегированных или низкоуглеродистых сталей.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание которого более 2,2 %. Выплавляют серые чугуны СЧ 10, 15, 20, 25, 30, 35 и чугуны повышенной прочности с шаровидным графитом ВЧ 35, 40, 45, 50, 60, 70. Числа в обозначениях марок – временное сопротивление на растяжение в декопаскалях (деко = 10¹). Чугун используют для отливок корпусных деталей: станин, стоек, плит, коробок. В стационарных машинах, в частности в металлорежущих станках, он занимает ведущее место.

Легкие сплавы на основе алюминия или магния имеют плотность не более 3,5 кг/см³, высокую удельную прочность. Легкие сплавы подразделяют на литейные и деформируемые. Алюминиевые сплавы делятся на силумины (алюминий с кремнием, например АЛ4) и дюралюмины (алюминий с медью и марганцем, например МЛ5). Алюминиевые сплавы применяют для быстровращающихся и движущихся с большим ускорением деталей, в быстроходных транспортных машинах, а также для корпусных деталей, а в самолетах для несущих элементов.

Сплавы на основе магния широко применяются в авиационной технике.

Сплавы цветных металлов. Бронза – сплав на основе меди обладает высокими антифрикционными свойствами, сопротивлением коррозии. Наилучшие антифрикционные свойства у оловянистых бронз. Свинцовистые бронзы вследствие их низкой твердости применяют только в виде покрытий, они требуют повышенной твердости и качества сопряженной трущейся поверхности. Алюминиевые бронзы с добавкой железа применяют при малых скоростях скольжения и повышенных давлениях при закаленных сопряженных поверхностях.

Баббиты – высококачественные, хорошо прирабатывающиеся антифрикционные сплавы меди с мягкими металлами (оловом, свинцом, кальцием).

Латуни – сплавы меди с цинком, характеризуются высоким сопротивлением коррозии, электропроводностью, хорошей технологичностью, применяются для изготовления арматуры, труб, гильз патронов.

Пластические массы – материалы на основе высокомолекулярных органических соединений, обладающие в некоторой фазе своего производства пластичностью, позволяющие формировать изделия нужной конфигурации. Кроме основы, служащей связующим компонентом, многие пластмассы имеют наполнитель для повышения механических свойств. Технологические достоинства пластмасс: малая трудоемкость изделий, малые отходы.

По назначению пластмассы подразделяют на конструкционные, электротехнические, радиотехнические, звукоизоляционные, теплоизоляционные и антикоррозионные.

По природе смол пластмассы подразделяют на термореактивные и термопластичные. Термореактивные пластмассы в процессе изготовления под действием высокой температуры меняют свойства, становятся неплавкими (текстолит, древесно-слоистые пластики). Термопластичные пластмассы, размягчающиеся при высоких температурах, пригодны для повторного формования (полиэтилен, полипропилен, винипласт, фторопласты, полиамиды, полиформальдегиды, поликарбонаты и др.).