Лату́нь — двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим компонентом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим, чем цинка, иначе получится традиционная оловянная бронза), никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. По металлургической классификации к бронзам не относится.
• Коррозионно стойкие,
• обычно с хорошими антифрикционными свойствами
• хорошие механические, технологические свойства
• хорошая жидкотекучесть
Латуни. Для фасонного литья применяют сложнолегирован-ные медноцинковые сплавы; простые латуни используют сравнительно редко.
Эти латуни имеют недостаточную пластичность при высоких температурах, поэтому склонны к образованию трещин при затрудненной усадке. Латунь склонна к поглощению водорода и образованию газовой пористости.
Алюминиевая латунь обладает коррозионной стойкостью в морской воде, поэтому она широко применяется в судостроении, а также в машиностроении при изготовлении тяжелонагруженных деталей.
Марганцевую латунь применяют для изготовления жаростойких и коррозионностойких отливок. Легирование этой латуни оловом улучшает коррозионную стойкость в морской воде.
Свинцовая латунь используется как антифрикционный материал; свинец улучшает обрабатываемость латуни резанием.
Изготовление отливок в песчаных формах. Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3…5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм. Сущность литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.
Медные сплавы имеют сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, хорошо противостоят коррозионному воздействию агрессивных сред (морской воды, пара и др.), сохраняют высокую пластичность при низких температурах. Они немагнитны, легко полируются и обрабатываются резанием. Из примесей, присутствующих в бронзах, наиболее вредное влияние на свойства оказывают алюминий и кремний. Сотые доли содержания этих элементов снижают механические свойства бронз и способствуют усилению поглощения водорода при плавке.
Оловянные бронзы широко применяют для изготовления арматуры, подшипников, шестерен, втулок, работающих в условиях истирания, повышенного давления воды и водяного пара.
Из сплавов этой группы наиболее широко применяют алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом.
Железо и марганец устраняют самопроизвольный отжиг отливок (склонность к образованию крупнозернистой структуры), повышают механические свойства; никель улучшает износостойкость и коррозионные свойства бронз.
Свинцовые бронзы Бр. СЗО, Бр. СН60-2,5 обладают высокой износостойкостью при трении в условиях больших удельных нагрузок и скоростей вращения. Поэтому свинцовые бронзы используют как заменитель оловянной при изготовлении вкладышей подшипников.
Механические свойства металлических материалов при низких температурах определяются типом их кристаллической решетки. У металлов с кристаллической решеткой типа гранецентрированного куба (медь, алюминий, никель, свинец, железо-у, аустенитные стали) при понижении температуры наблюдается увеличение пределов текучести и прочности, повышение твердости и уменьшение ударной вязкости.
Старение стали — изменение свойств материала (стали), протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях (менее 0,25 % С). При старении за счёт скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз из феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием.
Механическое или деформационное старение — это процесс, протекающий после пластической деформации, если она происходит ниже температуры рекристаллизации. Такое старение развивается в течение 15—16 суток при комнатной температуре и в течение нескольких минут при 200—350 °C. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному стар
Метод состоит в определении работы удара или ударной вязкости стали, подвергнутой холодной пластической деформации и искусственному старению, или в сравнении этих величин с работой удара или ударной вязкостью стали в исходном состоянии с определением показателя склонности к старению.
Для повышения хладостойкости и свариваемости строительных сталей применяют малоперлитные стали с низким содержанием углерода, микролегированные сильными карбидообразующими элементами. Кроме того, используют стали, легированные азотом в сочетании с различными сильными нитридообразующими элементами, в качестве которых чаще всего применяют ванадий, алюминий, ниобий и титан. Выделение азота из твердого раствора в виде нитридов уменьшает его охрупчивающее действие. Это увеличивает прочность стали и, способствуя измельчению зерна, не ухудшает ее хладостойкости.
К сталям этой группы относятся стали марок 09Г2, 09Г2С, 09Г2СД, 16Г2АФ, 14Г2АФ, 14Г2САФ и др. Из-за дефицитности никеля его применение в сталях этого типа ограничено. Из всех легирующих элементов никель в наибольшей степени понижает хладноломкость стали. Никель и железо полностью растворимы друг в друге, имеют близкое строение кристаллических решеток. Никель не является карбидообразующим элементом, он находится в твердом растворе в феррите или аустените. Никель упрочняет феррит и одновременно увеличивает его вязкость. Никель увеличивает прокаливаемость стали, измельчает зерно, а также снижает концентрацию примесей на дислокациях и уменьшает блокирование дислокаций примесными атомами внедрения. Введение 1 % Ni снижает порог хладноломкости примерно на 20 К.
Резко отрицательное действие на хладостойкость оказывают вредные примеси: фосфор и сера. Растворяясь в феррите, фосфор заметно искажает кристаллическую решетку твердого раствора и повышает температуру перехода в твердое состояние. Охрупчивающее влияние фосфора усиливается при обогащении им межзеренных границ благодаря развитию ликвационных процессов.
При хрупком разрушении затрата энергии на образование новых поверхностей в результате раскрытия трещины меньше, чем освобождающаяся при этом накопленная упругая энергия. При вязком разрушении затрачивается значительно большая работа. Для развития вязкого разрушения необходим непрерывный внешний подвод энергии, расходуемой на пластическое деформирование металла впереди растущей трещины и преодоление возникающего при этом упрочнении.
При хрупком разрушении магистральная трещина имеет малый угол раскрытия (острая трещина), пластическая деформация вблизи поверхности разрушения почти полностью отсутствует. При вязком разрушении трещина имеет большой угол раскрытия (тупая трещина), поверхность разрушения характеризуется значительной степенью пластической деформации.
Микроизлом при хрупком разрушении имеет блестящую гладкую поверхность. Плоские грани расколотых кристаллических зерен придают металлический блеск хрупкому излому. Для хрупкого разрушения характерна высокая скорость распространения трещины, достигающая приблизительно 0,4 скорости распространения звука в металле. Скорость распространения вязкой трещины значительно ниже и определяется скоростью нарастания напряжений.
В случае вязкого разрушения необходимо повышать прочность материала. При хрупком разрушении надо, наоборот, увеличивать вязкость и пластичность, при необходимости даже снижая прочность. Наиболее опасно хрупкое разрушение.
Прокладочные материалы применяют для уплотнения как мест соединения крышки и корпуса арматуры, так и мест соединения арматуры с трубопроводом, то есть присоединительных патрубков. Выбор уплотнительных материалов весьма широк, сюда входят как металлические, так и неметаллические. Резина представляет из себя продукт термической обработки (вулканизации) смеси каучука и серы. Это очень упругий материал, обладает малой прочностью. Резиновые уплотнительные прокладки могут вырезаться или штамповаться из листовой резины, или формоваться в процессе вулканизации. Обычная резина выдерживает температуры до 50 0С , а специальная теплостойкая до 140 0С. Резина горюча и не должна применяться при повышенных температурах. Резиновые прокладки в зависимости от сорта резины обладают средней или высокой степенью релаксации, то есть способностью восстанавливать свою формупосле снятия нагрузки. Это позволяет в некоторых случаях использовать прокладку повторно после разборки соединения. Асбест - это неорганический природный материал белого цвета, который применяется при повышенных и высоких температурах. Выпускается в виде листового материала, картона или шнуров. Сам по себе асбест непрочный, рыхлый материал, обладает плохими антифрикционными свойствами. Для улучшения фрикционных свойств прокладочный материал из асбеста часто графитируют, то есть посыпают или натирают порошковым графитом, который является хорошим смазочным материалом. Листовой паранит представляет из себя продукт вулканизации смеси асбестовых волокон (60-70%), растворителя, каучука (12-15%), минеральных наполнителей (15-18%) и серы (1.2-8.0%) и последующего вальцевания под большим давлением. Паранит является универсальным прокладочным материалом. При давлении выше 320 МПа он начинает течь, то есть достигается предел текучести, в результате чего все неплотности в соединении заполняются материалом и обеспечивается герметичность соединения. Толщина прокладки должна быть минимальной, однако достаточной для заполнения канавок и неровностей. При увеличении толщины прокладки повышается вероятность ее выдавливания, поэтому не рекомендуется ставить толстые прокладки. Паранит выпускается в виде листов толщиной до 6 мм, он легко режется, рубится, из него можно вырезать фигурные прокладки. Это самый распространенный прокладочный материал для средних диаметров арматуры. Металлические прокладки применяются как штатный прокладочный материал. Как правило, используются прокладки из цветных металлов. Недостатком является невозможность самостоятельного изготовления такой прокладки, а так же большая релаксация напряжений. Лента ФУМ так же применяется для герметизации резьбовых соединений. Сокращение ФУМ означает фторпластовый уплотнительный материал. Фторпласт обладает низким пределом текучести, то есть легко уплотняется. Он технологичен в применении, выпускается на катушках в виде лент различной толщины.
Подшипники изготовляют из сплавов железа и 1-7% графита (ЖГр1, ЖГр3, ЖГр7) и бронзографита, содержащего 8-10% Sn и 2-4% графита (БрОГр10-2, БрОГр8-4 и др.).
Для работы в условиях трения без смазочного материала (деталей тормозов самолетов, тормозных накладок тракторов, автомобилей и т.д.) применяют материалы на железной основе. Наибольшее применение получил материал ФМК-11 (15%Cu, 9% графита, 3% асбеста, 3%SiO2 и 6% барита).
Фрикционные сплавы на медной основе применяют для условий жидкостного трения в паре с закаленными стальными деталями (сегменты, диски сцепления и т.д.). Типичным фрикционным материалом на основе меди является сплав МК5, содержащий 4% Fe, 8%Pb, 9%Sn, 0-2%Ni, 7% графита).
При наличии готовой к заливке формы и жидкого литейного сплава в ковше, технология изготовления отливки выглядит так.
Заливка ⇒ Кристаллизация ⇒ Выбивка ⇒ Обрубка ⇒ Очистка
Заливка – заполнение формы жидким литейным сплавом. Заливка – операция внешне простая, но очень ответственная. В процессе заливки надо всё время поддерживать литниковую чашу полной. Это уменьшает размывание стенок чаши струёй металла, льющейся из ковша. Заливать форму надо от начала до конца не прерывая заливки. После заливки формы литейный сплав в ней остывает и кристаллизуется. Образуется отливка. Далее отливка остывает в форме до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Процесс этот идёт самопроизвольно.
Выбивка – операция извлечения отливки из формы. Выбивку мелких отливок из форм производят на вибрационных решётах. Форму ставят на решето. Решето трясут пневмоприводом в горизонтальной плоскости. От тряски, силами инерции, форма разрушается. Формовочная смесь просыпается вниз сквозь решетчатое дно, на решете остаются опоки и отливка. Использованную формовочную смесь – “горелую землю” используют многократно. Её разминают, просеивают, освежают (добавляют свежие песок, глину, вспомогательные материалы) и употребляют для изготовления новых форм.
Наклеп (нагартовка) – упрочнение металла в результате холодной пластической деформации.
Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность.
Технология изоляционных работ в трассовых условиях включает:
· подготовку изоляционных материалов;
· сушку или подогрев изолируемой поверхности;
· очистку;
· нанесение грунтовки и (или) покрытия;
· контроль качества покрытия.
Изоляционные покрытия должны наноситься, как правило, механизированным способом, обеспечивающим проектную толщину изоляционного слоя и его сплошность. Очистку и нанесение грунтовки на трубопроводы следует производить в зависимости от диаметра трубы соответствующими самоходными очистными машинами типа ОМ.
Композиционный материал – неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу, обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними.
Преимущества композиционных материалов: -высокая удельная прочность; -высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 ГПа); -высокая износостойкость; -высокая усталостная прочность.
Наиболее частые недостатки композиционных материалов: -высокая стоимость; -анизотропия свойств; -повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.
Технологические свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки.
Образец, подвергнутый технологической пробе, осматривают. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома. К основным технологическими свойствам относят: обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства. [9]
Обрабатываемость резанием - одна из важнейших технологических свойств, потому что подавляющее большинство заготовок, а так же деталей сварных узлов и конструкций подвергается механической обработке.
Свариваемость – способность металлов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла. Ее определяют пробой сваренного образца на загиб или растяжение.
Ковкость – способность металла обрабатываться давлением в холодном или горячем состоянии без признаков разрушения. Ее определяют кузнечной пробой на осадку до заданной степени деформации.
Литейные свойства металлов характеризуют способность их образовывать отливки, без трещин, раковин и других дефектов.
Жидкотекучесть - способность расплава изгиб на определенный угол.
Усадка при кристаллизации - это уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое; является, причиной образования усадочных раковин и усадочной пористости в слитках и отливках.
Ликвация - неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы в отличие от чистых металлов кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается ликвация, причем наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину температурного интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод).
Полимерные изоляционные покрытия предназначенные для защиты подземных трубопроводов от коррозии, выполняются из слоя грунтовки и одного - трех слоев липкой полимерной ленты.
Титан - элемент IV группы побочной подгруппы периодической системы, порядковый номер 22, атомный вес 47,9. Химический знак - Ti. Металл сочетает большую прочность с малой плотностью r = 4,5 г/см3 и высокой коррозионной стойкостью. Однако из-за низкой теплопроводности затрудняется его применение для конструкций и деталей, работающих в условиях больших температурных перепадов, и при службе на термическую усталость. Металл обладает ползучестью как при повышенных, так и при комнатной температурах. К недостаткам титана как конструкционного материала следует отнести также относительно низкий модуль нормальной упругости.
Кислород хорошо растворяется в титане и сильно снижает данную характеристику уже в области малых концентраций. Пластические свойства металла уменьшаются и при добавлении азота. При содержании азота более 0,2 % наступает хрупкое разрушение титана. Вместе с тем кислород и азот повышают временное сопротивление и выносливость металла. В этом отношении они являются полезными примесями.
Вредной примесью является водород. Он резко снижает ударную вязкость титана даже при очень малых концентрациях, за счет образования гидридов.
При нагревании титана на воздухе на его поверхности, кроме обычной окалины, образуется слой, состоящий из твердого раствора на основе a-Ti (альфитированный), стабилизированного кислородом, толщина которого зависит от температуры и продолжительности нагрева. Он имеет более высокую температуру превращения, чем основной слой металла, и его образование на поверхности деталей или полуфабрикатов может вызвать хрупкое разрушение.
Сплавы титана обладают тремя основными преимуществами по сравнению с другими сплавами: малым удельным весом, высокими химическими свойствами и отличной коррозионной стойкостью. Сочетание легкости с большой прочностью делают их особенно перспективными материалами как заменители специальных сталей для авиационной промышленности, а значительная коррозионная стойкость - для судостроения и химической промышленности.
1) с a-фазой (алюминий);
2) с b-фазой (хром, марганец, железо, медь, никель, бериллий, вольфрам, кобальт, ванадий, молибден, ниобий и тантал);
3) с a + b-фазами (олово, цирконий германий).
Сплавы титана с алюминием имеют меньшую плотность и большую удельную прочность, чем чистый или технически чистый титан. По удельной прочности они превосходят многие нержавеющие и теплостойкие стали в интервале 400 - 500 °С. Эти сплавы обладают более высокой жаропрочностью и наивысшим сопротивлением ползучести, чем многие другие на основе титана. Они обладают хорошей свариваемостью, причем даже при значительном содержании алюминия материал шва и околошовной зоны не приобретает хрупкости. Добавка олова в сплавы повышает их прочностные характеристики. При концентрации в них до 5 % Sn заметного снижения пластических свойств не наблюдается. Кроме того, введение олова в сплавы повышает их сопротивляемость окислению и ползучести. Сплавы, содержащие 4 - 5 % Аl и 2 – 3 % Sn, сохраняют значительную механическую прочность до 500 °С.
Цирконий не оказывает большого влияния на механические свойства сплавов, но его присутствие способствует увеличению сопротивления ползучести и повышению длительной прочности. Цирконий является ценным компонентом титановых сплавов.
К титановым сплавам с термодинамически устойчивой b-фазой относятся системы, содержащие в своем составе алюминий (3,0 - 4,0 %), молибден (7,0 - 8,0 %) и хром (10,0 - 15,0 %). Однако при этом теряется одно из основных преимуществ титановых сплавов - относительно малая плотность.
Иногда, кроме алюминия и молибдена, в сплавы добавляется небольшое количество кремния. Это способствует тому, что сплавы в горячем состоянии хорошо поддаются прокатке, штамповке и ковке, а также увеличивается сопротивление ползучести.
Сплавы, содержащие, кроме алюминия и молибдена, хром, имеют высокую термическую стабильностью и меньшую склонностью к проявлению хрупкости при нагревании, мелкозернисты по своей структуре.
Широкое применение находит карбид титана TiC и сплавы на его основе. Карбид титана обладает большой твердостью и очень высокой температурой плавления, что и определяет основные области его применения. Его давно применяют как компонент твердых сплавов для режущих инструментов и штампов. Типичными титансодержащими твердыми сплавами для режущего инструмента являются сплавы Т5К10, Т5К7, Т14К8, Т15К6, ТЗ0К4 (первая цифра соответствует содержанию карбида титана, а вторая - концентрации цементирующего металлического кобальта в %).
Алюминиевые сплавы по способу переработки их в изделия делят на деформируемые (подвергаются обработке давлением) и литейные.
К 1 группе относят сплавы алюминия с медью –дюралюмины (от фран. «Дюр»-«твердый). По прочности и твердости дюралюмины более чем в 2 раза превосходят чистый алюминий. Недостаток дюралюминов -низкая коррозионная стойкость,
Лидером среди материалов с памятью формы по применению и по изученности является никелид титана. Никелид титана обладает:
1.Превосходной коррозионной стойкостью.
2. Высокой прочностью.
3. Хорошими характеристиками формозапоминания. Высокий коэффициентвосстановления формы и высокая восстанавливающая сила. Деформация до 8 % может полностью восстанавливаться. Напряжение восстановления при этом может достигать 800 МПа.
4.Хорошая совместимость с живыми организмами.
5.Высокая демпфирующая способность материала.
Недостатки:
1.Из-за наличия титана сплав легко присоединяет азот и кислород. Чтобы предотвратить реакции с этими элементами при производстве надо использовать вакуумное оборудование.
2.Затруднена обработка при изготовлении деталей, особенно резанием. (Оборотная сторона высокой прочности).
3.Высокая цена. В конце XX века он стоил чуть дешевле серебра.
При современном уровне промышленного производства изделия из никелида титана (наряду со сплавами системы Cu-Zn-Al) нашли широкое практическое применение и рыночный сбыт
Эффект памяти формы — явление возврата к первоначальной форме при нагреве, которое наблюдается у некоторых материалов после предварительной деформации.
В ряду функциональных свойств памяти формы важное теоретическое и практическое значение принадлежит явлению так называемой деформации ориентированного превращения.
Битумы бывают природные и искусственные (нефтяные битумы); Природные битумы (асфальтиты) встречаются в виде местных скоплений или пропитывают горные породы (известняки, песчаники, глины). Это жидко-вязкие или твёрдые смеси высокомолекулярных углеводородов и их производных (сернистых, азотистых, кислородных и др.). Свойства битумов зависят от их химического состава и степени полимеризации содержащихся в них соединений. Различают восемь марок нефтебитумов. Кроме того, выпускаются высокоплавкие нефтебитумы – рубракс марок А и Б, применяемые для изготовления тугоплавких антикоррозионных мастик типа битуминоля. Марка битума устанавливается по трём показателям: глубине проникновения иглы (пенетрация), температуре размягчения и растяжимости.
Стали для штампов холодного деформирования.
Стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью (чтобы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением пластическим деформациям.
Для штампов небольших размеров (до 25 мм) используют углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 после закалки и низкого отпуска на твердость 57…59 HRC. Это позволяет получить хорошую износостойкость и ударную вязкость.