Допоміжні матеріали

У машинобудуванні застосовують шкіру, азбест, повсть, текстильні та паперові матеріали. Для забезпечен­ня щільності та герметичності механізмів використовують прокладні та ущільнювальні матеріали, наприклад шкіру, пароніт, повсть, клінгерит, картон, гуму. Шкіра може бути цупкою завтовшки 3...7 мм і м'якою завтовшки 1,5...3,5 мм. Цупку шкіру використовують для виготовлен­ня манжет, прокладок, приводних пасів тощо. М'яку шкіру застосовують для потреб текстильної промисло­вості, для виготовлення мембран, фільтрів тощо.

Пароніт — прокладний матеріал для металевих з'єд­нань, які працюють за температури до 400...450 °С у воді та на пару і в нафтових продуктах. Пароніт — композиція азбесту, каучуку та наповнювачів. Композиція з азбесту, сурику, ^графіту, гуми та оксиду заліза називається клін-герит. Його застосовують як прокладний матеріал, що витримує нагрівання до температури 180 °С.

Азбест (гірський льон) — речовина волокнистої будо­ви мінерального походження, використовують як вогне­тривкий матеріал у вигляді прокладок і ущільнювальної жаростійкої речовини і як компонент, який входить у композиції прокладних жаростійких матеріалів.

Широке застосування мають прокладні матеріали для звуко- і теплоізоляції; наприклад, одним з кращих звуко­непроникних матеріалів є повсть. Вона використовується для виготовлення прокладок, сальників, фільтрів для очищення масел, полірувальних кругів. Повсть застосову­ють як ізолятор і для виготовлення прокладних кілець, які захищають підшипники від попадання пилу. Виготовля­ють повсть з низькосортної вовни з додаванням рос­линних волокон і клейстеру. Повсть має об'ємну масу 0,32 г/см³, коефіцієнт теплопровідності 0,06 Вт/(м • К). Використовують як прокладний матеріал гуму, свинець, листову мідь, а для ущільнення трубопроводів, різьбових з'єднань використовують конопляні та лляні волокна, гумові та гумово-тканинні ущільнення, манжети, кільця з гуми та бавовняної тканини тощо.

Композиційні матеріали

У техніці часто виникає потреба в застосуванні кон­струкційних матеріалів з високою міцністю, що витри­мують високі температури, тиск і агресивні середовища. Високу міцність мають нитки з металу, або монокриста-леві «вуса», але їх важко виготовити. Композиційні матеріали мають комплекс необхідних параметрів, коли кращі властивості різних складових зібрані в одній ком­позиції. Можна одержати матеріали високої міцності ар­муванням їх високоміцними волокнами. Композиційні матеріали складаються з основи (матриці) та наповнюва­ча, який надає матеріалові міцність, тому його називають зміцнювачем композиційного матеріалу. Наповнювачі бу­вають волокнисті та дисперсійно зміцнені. До першої групи належать матеріали, зміцнені волокнами або ниткоподібними кристалами А1₂О₃, SiC, вуглецю, вольф­раму, дротиною з вольфраму, високоміцної сталі тощо. Друга група — матеріали з наповнювачами з тонкодисперсних часток оксидів, карбідів, боридів, нітридів.

Технологія створення волокнистих композиційних матеріалів полягає в просочуванні наповнювача матрич­ним розчином, нанесенні матриці на волокнистий напов­нювач електрохімічним або плазмовим напилюванням з наступним пресуванням у дифузійній пакетній сполуці стрічок компонентів зварюванням. Технологія створення дисперсійно зміцнених композиційних матеріалів полягає у внутрішньому окисленні, пресуванні та спіканні окислених порошків або введенні в рідку матрицю туго­плавких часток. Недоліком волокнистих композиційних матеріалів є анізотропність.

Цього недоліку позбавлені дисперсійно-зміцнювальні матеріали. Волокнисті матеріали мають високу міцність уздовж осі волокна. Як волокна застосовують ниткопо­дібні кристали, металеву дротину та неметалеві нитко­подібні волокна. Матриця надає їм потрібної форми, монолітності і може сприймати зовнішні розтягуючі, стискуючі, згинаючі навантаження. При цьому вона бере участь у забезпеченні міцності та цупкості системи, захищаючи волокна від пошкодження та окислення. Важливою властивістю матриці є її пластичність. Для одержання якісних композиційних матеріалів необхідно враховувати властивості матриці та наповнювача й їхню взаємодію в роботі.

Можливі різні композиції матеріалів з металевими та полімерними матрицями на основі графітового та вольф­рамового волокна, скловолокна, боралюмінієвого тощо. Вивчено армування металів вольфрамовими, молібдено­вими та іншими волокнами, наприклад композиції на основі міді та її сплавів, срібла і його сплавів та багато інших варіантів композицій на основі металів і неметалів.

Слід зазначити, що одним з найважливіших напрямів машинобудування є зменшення маси та вартості машин і механізмів. Особлива увага приділяється створенню нових перспективних матеріалів, потрібних для конструювання швидкісних літальних апаратів і основних елементів тран­спортних машин. До таких деталей та елементів належать лопаті роторів і статорів компресорів, диски роторів компресорів і вентиляторів авіаційних двигунів, лопаті, елементи керувальних пристроїв, крила та інші частини літальних апаратів, панельні елементи суден, автомобілів і швидкісних поїздів, швидкообертові деталі електромашин і турбін тощо.

Таким чином, для конструювання перспективних машин потрібні матеріали високо- і жароміцні з низькою густиною та підвищеною жорсткістю і компактністю. Таким вимогам відповідають нові композиційні матеріали з карбідокремнієвими волокнами на металевій, кера­мічній, полімерній чи вуглецевій матриці. Ці матеріали сприяють створенню авіаційних і космічних апаратів підвищеної швидкості, дальності польоту, корисного на­вантаження, ККД двигуна тощо. їх використовують для вдосконалення машин, їх вважають прогресивними пріоритетними матеріалами. Особливо вигідним є во­локнистий композиційний матеріал, тобто армований карбідокремнієвим волокном, що дуже добре відповідає поставленим вище вимогам.

Згадані волокна виготовляють довжиною 75... 100 см з нетканих безперервних волокон. Вони мають високі фізико-механічні характеристики з високою термоокис-ною стійкістю (1250°С) і стійкістю до хімічних агресивних середовищ. Виробництво волокон екологічно чисте, а вартість значно менша, ніж борних і карбідокремнієвих волокон. Волокна мають такі технічні характеристики: діаметр 12... 18 мкм, густина 2,3...2,5 г/cм³, міцність на розрив 1,8...2,5 ГПа, модуль Юнга 160...180 ГПа, видо­вження 1,2...1,5 %. Наведені дані підтверджують, що во­локна якісніші, ніж традиційні конструкційні матеріали.

ЛІТЕРАТУРА

1. Кузін О.А., Яцюк Р.А. Металознавство та термічна обробка металів. – Львів: Афіша, 2002. – 302 с.

2. Материаловедение: Учебник для вузов / Ю.Л.Солнцев, Е.И.Пряхин, Ф. Войткун  М.: МИСИС, 1999.  С. 128170.

3. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. — 3-е изд., перераб. и доп.  М.: Ма­шиностроение, 1990.  C. 3767.

4. Волчок И. П. Сопротивление разрушению стали и чугуна. — М.: Металлургия, 1993. — 192 с.

5. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение: Методы анализа, лабораторные работы и задания. — М.: Металлургия, 1984. — 384 с.

6. Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: Металлургия, 1985. — 408 с.

7. Гуляев А. П. Металловедение: Учеб. для вузов. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.

8. Конструкционные материалы: Справочник. / Б. Н. Арзамасов, В. А. Прострем, И. А. Буше и др. / Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.

9. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей: Справочник. / Под общ. ред. В. Д. Кальнера. — М.: Машиностроение, 1984. — 384 с.

13. Марочник сталей и сплавов. / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Веткин и др. — М., Машиностроение, 1989. — 640 с.