СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ.

В настоящее время сплавы на основе цветных металлов используются главным образом как конструкционные материалы для машин, особенно частей подверженных истиранию ( подшипники, цапфы, винтовые шестерни, червячные шестерни), а также изготовления аппататуры и в кислородном машиностроении.

Сплавы на медной основе делятся на 3 группы:

1) сплав с цинком: цинка до 20% - томпаки; цинка от 20 до 55% - латуни;

2) медно - никелевые сплавы;

3) бронзы.

Медные сплавы по сравнению с чистой медью обладают б`ольшей прочностью, лучшей коррозионной стойкостью, но меньшей тепло- и электропроводностью.

Латуни являются медными сплавами, в которых преобладающим лигированным компонентом является цинк. По технологическому принципу латуни разделяются на деформируемые, т.е обрабатываемые давлением, и литейные.

К деформируемым латуням относятся:

а) двойные сплавы меди с цинком – томпаки (90% Cu, и 4-10% Zn), полутомпаки (80-85% Cu, и 15-20% Zn) и латуни (50-70% Cu, и 30-50% Zn). Наилучшей пластичностью в холодном состоянии обладают латуни Л68 (62% Cu и 38% Zn).

б) специальные латуни, представляющие собой медно - цинковые сплавы, лигированные Al, оловом, Ni, Mn, Si, Pb и др. металлами; наиболь - шее применение имеют: свинцовистая латунь, т.н. мунц (50% Cu, 1% Pb, 40% Zn), часовая латунь (62-65% Cu, 1,5-3,5% Pb, 31,5-34,5% Zn), отличающиеся исключительно высокой обрабатываемостью резанием; оловянные латуни, т.н. морские латуни (60-70% Cu, 29-39% Zn, 1% Sn), обладающие высокой коррозионной стойкостью в морской воде; алюминиево – никелевые латуни ЛАН 59-3-2 (59% Cu, 3%Ae, 2%Ni, 46% Zn), отличающиеся повышенными механическими и корррозионными свойствами.

Медно – никелевые сплавы обдадают большой механической прочностью, хорошей коррозионной устойчивостью и высоким электросопротивлением. Например мельхиор (80% Cu, 40%Ni, 1,5%Ae) – высокопластичный материал, идущий на изготовление сеток, медицинского инструмента, монет, конденсаторных труб и т.п.; константан (58,5% Cu, 40%Ni, 1,5%Ae). По антикоррозионным и механическим свойствам превосходит латунь. Применяется для изготовления арматуры, медицинских инструментов, деталей телефонов и др. электротехничнских целей.

Куниаль А (13,5%Ni, 2,5%Ae, ост Cu) и В, упрочняющийся при термообработке; применяется сплав для пружин.

Конель (56,5% Cu, 43,5%Ni) обладает максимальной э.д.с. по сравнению с медно – никелевыми сплавами, применяется в качестве отрицательного электрода термопар и для реостатов.

Сплавы меди с оловом, кремнием, марганцем, алюминием.бериллием и др. добавками, называются бронзами.

Марки сплавов цветных металлов расшифровываются следующим образом. Первые буквы означают: Л – латуни или томпаки, Бр – бронзы. Следующие за ними буквы характерезуют содержание в сплаве компаненты, причём в отличие от марок сталей все компаненты обозначаются соответствующими начальными русскими буквами, например: алюминий – А, марганец – Мц, медь – М, олово – О и т.д. Следующие за буквами цифры показывают среднее процентное содержание соответствующего металла в сплаве. Например: ЛН 65 – 5 означает никелевую латунь, содержащую 65% меди, 5% никеля и остальные 30% цинка. Бр ОЦ 8 – 4 - означает оловянестую бронзу, содержащую 8% олова, 4% цинка, а остальное медь.

Латунь по ГОСТ 15527-70 Аппараты, работающие под давлением,

Л 62 кислородная аппаратура, в качестве Л 68 припоя - -196 : 120 ˚С, Р ≤ 0,6 МПа.

ЛЖМц 1 – 1 - 254 : 250 ˚С, Р до 20 МПа.

Бронза по ГОСТ18175-72 Детали ответственного еазначения,

Бр Амц 9 – 2 сильно нагруженные – венцы червячных

Колёс, шестерни, арматура, корпусы и

Роторы центробежных насосов.

- 196 : 400 ˚С, Р ≤ 6 МПа.

3.3 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

3.3.1 Неорганического происхождения.

Неметаллические конструкционные материалы, особенно неорганического происхождения, применяются в технологическом машино- и аппаратостроении в гораздо меньшем объёме, чем металлы и их сплавы.

Горные породы. Из горных пород изготавливают абсорбционные башни для поглащения окислов азота, концентраторы для серной кислоты, резервуары, насадки и т.д. Для изготовления чаще всего используют граниты и андезиты.

Горные породы обладают высокой химической стойкостью против азотной, соляной и серной кислот. Молотые горные породы в смеси с жидким стеклом образуют кислотоупорные замазки и так называемые кислотоупорные бетоны.

К недостаткам горных пород относитя их хрупкость, трудность и чрезвычайная дороговизна обработки.

Асбест является одним из основных материалов для изготовления прокладок и набивок, а также огнестойких и кислотоупорных тканей. Применяется и как хороший теплоизоляционный материал пригодный до температуры 500˚С.

Плавленные материалы. Следующую группу неметаллических материалов составляют плавленные материалы, полученные путём обжигания и спекания составных частей. Плавленные вулканические породы, плавленный диабаз применяют для изготовления плиток для футеровки стальной аппаратуры и сосудов. Плавленный кварц дорог, но устойчив ко всем средам, кроме плавиковой кислоты, расплавленного алюминия и магния. Благодаря ничтожно малому коэффициенту температурного расширения кварц совершенно не боится внезапных изменений температуры.

Стекло, особенно боросиликатное, т.е. содержащее окись бора, которая придаёт стеклу химическую и тепловую стойкость. Данное стекло применяется для изготовления аппаратов диаметром до 1 м, труб, смотровых, световых и мерных стёкол и т.д. Стекловидные покрития наносятсяна стенки металлических стальных или чугунных аппаратов для защиты от коррозии.

Кислотоупорная керамика сравнтельно дешёвый и химически стойкий материал. Из неё изготавливают насадочные кольца, абсорберы, ёмкости, арматуру, инжекторы и др. детали и аппараты. Было сообщение о том, что в Японии изготовлен и работает на автомобиле двигатель полностью изготовленный из керамики.

3.3.2 Органические материалы. Из неметалических материалов оганического происхождения в технологическом аппаратостроении применяются дерево, резина и пластические массы.

Дерево. На изготовление простейших аппаратов, хранилищ, а также хордовых насадок, рам мешалок и тому подобных устройств используются древесина хвойных пород – сосна, ели, лиственница. Основные достоинства дерева заключаются в его доступности, дешевихне, достаточной прочности. Легкостиобработки. Но дерево обладает и недостатками: анизотропностью, горючестью, способностью ссыхаться или набухать, расрескиваться и загнивать. Смолы, содержащие в древесине, могут загрязнять обрабатываеме вещества.

Максимальная температура материалов, обрабатываемая в деревянной аппаратуре не должна быть выше 100˚С. Дерево служит прекрасным материалом для тары. Для улучшения свойств древесины её покрывают бакелитовым и другими лаками.

Резины представляют собой полимер, полученный термической обработкой сырого натурального или сентетического каучука с серой. При введении в каучук 2 – 4% серы получается мягкая резина; при введении 25 – 40% - твёрдая резина – эбонит. Кроме серы, в состав резины входяят разные добавки – наполнители, ускорители вулканизации, вещества, препятствующие старению резины и др.

Мягкая резина обладает химической и эрозионной стойкостью. Тепловая стойкость обычных резин невысокая – около 80˚С. Сейчас разработаны и применяются теплостойкие, силиконовые резины, выдерживающие до 300˚С.

Резина выпускается в виде листов, труб, шлангов. Сырая листовая резина служит для гуммирования аппаратов, ёмкостей, трубопроводов и т.д., т.е. для покрытия внутренних поверхностей для предохранения от действия коррозии и эррозии. Из вулканизированной резины делаю прокладки, шланги, буфера для смягчения вибраций, набивки и т.п.

Пластмассы. Новейшими конструкционными материалами являются пластмассы. Они обладают высокой коррозионной стойкостью ко многим средам и большой прочностью на единицу веса. Пластмассы открывают перспективы для создания новых конструкций химического оборудования, осуществление которых из раннее известных материалов было бы невозможно.

Все пластмассы разделяются на две группы: ТЕРМОПЛАСТЫ и РЕАКТОЛАСТЫ. Термопласты характеризуются способностью размягчаться при нагревании и снова отвердевать при последующем охлаждении. Процесс этот обратимый и его можно повторять многократно. Реактопласты – при нагревании размягчаются и плавятся, а при дальнейшем нагревании до определенной температуры необратимо затвердевают и становятся нерастворимыми.

В настоящее время известно множество марок платических масс, рассмотрим некоторые типы пластмасс, применяемые в химическом машиностроении.

ФЕНОПЛАСТЫ имеют своей основой термоактивную фенолформальдегидную смолу, которая при нагревании 120-170°С отвердевает и делается нерастворимой. Если в качестве наполнителя использовать асбест, то получится – фаолит, который выпускается в виде сырых неотвержденных листов толщиной 5 – 15мм. Затем из листов с помощью деревянных моделей формируются изделия. Из феолита делаются ёмкостная аппаратура, скруберы, колонны, насосы, трубы, а также используется для футеровки стальных аппаратов , вентиляторов, арматуры.

СТЕКЛОТЕКСТОЛИТ И ТЕКСТОЛИТ изготавливаются из листов хлопчатобумажной и стекляной ткани, которая пропитывается фенолформальдегидной смолой и подвергают термообработке. Выпускается в виде листов , брусков, стержней, из которых холодной обработкой резания получаются детали, изделия.

ВИНИПЛАСТ - это продукт полимеризации хлорзамещенных производных этилена. Выпускается в виде листов и труб. Для работы под давлением не пригоден. Применяется для изготовления и футеровки ёмкостных аппаратов и трубопроводов.

АКРИПЛАСТ или ОРГАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО . Получается в результате полимеризации метилового эфира и метакриловой кислоты. Выпускается в виде листов и брусков. Используется для изготовления прозрачной аппаратуры и для небьющихся смотровых окон.

ФТОРОПЛАСТ (тефлон) представляет собой полимер тетрафторэтилена CF₂= CF₂. Фторопласт отличается боьшой эластичностью, прекрасными электроизоляционными свойствами, высокой теплостойкостью (200 - 250°С), химически стоек. Самые агрессивные агенты – это горячие окисляющие кистоты, крепкие щелочи, олеум, царская водка и др. не дейсвуют на фторопласт – 4. Изготавливают: листы, трубы, тонкостенные стаканы, мембраны, сильфоны, прокладки и т.п.

В заключении заметим, что нельзя рассматривать свойства материалов изолировано. Например, известно, что материалы и сплавы порознь достаточно устойчивы к разъедающему действию раствора электролита, но при совместном их применении могут разрушиться в результате элнктрохимической коррозии, что заставляет конструктора учитывать и эти обстоятельства. Коэффиценты трения зависят от свойтва и состояния поверхностей обеих материалов, образующие трущуюся пару. Поэтому из разных материалов изготавливают не только подшипники скольжения, но такие пары, как, например шпильки.

.