Доход и прибыль. Виды и функции прибыли

Металлические материалы по своей  структуре подразделяются на два  типа сплавов:

1) сплавы с мягкой матрицей  и твердыми включениями; 2) сплавы  с твердой матрицей и мягкими  включениями.

К сплавам первого типа относятся  баббиты и сплавы на основе меди — бронзы и латуни. Мягкая матрица  в них обеспечивает не только защитную реакцию подшипникового материала  на усиление трения и хорошую прирабатываемость, но и особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение смазочным материалом участков трения и теплоотвод с них. Твердые включения, на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость.

Баббиты-мягкие (НВ 300) антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе. В соответствии с ГОСТ 1320—74 к сплавам на оловянной основе относятся баббиты Б83 (83% Sn, 11% Sb и 6% Сu) и Б88, на свинцовой основе- Б16 (16% Sn, 16% Sb, 2% Сu) БС6, БН. Особую группу образуют более дешевые свинцово-кальциевые баббиты: БКА и БК2 (ГОСТ 1209-78).

По антифрикционным свойствам  баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим баббиты применяют только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Наилучшими свойствами обладают оловянистые баббиты, у которых pv = = (500-700) 10⁵ Па-м/с. Из-за высокого содержания дорогостоящего олова их используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т. п.), работающих при больших скоростях и нагрузках (табл. 1). Структура этих сплавов (рис. 7) состоит из твердого раствора сурьмы в в олове (мягкая фаза, темный фон) и твердых включений P'(SnSb) и Cu₃Sn.

 

Рис. 7. Микроструктура баббита Б83, х 300

 

Бронзы относятся к лучшим антифрикционным материалам. Особое место среди них занимают оловянистые и оловянисто-цинково-свинцовистые бронзы. К первым относятся бронзы БрО10Ф1, БрО10Ц2, ко вторым -Бр05Ц5С5, БрОбЦбСЗ и др. (ГОСТ 613-79). Бронзы применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения (см. табл. 1).

В последнее время бронзы широко используют как компоненты порошковых антифрикционных материалов или тонкостенных пористых покрытий, пропитанных твердыми смазочными материалами.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

Латуни используют в качестве заменителей бронз для опор трения. Однако по антифрикционным свойствам они уступают бронзам. Двухфазные лутуни ЛЦ16К4, ЛЦ38Мп2С2, ЛЦ40МцЗА и др. (ГОСТ 17711 — 80) применяют при малых скоростях скольжения (менее 2 м/с) и невысоких нагрузках. Их часто используют для опор трения приборов.

К сплавам второго типа относятся  свинцовистая бронза БрСЗО с 30% РЬ (ГОСТ 493-79) и алюминиевые сплавы с оловом (ГОСТ 14113-78), например, сплав А09 -2 (9 % Sn и 2 % Си). Функцию мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения свинца или олова. При граничном трении на поверхность вала переносится тонкая пленка этих мягких легкоплавких металлов, защищая шейку стального вала от повреждения.

Антифрикционные свойства сплавов  достаточно высокие, особенно у алюминиевых сплавов. Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазочного материала на этих сплавах сохраняется при больших скоростях скольжения и высоком давлении (см. табл. 1).

Алюминиевый сплав А09-2 применяют для отливки монометаллических вкладышей, бронзу для наплавки на стальную ленту.

К сплавам второго типа относятся  также серые чугуны, роль мягкой составляющей в которых выполняют включения графита. Для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения (см. табл. 1) используют серые чугуны СЧ 15, СЧ 20 и легированные антифрикционные чугуны: серые АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3; высокопрочные АЧВ-1, АЧВ-2; ковкие АЧК-1, АЧК-2 (ГОСТ 1585-79). С целью уменьшения износа сопряженной детали марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости стальной цапфы. Достоинство чугунов — невысокая стоимость; недостатки плохая прирабатываемость, чувствительность к недостаточности смазочного материала и пониженная стойкость к воздействию ударной нагрузки.

В настоящее время наибольшее распространение получили многослойные подшипники, в состав которых входят многие из рассмотренных выше сплавов. Сплавы или чистые металлы в них уложены слоями, каждый из которых имеет определенное назначение.

В качестве примера разберем строение четырехслойного подшипника (рис. 10.6), применяемого в современном автомобильном двигателе. Он состоит из стального основания, на котором находится слой (250 мкм) свинцовистой бронзы (БрСЗО). Этот слой покрыт тонким слоем (~ 10 мкм) никеля или латуни. На него нанесен слой сплава Pb —Sn толщиной 25 мкм. Стальная основа обеспечивает прочность и жесткость подшипника; верхний мягкий слой улучшает прирабатываемость. Когда он износится, рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Слой бронзы, имеющей невысокую твердость, также обеспечивает хорошее прилегание шейки вала, высокую теплопроводность и сопротивление усталости. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в свинец бронзы.

 

Рис. 9. Схема строения четырехслойного металлического подшипника скольжения: 1 — сплав свинца и олова; 2 — никель; 3 — свинцовистая бронза; 4 — сталь

 

Неметаллические материалы. Для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы — термореактивные и термопластичные (полимеры) более десяти видов. Из термореактивных пластмасс используют текстолит. Из него изготовляют подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Такие подшипники допускают тяжелые режимы работы, смазываются водой, которая хорошо их охлаждает и размягчает поверхностный слой.

Из полимеров наиболее широко применяют полиамиды: ПС 10, анид, капрон (ГОСТ 10589-73) и особенно фторопласт (Ф4, Ф40). Достоинство полимеров — низкий коэффициент трения, высокая износостойкость и коррозионная стойкость.

Исключительно высокими антифрикционными свойствами обладает фторопласт, коэффициент трения которого без смазочного материала по стали составляет 0,04-0,06. Однако фторопласт «течет» под нагрузкой и, как все полимеры, плохо отводит теплоту. Он может применяться лишь при ограниченных нагрузках и скоростях. Высокие антифрикционные свойства фторопласта реализуют в комбинации с другими материалами, используя его в виде тонких пленок либо как наполнитель.

Комбинированные материалы. Такие материалы состоят из нескольких металлов и неметаллов, имеющих благоприятные для работы подшипника свойства. Рассмотрим подшипники двух типов.

1. Самосмазывающиеся подшипники получают методом порошковой металлургии из материалов различной комбинации: железо-графит, железо-медь (2-3%)-графит или бронза-графит. Графит вводят в количестве 1-4%. После спекания в материале сохраняют 15-35% пор, которые затем заполняют маслом. Масло и графит смазывают трущиеся поверхности. При увеличении трения под влиянием нагрева поры раскрываются полнее, и смазочный материал поступает обильнее. Тем самым осуществляется автоматическое регулирование подачи смазочного материала (его запас находится в специальной камере). Такие подшипники работают при небольших скоростях скольжения (до 3 м/с), отсутствии ударных нагрузок и устанавливаются в труднодоступных для смазки местах.

Металлофторопластовые подшипники изготовляют из металлофторопла-стовой ленты (МФПл) в виде свертных втулок методом точной штамповки. Лента состоит из четырех слоев (рис. 10). Первый слой (приработочный) выполнен из фторопласта, наполненного дисульфидом молибдена (25% по массе). Толщина слоя 0,01-0,05 мм. В тех случаях, когда допустимая величина линейного износа достаточно велика, первый слой утолщают до 0,1-0,2 мм. Второй слой (~0,3 мм)-бронзофторо-пластовый. Он представляет собой слой пористой бронзы БрО10Ц2, полученный спеканием частиц порошка сферической формы. Поры в этом слое заполнены смесью фторопласта с 20% РЬ (или фторопласта и дисульфида молибдена). Третий слой (0,1 мм) образован медью. Его назначение-обеспечить прочное сцепление бронзового пористого слоя с четвертым слоем - стальной основой. Толщина основы, которую изготовляют из стали 08кп, составляет 1-4 мм.

Рис. 10 Схема строения металлофторо-пластовой ленты:

1 — фторопласт с дисульфидом молибдена: 2 — бронза в слое фторопласта; 3 — медь; 4 — сталь

 

При работе такого подшипника пористый каркас второго слоя отводит теплоту и воспринимает нагрузку, а поверхностный слой и питающая его фторопластовая «губка» выполняют роль смазочного материала, уменьшая трение. Если первый слой в отдельных местах по какой-либо причине изнашивается, то начинается трение стали по бронзе, что сопровождается повышением коэффициента трения и температуры. При этом фтороспласт, имеющий более высокий температурный коэффициент линейного расширения, чем бронза, выдавливается из пор, вновь создавая смазочную пленку.

При тяжелых режимах трения, когда  температура нагрева превышает 327 °С, происходит плавление свинца. Образующаяся жидкая фаза снижает коэффициент трения и тепловыделение.

Металлофторопластовые подшипники имеют  высокие антифрикционные свойства. Их используют в узлах трения, работающих без смазочного материала, хотя его введение оказывает благоприятное действие. Они могут работать в вакууме, жидких средах, не обладающих смазочным действием, а также при наличии абразивных частиц, которые легко «утапливаются» в мягкой составляющей материала. Такие подшипники применяют в машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности.

Минералы. Естественные (агат), искусственные (рубин, корунд) минералы или их заменители ситаллы (стеклокристал-лические материалы) применяют для миниатюрных подшипников скольжения камневых опор. Камневые опоры используют в прецизионных приборах — часах, гироскопах, тахометрах и т. д. Главное достоинство таких опор низкий и стабильный момент трения. Низкое трение достигается малыми размерами опор, что уменьшает плечо действия силы трения, а также низким коэффициентом трения вследствие слабой адгезии минералов к металлу цапфы. Постоянство момента трения обусловлено высокой износостойкостью минералов, способных из-за высокой твердости выдерживать громадные контактные давления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6  Пластические массы. Основные свойства пластмасс

 

 

К основным свойствам пластмасс  относятся: механические, диэлектрические, теплофизические, фрикционные и  др. Плотность пластмасс зависит  от природы полимера, вида наполнителя, условий переработки изделий  и других факторов. В среднем плотность  пластмасс в 2 раза меньше, чем у  алюминия, и в 5...8раз меньше, чем  у стали, меди и других металлов.

Прочность пластмасс колеблется в  широких пределах и зависит от видов полимера и наполнителя, а  также от их соотношения. Удельная прочность, т.е. прочность, отнесенная к плотности, для ряда пластмасс выше, чем у  металлов, однако модуль упругости  заметно ниже.

Основными недостатками пластмасс  являются ограниченная теплостойкость (до 400 °С) и чувствительность к колебаниям влажности.

Все пластмассы являются диэлектриками. Теплопроводность пластмасс во много  раз меньше, чем у металлов. Коэффициент  линейного расширения у пластмасс  гораздо выше чем у металлов, изменяется в широких пределах и зависит от структуры материалов и его наполнителя.

Пребывание пластмасс в воде или атмосфере с высокой влажностью во многих случаях приводит к снижению их физико-механических и диэлектрических  характеристик. Большинство пластмасс  стойки к действию нефтепродуктов, а некоторые из них—к сильно агрессивным средам.

Фторопласты, полиамиды, текстолиты, древеспослоистые пластмассы имеют малый коэффициент трения, т. е. обладают антифрикционными свойствами и применяются в подшипниках скольжения.

Пластмассы на основе фенолформальдегидных смол с волокнистым наполнителем имеют высокий коэффициент трения (0,2...0,6) и применяются как фрикционные  материалы в тормозных системах и фрикционных передачах.

В состав большинства пластмасс, кроме  полимерного связующего, могут входить  наполнители, красители, порообразователи, отвердители, смазывающие вещества и другие добавки.

В основе процесса формообразования изделий из пластмасс лежит свойство полимеров приобретать вязкотекучее состояние при нагревании до сравнительно невысоких температур (90...200 °С). Формообразование выполняется в закрытых рабочих формах — пресс-формах при определенных параметрах процесса (температуре, давлении и времени выдержки).

Основные способы переработки  пластмасс: прессование (прямое и литьевое); литье под давлением — инжекционное прессование, экструзия; формование из листов (пневмоформование, формование штамповкой, вакуумное формование); формование крупногабаритных изделии из слоистых пластмасс (контактное, вакуумное, автоклавное, намоткой); сварка, механическая обработка.

 

7   Начертите диаграмму состояния сплавов железа с углеродом. Покажите на ней  структуры по всем ее зонам, а также характерные линии и точки (ликвидус, солидус, точки эвтектики, критические точки Ас3, Ас1, Асм.  Справа от диаграммы постройте кривую медленного охлаждения сплава от 1600 до 6000 С с заданным содержанием углерода. Опишите превращения, происходящие в заданном сплаве. Дайте определения всем образующимся  по ходу охлаждения структурам.

 

Решение

 

Рассмотрим превращения, происходящие в сплаве с содержанием углерода 6,1%.

1. Вычерчиваем диаграмму состояния железо-цементит (Рис.2).
2. Из    точки    на    горизонтальной    оси    -    оси    концентрации    углерода, 
   соответствующей    6,1%    углерода,    проведём    перпендикуляр.    Точки 
   пересечения   перпендикуляра с линиями диаграммы    1, 2, 3    являются 
   критическими точками сплава.
3. Опишем структурные превращения сплава, соответствующие промежуткам диаграммы между точками и в каждой точке:

- выше точки 3 — жидкий сплав (Ж);

- в точке 3 (1245˚ С) – из жидкого раствора начинают выпадать кристаллы цементита первичного 6,1%С (Ж→Ж+Ц_I).

- между точками 3 и 2 (1245°С - 1147°С) – продолжается процесс кристаллизации цементита первичного (Ж→Ж+Ц_I);