Конструкционные материалы малой плотности

Глава 6. Конструкционные материалы малой плотности

§1. Алюминий и его сплавы

1. Физико-химические свойства

t_пл. = 660°С, ГЦК-решетка, Е ~ 71000 МПа, плотность d ~ 2,7 г/см³;

● не магнитный;

● электрическая проводимость хорошая σ_Al ~ 0,7 σ_Cu;

● теплопроводность хорошая λ_Al ~ 0,55 λ_Cu;

● коррозионная стойкость, стоек с пищевыми продуктами, не стоит в морской воде, стойкость зависит от чистоты (чем больше чистота, тем выше стойкость), Mn – единственный элемент, который повышает его коррозионную стойкость;

● очень склонен к схватыванию (в зонах трения не идет).

Маркировка:

Рекомендуемые материалы

- особой чистоты:

А999 – 99,999%;

А95 – 99,95%;

- технический:

А8 – 99,8%;

А1 – 99,7%;

А0 – 99,0%.

1. Механические свойства

● пластичность – легко деформируется;

● резание удовлетворительное;

● сваривание хорошее;

● литье удовлетворительное.

1. Применение

1) электротехнические цели;

2) пищевая промышленность.

1. Сплавы Al

I – деформируемые не упрочняемые ТО

Al+Mg (до 8%) – АМг-2 (2-3%), АМг-6 (6-7%) – сварные конструкции, кузовы:

II – деформируемые, упрочняемые ТО

Дуралюмины (Д): Al + (4-4,5)% Cu + 1,5% Mg + 0,6% Mn

ТО: закалка 500°С, вода, 2-3 часа + старение (есть на 6 суток, есть на 6 часов, 180°С)

Недостаток – ниже коррозионная стойкость.

Высокопрочные (В): Al + (8-9)% Zn + (2-2,5)% Cu + 3% Mg

ТО: закалка 470°С + старение 140°С

Al+Li+Mg: закалка 520°С + старение 170°С

Это основной конструкционный материал авиации (обшивка, лопасти винтов).

III – литейные

[Al+Si] – силумины, АК12 (12% Si)

АК8М (8 Si + 1,5%Cu + 0,2%Ti + 0,4%Mg)

Сложные корпусные детали, литье под давлением.

§2. Магний и его сплавы (Al, Fe)

1. Физико-химические свойства

t_пл. = 649°С, ГПУ-решетка, Е ~ 45000 МПа, плотность d ~ 1,74 г/см³;

● не магнитный;

● электрическая проводимость σ_Mg ~ 0,3 σ_Cu;

● теплопроводность λ_Mg ~ 0,4 λ_Cu;

● очень высокое сродство к кислороду;

● воспламеняется при 500°С;

● высочайшая деформирующая способность (гасит вибрации).

2. Механические свойства

● пластичность – низкая, не деформируется – ТО горячая обработка давлением 400-450°С;

● резание отличное;

● свариваемость с защитой от окисления;

● литье удовлетворительное.

Применение – пиротехника.

3. Сплавы Mg

+ Al, + Zn

1) из-за ГПУ-решетки во всех оплавах очень медленная диффузия – нет высокой прочности, упрочняющая ТО: закалка 420°С, 15-30 часов + старение 200°С, 16-24 часа;

2) очень сложный состав, т.к. добавляют элементы для ускорения диффузии (Cd), против воспламенения (Be), для сохранения мелкого зерна.

Сплавы:

1) деформируемые

Маркировка:

МА5 (8-9%Al + 0,5%Zn + 0.3%Mn)

2) литейные

Маркировка:

МА10 (8-9%Al + 7-8%Cd + 2-2/5%Ag)

Применение деформируемых сплавов – сварные конструкции (платформы, петли, на которые крепится вибрирующая техника), литейных – корпусные детали (корпуса вибрирующих деталей).

§3. Пластмассы

Строятся на базе полимеров (CH₃-, C₆H₅-).

1. Линейное строение

Гибкие молекулы, сильные связи внутри молекулы, между молекулами связи нет.

При нагреве размягчаются, при охлаждении затвердевают (превращения обратимы и повторяются не один раз).

Термопластичные пластмассы

Полистирол, полиамид, ПВХ.

Преимущества:

1) удобные технологии изготовления;

2) усадка мала ≤ 3%;

3) относительно низкая хрупкость.

Недостатки:

1)

низкая теплостойкость;

2)

прочность уменьшается от времени (старение = деградация).

Пример:

Фторопласт-4

T_экс. = 250-269°С, σ ~ 10-30 МПа, плотность d ~ 2 г/см³, f_тр = 0,04;

Стоит в растворах воды, щелочей, кислот.

Применение: вакуумная техника.

Недостатки:

● σ_U ≤ 100 МПа;

● Е ~ 2000-3000 МПа;

● низкая теплостойкость;

● деградация.

2. Сетчатое строение

В результате химической реакции устанавливается связь между молекулами, один раз затвердевает и при нагреве без разложения распадается.

Термореактивные пластмассы

Полиэфир, полиуретан, эпопсиды, фенолформальдегид.

Наполнители:

- сыпучие (тальк);

- волокна;

- слои (ткань).

Недостатки:

● усадка 12-15%;

● хрупкость.

Достоинства:

● имеют высокую теплостойкость;

● форму можно получить без давления.

Вариант наполнителя:

Эпоксидная смола + волокна (бор, углерод, стекло)80%

Итог:

Если пластмассы сравнивать с Ме, то у них более дешевый материал, очень легкий, коррозионной стойкости нет, хорошие теплоизоляторы.