Богодухов С.И., Бондаренко Е.В., Проскурин А.Д. и др. Материаловедение и технологические процессы машиностроительного производства. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

181

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической об-

работкой

Таблица А.3 – Сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu

Механиче-

ские свойства

Средний химический

состав (основа алюминий), %

Сплав

Сu

др

гие

Вид и режимы

термической

обработки

в,

МПа

0,2

МПа

δ,

В93Т1 1,0 1,9 7,0 0,3 Fe 500 470 8

В95Т1

1,7

2,3

6,0

0,4 Mn,

1,18 Cr

600

560

В96ЦТ1 2,3 2,7 8,5 0,15 Zr

Для всех сплавов:

закалка 460-470 °С

холодная или

горячая вода;

старение 140 ºС,

16 ч.

670 640 7

Применение: Крупногабаритные штамповки и прессованные полуфабрикаты

для высоконагруженных деталей самолетов (фитинги, кронштейны, рычаги и

др.).

Таблица А.4 - Сплавы системы А1-Мg-Si

Механические

свойства

Средний

химический состав

(основа алюминий), %

Сплав

Сu др

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

АВТ 0,4 0,7 0,9 260 200 15

АВТ1 0,4 0,7 0,9 380 300 12

АДЗ1Т 0,7 0,5 170 90 22

АД31Т1 0,7 0,5 240 190 12

АД33Т 0,3 1,0 0,6 0,25 Cr 250 180 14

АД33Т1 0,3 1,0 0,6 0,25 Cr 340 280 11

АД35Т 1,1 1,0 0,7 Mn 270 200 12

АД35Т1 1,1 1,0 0,7 Mn

Для всех сплавов:

Т: 520-540 ºС

Т1: закалка

520 -

540 ºС; ста-

рение

165 ºС, 12-15 ч.

360 290 11

Примечание - Свойства авиалей приведены для прессованных

профилей.

Применение: Лонжероны лопастей вертолетов; декоративные де-

182

Таблица А.5 – Сплавы системы Al-Cu-Mg с добавлением Mn

(дуралюмины)

Механические

свойства

Средний

химический состав

(основа алюминий), %

Сплав

Сu

др

гие

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

Д1Т 4,3 0,6 0,6 зак. (505

5) ºC 400 240 20

Д16Т 4,3 1,5 0,6 зак. (500

5) ºC 440 330 18

Д19Т 4,0 2,0 0,75 зак. (505

5) ºC 425 310 18

при t = 20 ºC

430 280 22

при t = 300 ºC

ВАД1Т

4,1

2,5

0,6

0,06 Ti,

0,15 Zr

зак. (505

5) ºC

170 140 12

при t = 20 ºC

500 330 13

при t = 300 ºC

БД17Т1 3,0

2,2

0,55 зак. (500

5) ºC,

стар. (170

5) ºC,

16ч.

170 110 21

Д18Т 2,6 0,35 зак. (500

5) ºC, 300 24

В65Т 4,2 0,25 0,4 зак. (500

5) ºC 400 20

Примечание - Свойства сплавов Д1, Д16, Д19 и ВАД1 даны для листо-

вых материалов, сплава ВД17 – для прессованной полосы.

Применение:

Д1 – лопасти воздушных винтов; заклёпки; конструкционый материал

планеров самолётов.

Д16 – различные детали конструкций, обшивки клёпаных конструк-

ций, длительно работающих при температуре 80 ºC, ограниченное время

при 150 ºС.

Д19 – то же, что Д16, для работы при 150-200 ºC.

ВАД1 – сварные конструкции, работающие кратковременно (до

2 –

3 ч.) при температурах 250-300 ºС и длительно при 175 ºС.

ВД17 – лопасти компрессора, крыльчатки, диски двигателей, рабо-

тающие при температурах 200-300 ºС.

18 и В65

–

сплавы

ля изготовления заклёпок.

183

Таблица А.6 – Сплавы на основе систем Al-Cu-Li и Al-Mg-Li

Механические

свойства

Средний

химический состав

(основа алюминий), %

Сплав

Сu

Mg Li

другие

элем.

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

T1: закалка

(520

5) ºC,

старение по режи-

мам NN:

1:140 ºC, 18-24 ч 480 370 10

2:160 ºC, 10-16 ч 550 480 3

ВАД23

5,3

1,2

0,3 Mn,

0,15 Cd

3:210 ºC, 15-20 ч 490 400 4

01420

5,5

2,1

0,12 Zr

T1: закалка 450 ºC,

cтарение 120 ºC,

12 – 14 ч.

430 265 10

Применение: ВАД23 – листовые детали, обладающие пониженной массой,

для работы при температурах 150-175 ºC. Термообработка по режиму 1 пред-

назначена для изделий, работающих при комнатной температуре, по режиму

2 – для изделий, кратковременно работающих при высоких температурах, по

режиму 3 – для изделий, длительно работающих при высоких температурах.

01420 – детали с повышенным модулем упругости и высокой удельной проч-

ностью.

Таблица А.7 – Сплавы системы Al-Be-Mg

Механические

свойства

Средний

химический со-

став

(основа алюминий)%

Сплав

Mg другие

элем.

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

АБМ 30 6 435 235 14

Применение: Изделия, в которых определяющим конструкционным фактором

является жёсткость, например, оболочковые конструкции; детали горизон-

тального оперения; кили; элероны и др.

184

Таблица А.8 – Сплавы системы Al-Cu-Mn

Механические

свойства

Средний

химический со-

став

(основа алюминий),

Сплав

Сu

Mg другие

элементы

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

Д20T1

6,5

0,6

0,15 Ti

T1: закалка

(535

5) ºC,

старение

170-190 ºC, 12-18 ч

420

300

1201T1

6,3

0,3

0,06 Ti

0,17Zr

0,1V

то же

430

300

Применение: Д20 – изделия, длительно работающие при температуре до

300 ºC (диски и лопатки компрессоров, крыльчатки, воздухозаборники,

поршни и др.); Д20 и 1201 – сварные конструкции, работающие при темпе-

ратурах от минус 250 до плюс 250 ºC.

Таблица А.9 – Сплавы на основе системы Al-Mg-Si-Cu

Механические

свойства

Средний

химический состав

(основа алюминий), %

Сплав

Сu Mg Si Mn

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

АК6T1

2,2

0,65

0,9 0,6 Закалка

(520

5) ºС,

старение 160 -

170 ºC, 12-15 ч

400

290

АК8T1

4,3

0,6

0,9 0,7 закалка

(505

5) ºС,

старение 160 -

170 ºC, 12-15 ч

480

380

Применение: АК9 – крупногабаритные штамповки для несущих подмотор-

ных рам, фитинги, стойки и др. силовые детали; АК8 – высоконагруженные

штампованные детали (рамы, стыковые узлы, пояса лонжеронов); криоген-

ная техника.

185

Таблица А.10 – Сплавы на основе системы Al-Cu-Mg с добавками Fe и Ni

Механические

свойства

Средний

химический со-

став

Сплав

Сu Mg дру-

гие эле-

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

при t = 20 ºС

420

360

при t = 300 ºС

АК4-1

2,2

1,6

1,1 Fe,

1,1 Ni,

0,8 Si,

0,2 Mn,

до 0,3 Zn,

до 0,1 Ti

T1: закалка

(530

5) ºС,

холодная или горя-

чая вода;

старение 190-200 ºC

12-24 ч

160

150

Применение: Детали реактивных двигателей (лопатки и диски компрессора,

заборники и др.), работающие при температурах до 300 ºC; обшивка и сило-

вой каркас сверхзвуковых самолётов, длительно работающих в условиях зна-

копеременных напряжений при температурах 130-150 ºC.

186

Приложение Б

(справочное)

Литейные алюминиевые сплавы

Таблица Б.1 – Сплавы системы Al-Si (силумины)

Механические

свойства

Средний

химический состав

(основа алюминий), %

Сплав

Mg Mn

другие

элем.

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

AЛ2

11,5 без термо-

обработки

170 80

АЛ4Т6

9 0,2

0,4 Закалка

(535

5) ºC,

старение

(175

5) ºC,

10-15 ч.

260

200

АЛ9Т4 7

0,3

закалка

(535

5) ºC,

200 110

АЛ5Т5

0,5 1,2 Cu закалка

(535

5) ºC,

старение

(175

5) ºC,

5-10 ч

250 180 1

АЛ34

Т5

(ВАЛ

7,5 0,45 0,2 Ti

0,3 Be

закалка

(535

5) ºC,

cтарение

(75

5) ºC, 6 ч

330 280 3

Применение: АЛ2 – небольшие по размерам герметичные детали. АЛ4,

АЛ9 – средние и крупные детали ответственного назначения: картеры дви-

гателей внутреннего сгорания, турбинные колёса турбохолодильников,

вентиляторов и др. АЛ5 – головки цилиндров двигателей воздушного ох-

лаждения, детали приборов и агрегатов, работающие при температурах до

250 ºC. АЛ34 (ВАЛ5) – крупные корпусные детали сложной конфигурации,

работающие под большим внутренним давлением газа или жидкости.

187

Таблица Б.2 – Сплавы системы Al-Cu

Механические

свойства

Средний

химический со-

став

( й)%

Сплав

Сu

Mg дру

гие

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

при t = 20 ºС

320 200 10

при t = 300 ºС

АЛ19Т4

4,9

0,8

0,25Ti двухступенчатая

закалка:

(530

5) ºC, 5-9 ч +

(545

3) ºC, 5-9 ч

140 70 5

при t = 20 ºС

250 150 3

при t = 350 ºС

АЛ33T4

5,8

0,8 1,0 Ni

0,1 Zr

0,2 Ce

двухступенчатая

закалка:

(535

5) ºC, 5-9 ч +

(545

3) ºC, 5-9 ч

80 50 8

Применение: АЛ19 – высоконагруженные детали, работающие в условиях

вибраций при температурах от –170 до +300 ºC. АЛ33 – детали двигателей,

длительно работающие при температурах до 350 ºC

Таблица Б.3 – Сплавы системы Al-Mg

Механические

свойства

Средний

химический состав

(основа алюминий), %

Сплав

Mg другие

элем.

Вид и режимы

термической

обработки

МПа

0,2

МПа

АЛ8Т4

9,3 - 10,0

закалка

(430

5) ºC,

масло 50-60 ºC

320 170 11

АЛ27Т4

9,5 - 10,5

0,1 Ti; 0,1 Be;

0,1 Zr

закалка

(435

5) ºC,

масло 50-60 ºC

375 200 22

Применение: Силовые детали, работающие при температурах от минус 60

до плюс 60 ºC. Изделия, работающие в различных климатических условиях,

включая воздействие морской воды и тумана.

188

16 Лабораторная работа № 16

Пластмассы *

)

16.1 Цель работы

Изучение классификации, свойств, структуры и областей применения

пластмасс.

16.2 Общие сведения

Пластическими массами, или пластмассами, называют материалы на

основе природных или синтетических полимеров, способных при нагреве

размягчаться и под давлением принимать заданную форму и устойчиво со-

хранять ее после охлаждения.

Детали из пластмасс менее трудоемки в изготовлении, имеют меньшую

стоимость, поэтому ими часто заменяют изделия из металла.

Простые пластмассы состоят из одних полимеров (без добавок). Слож-

ные пластмассы помимо полимеров включают добавки: наполнители, пла-

стификаторы, красители, отвердители, катализаторы и т.д.

Наполнители в пластмассы вводят в количестве от 40 до 70 % для по-

вышения твердости, прочности, жесткости, а также для придания особых

специфических свойств, например, фрикционных, антифрикционных и сни-

жения их стоимости. Наполнителями могут быть ткани, а также порошковые,

волокнистые вещества.

Пластификаторы (стеарин, олеиновая кислота, дибутилфталат) повы-

шают эластичность, пластичность и облегчают обработку пластмасс. Их со-

держание колеблется в пределах от 10 до 20 %.

Отвердители (амины) и катализаторы (перекисные соединения) в коли-

честве нескольких процентов вводят в пластмассы для отвердения, т.е. соз-

дания межмолекулярных связей и встраивания молекул отвердителя в общую

молекулярную сетку.

Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических

красок) придают пластмассам определенную окраску.

Состав компонентов, их сочетание и количественное соотношение по-

зволяют изменять свойства пластмасс в широких пределах.

16.2.1 Полимеры

Основным компонентом пластмасс, обеспечивающим работу всей ком-

позиции как единого целого, являются полимерные материалы, или

)

Составлено при участии Синюхина А.В.

смолы, представляющие собой высокомолекулярные соединения, мак-

ромолекулы которых состоят из нескольких тысяч мономерных звеньев.

189

Полимеры получают синтезом низкомолекулярных веществ методами

полимеризации или поликонденсации.

Элементный состав продукта полимеризации не отличается от состава

исходных веществ, так как процесс происходит при последовательном при-

соединении мономеров к растущей полимерной цепи. Кроме молекул поли-

мера никаких других соединений не возникает. Например, образование поли-

этилена протекает по схеме:

()

−−−−→=

222

),(

CHCHCHCHCHn

ptцияполимериза

При поликонденсации высокомолекулярные соединения образуются в

результате реакций замещения или обмена между реагентами, сопровож-

дающихся образованием низкомолекулярных соединений (воды, аммиака и

т.д.) и непредельных углеводородов, участвующих в полимеризации. Напри-

мер, при взаимодействии формальдегида с фенолом образуется фенолфор-

мальдегидный полимер и вода:

OHCHOHHCOCHOHHC

2246256

22 +

→+

Макромолекулы полимеров могут состоять из одинаковых или разно-

родных по химическому составу мономеров. В последнем случае эти соеди-

нения называются сополимерами, а реакции их образования – сополимериза-

цией.

Полимеры классифицируют по различным признакам, основными из

которых являются: состав и структура макромолекул, полярность, отношение

к нагреву (таблица 16.1).

Таблица 16.1 – Классификация полимеров

Классифика-

ционный признак

групп полимеров

Наименование типов

полимеров

Примеры

1 2 3

1.1 Органические Полиолефины

1.2 Элементоорганические Полититаноксаны

1 Состав

1.3 Неорганические

Керамика

этилен полиэтилен

формаль-

дегид

енол образующие

полиме

вода

190

Продолжение таблицы 16.1

1 2 3

2.1 Линейные (цепо-

видные)

Полиамиды

2.2 Разветвленные Полиизобутилен

2.3 Ленточные (лест-

ничные)

Полисилоксаны

2 Структура

макромолекул

2.4 Пространственные

(сетчатые)

Резины (вулкани-

заты)

3.1 Аморфные Поливинилхлорид3 Надмолеку-

лярная структура

3.2 Кристаллические Полиэтилен

4.1 Полярные Пентапласт 4 Полярность

4.2 Неполярные Полистирол

5.1 Термопластичные

Органическое

стекло

5 По отноше-

нию к повторному

нагреву

5.2 Термореактивные

Фенолформальде-

гидная смола

16.2.1.1 Молекулярное строение полимеров

Наибольшую группу соединений составляют органические полимеры.

Если основная молекулярная цепь полимера состоит из одинаковых атомов,

то такой полимер называют гомоцепным, если молекулярная цепь представ-

лена только атомами углерода – карбоцепным. Например, карбоцепными яв-

ляются полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласты (рисунок 16.1 а) и др.

Если наряду с углеродом в основной молекулярной цепи присутствуют

атомы кислорода, азота, фосфора и других элементов, оказывающих сущест-

венное влияние на свойства вещества, то такие полимеры называют гетеро-

цепными. Например, гетероцепными являются полиуретан, полилиэтилен-

фторфталат (лавсан), полиамид (рисунок 16.1 в) и др.

Присутствующие в молекулярных цепях гетероцепных полимеров не-

органические элементы придают материалу повышенную теплостойкость, а

органические радикалы – прочность и эластичность. Присутствие кислорода

способствует повышению эластичности материала, а фосфора и хлора - ог-

нестойкости, атомы серы уменьшают газопроницаемость.

Элементоорганические полимеры содержат в основных молекулярных

цепях сочетающиеся с органическими радикалами атомы Si, Ti, Al и других

элементов (рисунок 16.1 б).

Основу неорганических полимерных материалов составляют оксиды

кремния, магния, алюминия, кальция и др. Представителями таких полиме-

ров являются силикатные стекла, керамика, асбест, слюда.

16.2.1.2 Молекулярные структуры полимеров