Свойства конструкционных материалов

Технологические основы машиностроения

Пластмассы и способы их переработки в изделия

Пластмассы – искусственные материалы, получаемые на основе высокомолекулярных органических веществ – полимеров.

Термопласты – при повышении температуры переходят в вязкотекучее состояние, при охлаждении – затвердевают. Структура: линейная, разветвленная.

Реактопласты – при повышении температуры переходят в вязкотекучее состояние, с увеличением продолжительности действия повыш.температур – в твердое состояние. Структура – пространственная. Свойства: высокая твердость и термостойкость.

Состав пластмасс – простые (только из одного полимера) и сложные (входят наполнители, пластификаторы, отвердители, красители).

Наполнители – необходимы для удешевления и придания пластмассам определенных физико-механических свойств. (Асбест – теплостойкость + фрикционные свойства; графит - износостойкость).

Пластификаторы – для повышения эластичности и пластичности при переработке пластмасс в изделия и увеличения их морозостойкости. Выполняют роль смазывающих веществ.

Связующие вещества – роль таких веществ выполняют полимеры/смесь полимеров, содержание которых в сложных пластмассах – 30-70%. Полимеры: природные (природные смолы, целлюлоза, белки), синтетические (эпоксидные смолы, полиамиды).

Основные способы переработки:

Прямое (компрессионное) прессование – материал загружается в оформляющуюся полость пресс-формы, где происходит его формирование под давлением и отвердение при повышенной температуре.

Литьевое – материал загружается в камеру, доводится до вязкотекучего состояния, затем выдавливается в оформленную полость пресс-формы.

Литьё под давлением – исходный материал в виде гранул, порошка поступает в рабочий цилиндр изделия, там нагревается и выдавливается в пресс-форму.

Центробежное литье – для изготовления изделий, имеющих форму тел вращения. Темп.литьевой формы на 20-30 градусов выше, чем температура плавления. Форму вращают со скоростью 600-1800 оборотов.

Экструзия (выдавливание) – непрерывный процесс получения изделий путём продавливания полимерных материалов через фильеру соответствующего сечения.

Каландрование – процесс изготовления листов или ленты путём пропускания размягченного термопластичного материала через зазор между несколькими параллельными валками.

Термоформирование – изготовление полных объемных изделий из листовых термопластичных материалов.

Свойства конструкционных материалов

Механические свойства материалов – характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних сил. Они являются главными, так как они определяют служебные свойства материалов. Их показатели – прочность, твердость, пластичность, ударная вязкость.

Деформация – напряжение, приложенное к твёрдому телу; изменение размеров и формы тела под действием внешних в внутренних сил. Деформация, исчезающая после прекращения действия силы – упругая, а остающаяся в теле – остаточная (пластическая). Ползучесть – способность материала непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной силы.

Прочность материала – способность материала сопротивляться деформации и разрушению. Физический предел текучести – наименьшее напряжение, при котором образец пластически деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки. Временное сопротивление разрыву – напряжение, отвечающее большей нагрузке, предшествующее разрушению образца.

Твердость материала – сопротивление проникновению в него другого более твердого тела, не испытывающего при этом остаточных деформаций. Методы определения: по Бриннелю (HB – вдавливание стального шарика в металлическую пластину), Роквеллу (HRC, HRB, HRA), Виккерсу (вдавливание алмазного конуса в пластину, измерение диагонали отпечатка).

Пластичность – способность материалов пластически деформироваться под действием внешних сил без разрушения. Хрупкость – отсутствие или малое значение пластичности. Относительное удлинение – отношение в процентах приращения расчётной длины образца после разрыва к его первоначальной длине. Относительное сужение – отношение разности начальной площади и минимальной площади поперечного сечения образца после разрыва к его первоначальной площади.

Ударная вязкость – работа удара, отнесенная к начальной площади поперечного сечения образца в месте надреза.

Физические свойства материала – характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних сил. Физические испытания могут выполняться в условиях динамического или статистического нагружения, а так же при переменных нагрузках.

Химические свойства. Химическая стойкость – способность материала сопротивляться действию внешних агрессивных сред. Химическая активность – способность материала взаимодействовать с внешними средами.

Технологические свойства – способность материала поддаваться тем или иным видам обработки. Деформируемость – способность материала деформироваться без разрушения. Свариваемость - способность материала обрабатывать различными материалами резания.

Эксплуатационные – определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы машины (жаростойкость, хладостойкость).