- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Предисловие
- •Введение
- •Часть 1. Современные представления о строении различных групп материалов
- •Глава 1. Основные различия в свойствах групп материалов
- •Типы химической и физической связей в материалах
- •В материалах:
- •1.2. Материалы с различным типом химической связи
- •1.2.1. Металлы и сплавы (металлический тип связи)
- •1.2.2. Полимеры (ковалентный и молекулярно - ковалентный типы связи)
- •1.2.3. Керамика (ковалентный и ионный типы связи)
- •1.2.4. Карбиды и интерметаллиды (ковалентно - металлический тип связи)
- •1.2.5. Композиционные материалы (смешанный тип связей)
- •Pис. 1.2. Схематическое представление вклада разных типов связи в материалах
- •Вопросы для самопроверки
- •Часть 2. Металлические материалы
- •Глава 2. Строение и свойства металлов и сплавов
- •2.1. Кристаллическое строение металлов и сплавов
- •Кристаллические структуры переходных металлов 4-го периода*
- •Внедрения; б – твердый раствора замещения со статистическим распределением атомов; в – упорядоченный твердый раствор замещения
- •Из сплавов (деформируемых)
- •2.2. Несовершенства кристаллической структуры
- •Линейные и точечные несовершенства кристаллической структуры
- •2.3. Основные свойства и характеристики металлов и сплавов
- •Характеристики механических свойств
- •Характеристики физических свойств
- •Характеристики химических свойств
- •Характеристики технологических свойств.
- •2.4. Пластическая деформация
- •Пластической деформации [с.В. Грачев, в.Р. Бараз и др.]
- •В зависимости от степени холодной деформации: ρ – удельное электросопротивление; Ηс – коэрцитивная сила; μ – магнитная проницаемость;
- •Температуры отжига холоднодеформированного металла
- •Температура начала рекристаллизации, интервал температур рекристаллизационного отжига и горячей обработки давлением
- •2.5. Термическая обработка
- •Технологические параметры термообработки
- •Время нагрева τн, температура выдержки tв, время выдержки τ в, скорость охлаждения V охл
- •Скорости охлаждения при различных видах термической обработки
- •Скорость охлаждения при каждом виде термообработки предопределяет равновесность или неравновесность получаемых продуктов фазовых превращений.
- •И отпуске (б). Исходное состояние: пересыщенный при закалке твердый раствор (а); мартенсит углеродистый (б)
- •Термообработка – отжиг
- •Типы отжигов для сплавов разного состава
- •Отжиги первого рода
- •Типы отжигов первого рода
- •Отжиги второго рода
- •Отжиги второго рода. Отжиги углеродистых сталей
- •Общепринятые обозначения линий и критических точек на диаграмме железо-цементит
- •Эвтектоид носит название перлит (п). Перлит – это структура, состоящая из двух фаз: феррита и цементита, частицы которых имеют пластинчатое строение (рис. 2.22, а).
- •Фазовый состав сталей после отжига в зависимости от содержания углерода
- •Технологические параметры специальных отжигов сталей
- •Микроструктура пластинчатого (б) и сферического(зернистого) (в) цементита
- •Для доэвтектоидной стали с 0,45 % углерода; скорости охлаждения: V 1 – с печью; v2 – на воздухе; v3 – в масле; v4 – в воде
- •Продукты диффузионного распада переохлажденного аустенита
- •Перлит может быть получен при охлаждении с печью, сорбит – при охлаждении на воздухе, а троостит–при больших скоростях охлаждения и даже при закалке.
- •Упрочняющая термическая обработка: закалка и старение
- •От температуры (а) и времени (б) старения: t1 ‹ t2 ‹ t3; о – максимум твердости;
- •Закалка и отпуск сталей
- •Закалка сталей на мартенсит
- •Технология закалки
- •Образца(Vц), перлитную структуру на поверхности(Vп) – мартенситную
- •Отпуск сталей
- •От температуры отпуска (и.И. Новиков) Виды отпуска и применение
- •Виды отпуска и структуры сталей
- •2.6. Термомеханическая обработка сталей
- •Рекристаллизации
- •2.7. Поверхностная обработка сталей и сплавов
- •Химико-термическая обработка сплавов.
- •Хто с диффузионным насыщением углеродом и азотом
- •Нитроцементация (азотонауглероживание)
- •Параметры процессов хто, характеристики слоя и свойства сталей
- •Химико-термическая обработка с диффузионным насыщением металлами (диффузионная металлизация)
- •Поверхностная закалка сталей
- •Поверхностная лазерная обработка
- •Виды поверхностной лазерной обработки
- •Поверхностное пластическое деформирование
- •Способы ппд
- •2.8. Обеспечение служебных характеристик и повышение технико-экономической эффективности применения металлических материалов
- •2.8.1. Статическая прочность сплавов
- •Обеспечение статической прочности сплавов композиционных и гетерофазных материалов
- •2.8.2. Циклическая прочность
- •Факторы, влияющие на предел выносливости
- •2.8.3. Контактная выносливость
- •Способы обеспечения контактной выносливости:
- •Коэффициент вязкости разрушения различных материалов
- •2.8.5. Износостойкость
- •Стали и сплавы для работы в контакте с рабочей средой
- •Твердость и модуль упругости карбидов
- •2.8.6. Жаропрочность
- •2.8.7. Термостойкость
- •2.8.8. Поверхностная стойкость
- •Обеспечение жаростойкости
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Сплавы на основе железа
- •3.1. Машиностроительные конструкционные стали
- •3.1.1. Классификация конструкционных сталей
- •Классификация сталей по химическому составу
- •Классификация и маркировка в зависимости от качества стали
- •3.1.2. Углеродистые стали
- •3.1.3. Легированные стали
- •Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей
- •Влияние легирующих элементов на феррит
- •Влияние легирующих элементов на аустенит и мартенсит
- •Цементуемые легированные стали
- •Улучшаемые легированные стали
- •Механические свойства некоторых улучшаемых сталей
- •Критический диаметр легированных сталей
- •Характеристика высокопрочных сталей
- •Комплекс механических свойств среднеуглеродистых легированных сталей, упрочняемых закалкой с последующим низким отпуском
- •Н18к9м5т от температуры старения
- •Механические свойства мартенситно-стареющих сталей системы Fe–Ni–Co–Mo–Ti
- •3.1.4. Стали для подшипников качения
- •Требования к подшипниковым сталям и пути обеспечения необходимых свойств
- •Термическая обработка подшипниковых сталей типа шх
- •3.1.5. Стали рессорно-пружинные
- •Предел текучести рессорно-пружинных сталей общего назначения*
- •Марки и применение рессорно-пружинных сталей
- •3. 2. Стали специального назначения
- •3.2.1. Коррозионностойкие стали
- •3.2.2. Жаростойкие стали
- •3.2.3. Жаропрочные стали
- •Двс и пути их обеспечения
- •Условия эксплуатации:
- •3.3. Чугуны
- •Химический состав конструкционных чугунов
- •Форма графита и названия чугунов
- •Зависимость механических свойств чугунов от формы графита и структуры металлической части
- •3.3.1. Серые чугуны
- •Применение серых чугунов
- •3.3.2. Высокопрочные чугуны
- •Применение высокопрочных чугунов
- •Применение чугунов с вермикулярным графитом
- •3.3.4.Ковкие чугуны
- •Применение ковких чугунов
- •Применение специальных чугунов
- •3.4. Порошковые конструкционные и легированные стали
- •3.4.1. Классификация порошковых сталей
- •Марки и применение пористых конструкционных материалов
- •3.4.2. Применение порошковых сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 4. Цветные металлы и сплавы
- •4.1. Алюминиевые сплавы
- •Удельная прочность конструкционных сплавов
- •4.1.1. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов
- •Соответственно
- •Условные обозначения видов термической обработки деформируемых сплавов
- •4.1.2. Деформируемые сплавы
- •Разрыву и относительное удлинение в мягком состоянии
- •Подготовленная для плакировки
- •Характеристики надежности сплава в95
- •Механические свойства алюминиевых деформируемых сплавов, упрочняемых термообработкой
- •4.1.3. Литейные алюминиевые сплавы Сплавы на основе системы Al – Si
- •Сплавы на основе системы Al – Cu
- •Сплавы на основе системы Al – Mg
- •4.2. Медь и медные сплавы
- •И зависимость механических свойств от содержания цинка (б)
- •(Кроме бериллиевых бронз)
- •4.2.1. Латуни
- •Механические свойства *и назначение литейных латуней
- •4.2.2. Бронзы
- •Механические свойства*деформируемых (гост 5017–74) и литейных (гост 613–79) оловянных бронз
- •Механические свойства* деформируемых и литейных алюминиевых бронз
- •Механические свойства бериллиевой бронзы БрБ2 в зависимости от состояния сплава
- •4.3. Титановые сплавы
- •4.3.1. Легирующие элементы титановых сплавов
- •4.3.2.Фазовые превращения в титановых сплавах
- •Сплавов (легированных β - стабилизаторами)
- •4.3.3. Термическая обработка титановых сплавов
- •4.3.4. Классификация промышленных титановых сплавов
- •4.3.5. Деформируемые сплавы
- •Химические составы и свойства после отжига титановых деформируемых сплавов
- •Применение и свойства титановых деформируемых сплавов
- •4.3.6.Литейные сплавы
- •4.4. Магниевые сплавы
- •4.5. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах
- •Критериями оценки антифрикционных материалов являются:
- •Требуемые свойства сплавов для подшипников скольжения
- •Темное поле – твердый раствор сурьмы в олове; светлые крупные частицы – химическое соединение SnSb, мелкие частицы – Cu3Sn (справа – схематическое изображение микроструктуры)
- •Вопросы для самопроверки
- •Часть 3. Неметаллические материалы
- •Глава 5. Общая характеристика неметаллических материалов
- •5.1. Классификация, строение и способы получения полимеров
- •5.2. Фазовые состояния и надмолекулярная структура полимеров
- •Надмолекулярная структура аморфных полимеров
- •5.3. Физические состояния полимеров
- •Термомеханические кривые кристаллических полимеров
- •Термомеханические кривые сетчатых полимеров
- •5.4. Способы управления структурой и свойствами полимерных материалов
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 6. Основные свойства неметаллических материалов
- •6.1. Механические свойства
- •6.2. Теплофизические свойства
- •6.3. Диэлектрические свойства
- •Классификация диэлектриков по диэлектрической проницаемости
- •Классификация диэлектриков по диэлектрическим потерям
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 7. Пластические массы
- •7.1. Основные виды модифицирующих добавок
- •7.2. Термопластичные полимеры и материалы на их основе
- •Полиэтилен
- •Полипропилен
- •Полиизобутилен
- •Полистирол
- •Политетрафторэтилен (ф-4)
- •Политрифторхлорэтилен (ф-3)
- •Поливинилхлорид
- •Полиакрилаты
- •Полиамиды
- •Полиуретаны
- •Поликарбонаты
- •Полиимиды
- •Полиэтилентерефталат
- •Полиформальдегид
- •Пентапласт
- •Марочный ассортимент и области применения термопластов
- •7.3. Термореактивные полимеры и материалы на их основе
- •Фенолоформальдегидные смолы
- •Эпоксидные смолы
- •Полиэфирные смолы
- •Кремнийорганические смолы
- •Марочный ассортимент и области применения основных термореактивных пресс-материалов и литьевых пм
- •7.4. Термоэластопласты
- •7.5. Методы получения изделий из пластических масс
- •7.5.1. Прессование
- •7.5.2. Литье под давлением
- •7.5.3. Экструзия
- •7.5.4. Термоформование
- •7.5.5. Механическая обработка пластмасс
- •7.6. Газонаполненные пластики
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 8. Волокнистые полимерные композиционные материалы
- •Типичные классификационные модели ап
- •8.1. Стеклопластики
- •8.2. Углепластики
- •8.3. Органопластики
- •Свойства элементарных волокон
- •8.4. Базальтопластики
- •8.5. Термопластичные композиционные материалы
- •8.6. Методы формования изделий из армированных пластиков
- •8.6.1. Контактное формование и напыление
- •8.6.2. Формование под давлением
- •8.6.3. Формование прессованием и пропиткой в замкнутой форме
- •8.6.4.Формование намоткой
- •8.6.5. Пултрузия
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 9. Природные полимеры и их производные Эфиры целлюлозы
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 10. Резиновые материалы
- •10.1. Классификация каучуков
- •10.2. Компоненты резиновых смесей
- •10.3. Способы получения резинотехнических изделий
- •10.4. Прорезиненные ткани
- •10. 5. Применение резинотехнических изделий
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 11. Клеевые материалы
- •11.1.Клеи на основе термопластичных полимеров
- •11.2. Клеи на основе эластомеров
- •11.3. Клеевые (липкие) ленты
- •11.4. Клеи на основе термореактивных смол
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 12. Герметики
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 13. Лакокрасочные материалы
- •13.1. Требования к лакокрасочным материалам
- •13.2. Классификация и виды лакокрасочных материалов
- •13.3. Полимерные порошковые композиции и покрытия на их основе
- •Способы нанесения порошковых покрытий
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 14. Обивочные, прокладочные, уплотнительные и электроизоляционные материалы
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 15. Неорганические материалы
- •15.1. Технические керамики
- •Гексагональными слоями ( а и в) атомов кислорода
- •15.2. Неорганические стекла
- •Стекла с особыми свойствами
- •Стекла в автомобилестроении
- •15.3. Стеклокристаллические материалы
- •15.4. Слюда и слюдяные материалы
- •15.5. Асбест и материалы на его основе
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 16. Жидкокристаллические материалы
- •16.1. Классификация, структура и свойства жидких кристаллов
- •16.2. Жидкокристаллические композиты
- •Вопросы для самопроверки
- •Список литературы Основные литературные источники
- •Дополнительные литературные источники
Вопросы для самопроверки
1. Назовите требования к лакокрасочным материалам, применяемым при производстве и ремонте автомобилей.
2. На какие группы подразделяются лакокрасочные материалы?
3. Опишите назначения слоев в многослойных (комплексных) лакокрасочных покрытиях
4. Дайте классификацию лакокрасочных материалов по эксплуатационным свойствам и внешнему виду.
5. Какие способы подготовки поверхности применяют для нанесения лакокрасочных материалов?
6. Опишите назначение и состав грунтовок и шпаклевок, используемых в автомобилестроении.
7. Что представляют собой краски?
8. Как маркируются лакокрасочные материалы?
9. Что составляет основу грунтов, шпаклевок и красок?
10. Назовите состав жидких лакокрасочных материалов и опишите назначение компонентов.
11. Что представляет собой эмали?
12. Опишите основные типы эмалей, применяемых в автомобилестроении.
13. Что представляют собой лаки?
14. Опишите назначение состава битумных масляных и спиртовых лаков.
15. Опишите назначение добавок в лакокрасочных материалах.
16. Опишите состав и назначение смывок.
17. Опишите основные материалы для противокорозионой защиты (составы, мастики, пасты).
18. Назовите составы полимерных порошковых композиций.
19. Опишите преимущества технологии нанесения полимерных порошковых покрытий.
20. Назовите основные достоинство полимерных порошковых композиций на основе термопластичных пленкообразователей.
21. Основные особенности полимерных порошковых композиций на основе термореактивных связующих.
22. Опишите основные способы нанесения полимерных порошковых покрытий.
Глава 14. Обивочные, прокладочные, уплотнительные и электроизоляционные материалы
Типы обивочных материалов, применяемых для подушек и спинок сидений, а также для внутренней обивки кабин и кузовов, влияют на вид автомобиля, его стоимость, затраты по уходу за обивкой во время эксплуатации.
Важнейшим требованием к обивочным материалам являются необходимая механическая прочность, эластичность и износостойкость (сопротивление истиранию). Это относится в первую очередь к материалам для обивки подушек и спинок сидений, так как они в процессе эксплуатации подвергаются разрыву, истиранию и многократным изгибам. От прочности, эластичности и износостойкости обивки зависит срок ее службы.
Одновременно обивочные материалы выполняют декоративные функции, поэтому они должны иметь красивый внешний вид, определенный цвет, рисунок, поверхность и выработку. Кроме того, обивочные материалы должны легко очищаться от пыли и других загрязнений, а обивка подушек и спинок сидений автомобилей должна выдерживать многократную обработку дезинфицирующими растворами.
Обивочные материалы могут подвергаться воздействию различных жидкостей и их паров. Обивочные материалы должны допускать возможность их ремонта, в том числе методом склеивания. Одним из главных требований к обивочным материалам являются их невысокая стоимость и доступность.
В настоящее время для обивки автомобилей применяют в основном синтетические материалы широкого ассортимента. Природные материалы – натуральная кожа, ковры и ткани из волокон природного происхождения достаточно дороги, а зачастую уступают по многим потребительским свойствам синтетическим материалам. Поэтому масштабы применения природных материалов для отделки интерьеров достаточно ограничены, в основном в автомобилях высшего класса, а также для изготовления тентов, откидывающихся верхних частей кузова.
Наибольшее распространение в отделке автомобилей получили материалы на основе поливинилхлорида, полиамидов, полиуретанов, полиолефинов и некоторых других полимеров.
Искусственные кожи обладают высокой прочностью, износостойкостью, стойкостью к действию моющих средств, нефтепродуктов, кислорода, ультрафиолета, неогнеопасны, морозостойки, не подвержены действию микроорганизмов и грибковых плесеней. Недостаток – гигроскопичность и плохая воздухопроницаемость, что делает искусственную кожу материалом с низкими гигиеническими свойствами. С целью устранения этого недостатка применяют особые технологические приемы – создают различного рода сквозные перфорации в рисунке, прерывистое полимерное покрытие, вентиляционные каналы в рельефной поверхности.
Искусственные кожи сшиваются, свариваются, склеиваются между собой и с другими материалами.
Для обивки сидений и дверей используют объемные нетканые материалы на основе холста, пропитанного поливинилацетатным связующим, и синтетических химических волокон, а также эластичный пенополиуретан.
Для покрытия пола автомобиля применяют рулонные материалы или формованные детали из резины, резиновый алкидный и поливинилхлоридные линолеумы, ковровые материалы. Все они должны быть водонепроницаемыми, устойчивы к действию нефтепродуктов, грибков, обладать тепло-, звукоизоляционными свойствами, износостойкостью, высоким коэффициентом трения. Из линолеумов чаще всего используется резиновый (релин) и рифленый ПВХ (автолин) на текстильной основе. Такие ковры обрабатывают антистатическими и антисептическими препаратами, а на изнанку наносят латексное покрытие. Это делает ковры не гниющими, не образующими статического электричества и влагонепроницаемыми.
Прокладочные и уплотнительные материалы применяют для уплотнения неподвижных и подвижных соединений и предотвращения от вытекания или проникновения масел и других жидкостей, газа или пара. Они также защищают изделия от попадания в них пыли и грязи в процессе эксплуатации.
От надежности прокладочных и уплотнительных материалов зависят потери масел и смазок, тормозных, амортизаторных, охлаждающих и других жидкостей, обеспечение нормальных условий работы агрегатов и механизмов, срок их службы и безотказность работы.
Для изготовления прокладок используют такие материалы, которые обладают упругостью, высокой прочностью на сжатие, в ряде случаев температурной стойкостью, хорошей стойкостью к воздействию масел, жидкостей и газов. Они должны быть достаточно мягкими, чтобы при затяжке соединения с их помощью заполнялись неровности поверхности стыка, и достаточно прочными, чтобы не разрушались при установке и снятии.
Уплотнительные материалы, из которых изготавливают сальники, применяемые для вращающихся деталей, а также сальники и манжеты для деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, не должны вызывать износа уплотняемой поверхности и быстро изнашиваться сами.
Наиболее часто прокладки изготавливают из бумаги, прокладочного картона, пергамента, фибры, пробки, асбеста, войлока и резины.
Уплотнения (набивки) сальников изготавливают из войлока, асбеста, джута, пеньки, асбестовой ткани или парусины, пропитанных резиной, антифрикционных металлических сплавов и др. В ряде случаев мягкие набивки сальников обматывают металлической фольгой или проволокой, пропитывают связующими веществами и антифрикционными составами.
В качестве электроизоляционных материалов применяют материалы, обладающие высокими диэлектрическими и прочностными свойствами, тепло- и влагостойкостью. Такими материалами являются пластмассы, резины, электроизоляционные лаки, фибра и эбонит.