Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Материалы, применяемые для изготовления



Аппаратуры

Металлы и сплавы.

Под металлами в технике подразумевают как химические элементы, так и их соединения (сплавы), которые характеризуются специфическими свойствами: металлическим блеском, высокими электро- и теплопроводностью, непрозрачностью, способностью подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях (резанию, ковке, прокатке, волочению и т.п.).

В основе структуры металлов лежит кристаллическая решетка из положительных ионов, погруженная в плотный «газ» из подвижных электронов. Металлы активно образуют химические соединения с неметаллами (оксиды, сульфиды, бориды, нитриды и т.д.), а также с другими металлами (интерметаллиды). Современная металлургия в промышленном объеме получает свыше 60 металлов и на их основе более 5000 сплавов.

Сплавы - это твердые вещества, образованные сплавлением двух или более компонентов.

Любое изделие аппаратостроения, любую составляющую его деталь изготовляют из материалов, удовлетворяющих по совокупности техническим, эксплуатационным, технологическим, экономическим, экологическим и иным требованиям и таким образом обеспечивающих выполнение служебного назначения. Такие материалы принято называть конструкционными.

Порой можно встретить определение, по которому к конструкционным материалам относят только такие, из которых изготовляют детали (элементы конструкции), воспринимающие силовые нагрузки. На самом же деле конструкционные материалы должны воспринимать любые внутренние и внешние физические воздействия, например, выполнять тепло- и шумоизолирующую, экранирующую, герметизирующую, фрикционную или антифрикционную функции и т.п. Способность материалов удовлетворять предъявляемым требованиям выявляется при анализе их свойств, т.е. характеристик, определяющих поведение материала при производстве, а затем функционировании детали в составе изделия или сложной технической системы под действием приложенных внешних и внутренних физических воздействий.

Принятая в машиностроении классификация конструк-ционных материалов приведена на схеме (рис. 2.1).

 
 

 


Рис. 2.1. – Укрупненная классификация конструкционных материалов

 

В настоящее время разработан и находит применение широкий спектр конструкционных материалов, обладающих той или иной совокупностью свойств. Задача конструктора - выбрать из потенциального множества имеющихся материалов наиболее рациональный, т.е. позволяющий получить максимальное качество при минимальной себестоимости детали и изделия в целом.



Некоторые свойства металлов приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 – Свойства чистых металлов

    Металл Температура плавления (Тплав), 0С Прочность (σв), МПа Относительное удлинение (δ), % Модуль упругости (Е), ГПа Твердость (НВ), МПа Коррозионная стойкость Деформируемость
Медь - У X
Серебро 74,4 X X
Золото X X
Цинк 46-216 84-50 - - - X
Алюминий 88-137 12-40 - х
Олово 7,6 - X
Свинец - - X
Магний 107-235 5-16 - X
Титан X У
Хром - - X
Вольфрам - - У
Железо 176-314 25-50 - - X
X - хорошие показатели; У – удовлетворительные показатели

 

Сплавы на основе железа называются черными, на основе других металлов - цветными. Сплавы на основе алюминия, магния, титана и бериллия, имеющие малую плотность, называются легкими цветными, на основе меди, свинца, олова - тяжелыми цветными. Сплавы на основе цинка, кадмия, олова, свинца, висмута относятся к легкоплавким цветным, на основе молибдена, ниобия, циркония, вольфрама, ванадия и др. - к тугоплавким цветным сплавам.

Сплав образуется в результате как чисто физических процессов (растворения, перемешивания), так и химического взаимодействия между элементами. При этом возникает множество переходных, промежуточных состояний, в которых наряду с растворами образуются обособленные кристаллы отдельных элементов и их соединений.



Стали.

Стали являются основными конструкционными материалами машиностроения. Из простых углеродистых сталей изготовляют рядовой прокат - балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Качественные низкоуглеродистые стали используют для ответственных сварных конструкций и деталей изделий, упрочняемых цементацией.

Стали с высоким содержанием углерода (0,6-0,85% С) обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Их применяют после термообработки для деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических, вибрационных нагрузок.

Высокопрочные, высоколегированные стали обладают уникальным комплексом свойств: высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости, высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, хрупкому и усталостному разрушению в сочетании с хладостойкостью, теплостойкостью, коррозионной стойкостью и размерной стабильностью. Их используют для высоконагруженных деталей, эксплуатируемых при экстремальных температурах, в агрессивных средах и т.п.

Легированные стали широко применяют для тяжело-нагруженных элементов конструкций машиностроительных изделий.

Низколегированные стали в виде листов сортового и фасонного проката широко используют для сварных конструкций. Применение термически обработанных профилей и листов из низколегированных сталей взамен углеродистых позволяет сэкономить до 15-50% металла.

В зависимости от основных свойств, стали и сплавы разделяют на группы:

I - коррозионностойкие (нержавеющие) стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской и др.);

II - жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

III - жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной окалиностойкостыо.

Название марок стали состоит из буквенных обозначений элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднее содержание элемента в процентах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах (бор, азот, титан). Букву «А» (азот) в конце обозначения марки не ставят.

Название марок сплавов состоит только из буквенных обозначений элементов, за исключением никеля, после которого указываются цифры, обозначающие его среднее содержание в процентах.

Цифры перед буквенным обозначением указывают содержание углерода в стали в десятых долях процента. Цифра впереди не указывается, если количество углерода в стали не ограничено нижним пределом при верхнем пределе 0,09% и более; при содержании углерода до 0,04% впереди буквенного обозначения ставится знак 00; при содержании углерода до 0,08 - знак 0.

Ниже приведены примеры применимости некоторых легированных сталей:

Х18Н10Т применяется для изготовления сварной аппаратуры, работающей со слабоагрессивной средой;

0Х18Н10Т (ЭИ914) рекомендуется для изготовления сварной аппаратуры, работающей в средах более высокой агрессивности при температуре не выше 30°С (водные растворы солей, азотная и некоторые органические кислоты невысоких концентраций, пищевые среды);

Х25Н16Г7АГ - детали газопроводных систем, изготовляемых из тонких листов, ленты, сортового проката;

0Х23Н28М2Т - растворы серной кислоты низких концентраций (до 20%) при температуре не выше 60 0С, фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения.

В зависимости от материала детали работают при температурах от - 253 до +700 °С.

Для изготовления аппаратов применяется сталь, выплавлен-ная в мартеновских и электрических печах, и сталь кислородно-конвертерного производства.

Композиционные материалы.

Это гетерофазные (состоящие из различных по физическим и химическим свойствам фаз) системы, полученные из двух и более компонентов с сохранением индивидуальности каждого из них.

При этом:

- состав, форма и распределение компонентов «запроектированы» заранее;

- компоненты присутствуют в количествах, обеспечивающих заданные свойства материала;

- материал имеет новые свойства, отличающиеся от свойств составляющих его компонентов;

- материал является однородным в макромасштабе и неоднородным в микромасштабе (компоненты различаются по свойствам, между ними существует явная граница раздела).

Компонент, непрерывный во всем объеме материала, называется матрицей; прерывистый, разъединенный в объеме композиции, - армирующим элементом. Понятие «армирующий» означает «введенный в материал с целью изменения его свойств» (не обязательно упрочняющий).

Матричными материалами могут быть металлы и их сплавы, органические и неорганические полимеры, керамика и другие вещества. Усиливающими или армирующими компонентами чаще всего являются тонкодисперсные порошкообразные частицы или волокнистые материалы различной природы.

Композиционные материалы обладают таким комплексом свойств, который недостижим в традиционных металлических и полимерных материалах. Они значительно превосходят их по удельной прочности, сопротивлению усталости жаропрочности и другим, физическим и специальным свойствам.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!