8.2. Матеріали у машинобудуванні

8.2.1. Основні види матеріалів

Основними матеріалами машинобудування є метали та сплави металів, а також неметалеві матеріали.

Всі метали і сплави класифікують, перш за все, заскладом та призначенням.

За складом розрізняють чорні – чавун і сталь (основна сировина галузі) та кольорові метали, основними з яких є мідні (латунь, бронза),алюмінієві – ливарні (сілумін) та метали для обробки тиском. Особливе місце займають леговані сталі та сплави з особливими властивостями.

За призначенням розрізняють конструкційні, інструментальні та спеціальні матеріали. До останніх відносяться, наприклад, корозійностійкі матеріали, антифрикційні, жаростійкі, матеріали з підвищеним електричним опором, магнітними властивостями та інші.

Неметалеві матеріали – пластмаси, гума, скло, деревина та інші рідше застосовуються у машинобудуванні, ніж метали та сплави, але вони є невід’ємною складовою машин та апаратів.

Пластмаси поділяють на термопластичні (поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, капрон) та термореактивні (фенолформальдегідні та мочевиноформальдегідні).

Термопластичні пластмаси допускають багаторазове розплав­лення, тому їх переробляють методами лиття під тиском або екструзії. Виготовлені вироби з них можуть піддаватися деформації.

Термореактивні пластмаси не допускають деформацій (крихкі) та при повторному нагріванні розкладаються без розплавлення, тому формують їх, в основному, методом пресування. Виготовляють з них, здебільшого, деталі електротехнічного призначення – розетки, перемикачі, корпуси котушок магнітних пускачів та інші.

8.2.2. Чавун

Чавун виплавляють із залізної руди у доменних печах. Шихта (маса, яку завантажують у доменну піч) – це переважно залізна руда, кокс, флюси (вапняк). Розплавлене залізо розчиняє до 6 % вуглецю, тому основними складовими чавуну є залізо та 2,5…5 % вуглецю. Чавун має високі ливарні властивості, тому з нього здебільшого виготовляють заготовки деталей литтям у піщані форми. При повільному охолодженні відливок у піщаній формі вуглець виділяється, при цьому створює та заповнює мікротріщинки по об’єму відливка, що надає чавуну крихкість.

На металургійному комбінаті більша частина чавуну йде на переробку у сталь, частина – на виливку відливок великих деталей (станин верстатів, пресів, ковальських молотів, блоки циліндрів корабельних двигунів, корпуси турбін електростанцій), частина – на виготовлення чавунних чушок, які поставляють у ливарні цехи машинобудівних заводів, де з них, розплавляючи чавун у вагранках (шахтна піч, схожа на доменну, але менша), відливають корпусні деталі (корпуси коробок швидкостей, редукторів, картери компресорів, блоки циліндрів автомобілів, шківи, ступиці коліс, корпуси вентилів, кранів, радіатори опалення, каналізаційні труби тощо).

Маркірування чавуну: СЧ18-сірий чавун, межа міцності 18 кГс/мм².

8.2.3. Сталь

Конструкційна сталь звичайної якості – найдешевша і найпоширеніша сталь. Виплавляють її з розплавленого чавуну в конверторах (бочка, яка продувається киснем – за 20 хвилин вигоряє майже весь вуглець), далі в установці безперервного розливання формують вертикальний сталевий стрижень, який ріжуть на шматки – блюми і прокочують з них листовий та круглий прокат, профілі – кутник, швелер, смуга, двотавр, рейки, труби, періодичний прокат – вагонні колеса, осі, вали.

Прокат поставляють на машинобудівні заводи, де з нього виготовляють зварні каркасні конструкції (рами автомобілів, зварні станини обладнання, вишки, колони, ферми мостів, каркаси кранів), зварні корпусні конструкції (бочки, баки, обшивання й огородження обладнання). Маркування сталі: Ст3 – зазначений номер відповідно до механічних властивостей.

Якісну конструкційну й інструментальну сталь виплавляють у мартенівських або в електродугових печах – варять повільно при температурі 1600 градусів і вище: у плавильну ванну печі завантажують скрап (металобрухт), заливають чавун, феросплави, легуючі добавки, флюси (проти окислювання) та інші компоненти, що входять до складу шихти. Таким чином одержують сплав заліза з точно заданим (від 0,05 до 1,3 %) вмістом вуглецю – вуглецева якіснасталь.

З конструкційноїякісної сталі С=0,2...0,7 % (наприклад, сталь 40 – вміст вуглецю – 0,4 %) виготовляють вали, осі, шестерні, важелі, пружини – такі деталі, щодо яких після виготовлення здійснюють загартування з відпуском, що підвищує в 2–4 рази міцність, твердість, пружність. З інструментальної вуглецевої сталі, наприклад, У8 (вміст вуглецю С=0,8 %) виготовляють напилки, ножі, ножівкові полотна (також після виготовлення здійснюють загартування з відпуском).

Сталь, яка містить добавки кольорових металів, має назву легована. Наприклад, конструкційна нержавіюча сталь – 0Х18Н10Т, склад: 0 % вуглецю, 18 % хрому, 10 % нікелю, 1 % титану. Інші широковживані леговані сталі – швидкорізальна Р18 (інструмен­тальна) – 18 % карбіду вольфраму (свердла, фрези, розвертки, мітчики); шарикопідшипникова ШХ15 – 1,5 % хрому; 9ХС – 0,9 % вуглецю, по 1 % хрому та силіцію.