Конструкционные материалы в машиностроении, их строение, свойства и классификация

Содержание примесей в этих сталях меньше, чем в сталях обыкновенного качества. Массовая доля серы в сталях должна быть не более 0,040 %, фосфора - не более 0,035 %, исключая марки 11кп и 18кп.



Рис. 24. Марка качественной конструкционной стали

Таблица 3. Механические свойства проката толщиной до 80 мм

Марка стали	Предел текучести ут, Н/мм2, не менее	Временное сопротивление разрыву ув, Н/мм2, не менее	Относительное удлинение, %, не менее	Относительное сужение Ш, %, не менее
08	196	320	33	60
20	245	410	25	55
30	295	490	21	50
45	355	600	16	40
60	400	680	12	35

Важными характеристиками при выборе марки стали для изготовления детали являются механические свойства и распределение их по сечению. Механические свойства проката из углеродистой качественной конструкционной стали по ГОСТ 1050-88 приведены в табл. 3. В соответствии с маркой стали увеличение содержания углерода приводит к росту прочности (в и т) и уменьшению пластичности (Ш).

Кроме содержания углерода на уровень механических свойств большое влияние оказывает термическая обработка. Прокат поставляется в отожженном, нормализованном, улучшенном состояниях.

Низкоуглеродистые кипящие стали характеризуются низким пределом текучести, так как практически не содержат кремния. Их используют для глубокой вытяжки методом холодной штамповки. Низкоуглеродистые стали типа 05кп, 08, 08кп, 10кп, 10 используются без термической обработки, они хорошо штампуются в отожженном состоянии и применяются в автомобилестроении для изготовления изделий сложной формы: крыльев, дверей, капотов, т. е. ненесущих деталей кузова.

Детали, имеющие высокую твердость поверхностного слоя и вязкую сердцевину, создаваемую термической или химико-термической обработкой, изготавливают из низкоуглеродистых сталей типа 15, 20, 25. Данные стали применяют для изделий, работающих в условиях повышенного износа и динамических нагрузок, но не испытывающих значительных напряжений. Из цементуемых сталей 15кп, 20, 25, 20кп изготавливают болты, винты, фланцы, рычаги, шпиндели, клапаны холодильных аппаратов, змеевики и другие детали, работающие при температурах от минус 40 до 125 С.

Среднеуглеродистые стали используют для изготовления небольших деталей и узлов во всех отраслях машиностроения. Это улучшаемые стали, свойства которых повышаются после закалки с высоким отпуском. Они не склонны к отпускной хрупкости, дешевы, однако обладают низкой прокаливаемостью. Критический диаметр, при котором обеспечивается сквозная прокаливаемость, ??не более 12 мм. Улучшаемые стали 30, 35, 40, 45 используются для изготовления деталей средних размеров несложной конфигурации, к которым предъявляются требования повышенной прочности: ролики, валики, втулки, коленчатые валы, звездочки, оси, шайбы, шатуны, зубчатые колеса, болты и др.

Высокоуглеродистые стали применяют после нормализации, закалки, отпуска или поверхностного упрочнения. Они обладают высокой прочностью и износостойкостью, а также высоким пределом упругости, в связи с чем их применяют для изготовления пружин, рессор, канатной проволоки.

Углеродистые инструментальные стали выпускаются по ГОСТ 1435-90 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали», который распространяется на прутки и полосы кованые, прутки, полосы и мотки горячекатаные (металлопродукцию) из инструментальной нелегированной углеродистой стали, а также в части норм химического состава - на слитки, заготовку, лист, ленту, проволоку. ГОСТ содержит следующие марки сталей: У7, У8, У8Г, У10, У12, У13, У8А, У9А, У11А и т. д. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой «У» и последующими цифрами, показывающими содержание углерода. Если указана одна цифра, то содержание углерода соответствует десятым долям процента. Две цифры указывают на то, что содержание углерода процент или более. Эти стали содержат углерода от 0,65 до 1,35 %, марганца и кремния от 0,17 до 0,33 %. В марках с повышенным содержанием марганца (до 0,58 %) указывается буква «Г».

По назначению инструментальные стали делятся на стали для режущего, измерительного и штампового инструмента. Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твердостью (НRС 60-62) и износостойкостью. При резании инструмент разогревается, поэтому основным требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая теплостойкость, т. е. способность сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве в процессе работы. Углеродистые и низколегированные стали имеют низкую теплостойкость, поэтому их используют при малых скоростях резания.

Штамповые стали применяют для изготовления штампов холодного и горячего деформирования, пуансонов, матриц, пресс-форм для литья под давлением. В зависимости от температурных условий эксплуатации различают штамповые стали для деформирования в холодном и горячем состоянии. Стали для штампов холодного деформирования должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, высокой прочностью и удовлетворительной вязкостью для работы при ударных нагрузках. Стали для штампов горячего деформирования должны иметь высокую прочность, ударную вязкость, высокую окалиностойкость и обладать высоким сопротивлением термической усталости (разгаростойкости). Углеродистые стали применяются для изготовления штампов холодного деформирования, режущего (в основном для обработки дерева) и измерительного инструмента.

Сталь, из которой изготовлена металлопродукция, по химическому составу, с учетом содержания вредных примесей, подразделяют на качественную и высококачественную. Буква «А» в конце марки указывает на то, что сталь высококачественная (рис. 25).

Рис. 25. Марка инструментальной стали

Таблица 4. Механические свойства инструментальной нелегированной стали

Марка стали	Твердость НВ, не менее	Временное сопротивление разрыву, Н/мм2
У7, У7А, У8, У8Г У11,У11А, У12, У12А	187 212	650 750

По состоянию материала металлопродукцию изготавливают без термической обработки, термически обработанной - Т, нагартованной - Н. В технических требованиях указывают твердость обработанной металлопродукции, а также временное сопротивление разрыву (табл. 4).

В отожженном состоянии инструментальные стали имеют низкую твердость (НВ 150-180), что позволяет изготавливать из них инструмент резанием и давлением. После закалки инструментальные нелегированные стали получают высокую твердость в поверхностном слое (НRС 63-65) и сохраняют вязкую мягкую сердцевину, что является благоприятным для такого инструмента, как ручные метчики, пилы, напильники, стамески, долота, зубила. Углеродистые инструментальные стали имеют низкую прокаливаемость и сильное смягчение при разогреве режущей кромки более 200 °С, что ограничивает их использование. Низкая прокаливаемость не позволяет изготавливать инструмент сечением более 20-25 мм.

Углеродистые стали применяются для изготовления режущего инструмента: фрезы, сверла, резцы и т. д. Режущая кромка инструмента должна обладать высокой твердостью (? 60 НRС) и износостойкостью. Эти свойства имеют высокоуглеродистые стали после термической обработки, закалки с низким отпуском. Так, например, стали У7, У7А обладают большей вязкостью, чем стали, содержащие более 0,8 % С, и их используют для изготовления зубил, молотков, топоров, а также игольной проволоки и слесарномонтажных инструментов. Стали У8, У8А, У9 применяют для изготовления инструментов для обработки дерева, для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов, для калибров простой формы. Для штампов холодной штамповки используют стали У10, У11, У11А. Стали с высоким содержанием углерода (> 1 %) марок У13, У13А применяют для изготовления напильников, бритвенных ножей, лезвий, хирургических инструментов.

Строительные стали предназначены для изготовления мостов, ферм, труб газо и нефтепроводов и других конструкций. Строительные конструкции, как правило, сварные, поэтому необходимым требованием к данным сталям является высокая свариваемость.

Свариваемость стали определяется углеродным эквивалентом, который зависит в основном от содержания углерода. Для обеспечения хорошей свариваемости содержание углерода в строительных сталях не должно превышать 0,18 %. В качестве строительных наиболее часто используются углеродистые стали обыкновенного качества Ст1, Ст2, Ст3, Ст5, по степени раскисления спокойные, полуспокойные. Для конструкций неответственного назначения используют кипящие стали обыкновенного качества.

Строительные стали потребитель не подвергает термической обработке, поскольку их конечные свойства обеспечивают на металлургическом заводе. Эти стали поставляют в горячекатаном, реже в нормализованном состоянии. Для получения более высоких прочностных характеристик стали должны содержать повышенное количество Мn и Si, до 1-1,25 % каждого элемента. Чем выше предел текучести, являющийся расчетной характеристикой конструкций, тем меньше сечение и, соответственно, масса конструкций. Строительные низкоуглеродистые стали используют там, где требуется высокая жесткость конструкций. Их применяют для армирования железобетонных изделий. К недостаткам этих сталей относят низкую хладностойкость, характеристикой которой служит температура перехода из вязкого состояния в хрупкое. Эксплуатация конструкций в условиях Сибири и районах Крайнего Севера приводит к снижению их механических характеристик, что требует большой массы конструкций. Повышение прочности, хладностойкости и надежности при эксплуатации достигается легированием сталей.

Стали для глубокой вытяжки применяются для изготовления деталей из тонкого листа, что составляет до 50 % массы легковых автомобилей. Глубокая вытяжка применяется также для изделий легкой пищевой промышленности: консервные банки, крышки, эмалированная посуда и т. д.

Основным требованием, предъявляемым к тонколистовой стали для пищевой и автомобильной промышленности, является способность к глубокой вытяжке, что свойственно сталям с низким содержанием углерода. Малоуглеродистые стали должны иметь углерода 0,08-0,12 % (ГОСТ 9045-80). Превышение этого предела увеличит прочность, но понизит пластичность, столь необходимую для вытяжки. Содержание углерода ниже 0,06 % нежелательно, поскольку при этом увеличивается склонность стали к газонасыщению, повышению склонности к росту зерна. Сталь должна содержать 0,3- 0,45 % марганца. Недостаток содержания марганца ухудшает условия горячей прокатки из-за образования трещин на боковых кромках, а повышенное его содержание снижает эффект кипения стали при выплавке.

Для глубокой, сложной вытяжки используют малопрочные, высокопластичные стали 05, 08, 10 всех видов раскисления. Их поставляют в виде тонкого холоднокатаного листа в соответствии с ГОСТ 9045-80. Широко применяют кипящие стали 05кп, 08кп, 10кп. Способность этих сталей хорошо штамповаться обусловлена низким содержанием углерода и почти полным отсутствием кремния. Кипящая сталь склонна к деформационному старению (упрочнению) из-за повышенной газонасыщенности. В связи с этим используют сталь, легированную ванадием или алюминием: 08Фкп, 08Юкп. Таким образом, стали типа 08кп, 08Юкп применяют для глубокой вытяжки. Перед штамповкой листы имеют ув = 260-360 МПа, = 42-50 %, НRВ 46 и отношение ут/ув = 0,6. Чем ниже это отношение, тем пластичнее материал, а при ут/ув > 0,75 штампуемость ухудшается.

Автоматные стали предназначены для изготовления деталей обработкой резанием. С улучшением обрабатываемости резанием растет производительность обработки деталей и изделий. Характеристиками обрабатываемости являются: максимально допустимая скорость и усилие резания, чистота поверхности резания, форма стружки и т. д. Обрабатываемость материала зависит от механических свойств, теплопроводности, структуры и химического состава. Трудно обрабатывать мягкие стали из-за налипания их на инструмент, из-за трудноломающейся длинной стружки, однако значительное повышение твердости стали способствует снижению обрабатываемости. Крупнокристаллический материал имеет пониженную вязкость, но лучше режется, так как создается «обработочная хрупкость», стружка измельчается и ломается. При различных операциях обработки (шлифование, точение, фрезерование, сверление и т. д.) обрабатываемость одного и того же материала бывает различной.

Повышение обрабатываемости резанием достигается технологическими и металлургическими приемами. Более эффективны металлургические приемы, предусматривающие введение в конструкционную сталь серы, селена, свинца, фосфора. Эти добавки и образуемые ими включения создают внутреннюю смазку, которая в зоне резания снижает трение между инструментом и стружкой, и облегчают ее измельчение. Сера способствует образованию вытянутых вдоль направления прокатки сульфидов марганца, которые оказывают смазывающее действие, нарушая при этом сплошность металла, т. е. образуя короткую и ломкую стружку. Свинец при содержании до 0,15-0,3 % не растворяется в стали и находится в виде мелких частиц, повышает обрабатываемость резанием при средних и пониженных скоростях резания (до 100 об/мин).

Стали с повышенным содержанием серы или дополнительно легированные указанными элементами относятся к автоматным сталям. В соответствии с ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой «А» (автоматная) и последующими цифрами, определяющими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Присутствие свинца обозначает буква «С», селена - буква «Е», остальные обозначения элементов соответствуют ГОСТ 4543-71.

Автоматные сернистые стали А12, А20, А40Г являются углеродистыми, содержат 0,08-0,3 % S и 0,05-0,15 % Р, в стали А40Г увеличено количество марганца до 1,5 %. Автоматные стали АС14, АС40, АСЗ5Г2, АСЗ8ХГМ содержат свинец от 0,15 до 0,35 %. По обрабатываемости эти стали превосходят сернистые.

Повышенное количество серы и фосфора снижает качество стали. Автоматным сернистым сталям свойственна анизотропия механических свойств (пониженные вязкость, пластичность и сопротивление усталости в поперечном направлении прокатки). Невысокий уровень механических свойств и низкая коррозионная стойкость ограничивают применение автоматных сталей: они используются для изготовления неответственных деталей машин. Сернистые стали А12, А20 используют для изготовления крепежных деталей и малонагруженных изделий сложной формы, но с высокими требованиями по размерам и чистоте поверхности. Стали А30, А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения. Свинецсодержащие стали АС40, АС45Г2 широко применяют на автомобильных заводах для изготовления деталей двигателей на станках-автоматах.

ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали» распространяется на прокат горячекатаный и кованый толщиной до 250 мм, калиброванный из легированной конструкционной стали, применяемой в термически обработанном состоянии. В части норм химического состава стандарт распространяется на все другие виды проката, слитки, поковки и штамповки.

В зависимости от химического состава конструкционная сталь делится на категории: качественная, высококачественная - А, особовысококачественная - Ш. К особовысококачественной стали относятся стали электрошлакового переплава. В зависимости от основных легирующих элементов сталь делится на группы: хромистая, марганцовистая, хромомарганцевая, никельмолибденовая, хромомарганцевоникелевая и т. д. По состоянию материала прокат изготавливают без термической обработки, термически обработанный - Т, нагартованный - Н.

Рис. 26. Марка легированной конструкционной стали

Таблица 5. Массовая доля элементов, %, по ГОСТ 4543-71

Марка стали	Углерод	Кремний	Маргане ц	Хром	Никель	Другие элементы
20Х	0,17-0,23	0,17-0,37	0,50-0,80	0,70-1,0	?	?
18ХГТ	0,17-0,23	0,17-0,37	0,80-1,1	1,0-1,3	?	0,03-0,09Ti
40ХН	0,36-0,44	0,17-0,37	0,50-0,80	0,45-0,75	1,0-1,4	?
20ХН3А	0,17-0,24	0,17-0,37	0,30-0,60	0,60-0,90	2,75-3,15	?
38ХН2МА	0,33-0,40	0,17-0,37	0,25-0,50	1,30-1,70	1,3-1,7	0,2-0,3Мо

Таблица 6. Механические свойства проката после закалки и отпуска

Марка стали	Предел текучести, Н/мм2	Временное сопротивление разрыву, Н/мм2	Относительное удлинение, %	Относительное сужение Ш, %	Ударная вязкость КСU, Дж/см2	Размер сечения заготовки, мм
20Х	635	780	11	40	59	15
40Х	785	980	10	45	59	25
40ХС	1080	1230	12	40	34	25
40ХН	785	980	11	45	69	25
20ХН3А	735	930	12	55	108	15
40Х2Н2А	930	1080	12	50	78	25
38ХМ	885	980	11	45	69	25
18ХГТ	885	980	9	50	78	?

Маркировка сталей содержит цифровые и буквенные обозначения: 15Х, 45Г, 18ХГТ, 40ХС, 40ХФА, 12ХН3А, 20ХН2М, 45ХН2МФА. В обозначении марок первые две цифры указывают среднюю массовую долю углерода в сотых долях процента. Буквы за цифрами означают: Р - бор, Ю - алюминий, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Г - марганец, Н - никель, М - молибден, В - вольфрам. Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах процентов. Отсутствие цифры означает, что в марке содержится до 1,5 % этого легирующего элемента. Буква «А» в конце наименования марки означает «высококачественная сталь» (рис. 26). Особовысококачественная сталь обозначается буквой «Ш» через тире в конце наименования марки. Например, качественная сталь - 30ХГС, высококачественная - 30ХГСА, особовысококачественная - 30ХГС?Ш.

Химический состав легированных конструкционных сталей приведен в табл. 5.

Механические свойства проката, определяемые на образцах, изготовленных из термически обработанных заготовок по ГОСТ 4543-71, должны соответствовать нормам, указанным в табл. 6.

Стальные отливки в общем объеме производства занимают незначительное место, однако по абсолютному количеству их много. Это объясняется тем, что для получения изделий сложной формы литейный способ производства более прост и дешев по сравнению с обработкой металлов давлением. Стальное литье, выполненное без литейных дефектов по механическим свойствам, может не уступать кованым изделиям. Стальные фасонные отливки получают путем литья в земляные, металлические формы или методами точного литья.

Для изготовления отливок предусмотрены следующие марки стали (ГОСТ 977-88 «Отливки стальные»): конструкционные нелегированные - 15Л, 20Л, 35Л; конструкционные легированные - 20ГЛ, 30ГСЛ, 45ФЛ, 35НГМЛ, 27Х5ГСМЛ, 03Н12Х5М3ТЮЛ; легированные со специальными свойствами - 20Х13Л, 09Х17Н3СЛ, 12Х18Н12М3ТЛ (коррозионно-стойкие); 20Х5МЛ, 40Х9С2Л, 45Х17Г13Н3ЮЛ (жаростойкие); 20Х12ВНМФЛ,

08Х17Н34В5Т3Ю2РЛ (жаропрочные); 85Х4М5Ф2В6Л, (Р6М5Л),

90Х4М4Ф2В6Л (быстрорежущие); 110Г13Л, 110Г13ФТЛ, 120Г10ФЛ

(износостойкие).

Маркируют литейные углеродистые стали цифрами, определяющими среднее содержание углерода в сотых долях процента, с добавлением буквы

«Л» в конце марки: 15Л, 20Л, 40Л, 50Л (рис. 27).

Литейные углеродистые стали содержат углерод от 0,12 до 0,55 %. В их состав входят примеси: до 0,9 % Мn, до 0,52 % Si, менее 0,06 % S и 0,08 % Р.

Литейные свойства углеродистых сталей хуже, чем литейные свойства чугунов и цветных литейных сплавов. Стали обладают низкой жидкотекучестью и склонны к образованию горячих литейных трещин. У сталей высокая температура плавления и очень большая линейная усадка (до 2,3 %).



Рис. 27. Марка литейной стали

Таблица 7. Механические свойства конструкционных нелегированных литейных сталей

Марка стали	Категория прочности	Вид термической обработки	Предел текучести ут, МПа	Временное сопротивление разрыву в, МПа	Относительное удлинение , %	Относительное сужение Ш, %	Ударная вязкость КСU, кДж/м2
20Л	К20	Н?	216	412	22	35	491
30Л	К25	Н	255	471	17	30	343
35Л	К25	Н	275	491	15	25	343
50Л	К30	Н	334	569	11	20	245
30Л	КТ30	З?	294	491	22	33	343
50Л	КТ40	З	392	736	14	20	294

Литая углеродистая сталь имеет низкие прочностные свойства из-за образования при затвердевании отливок крупнозернистой структуры. Для повышения пластичности и ударной вязкости стальные отливки можно подвергать улучшению (закалка с высоким отпуском) или нормализации. Прочностные свойства литейных сталей увеличиваются с повышением содержания углерода, однако это приводит к снижению относительного удлинения и ударной вязкости. Механические свойства стальных отливок в зависимости от категории прочности и термической обработки приведены в табл. 7.

Производство стальных фасонных отливок широко используется в железнодорожной, транспортной, тяжелой, автотракторной и других отраслях машиностроения. Углеродистая сталь марок 15Л, 20Л, 30Л, 35Л используется для литья тормозных дисков, шестерен, корпусов и других деталей, работающих при средних удельных давлениях. Стали с повышенным содержанием углерода 50Л, 55Л применяются для износостойких деталей, не испытывающих ударных нагрузок. Низкоуглеродистые литейные стали применяются для изготовления деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, арматуры, узлов сварно-литейных конструкций. Среднеуглеродистые стали используются для изготовления крупных шестерен, зубчатых колес и станин, валов токарных станков.

Чугуны относятся к материалам с высокими литейными свойствами и являются наиболее распространенными сплавами для фасонного литья. У чугунов более низкая, чем у сталей, температура плавления, высокая жидкотекучесть, малая усадка, высокое сопротивление образованию усадочных трещин, что и позволяет отливать детали сложной формы.

Промышленные чугуны содержат 2,0-4,5 % С, 1,0-3,5 % Si, 0,5-1,0 % Мn, до 0,3 % Р и до 0,2 % S. Содержание кремния в чугунах соизмеримо с содержанием углерода, поэтому кремний является не примесью, а легирующим элементом чугуна.

В зависимости от назначения чугуны подразделяются на чугуны общего и специального применения. К чугунам общего назначения относятся: серые, высокопрочные, ковкие и чугуны с вермикулярным графитом. Чугуны специального назначения: легированные, антифрикционные чугуны. При легировании повышаются механические и специальные свойства чугунов. Легированные чугуны применяют в качестве износостойких, коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких материалов.

Серые чугуны - это основная группа литейных материалов. Принадлежность чугуна к серому чугуну определяется пластинчатой формой графита (рис. 28, а). По ГОСТ 1412-85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок» определяются марки, механические свойства и химический состав серых чугунов. Для изготовления отливок предусматриваются следующие марки чугуна: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35. Условное обозначение марки (рис. 29) включает буквы «СЧ» - серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении (МПа 10 1). Например, чугун СЧ 10 имеет временное сопротивление при растяжении не менее 100 МПа. Чугун СЧ 10 имеет ферритную, а чугун СЧ 35 - перлитную основу.

Рис. 28. Структура чугунов с перлитной металлической основой: а - серого; б - высокопрочного; в - ковкого

Таблица 8. Ориентировочные данные о временном сопротивлении при растяжении в отливках разного сечения

Марка чугуна	Толщина стенки, мм
	8	50	150
	Временное сопротивление разрыву при растяжении, МПа, не менее
СЧ 10	120	75	65
СЧ 25	270	180	150
СЧ 35	380	260	205

Рис. 29. Марка серого чугуна

Механические свойства чугуна зависят от толщины стенки отливки: с увеличением толщины стенки отливки уменьшается прочность и твердость серого чугуна (табл. 8).

По действующему стандарту серые чугуны в зависимости от марки содержат углерода 2,9-3,7 %, кремния 1,2-2,6 %, марганца 0,5-1,1 %, фосфора до 0,3 % и серы до 0,15 %. Сера снижает прочность чугуна и поэтому является вредной примесью. Фосфор повышает жидкотекучесть чугуна, но может снижать прочность и ударную вязкость.

Основные области применения серого чугуна - станкостроение и тяжелое машиностроение, автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Из чугуна изготавливают станины станков, корпусные детали, картеры, шкивы, крышки, санитарно-техническое оборудование.

При модифицировании чугуна 0,05 % магния или церия графит кристаллизуется в шаровидной форме. Чугуны с шаровидным графитом называют высокопрочными. По ГОСТ 7293-85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок» высокопрочные чугуны маркируются следующим образом: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Обозначение марки включает буквы «ВЧ» - высокопрочный чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления разрыву при растяжении (МПа 10 1). Например, чугун ВЧ 100 (табл. 9) имеет временное сопротивление разрыву при растяжении не менее 1000 МПа.

Таблица 9. Механические свойства чугуна с шаровидным графитом для отливок по ГОСТ 7293-85

Марка чугуна	в, МПа (кгс/мм2)	0,2, МПа (кгс/мм2)	?, %	Твердость, НВ
ВЧ 35	350 (35)	220 (22)	22	140-170
ВЧ 45	450 (45)	310 (31)	10	140-225
ВЧ 60	600 (60)	370 (37)	3	192-277
ВЧ 80	800 (80)	480 (48)	2	218-351
ВЧ 100	1000 (100)	700 (70)	2	270-360

Чугуны ВЧ 35 и ВЧ 40 имеют ферритную, ВЧ 45 и ВЧ 50 - перлитоферритную, ВЧ 60, ВЧ 70 и ВЧ 80 - перлитную металлическую основу (рис. 28, б).

В отличие от серых чугунов с пластинчатым графитом во всех высокопрочных чугунах содержание углерода практически одинаково высокое, что обеспечивает хорошие литейные свойства. Примесь фосфора снижает пластичность, поэтому его содержание не должно превышать 0,1 %. Особенно вредна сера: она снижает механические свойства и ослабляет действие модификаторов. Содержание серы не должно превышать 0,02-0,01 %, это меньше допуска в качественных сталях.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом используют для замены литой стали в изделиях ответственного назначения: валки горячей прокатки, станины и рамы прокатных станов, молотов, прессов, коленчатые валы дизельных двигателей. Высокопрочный чугун применяют и для замены серого чугуна, если необходимо увеличить срок службы изделия или снизить его массу.

Чугун с вермикулярным графитом по свойствам и внутреннему строению занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным чугуном. Графит вермикулярной формы представляет переходную форму от пластинчатой к шаровидной. В чугуне с вермикулярным графитом может содержаться не более 40 % шаровидного графита. Для изготовления отливок применяются чугуны следующих марок: ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45. Обозначение марки включает буквы «ЧВГ» - чугун с вермикулярным графитом и цифровое обозначение минимального значения временного сопротивления разрыву при растяжении (МПа · 10?1).

Чугуны марок ЧВГ прочнее, а при одинаковой прочности пластичнее чугунов марок СЧ. Они превосходят чугуны марок ВЧ по демпфирующей способности и обрабатываемости резанием. Механические свойства чугуна с вермикулярным графитом для отливок приведены в табл. 10.

Таблица 10. Механические свойства чугуна с вермикулярным графитом по ГОСТ 28394-89

Марка чугуна	в, МПа (кгс/мм2)	0,2, МПа (кгс/мм2)	?, %	Твердость, НВ
ЧВГ 30	300 (30)	240 (24)	3,0	130-180
ЧВГ 35	350 (35)	260 (26)	2,0	140-190
ЧВГ 40	400 (40)	320 (32)	1,5	170-220
ЧВГ 45	450 (45)	380 (38)	0,8	190-250

Чугуны с вермикулярным графитом применяют вместо серых чугунов для отливок базовых деталей станков и кузнечно-прессового оборудования, массивных изложниц, кокильной оснастки.

Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна. При отжиге белого чугуна образуется графит в благоприятной для механических свойств компактной, хлопьевидной форме. Относительное удлинение ковкого чугуна может достигать гарантированного уровня 10-12 %, у исходного белого чугуна не превышает 0,2 %, а у чугуна с пластинчатым графитом - 1 %.

Механические свойства ковких чугунов приведены в табл. 11.

Таблица 11. Механические свойства ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79

Марка чугуна	Временное сопротивление разрыву, МПа (кгс/мм2), не менее	Относительное удлинение, %, не менее	Твердость, НВ
КЧ 30-6	294 (30)	6	100-163
КЧ 37-12	362 (37)	12	110-163
КЧ 45-7	441 (45)	7	150-207
КЧ 60-3	588 (60)	3	200-269
КЧ 80-1,5	784 (80)	1,5	270-320



Рис. 30. Марка ковкого чугуна

Белый чугун, предназначенный для отжига на ковкий, содержит 2,4-2,9 % С, 1,0-1,6 % Si, 0,3-1,0 % Мn, не более 0,18 % Р и 0,20 % S.

Содержание углерода и кремния в ковком чугуне должно быть меньше, чем в сером. В таком случае при кристаллизации обеспечивается формирование структуры белого чугуна по всему сечению отливки.

В соответствии с ГОСТ 1215-79 отливки из ковкого чугуна изготавливают следующих марок: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12 ферритного класса с ферритной или ферритно-перлитной металлической основой; КЧ 45-7, КЧ 50-5, КЧ 55-4, КЧ 60-3, КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ80-1,5 перлитного класса (рис. 28, в). Обозначение марки включает буквы «КЧ» - ковкий чугун и цифровые обозначения величины минимального временного сопротивле-ния разрыву при растяжении (кгс/мм2) и величины минимального относительного удлинения в процентах (рис. 30).

Антифрикционные чугуны применяют для работы в узлах трения со смазкой, подшипников скольжения, втулок, вкладышей. По ГОСТ 1585-85 «Антифрикционные чугуны» в качестве антифрикционных используют серые чугуны с пластинчатым графитом АЧС-1, АЧС-2, ..., АЧС-6, высокопрочные чугуны с шаровидным графитом АЧВ-1, АЧВ-2 и ковкие чугуны АЧК-1, АЧКВ обозначении марки цифра означает порядковый номер, от которого зависит химический состав чугуна.

Чугуны, легированные углеродом, хромом, кремнием, алюминием, никелем, медью и другими элементами, относятся к чугунам со специальными свойствами: износостойкие, жаростойкие, жаропрочные и коррозионностойкие.

По действующему стандарту регламентируются механические свойства легированных чугунов, которые приведены в табл. 12.

По ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами» чугун подразделяется на виды и марки по легированию и по назначению. К хромистым чугунам относятся чугуны марок ЧХ1, ЧХЗ, ЧХ16, ЧХ22С, ЧХ28Д2; к кремнистым - ЧС5, ЧС17, ЧС15М4; к алюминиевым - ЧЮ6С5, ЧЮ22Ш; к марганцевым - ЧГ6СЗШ, ЧГ8Д3; к никелевым - ЧНХТ, ЧН2Х2, ЧН19Х3Ш. В обозначении марок чугуна первая буква «Ч» - чугун, последующие буквы определяют легирующие элементы: Х - хром, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, Д - медь, М - молибден, Т - титан, П - фосфор, Ю - алюминий; буква Ш указывает на шаровидную форму графита. Цифры, стоящие после каждой буквы, означают примерную массовую долю основных легирующих элементов в процентах.

Таблица 12. Механические и эксплуатационные свойства чугунов

Марка чугуна	Временное сопротивление, МПа, не менее	Твердость, НВ	Эксплуатационные свойства
	растяжени ю	изгибу
ЧХЗ	150	310	228-364	Жаростойкий до 973 К,
				износо-стойкий
ЧХЗ2	290	460	245-340	Жаростойкий до 1423 К,
				изно-со-стойкий
ЧС15М	60	140	390-450	Коррозионно-стойкий в
4				кисло-тах, щелочах, солях
ЧХ22С	290	540	215-340	Коррозионно-стойкий в
				газо-вых средах до 1273 К
ЧЮХШ	390	590	187-364	Жаростойкий до 923 К
ЧХ9Н5	350	700	490-610	Износостойкий
ЧГ8ДЗ	150	330	176-285	Магнитный, износостойкий

Отливки из легированных чугунов используются в условиях повышенных температур, в агрессивных средах, при значительном трении изделий. Хромистые чугуны ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3, относящиеся к жаростойким и износостойким, применяются для изготовления деталей термических печей, колосников, горелок, кокилей. Кремнистые чугуны с высокой коррозионной стойкостью и износостойкостью ЧС5, ЧС15М4, ЧС15 используются для изготовления топочной арматуры котлов, деталей компрессоров, теплообменников и деталей химической аппаратуры. Марганцевые чугуны, относящиеся к износостойким и маломагнитным ЧГ7Х4, ЧГ8Д3, применяют для деталей насосов, мельниц, дробе и пескоструйных камер, немагнитных деталей арматуры.

По ГОСТ 5950-73 «Прутки и полосы из инструментальной легированной стали» металлопродукцию по назначению подразделяют на две группы: для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов и других материалов в холодном состоянии и для обработки металлов давлением при температуре выше 300 С. Данный стандарт распространяется на горячекатаные, кованые, калиброванные прутки и полосы из легированной инструментальной стали.

В первую группу входят высокои среднеуглеродистые легированные стали следующих марок: 9ХФ, 13Х, ХВ4, Х, 9ХС, ХВГ, Х12, ХI2ВМФ, 6Х4М2ФС, 8ХЧВ2МФС Вторую группу в основном составляют среднеуглеродистые легированные стали следующих марок: 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХМФС, 4Х2В5МФ, 6ХЗМФС. В обозначении марок инструментальных сталей первые цифры определяют массовую долю углерода в десятых долях процента. Цифры отсутствуют, если массовая доля углерода близка к единице или больше единицы. Например: сталь 9ХФ содержит 0,8-0,9 % С, 0,15-0,30 % V, 0,15-0,35 % Si, 0,30-0,60 % Mn, 0,40-0,70 % Cr; сталь 4Х5МФС содержит 0,32-0,40 % С, 0,9-1,2 % Si, 0,20-0,50 % Mn, 4,5-5,5 % Cr, 0,30-0,50 % V, 1,2-1,5 % Мо.

Быстрорежущие стали. Высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности, относятся к группе быстрорежущих сталей (табл. 13). Основное свойство этих сталей - высокая теплостойкость, которая обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами - молибденом, хромом, ванадием.

Вольфрам и молибден в присутствии хрома связывают углерод в специальный труднокоагулируемый при отпуске карбид типа Ме6С (Ме - условное обозначение металла) и задерживают распад мартенсита. Выделение дисперсных карбидов, которое происходит при повышенных температурах отпуска (500-600 єС), вызывает дисперсионное твердение мартенсита - явление вторичной твердости (рис. 31).

Таблица 13. Состав быстрорежущих сталей, %

Марка стали	С	Cr	W	V	Mo	Co
Р18	0,7-0,8	3,8-4,4	7,0-18,5	1,0-1,4	1,0	-
Р6М5	0,80-0,88	3,8-4,4	5,5-6,5	1,7-2,1	5,0-5,5	-
Р14Ф4	1,2-1,3	4,0-4,6	13,0-14,5	3,4-4,4	1,0	-
Р10К5Ф5	1,45-1,55	4,0-4,6	10,0-11,5	4,3-5,1	1,0	5,0-6,0

~

Рис. 31. Марка быстрорежущей инструментальной стали

Твердые сплавы получают из порошков карбидов вольфрама (WC), карбидов титана (TiC) и карбидов тантала (ТаС), смешанных с порошком кобальта (Co). Твердые сплавы применяют в виде пластинок определенной формы и размеров, изготовляемых методом порошковой металлургии. Пластинки предварительно прессуют, а затем спекают при температуре 1500-1900 С.

Различают твердые сплавы: вольфрамовые - ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамовые - Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В; титанотанталовольфрамовые - ТТ7К12, ТТ10К8Б. Пластинки твердого сплава (HRA 86-92) обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (800-1000 С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин. Пластинки припаивают к державкам или корпусам инструментов медными (латунными) припоями или крепят механическим способом.

В промышленности применяют многогранные неперетачиваемые твердосплавные пластинки (трех-, четырех-, пятии шестигранные и др.), которые крепят механическим способом. После износа одной из режущих кромок пластинки в работу вводят следующую. Недостатком твердых сплавов является пониженная пластичность.

Твердые сплавы группы ВК используют для обработки деталей из хрупких металлов, пластмасс, неметаллических материалов, а сплавы группы ТВК - для обработки деталей из пластических и вязких металлов и сплавов.

Мелкозернистые твердые сплавы (ВК6М и др.) применяют для обработки деталей из труднообрабатываемых коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, твердых чугунов, бронз, закаленных сталей, сплавов легких металлов, сплавов титана, фосфора, керамики, стекла, ферритов. Трехкарбидные сплавы ТТК отличаются от сплавов групп ВК и ТВК повышенной износостойкостью, прочностью и вязкостью, их применяют для обработки труднообрабатываемых сталей аустенитного класса.

Алюминий - легкий металл с плотностью 2700 кг/м3, обладает высокими теплопроводностью и электропроводимостью, стоек к коррозии. Температура плавления алюминия 658 С.

Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Аl-Мn (АМц), содержащие до 1,6 % Мn, и сплавы системы А1-Мg (АМг), содержащие до 5,8 % Мg. Эти сплавы обладают высокой пластичностью и невысокой прочностью. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы А1-Сu-Мg (дуралюмины, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного химического состава. Дуралюмины (Д16-Д18) содержат 3,8-4,8 % Сu, 0,4-1,8 % Мg, а также 0,4-0,9 % Мn, который повышает коррозионную стойкость сплавов. После термической обработки эти сплавы приобретают высокие прочность и пластичность. Ковочные сплавы (АК6-АК8) содержат 1,8-4,8 % Сu, 0,4-0,8 % Мg, 0,4-1 % Мn, 0,6-1,2 % Si, хорошо деформируются в нагретом состоянии, обладают высокой прочностью после термообработки.

Литейные алюминиевые сплавы применяют для изготовления деталей машин и приборов литьем. Наиболее широко используют сплавы алюминия с содержанием 10-13 % Si, например АК12 (АЛ2).

Сплавы алюминия с медью (до 5,3 % Сu) АМ5 (АЛ19) применяют для литья деталей, работающих при достаточно высоких нагрузках (кронштейны, арматура и др.).

Сплавы алюминия с магнием (до 9,5-11,5 % Мg) обладают хорошей коррозионной стойкостью и применяются для отливок, работающих во влажной атмосфере АМг10 (АЛ27) и АМг5К (АЛ13). Часто отливки из алюминиевых литейных сплавов подвергают термической обработке для повышения прочности, пластичности, снижения остаточных напряжений.

Алюминий применяют для приготовления спеченных алюминиевых сплавов (САС) и спекаемых алюминиевых пудр (САП), из которых изготовляют детали методами порошковой металлургии, позволяющей получать детали с особыми свойствами: коррозионной стойкостью, прочностью, пористостью.

Магний - легкий металл с плотностью 1740 кг/м, температурой плавления 651 С. Промышленный магний марки Мг96 содержит 99,96 % Мg, марки Мг95 - 99,85 % Мg. Магниевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные, не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Деформируемые магниевые сплавы (МА) (ГОСТ 14957-76) содержат до 2 % Мn, до 5 % А1, десятые доли процента церия, например сплавы МА2, МА8, не упрочняемые термической обработкой; высокопрочные сплавы - до 9 % А1 и 0,5 % Мn (сплав МА5). Жаропрочные магниевые сплавы содер-жат добавки циркония, никеля и др.

Литейные магниевые сплавы (МЛ6, МЛЗ) (ГОСТ 2856-79) содержат 2,5-9 % Аl и 0,5-1,5 % Zn, 0,15-0,5 % Мn, имеют невысокий модуль упругости (Е = 43 000 МПа) и вследствие этого хорошие демпфирующие свойства (гасят колебания конструкции). Однако эти сплавы обладают невысокой коррозионной стойкостью, и для ее повышения отливки оксидируют, покрывают лаками.

Медь - тяжелый цветной металл, имеет плотность 8940 кг/м3, температуру плавления 1083 С, обладает высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, малым удельным электросопротивлением, высокой теплопроводностью. Медь широко используют для изготовления электропроводов, деталей электрических машин и приборов, в химическом машиностроении. Медь по чистоте подразделяют на марки М0 (99,97 % Сu), М1 (99,9 % Сu), М2 (99,7 % Сu), М3 (99,5 % Сu), М4 (99 % Сu).

Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы (ГОСТ 493-79, 613-79) - это сплавы меди с оловом (4-33 % Sn), свинцом (30 % Рb), алюминием (5-11 % А1), кремнием (4-5 % Si), сурьмой и фосфором. Латуни - это сплавы меди с цинком (до 50 % Zn) с небольшими добавками алюминия, кремния, никеля, марганца (ГОСТ 17711-93, 15527-70). Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Л - латунь, Бр - бронза), после чего следуют первые буквы основных названий элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество легирующего элемента в процентах. Например, ЛЦ4ОМц1,5 - латунь, содержащая 40 % Zn, 1,5 % Мn, остальное Сu.

Бронзы и латуни разделяют на деформируемые и литейные. Литейные бронзы и латуни отличаются от деформируемых тем, что в их состав вводят добавки, улучшающие литейные свойства сплава: повышающие жидкотекучесть, уменьшающие усадку. Однако эти добавки снижают пластические свойства литейных бронз и латуней по сравнению с деформируемыми.

Титан - тугоплавкий металл с температурой плавления 1665 С, плотностью 4500 кг/м3. Временное сопротивление разрыву чистого титана ув = 250 МПа, относительное удлинение д = 70 %; он обладает высокой коррозионной стойкостью. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей. Поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40 %. Однако титан имеет низкую жаростойкость, так как при температурах выше 500-600 С легко окисляется и поглощает водород. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него изготовляют сложные отливки, но его обработка резанием затруднительна.

Для получения сплавов с заданными свойствами титан легируют (ГОСТ 19807-91) алюминием, молибденом и др. Наибольшее применение нашли сплавы, легированные алюминием, например сплав ВТ 5 (до 5 % А1) с ув = 700-900 МПа, д = 10-12 %. Из этого сплава получают поковки, отливки.

Для получения требуемых механических свойств титановые сплавы подвергают термической обработке (отжигу, закалке и старению) в печах с защитной атмосферой. Титан и его сплавы используют для изготовления деталей самолетов, в химическом машиностроении, судостроении и других областях машиностроения.

Строение полимеров. Полимерами называются вещества с большой молекулярной массой (> 104), у которых молекулы состоят из одинаковых групп атомов звеньев (рис. 32). Каждое звено представляет собой измененную молекулу исходного низкомолекулярного вещества мономера.

В зависимости от характера связей между линейными молекулами различают термопластичные и термореактивные полимеры. Первые способны многократно размягчаться при нагреве и твердеть при охлаждении без изменения своих свойств, вторые при нагреве остаются твердыми вплоть до полного термического разложения.

Это различие в поведении при нагреве объясняется тем, что у термопластичных полимеров между молекулами действуют относительно слабые силы Ван-дер-Ваальса. При нагреве связи между молекулами значительно ослабляются, материал становится мягким и податливым. У термореактивных полимеров кроме сил Ван-дер-Ваальса имеются поперечные ковалентные связи между молекулами. Благодаря им термореактивный материал остается твердым при нагреве.

Линейные молекулы имеют главные цепи и боковые группы (рис. 32). При молекулярной массе 104-106 в линейной молекуле объединяются сотни звеньев и длина главной цепи во много раз больше размеров боковых групп. Боковые группы образуют атомы (водород, галоиды), радикалы (ОН, CN, С6Н5 и др.), короткие полимерные цепи из нескольких звеньев. Очевидно, что при наличии боковых групп нескольких видов имеются возможности разместить их вдоль главной цепи как неупорядоченно, так и в определенном порядке. Полимеры с неупорядоченным чередованием групп называются нерегулярными, с упорядоченным - регулярными.

Рис. 32. Схема строения линейной макромолекулы

Структура молекул определяется способом производства полимера. При обработке полимеров (нагрев, растворение и т. д.) структура молекул почти не изменяется, и нельзя, например, нерегулярный полимер сделать регулярным. Общая структура полимеров складывается из структуры молекул и надмолекулярной структуры, т. е. взаимной укладки линейных молекул в полимерном веществе. Надмолекулярная структура появляется под влиянием сил притяжения между молекулами и теплового движения самих молекул. Для нерегулярных полимеров характерны пачечные структуры, когда на сравнительно больших участках главные цепи соседних молекул располагаются параллельно. У регулярных полимеров типичными надмолекулярными структурами являются кристаллы.

Макромолекулы в полимерном веществе упакованы не плотно, и мерой плотности упаковки является так называемый свободный объем, т. е. разность между фактическим удельным объемом вещества и теоретическим удельным объемом при самой плотной упаковке. При нагреве свободный объем увеличивается. В зависимости от свободного объема полимерное вещество находится в одном из физических состояний: стеклообразном, высокоэластичном, вязкотекучем. Переходы из одного состояния в другое происходят без выделения или поглощения теплоты. Температуры переходов называются температурами стеклования tст и текучести tтек.

Виды полимеров. Полиэтилен - один из наиболее широко применяемых полимеров. Выпускают полиэтилены высокого давления (ПЭВД) и низкого давления (ПЭНД). Прочность, теплостойкость и химическая стойкость ПЭНД выше, чем ПЭВД. Последний обладает хорошей газонепроницаемостью.

Полипропилен хорошо выдерживает изгиб, обладает высокой износостойкостью, устойчив к действию легких кислот и щелочей.

Полистирол - хрупкий полимер, обладающий высокой радиационной стойкостью, легко подвергающийся старению. Промышленностью выпускают полистирол обычный (марки ПСМСМ и ПСМ), суспензионный (ПС-С, ПС-СП) и эмульсионный (ПСЭ-1, ПСЭ-2). Предел прочности составляет 35 45 МПа.

Политетрафторэтилен - линейный полимер, превосходный диэлектрик, устойчив к окислителям, щелочам, кислотам, органическим растворителям. В России выпускается под маркой «фторопласт-4», имеющей низкий коэффициент трения.

Полиметиленоксид - линейный полимер, хорошо сопротивляется усталостным и динамическим знакопеременным нагрузкам, обладает низкой ползучестью, высокой износостойкостью.

Полифениленсульфид характеризуется высокой термостойкостью, устойчивостью к окислению, радиационной стойкостью.

Полифениленоксид - простой ароматический полиэфир линейного строения. Полимер нетоксичен, стоек к агрессивным средам, грибковой плесени.

Полиэтилентерефталат сложный линейный ароматический полиэфир терефталевой кислоты. Для изделий, изготовленных из него, характерна стабильность формы.

Поликарбонаты - сложные полиэфиры. В России выпускаются под маркой «дифлон». Полимер устойчив к действию ультрафиолетового излучения, обладает низкой стойкостью к действиям микроорганизмов.

Полиарилаты - сложные ароматические полиэфиры, обладают высокой прочностью и термостойкостью.

Полиоксибензоаты характеризуются высокой термостойкостью, не плавятся вплоть до температуры разложения 550 С.

Полиимиды выпускаются в виде пресс-порошков марок ПМ-67, ПМ-69. Для изделий, изготовленных из полиимидов, характерны высокая стабильность размеров, низкая ползучесть при высоких температурах, высокая термостойкость.

Полиамиды в нашей стране хорошо известны под маркой «нейлон-7». Для них характерна высокая износостойкость, ударная вязкость, устойчивость к действию органических растворителей.

Эпоксидная смола представляет собой олигомеры или полимеры, содержащие в молекуле не менее двух эпоксидных групп. Отвердителями смол служат многомерные, олигомерные и полимерные соединения различных классов. Смолы обладают высокой стойкостью к действию щелочей, солей, окислителей, органических растворителей. Полимерные конструкционные материалы (ПКМ), изготовленные на основе эпоксидных смол, обладают высокими механическими свойствами.

Фенолформальдегидные смолы - полимеры, представляют собой продукты поликонденсации фенола с формальдегидами. В зависимости от условий поликонденсации образуются термореактивные или термопластичные смолы. Большинство из них устойчивы к действию кислот.

Фурановые смолы представляют собой олигомерные продукты, содержащие в молекулах фурановые цепи и способные превращаться в присутствии катализатора или при нагревании в трехмерные полимеры. Промышленностью выпускаются смолы марок ФА, ФЛ, ФАЭД. Отверждение происходит с участием специальных реагентов (пироксидов, кислот, солей, эпоксидов и др.) или под действием тепла, излучений высокой энергии и др.

Кремнийорганические полимеры представляют собой термостойкие, высокомолекулярные, элементоорганические соединения, содержащие в составе элементарного звена макромолекулы атомы кремния и углерода. Промышленностью выпускаются кремнийорганические смолы К-41, К-44 и др. Устойчивы к действию большинства кислот и щелочей.

Стекло - твердый аморфный прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависимости от состава) материал, полученный при переохлаждении расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды Si, B, Al, P и т. д.) и оксиды металлов (Li, K, Mg, Pb и т. д.).

Основу стекла образует объемная сетка из однородных структурных элементов. В наиболее простом по составу кварцевом стекле такими элементами являются тетраэдры [SiO4], которые соединяются своими вершинами (рис. 33). Из таких же тетраэдров образована структура кристаллического кварца. Различие между двумя веществами одинакового химического состава объясняется размещением [SiO4]: углы между связями Si?О в кварцевом стекле характеризуются более широкими пределами (120- 180), чем углы в кристаллическом кварце. Структура аморфного стекла возникает при охлаждении стеклянной массы, когда повышение ее вязкости препятствует кристаллизации.

Основную массу промышленных стекол составляют силикатные стекла с добавками других оксидов. По сравнению с кварцевым стеклом они размягчаются при более низких температурах и легче перерабатываются в изделия.

В силикатных стеклах атомы соединяются ковалентно-ионными связями; в объемную сетку кроме кремния и кислорода входят также алюминий, титан, германий, бериллий; ионы щелочных и щелочно-земельных металлов размещаются в ячейках стекол, что приводит к изменению их свойств, в том числе цвета, и является причин...