Конспект лекцій з дисципліни "Матеріалознавство та основи технології виробництва споживчих товарів"

Клеї можуть бути тваринного або рослинного (білко­вого) та синтетичного походження. Клеї тваринні — сто­лярний клей, міздряний, кістковий, рибний, альбуміно­вий, казеїновий, які застосовують для склеювання дере­вини, паперу, текстильних виробів тощо. Клеї рослинні — канцелярський клей, гуміарабік, декстриновий, крохмаль­ний, що застосовують для склеювання паперокартонних виробів.

Клей гумовий — розчин каучуку в бензині, який вико­ристовують для склеювання гумових, шкіряних і тканин­них виробів. Столярний, крохмальний та інші клеї нестій­кі до вологи та грибка, ними склеюють незначну кількість матеріалів.

Синтетичний клей буває таких видів: 1) фенольний марок БФ-2, БФ-4, призначений для гарячого склею­вання металів, пластмас, деревини, кераміки, фарфору; марки БФ-6 — для склеювання тканин, гуми, повсті та для приклеювання їх до металів; марок ВК-32-200, ВС-350 — для склеювання дуралюмінію, сталі, склотекстоліту та пінопластів; марок ВС-10М, ВС10Т — для склеювання металів, склотекстоліту, текстолітів; марок КР-4, КБ-3 — для гарячого та холодного склеювання пластмас, дереви­ни, текстильних матеріалів; 2) епоксидний марок ЗД-5,

ЗД-6 — для холодного склеювання металів, деревини, фарфору, для приклеювання вулканізованої гуми до металів; марок ВК-32-ЗМ — для склеювання сталі, дуралюмінію між собою та з пінопластами; марки Л-4 — для гарячого та холодного склеювання сталі, дуралюмінію, склотекстоліту, пінопластів; 3) поліамідний марок ППФЗ-2/10 для холодного та гарячого склеювання алюмінію, міді, деревини, поліамідних плівок, шкіри; МПФ-1 — для гарячого та холодного склеювання металів і приклеювання до них неметалевих матеріалів; 4) карба-мідний марок KM-З, К-17 — для гарячого та холодного склеювання пластмас, деревини, паперу, текстильних матеріалів; 5) гліфталевий марок АМК — для холодного приклеювання вовняної, бавовняної та скляної теплоізо­ляції до металів, для склеювання скла; 6) карбінольний — для склеювання металів, скла, фібри, пластмас і мармуру; 7) поліуретановий марки ПУ-2 — для гарячого склеюван­ня сталі, дуралюмінію, органічного скла між собою, пласт­мас і пінопластів з металами. Клей ПВА призначається для склеювання деревини, паперу, скла, шкіри, лінолеуму, тканини, а також для приклеювання облицювальної плит­ки тощо.

Рекомендується застосування синтетичного клею, який дає змогу склеювати різні матеріали та має необхідну стійкість. Поширення набули карбінольні клеї БФ-2, БФ-4, БФ-20, епоксидні ЗД-5, ЗД-6, Л-4. Карбінольними (універсальними) називають клеї, виготовлені на основі смоли БФ. Використання цього клею спрощує складання машин і їх ремонт, бо він міцно з'єднує різні матеріали.

Перед склеюванням зачищають місця з'єднання, потім на поверхню наносять клей, деталі з'єднують і спресо­вують (температурний режим і час затвердіння залежать від якості клею). Карбінольний клей наносять на поверхню і за 5...10 хв стискують місце з'єднання. При використанні клею БФ кожну поверхню покривають два рази. Перший шар клею просушують на повітрі протягом 1 год, а потім 15 хв за температури 55...60 °С. Після охолодження поверхонь наносять другий шар клею так само, як і раніше, а потім за температури 82...90 °С протягом 1 год сушать і лише після цього, видаливши розчинник, місця сполучення стискують під пресом. Сила стиснення залежить від форми та виду деталей. Міцність шва буде тим вищою, чим тонший шар, і навпаки.
Мастильні матеріали

До мастильних матеріалів належать речовини, які зменшують тертя й захищають метал від корозії. Мастиль­ні матеріали можуть бути рідкими, твердими та консистентними. Рідке мастило (олива) буває мінерального, рослинного та тваринного походжен­ня. Найпоширенішою є мінеральна олива — продукт, добутий з нафти або кам'яного вугілля: вазелінова, ма­шинна, циліндрова.

Рослинна олива — бавовняна, касторова, льняна, реп'яхова. До тваринних олив належать жири: риб'ячий, тюленячий, китовий, сало різних тварин. Ці оливи мають малу в'язкість і найкращу маслянистість, тому застосову­ють суміш мінеральних олив з тваринними та рослинними оливами.

Рідке мастило застосовують для деталей, що працюють на високих швидкостях. Поряд з рідкими застосовують тверді мастила, що складаються з мінеральних олив змішаних з милом; звичайно це солідол, тавот, технічний вазелін тощо. Наприклад, мазями називаються суміші мінеральних олив з невеликим додаванням олив тварин­ного та рослинного походження, згущеними кальцієвими (консталіни) або натрієвими (солідоли) милами.

Консистентні мастила можуть містити, крім мила, на­повнювачі, наприклад графіт, тальк, слюду. До них нале­жать приладне мастило АФ-70 (мастило УНМА), техніч­ний вазелін УН (універсальне низькоплавке мастило), консерваційне мастило.

Вид мастильних матеріалів вибирають залежно від умов роботи, виду тертя, конструкції тертьових деталей, їх навантаження, нагрівання, а також від матеріалу частин, що піддаються тертю. Наприклад, індустріальні мастильні матеріали застосовують для змащування верстатів і механізмів; суднові — ходових частин суден; турбінні — підшипників турбін; моторні — двигунів внутрішнього згоряння стаціонарного типу; авіаційні — авіаційних двигунів; циліндрові — парових машин; мастильний мазут, напівгудрон, гудрон — букс вагонів та інших механізмів.

Основними характеристиками рідких мінеральних олив є в'язкість, температура спалаху та застигання, стабільність, вміст домішок. Мінеральна олива має різну в'язкість: ріденька 17...22, густа 60...75 Па•с. Це стосується і температури спалаху та застигання, чим і пояснюється їх поширення. В'язкістю оливи називають його властивість чинити опір пересуванню одного шару відносно іншого. Температуру, за якої виділяються пари оливи і утворюють з навколишнім повітрям спалахуючі суміші, називають температурою спалаху. Температурою застигання назива­ють температуру, за якої олива стає нерухомою. Здатність оливи чинити опір окисленню на повітрі за підвищених температур називають стабільністю оливи. Вміст меха­нічних та інших домішок визначається в відсотках, чим їх менше в оливі, тим вища її якість.

Основними характеристиками консистентних мастил є пенетрація, температура краплепадіння, корозійні дії та вміст домішок. Пенетрація — число сотих часток санти­метра занурювання в мастило градуйованого конуса про­тягом 5 с за певної температури. Температурою краплепа­діння називають температуру, за якої з'являється перша крапля мастила під час нагрівання її в певних умовах. Корозійна дія мастила — це дія нагрітої оливи на мета­левий зразок, який знаходиться в мастилі протягом пев­ного часу. За втратою зразком маси визначається коро­зійна дія мастила.

Пароніт — прокладний матеріал для металевих з'єд­нань, які працюють за температури до 400...450 °С у воді та на пару і в нафтових продуктах. Пароніт — композиція азбесту, каучуку та наповнювачів. Композиція з азбесту, сурику, ^графіту, гуми та оксиду заліза називається клін-герит. Його застосовують як прокладний матеріал, що витримує нагрівання до температури 180 °С.

Азбест (гірський льон) — речовина волокнистої будо­ви мінерального походження, використовують як вогне­тривкий матеріал у вигляді прокладок і ущільнювальної жаростійкої речовини і як компонент, який входить у композиції прокладних жаростійких матеріалів.

Широке застосування мають прокладні матеріали для звуко- і теплоізоляції; наприклад, одним з кращих звуко­непроникних матеріалів є повсть. Вона використовується для виготовлення прокладок, сальників, фільтрів для очищення масел, полірувальних кругів. Повсть застосову­ють як ізолятор і для виготовлення прокладних кілець, які захищають підшипники від попадання пилу. Виготовля­ють повсть з низькосортної вовни з додаванням рос­линних волокон і клейстеру. Повсть має об'ємну масу 0,32 г/см³, коефіцієнт теплопровідності 0,06 Вт/(м • К). Використовують як прокладний матеріал гуму, свинець, листову мідь, а для ущільнення трубопроводів, різьбових з'єднань використовують конопляні та лляні волокна, гумові та гумово-тканинні ущільнення, манжети, кільця з гуми та бавовняної тканини тощо.

У техніці часто виникає потреба в застосуванні кон­струкційних матеріалів з високою міцністю, що витри­мують високі температури, тиск і агресивні середовища. Високу міцність мають нитки з металу, або монокриста-леві «вуса», але їх важко виготовити. Композиційні матеріали мають комплекс необхідних параметрів, коли кращі властивості різних складових зібрані в одній ком­позиції. Можна одержати матеріали високої міцності ар­муванням їх високоміцними волокнами. Композиційні матеріали складаються з основи (матриці) та наповнюва­ча, який надає матеріалові міцність, тому його називають зміцнювачем композиційного матеріалу. Наповнювачі бу­вають волокнисті та дисперсійно зміцнені. До першої групи належать матеріали, зміцнені волокнами або ниткоподібними кристалами А1₂О₃, SiC, вуглецю, вольф­раму, дротиною з вольфраму, високоміцної сталі тощо. Друга група — матеріали з наповнювачами з тонкодисперсних часток оксидів, карбідів, боридів, нітридів.

Технологія створення волокнистих композиційних матеріалів полягає в просочуванні наповнювача матрич­ним розчином, нанесенні матриці на волокнистий напов­нювач електрохімічним або плазмовим напилюванням з наступним пресуванням у дифузійній пакетній сполуці стрічок компонентів зварюванням. Технологія створення дисперсійно зміцнених композиційних матеріалів полягає у внутрішньому окисленні, пресуванні та спіканні окислених порошків або введенні в рідку матрицю туго­плавких часток. Недоліком волокнистих композиційних матеріалів є анізотропність.

Цього недоліку позбавлені дисперсійно-зміцнювальні матеріали. Волокнисті матеріали мають високу міцність уздовж осі волокна. Як волокна застосовують ниткопо­дібні кристали, металеву дротину та неметалеві нитко­подібні волокна. Матриця надає їм потрібної форми, монолітності і може сприймати зовнішні розтягуючі, стискуючі, згинаючі навантаження. При цьому вона бере участь у забезпеченні міцності та цупкості системи, захищаючи волокна від пошкодження та окислення. Важливою властивістю матриці є її пластичність. Для одержання якісних композиційних матеріалів необхідно враховувати властивості матриці та наповнювача й їхню взаємодію в роботі.

Можливі різні композиції матеріалів з металевими та полімерними матрицями на основі графітового та вольф­рамового волокна, скловолокна, боралюмінієвого тощо. Вивчено армування металів вольфрамовими, молібдено­вими та іншими волокнами, наприклад композиції на основі міді та її сплавів, срібла і його сплавів та багато інших варіантів композицій на основі металів і неметалів.

Слід зазначити, що одним з найважливіших напрямів машинобудування є зменшення маси та вартості машин і механізмів. Особлива увага приділяється створенню нових перспективних матеріалів, потрібних для конструювання швидкісних літальних апаратів і основних елементів тран­спортних машин. До таких деталей та елементів належать лопаті роторів і статорів компресорів, диски роторів компресорів і вентиляторів авіаційних двигунів, лопаті, елементи керувальних пристроїв, крила та інші частини літальних апаратів, панельні елементи суден, автомобілів і швидкісних поїздів, швидкообертові деталі електромашин і турбін тощо.

Таким чином, для конструювання перспективних машин потрібні матеріали високо- і жароміцні з низькою густиною та підвищеною жорсткістю і компактністю. Таким вимогам відповідають нові композиційні матеріали з карбідокремнієвими волокнами на металевій, кера­мічній, полімерній чи вуглецевій матриці. Ці матеріали сприяють створенню авіаційних і космічних апаратів підвищеної швидкості, дальності польоту, корисного на­вантаження, ККД двигуна тощо. їх використовують для вдосконалення машин, їх вважають прогресивними пріоритетними матеріалами. Особливо вигідним є во­локнистий композиційний матеріал, тобто армований карбідокремнієвим волокном, що дуже добре відповідає поставленим вище вимогам.

Згадані волокна виготовляють довжиною 75... 100 см з нетканих безперервних волокон. Вони мають високі фізико-механічні характеристики з високою термоокис-ною стійкістю (1250°С) і стійкістю до хімічних агресивних середовищ. Виробництво волокон екологічно чисте, а вартість значно менша, ніж борних і карбідокремнієвих волокон. Волокна мають такі технічні характеристики: діаметр 12... 18 мкм, густина 2,3...2,5 г/cм³, міцність на розрив 1,8...2,5 ГПа, модуль Юнга 160...180 ГПа, видо­вження 1,2...1,5 %. Наведені дані підтверджують, що во­локна якісніші, ніж традиційні конструкційні матеріали.

1. Кузін О.А., Яцюк Р.А. Металознавство та термічна обробка металів. – Львів: Афіша, 2002. – 302 с.

2. Материаловедение: Учебник для вузов / Ю.Л.Солнцев, Е.И.Пряхин, Ф. Войткун  М.: МИСИС, 1999.  С. 128170.

3. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. — 3-е изд., перераб. и доп.  М.: Ма­шиностроение, 1990.  C. 3767.

4. Волчок И. П. Сопротивление разрушению стали и чугуна. — М.: Металлургия, 1993. — 192 с.

5. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение: Методы анализа, лабораторные работы и задания. — М.: Металлургия, 1984. — 384 с.

6. Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: Металлургия, 1985. — 408 с.

7. Гуляев А. П. Металловедение: Учеб. для вузов. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.

8. Конструкционные материалы: Справочник. / Б. Н. Арзамасов, В. А. Прострем, И. А. Буше и др. / Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.

9. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей: Справочник. / Под общ. ред. В. Д. Кальнера. — М.: Машиностроение, 1984. — 384 с.