книги / Технология металлов

и остатков окислов. После этого их повторно пропускают через слой расплавленного олова при температуре 270—300° С. После покрытия оловом листы еще -раз пропускают через жиры, в ка­ честве последних используют хлопковое масло, говяжье и техни­ ческое сало. Жировой слой замедляет затвердевание покрытия, что повышает равномерность его распределения по поверхности покрываемых листав.

в. Свинцевание применяют для придания стойкости деталям по отношению к 'некоторым кислотам и химическим растворам. Например, для получения освинцованной жести ее покрывают сплавами свинца и олова. Вследствие легкого сплавления олова и свинца с железом получается прочное покрытие. Но освинцо­ ванная жесть для упаковки пищевых продуктов не применяется, так как соли свинца ядовиты.

Технологический процесс освинцевания строится по такой же схеме, как и при лужении, с той лишь разницей, что темпера­ туру расплава поддерживает в пределах 340—350° С и исполь­ зуют расплав, состоящий из 85% РЬ и 15% Sn.

Неметаллические покрытия

Неметаллические покрытия металлов делают для образова­ ния на поверхности деталей и изделий защитных от коррозии пленок и для художественной отделки. К неметаллическим по­ крытиям относятся: оксидирование, фосфатирование, эмалирова­ ние, азотирование,'гуммирование и окрашивание.

Оксидирование стали применяется для защитного покрытия приборов, инструмента, оружия и различных деталей в станко­ строении. При оксидировании толщина оксидного слоя получает­ ся до 2 мм.

Защитные свойства оксидной пленки во влажной атмосфере и воде невелики, поэтому оксидированные детали при хранении рекомендуется смазывать.

В производственной практике применяют термический, хими­ ческий и электрохимический способы оксидирования.

Термический способ оксидирования (воронение и синение) заключается в нагреве в печах (крупногабаритных) деталей, предварительно смазанных тонким слоем лака. При в о р о н е ­ нии мелких проволочных деталей их смазывают слоем 15—25%- ного раствора асфальтового или 'Масляного лака в бензине, и на железных сетках загружаются в печь, где нагревают до 350—450° С, и выдерживают при этой температуре в течение 12—20 мин. до получения гладкой черной окраски их поверх­ ности.

Си н е н и е полированных деталей часовых стрелок, волос­ ков, лент, пружин производят погружением их в расплав смеси,

состоящей из натриевой и калиевой селитры, или нитрата нат­ рия и нитрата калия при температуре 310—350° С; затем их про­ мывают в горячем 1—2%-ном мыльном растворе. При добавке к селитряной ванне до 25% едкого натра окраска поверхностей деталей прини1мает также черный цвет.

Химическое оксидирование производят погружением подго­ товленных деталей в кипящий раствор, состоящий из каусти­ ческой соды, азотнокислого и азотистокислого натрия, с после­ дующей их промывкой в холодной ©оде.

Оксидирование магниевых сплавов. Магниевые сплавы в боль­ шинстве электролитов имеют высокий электроотрицательный электродный потенциал. В результате контакт их со всеми ме­ таллами усиливает коррозию магния и его сплавов. Поэтому для их электрохимической защиты металлические покрытия не пригодны. Основными способами защиты магниевых сплавов от коррозии являются химическое или электрохимическое оксиди­ рование с последующими лакокрасочными покрытиями.

в растворе Сг03; 4) промывка в воде; 5) оксидирование литых деталей в водном растворе хромпика (К2 СГ2О7 ) в смеси с азот­ ной кислотой и хлористым аммонием при температуре 70—80° С; 6 ) оксидирование изделий из прокатного материала, а иногда и литых деталей, в водном растворе фтористоводородной кисло­ ты с последующей промывкой и повторной обработкой кипяче­ нием в течение 45 мин. в растворе натриезого хромпика (ЫагСггОу) в смеси с сернокислым аммонием (NH4 )2S0 4 и амми­

для деталей с ограниченными допусками по размерам, но из-за большой стоимости и сложности этот метод имеет меньшее рас­ пространение, чем химическое оксидирование. Качество защит­ ной пленки, полученной обоими процессами, получается одина­ ковым.

Оксидирование алюминия и его сплавов применяется для защиты от коррозии, электроизоляции, для повышения сопро­ тивления поверхностному истиранию и для декоративных целей.

Технологический процесс оксидирования алюминия и его сплавов состоит из следующих операций: 1 ) обезжиривание в растворе тринатрийфосфата, едкого натра и жидкого стекла при температуре 60—70% С; 2) промывка в теплой воде при 50—60° С; 3) промывка в теплой и холодной воде; 4) травление в растворе едкого натра при температуре 50—60° С; 5) промывка

в теплой и холодной воде; 6 ) осветление в азотной 30%-ной кис­

60—70° С.

Фосфатированием металла называется процесс образования на его поверхности защитной пленки из фосфата металла. Фос­ фатирование применяется для защиты от коррозии деталей из чугуна, стали или для создания грунта под лакокрасочные по­ крытия. Металл после фосфатирования, покрытий асфальтовыми и битумными лаками становится коррозионностойкйм в атмо-' сфере влажного воздуха. Фосфатный слой 'имеет кристаллическое строение, повышенную твердость, но порист и хрупок. Фосфатирование подразделяется на химическое «нормальное», химиче­ ское «ускоренное» (бондеризация) и электрохимическое.

в дальнейшем подвергаются покрытию асфальтовыми или би­ тумными лаками. Фосфатирование подготовленных деталей осу­ ществляется в 3%-ном растворе дигидроортофосфатов марганца и железа (соль мажеф)- Соль мажеф содержит 46—52% фос­ форного ангидрида, не менее 14% марганца и 3% железа. Де­ тали в ванне с раствором выдерживают 35—50 мин. при поддер­

зом для таких изделий, которые в дальнейшем подвергаются многослойному лакокрасочному покрытию. В данном случае фосфатная пленка выполняет роль грунта для лакокрасочного покрытия. Бондеризация осуществляется в растворе смеси фос­ фатов марганца и железа с добавкой ускорителя, например, азотнокислого калия. Продолжительность процесса фосфатиро­

напряжении 20 в и температуре раствора 60—70° С. Продолжи­ тельность процесса длится 4—5 мин., защитные свойства, обра­ зующиеся на деталях пленки, достаточно высокие.

Азотированием называют процесс насыщения поверхности стальных деталей азотом ,в атмосфере аммиака. Азотированный слой коррозионно устойчив против действия атмосферы, воды, насыщенной пароводяной среды, влажного кислорода, а также щелочных растворов. Он в ряде случаев заменяет металлические покрытия, например никелевые. Кроме этого, азотированный

слой обладает высокой твердостью и обеспечивает повышенное сопротивление износу деталей.

Несвязанный азот твердой сталью почти не поглощается, но при температуре распада аммиака, которая находится в преде­ лах 500—550° С, поверхностные слои интенсивно насыщаются ато­ марным азотом с образованием нитридов или твердых растворов.

Азотированию обычно подвергают детали из специальных сталей с содержанием алюминия, хрома, молибдена и других легирующих элементов; в таких сталях образуется диффузион­ ный слой с высокой износостойкостью. В нелегированных угле­ родистых сталях диффузионный слой получается хрупким и не­ пригодным для использования в условиях трения.

Перед процессом азотирования сталь термически обрабаты­ вают (закалка, отпуск и нормализации) с тем, чтобы она не имела структурно-свободного феррита, оказывающего влияние на повышение хрупкости диффузионного слоя.

Технологический процесс азотирования состоит из подготовки деталей до азотирования, процесса азотирования и обработки деталей после азотирования. Подготовка деталей состоит в уда­ лении окалины и загрязнений очисткой или травления и промыв­ ки. Азотирование ведут в шахтных или муфельных электропечах под давлением аммиака от 50 до 100 мм вод. ст., при темпера­ туре 500—650° С, продолжительность от 4 до 12 час.

По окончании азотирования, детали вместе с печью медленно охлаждают в атмосфере аммиачного газа, после чего выгружают из печи в воду. Азотированные детали после травления приобре­ тают блестящую поверхность, трудно отличимую от никелиро­ ванной.

Эмалирование применяют при изготовлении аппаратуры для процессов, связанных с производством органических, фармацев­ тических продуктов, для процессов нитрации, хлорирования, в пищевой промышленности, в производстве взрывчатых веществ и для бытовых приборов (ванны, раковины, мойки, посу­ да и т. п.).

Эмалевое покрытие по стали и чугуну состоит из грунтового и покровного слоев. При эмалировании цветных металлов грун­ товой слой не наносят. Г рун то в ой слой, нанесенный на дета­ ли из стали и чугуна, обеспечивает хорошее сцепление эмали с металлической поверхностью и защищает от вредного действия среды в процессе службы изделия. П о к р о в н ы й слой защи­ щает грунтовое покрытие и воспринимает на себя воздействие внешней среды.

Состав грунтовой эмали подбирается таким, чтобы темпера­ тура его плавления была выше на 50—100° С температуры плав­ ления покровного слоя для того, чтобы обеспечить хорошее сцеп­ ление слоев между собой. В данном случае покровный слой

может быть расплавленным, а грунтовой — в размягченном со­ стоянии.

Грунтовые и покровные эмали по составу являются много­ компонентными, в них входят различные окислы (Si02, В20 3, Na2 0, К2О, PbO, ZnO, AI2O3 и другие), бура, фториды, каолин, шпаты и т. д.

В зависимости от содержания в эмалях компонентов их ис­ пользуют для нанесения грунта и покровного слоя на изделия из стали, чугуна, цветных и благородных металлов.

Технологический процесс изготовления эмали состоит из сле­ дующих основных операций: навеска и измельчение сырья (со­ ставляющих эмали), перемешивание составляющих, плавление в печах при температуре 1000—1500° С и выше, гранулирование эмали переливанием расплавленной эмали в бак с водой, размол эмали в порошок в шаровых мельницах. Эмалирование изделий

представляющий собой суспензию определенной консистенции. Нанесение шликера на изделие производят погружением, обливом или распылением. После этого производят сушку и обжиг в муфельных или электрических печах.

Сухим пудровым способом при помощи механических сит на­ носят эмали на нагретое изделие, имеющее грунтовое покрытие. После чего изделие повторно обжигают в печах.

Покрытие кислотоупорными плитками и замазками применяют для футеровки аппаратуры, используемой в производстве мине­ ральных кислот, синтетического каучука, анилиновых красите­ лей и в других процессах, связанных с применением соляной кислоты. Футеровка защищает аппаратуру от агрессивного дей­ ствия жидких и газообразных сред при высоких давлениях и температурах. Она состоит из кислотоупорных плиток сцемен­ тированных кислотоупорными вяжущими материалами. Для фу­ теровки применяются метлахские, стеклянные, фарфоровые, кера­ миковые диабазовые и другие плитки квадратной или шести­ гранной формы или специального фасона различных размеров. В качестве вяжущего материала применяют замазки, изготов­ ленные на основе силиката натрия, с введением инертного на­ полнителя, фтористых соединений или кислотоупорного цемента.

Футеровку аппаратуры производят б основном следующим образом: на очищенную поверхность аппарата наносят слой за­ мазки, на который выкладывают слой плиток. На выложенные плитки наносят второй слой замазки и второй слой плиток. Пос­ ле высыхания замааки швы между плитками обрабатывают 40%-ной серной кислотой.

Гуммированием называется процесс покрытия металлических изделий мягкой резиной или эбонитом (твердой резиной). Рези­

на стойка -в кислотах (50%-ной серной, 75%-ной фосфорной, соляной, уксусной, лимонной и плавиковой кислотах любой кон­ центрации), в едком натре и едком кали при температурах до 65° С. Но она растворяется в бензине, толуоле, ксилоле и бензоле.

Гуммирование изделий производят наклейкой резины, мето­ дом электрофореза, покрытием резиновым клеем.

Гуммирование н а к л е й к о й р е з и н ы состоит в нанесении на очищенную поверхность изделия резинового клея, сушки на­ несенного клея, наклейки листовой резины, вулканизации в специальных котлах нагреванием до 140—170° С при давлении пара до 3 ат. Прочность сцепления резины с металлом зависит от состава резиновой смеси и подготовки поверхности металла. Например, латунированные поверхности металла обеспечивают прочность крепления резины от 40 до 70 кг/см2.

Покрытие изделия резиной методом э л е к т р о ф о р е з а со­ стоит в том, что при пропускании постоянного тока через латекс, коллоидные частицы каучука, имеющие отрицательный заряд, направляются к аноду, покрывающему изделие, и разряжаясь, коагулируют, покрывая изделие плотным слоем резины.

Этот метод покрытия применяют для покрытия изделий и аппаратов, имеющих отверстия малых размеров, а такж<е для изделий сложной конфигурации.

П о к р ы т и е металла р е з и н о в ы м к л е е м производят преимущественно для защиты изделий и аппаратов от действия окружающей среды. Для этой цели применяют термопрен, яв­ ляющийся продуктом обработки каучука органическими суль­ фокислотами. Клей наносится обмазкой или обрызгиванием.

Лакокрасочные покрытия (окраска) металла представляют собой процесс нанесения и закрепления на поверхности изделий сплошной пленки, состоящей из органического пленкообразую­ щего вещества, смешанного с неорганическими или органиче­ скими красителями — пигментами.

Окраска является самым распространенным и во многих случаях единственным методом защиты деталей и изделий от коррозии. Помимо защиты металла от коррозии лакокрасочные покрытия также применяются для внешней отделки деталей и изделий. На долю окраски падает— 65% всех видов защитных покрытий.

Технологический процесс нанесения красочных покрытий со­ стоит из следующих основных операций: 1) подготовка изделий под окраску (очистка от ржавчины, жиров и загрязнений); 2) грунтовка (нанесения непосредственно на поверхность изде­ лия слоя краски, обеспечивающего антикоррозионные свойства всего покрытия); 3) шпаклевка — нанесение лакокрасочного слоя на грунт, для выравнивания поверхности изделия (запол­ нение углублений, царапин, пор); 4) окраска — для придания

изделию требуемого цвета и внешнего вида, а также для защи­ ты грунта от механических повреждений и разрушающего влия­ ния внешней среды; 5) покрытие лаком слоя краски для прида­ ния поверхности гладкого и блестящего ©ида.

Специальные виды неметаллических покрытий применяются для изделий и аппаратуры, работающей в химически активной среде. Неметаллические защитные покрытия наносят на поверх­ ность изделий или аппаратов в виде паст, обмазок или в виде листов и плит.

В виде неметаллических покрытий в химическом машино­ строении используются следующие материалы:

а) асфальтобитумные композиции в виде мастик, каменно­ угольного пека, руберокса с добавкой наполнителей — асбесто­ вого волокна, кислотоупорного цемента и др. Мастика наносит­ ся на предварительно нагретую поверхность в расплавленном состоянии толщиной слоя 3—5 мм. Такие покрытия устойчивы в растворах солей (сульфидов и хлоридов), в минеральных кис­ лотах слабой и средней концентрации, в едких щелочах 20%- ной концентрации и в воде;

б) фенол-альдегидные композиции применяются в виде паст или листового материала. Они устойчивы в большинстве органи­ ческих растворителей и минеральных кислот за исключением азотной, хромовой и серной кислоты высокой концентрации; в) виниловые смолы и фактис, представляющие собой про­ дукт вулканизации растительных масел с хлористой серой, сме­

шанной с наполнителями (окисью магния и бария).

Глава IV

МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Механические испытания служат для определения механиче­ ских свойств материалов, т. е. их способности сопротивляться действию внешних сил. Каждый ©ид испытаний выявляет меха­ нические свойства, которые показывают способность материа­ лов определенным образом сопротивляться тому или другому силовому .воздействию.

щие механические свойства: упругость (способность материала деформироваться под действием внешних, сил с исчезновением деформаций после устранения этих сил); текучесть (продолже­ ние деформации без увеличения действия внешних сил) и плас­ тичность (способность материала сохранять полученные под действием внешних сил деформации после устранения этого действия). Все испытания на прочность относятся к статиче­ ским испытаниям, когда действующая сила постоянна или мед­ ленно возрастает.

Испытание на растяжение

Образец, предназначенный для данных испытаний, имеет цилиндрическую форму с коническими переходами к утолщеци_ ям на концах, предназначенным для захвата разрывной мащи_ ной (рис. 63). Рабочая длина образца превышает диаметр ра_ бочей части в пять или десять раз. Образец удерживается х©атами разрывной машины и при перемещении подвижного захвата растягивается в осевом направленииЗаписывающее устройство машины вычерчивает в координатных осях диаграм­

Абсолютные величины записей, полученных на разрывной машине, зависят от размеров образца и поэтому не могут быть использованы для сравнения механических свойств различных материалов. Для возможности объективного сравнения разных материалов все измеренные величины растягивающей силы надо разделить на площадь поперечного сечения образца до его ис­ пытания. Полученные напряжения будут условными, так как

Рис. 63. Образец для испытания прочности на растяжение

истинная площадь поперечного сечения образца во время испы­ тания меняется. Графическое изображение условных напряже-

а — растяжение пластичного металла; б — условное напряжение пластичного металла; в — условное напряжение хрупкого металла

ний пластических металлов дано на рис. 64, б. На оси абсцисс диаграммы отложено относительное приращение длины

где е — относительное удлинение; ДI — приращение длины, мм;

I —.начальная длина, мм,

а на оси ординат — условное напряжение

Р

а ~ F ’

где а — условное напряжение, кг/мм2;

Р— растягивающая сила, кг;

р— начальная площадь поперечного сечения, мм2.

возникают напряжения, пропорциональные относительному удлинению. Эта зависимость выражается формулой

а = Ее,

где Е — коэффициент пропорциональности, который при линей­ ной деформации называется модулем упругости

Е = е°-.

Так как участок пропорционального изменения напряжений находится к оси абсцисс под углом а, то

и, следовательно, при графическом определении

пропорциональности, имеет только упругий характер, т. е. после устранения растягивающей силы она исчезает и образец возвра­ щается к своей первоначальной длине. Н а и м е н ь ш е е у с л о в ­ ное н а п р я ж е н и е , при к о т о р о м о б н а р у ж и в а е т с я

лельно с упругой деформацией и без увеличения растягиваю­ щей силы (горизонтальный участок кривой на диаграмме). Н а­ п р я же н и е , при к о т о р о м д е ф о р м а ц и я продол -