Применение современных материалов в машиностроительном производстве Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 678

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Я. А. Стаханова, А.В. Кутузова, А. Д. Гусев

Приведены анализ и описание, достоинства и недостатки основных современных материалов, которые могут применяться в машиностроительном производстве, взамен привычных металлов и их сплавов. Описаны технологии получения и изготовления таких материалов.

Ключевые слова: материал, характеристики, машиностроение, производство, полимеры, покрытия.

Для эволюционных процессов в машиностроительном производстве важным фактором является применение новейших материалов, обладающих рядом особенных характеристик, которые ранее не могли быть получены при использовании традиционных материалов.

С постоянным ростом требований по качеству, эксплуатационным характеристикам, себестоимости, простоте изготовления деталей и полуфабрикатов, автоматизации и роботизации основных производственных процессов особое внимание уделяется современным и ранее неизвестным материалам.

К материалам для различных деталей могут предъявляться разнообразные свойства, среди которых:

- термостойкость;

- коррозионная стойкость;

- повышенные прочность и жесткость;

- значительные твердость и износостойкость;

- гибкость;

- пониженная или повышенная тепло- или электропроводность;

- запоминание формы, которая была до пластического деформирования;

- сверхпластичность;

- повышенная сопротивляемость усталости;

- гидрофобность;

- прозрачность;

- различные требования по внешнему виду (блеск, цвет и т.п.);

- малая масса;

- невысокая себестоимость.

Основную долю материалов, применяемых в машиностроении, занимают черные и цветные металлы и сплавы на их основе, однако с приходом новых технологий их место могут занять новые, более совершенные материалы, такие, как:

- керамические и композиционные;

- наноструктурные;

- полимерные;

- порошковые;

- синтетические сверхтвердые материалы и покрытия.

Ранее пластическая деформация твердого вещества принималась необратимой, т.е. после снятия нагрузки или изменения условий, таких, как температура, форма материала не изменялась. В начале 1960-х годов открыта группа металлических материалов, у которых пластическое деформирование осуществляется за счет структурного превращения. Такие материалы обладают обратимостью пластической деформации и называются материалами с эффектом памяти, а эффект сохраняется даже при высоких значениях деформации и силовых режимах.

Наиболее распространены и перспективны сплавы с эффектом памяти - Тл-М, Си-А1-№ и Си-А1-гп.

Помимо материалов, запоминающих форму, существуют различные виды керамики с требуемыми для различных отраслей характеристиками, например, ядерная керамика, биокерамика, магнетокерамика; в условиях машиностроения наиболее актуальными являются механокерамика и термокерамика.

Механокерамика (ПЫ, ВЫ,ШС,обладает повышенной твердостью, прочностью, износостойкостью и термостойкостью, такие соединения подойдут для изготовления режущего инструмента, деталей ответственного назначения, деталей и узлов с повышенной износостойкостью.

Термокерамика обладает повышенной теплоемкостью, жаропрочностью и жаростойкостью и применяется для изготовления теплообменников, теплозащиты, тепловых труб и др.

Керамику получают в 4 этапа: получение мелкодисперсных порошков, консолидацию порошков с последующей обработкой и контроль получаемой детали.

Для получения керамики высокого качества необходимы порошки с размером отдельных частиц менее 1 мкм.

Консолидация керамических материалов заключается в формовании с последующим спеканием. Существуют следующие типы формования:

1. Прессование, при котором происходит уплотнение порошка.

2. Экструзия формовочных масс с веществами, увеличивающими пластичность.

3. Шликерное литье.

Заключительным этапом производства керамики является контроль детали с помощью рентгена или ультразвука.

Перспективным материалом являются также композиционные материалы, которые представляют собой совокупность нерастворимых компонентов с различными физико-механическими характеристиками. Строение композитов (рис. 1) обуславливает использование достоинств входящих в систему компонентов [1,2].

Широкое применение композиты нашли в оборонной промышленности, медицине, строительстве, судо-, авиа- и кораблестроении, также используются в качестве материалов для мостов, цистерн.

Рис. 1. Строение композитов

Полимеры - высокомолекулярные химические соединения, в состав которых входят мономеры со схожим строением, имеют высокую стойкость к кислотам и щелочам и в отличие от стали не подвержены коррозии [3]. Классификация полимеров представлена на рис. 2, а виды структур полимеров показаны на рис. 3.

Классификация полимеров по происхождению

природные

искусственные

синтетические

+Крахмал + Целлюлоза +Белок

+ Натуральный каучук

♦ Вискоза + Целлулоид ♦Ацетатное волокно

+ Полиэтилен + ФФ полимеры ♦ Синтетические

волокна ♦Синтетические каучуки

Рис. 2. Классификация полимеров

зш

о-о-о-о-о

Рис. 3. Виды структур полимеров [4]: а - линейная; б - линейно-разветвленная; в - лестничная; г - пространственная

356

Современные материалы позволяют получить особые механические характеристики в изделиях, добиться снижения массы и себестоимости, повышенной гибкости и прочности, сверхпластичности, эффекта памяти и др. Все эти характеристики необходимы для совершения прогресса во всех областях промышленности.

Список литературы

1. P. Lin K.Y. Composite Materials: Materials, Manufacturing, Analysis, Design and Repair. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2015. 232 p.

2. Strong A.B. Fundamentals of Composites Manufacturing: Materials, Methods and Applications. Society of Manufacturing Engineers, 2007. 640 p.

3. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Лабиринт, 1994. 367 с.

4. Рогов В. А., Соловьев В.В., Копылов В.В. Новые материалы в машиностроении: учеб. пособие. М.: РУДН, 2008. 324 с.

Стаханова Яна Александровна, студентка, tsngs1is@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Кутузова Анна Владиславовна, студентка, tsngs1is@,gmaiL com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гусев Андрей Дмитриевич, студент, tsngsIisagmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

APPLICA TION OF MODERN MATERIALS IN MACHINE-BUILDING PRODUCTION I.A. Stakhanova, A. V. Kutuzova, A.D. Gusev

The analysis and description, advantages and disadvantages of the main modern materials that can be used in engineering production, in the production of ordinary metals and their alloys are given. The technologies for the production and manufacture of such materials are given.

Key words: material, characteristics, mechanical engineering, production, polymers,

coatings.

Stakhanova Iana Aleksandrovna, student, tsngs I isagmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Kutuzova Anna Vladislavovna, student, tsngs1is@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Gusev Andrei Dmitrievich, student, tsngs1is@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University