Лекции по "Слесарь-ремонтник"

1.2.3. Цветные металлы  и их сплавы, основные свойства  и область применения. Припои  мягкие и твердые их характеристика. Марки припоев.

Наиболее распространенными из цветных металлов являются медь, алюминий, олово, титан, а также тугоплавкие  металлы молибден и вольфрам. По механическим характеристикам, как конструкционные материалы, цветные металлы, уступают сталям. Они более редкие и дорогие, поэтому применяются они там, где нужны особые характеристики (вес конструкций, коррозионная стойкость, электропроводность, пластичность и т.п.).

Алюминий и его сплавы.

Алюминий обладает малой плотностью 2700 кг/м3 и низкой температурой плавления 660° С , высокой пластичностью, электропроводностью, легко поддается ковке и волочению. Чистый алюминий применяется мало из-за малой прочности и твердости, в основном идет на получение алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы имеют прочность на уровне рядовых сталей ~ 300 МПа, при этом удельный вес (плотность) в три раза меньше. Основные группы сплавов алюминия: «дуралюмин» - сплав алюминия, меди и магния и «силумин» - сплав алюминия с кремнием, с добавкой магния и марганца.

Дуралюмины являются деформируемыми прочными сплавами, пригодными для штамповки и используемыми для изготовления листов, профилей и т.п. Один из популярных сплавов Д16 имеет временную прочность 540 МПа, удлинение до разрыва 11%. Дуралюмины используются в машиностроении, вагоностроении, автомобильной промышленности в виду своей достаточной жаропрочности. Сплав Д16 может работать длительно время при температуре 150°С, Д-20 при температуре 300° С.

Более высокие по сравнению  с дуралюмином механические свойства имеет сплав алюминия с цинком В95 (1,4-2% Cu, 1,8-2,8% Mg, 0,2-0,6% Mn, 5-7% Zn, 0,1-0,25% Cr)

В состав ковких сплавов марки АК кроме Cu, Mg, Mn, входят Fe, Si, Ni. Из этих сплавов обладающих высокими пластическими свойствами при нагревании, изготавливаются лопатки компрессоров, крыльчатки и кольца турбореактивных двигателей.

Силумины пригодны для литья, т.к. они достаточно текучи, обладают малой усадкой и не образуют горячих трещин. Прочность их невелика sв~200 МПа, удлинение до разрыва 2-4%.

Медь и ее сплавы.

Медь это металл, имеющий в чистом виде розовато-красный цвет, обладающий высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Плотность меди 8900 кг/м3, температура плавления 1 083° С. К недостаткам меди относят низкие литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием. Легирование меди производится для придания сплаву требуемых механических, технологических и антифрикционных свойств.

Медные сплавы классифицируют: по технологическому назначению на деформируемые и литейные,  по химическому составу на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.

Латунь - сплав меди с цинком. Процентное содержание цинка в сплаве оказывает влияние, как на механические свойства, так и на цвет латуни. С увеличением содержания цинка до 45% механические свойства латуни улучшаются, предел прочности возрастает до 32—65 кгс/мм², а относительное удлинение до 65%. Температура плавления латуни составляет 800—1099°С. Чем больше в латуни цинка, тем ниже температура ее плавления.

Для деформируемых латуней в  марке, после буквы Л следует  цифра, означающая процент меди, например латунь Л63 содержит 63% меди и 37% цинка. Если еще есть буквы и цифры - это означает наличие и содержание легирующих элементов. Из деформируемых латуней делают листы, ленты, трубы, проволоку. Один из сплавов ЛЖМц59-1-1 имеет временную прочность до 700 МПа, удлинение до разрыва 50%.

Бронза - бронзы представляют собой сплавы меди с — оловом, свинцом, алюминием, кремнием, марганцем, никелем, железом, кроме цинка. Бронзы более прочны и менее пластичны, чем латуни.

Бронзы обладают хорошими литейными  и антифрикционными свойствами, высокой  прочностью и твердостью, коррозионной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием; при небольшом содержании легирующих элементов бронзы обрабатываются давлением.

Ряд бронз обладает высокой упругостью и используется для изготовления пружин. Свинцовые бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами и используются в подшипниках.

Бронзы маркируются буквами Бр и буквами обозначающими элементы входящие в состав затем цифры обозначающие среднее содержание элементов в процентах.

Пример БрОЦС5-5-5 где 85% меди, 5% олова, 5% цинка, 5% свинца.

Медно-никелевые сплавы подразделяют на конструкционные и электротехнические.

Магний и его сплавы.

Магний относится к легким и  легкоплавким металлам, плотность 1740 кг/м3  температура плавления 651° С. Это химически активный элемент, легко обрабатывается резанием, но из-за низких механических свойств не применяется как конструкционный материал, а служит основой сплавов для конструкций в которых масса имеет решающее значение.

Магниевые сплавы подразделяются на литейные МЛ и деформируемые МД. Деформируемые сплавы подвергаются ковке, штамповке, прокатке (листы, прутки, профиль).

Литейные магниевые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, из них  изготавливают изделия в кокилях (металлических формах) под давлением. Изделия подвергают рекристаллизационному отжигу, закалке и старению.

 

Антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы применяются для изготовления вкладышей подшипников скольжения. Они должны иметь небольшую твердость, высокую теплопроводность, хорошую прирабатываемость, небольшой коэффициент трения, микро пористость для удержания смазки, высокую коррозионную стойкость в среде масел. В качестве антифрикционных сплавов применяют антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585—70), например АЧС-1; АЧС-2; АЧВ-1, бронзы, баббиты, алюминиевые сплавы, порошковые материалы. ГОСТ 1209—73 и ГОСТ 1320—74 рекомендуют для заливки вкладышей подшипников применять баббиты оловянные и свинцовые с добавкой меди, сурьмы, кальция, натрия и т. д.: например, Б83; Б83С; Б88; Б16; БКА. Наиболее качественными из этих баббитов являются баббиты на оловянной основе Б88 и Б83. Они имеют хорошую сопротивляемость ударным нагрузкам, минимальный коэффициент трения (со смазкой). Применяются для изготовления ответственных подшипников паровых турбин, мощных электродвигателей, турбокомпрессоров. Низкая температура плавления баббитов (380—480°С) облегчает их применение для заливки подшипников. Из алюминиевых антифрикционных сплавов наибольшее применение имеет сплав АСМ, который заменил бронзу БрСЗО в подшипниках коленчатых валов трактора.

Материалы для пайки.

Припой.

Припои — материалы для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками. Они должны отвечать следующим требованиям:

1) температура их плавления должна  быть ниже температуры плавления паяемых материалов;

2) они должны хорошо смачивать  паяемый материал и легко растекаться  по его поверхности;

3) должны быть достаточно прочными  и герметичными;

4) коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала не должны резко различаться;

5) иметь высокую электропроводность  при паянии  радиоэлектронных  и токопроводящих изделий.

Припои классифицируют по следующим  признакам:

А) Химическому составу; Б) Температуре плавления; В) Технологическим свойствам;

По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др.

По температуре плавления припои подразделяют на низкотемпературные (t_пл<500°С), или мягкие припои, и высокотемпературные (t_пл>500°С), или твердые припои. Припои изготовляют в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец, дисков, зерен и т.д., укладываемых в место соединения.

К низкотемпературным, или мягким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. К высокотемпературным или твердым припоям относятся медные, медно-свинцовые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной).

По техническим свойствам делятся  на самофлюсующиеся (частично удаляют окислы с поверхности металла) и композиционные (состоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих  производить пайку с большими зазорами между деталями).

Изделия из алюминия и его сплавов  паяют с припоями на алюминиевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами.

Магний и его сплавы паяют  с припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка.

Изделия из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах(>500оС), паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, гафния, ниобия и палладия.

Паяльные  флюсы.

Эти флюсы применяют для очистки  поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя.

Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном и газообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные, жидкие и газообразные.

Флюсы классифицируют по признакам:

- Температурному интервалу пайки  на низкотемпературные (t<450°C) и высокотемпературные (t>450°C);

- Природе растворителя на водные  и неводные;

- Природе активатора на канифольные,  галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.;

- По агрегатному состоянию на  твердые, жидкие и пастообразные

Наиболее распространенными паяльными  флюсами являются бура (Na2B4O7) и борная кислота (H3BO3), хлористый цинк (ZnCl2), фтористый калий (KF) и другие галоидные соли щелочных металлов.

 

Лужение.

Лужение - нанесение тонкого слоя олова на поверхность металлических изделий. Лужение производится для защиты металла от коррозии или для подготовки к пайке (лужёная поверхность лучше смачивается припоем).

 

1.2.4. Клеи, их свойства  и применение.

Соединение материалов склеиванием  находит широкое применение. Соединения, полученные склеиванием, обладают достаточной герметичностью, водостойкостью и маслостойкостью, высокой стойкостью к вибрационным и ударным нагрузкам. Склеивание во многих случаях может заменить пайку, клепку, сварку, посадку с натягом.

К недостаткам клеевых соединений относятся незначительная тепловая стойкость (при температуре выше +90°С прочность их резко снижается), склонность к ползучести при больших статических нагрузках, длительные сроки сушки, необходимость нагрева для получения стойких и герметичных соединений, низкая прочность на сдвиг и др.

Надежное соединение деталей малой толщины, возможно только склеиванием.

Клеевые соединения осуществляют внахлестку, встык с помощью планки, втулки и др.

Технологический процесс склеивания деталей, независимо от их конструкций, марок клеев и склеиваемых  материалов, состоит из следующих этапов:

подготовка поверхностей склеиваемых  деталей;

нанесение клея на склеиваемые поверхности;

выдержка после нанесения клея;

сборка склеиваемых деталей;

собственно склеивание при температуре  от 25 до 250° С и выше;

давление с выдержкой от 5 мин до 40 ч и более;

очистка шва от подтеков клея;

контроль качества клеевого соединения.

Существуют различные виды клеев. Наиболее известен клей БФ, выпускаемый  под марками БФ-2, БФ-4, БФ-6 и др.

Универсальный клей БФ-2 применяется  для склеивания металлов, стекла, фарфора, текстолита и других материалов. Механическая прочность сохраняется при нагреве до температуры не более 80°С. Этот клей применяется для заделки трещин в неответственных местах чугунных корпусов, для упрочнения неподвижных сопряжений, для крепления накладок на дисках муфт сцепления и др. Клей БФ-2 бензо и маслостоек, является хорошим диэлектриком, защищает склеенные поверхности от коррозии. Хранят в закрытой посуде, берегут от попадания воды. Огнеопасен. Клей БФ-2 в жидком виде наносят на подготовленные поверхности соединяемых деталей тонким слоем. Затем получившаяся пленка клея сушится при температуре 20— 60°С в течение 50—60 мин. Наносится второй слой, вновь сушится, затем наносится третий слой и склеиваемые детали соединяют и сушат при температуре 140—150° С в течение 30—60 мин при давлении 10—20 кгс/см².

Клей ВС-10Т применяется для  склеивания деталей, длительное время  работающих при температуре до 300°  С. Он обладает высокой прочностью и  стойкостью. На склеенное этим клеем место не действуют керосин, смазочные масла, вода. Этим клеем закрепляют накладки к тормозным колодкам автомобилей. Клей ВС-10Т наносится в жидком виде в 2 слоя. После нанесения первого слоя сушка при нормальной температуре в течение часа, затем наносится второй слой: детали соединяют и сушат при температуре 140—180° С в течение 1—2 ч при давлении 0,5— 2,0 кГ/см2.

Карбонильный клей может быть в  жидком или пастообразном состоянии (с наполнителем). Основа этого клея — карбонильный сироп, к которому добавляют перекись бензола. Клей пригоден для соединения стали, чугуна, алюминия, фарфора, эбонита и пластмасс; обеспечивает прочность склеивания только при использовании его в течение 3—5 ч после приготовления. Механическая прочность швов, выполненных карбонильным клеем, сохраняется при температуре до 60°. Детали, склеенные карбонилом, сушат на воздухе в течение одних суток. Карбонильный клей бензо- и маслостоек, не поддается воздействию кислот и щелочей, воды, спирта и ацетона. Применяется для склеивания деталей карбюраторов, аккумуляторных банок и других работ. Пастообразный карбонильный клей применяется для склеивания мрамора, фарфора, пористых материалов, для заделки трещин, отверстий и т. д. Недостатком является низкая стойкость против высокой температуры.