Производство деталей из металлических порошков 11 страница

Существует ряд способов, позволяющих повысить механические свойства и термостойкость стекла. Закалка стекла заключается в нагреве выше температуры стеклования и последующем быстром охлаждении в потоке воздуха или в масле. При этом на поверхности стекла возникают напряжения сжатия, которые компенсируют (снижают) растягивающие напряжения в условиях эксплуатации (необходимо приложить определенную нагрузку, прежде чем на поверхности возникнут растягивающие напряжения). Предел прочности повышается в 2-4 раза. Термостойкость закаленного стекла возрастает в 2-3 раза.

Закалка в кремнийорганических жидкостях – термохимическое упрочнение – приводит к образованию на поверхности полимерной пленки, что дает дополнительный эффект по сравнению с обычной за-калкой.

Щелочные стекла, содержащие Na2O, упрочняются при высокотемпературной химической обработке, заключающейся в нагреве стекла в расплаве соли K2SO4.

Прочность повышается также при травлении стекла плавиковой кислотой, в результате чего удаляются или сглаживаются поверхностные дефекты.

Разрушение стекла сопровождается образованием большого числа острых осколков произвольной формы, что представляет опасность. Этого можно избежать при использовании триплекса. Триплекс – это два листа закаленного стекла, склеенного прозрачной эластичной полимерной пленкой. При разрушении триплекса образовавшиеся осколки не разлетаются, а удерживаются пленкой, как, например, лобовое стекло автомобиля.

Наибольший объем занимает производство стеклотары и листо-вого строительного стекла. Для этих целей используют зеленое буты-лочное стекло (стеклотара) и щелочное листовое стекло (остекление зданий). Для остекления транспортных средств применяют триплексы, закаленные стекла. Остекление помещений литейных цехов выполняется стеклами, содержащими оксиды железа и ванадия, они поглощают около 70% инфракрасного излучения.

Оптическое стекло подразделяется на кроны, отличающиеся ма-лым преломлением, и флинты – тяжелые стекла, содержащие оксид свин-ца, не пропускающие рентгеновское излучение.

Как диэлектрик стекло используют для осветительных ламп, в электровакуумных устройствах, в качестве изоляторов.

Как химически стойкий материал стекло применяется в химической и пищевой промышленности для изготовления труб, аппаратуры, емкостей для хранения агрессивных жидкостей.

5.2.2 Ситаллы

Ситаллы (название образовано из слов «стекло» и «кристалл») по-лучают из стекол путем регулируемой кристаллизации. Стеклообразное состояние при невысоких температурах является неравновесным и веще-ство стремится к равновесному кристаллическому состоянию. Этот пере-ход может осуществиться только диффузионным путем и характерно, что процесс кристаллизации происходит не при охлаждении жидкости, как это имеет место при формировании структуры металлов и сплавов, а при нагреве до температур значительно более низких, чем температура расплавления стекла. Относительно низкая температура трансформации стекла в ситалл наряду с высокой вязкостью стекла обусловливают низ-кую скорость кристаллизации, что при наличии большого количества центров кристаллизации определяет весьма малый размер образующихся кристаллов (0,01…2 мкм).

Формирование структуры ситаллов происходит в две стадии. На первой стадии создаются центры кристаллизации, на второй – рост этих центров, т. е. процесс завершения кристаллизации. По механизму образования центров ситаллы подразделяются на фотоситаллы и термоситаллы.

Свойства ситаллов определяются особенностями их структуры, а именно весьма малой величиной зерна. Мелкозернистая структура придает им беспористость, газонепроницаемость. Эта особенность позволяет значительно повысить механические свойства ситаллов. Предел прочности при растяжении повышается (по сравнению с исходным стеклом) до 70…120 МПа. Модуль упругости некоторых ситаллов достигает 140 ГПа, что выше, чем у магниевых, алюминиевых и даже титановых сплавов. Высокими прочностью и жесткостью обладают ситаллы с кремнеземом, самые непрочные – литиевые. Ситаллы являются хрупкими материалами, но их сопротивление ударным нагрузкам выше, чем у стекол. Их твердость колеблется в пределах 400…700 HV, что определяет их достаточно высокую износостойкость при истирании.

Коэффициент линейного расширения ситаллов изменяется в широ-ких пределах. Ситаллы с малым коэффициентом линейного расширения обладают высокой термостойкостью и не растрескиваются при закалке в воде от 700°С.

Электрические свойства ситаллов характеризуются высоким удельным электросопротивлением и высокой электрической прочностью. Высокое сопротивление в отличие от стекол сохраняется при нагреве до 400°С, что объясняется небольшим количеством щелочных ионов в остаточном стекле и их меньшей подвижностью в кристаллах.

Высокая химическая стойкость определяет их применение в хими-ческой промышленности. Они используются для изготовления деталей, работающих в агрессивных жидкостях, в том числе с абразивами.

Благодаря малому коэффициенту трения в паре с металлами (0,2…0,25), возможности работать без смазки и высокой износостойко-сти ситаллы используют в качестве подшипников скольжения и контртел в парах трения, работающих без смазки. Из них изготавливают фильеры для протягивания полимерных волокон.

5.2.3 Органическое стекло

Органические стекла – это термопластичные полимеры на основе полиметилметакрилата и других акриловых полимеров. Прозрачность для света у этого материала составляет 92%, он пропускает 75% ультра-фиолетового излучения и не задерживает рентгеновское излучение. В от-личие от силикатных стекол органическое стекло имеет значительно меньшую плотность (1180 кг/м3) и малую хрупкость. Органическое стек-ло обладает высокой химической стойкостью в воде, спиртах, разбав-ленных кислотах и щелочах. Старение стекла в естественных условиях протекает медленно. К недостаткам материала следует отнести низкую твердость. Кроме того, при резких перепадах температур вследствие низкой теплопроводности и высокого коэффициента расширения в стекле появляются мелкие трещины, что приводит к потере прозрачно-сти. Повысить механические свойства органического стекла, а также его термостойкость возможно путем ориентирования. Прочность повышает-ся также за счет использования многослойного стекла – триплекса.

При температуре около 80°С органическое стекло начинает размягчаться, при нагревании свыше 120°С легко формуется.

Органическое стекло используют для остекления транспортных средств, из него изготавливают линзы и другие оптические детали.

5.3 Древесина

Наибольшей плотностью (1,3 т/м3) обладает железное дерево, которое тонет в воде. Минимальной плотностью обладает бальза (0,15 т/м3) и его используют при изготовлении дельтапланов. Древесина распространенных деревьев имеет промежуточные значения плотности: дуб – 0,69, береза – 0,62 т/м3.

К достоинствам древесины следует отнести достаточно высокую механическую прочность при малой плотности, хорошее сопротивление ударным и вибрационным нагрузкам. Древесина хорошо обрабатывается резанием, склеивается.

Для древесины как конструкционного материала основное значение имеют влажность, изменяемость размеров, формы, объемная масса.

Прочность сухой древесины примерно в три раза выше, чем свежеспиленной. Древесина хорошо работает на растяжение, но предел прочности при сжатии у древесины ниже, чем у большинства материалов, в частности, для сосны σв при растяжении составляет 100МПа, а при сжатии - 40МПа

К недостаткам древесины следует отнести отсутствие огнестойко-сти (это горючий материал), а также склонность к загниванию. Для за-щиты от загнивания изделия из дерева необходимо покрывать лакокра-сочными или пластмассовыми покрытиями. Применяется также пропитка растворами солей NaF, CuSO4 и др. Для снижения воспламеняемости используют огнезащитные лаки и краски.

Материалы из натуральной древесины применяют в виде заготовок и пиломатериалов. Наиболее широкое применение в качестве пиломатериалов имеют прессованная древесина и фанеры.

Прессованная древесина получается прессованием нагретых древесных опилок. Прочность прессованных материалов в 2-3 раза выше, чем древесины. Прессованная древесина является заменителем черных и цветных металлов и пластмасс. Она широко применяется для изготовления деталей машин, работающих при ударных нагрузках (подшипники, втулки и т.д.)

Фанера – листовой материал, полученный склеиванием листов древесного шпона. Толщина фанеры 1…12 мм, более толстые клееные конструкции называются плитами. Водостойкость фанеры зависит от применяемого клея. Фанера ФСФ обладает повышенной водостойкостью, ФК и ФБА – средней, ФБ – пониженной.