Материалы в пищевом, холодильном и общем машиностроении

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Кафедра технологии металлов пищевого и холодильного машиностроения Б.С. Троицкий МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Часть II Материалы в пищевом, холодильном и общем машиностроении Курс лекций Кемерово 2007 УДК: 661.01: 661.78 Рецензенты: заведующий кафедрой «Технология металлов и ремонт машин» Кемеровского сельскохозяйственного института д.т.н., профессор Чибряков М.В., профессор кафедры «Прикладная механика» Кемеровского технологического института, д.т.н. Попов А.М. Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности Троицкий Б.С. Материаловедение. Часть II. Материалы в пищевом, холодильном и общем машиностроении: Курс лекций.- /Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2007. – 223 с. Пособие соответствует Государственному образовательному стандарту обучения студентов механических специальностей всех форм обучения. Рассмотрены основные классы современных материалов, применяемых в пищевом, холодильном и общем машиностроении, их структура и свойства, способы упрочнения, применение. Особое внимание уделено материалам, применяемым в продовольственном машиностроении и пищевой промышленности. Табл. - 34, ил. - 58, библиогр. - 12 назв. УДК: 661.01: 661.78 ISNB 5-89289-068-6 М © Б.С. Троицкий, 2007 © КемТИПП, 2007 ВВЕДЕНИЕ Сложные условия работы деталей современных машин и механизмов предъявляют самые разнообразные требования к структуре и свойствам материалов, формируемых различными способами термической, химико-термической и др. обработок. Специфические условия пищевых производств: повышенная влажность, высокая и низкая (до – 2700 С) температура, большие перепады температуры, непосредственный контакт и пищевыми продуктами и агрессивными средами, абразивное воздействие некоторых продуктов предъявляют особые требования к выбору материалов для пищевого и холодильного оборудования. Материалы, применяемые в пищевом и холодильном машиностроении, должны отвечать общим требованиям, предъявляемым к материалам, находящимся в контакте с пищевыми продуктами, материалы не должны содержать вредных для здоровья элементов или вступать в реакцию химического взаимодействия с продуктами, разрушаться под действием пищевых сред, моющих или дезинфицирующих средств и смазочных материалов. Одним из основных требований к материалам, применяемы в пищевом машиностроении, является их высокая коррозионная стойкость. Продукты коррозии, смешиваясь с пищевыми продуктами, снижают их качество и нередко делают их совершенно непригодными для питания. При наличии коррозии скорость ее должна быть минимальной. Продукты коррозии не должны быть токсичными и не должны влиять на органолептические свойства пищевых продуктов (вкус, запах, цвет и т.п.). Пищевые машины и холодильные аппараты изготавливают из разнообразных материалов. Для изготовления станин и корпусных деталей пищевых машин используют серый чугун марок СЧ15 и СЧ18 (ГОСТ 1412-79); ответственные и высоконагруженные детали сложной конфигурации (цилиндры, головки матриц макаронных прессов и т.д.) изготавливают из серого чугуна марок СЧ20 и СЧ30. В отдельных случаях применяют износостойкий легированный чугун ИЧХ (детали насосов и других деталей оборудования сахарного производства), отбеленный чугун (мукомольные валки и др.). Углеродистые и легированные конструкционные стали находят широкое применение для изготовления пищевого оборудования. Рабочие органы измельчителей, ножи шпигорезок, кондитерского и другого оборудования изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Лучшим материалом с точки зрения износостойкости и режущих свойств для решеток измельчителей мяса являются стали ШХ15 и ШХ15СГ. Детали пищевого оборудования, непосредственно контактирующие с перерабатываемыми пищевыми продуктами и подвергаемые санитарной обработке агрессивными моющими средствами, работающие при высоких температурах изготавливают из коррозионно-стойких высоколегированных и жаростойких сталей и сплавов 12Х18Н10Т, 40Х13, 12Х17, 20Х13Н4Г9 и других (ГОСТ 5632-72). Для экономии никельсодержащих сталей рекомендуют заменять их безникелевыми сталями марок 08Х18ФТ1, 10Х14АГ15, 12Х13Г18Д или сталями с пониженным содержанием никеля типа 04Х25Н5М2, а также широко использовать пластмассы. Для изготовления пищевого и холодильного оборудования используют цветные металлы и сплавы: медь марки М3 (маслопроводы, испарители, перегонные трубы и т.п.); медные сплавы (латуни Л63, ЛК80-3Л, бронзы оловянные литейные БрО5Ц5С5, БрО3Ц7С5Н1 (ГОСТ 613-79), бронзы безоловянные БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, БрА9Мц2Л (ГОСТ 493-79) для теплообменной аппаратуры, арматуры, шестерен и деталей насосов, сварных котлов и резервуаров и др.); алюминий марок А7, А5, А10 (для изготовления емкостей, трубопроводов, посуды); деформируемые алюминиевые сплавы марок АД0, АД1, АМц, Д1, Д16 и др. (поплавки молочных сепараторов, стаканы центрифуг, детали рассевов, тестомесильных дежей и т.п.) литейные алюминиевые сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др. (корпуса насосов и редукторов, арматура, кронштейны, мешалки и т.п.). Пищевое олово марок О1 и О2 (ГОСТ 860-75), цинк марки Ц3 (ГОСТ 3640-79) используют в качестве защитных покрытий пищеварочных котлов, арматуры молокопроводов и других деталей, контактирующих с пищевыми средами. В последнее время для изготовления деталей пищевых машин и холодильных аппаратов успешно применяют титан и сплавы на его основе марок ВТ1-0, АТ3, ВТ3-1, ОТ4 и др. в виде отливок, листов, штамповок. Достоинствами титана и его сплавов являются малая плотность, высокие прочностные характеристики, высокая коррозионная стойкость, жаропрочность. Это дает возможность применять титан и его сплавы в конструкциях варочных котлов, змеевиков, теплообменников и другой нагревательной аппаратуры, центрифуг и насосов, емкостей и аппаратов тепловой обработки виноматериалов и т.п. Из неметаллических материалов в пищевом и холодильном машиностроении нашли применение различные полимеры и пластмассы на их основе: полиэтилен низкой плотности (футеровочный материал для трубопроводов, шестерен и т.п.), полипропилен, полистирол, пенопласт (теплоизоляционный материал), винипласт (трубы, стержни, бункеры, арматура и т.д.), фторопласт-4 (матрицы к тесторазделочным и макаронным прессам, облицовка валов для раскатки теста и формования конфет), фенопласты, текстолит и стеклотекстолит (шестерни, втулки, подшипники и т.п.), пищевая резина и др. Для изготовления основных частей пищевых сосудов и аппаратов, работающих под давлением, применяют в основном стали марок Ст3, Ст4, 20К. В последнее время в пищевых и холодильных аппаратах стали использовать двухслойные коррозионно-стойкие стали (биметаллы) с основным слоем из углеродистой стали обыкновенного качества ВСт3кп или стали 20К. В качестве плакирующего слоя, контактирующего с агрессивной технологической средой, используют нержавеющие стали марок 08Х13, 08Х17Т, 15Х25Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, причем толщина плакирующего слоя составляет в среднем 20% от общей толщины биметалла, что ведет к снижению его стоимости по сравнению с монолитной нержавеющей сталью при равной толщине листа и сокращению расхода дефицитных никельсодержащих сталей. Отраслевыми стандартами (ОСТ 27-00-223-75 и др.) установлены ограничения на марки и сортамент материалов, применяемых в пищевом и холодильном машиностроении, что способствует повышению уровня унификации и технологичности пищевых машин и аппаратов. Оборудование, предназначенное для переработки пищевого сырья, имеет свои особенности, заключающиеся в воздействии на поверхность деталей перерабатываемого сырья (зерно, мясо, овощи и др.) или моюще-дезинфицирующих растворов при санитарной обработке машин и аппаратов. В ряде случаев большое значение имеет и среда, в которой работают трущиеся детали машин (например, оборудование сахарных заводов подвержено воздействию абразивных частиц). Известно также, что в состав продуктов растительного и животного происхождения входят в большом количестве сильные поверхностно-активные вещества (олеиновая, стеариновая кислоты и др.), которые оказывают большое влияние на механизм и интенсивность изнашивания поверхностного слоя. Таким образом, при выборе материала для изготовления тех или иных деталей машин пищевого и холодильного машиностроения необходимо хорошо представлять условия их эксплуатации. Глава 1 СТАЛИ И СПЛАВЫ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ 1.1. Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам Конструкционными называют стали и сплавы, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Это - один из наиболее широко используемых и отличающийся разнообразием свойств класс материалов. Такие материалы должны обладать высокими эксплуатационными свойствами, хорошей технологичностью, экономичностью и быть недефицитными. Для обеспечения надежных эксплуатационных свойств они должны обладать высокой конструкционной прочностью. Конструкционная прочность (прочность материала в конструкции) - это комплекс свойств, обеспечивающий длительную и надежную работу изделия в конкретных условиях эксплуатации. Следовательно, конструкционная прочность определяется не только свойствами самого материала, но также и условиями его нагружения (статические, циклические или ударно-циклические нагрузки), температурной областью эксплуатации изделия, средой, в которой изделию предстоит работать (жидкой, газообразной, высокоагрессивной и т.п.). В частности, при выборе конструкционных материалов для деталей аппаратов пищевого машиностроения, кроме общих требований, предъявляемых к механической прочности, технологичности, основными являются высокая коррозионная стойкость при длительном воздействии пищевых сред в условиях повышенных температур и давлений, а также моющих и дезинфицирующих средств. Еще одним обязательным требованием является необходимость учета токсичности материалов и продуктов их коррозии при контакте с пищевыми сре­дами, и разрешение Минздрава РФ на их применение. Конструкционная прочность объединяет такие поня­тия как прочность (сопротивление материала пластиче­ской деформации), надежность (сопротивление хрупко­му разрушению) и долговечность (сопротивление мате­риала постепенному разрушению, его способность обеспечить работу изделий в течение заданного вре­мени). В зависимости от конкретных условий эксплуатации изделий, в комплексе характеристик, входящих в поня­тие конструкционной прочности, превалируют те или иные сочетания свойств. Так, например, если изделия работают в условиях высоких температур, то основные требования предъявляются к их жаропрочности и жаро­стойкости, а при эксплуатации их при низких температу­рах критичной является хладноломкость. При статичес­ких нагрузках критериями прочности служат пределы текучести 0,2 и временное сопротивление В. Следовательно, при оценке конструкционной прочно­сти необходимо применять те критерии, которые наибо­лее полно отражают прочностные свойства в условиях эксплуатации. Поэтому инженеру требуется хорошо ос­воить теоретические основы методов воздействия на прочностные и пластические свойства материалов, изло­женные в предыдущих разделах. Оценка надежности материала является важнейшим этапом проектирования, поскольку хрупкое разрушение изделий приводит к опасным аварийным последствиям. В качестве характеристик, определяющих надежность конструкционных материалов, служат показатели пла­стичности ( и ) и ударной вязкости КС. Но, к сожале­нию, эти показатели, измеренные на лабораторных об­разцах, достаточно правильно отражают поведение в эксплуатации изделий, изготовленных из материалов с невысокой прочностью. При использовании же более прочных и соответственно менее пластичных материалов, указанных характеристик для оценки конструкционной прочности оказывается недостаточно и требуется учиты­вать сопротивление хрупкому разрушению - хладнолом­кость и трещиностойкость материалов, а именно такие параметры, как Т50 (температуру, при которой излом образцов на 50 % является вязким) и параметр вязкости разрушения К1С. В отличие от параметра хладноломкости, параметр К1С может быть использован в расчетах кон­струкционной прочности изделий из высокопрочных ма­териалов, так как он позволяет оценивать допустимые напряжения при известных размерах трещин, или, наобо­рот, допустимый размер трещин при данном уровне при­ложенных напряжений. Чем выше коэффициент К1С, тем надежнее материал в отношении сопротивления хрупко­му разрушению. Долговечность конструкций и изделий зависит от ус­ловий их эксплуатации и характеризуется такими пара­метрами, как сопротивление ползучести, усталости и из­носу. Но следует отметить, что во многих случаях при оцен­ке конструкционной прочности можно пока дать только общие рекомендации по выбору комплекса свойств. На­дежно предсказать поведение металла в той или иной конструкции на основании лишь лабораторных испыта­ний механических свойств затруднительно. Поэтому оценку конструкционной прочности проводят на основа­нии результатов натурных и стендовых испытаний. Это довольно дорогая операция, однако пока она является необходимой, особенно при проектировании ответствен­ных деталей и конструкций. В связи с возрастающими требованиями к снижению металлоемкости конструкций, растут и требования к по­вышению конструкционной прочности. Для ее повышения используют металловедческие, тех­нологические и конструкторские методы. Материаловедческие методы направлены на создание материалов с наиболее благоприятным сочетанием прочностных и пластических характеристик. Природа высокой прочно­сти (высокого сопротивления движению дислокаций) была рассмотрена в гл. 3, Часть I. Для повышения прочности применяют легирование, не только повышающее проч­ность межатомных связей, но и меняющее фазовый со­став. Сочетания высокой прочности с пластичностью до­биваются совмещением методов пластической деформа­ции с термической обработкой (методы ТМО). Из числа технологических приемов, направленных на повышение конструкционной прочности, следует отме­тить металлургические способы повышения качества ме­талла (снижение содержания вредных примесей, неме­таллических включений и др.). Для этого используют различные современные методы электрошлаковый переплав (ЭШП), электронно-лучевой (ЭЛП), и вакуумно-дуговой (ВДП). Для повышения износостойкости и усталостной дол­говечности используют различные методы упрочнения поверхности (поверхностный наклеп, осуществляемый обдувкой дробью, обкаткой роликами, ультразвуковую обработку, химико-термическую, лазерную термическую закалку и ионную имплантацию). Если в конструкции нельзя избежать глубоких кана­вок и надрезов, то их подвергают локальной обработке, снижающей уровень напряжений, в частности лазерной. В последние десятилетия все шире используют компо­зиционные материалы, сочетающие легкую пластичную матрицу с жесткими армирующими волокнами или час­тицами. Следует отметить, что из множества конструкционных материалов, стали, титановые и алюминиевые сплавы обеспечивают критерии надежности и долговечности из­делий в довольно широком диапазоне требований и яв­ляются в некотором роде универсальными. 1.2. Конструкционные стали общего назначения В зависимости от химического состава конструкционные стали общего назначения делятся на углеродистые, низ­колегированные (с содержанием легирующих элементов  5 %), среднелегированные (от 5 до 10 %) и высоколе­гированные (более 10 % легирующих элементов). Как углеродистые, так и легированные стали разделяют на низкоуглеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3…0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7 % С). В общем объеме производства конструкционных сталей углеродистые составляют более 80 %. Рис. 1. Полосы прокаливаемости для сталей 12ХН3 (1) и 12Х2Н4А (2) Несмотря на существенно меньшую долю производст­ва легированных сталей, их роль в машиностроении весь­ма велика и определяется воздействием легирующих элементов на их свойства и структурные составляющие. Сведения о влиянии легирующих элементов на кон­струкционную прочность необходимы инженеру для обо­снованного выбора марок стали. Большинство легирующих элементов (за исключени­ем никеля) при их содержании > 1 % снижают ударную вязкость стали. Кроме прямого упрочняющего воздейст­вия, такие элементы, как хром, молибден, никель и бор, повышают прокаливаемость, и поэтому часто проводят комплексное легирование (Cr + Mn), (Cr + Mo), (Cr + Ni) (рис. 1). При этом следует учитывать, что марганец способствует росту зерна и повышает порог хладнолом­кости. Поэтому легирование марганцем дополняют леги­рованием титаном, бором, ванадием и другими элемента­ми, измельчающими зерно. Для снижения порога хлад­ноломкости используют никель и молибден, а молибден и вольфрам вводят так же и для уменьшения склонности стали к отпускной хрупкости . Кремний значительно повышает прочностные свойства, но одновременно повышает также порог хладноломкости, поэтому его содержа­ние обычно не превышает 2 %. Следует также учитывать, что такие легирующие элементы, как никель, молибден и вольфрам, являются не только дорогими, но и дефи­цитными. Поэтому их содержание, как правило, не пре­вышает 1…5 % Ni; 0,8…1,2 % W и 0,2…0,4 % Мо. В высокопрочных конструкционных сталях, используемых в наиболее ответственных деталях и конструкциях, со­держание таких элементов определяется их оптимальным воздействием на свойства. 1.2.1. Углеродистые конструкционные стали Стали обыкновенного качества используются, главным образом, в металлоконструкциях при промышленном и жилищном строительстве, мостостроении, а также для изготовления многих деталей, работающих при относительно низких нагрузках. Стали группы А поставляют с гарантируемыми меха­ническими свойствами. Их используют для деталей и кон­струкций, в которых при изготовлении сохраняются ис­ходные свойства и термическая обработка не требуется. Для сварных конструкций применяют стали группы В (например, сталь ВСт3), и основным технологическим требованием, предъявляемым к ним, является хорошая свариваемость (под свариваемостью понимают способ­ность стали образовать сварной шов с прочностью рав­ной прочности основного объема металла). Стали груп­пы В поставляют не только с гарантированными механи­ческими свойствами, но и с определенным составом. Для сталей группы Б гарантирован лишь химический состав. Стали группы А часто выпускают для специ­ального назначения, которое отражается при маркировке. Например, стали для мостов Ст3-мост, либо для су­довых корпусов Ст1-с и др. Специальные требования к таким сталям оговариваются в ГОСТах. В сельскохозяйственном машиностроении для хо­лодной штамповки деталей используют среднеуглеродистые стали (Ст3, Ст4). Для снижения износа дета­лей из этих марок, их часто подвергают цементации. Детали, изготовленные из сталей группы Б, поставляемые с негарантируемыми механическими свойствами, иногда для повышения свойств подвергают термической обработке. В продовольственном машиностроении из сталей ти­па Ст3, Ст5 изготавливают сварные корпуса сосудов и аппаратов, работающих под давлением, детали для оборудования свеклосахарного производства (пальцы, цепи элеватора, валы свекломоек), детали устройств мукомольной и хлебопекарной (ролики и т.д.), мясо- и маслоперерабатывающей промышленности. Для изготовления легких рельсов, колес вагонов, различных валов и шестерен, крюков, крепежных дета­лей, используют стали с повышенным содержанием уг­лерода (Ст5, ВСт5, Ст6 и др.), с более высокими меха­ническими свойствами. Углеродистые конструкционные качественные стали от сталей обыкновенного качества отличаются более вы­сокой чистотой (меньшее содержание серы, фосфора и других примесей). Кроме того, иногда в них вводят повышенное количество марганца (см. табл. 1). Низкоуглеродистые качественные стали (05, 08, 08кп, 10, 15, 20) сочетают не очень высокую прочность с вы­сокой пластичностью, хорошей свариваемостью и штампуемостью. Из них изготавливают различные малонагруженные детали (оси, втулки, валики). Из стали 08кп штампов­кой изготавливают детали, требующие глубокой вытяж­ки. Сталь 08кп широко применяют для подвергаемых эмалированию деталей различных аппаратов продоволь­ственного машиностроения, для изготовления емкостей, для жарки мясных и рыбных полуфабрикатов, выпечки хлебобулочных изделий. Из сталей 08, 10, 20 изготавли­вают различные сварные конструкции. Для повышения механических свойств низкоуглеродистых качественных сталей применяют термическую обработку (закалку + низкий отпуск), а также цемента­цию и цианирование. В пищевой промышленности из этих сталей часто изготавливают теплообменные аппараты. Среднеуглеродистые конструкционные стали (марки 35, 40...55), в зависимости от требуемых свойств, применя­ют как в нормализованном состоянии, так и после дру­гих видов термической обработки. Одним из этих видов является улучшение, позволяющее повысить и прочность и вязкость, но при этом снижается и порог хладноломко­сти. При конкретном назначении марок стали необходи­мо учитывать их прокаливаемость. Из сталей этой группы изготавливают зубчатые коле­са, валы, шатуны и другие детали. Для повышения их поверхностной прочности применяют ТВЧ и лазерную закалку. Таблица 1 Химический состав, режимы обработок и механические свойства углеродистых конструкционных сталей Сталь Состояние Химический состав, % (по массе) Термическая обработка 0,2, МПа В, МПа , % , % С Mn Si S/P Опера- ция Темпе- ратура, 0С Охлаж- дающая среда Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-71) Ст3сп Ст3кп Ст5сп Горячекатаная То же -«- 0,14-0,22 0,14-0,22 0,28-0,37 0,40-0,65 0,30-0,60 0,50-0,80 0,12-0,30 0,07 0,05-0,15 0,04/ 0,05 0,04/ 0,05 0,04/ 0,05 - - - - - - - - - 235-245 225-235 265-275 370-480 360-460 - 25-26 26-27 19-20 - - - Стали качественные конструкционные (ГОСТ 1050-74) 08кп 20 Горячекатаная То же 0,05-0,11 0,17-0,24 0,25-0,50 0,35-0,65 0,03 0,17-0,37 0,04/ 0,035 0,04/ 0,035 Н Цж От Н Ц З От 900-920 880-900 160-180 900-920 920-950 800-820 180-200 Воздух Вода Воздух Воздух Воздух Вода Воздух 175 205 245 295 295 340 410 490 35 16 25 18 60 53 55 45 Стали конструкционные повышенной обрабатываемости резанием (ГОСТ 1414-75) А12 А12 А30 А30 Горячекатаная Холоднотянутая Горячекатаная Холоднотянутая 0,08-0,16 0,08-0,16 0,27-0,35 0,27-0,35 0,70-1,00 0,70-1,00 0,70-1,00 0,70-1,00 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,08/ 0,08 0,15/ 0,20 0,06/ 0,015 0,06/ 0,015 - - - - - - - - - - - - - - - - 410-560 540-735 510-655 590-785 22 7 25 6 36 - - - Высокоуглеродистые конструкционные стали (марки 60, 70,...,85, а также 60Г, 65Г) сочетают высокую проч­ность (0,2 = 800 МПа,  = 3 %,  = 20…25 %) и износостойкость с высокими упругими свойствами. Эти свойст­ва достигаются закалкой (в воде или масле) и средним отпуском (400…430 °С) либо изотермической закалкой. Их используют как рессорно-пружинные. Пружины из­готавливают не только в термически обработанном со­стоянии, но также и из холоднотянутой проволоки (се­ребрянки). Для снятия напряжений рекомендуется отжиг при 250…300 °С. После закалки и отпуска либо после поверхностной закалки ТВЧ или лазерной детали износостойки как при статических, так и при циклических нагрузках (ножи, пилы мясорезательных, овощеобрабатывающих и свеклорезательных машин, кулачки, ролики, пальцы, валы дробилок в сельскохозяйственном машиностроении и др.). Общим недостатком всех углеродистых конструкционных сталей является недостаточная прокаливаемость и необходимость закалки с высокой скоростью. Поэтому в машиностроении углеродистые стали используют в основном лишь для деталей небольших сечений. 1.2.2. Низколегированные конструкционные стали Наибольшее использование в машиностроении, судо­строении и промышленном строительстве получили низ­коуглеродистые и среднеуглеродистые низколегирован­ные стали, некоторые марки которых приведены в табл. 2. Наилучшей свариваемостью обладают низкоуглеро­дистые стали (09Г2С, 16ГС, 15ГФД и др.), а также стали с карбонитридным упрочнени­ем, содержащие кроме углеро­да азот и карбидообразующие элементы (16Г2АФ, 14Г2АФД, 08Г2ФСБ и др.). Их применя­ют в судо- и вагоностроении, для нефте- и газотрубопрово­дов, различных резервуаров, сварных мостостроительных конструкций. В продовольст­венном машиностроении стали 16ГС, 15ГФ используют для корпусов и днищ аппаратов, фланцев и других деталей, ра­ботающих при температурах от - 40 до + 475 °С под давле­нием. Детали из сталей 20ХН, 18ХГТ, 12ХН3, 20ХН3А и др. чаще всего применяют после цементации с последующей за­калкой и низким отпуском. После обработки они имеют высокую прочность и поверхностного слоя (около 60 HRC) и вязкую (20…30 HRC) сердцевину. Иногда закалку проводят в масле. При этом прочность сердцевины значительно повышает­ся (за счет бейнитного превращения) и возрастает рабо­тоспособность деталей. Низкоуглеродистые легированные стали имеют низ­кий порог хладноломкости (в области отрицательных температур). После закалки и отпуска в них получается хорошее сочетание высокой прочности (0,2 = 1100…1300 МПа) с высокой пластичностью ( = 10 %,  = 40…45%) и вязкостью KCU = 0,8 МДж/м2), поэтому их используют и для изготовления деталей без цемен­тации. Таблица 2 Химический состав низколегированных сталей (ГОСТ 4543—71, 19281—73, 14959—79) Сталь Содержание элементов, % (по массе) C Cr Ni Mn Si Другие элементы Низкоуглеродистые стали (0,30 % С, 0,03 % P, 0,04 % S) 15ГФ 16ГС 20Х 30ХГТ 20Х2Н4 10Г2С1Д 0,12-0,18 0,12-0,18 0,17-0,23 0,24-0,32 0,16-0,22 0,12 0,30 0,30 0,70-1,0 1,0-1,3 1,25-1,65 0,30 0,30 0,30 0,30 - 3,25-3,65 0,30 0,9-1,20 0,9-1,20 0,50-0,80 0,8-1,1 0,8 1,3-1,65 0,17-0,37 0,4-0,7 0,17-0,37 - 0,17-0,37 0,8-1,1 0,05-0,12V - - 0,03-0,09Ti 0,01-0,03Ti - Среднеуглеродистые стали 35ХМ 40ХН 50ХФА 30ХГСА 40ХН2МА 38ХН3МФ 60С2А 0,32-0,40 0,36-0,44 0,46-0,54 0,28-0,34 0,37-0,44 0,30-0,42 0,58-0,63 0,80-1,1 0,45-0,75 0,80-1,1 0,80-1,1 0,60-0,90 1,2-1,5 0,30 0,30 1,0-1,4 0,3 0,3 1,25-1,65 3,0-3,4 0,30 0,17-0,37 0,50-0,80 0,50-0,80 0,80-1,10 0,50-0,80 0,8 0,60-0,90 0,40-0,70 0,17-0,37 0,17-0,37 0,9-1,2 0,17-0,37 0,17-0,37 1,6-2,0 0,15-0,25Мо - 0,10-0,20V - 0,15-0,25Mo 0,35-0,45Mo 0,1-0,2V - В качественных сталях содержится 0,03 % P, 0,03 % S. В высококачественных сталях содержится 0,025 % P, 0,025 % S Для мелких деталей (сечением  25 мм) используют более дешевые хромистые стали (20Х, 15ХФ, 20ХР и др., свойства приведены в табл. 3). Сталь 20Х разрешена для изготовления деталей, не­посредственно контактирующих с пищевыми средами, и ее используют для изготовления деталей перекачива­ющих насосов, маслоотжимных шнековых прессов и др. Для крупных деталей (сечением более 100 мм) ответ­ственного назначения применяют хромоникелевые и сложнолегированные стали (12ХН3А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др.). Среднеуглеродистые легированные стали (табл. 4) содержат 0,3…0,5 % С, 3…5 % легирующих элементов (Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo) и небольшое количество элемен­тов, измельчающих зерно (Ti, Nb, Zr, V). По прокаливаемости легированные стали разделяют на четыре группы. Таблица 3 Режимы термической обработки и механические свойства низкоуглеродистых легированных сталей конструкционных сталей Сталь Режим термической обработки 0,2, МПа В, МПа , % , % 15ГФ 16ГС 10Г2С1Д 20Х Без термической обработки То же Закалка + отпуск Без термической обработки Закалка + отпуск Нормализация 880-900 0С, охлаждение на воздухе Закалка 880 0С + закалка 770-820 0С + отпуск 180 0С, охлаждение на воздухе 340 315 390 350 390 350 640 480 480 510 500 530 590 785 21 21 18 21 19 18 11 - - - - - 45 40 ________________ *Свойства приведены для сечений 10…20 мм, кроме случая нормализации стали 20Х, где сечение было равным 70 мм Рис. 2. Зависимость механических свойств стали 40 от температуры отпуска. К первой группе относятся стали, ле­гированные хромом или хромом и бором вместе (40Х, 40ХР). Ко второй группе - легированные, кроме хрома, еще марганцем, кремнием и молибденом (40ХГ, 30ХГС, 30ХГТ и др.). К третьей группе относятся стали, легиро­ванные никелем в количестве 1…1,5% (40ХН, 40ХНМ и др., в них прокаливаемость достигается в сечениях до 70 мм. Еще большая прокаливаемость достигается путем легирования 2…3 % Ni и дополнительно молибденом и вольфрамом, снижающим отпускную хрупкость и порог хладноломкости (30ХН3, 38ХН3МФ и др.). Эти стали, наиболее глубоко прокаливающиеся, относятся к четвер­той группе. Таблица 4 Режимы термической обработки и механические свойства среднеуглеродистых легированных сталей (улучшаемых) Сталь Термическая обработка Механические свойства Операция Температура, 0С Охлаждающая среда 0,2, МПа  В, МПа , % , % KCU, МДж/м2 35ХН 40ХН 40ХН2МА 30ХГСА 50ХФА 38ХН3МА Закалка Отпуск Закалка Отпуск Закалка Отпуск Закалка Отпуск Закалка Отпуск Закалка Отпуск Закалка Отпуск 850 560 820-840 400-450 835-865 570-670 880 540 860-880 200-250 835-865 490-550 850 600 Масло Вода, масло Масло Воздух Масло Вода, масло Масло Вода, масло Масло Воздух Масло Воздух Масло Воздух - 835 980 930 835 835 1280 1080 1100 - 980 1180 1080 980 1080 1475 1275 1200 - 12 10 12 12 10 7 10 12 - 45 40 50 55 45 40 45 50 - 0,78 0,6 0,78 0,98 0,49 0,49 - 0,8 Следует отметить, что полной прокаливаемости (т.е. закалки на мартенсит) во всем сечении добиваются для изделий, испытывающих высокие ударные нагрузки или же большие растягивающие напряжения. При изгибе лучше ограничиться прокаливаемостью изделий на поло­вину сечения. Среднеуглеродистые низколегированные стали в тех­нике чаще используют как улучшаемые. Температура отпуска при улучшении зависит от легирования и опре­деляется скоростью разупрочнения стали (табл. 4). Стали 40Х, 50Х рекомендуются для деталей сечением < 25 мм, работающих без высоких ударных нагрузок. Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН) обладают высо­кой прокаливаемостью, и их применяют для изготовле­ния деталей больших размеров (диаметром до 100 мм). Они имеют хорошую прочность и вязкость. Сопротивле­ние хрупкому разрушению растет с повышением содер­жания никеля, которое в улучшаемых сталях не долж­но превышать 3 %. Такие стали обладают высокой проч­ностью, их применяют для наиболее ответственных деталей (валов, роторов турбин, муфт, деталей редукто­ров, затяжных колец, барабанов сепараторов и др.). Хромокремнемарганцевые стали - хромансили (30ХГСА, 35ХГСА и др.) хорошо штампуются, обраба­тываются резанием, поэтому широко используются в ав­томобильной промышленности, сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности. Среднеуглеродистые легированные стали используют и в качестве рессорно-пружинных. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформа­циям, хрупкому разрушению, иметь повышенную релак­сационную стойкость, хорошую прокаливаемость. Стали содержат углерода более 0,5 %. Наиболее широко в промышленности используют кремнистые стали 65С, 55С2, 60С2А, 70С3А. Кремний задерживает распад мартенсита при отпуске, значитель­но упрочняет феррит. У кремнистых сталей также высо­кие пределы текучести и упругости. Их применяют для пружин вагонов и автомобильных рессор. Для уменьше­ния склонности к обезуглероживанию и росту зерна при нагреве, для повышения предела выносливости кремнис­тые стали дополнительно легируют хромом, марганцем, вольфрамом, никелем и ванадием. Стали 60С2ХФА, 65С2ВА применяют для изготовления пружин, работаю­щих в условиях высоких нагрузок. Сталь 65Г разрешена для непосредственного контакта с пищевыми средами, а также ее используют для пружин, амортизаторов, за­жимных цанг, корпусов подшипников и др. К этим сталям предъявляются высокие требования по чистоте поверхности, дефекты которой ухудшают долговечность пружин и рессор. Для получения оптимального предела выносливости твердость сталей не должна пре­вышать 42…48 HRC. Для отпуска пружин и рессор после закалки обычно применяют среднетемпературный отпуск (при 400…520 °С). Но лучшее сопротивление хрупкому разруше­нию и усталости стали получают после изотермической закалки. Из числа высокоуглеродистых низколегированных сталей следует рассмотреть шарикоподшипниковые (табл. 5). Таблица 5 Химический состав ( % ) шарикоподшипниковых сталей (ГОСТ 801—78) Сталь C Cr Mn Si ШХ9 ШХ15 ШХ15СГ 1,05…1,10 0,95…1,05 0,95…1,05 0,9…1,2 1,3…1,65 1,3…1,65 0,20…0,40 0,20…0,40 0,90…1,20 0,17…0,37 0,17…0,37 0,40…0,65 Одно из важных условий, предъявляемых к подшип­никовым сталям, - это высокие требования по содержа­нию примесей и неметаллических включений, особенно оксидных, которые очень вредны. Их содержание долж­но быть минимальным. Действие сульфидных включений оказывается полезным, и поэтому содержание серы в ша­рикоподшипниковых сталях должно быть близким к 0,015 %. Положительная роль сульфидных включений заключается в том, что в отличие от оксидных, имеющих большой коэффициент расширения и вызывающих на­пряжения в матрице, сульфидные включения имеют ко­эффициент расширения одинаковый с матрицей и как бы служат демпферами между оксидным включениями и матрицей. Высокие требования, предъявляемые к однородности свойств и чистоте подшипниковых сталей, определяются высокими циклическими нагрузками и большими кон­тактными напряжениями (до 6000 МПа) работающих де­талей. Очень большое влияние на свойства оказывают условия выплавки. В настоящее время применяют электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП) или их комбинацию. Но эти методы достаточно дорогостоящие, и, кроме того, они не очень хорошо влияют на прокаливаемость. Наиболее перспективным является метод вакуумирования. Высокое содержание в сталях углерода обеспечивает при закалке (обычно в масле) высокую твердость, а хром обеспечивает хорошую прокаливаемость. Мелкие шарики и ролики изготавливают из стали ШХ9, более крупные (диаметром до 30мм) из ШХ15, а крупные ро­лики и кольца из ШХ15СГ. Сталь ШХ15 разрешена для изделий, имеющих непосредственный контакт с пищевы­ми средами. Детали из шарикоподшипниковых сталей подвергают термической обработке: закалке в масле с 830…840 °С и низкому отпуску при 150…160 °С. В ре­зультате термической обработки образуется очень мелкодисперсный игольчатый отпущенный мартенсит и твердость изделий достигает 62…65 HRC. Режимы тер­мической обработки шарикоподшипниковых сталей дол­жны строго соблюдаться, в противном случае ухудша­ется качество и стойкость подшипников. В последнее время начали применять легированную подшипниковую сталь ШХ15СГМФШ (0,9…1,1 % С; 0,6…0,9 % Mn; 0,9…1,1 % Si; 1,8…2,5 % Cr; 0,8…1,1 % Мо; 0,4…0,7 % V;  0,010% S;  0,02 % Р). Буква Ш в конце означает, что сталь обработана синтетическими шлаками. Для изготовления крупногабаритных роликов приме­няют цементируемую хромоникелевую сталь 20Х2Н4А для подшипников, работающих в агрессивных средах, — коррозионностойкую сталь 95Х18. 1.3. Высокопрочные легированные стали Высокопрочными в настоящее время считают материа­лы, временное сопротивление которых близко к 2000 МПа, в сочетании с ударной вязкостью не ниже 0,2 МДж/м2. Учитываются и другие характеристики пла­стичности. Выполнение указанных требований достигается в ос­новном за счет комплексного легирования, применения методов деформационно-термического упрочнения в соче­тании с фазовыми превращениями. 1.3.1. Комплексно-легированные низкоотпущенные высокопрочные стали При рассмотрении механических свойств углеродистых (нелегиро­ванных) сталей мы видели, что повышение концентрации углерода свыше 0,4 % С мало изменяет твердость HRC, но резко снижает ударную вязкость. Поэтому для полу­чения требуемого сочетания свойств стали с содержани­ем 0,4 % С комплексно легируют (Cr, Ni, Mn, Мо, W, Si и другими элементами). Содержание элементов в таких сталях обычно не превышает 5 % Cr, 2…4 % Mn и Ni, 1 % Мо, W и Si. Высокую прочность (В = 1800…2000 МПа, при KCU = 0,2…0,4 МДж/м2) эти стали приобретают после закал­ки и низкого (при 250…300 °С) отпуска. К числу распро­страненных марок комплексно легированных высокопрочных сталей относятся 30ХГСНА, 30Х5МСФА, 40ХГСН3ВА, 40ХН2СМА и др. Используются комплекс­но легированные стали с повышенным содержанием карбидообразующих элементов (Cr  5 %, Мо, W, V) и после упрочнения при высоком отпуске (500…600 °С). При та­ком отпуске полностью снимаются закалочные напряже­ния и выделяются мелкодисперсные карбиды, происхо­дит дисперсионное упрочнение - твердение (в результате чего стали и получили название вторично твердею­щих). После высокого отпуска В этих сталей достигает 2000… 2250 МПа. К числу таких сталей относятся 30Х5М2ФСА, 30Х4М2ФА, 45ХНЗМФА и др. 1.3.2. Среднеуглеродистые стали, упрочненные термомеханической обработкой В последнее время интенсивно разрабатываются режимы деформационно-термической (термомеханической) обра­ботки, при которой деформационное упрочнение сумми­руется с упрочнением, обусловленным фазовыми превра­щениями. Рис. 3. Схемы режимов термомеханической обработки Различают высокотемпературную термомеханичес­кую обработку (ВТМО) и низкотемпературную термо­механическую обработку (НТМО) (рис. 3). При ВТМО сталь деформируют на 25…30 % в аустенитном состоянии (при температуре выше АС3) и наклепанный аустенит немедленно закаливают. В результате закалки фиксируется большое число дефектов, образуется мелкодисперсная структура и повышается вязкость при одно­временном повышении прочности. В результате сущест­венного измельчения зерна при ВТМО устраняется от­пускная хрупкость первого и второго рода. При НТМО сталь также сначала переводят в аустенитное состояние, но затем охлаждают до температуры вы­ше начала мартенситного превращения (Мн), но ниже температуры рекристаллиза­ции, и производят деформа­цию на 75…95 %. При по­следующем мартенситном превращении мартенсит на­следует дефектную структу­ру аустенита, получается дисперсная структура, ха­рактеризующаяся большим количеством дефектов и вы­сокой прочностью. При ВТМО и НТМО прочность сталей соответственно дости­гает 2200…3000 МПа. Рис. 4. Влияние ВТМО на циклическую прочность стали 55ХГР: 1 - деформация 25 % + закалка + отпуск 250 0С; 2 - деформация 50 % + закалка + отпуск 400 0С; 3 - без ВТМО (закалка + отпуск 520 0С); без ВТМО (закалка + отпуск 250 0С) При обоих способах получается повышение прочности с од­новременным небольшим увеличением пластичности. После ВТМО пластические свойства лучше: выше удар­ная вязкость, ниже порог хладноломкости и чувствитель­ность к отпускной хрупкости. Преимущества ВТМО за­ключаются и в том, что деформация при высоких темпе­ратурах требует затраты меньших усилий, следовательно, осуществляется технологически легче. Термомеханическую обработку в настоящее время проводят на многих группах сталей. Для получения высокопрочных сталей (с В > 2000…2200 МПа) чаще ис­пользуют среднеуглеродистые легированные стали (55ХГР, 30ХГСА, 30Х5М2СФА, 38ХА3МА и др.). При­рост прочности при ТМО, по сравнению с обычной термической обработкой, составляет 10…20 %. После термомеханической обработки повышается также цикли­ческая прочность (рис. 4), снижается чувствительность к распространению трещин, особенно после ВТМО (К1С увеличивается на 20…50 %). 1.3.3. Мартенситно-стареющие стали До сих пор были рассмотрены различные классы сталей в которых высокая прочность достигалась формированием углеродистого мартенсита или за счет карбидного упрочнения. Мартенситно-стареющие стали представляют принци­пиально другой класс высокопрочных, высоколегированных углеродистых сталей (% С < 0,03 %). Их упрочнение происходит при отпуске за счет выделения в мартенсите не карбидных, а интерметаллидных фаз. Составы некоторых мартенситно-стареющих сталей, а также их механические свойства приведены в табл. 6. Таблица 6 Составы и механические свойства мартенситно-стареющих сталей Сталь Химический состав Механические свойства Cr Ni Co Mo Ti 0,2, МПа В, МПа , % , % KCU, МДж/м2 Х14Н4К14М3Т Х11Н10М2Т Н18К9М5Т Н18К12М4Т2 Н13К15М10 13,5 11 - - - 4,3 10 18 18 13 12,5 - 9 12 15 3 2 5 4 10 0,3 1,2 0,7 1,5 - 1500 1700 1900 2350 2700 1650 1750 2100 2400 2800 20 12 8 7 3 63 50 50 45 10 0,8 0,37 0,5 0,3 - В большинстве мартенситно-стареющих сталей при­сутствуют Fe и Ni или же Fe, Ni и Cr, а также, кроме этих элементов, приведенные в таблице Со, Мо, Тi. Их легируют также Al, Mn, V, W, Nb, Si и другими элемен­тами. Роль различных легирующих элементов в достижении высокой прочности мартенситно-стареющих сталей не одинакова. Никель и хром, снижая мартенситную точку, обеспечивают более медленное, но более полное протекание мартенситного превращения. Кроме того, никель уменьшает растворимость в  - железе легирующих ком­понентов и тем самым способствует увеличению доли упрочняющей интерметаллидной фазы, выделяющейся при старении мартенсита. Никель образует с легирующи­ми элементами интерметаллидные фазы типа Ni3Al, Ni3Ti, NiTi, Ni3Mo, Ni3V, Ni3Nb и др. Молибден и воль­фрам также упрочняют мартенсит за счет образования таких интерметаллидных фаз, как Ni3W и Ni3Mo, либо фаз Лавеса - Fe2Mo и Fe2W. Легирование мартенситно-стареющих сталей кобаль­том упрочняет матрицу  - железа за счет эффекта ближ­него упорядочения атомов железа и кобальта и, кроме того, он снижает растворимость в этой матрице других легирующих элементов. Высокая прочность мартенситно-стареющих сталей достигается после закалки на мартенсит (для большин­ства сталей с температуры 800…860 °С) и последующего старения при 480…520 °С в течение 2…3 ч. Закаленный мартенсит имеет сравнительно невысокую прочность (0,2 = 800…1000 МПа), но высокую пластичность и вяз­кость ( = 15…20 %,  = 50 %). При деформации мартен­сит упрочняется слабо (B = 900…1100 МПа). Такой ком­плекс свойств позволяет легко проводить холодную де­формацию стали с высокими степенями обжатия. Эту особенность мартенситно-стареющих сталей широко ис­пользуют в практике. Многие детали изготавливают из закаленных сталей, а старение, обеспечивающее основное упрочнение, проводят на готовых изделиях. Высокие прочностные свойства в мартенситно-стареющих сталях сочетаются с более высокими, по сравне­нию с углеродистыми сталями, параметрами трещиностойкости (К1С). У мартенситно-стареющих сталей пре­дел упругости более высокий (0,002 = 1200…1500 МПа), чем у лучших углеродистых пружинных сталей. Они имеют сравнительно вы­сокие усталостную и удар­но-циклическую прочность (рис. 5). Причем, в по­следнее время для повы­шения этих характеристик используют поверхност­ную лазерную закалку, ионную имплантацию по­верхности. Для повышения усталостной прочно­сти и износостойкости, сопротивления ударно-циклическим нагрузкам изделия из мартенситно-стареющих сталей подвергают также азотированию при 460…500 °С в течение 20…40 ч и совмещают его со ста­рением. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей свариваемостью. Из-за вы­сокой прочности они при термической обработке не ко­робятся и в процессе старения не меняют своих разме­ров. Высокое содержание хрома и никеля обеспечивает многим маркам мартенситно-стареющих сталей высокую коррозионную стойкость в агрессивных средах и особен­но высокое сопротивление коррозии под напряжением. Рис. 5. Влияние нагрузки (max) на число циклов N до разрушения сталей Н18К9М5Т (1); 30ХНМФА (2) и 40ХНМА (3) Мартенситно-стареющие стали сравнительно «моло­дой» класс конструкционных материалов, поэтому непрерывно ведется поиск, как новых составов сталей, так и способов их обработки. Одним из способов повышения пластичности и вязкости является термоциклирование. Его сущность заключается в одно­кратном или многократном нагреве сталей до темпера­тур завершения  -перехода (820…830 °С), охлажде­ния до комнатной температуры и последующем старении. Причиной такого повышения вязкости и пластичности служит повышение в структуре сталей доли остаточного метастабильного аустенита. Так, в стали Н18К9М5Т по­сле одного цикла доля аустенита повысилась до 15… 18%, а после пяти - до 45…50%. Мартенситно-стареющие стали являются дорогостоя­щими, но, тем не менее, из-за того, что их высокие меха­нические свойства сочетаются с хорошей технологично­стью, их достаточно широко используют как конструк­ционные материалы в наиболее важных отраслях техники для изготовления различных деталей ракет, самоле­тов, космических аппаратов, упругих элементов и пружин в приборостроении и других отраслях. В инструменталь­ной промышленности из них изготавливают матрицы штампов горячего прессования, пресс-формы для литья и другие изделия. 1.3.4. Высокопрочные метастабильные аустенитные стали К этому классу относятся две группы высокопрочных и высокопластичных сталей, известных в литературе как ПНП (или трип-стали) и ПНД-стали. Название ПНП расшифровывается как пластичность, наведенная пре­вращением (или в английской транскрипции Transformation Induced Plasticity), второе ПНД - пластичность, наведенная двойникованием. В ПНП-сталях высокая пластичность достигается за счет мартенситного превра­щения, а в ПНД - за счет механического двойникования при деформации метастабильного аустенита. Маркировка и примерные составы некоторых ПНП и ПНД сталей приведены в табл. 7. Таблица 7 ПНП- и ПНД-стали Марка стали Содержание элементов, % (по массе) С Cr Ni Mn Другие ПНП-стали 25Н24М4Г 30Н12Х9Г2 30Х11Н7М4Г2С2 0,25 0,30 0,30 - 9 11 24 12 7 1 2 2 4 Мо - 4Мо, 2Si ПНД-стали 50Г20Х4 40Х4Г18Ф 60Х9Г14Ф2 0,50 0,40 0,60 4 4 9 - - - 20 18 14 - 1Si 2Si Легирующие элементы в ПНП-сталях выбирают так, чтобы в исходном состоянии после аустенизации при 1000…1200 °С мартенситные точки Мн и Мд были ниже комнатной температуры. Для получения высокой прочно­сти в сочетании с высокой пластичностью, стали дефор­мируют (прокаткой, штамповкой, волочением) при тем­пературах ниже температуры рекристаллизации (350… 980 °С) со степенями деформации 10 %. При дефор­мации происходит наклеп аустенита и деформационное старение (выделение карбидов), в результате которого аустенит обедняется легирующими элементами, и мартенситная точка Мд становится выше комнатной температу­ры. Поэтому в процессе дальнейшей деформации метастабильного аустенита при комнатной температуре (на­пример, даже в процессе испытаний механических свойств на растяжение) образуется мартенсит деформа­ции, значительно повышающий прочностные характери­стики стали, а протекание мартенситного превращения в ходе деформации повышает пластичность. Повышение пластичности при одновременном повышении прочности кратко можно объяснить следующим образом. При деформации стабильного аустенита деформация обычно развивается локализовано, образуется шейка, на месте которой происходит разрушение. В случае же деформации метастабильного аустенита начавшаяся в отдельных местах пластическая деформация вызывает появление мартенситных кристаллов, локально упрочня­ющих данные места, пластическое течение в них пре­кращается, но начинает развиваться в других местах, неупрочненных. Суммарная же деформация, равномерно распределенная по всему образцу, достигает значитель­ной величины. Соотношение между прочностью и плас­тичностью в ПНП-сталях более высокое, чем в других классах высокопрочных сталей (рис. 6). Рис. 6. Соотношение между сопротивлением пластической деформации  и пластичностью  для различных классов высокопрочных сталей: 1 - среднеуглеродистые, упрочненные ТМО; 2 - упрочненные ТМО + деформационное старе­ние; 3 - мартенситно-стареющие; 4 - среднеуглеродистые легирован­ные без ТМО; 5 - ПНП-стали Иногда для еще большего упрочнения ПНП-сталей применяют дополнительную обработку холодом либо деформацию при температурах ниже комнатной и допол­нительный отпуск. Так, например, в стали типа 30Х9Н8М4Г2С2 после закалки с 1150…1180 °С и деформации при 400…600 °С с обжатием до 85 % предел текучести 0,2 = 1400…1800 МПа,  = 25…35 %,  = 40 %. Дополнительная же холодная деформация и после­дующее старение при 400 °С повы­шает 0,2 до 2300…2600 МПа без существенного снижения пластич­ности. Очень важной особенностью ПНП-сталей является их высокая вязкость (порог хладноломкости в них лежит при температурах значительно ниже комнатной, для некоторых марок даже при - 196 °С). Для них характерно высокое сопротивление распрост­ранению трещин (рис. 7). Не­достатком же ПНП-сталей явля­ется высокая чувствительность к водородному охрупчиванию. Рис. 7. Вязкость разрушения К1С высокопрочных сталей: 1 – ПНП-стали; 2 - мартенситно-стареющие; 3 - низколегированные высокопрочные Таким образом, высокий комплекс проч­ностных и пластических характе­ристик в ПНП-сталях достигается путем сравнительно сложных об­работок. В частности, проведение теплой прокатки требует допол­нительно мощного оборудования. Поэтому исследователями и раз­работчиками ведется интенсивный поиск других спосо­бов обработок. Одним из эффективных способов упроч­нения ПНП-сталей является холодная и теплая (при 250 °С) гидроэкструзия, сочетающая пластическую де­формацию с повышенным давлением. Другим способом, обеспечивающим упрочнение ПНП-сталей не в результате деформации, а вследствие фазово­го наклепа, является термоциклирование. Так, на сталях типа 25Н24М4 показана возможность замены деформа­ционно-термических методов обработки термоциклированием. После ТМО (деформации при 500 °С на 80 %) при испытаниях на растяжение при комнатной температуре текучести 0,2 = 1640 МПа, В = 1760 МПа,  = 41 %,а после термоциклирования (5 циклов от - 196 °С до + 700 °С) полу­чаем 0,2 = 1620 МПа, В = 1930 МПа и  = 30 %. Следует отметить, что для применения термоциклирования состав ПНП-сталей должен отвечать определенным требовани­ям по температуре рекристаллизации, количеству мар­тенсита деформации и степени наклепа аустенита. Разработка другой группы высокопрочных и высокопластичных аустенитных - ПНД-сталей базируется на идее некоторой общности изменения структуры аустени­та при образовании мартенсита деформации и при ме­ханическом двойниковании (сдвиговый характер пере­стройки решеток, наличие когерентных границ). При вы­боре легирующих элементов в ПНД-сталях одним из условий является их влияние на снижение энергии дефек­тов упаковки и облегчение двойникования. В настоящее время наиболее разработанной группой ПНД-сталей являются высокопрочные марганцовистые стали (табл. 8). Принцип упрочнения ПНД-сталей основан на сочетании деформационного упрочнения при двойникова­нии и дисперсионного упрочнения, происходящего в ре­зультате выделения карбидов при старении. Сочетание этих двух способов упрочнения позволяет получить на стали 60Г14Х9Ф2 значения 0,2 = 1450…1500 МПа, В = 1500…1550 МПа и  = 17…19 %. Допол­нительно повысить комплекс свойств ПНД-сталей уда­ется применением методов ТМО либо теплой гидроэкст­рузией (см. табл. 8). ПНД-стали, кроме сочетания высокой прочности с вы­сокой пластичностью, обладают хорошим сопротивлением хрупкому разрушению, высокой трещиностойкостью. Таблица 8 Механические свойства марганцовистых ПНД-сталей Сталь Режим обработки 0,2, МПа В, МПа , % , % 60Г14Ф2 60Г12Х9Ф2 60Г14Х9Ф2 Закалка ТМО ТМО + старение Закалка ТМО ТМО + старение Гидроэкструзия Гидроэкструзия + старение 480 1000 1220 680 1100 1150 1300 1900 950 1550 1780 1100 1650 1750 1700 2000 21 22 21 42 26 24 16 15 25 26 25 50 36 26 30 50 Еще одним несомненным достоинством ПНД-сталей является то, что они легируются более дешевыми элемен­тами (Mn, V, Cr). В настоящее время эта группа сталей интенсивно исследуется и, по-видимому, в ближайшее время они найдут широкое применение. ПНП-стали более дорогие и сложные в технологии изготовления. Но ряд из них обладает уникальным соче­танием свойств (высоких механических свойств с немагнитностью и коррозионной стойкостью. 1.4. Коррозионностойкие и жаростойкие стали и сплавы Коррозия и защита металлов от коррозии Коррозия металлов - это разрушение, вызванное хими­ческим или электрохимическим воздействием внешней среды. К химической коррозии относятся все виды химичес­кого разрушения материалов, не связанные с переносом электрического заряда. К ним принадлежат и окисление металла при нагреве, и газовая коррозия в парах и га­зах сгорающего топлива (например, в двигателях внут­реннего сгорания), коррозия в жидкостях, не проводя­щих электрического тока (в спиртах, различных органи­ческих жидкостях). Электрохимическая коррозия осуществляется в при­сутствии электролитов и может быть атмосферной (во влажном воздухе), почвенной и в других средах, напри­мер морской воде, растворах кислот, щелочей, в распла­вах солей. По характеру разрушения коррозию подразделяют на равномерную или общую, при которой поверхность раз­рушается равномерно; локальную коррозию, протекаю­щую в отдельных участках поверхности; точечную или питтинговую, для которой характерно появление изъязв­лений материала в отдельных точках, а также межкристаллитную (по границам зерен). Локальная и межкристаллитная коррозия более опасны, чем общая равномер­ная коррозия, так как могут скорее привести к местному разрушению материала. Рис. 8. Скорость коррозии раз­личных металлов в кипящей серной кислоте: 1 - хромистая сталь; 2 - хромомолибденовая сталь; 3 - хастеллой; 4 – ниобий; 5 - молибден; 6 - тан­тал Скорость коррозии зависит от конкретных условий службы изделия. Ее, как правило, выражают потерей массы единицей площади поверхности за единицу вре­мени (кг/м2 . с). Если же образовавшаяся при коррозии пленка прочно держится на поверхности кристалла, то скорость коррозии определяют по увеличению массы. Поскольку пленка и образуется и растворяется, часто скорость общей коррозии оценивают глубиной разрушен­ной части изделия в миллиметрах в год (мм/год) (рис. 8). Коррозионную стойкость материалов оценивают и по группам стойкости и по баллам (табл. 9). При межкристаллитной коррозии ее скорость целесо­образно определять не по изменению массы, а гораздо проще оценивать поражение материала либо по электро­проводности, либо по изменениям механических свойств. Таблица 9 Группы коррозионной стойкости сталей и сплавов Группа стойкости Балл Скорость коррозии, мм/год Совершенно стойкие (СС) Весьма стойкие (ВС) 1 2 3 <0,001 >0,001-0,005 >0,005-0,01 Стойкие (С) 4 5 >0,01-0,05 >0,05-0,1 Пониженно-стойкие (ПС) 6 7 >0,1-0,5 >0,5-1,0 Малостойкие (МС) 8 9 >1,0-5,0 >5,0-10,0 Нестойкие (НС) 10 >10,0 В результате соприкосновения с воздухом даже при обычных температурах на поверхности металлов обра­зуется тончайший слой оксидов, защищающих их от дальнейшего окисления. В зависимости от условий обра­зования толщина защитной (пассивирующей) пленки мо­жет меняться от 30…40 нм до 0,5…1 мм. Рис. 9. Схема гальваниче­ского элемента Пленки по своему строению пористы, и их проница­емость для различных реагентов неодинакова, причем если количество и размеры пор велики, то пленки про­должают расти практически с постоянной скоростью. Чем выше защитные свойства пленки, тем с меньшей скоро­стью она растет. В общем случае скорость роста обратно пропорциональна толщине пленки, так что ее толщина возрастает по параболическому закону. Скорость газовой коррозии можно изменить, регулируя состав внешней среды. Большинство металлов разрушается в результате электрохимической коррозии. Коррозия в электролитах не происходит путем непосредственного соединения металла с другими элементами, а осуществляется более сложными путями. В соответствии с современной теори­ей коррозии металлов в электролитах считается, что про­цесс заключается в работе множества микроскопических коротко замкнутых гальванических элементов, образую­щихся на поверхности в результате его электрохимичес­кой неоднородности по отношению к окружающей среде (рис. 9). Участки металла с более электроотрицатель­ными потенциалами становятся анодами и растворяют­ся. Возникновение разности потенциалов на поверхности металла обусловлено различиями работы перехода заря­да из различных структурных составляющих сплава в раствор электролита. На участке, где происходит раст­ворение металла, освободившиеся электроны переходят от анода к катоду. На катоде происходит реакция вос­становления ионов. Чаще всего это - ионы водорода. При их восстановлении происходит выделение газообразного водорода. Может происходить и ионизация кислорода с образованием иона гидроксила. Большинство коррозионных процессов определяется скоростью и характером катодных процессов. При корро­зии в нейтральной воде, а также почве скорость разру­шения определяется скоростью поглощения и ионизации кислорода. Водородная коррозия встречается преиму­щественно в кислых растворах. В нейтральных и даже щелочных растворах водородная коррозия может проис­ходить только для металлов с очень электроотрицатель­ным потенциалом. В результате осуществления элект­родных процессов, в приэлектродных пространствах изменяются концентрации ионов. Поэтому скорость кор­розии в электролитах может определяться и количеством металла, растворенного на единице его поверхности. На скорость коррозии влияют как внутренние (при­рода коррозирующего металла и его структура), так и внешние факторы (температура, давление, состав сре­ды). В случае образования на поверхности металла за­щитных труднорастворимых пленок коррозия замедля­ется. Укрупнение зерна может не влиять на общую кор­розию, но усиливает межкристаллитную коррозию. Важное значение имеет поляризация - явление, обу­словленное выделением продуктов электролиза на элект­родах и приводящее к возникновению ЭДС, действующей в направлении, обратном ЭДС, создаваемой гальвани­ческой парой. Поляризация зависит от электрохимичес­ких свойств электродов. Если они сильно поляризуются, то коррозия протекает медленнее, несмотря на неодно­родность структуры металла. Внешняя среда часто оказывает большее влияние на скорость коррозии, чем свойства и структура материала. Одним из важнейших показателей внешней среды явля­ется ее рН. От величины этого показателя зависит спо­собность материала к пассивации или к депассивации. Так, никель устойчив в нейтральных и щелочных раство­рах и корродирует в кислотах, железо быстрее корродирует в кислых и нейтральных средах, чем в щелочных. Соли часто, не меняя рН растворов, влияют на поляри­зацию электродов и тем самым на скорость коррозии. В технике известно много случаев, когда коррозия идет в наиболее напряженных участках конструкции (коррозия под напряжением). Одновременное воздействие напряжений и коррозии приводит к коррозионному растрескиванию. Для защиты металлов от коррозии, прежде всего, соз­дают специальные составы коррозионностойких мате­риалов, которые будут рассмотрены дальше. Но одним изменением составов сталей не всегда целесообразно по­давлять их коррозию. Существуют специальные способы защиты, к которым относят применение защитных покры­тий, электрохимическую защиту и химическую обработку среды, в которой происходит коррозия. Наиболее распространенным способом является при­менение металлических и неметаллических покрытий, на­носимых химическим или электрохимическим путем. Роль покрытий сводится к устранению контакта защищаемой поверхности от воздействия внешней среды, поэтому в за­висимости от условий работы изделия требования к свой­ствам могут быть различными. Так, при эксплуатации изделий в жилых помещениях, когда они не соприкаса­ются с агрессивными средами, для защиты бывает до­статочно использовать их окраску. В случае работы из­делий в изменяющихся атмосферных условиях, в мор­ской воде или в агрессивных средах (кислотах, щелочах и т. п.) поверхности изделий защищают металлическими и неметаллическими (органического происхождения) пленками. Для защиты изделий используют хромирова­ние, алитирование, силицирование, борирование, цинкование, меднение, серебрение, титанирование и другие спо­собы нанесения покрытий, которые были рассмотрены в гл. 6. При электрохимических методах защиты (приложен­ным извне напряжением) уменьшения скорости коррозии достигают путем облегчения катодной поляризации за­щищаемого изделия. Электрохимический метод защиты хорошо применять в морской воде. В речной воде из-за большого электросопротивления его эффективность мала, при атмосферной коррозии его применение вообще неце­лесообразно. Защита металлов от коррозии путем обработки внеш­ней среды заключается в добавлении к агрессивным сре­дам специальных веществ (ингибиторов), замедляющих коррозию. Так, для защиты сталей от коррозии в водных средах в качестве ингибиторов применяют нитрит натрия (NaNO2), хроматы и бихроматы (K2CrO4, K2Cr2O7), снижающие содержание кислорода и облегчающие поляризацию. Получили также распространение летучие или парофазные ингибиторы, например углекислая соль этаноламина. Их вводят, например, в оберточную бумагу, в которой транспортируют металл. 1.4.1. Коррозионностойкие и жаростойкие стали Коррозионностойкими (нержавеющими) называют боль­шую группу хромистых, хромоникелевых и хромомарганцевых сталей с содержанием хрома большим 12 %, спо­собных сопротивляться коррозионному воздействию (со­хранять металлический блеск) в воздушной и других средах при комнатной и близких к ней температурах. Под жаростойкостью (окалиностойкостью) понимают сопротивление материалов окислению при высоких тем­пературах. Таблица 10 Химический состав [% (по массе)] коррозионностойких и жаростойких сталей (ГОСТ 5632-72) Сталь C Cr Ni Mn Ti Другие элементы Хромистые коррозионностойкие стали 12Х13 30Х13 12Х17 95Х18 0,09-0,15 0,26-0,35 0,12 0,9-1,0 12-14 12-14 16-18 17-19 - - - -  0,8  0,8  0,8  0,8 - - - -  0,8 Si  0,8 Si  0,8 Si  0,8 Si Хромоникелевые коррозионностойкие стали 14Х17Н2 20Х17Н2 12Х18Н9 12Х18Н10Т 08Х22Н6Т 0,11-0,17 0,17-0,25  0,12  0,12  0,08 16-18 16-18 17-19 17-19 21-23 1,5-2,5 1,5-2,5 8-10 9-11 5,3-6,3  0,8  0,8  2,0  2,0  0,8 - - - 0,5-0,8 0,4-0,65  0,8 Si  0,8 Si  0,8 Si  0,8 Si  0,8 Si Сложнолегированные коррозионностойкие стали 10Х14Г14Н4Т 12Х17Г9А4Н4 08Х21Н6М2Т 09Х15Н8Ю 15Х17АГ14 08Х18Г8Н2Т  0,1  0,12  0,08  0,09  0,15  0,08 13-15 16-18 20-22 14-16 16-18 17-19 2,8-4,5 3,5-4,5 5,5-6,5 7,0-9,4 0,6 1,8-2,8 13-15 8-10,5 0,8 0,8 13,5-15,5 7-9 0,5-0,6 - 0,2-0,4 - - 0,2-0,5  0,8 Si 0,15-0,25 Al,  0,8 Si 1,8-2,5 Mo,  0,8 Si 0,7-1,3 Al,  0,8 Si 0,25-0,37 N  0,8 Si Жаростойкие стали 15Х28 15Х25Т 08Х17Т 20Х13Н4Г9  0,15  0,15  0,08 0,15-0,3 27-30 24-27 16-18 12-14 - - - 3,7-4,7  0,8  0,8  0,8 8-10 - 0,7-0,9 0,4-0,8 -  1,0 Si  1,0 Si  0,8 Si  0,8 Si _____________ *Во всех сталях содержится  0,035 % P,  0,025 % S Жаростойкостью, как правило, обладают стали и сплавы с высоким содержанием хрома либо на хромоникелевой основе. Повышению жаростойкости способст­вует также микролегирование редкоземельными и щелочноземельными элементами (Са, Ва, Се, Y, La и др.) в ко­личестве 0,01…0,1 %. Составы коррозионностойких и жа­ростойких сталей приведены в табл. 10. Наиболее широкое применение в качестве коррозион­ностойких (нержавеющих) получили хромоникелевые стали, обладающие кроме хорошей коррозионной стой­кости высокими механическими свойствами, как при ком­натной, так и при повышенных температурах, хорошей свариваемостью и другими свойствами. Их используют в газотурбинной и химической, металлургической и ма­шиностроительной и других отраслях промышленности. Дефицит никеля вызвал необходимость разработки коррозионностойких (нержавеющих) сталей, либо не со­держащих этого элемента (например, Х17, Х17Т, Х25Т, Х28) либо с пониженным содержанием никеля (0Х21Н5Т, Х21Н5Т6, Х21Н6М2Т, Х17Н2 и др.). Применяются стали с частичной или полной заменой никеля марганцем (Х14Г14, Х16Г14А или Х17Г9АН4), а также хромокремнистые - сильхромы (Х2С6 и др.). Повышенной коррозионной устойчивостью обладают сложнолегированные стали с присадками алюминия, хрома, кобальта и других элементов. Такие стали приме­няют и в качестве жаростойких. Рис. 10. Структурная классификация промышленных коррозионностойких сталей Хромистые коррозионностойкие (нержавеющие) стали Хромистые стали являются наиболее экономичными и распространенными. По структуре и составу они делят­ся на несколько групп (рис. 10). В зависимости от содержания хрома и углерода стали могут относиться к ферритному, мартенситному или ферритно-матенситному классам. Стали, содержащие - 13 % Cr (12Х13, 20Х13, 30Х13), при нагреве и охлаждении испытывают    превращение, и в результате закалки и отпуска они приобретают мартенситную структуру высокой прочности (у стали 30Х13 после закалки и высокого отпуска B =700 МПа, а после закалки и низкого отпуска B = 1600 МПа). Эти стали после термиче­ской обработки использу­ют для изготовления дета­лей, работающих в слабо агрессивных средах (ше­стерни, валы). После от­жига сталь 12Х13 очень пластична, может катать­ся и штамповаться, обла­дает хорошей свариваемо­стью, поэтому ее исполь­зуют в продовольственном машиностроении и других отраслях для различных свариваемых емкостей, взаимодействующих со слабоагрессивными среда­ми (водяным паром, вод­ными растворами солей). Кроме того, эту сталь ис­пользуют как жаростой­кую (до 700°С) для дета­лей печей. Сталь 30Х13 более прочна, и ее применяют в овощеперерабатываю­щей и хлебопекарной промышленности для деталей, ис­пытывающих повышенный износ и соприкасающихся с агрессивными средами (ножи, пружины, подшипники, корпуса насосов). Стали с большим содержанием хрома (17…18 %) об­ладают соответственно более высокой коррозионной стойкостью. Они испытывают превращение лишь при повышенном содержании углерода, и их используют, после закалки и различного отпуска, для изготовления узлов механизмов, требующих повышенной прочности. Кроме того, их применяют в широком диапазоне рабочих температур, но не выше 900 °С. Сталь 95Х18 используют для коррозионностойких под­шипников, втулок, колец и обойм. В рыбоперерабатыва­ющей промышленности ее применяют для изготовления дисковых ножей. Свариваемость сталей 08Х17Т и 12Х17Т недостаточно хорошая. В малых сечениях их сваривают контактной сваркой. Тем не менее эти стали рекомендуются как за­менители высоконикелевой стали 12Х18Н10Т для изго­товления емкостей, не испытывающих больших ударных нагрузок (котлов для варки пищевых продуктов, коро­бов сушилок). Высокохромистые стали (с 25…28 % Cr) в основном используют как жаростойкие при температурах до 1050…1150 °С для различных деталей печей. Такие стали отно­сятся к ферритному классу. При длительном выдержи­вании в области температур 540…550 °С могут охрупчиваться вследствие выделения  - фазы. Сталь 15Х25Т применяют для сварных жаростойких конструкций, не подвергающихся ударным нагрузкам (трубы теплообменных аппаратов, емкости и др.). Хромоникелевые и сложно легированные коррозионно­стойкие стали По структуре хромоникелевые стали принадлежат либо к аустенитному, либо к аустенитно-мартенситному или же к аустенитно-ферритному классу (рис. 11). Наличие уг­лерода в этих сталях приводит к образованию специаль­ных карбидов, преимущественно типа М23С6. В сталях аустенитно-ферритного класса соотношение  - и  - фаз может очень сильно меняться даже от неболь­ших вариаций в содержании легирующих элементов (да­же в пределах марочного состава), что приводит к рез­ким колебаниям свойств. Это является одним из основ­ных недостатков сталей данного класса. Другим недостатком хромоникелевых ферритно-аустенитных ста­лей является выделение  - фазы, происходящее при длительной эксплуатации в области 500…650 °С. Присадка упрочняющих ферритообразующих элементов (Cr, Si, Nb, Ti, Al) ускоряет образова­ние  - фазы, а присадка аустенитообразующих элементов (Ni, N, C) замедляет. Следовательно, об­разования  - фазы можно избежать путем подбора соста­ва стали и режимов ее термической обработки. Рис. 11. Классификация коррозионностойких хромоникелевых сталей по структуре Аустенитная струк­тура в этих сталях со­храняется за счет фак­торов, приводящих к подавлению    превращения, и в том чи­сле вызывающих сни­жение мартенситной точки Мн. Достигается это путем добавления элементов, расширяющих область устойчивости аустенита. Фактически реализуемая структура, а следова­тельно, и свойства та­ких сталей зависят от скорости их охлаждения. При быстром охлаждении (за­калке) с температур 1050…1100 °С они сохраняют аустенитную структуру и остаются относительно мягкими. Медленное же охлаждение этих сталей противопока­зано, потому что в процессе медленного охлаждения по границам зерен могут выделяться карбиды и другие сое­динения (так же как и при отпуске 500…650 °С) и вы­звать явление межкристаллитной коррозии. Эффект межкристаллитной коррозии обусловлен тем, что на образо­вание карбидов расходуется хром и в слоях металла, граничащих с карбидами, его остается не более 10…12 % и по границам зерен происходит разрушение. Для предотвращения межкристаллитной коррозии стали легируют титаном и ниобием, связывающими угле­род в более прочные карбиды и тем самым сохраняющи­ми хром в растворе. Невысокая прочность сталей с аустенитной структу­рой позволяет легко обрабатывать их прокаткой и штам­повкой. В сталях аустенитно-мартенситного класса прочность зависит от режимов термической обработки. Для получе­ния высокопрочных состояний их после закалки подверга­ют обработке холодом (для завершения мартенситного превращения) и затем отпускают при 450…500 °С. После такой обработки аустенит и отпущенный мартенсит обес­печивают В = 900…1200 МПа. Наибольшее распространение из трех вышеуказанных классов сталей получили аустенитные. Стали 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 08Х22Н6Т не склонны к межкристаллитной коррозии. Эти стали, а также хромомарганцевые и хромомарганцевоазотистые применяют для изделий, полу­чаемых штамповкой и cваркой (различные емкости, тру­бопроводы, камеры и т. п.) в машиностроении, судострое­нии, авиационной и химической промышленности. В продовольственном машиностроении стали 12Х18Н9 и 12Х18Н10Т используют для изделий, аппаратов и сосу­дов, работающих в непосредственном контакте с агрес­сивными пищевыми продуктами (емкости, трубопроводы, фильтры), а также аппаратов, контактирующих с разбав­ленными растворами щелочей и солей, растворами ук­сусной и фосфорной кислот. Из стали 12Х18Н10Т изго­тавливают корпуса и детали, работающие под давлением при температурах от - 196 0С до + 600 0С, а при наличии агрессивных сред - до + 350 0С. В качестве заменителя сталей 12Х18Н9 и 12Х18Н10Т в сварных емкостях и тру­бопроводах, работающих в окислительных агрессивных средах, используют сталь 08Х18Г8Н2Т. Для замены стали 12Х18Н9 как конструкционного материала, обладающего стойкостью против окисления в атмосферных условиях (до 800 °С), а также для дета­лей насосов в винодельческой и хлебоперерабатывающей промышленности предлагается сталь 20Х13Н4Г9. Детали и оборудование, имеющие непосредственный контакт с пищевыми продуктами, моющими средами (в мясомолочной, сыродельной, хлебопекарной и дру­гих отраслях промышленности), изготавливают из ста­лей 10Х14АГ15, 12Х17Г9АН4. В качестве высокопрочного коррозионностойкого кон­струкционного материала (пружины, втулки) использу­ют сталь 09Х15Н8Ю. В последние годы во многих отраслях промышленно­сти, в том числе и в продовольственном машиностроении, с целью экономии дорогостоящих высоколегированных сталей, начинают применять биметаллы. Листы основного металла (из углеродистой или низколегированной ста­ли) плакируют тонким слоем коррозионностойкого ма­териала. Так, углеродистую сталь Ст3кп плакируют сталями 15Х25Т, 08Х17Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13МЗТ; низколегированную сталь 10ХСНД плакируют сталями 08Х13, 08Х18Н10Т, 06ХН28МДТ и др. В продовольственном машиностроении биметаллы ис­пользуют для изготовления молочных цистерн, заквасочных емкостей, деталей и узлов установок рафинирования масла, корпусов теплообменной аппаратуры в сахарной промышленности, в аппаратах для тепловой переработки мясных продуктов и многих других областях. 1.4.2. Высококоррозионностойкие сплавы на основе железа и никеля Повышение температур, давлений и агрессивности сред характерно для всех отраслей народного хозяйства, что потребовало использования новых коррозионностойких материалов с аустенитной структурой, а также дисперсионно-твердеющих, упрочняемых карбидами и интерметаллидами. Так, для осуществления высокотемпературных про­цессов в нефтехимической промышленности используют сплав с аустенитной структурой ХН32Т, сочетающий вы­сокую коррозионную стойкость с удовлетворительной жаропрочностью и структурной стабильностью, а для рабо­ты в пароводяных средах с температурами длительной эксплуатации до 650 °С - сплав 02ХН40МБ, структура которого в закаленном состоянии - аустенит с редкими включениями первичных карбидов ниобия. Исключительно высокой коррозионной стойкостью в соляной, серной, фосфорной кислотах, а также в хло­ридах и органических кислотах отличаются сплавы на основе системы Ni - Mо (с содержанием до 25…30 % Мо). Для промышленных сплавов типа Н70МФВ (с содер­жанием 27 % Мо) скорость коррозии в кипящей соляной кислоте (концентрации 15…21 %) не превышает 0,3…0,4 мм/год, а в кипящих растворах, содержащих 10…40 % Н2SO4 даже 0,1 мм/год. В уксусной кислоте очень высо­кую коррозионную стойкость сплавы проявляют в при­сутствии бромидных солей. Сплав Н70МФВ-ВИ (вакуумно-индукционной выплавки) отличается повышенной стойкостью против межкристаллитной коррозии, харак­терной для сварных соединений; его после сварки необ­ходимо подвергать термической обработке. Этот сплав используют в машиностроении для изготовления круп­ных емкостей и трубопроводов, эксплуатирующихся в очень агрессивных средах. Сплав Н65М-ВИ примерно в два раза более стоек в кипящей соляной кислоте и на порядок - в кипящей серной кислоте по сравнению со сплавом 70МВФ-ВИ, но он менее прочен. Высокой коррозионной стойкостью в окислительных средах (кипящих азотной и хромовой кислотах), высокой жаростойкостью, а также стойкостью, в атмосферах, со­держащих хлор, фтористый водород, обладают упрочня­емые в результате термической обработки сплавы на никельхромовой основе, из числа которых промышленное использование получили ХН58В, ХН78Т и др. Сплав ХН78Т применяют как жаростойкий до 1000 °С, а также как конструкционный материал, стойкий до 540 °С во фтористом водороде и фторе, хлористом водороде и хло­ре. Сплав ХН58В используют для сварных конструкций (например, травильных ванн), работающих в растворах азотной кислоты с присутствием ионов фтора. Высокой коррозионной стойкостью в кипящих раст­ворах уксусной и муравьиной кислот, в растворах орга­нических кислот и ряда других агрессивных сред окисли­тельного и восстановительного характера обладают спла­вы системы Ni - Сr - Мо, например ХН65МВ, ХН60МБ и др. Наряду с уникальной коррозионной стойкостью эти сплавы высокопластичны, не охрупчиваются при 600…800 °С, имеют хорошую окалиностойкость (до 1000 °С в окислительных средах), немагнитны. Применяют их в химическом машиностроении, в теп­лообменниках при производстве уксусной кислоты, минеральных удобрений и других материалов. Скорость коррозии сплава ХН60МБ (в однофазном состоянии после закалки с 1150…1200 °С) в 10…30 %-ных растворах Н2SiF6 (кремнефтористоводородной кислоте) при 80 °С не превышает 0,5 мм/год. При производстве сложных минеральных удобрений из фосфорсодержащего сырья рекомендуется сплав ХН63МБ с меньшим суммарным количеством хрома и молибдена (Сr + Мо = 36 %). Продолжающийся рост требований к стойкости мате­риалов стимулирует разработку новых сплавов, расши­ряет их применение. Следует, однако, отметить, что все возрастающий дефицит легирующих элементов застав­ляет искать принципиально новые пути обеспечения вы­сокой коррозионной стойкости (методы ионной имплан­тации, плазменной обработки коррозионностойких покры­тий), создание композиционных, коррозионностойких сплавов и другие способы. 1.5. Конструкционные жаропрочные стали и сплавы Сплавы, работающие при повышенных температурах (> 500 °С) называются жаропрочными. Их используют в газовых турбинах самолетов и кораблей, промышлен­ных энергетических установках и автомобилях, в косми­ческих кораблях, ракетных двигателях, нефтехимическом оборудовании и других объектах, работающих при высо­ких температурах. К числу деталей, работающих при указанных и более высоких температурах, относятся ра­бочие и направляющие лопатки газовых турбин, диски и корпуса камер сгорания ракетных двигателей и т. п. К материалам, работающим определенное время при высоких температурах, независимо от их назначения, предъявляют комплекс требований, основным из которых является жаропрочность. Жаропрочностью называется сопротивление пластичес­кой деформации при длительном воздействии нагрузки в области повышенных температур. Кроме жаропрочно­сти сплавы, работающие при повышенных температурах, должны обладать хорошей жаростойкостью и техноло­гичностью. Конкретный выбор материалов для изготов­ления тех или иных деталей определяется условиями их службы. Так, для рабочих лопаток турбин, которые в процессе работы подвергаются растягивающим напря­жениям порядка 140 МПа при переменных температурах от 650 до 1000 °С кроме высокой жаропрочности мате­риал должен обладать соответствующей пластичностью, сопротивлением циклической и термоциклической уста­лости (нагрев - охлаждение), низким коэффициентом термического расширения, повышающим сопротивление термической усталости, иметь высокую стойкость к окис­лению при взаимодействии с продуктами сгорания топ­лива. Жаропрочные материалы можно разделить на четыре группы: 1) жаропрочные стали; 2) стареющие сплавы; 3) ис­кусственные композиционные материалы (упрочненные дисперсными частицами или волокнами тугоплавких или высокопрочных соединений; 4) естественные волокнистые материалы - направленно-закристаллизованные эвтек­тики. 1.5.1. Особенности поведения сплавов в условиях нагружения при повышенных температурах Рис. 12. Кривые ползучести при постоянном напряжении и различных температурах На рис. 12 участок ОА соот­ветствует упругой и пластической деформации, возникающей в мо­мент приложения нагрузки. За­тем деформация возрастает. Обыч­но различают три стадии этого роста. Первая стадия ползучести (или логарифмическая) участок АВ на кривой. Эта ползучесть наблюдается преимущественно при низких температурах, когда возврат свойств незна­чителен. Поэтому в результате деформации металл упрочняется, и скорость ползучести с увеличением вре­мени уменьшается. Логарифмической она называется потому, что на этой стадии удлинение пропорционально логарифму времени. Вторая стадия - линейна. Это - стадия установив­шейся ползучести, и наиболее явно она проявляется при высоких температурах. Здесь происходит равновесие про­цессов деформационного упрочнения и возврата. Эта ста­дия ползучести наиболее важна, так как с ней связана основная часть деформации, которую испытывают детали, работающие под нагрузкой в условиях высоких тем­ператур. Третья стадия ползучести, на которой начина­ется быстрое возрастание деформации, - стадия приво­дящая к разрушению. Разрушение начинает развиваться уже в начале этой стадии: по границам зерен появляют­ся поры, которые начинают расти и объединяться друг с другом, что приводит к появлению на границах зе­рен трещин и их развитию, приводящему к разру­шению. В деформацию при ползучести вклад вносят три про­цесса: 1) сдвиг внутри зерен, 2) межзеренное скольже­ние, 3) процессы переползания дислокаций и вакансий. Причем относительный вклад этих механизмов меняется в. зависимости от скорости деформации и температуры. Чем выше температура и меньше скорость деформации, тем большую роль играет скольжение по границам зерен и процессы переползания дефектов. Механизмы торможения дислокаций, приводящие к замедлению ползучести, очень разнообразны - дисперсные частицы избыточных фаз, дефекты упаковки, дислокационные сетки и др. Естественным путем повышения жаропрочности явля­ется выбор более тугоплавких металлов. Но, даже в сплавах на одной и той же основе, температурный ин­тервал жаропрочности можно значительно повысить пу­тем легирования. Повышение жаропрочности при легиро­вании тугоплавкими элементами (Мо, W, Та, Nb и др.) обусловлено в основном замедлением процессов диффузии. Легирование упрочняет основу сплава, повышает температуру рекристаллизации. Легирование же такими относительно нетугоплавкими элементами, как алюми­ний и титан, - повышает жаропрочность за счет выде­ления упрочняющих интерметаллидных фаз. Наконец, совместное легирование углеродом и карбидообразующими элементами – V, Cr, Ta, Mo и др., способствуя карбидному упрочнению, увеличивает и жаропрочность. Иногда сочетают карбид­ное упрочнение с интерметаллидным. Для получения максимальной жаропрочности важно создать не только определенную микроструктуру (т. е. выделение и распределение тех или иных упрочняющих фаз), но и обеспечить получение определенной макро­структуры (размера и формы зерен). Это требование обусловлено тем, что при высоких температурах (выше 0,6…0,7 Тпл) по границам зерен происходит проскальзывание, причем доля проскальзывания может достигать 90 % общей деформации. Увеличение размера зерна при­водит к уменьшению площади границ зерен и снижает скорость ползучести. Следовательно, более высокие свой­ства будут у сплавов с крупным зерном. Не случайно сейчас в технике развиваются методы получения литых монокристаллических деталей, в которых границы зерен вообще отсутствуют. Наряду с необходимостью увели­чения размеров зерна требуется воздействовать и на со­стояние границ зерен. Легирование сплавов B, Ce, Hf и другими элементами приводит к за­труднению проскальзывания. Еще одним путем, используемым для повышения жа­ропрочности, является улучшение технологии выплавки. Наиболее эффективным и перспективным металлурги­ческим методом улучшения жаропрочности является ис­пользование направленной кристаллизации, при которой получается специально ориентированная структура, спо­собствующая повышению длительной прочности при температуре эксплуатации сплава. Рабочие температуры сплавов, применяемых для изготовления лопаток га­зовых турбин, можно повысить с 900 до 1000 °С методом направленной кристаллизации. 1.5.2. Жаропрочные стали различных классов В зависимости от структуры жаропрочные стали под­разделяют на принадлежащие к мартенситному, мартенситно-ферритному или ферритному классу; при этом используются также более дорогие стали аустенитно-мартенситного, аустенитно-ферритного и аустенитного класса. Стали мартенситного класса (часто называемые сильхромами) содержат примерно 0,4 % С (0,35…0,45); 9…10 % Сr, 2…3 % Si. К сталям этого типа принадле­жат, например 4Х9С2, Х6СМ, 1Х12Н22ВМФ и др. Для снижения склонности к отпускной хрупкости их легиру­ют молибденом (примерно до 1…1,5 %). Эти стали ис­пользуют в основном для изготовления выхлопных кла­панов автомашин, тракторов и т.д. Рабочая температура их эксплуатации не должна превышать 700 °С. Стали мартенситно-ферритного класса - это высоко­легированные стали с содержанием 11…12 % Сr и не­большими добавками Mo, W, V, образующими карбиды, упрочняющими сталь и повы­шающими сопротивление ползучести. К сплавам этого класса относят такие марки, как 1Х11МФ, 1Х12ВНМФ, 18Х11МФБ, 1Х12В2МФ. Их применяют для изготовления дисков, лопаток и затворов газовых турбин, работаю­щих до 10000 ч при температурах 600…650 °С. Эти стали используют, как правило, в термически обработанном состоянии, т.е. после закалки с 1000…1050 °С и отпуска при 650…720 °С. Иногда их легируют ниобием. Стали ферритного (ферритно-перлитного) класса - это низкоуглеродистые стали, с содержанием около 0,2 % С, легированные хромом (в количестве 2…3 %), молибденом, вольфрамом и ванадием (каждого менее чем по 1 %).. Молибден, ванадий и хром остаются в твердом растворе и повышают устойчивость феррита; легирование ванадием необходимо для выделения карбидов, повышающих длительную прочность. Эти стали применяют в области температур 500…550 °С для дисков и роторов газовых турбин, крепежных деталей, для труб котлов высокого давления с температурой пара до 500…530 °С. Марки сталей этого класса - 12МХ, 15МХ, 20Х3МВФ. Последняя сталь при кратковременных выдержках может быть использована при температурах до 580 °С. Стали аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные содержат 13…28 % Сr; 2…13 % Ni, а также мар­ганец, титан, алюминий. К этому классу относят такие марки, как 2Х13Н4Г9, Х15Н9Ю, 2Х17Н2, Х23Н13 и другие. Из-за большей растворимости углерода в аустените, по сравнению с ферритом, стали аустенитного класса от­личаются более высокой жаропрочностью, по сравнению со сталями на ферритной основе. Аустенитные стали отличают как по способу упрочнения, так и по свойствам и областям их применения. Различают стали не упрочняемые термической об­работкой и стали с карбидным и интерметаллидным уп­рочнением. Не упрочняемые термической обработкой аустенитные стали (типа 12Х18Н10Т, 08Х23Н18, 09Х14Н16Б и др.) используют в закаленном с 1050…1100 °С состоя­нии. Их условно считают однофазными, хотя в действи­тельности они содержат небольшое количество карбонитридов (для предотвращения межкристаллитной корро­зии). Эти стали используют при рабочих температурах до 700 °С, главным образом, в тех областях, где требуется сочетание жаропрочности с высокой жаростойкостью. Аустенитные стали с карбидным упрочнением - это высокохромистые стали, содержащие 0,1…0,4 % С и ле­гированные одним или несколькими карбидообразующими элементами - титаном, ниобием, ванадием или мо­либденом (например, 1Х25Н25ТР, 37Х12Н8Г8МФБ и др.). Их термическая обработка состоит в закалке с 1050…1100 °С в воде и отпуске при 650…700 °С, в ре­зультате которого из аустенита выделяются карбиды, повышающие жаропрочность. Эти стали применяют для изготовления клапанов двигателей, различных деталей газовых турбин, работающих в интервале температур 600…700 °С, а при умеренных напряжениях - до 800…850 °С. После эксплуатации при рабочих температурах в ста­лях могут выделяться частицы как  - фазы, типа FeCr, так и других избыточных фаз, приводящих к охрупчиванию. Аустенитные стали с интерметаллидным упрочнением обладают наибольшей жаропрочностью. Упрочнение про­исходит после старения закаленных сталей, при котором выделяются частицы интерметаллидных фаз типа Ni3Ti, Fe2Ti, Nb3Al и др. Повышения жаропрочности аустенитной матрицы, кроме легирования титаном, ниобием, молибденом и танталом, добиваются добавками хрома, вольфрама и молибдена. Такие стали обычно закали­вают с 1100…1150 °С на воздухе, а старение проводят при 700…750 °С в течение 15…20 ч. Из сталей типа Х12Н20ТЗР, ХН35ВТЮ, Х14Н14В2М и др. изготавливают высоконагруженные детали, рабо­тающие при 600…750 °С в окислительных атмосферах (кольца, корпуса, диски и лопасти турбин). Аустенитные стали пластичны, хорошо свариваются, и поэтому сталь Х12Н20ТЗР используют для изготовле­ния деталей сложных форм с высокой прочностью, со­храняющейся до 750—800 °С. Обрабатываемость резанием аустенитных сталей хуже, чем перлитных. В процессе длительной эксплуа­тации они могут охрупчиваться не только из-за выделе­ния частиц  - фаз (типа FeCr , FeМо), но и интерметаллидов типа фаз Лавеса (Со2Мо, Fe2W и др.). Для пре­дотвращения их разрушения после определенного срока службы детали из этих сталей подвергают повторной термической обработке, состоящей из закалки с 1100…1150 °С, при которой указанные фазы растворяются, и повторного старения при 700…750°С, 15…20 ч. Для снижения охрупчивания и частоты повторной термической обработки готовых изделий в хромоникелевые аустенитные стали иногда вводят бор. При этом высокая жаропрочность достигается за счет боридной эвтектики, выделяющейся по границам зерен. Эта эвтек­тика сама по себе не подвержена охрупчиванию, и ее присутствие в сталях приводит к улучшению пластиче­ских свойств именно при рабочих температурах. 1.5.3. Жаропрочные сплавы на основе никеля и кобальта Жаропрочные сплавы на никелевой основе в большин­стве своем относятся к числу стареющих, т. е. таких, в которых упрочнение происходит за счет выделения ча­стиц упрочняющих фаз. Эти сплавы получили наиболее широкое распространение в быстро развивающихся от­раслях техники. Стареющие сплавы на никелевой и кобальтовой ос­новах применяются как в деформированном, так и в ли­том состояниях. Причем литым сплавам присуща более высокая жаропрочность, так как в них можно повы­сить содержание упрочняющей фазы (рис. 13). Рис. 13. Жаропрочность (300-часовая длительная прочность) литых никелевых сплавов по сравнению с лучшим деформируемым сплавом - нимоник-115: 1 – нимоник-115; 2 – нимокаст-713; 3 - никонель 738; 4 – нимокаст РК24 Литые спла­вы широко применяют для из­готовления как статически, так и динамически нагружаемых деталей, особенно там, где ве­лика стоимость механической обработки. Сплавы на кобальтовой ос­нове несколько уступают ни­келевым в жаропрочности, но обладают преимуществом в коррозионной стойкости, осо­бенно по отношению к серни­стым соединениям. У лучших кобальтовых сплавов жаро­прочность сохраняется до 1000°С, а коррозионная стой­кость до 1100…1100 °С. Одна­ко кобальтовые сплавы исполь­зуют очень мало из-за дефицитности и дороговизны ко­бальта. Основное упрочнение и никелевых и кобальтовых сплавов связано с выделением при старении упорядо­ченных  - фаз, соответственно Ni3А1 и Co3Ti или же бо­лее сложных составов, например (Ni, Co, W)3(Al, Ta, Cr). Особенностью этих фаз является аномальное увели­чение их прочности с повышением температур до 0,5…0,6 Тпл. Так, например, прочность фазы, соответствую­щей по составу чистому Ni3Аl, при 700 °С в четыре раза выше, чем при комнатной температуре. Легирование ее такими элементами, как титан, вольфрам, ниобий и тан­тал, не только увеличивает абсолютные значения проч­ности, но повышает также температуру, соответствую­щую максимуму прочности. Причиной увеличения проч­ности этих упорядоченных фаз с температурой является растущая возможность возникновения сверхдислокаций и специальные механизмы их торможения в решетках упорядоченных фаз. Рис. 14. Температурно-ориентационная зависимость предела текучести монокристаллов Ni3А1 Второй отличительной особенностью - фаз является то, что в них сильно проявляется анизотропия механиче­ских свойств. И что особенно важно - температура со­ответствующая максимальным значениям прочности Тмax зависит от ориентации кри­сталлов. Так, например, в монокристаллах Ni3А1, ори­ентированных по направле­нию <111>, температура максимума прочности равна 650°С, а при ориентации в направлении <100> она составляет 800°С (рис. 14). В стареющих сплавах указанные аномальные свой­ства  - фаз проявляются тем сильнее, чем выше в них содержание  - фазы. Поэто­му современные жаропроч­ные сплавы на никелевой и кобальтовой основах содер­жат до 50…60 % (объемн.)  - фазы. Современные стареющие высокожаропрочные сплавы легируют большим числом элементов (Mo, Сr, А1, Тi, Ni, W, Та). Такие сложнолегированные материалы получили название суперсплавов. Усложнение их составов осу­ществляется по принципам так называемого рациональ­ного легирования (т.е. с учетом влияния элементов на прочностные и пластические характеристики). Так для повышения объемной доли упрочняющих интерметаллидных фаз, сплавы легируют алюминием и титаном. Было установлено, что оптимальное содержание этих элементов по отдельности или в сумме не должно пре­вышать 7…8 %. Для повышения структурной стабильности, т.е. величины Тмax, сплавы легируют тугоплавкими элементами: танталом, вольфрамом и ниобием. Эти элементы, а также хром, кобальт и молибден вводят в сплавы для упрочнения и матричного твердого раствора. Легирование проводят так, чтобы матрица и  - фазы имели как можно более близкие периоды их кристаллических решеток, поскольку установлено, что равенство параметров решеток способствует выделению частиц равноосной формы, сохранению когерентной связи матрицы с  - фазой и повышению жаропрочности. Элементами, уменьшающими различие в периодах решеток матрицы и  - фазы, являются хром, молибден и железо. Для по­вышения сопротивления высокотемпературной газовой коррозии используют не только хром, молибден, но и ко­бальт, а также ниобий и микродобавки (в количествах 0,01…0,1 % Zr, В, Hf, Y, Се и др.). Для улучшения высокотемпературной пластичности, как уже отмечалось, вводят до 0,6 % В. Наряду с интерметаллидным для жаропрочных никелевых и кобаль­товых сплавов применяют и чисто карбидное упрочнение. Легирование сплавов элементами W, Мо, Та, Сr, Тi в сочетании с высоким содержанием углерода (до 0,6…0,7 %) обеспечивает упрочнение за счет мелкодисперсных карбидов. Но при высоких температурах карбидное упрочнение менее устойчиво по сравнению с интерметаллидным. В процессе длительных выдержек при высоких температурах карбиды изменяют свой состав, морфоло­гию и даже кристаллическую структуру, что увеличивает скорость ползучести. Карбидное упрочнение сочетают с интерметаллидным, однако в этих случаях сужаются пределы изменений в содержании углерода до 0,02…0,25 %. При содержаниях углерода менее 0,02 % объем­ная доля карбидов мала и решающее влияние оказывает интерметаллидное упрочнение, а при содержаниях угле­рода больше 0,25 % наблюдается избыточное выделение карбидов, приводящее к охрупчиванию сплавов. Известно, что соотношение прочностных и пластиче­ских свойств в двухфазных и многофазных сплавах за­висит от структуры сплава. Для создания оптимальной структуры стареющих жаропрочных сплавов используют термическую, а в последнее время и термомеханическую обработку. Конкретный выбор режимов термической об­работки зависит от состава сплава, так как от этого за­висит фазовый состав и морфология выделяющихся фаз. Для обоснованного назначения режимов термических обработок строят диаграммы в координатах температу­ра-время-превращение, получивших в иностранной литературе название Т-Т-Т диаграмм. Для получения необходимых свойств в сложнолегированных жаропроч­ных сплавах, как правило, применяют и сложные терми­ческие обработки: двух-, трехступенчатые и более сложные режимы старения. Термической обработке подверга­ют как деформированные, так и литые сплавы. Отметим, что термомеханическая обработка жаро­прочных сплавов позволяет повысить прочностные свой­ства без снижения пластичности. 1.6. Инструментальные стали и сплавы Классификация инструментальных сталей К инструментальным относится большая группа сталей и сплавов, используемых для обработки материалов резанием и дав­лением и обладающих после термической обработки вы­сокой твердостью, прочностью и износостойкостью. Ча­ще всего инструментальные стали подразделяют на не­теплостойкие, полутеплостойкие и теплостойкие (табл. 11). В зависимости от их назначения стали делят на (табл. 12): стали для режущих инструментов, штамповые стали для холодного и горячего деформирования и стали для точных инструментов. Инструментальные стали получают либо обычным ме­таллургическим переделом, ли­бо методом порошковой ме­таллургии. К числу основных свойств инструментальных сталей (по­сле окончательной термической обработки) относят механиче­ские, тепловые, некоторые фи­зические и химические. Зада­чей металловедов является обеспечение оптимального со­четания свойств сталей для конкретных условий службы. Повышенные требования предъ­являют к износостойкости, со­противлению пластической де­формации, усталостному раз­рушению, сопротивлению удар­ным нагрузкам, к теплостойкости и разгаростойкости. Ва­жнейшим свойством является твердость. Инструменты с низкой твердостью под действием возникающих в про­цессе работы напряжений, быстро теряют форму, разме­ры и работоспособность. С увеличением твердости возрастает износостойкость и предел выносливости (рис. 15 и 16). Уменьшается также налипание металла на инструмент и улучшается чистота обрабатываемой по­верхности. При разных термических обработках твер­дость инструментальных сталей изменяется в широких пределах. Ее максимальные значения у некоторых инструментальных сталей (быстрорежущих) достигают 68…70 HRC. Твердость нетеплостойких и некоторых по­лутеплостойких сталей определяется главным образом содержанием углерода в мартенсите и с повышением его концентрации увеличивается. В теплостойких сталях твердость определяется в большой степени дисперсно­стью карбидов и интерметаллидов. Такие факторы, как величина исходного зерна и распределение первичных карбидов по размерам, на твердость не влияют вообще. Однако величина зерна оказывает значительное влияние на прочность и вязкость стали. Таблица 11 Химический состав инструментальных сталей Сталь C Si Cr W Mo V Другие элементы Нетеплостойкие стали У10 У12 У13 7Х3 6ХС ХВГ 0,95… 1,05 1,15… 1,25 1,25… 1,35 0,65… 0,75 0,6…0,7 0,90… 1,05 0,15… 0,3 0,15… 0,3 0,15… 0,3 0,15… 0,35 0,6… 1,0 0,15… 0,35 0,15 0,15 0,15 3,2… 3,8 1,0… 1,3 0,9… 1,2 - - - - - 1,2… 1,6 - - - - - - - - - - - - 0,15…0,3 Mn 0,15…0,3 Mn 0,15…0,3 Mn 0,15…0,4 Mn 0,15…0,4 Mn 0,8…1,1 Mn Полутеплостойкие стали Х12ВМ 6ХВ2С 9Х18 Х18МФ 5ХГМ 20ХНМ 2,0…2,2 0,55… 0,65 0,9…1,0 1,17… 1,25 0,50… 0,60 0,2 0,20… 0,40 0,5…0,8 0,5…0,9 0,5…0,9 - - 11,0… 12,5 1,0…1,3 17,0… 19,0 17,5… 19,0 0,6…0,9 0,5…0,8 0,5… 0,8 2,2… 2,7 - - - - 0,6… 0,9 - - 0,5… 0,8 0,15… 0,3 0,15… 0,3 0,15…0,30 - - 0,1… 0,2 - - - 0,15…0,4 Mn - - 1,2…1,6 Mn 1,4…1,8 Ni 0,5…0,8 Mn Теплостойкие стали (быстрорежущие) Р9 Р18 Р6М5 Р8М3 4Х2В5МФ 4Х5В2ФС Р12Ф4К5 Р6М5К5 0,85… 0,95 0,70… 0,80 0,80… 0,85 0,80… 0,90 0,3…0,4 0,35… 0,45 1,25… 1,40 0,80… 0,88 - - - - - 0,8…1,1 - - 3,8…4,4 3,8…4,4 3,8…4,4 3,6…4,0 2,2…3,0 4,5…5,5 3,5…4,0 3,8…4,3 8,5… 10,0 17,0… 18,5 5,5… 6,5 7,6… 8,4 4,5… 5,5 2,4… 2,6 12,5… 14,0 6,0… 7,0 До 1,0 До 1,0 5,0… 5,5 3,0… 3,5 - - до 1,0 4,8… 5,8 2,0… 2,6 1,0… 1,4 1,7… 2,1 1,6… 1,9 0,2… 0,5 0,8… 1,2 3,2… 3,8 1,7… 2,2 - - - - - 0,15…0,5 Mn 5,0…6,0 Со 4,8…5,3 Со Таблица 12 Режимы термических обработок инструментальных сталей различного назначения Сталь Tзак, 0С Tотп, 0С Твердость HRC Назначение инструмента Стали для металлорежущих инструментов Р9 Р18 1220…1240 1270…1290 550…570 550…570 63…65 63…65 Резцы, резцовые головки, фрезы, свер­ла, метчики, плашки, ножовочные полотна и др.­ Р12ФЗ 1235…1250 550…570 64,5…66 То же Р6М5 1200…1220 555…565 63…65 » » Р8МЗ 1230…1245 560…570 60…61 Напильники для обработки твердых металлов 9Х18 1050…1075 220…250 57…60 Ножовки для пищевой промышленности ­ Х18МФ 1050…1075 220…250 58…60 То же 6ХС 900…920 180…200 54…58 Ножи для резки табака и кожи Стали для измерительных инструментов 9ХС 840…860 140…180 63…64 Измерительные плитки ХВГ 830…850 140…170 63…64 То же 20Х 790…810 150…180 61…63 Шаблоны, линейки, лекала Штамповые стали для холодного деформирования У10 810…825 180…200 57…59 Вытяжные штампы У12 810…835 180…200 57…59 То же Х12ВМ 1080…1100 150…180 62…63 Вырубные штампы 7ХГ2ВМ 870…890 325…350 52…54 Для пресс-форм полимерных материалов, для вырубных и отрезных штампов Штамповые стали для горячего деформирования 5ХГМ 820…860 500…540 40…46 Для молотовых штампов 4Х2В5МФ 1050…1080 600…650 48…50 Штампы для деформирования легированных сталей ­ 4Х5В2ФС 1030…1060 580…620 48…50 То же 20ХНМ 820…840 220…230 57…58 Для пресс-форм полимерных материалов Повышение твердости может приводить и к повышению стойкости инструмента связь между твердостью и прочностью, наблю­дающаяся обычно в конструкционных сталях, в инстру­ментальных может наблюдаться лишь при низких зна­чениях этих свойств. Рис. 15. Удельный износ (по массе) быстрорежущих сталей в зависимости от твердости (резание стали 45 со скоростью 20…25 м/мин, сечение стружки 0,2х0,2 мм) Рис. 16. Механические свойства инструментальных ста­лей в зависимости от температуры отпуска Для инструментов с повышенными требованиями к вязкости высокую твердость создают обычно лишь в поверхностных слоях, т. е. в рабочей кромке инструмента, а в его сердцевине обеспечивают высокую вязкость, что является выгодным, так как удар­ные нагрузки передаются на всю площадь сечения инст­румента. Очень важным свойством для инструментальных ста­лей является сопротивление хрупкому разрушению, на которое влияют не только содержание углерода в мар­тенсите и количество остаточного аустенита, но также величина зерна, структура границ зерен, дисперсность и распределение карбидов. С увеличением размеров зер­на и усилением неоднородности в распределении карби­дов прочность инструментальных сталей снижается. Для определения прочности инструментальных ста­лей применяют обычно испытания на изгиб и реже на кручение. Испытания на изгиб создают напряженное со­стояние, аналогичное возникающему при работе инст­румента, и более точно, чем испытания на растяжение и сжатие, отражают влияние структуры (следовательно, состава и термической обработки) на свойства. Сопротивление усталостному разрушению важно для инструментальных сталей, используемых для штампового инструмента, работающего при знакопеременных на­грузках. Вязкость характеризует сопротивление образо­ванию трещин и их распространению под действием ударных нагрузок. При повышении вязкости возрастает износостойкость рабочей кромки. В сталях высокой твердости для повышения вязкости применяют легиро­вание элементами, измельчающими зерно. Под теплостойкостью понимают способность стали сохранять структуру и свойства, необходимые для ра­боты инструмента при нагреве кромки в процессе экс­плуатации. Повышение теплостойкости достигается пу­тем комплексного легирования, обеспечивающего боль­шее количество упрочняющих фаз (карбидов и интерметаллидов). Так, например, легирование кобаль­том быстрорежущей стали приводит к повышению ее теплостойкости с 610…615 °С до 640…650 °С, что позволяет повысить скорости резания и стойкость режущих инструментов. Такое легирование приводит одновременно и повышению ударной вязкости. Теплостойкость оп­ределяется по температуре нагрева, при которой начина­ет быстро развиваться необратимое изменение структу­ры, приводящее к изменению свойств и унижению стойкости инструмента. Определяют теплостойкость пу­тем измерений холодной и горячей твердости. Разгаростойкость (сопротивление термической уста­лости) определяется сопротивлением стали образованию поверхностных трещин под нагрузкой при многократном нагреве и охлаждении. Общепринятого метода испытаний разгаростойкости нет. Чаще всего испытывают цилиндриче­ские образцы, подвергнутые многократному нагреву и ох­лаждению. Разгаростойкость ухудшается при повышении твердости, если это сопровож­дается снижением вязкости. Более высокую разгаростойкость имеют стали с меньшим содержанием углерода. Из физических свойств ин­струментальных сталей наибо­лее важное значение имеют тепловое расширение и устой­чивость против прилипания об­рабатываемого металла к ин­струменту. Из химических свойств главное— окалиностойкость. Износостойкость сталей зависит от структуры инст­рументальной стали, свойств обрабатываемого материа­ла и условий обработки, а также от прокаливаемости стали, определяющей распределение твердости по сече­нию инструмента (рис. 17). При одинаковых условиях охлаждения прокаливаемость зависит от состава аустенита. Прокаливаемость хорошая у высоколегированных теплостойких сталей и полутеплостойких, у менее леги­рованных и углеродистых сталей (нетеплостойких) она гораздо ниже. 1.6.1. Стали для режущего инструмента Стали этой группы делятся на углеродистые, низколеги­рованные и высоколегированные (быстрорежущие). Углеродистые стали после закалки имеют высокую твердость (60…63 HRC), которая сохраняется при низ­ком отпуске (150…180°С). Но твердость углеродистых сталей при нагреве выше 190…200 °С резко падает, по­этому их используют при малой скорости резания не очень твердых материалов. Применяют углеродистые ста­ли для инструментов небольших размеров (зенкеры, свер­ла, пилы для ручных ножовок и др.). Углеродистые стали значительно уступают тепло­стойким в износостойкости, и их использование резко сокращается, несмотря на преимущества, заключающие­ся в большой вязкости, хорошей обрабатываемости и низкой стоимости. Рис. 17. Прокаливаемость углеродистой инструментальной стали У12 Рис. 18. Твердость сталей Р18, Р12Ф3, Р14Ф4 и прочность стали Р12Ф3 при нагреве По сравнению с углеродистыми легированные стали (11ХФ, 13Х, 9ХФ и др.) лучше прокаливаются, и это предотвращает деформацию инструмента и его коробле­ние при термической обработке. Инструменты из этих сталей рекомендуется закаливать в масло или проводить ступенчатую закалку с промежуточным охлаждением в горячей среде). Стали 9ХС, ХВГС имеют повышенную теплостойкость (до 250…260 °С), их применяют для ин­струментов большого сечения (ручных сверл, разверток и т. п.). Но в отожженном состоянии они имеют повышен­ную твердость и их обработка резанием и давлением затруднена. Быстрорежущие стали применяют для изготовления большинства инструментов. От других сталей их отлича­ет, прежде всего, высокая теплостойкость, поэтому их можно использовать при резании с большой скоростью. Применение быстрорежущих сталей вместо углероди­стых позволяет повысить скорость резания в 2…4 раза, а при их интерметаллидном упрочнении - в 5…6 раз. При этом стойкость инструмента возрастает в 10…40 раз. Высокая теплостойкость быстрорежущих сталей обу­словлена специальным легированием (W, Мо, V, Со). Наиболее используемые марки - Р18, Р12, Р6М5, Р6М3. Их применяют для изготовления всевозможных резцов, предназначенных для резания труднообрабатываемых материалов. Для инструментов, от которых требуется более длительная стойкость, применяют стали с твердостью 66…68 HRC (Р6К5, Р9К10, Р18К5Ф2 и др.). Сочетание высокой твердости с высокой теплостой­костью обеспечивается закалкой с высоких температур (1200…1300 °С) и последующим отпуском при 550…560 °С а для некоторых сталей и при 600…650 °С. При­чем отпуск рекомендуется двух- и трехкратный. Высокая твердость и теплостойкость этих ста­лей обусловлена выделе­нием карбидов типа МС, М23С6, М6С, которые при­сутствуют в количестве до 25…30 % (например, в стали Р18), либо интерметаллидов типа Co7W6. Как правило, при закалке быстрорежущих сталей полного превращения не наблюдается, в них сохра­няется остаточный аустенит, снижающий режу­щие свойства. Поэтому иногда для таких сталей применяют обработку хо­лодом. Термомеханическую обработку для быстрорежущих сталей применяют редко, так как выигрыш прочности не­значителен. Для улучшения поверхностного слоя инстру­ментов применяют низкотемпературное цианирование, азотирование, нитроцементацию с последующим оксиди­рованием и другие методы. В результате на поверхности инструмента создается слой, характеризующийся повы­шенной твердостью, износостойкостью и теплостойкостью. Следует отметить, что большинство марок быстроре­жущих сталей содержит дорогой и дефицитный воль­фрам. Поэтому в настоящее время проводится интенсив­ная разработка новых безвольфрамовых марок быстро­режущих сталей. 1.6.2. Стали для штампового инструмента Штампами называют инструменты, изменяющие форму материала без снятия стружки. Стали, используемые для изготовления штампового инструмента, должны обла­дать высоким сопротивлением пластической деформа­ции и износостойкостью, а в некоторых случаях (при разогреве) и повышенной теплостойкостью. При больших размерах штампов стали должны иметь высокую прокаливаемость и незначительно изменять свой объем при закалке. Стали для штампов холодного деформирования Для изготовления штампов холодного деформирования наиболее часто применяют высокохромистые стали (Х12Ф1, Х12М, 4ХВ2С, 5ХВ2С). Их термическая обра­ботка заключается в закалке с 1100…1170 °С и после­дующем однократном или многократных отпусках. Пос­ле закалки сталь имеет твердость 42…54 HRC. Режимы отпуска выбирают в зависимости от назначения штампо­вого инструмента. Для штамповки легких металлов используют обычно стали с вязкой сердцевиной (малопрокаливающиеся), такие как У10, 11ХВ, 7ХГНМ и др. Для деформирования более прочных металлов при­меняют полутеплостойкие стали, а для пуансонов, рабо­тающих в условиях больших нагрузок - быстрорежу­щие. Для вырубных и отрезных штампов требуются износо­стойкие стали с повышенным содержанием карбидов (Х12ВМ, Х12Ф4М и др.). Стали для слесарно-монтажного инструмента отлича­ются износостойкостью, повышенной вязкостью и высо­ким сопротивлением смятию рабочих кромок. Для гаеч­ных ключей используют сталь 40ХВА, для молотков - 50ХФА, отверток - 50 и 50ХФ, плоскогубцев - У7, У8 или 7ХФН. Штамповые стали для штампов горячего деформирования Кроме требований, предъявляемых к износостойкости, сопротивлению пластической деформации, теплостойко­сти и вязкости, стали для штампов горячего деформиро­вания должны обладать еще высокой разгаростойкостью, низким коэффициентом теплового расширения, окалиностойкостью, теплопроводностью и прокаливаемостью. Прокаливаемость особенно важна для крупных деталей, например для ковочных молотовых штампов. Для небольших штампов (со стороной 200…300 мм) применяют стали 5ХНВ, 4ХСМФ; при средних размерах (300…400 мм) - стали 5ХНСВ, 5ХГМ; для более круп­ных штампов - 5ХНМ, 27Х2НМФ и 30Х2НМФ. Регламентация твердости зависит от размеров штам­пов и условий их эксплуатации. Для небольших - ре­комендуемая твердость составляет 40…44 HRC, так как при большей твердости увеличивается разгар. Штампы средних размеров обрабатываются на твердость 36… 41 HRC, а крупных - на 35…38 HRC. Хвостовую часть штампов следует обрабатывать на более низкую твердость (33…37 HRC у мелких и 25…30 HRC у крупных), с тем, чтобы обеспечить необходи­мую вязкость. Стали для пресс-форм, применяемых при литье под давлением Наиболее распространенными марками сталей, исполь­зуемых для изготовления пресс-форм, являются 4ХМФС, 4Х4ВМФС, 2Х9В6, 2Х13 и др. При выборе сталей для изготовления литейных форм необходимо учитывать и химическое взаимодействие за­ливаемого металла с формой. Стойкость форм зависит не только от температуры разливаемого металла, но также и от скорости заливки, толщины стенок формы, а также температуры, до которой она подогрета. Подо­грев формы способствует повышению сопротивления разгару. После определенного числа заливок металла форму необходимо подвергать отпуску при 300…400 °С для снятия накопившихся напряжений. Повышения стойкости форм (в 1,5…2 раза) достигают применением химико-термической обработки (азотированием или нитроцементацией). 1.6.3. Стали для измерительного инструмента Стали, применяемые для изготовления измерительного инструмента, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, а также способностью сохранять точные размеры и форму в течение длительного времени, изме­ряемого иногда годами. Для многих измерительных инструментов, например плиток, требуется высокая чисто­та поверхности. Для обеспечения требуемых свойств вы­бирают стали с мартенситной структурой. Однако мар­тенсит претерпевает старение, которое приводит к изме­нению размеров и формы. Наблюдается также и распад остаточного аустенита, вызывающий увеличение разме­ров. Поэтому режим термической обработки и состав сталей для таких инструментов должен обеспечивать требуемое сочетание свойств. Обычно для измерительно­го инструмента используют заэвтектоидные хромистые высокоуглеродистые стали X, 12ХГ, ХВГ. Для более пол­ного превращения аустенита в мартенсит стали часто подвергают многократной обработке холодом. После каждой из них проводят отпуск при 100…125 °С. Шаблоны и лекала лучше изготавливать из низко­углеродистых (сталь 20 или 20Х) или же среднеуглеродистых сталей (55, 50, 50Г). Перед закалкой их подвер­гают цементации, затем закаливают при температуре 790…810 °С в масло или воду и отпускают при 150…180 °С, 2…3 ч. 1.6.4. Твердые сплавы Применение твердых сплавов позволяет не только уве­личить скорость обработки, но и значительно повысить износостойкость обрабатывающего и штампового инст­румента. Наиболее широко используют металлокерамические твердые сплавы, состоящие из карбида вольфра­ма WC и кобальтовой связки либо из смеси карбидов WC, TiC и ТаС с той же связкой (табл. 13). Эти сплавы обладают очень высокой твердостью. Их прочность, как в лабораторных, так и в производствен­ных условиях испытывают на изгиб. Износостойкость твердых металлокерамических сплавов увеличивается с ростом твердости и в 10…15 раз превышает значения характерные для быстрорежущей стали. Сохраняется она до 800…1000 °С. Но сплавы с карбидами вольфрама (типа ВК, ВТК и ВТТК.) дороги и дефицитны. Поэтому в настоящее время разработаны твердые сплавы (типа TiC + Ni + Мо), которые по твердости даже превосходят сплавы типа ВК или ВТК, но отличаются повышенной хрупкостью. Таблица 13 Составы и механические свойства твердых сплавов Сплав WC, % ТiС, % ТаС, % Со, % Твердость HRA Сопротив­ление из­гибу, МПа основа марка ВК ВТК ТТВК ВК3 ВК6 ВК8 ВК20 Т5К10 Т14К8 Т30К6 ТТ8К6 ТТ10К8А ТТ10К8Б 97 94 92 80 85 78 64 86 82 83 - - - - 5 14 30 6 7 3 - - - - - - - 2 3 7 3 6 8 20 10 8 6 6 8 8 89 88 87,5 84 88,5 89,5 92 90,5 92 92 1000 1200 1300 - 1150 1150 900 1250 1000 - В промышленности применяют и абразивно-алмазный инструмент (шлифовальные круги, надфили, стеклорезы, буры и др.). При использовании алмазных кругов, вместо кругов из SiC, требующих доводки кругами из карбида бора, производительность заточки инструмента возрастает в 2…4 раза, а срок службы заточенных инструментов уве­личивается в 2…3 раза. Алмазы используют также в качестве фильер для протяжки высокопрочных сплавов, а также драгоценных металлов. В качестве фильер для протяжки высокопроч­ных материалов применяют также и фильеры из оксида алюминия или особо высокоизносоустойчивых материа­лов на основе гексаборида ниобия, тантала, молибдена, вольфрама. В России разработаны также новые режущие керамические материалы - микролиты, состоящие из зерен Аl203, размером 1…2 мкм с добавками стеклянной фазы и небольшого количества фторида магния и окси­да хрома. Присутствие стеклянной фазы снижает хруп­кость микролита и повышает его вязкость. Инструменты из нитрида бора (эльбора) по твердо­сти не уступают алмазу, но превосходят его по тепло­стойкости (устойчивы до 1200°С). 1.7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами Сплавы, имеющие точно определенный состав и специ­альные физические или физико-механические свойства, называют прецизионными. При их изготовлении требуется строго соблюдать режимы выплавки и обработки. При отклонении от строго регламентированных режи­мов недостижимы высокие параметры, характерные для того или иного сплава. К прецизионным относят сплавы со специальными электрическими, тепловыми, магнитными, упругими и другими свойствами. Большинство прецизионных сплавов создано на осно­ве Fe, Ni и Со, либо на основе их сочетания (например, Fe - Со, Fe - Ni, Ni - Со). Для усиления соответствую­щих физических свойств сплавы легируют элементами: Мо, Сr, Мn, Сu, Zr, Ti, Nb, Ве и другими. Эти сплавы, как правило, безуглеродистые (содержа­ние углерода в них 0,005…0,05 %). Содержание дру­гих примесей также должно быть возможно более низ­ким. Очень важно для получения требуемых свойств пре­цизионных сплавов обеспечить строгое соблюдение режимов промежуточных и окончательных обработок на всех этапах их изготовления. 1.7.1. Магнитно-мягкие и магнитно-твердые стали и сплавы В материаловедении по магнитным свойствам материа­лы разделяют на магнитно-мягкие, магнитно-твердые и немагнитные материалы. Прежде чем рассматривать эти группы материалов, напомним, как происходит процесс намагничивания ма­териалов при приложении внешнего магнитного поля. Известно, что даже в монокристаллах, а тем более в поликристаллических материалах весь объем тела раз­делен на области - домены, разделенные узкими грани­цами, носящими название стенок доменов. Размеры до­менов различны для разных веществ, и даже в одном материале они зависят от структуры и свойств опреде­ленного образца. Как правило, размеры доменов со­ставляют 10-3…10-2 см, а толщина стенок между доме­нами - порядка 10…100 нм. Каждый из доменов ориен­тирован в присущем ему направлении легкого намагни­чивания (рис. 19). При беспорядочном расположении энергия стенок до­менов, вклады магнитокристаллической и магнитострикционной энергий - минимальны и материал - немагни­тен. Приложение магнитного поля, прежде всего, приво­дит к росту доменов за счет присоединения соседних доменов близкой ориентации, а затем их рост происходит путем обращения полей доменов, ориентированных близ­ко к направлениям обратным приложенному полю. Кро­ме этого процесса, происходит другой процесс - враще­ние доменов, приводящий к изменению направления их спонтанной намагниченности, т. е. к ориентированию их в направлении приложенного поля. Процессом технического намагничивания называется создание в ферромагнетиках результирующей намагни­ченности - М, равной суммарному магнитному моменту атомов в единице объема. При этом в отличие от пара­магнетиков, для которых характерна линейная связь между приложенным внешним полем и намагниченно­стью, для ферромагнетиков при приложении поля намагниченность изменяется нелинейно, достигает насы­щения, а затем, если изменить направление намагничи­вающего поля, кривая пойдет выше, чем первоначаль­ная, и при поле равном нулю будет существовать оста­точная намагниченность. Рис. 19. Ориентация магнитных моментов в ферромагнетиках в отсутствие внешнего магнитного поля: а – монокристалл; б – поликристалл При неоднократном изменении направления намагничивающего поля постепенно форми­руется замкнутая кривая (петля гистерезиса). Макси­мальная магнитная индукция называется индукцией на­сыщения. Величина магнитной индукции ± В, сохраняю­щаяся после снятия приложенного магнитного поля, называется остаточной магнитной индукцией. Существование явления остаточной магнитной индук­ции привело к созданию постоянных магнитов. Напря­женность магнитного поля Н (А/м), при которой магнитная индукция сводится к нулю, называют коэрци­тивной силой Нс (задерживающей напряженностью). Магнитной энергией или энергией перемагничивания на­зывается произведение В.Нс. Рис. 20. Петли магнитного гистерезиса для магнитно-мягких материалов (а) и магнитно-твердых материалов (б). Обратите внимание на масштаб по оси абцисс Магнитно-мягкими называют материалы с высокой начальной проницаемостью и малой коэрцитивной си­лой. Для этих материалов характерна малая работа перемагничивания (рис. 20). Магнитно-твердыми материалами называют материа­лы с высокой коэрцитивной силой Н и малой начальной проницаемостью. Для большинства магнитных материа­лов наблюдается линейная зависимость между началь­ной проницаемостью и коэрцитивной силой. Магнитно-мягкие материалы используют в трансфор­маторах, генераторах, переключателях и других устрой­ствах. К числу этих материалов относятся чистое желе­зо, трансформаторная и динамная стали (сплав железа с кремнием), альсиферы (сплавы Fe - Si - Al). В приборостроении и слаботочной промышленности также применяют магнитомягкие материалы - пермалои (Fe + 78,5 % Ni) и супермалои (Fe-5 % Мо-79 % Ni). Как правило, это однофазные материалы. Для уменьшения потерь энергии необходимо исполь­зовать материалы с узкой петлей гистерезиса. При ма­лой площади петли гистерезиса соотношение между В и Нс практически линейно. Коэффициент пропорциональ­ности этого соотношения  - магнитная проницаемость. Для обычного железа проницаемость равна нескольким тысячам, а для сплава супермалой - порядка мил­лиона. Для изготовления трансформаторов и электромото­ров необходимы такие магнитно-мягкие материалы, в ко­торых намагниченность заметно меняется даже при при­ложении небольших магнитных полей. Для этого стенки магнитных доменов должны легко двигаться, что дости­гается в материалах с небольшим количеством дефектов (включений второй фазы, дислокаций). Высокие свойства пермаллоев обусловлены физиче­скими свойствами компонентов, входящих в них. На­правление легкого намагничивания в никеле - <111>, а в железе - <100>. При смешивании их в определен­ной пропорции получается, что в сплаве эти два направ­ления становятся эквивалентными, т. е. в сплаве не бу­дет предпочтительного направления легкого намагничивания и для намагничивания сплава будет необходима лишь небольшая энергия. Кроме того, в этих сплавах практически не проявляется магнитострикция. Посколь­ку наклеп повышает коэрцитивную силу и снижает маг­нитную проницаемость, эти сплавы обычно используют в отожженном состоянии. Крупное зерно способствует повышению магнитной проницаемости, поэтому материа­лы стараются рекристаллизовать на крупное зерно. Техническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) используют для магнитопроводов постоянного тока (электромагни­ты, реле и т. п.). Недостатком чистого железа являются большие потери мощности из-за вихревых токов Фуко, возникающих при перемагничивании. Легирование железа кремнием (трансформаторная и динамная стали) значительно повышает электросопро­тивление и снижает потери за счет вихревых токов. Кремний также повышает магнитную проницаемость и индукцию, снижает коэрцитивную силу и потери на гистерезис. Но кремний, при его содержании в железе выше 3 %, вызывает хрупкость. Электротехническую сталь выпускают в виде листов холоднокатаных и горячекатаных. Для увеличения раз­мера зерна при рекристаллизации и выжигания углерода сталь подвергают отжигу при 1100…1200 °С (в вакууме, водороде или диссоциированном аммиаке). Динамную сталь выпускают в виде листа толщиной 0,5 мм, причем отжигом добиваются изотропной структуры. Трансфор­маторную же сталь (толщиной 0,35 мм) выпускают обя­зательно в виде текстурованных листов и ленты, т. е. до­биваются преимущественной одинаковой ориентировки всех зерен вдоль направления прокатки. Наиболее рас­пространенной текстурой, которую стараются получить в трансформаторной стали, является текстура Госса - {110}<001>, потому что в направлении <100> железо легко намагничивается. В последнее время в промышленности начинают использовать стали с кубической текстурой, т. е. с такой преимущественной ориентировкой зерен, когда с плоскостью прокатки сов­падает грань куба {100}, а с направлением прокатки его ребро <100>. При такой текстуре в плоскости прокат­ки располагаются два направления легкого намагничи­вания - вдоль и поперек направления прокатки. Как текстура Госса, так и кубическая текстура создаются в трансформаторных сталях путем сложных технологических переделов. Текстура Госса получается путем со­четания горячей прокатки, двух- или трехкратных холодных прокаток и окончательного высокотемпературно­го отжига в вакууме или защитной атмосфере. Для получения кубической текстуры используют три способа: получение ее в результате вторичной рекристаллизации, в результате многократной первичной рекристаллизации из литых заготовок с кубической аксиальной текстурой <100>. Для получения кубической текстуры необходи­мо применять очень чистые шихтовые материалы и плавку проводить в вакууме. Образованию кубической текстуры способствует легирование стали марганцем (0,3…0,35 %) или никелем (1…2 %). В настоящее время кубическая текстура получается как в ленте толщиной 0,10…0,20 мм, так и в ленте толщиной 0,35…0,5 мм. Электротехнические стали принято маркировать бук­вой Э, первая цифра за которой соответствует содержа­нию кремния в процентах, вторая цифра - удельным по­терям на перемагничивание (1 - нормальные удельные потери, 2 - пониженные, 3 - низкие), 0 в конце марки указывает, что сталь холоднокатаная текстурованная, 00 - холоднокатаная малотекстурованная. Следователь­но, горячекатаные сорта сталей маркируются Э11, Э12, Э21, Э32, Э41, Э42, Э43. Холоднокатаные стали марки­руются Э1100, Э310, Э3100 и т.д. С увеличением содержания кремния в стали потери на перемагничивание (так называемые ваттные потери) уменьшаются. С ростом частоты тока потери увеличива­ются. Для существенного их снижения следует повышать электросопротивление материалов. Поэтому при высо­ких частотах целесообразно использовать ферриты. Фер­риты получают спеканием порошков Fe2O3 и оксидов двухвалентных металлов: ZnO, NiO, MnO и др. Омиче­ское сопротивление ферритов высокое и составляет 106…107 Ом/см, у них сравнительно небольшая намаг­ниченность насыщения, равная 100…2000 Гс. Для ха­рактеристики ферритов обычно используют начальную магнитную проницаемость о, которую указывают в на­чале марки феррита: 2000 НС, 6000 НМ и так далее (НС - означает никелькремниевый, НМ - никельмарганцевый). Применение ферритов позволило уменьшить размеры многих приборов. Их применяют также в запо­минающих устройствах ЭВМ. Ферриты производят с очень высоким электросопротивлением (108…109 Ом/см). Их недостатком является высокая твердость и хрупкость, низкая точка Кюри (ниже 200 0C) и низкая индукция насыщения. Пермаллои широко используют в слаботочной про­мышленности (радио, телеграф, телефон). Широко при­меняют также альсиферы (5,4 % Аl, 9,6 % Si, 85 % Fe), преимущество которых перед пермаллоями - их неде­фицитность. Для создания постоянных магнитов используют мате­риалы с широкой петлей гистерезиса (рис. 20, б), чтобы при снятии внешнего намагничивающего поля намагни­ченность осталась большой (магнитно-твердые материа­лы). Энергия постоянных магнитов (В.Hс) будет тем больше, чем выше значения обоих сомножителей. По­скольку значения В ограничены магнитным насыщением ферромагнитных материалов (Fe, Ni, Со), то для уве­личения энергии увеличивают коэрцитивную силу. Структура, обеспечивающая такие свойства сплавов, должна быть очень неоднородной (либо это мартенсит с большим числом дислокаций, границ зерен, либо это стареющие сплавы с мелкодисперсной распределенной в матрице второй фазой, либо сплавы со сверхструкту­рой, т.е. упорядоченной структурой). Одним из очень эффективных материалов, используе­мых для этих целей, является сплав типа альнико (51 % Fe; 8 % Аl; 14 % Ni; 24 % Со; 3 % Сu). Его вы­сокая магнитная энергия достигается в результате за­калки с температуры 1250…1300 °С и последующего ста­рения при 600…650 °С. Структура сплава после терми­ческой обработки состоит из ферромагнитной матрицы и вкрапленных в нее мелких магнитных же частиц. Фер­ромагнитная матрица обеспечивает достаточно высокую остаточную индукцию. Дефицит никеля и кобальта привел к необходимости создания новых сплавов, сочетающих высокую магнит­ную энергию и хорошие механические свойства. Так, сплав 71ГЮ (71 % Мn, Аl - остальное) используют при изготовлении многополюсных магнитов и двухполюсных, для роторов электродвигателей и других магнитов в при­боростроении. Магнитный сплав системы 70ГГл (систе­мы Мn - Gа) применяют для изготовления мелких маг­нитов с большим размагничивающим фактором. В технике постоянных магнитов применяют и мате­риалы, в которых в парамагнитную матрицу вкраплены мелкие (практически однодоменные) ферромагнитные частицы. К числу таких сталей относятся ЕХ3 (3 % Сr); ЕХ5К5 (5% Сr, 5% Со); ЕХ9К15М (9% Cr, 15% Со, 1 % Мо). Эти стали легко обрабатываются резанием и де­формируются, но пока применяются лишь для не очень ответственных магнитов. В радиоаппаратуре и электромашиностроении иногда требуются магнитодиэлектрики, которые отличаются вы­соким постоянством магнитной проницаемости. Магни­тодиэлектрики получаются обычно методами порошко­вой металлургии из карбонильного железа и альсифера с изолирующими материалами. Иногда в электромаши­ностроении требуются немагнитные материалы с низкой электропроводностью и высокими механическими свой­ствами. Для этих целей используют аустенитные стали и чугуны. К числу таких сталей относятся Н12ХГ, 45Г13Ю3, Х18Н9 и др. Применение аустенитных сталей ограничено плохой обрабатываемостью. 1.7.2. Сплавы с высоким электросопротивлением В электротехнической промышленности электросопротив­ления находят применение в двух существенно различ­ных областях: как сопротивления-нагреватели и как со­противления для измерительных приборов и тонкого ре­гулирования (в сплавах этого типа требуется точная воспроизводимость величины сопротивления). Для сопротивлений-нагревателей (с высоким омиче­ским сопротивлением, порядка 100…150.10-8 Ом.м) обычно используют твердые растворы. Структура твер­дого раствора обладает высокой пластичностью, поэто­му сплавы для сопротивлений - нагревателей легко дефор­мируются в ленту и проволоку. Нагреватели должны об­ладать хорошей окалиностойкостью и достаточной прочностью при высоких температурах, чтобы при рабо­те сохранялась их форма. Наиболее часто используют как сплавы высокого омического сопротивления нихромы Х20Н80 и ферронихромы Х15Н60, а также нихромы, легированные тита­ном, - Х20Н80Т, Х20Н80Т3 и др. Максимальная темпе­ратура, до которой работают указанные сплавы, 1050…1150 °С (последняя для легированных титаном). Недос­татком этих сплавов является их дороговизна и высокое содержание дефицитного Ni. Потому разработаны также сплавы и на основе железа - хромоалюминиевые стали ферритного класса Х13Ю4 (фехраль) и 0Х25Ю5А (хромаль). Рабочая температура этих сплавов тем вы­ше, чем больше в сплаве алюминия и хрома. Стали типа Х13Ю14 и 1Х17Ю5 работоспособны до 850…1000 °С, не­которые марки сталей (1Х25Ю5) - до 1150 °С, а такие, как 0Х27Ю5А, - и до 1250 °С. В сталях, используемых для нагревательных элементов, строго ограничивается со­держание углерода (0,06…0,12 %), поскольку выделение карбидов отрицательно влияет на пластичность и умень­шает срок службы изделий. Для сопротивлений в приборах применяют никелин (67 % Сu; 2…3 % Мn; 30…31 % Ni, константан (54 % Сr; 1 % Мn; 45 % Ni), манганин (86 % Сu; 12 % Мn; 2 % Ni и мельхиор (60 % Сu; 17 % Ni; 23 % Zn). Сплавы этого типа имеют сопротивление примерно в три-че­тыре раза более низкое по сравнению со сплавами для нагревательных элементов, а главное, более низкую ра­бочую температуру (300…400 °С), но обладают высокой стабильностью свойств. 1.7.3. Сплавы с особыми упругими свойствами и аномальным тепловым расширением Прецизионные сплавы с высокими упругими свойствами используются в приборостроении для изготовления упругочувствительных элементов различной измерительной аппаратуры. Эти сплавы подразделяют на ферромагнит­ные, с температурно-стабильным модулем упругости и немагнитные. К ферромагнитным сплавам на железоникелевой ос­нове принадлежит элинвар, обладающий малым темпе­ратурным коэффициентом упругих модулей, а к немаг­нитным - дисперсионно-твердеющий сплав 47ХНМ, об­ладающий, помимо высоких упругих свойств, коррозионной стойкостью. Сплав имеет высокую пластичность при повышенных температурах, поэтому поддается ков­ке и прокатке. Рис. 21. Зависимость температурного коэффициента линейного расширения сплавов системы Fe - Ni от состава Для метрологии, геодезии и точного приборостроения важны сплавы с низким температурным коэффициентом линейного расширения . В сочетании с высокой пла­стичностью они пригодны для спайки со стеклом и ке­рамикой. В приборах высокой точности необходимо сочетание большей упругости c малыми . В зависимости от значений  ферромагнитные материалы делят на три группы: с минимальными  ( 3,5.10-6 1/°С); с низкими  ((4…6,5) .10-6 1/°С); со средними  ((7…12) .10-6 1/°С). Сплавы с минимальными  используют в измери­тельной технике, а сплавы двух других групп - в ос­новном для изготовления деталей приборов, имеющих спаи со стеклом, керамикой и другими материалами. Большинство сплавов с заданным  однофазны во избежание объемных изменений при изготовлении и эксплуатации изделий. Широко используется инвар (36 % Ni, остальное Fe) и более сложные сплавы на его основе, а также железохромистый сплав Х18ТФ. Особенностью этих фер­ромагнитных сплавов с заданным  является ано­малия теплового расшире­ния (рис. 21). Заключа­ется она в том, что у спла­ва с 36 % Ni температур­ный коэффициент линейного расширения примерно на порядок ниже, чем у входящих в него чистых компонен­тов железа и никеля; а у сплава с 25 % Ni - он, наобо­рот, почти в два раза выше. Это различие наблюдается лишь для ферромагнитного состояния сплавов. При пе­реходе в парамагнитное состояние температурный ко­эффициент линейного расширения значительно возрас­тает. Значения в ферромагнитном состоянии сплавов тем ниже, чем уже температурный интервал, в котором проявляется аномалия расширения. Увеличение темпе­ратурного интервала, в котором железоникелевые спла­вы сохраняют низкие значения , достигается их леги­рованием кобальтом и медью, сужение - легированием хромом. К сплавам с минимальным тепловым расширением относятся 36Н, 39Н, а также 32НКД и 35НКТ. Для снижения величины  сплавы закаливают с 830…870 °С в воду, отпускают при 315 °С в течение часа и затем ~ 48 ч подвергают старению при 95 °С. При этом  = 1,7 .10-6 1/°С. Еще более низкие значения та получа­ются в результате отжига сплавов после холодной де­формации на 60% ( = 0,3 .10-6 1/°С). Сплав 36Н используют в точном машиностроении в интервале температур от 100 до - 269 °С. В интервале от 100 до - 60 °С также широко применяют железоникелькобальтовый сплав 32НКД и суперинвар. Для деталей повышенной прочности и твердости и од­новременно с заданным  используют дисперсионно-твердеющий сплав 35НКТ (35 % Ni; 5…6 % Сr; 2,2…2,8% Тi; не более 0,05 % С; 0,5% Со; ост. Fe). Для этого сплава в интервале температур от - 60 до + 60 °С  = 0,3 .10-6 1/°С. Величина  сплавов и спаиваемых с ними неоргани­ческих веществ должны быть близки, а сами материалы не должны претерпевать фазовых превращений. Для этих целей используют сплавы 30НКД (29,5…30,5 % Ni; 13…14,2 % Со; 0,05% С; 0,3…0,5 % Сu; ост. Fe) и 29НК (28,8 % Ni; 17,8 % Со; 0,02 % С; ост. Fe). Сплавы со средними величинами  - это 47ХНР (46…48 % Ni; 4,5…6,0 % Сr; ост. Fе) и 47НД (47,4 % Ni; 5,1 % Сu; ост. Fе). Немагнитные сплавы с заданными температурными коэффициентами линейного расширения характеризу­ются средними значениями  и низкой магнитной вос­приимчивостью. К числу этих сплавов относят 75НМ (никельмолибденовый), 80НМВ и 70НВД (никельмолибденвольфрамовый и никельвольфрамовый, легиро­ванный медью до 1…2 %). 1.7.4. Сплавы с эффектом «памяти формы» В последнее десятилетие в технике все более широкое использование получают сплавы, обладающие эффек­том «памяти формы», т.е. способностью восстанавли­вать форму в результате протекания фазовых превраще­ний. В основе этого эффекта лежит явление термоупруго­го мартенситного превращения, предсказанного Г. В. Курдюмовым в 1948 г. и затем обнаруженного им на алю­миниевой бронзе (Сu + 14 % Аl; 1,5 % Ni). Эффект проявляется в том, что если изменение фор­мы материала проводить при температуре ниже начала мартенситного превращения Мн, а затем материал на­гревать до температуры обратного мартенситного пре­вращения (линия Ан на рис. 22), то проявляется воз­врат к исходной форме. Рис. 22. Зависимость положения точек прямого Мн и обратного Ан мартенситного превращения от концентрации никеля в сплавах Fe – Ni Наблюдается и обратный эффект. Если ленту или проволоку свернуть в спираль при повышенной темпера­туре (> Ан), затем охла­дить до температуры ни­же мартенситной точки Мн, чтобы прошло прямое мартенситное превраще­ние, и в мартенситном состоянии разогнуть, то при повторном нагреве до температуры выше Ан в результате протекания обратного мартенситного превращения выпрямлен­ный образец вновь при­мет спиральную форму. Изменение формы при на­греве и охлаждении мо­жет происходить много­кратно. В настоящее время эф­фект «памяти формы» об­наружен на сравнительно большом числе сплавов с различной химической осно­вой: никелиде титана (нитиноле) Н50Т50, сплавах на основе меди (Сu + 15 % Ni; 36 % (ат.) Аl), на никеле­вой основе (Ni + 36 % (ат.) Аl), сплавах систем Мn - Сu, Мn - Ni, Мn - Gе и др. Материалы с эффектом «памяти формы» получили широкое распространение в космиче­ской технике (в частности, для антенн), авиации, атом­ной энергетике (в качестве соединительных элементов трубопроводов, различных термодатчиков), в медицине и т.п., причем нередко в виде монокристаллических из­делий. Интенсивно проводится как разработка новых составов сплавов с эффектом «памяти формы», так и поиск новых областей их использования в технике. Многие из сплавов с эффектом «памяти формы» об­ладают также высокой демпфирующей способностью (способностью гасить упругие механические и акустиче­ские колебания). Поэтому такие сплавы очень перспек­тивны для конструкций, испытывающих вибрационные нагрузки. Высокой демпфирующей способностью обла­дают сплавы систем Мn - Сu, Мn - Рd и др., например 70ГНДХ, 70ГНХ, 56ДГНХ и др. Контрольные вопросы к главе 1 1. Каковы общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам? Что такое конструкционная прочность? 2. Как подразделяются углеродистые конструкционные стали по качеству и областям применения? Какие виды термообработок при­меняют к качественным углеродистым сталям? 3. Какие свойства наиболее важны для изготовления и эксплуа­тации изделий из низколегированных конструкционных сталей? Пе­речислите основные области их применения в машиностроении. 4. Какие стали считаются высокопрочными? Какие способы до­стижения высокой прочности в сталях используются в современном металловедении? 5. Перечислите основные виды коррозии, наблюдаемой в сталях и сплавах. Укажите группы коррозионностойких сталей, используемых в промышленности. 6. Какие стали и сплавы называются жаропрочными, укажите требования, предъявляемые к ним по механическим и коррозионным свойствам. Какие способы упрочнения применяют для повышения жа­ропрочности сталей и сплавов? 7. Как классифицируют инструментальные стали и сплавы, и ка­кие требования к ним предъявляют? 8. Какие основные классы сталей и сплавов используют в элект­ротехнической промышленности? 9. Перечислите основные свойства сплавов с эффектом «памяти формы». Глава 2 ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ 2.1. Конструкционные сплавы на основе титана В последние годы в качестве конструкционных материа­лов начали применять и титановые сплавы. Причем темпы роста объема их производства наиболее высокие из всех известных конструкционных материалов. Это объясняется редким сочетанием высокой удельной проч­ности, коррозионной стойкости и значительной прочно­сти при повышенных температурах. 2.1.1. Титан Титан - переходный металл. Его температура плавле­ния 1668°С, плотность при 20 °С составляет 4,5 г/см3, модуль упругости Е =11,2.105 МПа. При 882 °С низко­температурная гексагональная модификация ( - фаза) переходит в высокотемпературную  - модификацию с ОЦК решеткой. Очень чистый титан, полученный иодидным способом, обладает высокой пластичностью, но вследствие его химической активности он легко взаимо­действует с кислородом, азотом и углеродом. И, хотя прочность его сильно возрастает, пластичность сущест­венно снижается (табл. 14). Несмотря на высокую температуру плавления, чистый титан обладает повышенной склонностью к ползучести. Она проявляется уже при комнатной температуре, при напряжениях составляющих только 60 % от предела текучести. Техниче­ский титан не склонен к хладноломкости. У техни­ческого титана необычно изменяется пластичность: с повышением температу­ры от комнатной до 200 °С она увеличивается в 1,5…2 раза, а при дальней­шем повышении темпера­туры - снижается, дости­гая минимума при 400…500 °С, а затем снова рез­ко возрастает. При тем­пературе полиморфного превращения титан обладает сверхпластичностью. Таблица 14 Механические свойства различных марок титана Марка титана Сумма примесей, % 0,2, МПа В, МПа , % , % Fe+Al+Si C+N+O+H Иодидный ВТ1-00 ВТ1-0 0,08 0,20 0,28 0,019 0,23 0,33 140-160 - 380-400 250-300 300-450 400-550 50-70 20 15-20 60-70 - 40 Интенсивность взаимодействия титана с кислородом и водородом растет с температурой, поэтому в условиях эксплуатации при повышенных температурах его следует защищать от насыщения указанными эле­ментами. Вместе с тем эту способность титана исполь­зуют для поглощения газов в электронике. Титан сильно адсорбирует водород, но до 500 °С наводороживание происходит лишь в атмосфере, богатой водородом, а в воздушной среде проникновение водорода через защитную оксидную пленку невелико. Несмотря на свою высокую химическую активность, титан во многих агрессивных средах обладает высокой коррозийной стойкостью, что объясняется образованием защитной оксидной пленки на его поверхности. В средах, не разрушающих оксид­ную пленку, а особенно способствующих ее образова­нию, титан устойчив (в разбавленной серной кислоте, уксусной, молочной, во влажной хлорной атмосфере, царской водке, разбавленной и концентрированной азот­ной кислоте и др.). Преимущество титана перед други­ми материалами заключается еще и в том, что точечная и межзеренная коррозия наблюдаются в нем редко. 2.1.2. Сплавы на основе титана Титан взаимодействует с большим числом элементов пе­риодической системы. И. И. Корнилов подразделяет все сплавы титана на четыре группы (рис. 23). К первой группе относятся сплавы, со­храняющие однофазность во всей области изменения кон­центраций, как с  -, так и с  - модификациями титана (сплавы с цирконием и гаф­нием). Ко второй группе принадлежат сплавы с элементами, неограниченно рас­творяющимися лишь в  - титане, но имеющими огра­ниченную растворимость в  - титане (V, Nb, Та, Мо, W). Третью группу сплавов об­разуют элементы, с которы­ми титан претерпевает эвтектоидный распад  - фазы (Si, Мn, Fе, Сu, Ni и др.). Четвертую группу формиру­ют элементы, которые, растворяясь в титане, образуют  - фазу по перитектоидной реакции (С, Al, O, N). По влиянию элементов на устойчивость  - и  - фаз их разделяют на элементы-стабилизаторы  - фазы, например, алюминий и элементы  - стабилизаторы, подраз­деляющиеся на  - эвтектоидные стабилизаторы (Сr, Мn, Fе, Сu, Ni, Рb, Ве, Со) и просто  - ста­билизаторы, сохраняющие  - твердый раствор до комнат­ной температуры (V, Мо, Nb, Та, W). К легирующим элементам, мало влияющим на устой­чивость и  -, и  - фаз, относят Sn, Zr и Ge. Соответствую­щие диаграммы состояния этих систем представлены на рис. 23. Отметим, что в системах с эвтектоидным превраще­нием  - фаза распадается на  - и  - фазы, причем, как правило,  - фаза является интерметаллидом. Термическая обработка титановых сплавов Титан и его сплавы применяют обычно после термической об­работки (отжига, закалки, старения). Отжиг применяют для технического титана и  - титановых сплавов для сня­тия нагартовки (наклепа) после деформации. Рис. 23. Классификационная схема диаграмм состояния сплавов титана Его прово­дят выше температуры рекристаллизации (для сильно деформированного чистого иодидного титана при 400 °С). Примеси обычно повышают температуру рекристаллиза­ции, поэтому технический титан и сплавы отжигают при температурах порядка 550 °С, но температура должна находиться в интервале между AC3 и A3, чтобы избежать чрезмерного роста зерна в  - области. При отжиге спла­вов со структурой  +  рекристаллизационный отжиг со­четается с фазовой перекристаллизацией, поэтому темпе­ратуру нужно выбирать не очень высокую, чтобы мень­ше был объем  - фазы, претерпевающей распад. Для снятия напряжений, образовавшихся в результате ме­ханической обработки изделий, иногда применяют неполный отжиг (ниже температуры рекристаллиза­ции). Для упрочнения сплавов со структурой  +  их за­каливают и подвергают старению. При старении обра­зуются фазы " и  с гексагональной мартенситной структурой. Появление  - фазы хотя и повышает проч­ность, но вызывает хрупкость. Поэтому старение прово­дят при 500…600 °С, когда  - фаза практически отсутст­вует. При указанных режимах старения упрочнение про­исходит за счет образования мелкодисперсной " - фазы. Прочность титановых сплавов увеличивается и в ре­зультате повышения температуры закалки, но при этом снижается пластичность. Оптимальное сочетание проч­ности и пластичности наблюдается при температурах закалки близких к АС2. Для двухфазных титановых сплавов целесообразна ТМО. В результате ТМО их прочность повышается на 15…20 %, причем при одновременном уве­личении поперечного сужения. Для однофазных титано­вых сплавов также применяют ТМО. В этом случае проч­ность практически не повышается, но получается более однородная структура по сечению и длине изделий и луч­шая воспроизводимость свойств. Для упрочнения титановых сплавов проводят также и азотирование, значительно повышающее прочность по­верхностных слоев. Для устранения хрупкости азотиро­ванного слоя и улучшения его сцепления с основным ма­териалом, применяют отжиг при 800…900 °С в инертной атмосфере или вакууме. Заметного повышения износостойкости и коррозион­ной стойкости достигают и оксидированием, т. е. нагре­вом до 725…850 °С на воздухе в течение 5…1 ч, с после­дующим вакуумным отжигом при 750…850 °С. 2.1.3. Промышленные сплавы на основе титана В промышленности выплавляют широкую гамму титано­вых сплавов. Большинство их легировано алюминием, что приводит к повышению удельной прочности, жаро­прочности, сохранению удовлетворительной пластично­сти, повышению модуля нормальной упругости, сниже­нию склонности к водородной хрупкости. Но алюминий в титановых сплавах повышает их склонность к солевой коррозии. Поэтому в пищевой промышленности, если имеется опасность контакта с солью при температурах 200…250 °С, сплавы не используют. Диаграмма состояний системы Тi - Аl приведена на рис. 23, б. При содержании алюминия в титане более 7 % (по массе) в сплавах образуется соединение Тi3Аl с упо­рядоченной структурой, заметно снижающее пластич­ность. Это соединение носит название алюминида тита­на, и на его основе пытаются создавать жаропрочные сплавы титана. Алюминий относится к числу  - стабилизаторов (кстати, он единственный). Сплавы на основе Тi - Аl легируют  - стабилизаторами и нейтральными упрочнителями. Жаропрочные титановые сплавы - это  - сплавы. Сплавы со структурой  +  и  имеют меньшую жаропрочность. Повышение жаропрочности достигается многокомпонентным легированием и выделением при старении мелкодисперсных интерметаллидов. Сплавы со структурой ОЦК ( - фазы) - более пластичны. Недостатком титановых сплавов является их высокая склонность к росту зерна, препятствующая сварке. Ти­тановые сплавы делят на деформируемые и литейные. Из деформируемых  - сплавов наиболее распространен сплав ВТ5 (легированный 5 % Аl). В горячем состоянии он хорошо куется, прокатывается, штампуется, сварива­ется и в отожженном состоянии имеет B =750…950 МПа,  = 12…25 %; KС = 0,3…0,6 МДж/м2. К этой же группе относятся сплавы, легированные марганцем: ОТ4-0 (1 % Аl; 15 % Мn), ВТ4 (4 % Аl; 1,5 % Мn) и сложнолегированный сплав ВТ18 (7,5 % Аl; 1,1 % Zr; 0,7 % Мо; 1 % Nb; 0,3 % Si) или ВТ20 (6,5 % А1; 2 % Zr; 1 % Мо; 1 % V). Два последних сплава имеют B = 1000…1100 МПа. Сплавы типа ОТ4-0 и ОТ4-1 (2 % Аl; 1,5 % Мn) относятся к числу наиболее технологичных титано­вых сплавов, они деформируются в горячем состоянии, хорошо свариваются всеми видами сварки. Недостатком, ограничивающим применение этих сплавов, является их склонность к водородной хрупкости (содержание водо­рода в них не должно превышать 0,005 %). Деформируемые ( + ) - сплавы также обладают вы­сокой пластичностью, но термически нестабильны и обыч­но охрупчиваются после сварки. К этой группе принад­лежат сплавы ВТ6 (6 % Аl; 5 % V) и ВТ3-1 (6 % А1; 2 % Сr; 2,5 % Мо). Однако, так как при закалке в спла­ве ВТ6 фиксируются лишь () и  - фаза, а  - фаза не образуется, то отпускная хрупкость не проявляется, особенно если его старение проводить при сравнительно низких температурах (450…550 °С). Этот сплав обладает хорошим сочетанием прочностных, пластических и тех­нологических свойств, хорошо сваривается. Сплавы ВТ14 и ВТ16 на основе Тi – Аl – Мо - V (ВТ14 содержит 5,5 % Аl; 1 % V и 3 % Мо; ВТ16 содержит 2,5 % Аl; 4,5 % V и 4,5 % Мо) упрочняются путем закал­ки с 860…880 °С и последующего старения при 480…500 °С в течение 12…16 ч. После закалки они имеют структуру  - и  - фаз, обеспечивающих высокую плас­тичность и технологичность. Из ВТ14 изготавливают ленту, фольгу, листовые детали. Сплав ВТ16 имеет луч­шие технологические свойства, чем ВТ14. Деформируемые титановые сплавы со структурой  - фазы промышленного распространения не получили из-за плохой свариваемости и низкой термической стабиль­ности, несмотря на то, что они имеют высокую прочность при комнатной температуре. Титановые сплавы со структурой  +  и  - фаз широко используют как жаропрочные. Сплав ВТ20 жаропрочен до 700 °С, хорошо сваривается. Его применяют для из­делий, длительное время работающих при 500 °С. Сплав ВТ18 наиболее жаропрочен и может работать длитель­ное время при 550…600 °С. В этом сплаве жаропрочность повышает кремний, но он же и ухудшает пластичность при его повышенном содержании. Наиболее высокими жаропрочными свойствами обладают сплавы на основе титана, легированные Zr, Аl, Мо и Sn. Некоторые из этих сплавов рекомендованы для длительной работы при 700°С. Кратковременно они могут работать даже при 850 °С. Хорошим комплексом жаропрочных свойств об­ладает сплав АТ3 (2,7 % Аl; 0,6 % С; 0,3 % Fе; 0,36 % Si; 0,01 % В). При комнатной температуре этот сплав имеет B = 860 МПа; при 350°С B = 610 МПа и при 500 °С B = 500 МПа. При этом следует учесть, что этот сплав характеризуется очень низкой скоростью ползуче­сти. Так, предел длительной прочности за 10000 ч при 350°С составляет 560 МПа, т. е. 90 % от его кратковре­менной прочности при этой температуре. Для многих аустенитных сталей предел длительной прочности даже за 1000 ч составляет при этой температуре всего 50…60 %. При легировании сплавов Тi - Аl оловом и другими элементами получены жаропрочные сплавы, у которых предел кратковременной прочности при 700 °С составля­ет 430…500 МПа, а предел 100-часовой прочности при 600 °С равен 255…280 МПа. При кратковременных на­грузках этот сплав может работать и при 800 °С. Из числа литейных сплавов в промышленности полу­чили распространение ВТ1Л, ВТ5Л, ВТЗЛ, ВТ14Л. По составу они совпадают с деформируемыми сплавами. Процесс отливки деталей из них сопряжен с определен­ными трудностями, обусловленными взаимодействием с газами и формовочными материалами. Отливки отли­чаются плотностью и хорошим заполнением форм. Их объемная усадка составляет около 3 %. Литейные спла­вы обладают более высокой прочностью, но меньшей ударной вязкостью и сравнительно низким пределом усталости по сравнению с деформируемыми, поэтому плохо применимы в условиях циклических нагрузок. Сплавы титана используют во многих отраслях тех­ники, причем предпочтительно в тех случаях, когда тре­буется высокая коррозионная стойкость, по которой они значительно превосходят коррозионностойкие (нержа­веющие) стали. Но особенно выгодно применять титано­вые сплавы в авиации и ракетостроении, где требуется высокая удельная жаропрочность при температурах 300…600 °С. В этом интервале температур алюминиевые и магниевые сплавы не могут работать, а стали и нике­левые сплавы относительно тяжелы. Из титановых спла­вов изготовляют диски и лопатки компрессоров реактивных двигателей, корпуса двигателей второй и третьей ступеней ракет. Широкое применение они нашли в судо­строении (гребные винты, обшивки кораблей, подводных лодок, торпед). В химической промышленности их при­меняют при изготовлении насосов для перекачки кислот (серной, соляной), а также оборудования предприятий хлорной промышленности. В титановых сплавах высокая ударная вязкость со­храняется до температур жидкого водорода (- 253°С), поэтому их применяют для изготовления криогенного оборудования и в холодильной промышленности. Ука­занные сплавы используют также и в медицинской про­мышленности. В пищевой промышленности титан и его сплавы применяют для наиболее ответственных деталей и узлов аппаратов, которые работают в условиях корро­зионного контакта с пищевыми средами, кислотами, а также в мясоперерабатывающей, рыбной и других от­раслях промышленности. Но широкое применение этих сплавов пока ограничивается высокой их стоимостью. 2.2. Алюминиевые и магниевые сплавы Широкое распространение в технике получили алюминие­вые и магниевые сплавы, прежде всего потому, что они обладают высокой удельной прочностью, т. е. отноше­нием прочности и плотности. Так, сплавы типа дуралюмин имеют B порядка 500 МПа, а плотность 2,7 . 103 кг/м3, т. е. удельную прочность 0,185, в то время как даже для высокопрочных сталей этот показатель равен 0,15. Магний вообще относится к числу самых легких ме­таллов, используемых в промышленности. Его плотность равна 1,74 . 103 кг/м3, т. е. он в 1,6 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче железа, а удельная прочность его достигает 0,20…0,23, так как прочность отдельных магниевых сплавов составляет 350…400 МПа. Немаловажным фактором является и то, что эти эле­менты содержатся в больших количествах в земной ко­ре: алюминий по распространенности занимает первое место среди конструкционных материалов (в различных глинах, бокситах, полевых шпатах его содержится около 8 %), железо занимает второе место (5,1 %), а магний - третье (2,4 %). Подавляющее большинство алюминиевых сплавов упрочняются в результате естественного и искусственно­го старения, магниевые сплавы упрочняются лишь искус­ственным старением (термической обработкой). Основные режимы термической обработки (старения) легких сплавов Для алюминиевых и магниевых сплавов применяют три основных вида термической обработки: закалку, отжиг и старение. Отжиг применяют для достижения более равновес­ных состояний различных сплавов, как правило, для улучшения их пластичности. Гомогенизирующий отжиг проводят в основном для устранения неоднородностей структуры литых сплавов. Температура гомогенизирую­щего отжига колеблется от 450 до 520 °С, а время вы­держки от 4 до 40 ч. Охлаждение после отжига проводят быстро, с целью облегчения последующей деформации и улучшения свойств. Рекристаллизационный отжиг проводят после дефор­мации (холодной или горячей) для снижения прочности полуфабрикатов или готовых изделий и обеспечения вы­сокой пластичности. Нагрев осуществляют до темпера­тур, соответствующих окончанию первичной рекристал­лизации, т. е. 300…500 °С, длительность отжига от 0,5 до 2 ч, в зависимости от степени предшествующей дефор­мации. Третий вид отжига применяют для разупрочне­ния заготовок перед последующей деформацией, напри­мер штамповкой. Закалку проводят для сплавов, претерпевающих в твердом состоянии фазовые превращения. Цель закал­ки - получить пересыщенный твердый раствор с макси­мально возможным содержанием легирующих элементов. Под воздействием последующего нагрева (старения) состояние сплава будет стремится к равновесному, т. е. сплав превратится из однофазного в двухфазный или многофазный в соответствии с диаграммой состояний. Отличительной чертой алюминиевых сплавов является то, что их старение может начинаться при комнатной температуре (следует отметить, что когда мы говорим о приближении сплава к равновесному состоянию, то это еще не означает, что оно может быть достигнуто, в частности при комнатных температурах; во многих промышленных, используемых сплавах в течение длительного времени может сохраняться промежуточное метастабильное состояние). Изменения структуры стареющих сплавов при распа­де пересыщенных твердых растворов (старении) ведут к значительному изменению свойств сплавов, в первую очередь механических. Прочность в результате старения значительно возрастает (пластичность, естественно, па­дает). Причем наибольшее увеличение прочности наблю­дается на стадиях старения, соответствующих выделе­нию метастабильных фаз. Причиной увеличения проч­ности при выделении метастабильных фаз является то, что они, будучи иначе ориентированными и имея другой тип кристаллической решетки, являются эффективными препятствиями движению дислокаций. 2.2.1. Алюминий, его свойства и применение в технике Алюминий - металл серебристого цвета, имеющий атом­ную массу 26,98 г, температуру плавления 660 °С, модуль упругости 71000 МПа, модуль сдвига 26000 МПа. Он об­ладает высокой химической активностью, но имеет спо­собность покрываться тонкой пленкой А12О3 (толщиной 1…10 мкм), которая защищает его от дальнейшего воздей­ствия окружающей среды даже в условиях влажного климата. С газами - СО, СО2, Н2 при обычных темпера­турах алюминий не взаимодействует. Он обладает высо­кой коррозионной стойкостью в морской воде. Во многих органических кислотах - уксусной, масляной, лимонной, винной, пропионовой, яблочной, глюконовой алюминий устойчив, но в щавелевой и муравьиной кислотах его стойкость мала. Действие кислот на алюминий зависит от их концентрации. Так, концентрированная азотная кислота не растворяет алюминий, а в разбавленной - он быстро растворяется. Незначительно растворяют алю­миний также разбавленные серная, фосфорная, хромовая и борная кислоты. В соляной, плавиковой, бромистоводородной, а также концентрированной серной кислоте алю­миний растворяется быстро. Неустойчив он и в растворах едких щелочей, однако в газовых средах и растворах со­лей, не разрушающих защитную пленку, он устойчив (в аммиаке, сероводороде, сернокислых солях многих элементов). В то же время в растворах, разрушающих защитную пленку (в присутствии солей ртути, ионов хло­ра, в кислых рудничных водах), алюминий быстро корродирует. В зависимости от чистоты алюминий делят на не­сколько групп: особой чистоты - А999 (99,999 %), высо­кой чистоты - А995 (99,995 %), А99 (99,99 %), А97 (99,97 %), А95 (99,95 %) и технически чистый (99 %) - марки А8, А7, А6, А5, А0. Примесями в техническом алю­минии являются железо, медь, марганец, титан и др. Технический алюминий выпускается в виде прутков, листов, проволоки и различных профилей. Широкое при­менение получил алюминий для изготовления проводов, оболочек высоковольтных кабелей. Широко используют алюминий в пищевой промышленности для изготовления различных емкостей, тонкой фольги для упаковки про­дуктов. Из фольги толщиной более 0,2 мм штампуют различные коробки, крышки. Но еще большим разнообразием свойств и более ши­рокими областями применения характеризуются сплавы алюминия. 2.2.2. Сплавы на основе алюминия Все алюминиевые сплавы можно разделить на деформируемые, литейные, спеченные порошковые и направлен­но-закристаллизованные алюминиевые эвтектики. По­рошковые сплавы САПы и направленно-закристал­лизованные эвтектики будут рассмотрены в главе 3. Деформируемые алюминиевые сплавы Большинство алюминиевых сплавов обладает хорошей пластичностью, и из них изготавливают все известные в технике полуфаб­рикаты: фольгу, листы, прутки, трубы, ребристые пане­ли, проволоку, поковки, штамповки. Эти заготовки получают методами горячей и холодной обработки: прессованием, экструдированием, ковкой, горячей штампов­кой, прокаткой и волочением. Пластическая деформация - не только средство из­менения формы, ее используют также и для упрочнения алюминиевых сплавов. Деформируемые алю­миниевые сплавы делят на упрочняемые старени­ем и деформацией и упроч­няемые только деформа­цией. Типичные составы и свойства упрочняемых и старением и деформа­цией дуралюминов при­ведены в табл. 15. Таблица 15 Составы и механические свойства дюралюминов Сплав Содержание элементов, % Механические свойства после закалки и естественного старения Сu Mg Мn 0,2, МПа B, МПа , % Д1 Д16 Д19 4,3 4,3 4,0 0,6 1,5 2,0 0,6 0,6 0,75 240 330 310 400 440 425 20 18 18 _____________ * Механические свойства приведены для листового мате­риала. **Прессованные изделия из сплавов Д1 и Д16 имеют более высокую прочность (для прутков из Д16 B = 530 МПа; 0,2 = 400 МПа,  = 11 %). Дуралюмин хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Свойства дуралюминов При холодной деформа­ции, как правило, требу­ется промежуточный рекристаллизационный от­жиг (350…370 °С). Для упрочнения старением дуралюмины закаливают с 495…505 °С и выдерживают 4…5 дней при комнатной температуре. Изменение прочности дуралюмина в зависимости от температуры и времени ста­рения приведено на рис. 24. Сплав Д16 применяют для изготовления конструк­ций средней и повышенной прочности, работающих в самолетов, кузовов автомобилей, а также строительных конструкций. В продовольственном машиностроении его используют для деталей сепараторов, тестомесиль­ных аппаратов и других изделий. Кроме того, из деформируемых и упрочняемых терми­ческой обработкой можно отметить сплавы Д18 (2 % Сu; 0,35 % Мg; 0,1 % Мn) и ВАД1 (4,1 % Сu; 2,5 % Мg; 0,6 % Мn; 0,15 % Zr; до 0,06 % Тi; 0,03 % В), обладаю­щие повышенной пластичностью. Их применяют для из­готовления заклепок для самолетов и других изделий. Рис. 24. Зависимость прочности (B) дуралюминов от времени старения при различных температурах Для упрочнения дуралюминов проводят термическую обработку в сочетании с последующей деформацией. Из­делия после закалки и естественного старения подверга­ют нагартовке с обжатием на 5…7 % или искусственно­му старению после закалки и нагартовки. Деформируемые сплавы типа авиаль менее легирова­ны, чем дуралюмины. Суммарное содержание легирую­щих элементов в них не превышает 1…2 %. Сплав АВ содержит 0,7 % Мg; 0,9 % Si; 0,4 % Сu; 0,25 % Мn, сплав АД31 содержит 0,7 % Мg; 0,5 % Si, а сплав АД33 - 1,0 % Мg; 0,6 % Si; 0,3 % Сu и 0,25 % Сr. По прочности эти сплавы уступают дуралюминам, но они более пластичны. Из них изготавливают трубы, листы, лопасти вертолетов и другие изделия, требующие высо­кой пластичности в холодном и горячем состояниях. Ис­кусственное старение таких сплавов целесообразно про­водить сразу же после закалки, так как это приводит к улучшению их свойств. Промышленностью выпускаются также высокопрочные алюминиевые сплавы, например В95 (1,4…2,0 % Сu; 1,8…2,8 % Мg; 0,2…0,6 % Мn; < 0,5 % Si; 5…7 % Zn), для которого B = 550 МПа и  = 8 %, а также сплав В96 (2,2… 2,8 % Сu; 2,5…3,2 % Мg; 0,2…0,5 % Мn; 7,6…8,6 % Zn; 0,1 % Сr), с B = 630 МПа и  = 7 %. Относительно более высокая коррозионная стойкость этих сплавов обусловлена присадками марганца и меди. Эти сплавы пластичны в горячем состоянии и удовлетворительно пла­стичны в холодном. Их применяют в самолетостроении для нагруженных конструкций, работающих при 100… 120°С. К числу жаропрочных алюминиевых сплавов, работа­ющих при более высоких температурах (до 300 °С) отно­сятся сложнолегированные сплавы типа Д20 (6…7 % Сu; 0.4…0.8 % Мn; < 0.3 % Si; 0,1…0,2 % Тi; < 0,2 % Zr) или АК4-1 (1,95…2,5 % Сu; 1,4…1,8 % Мg; < 0,3 % Si; 0,8…1,5% Fе; 1,0…1,5 % Ni; 0,1 % Тi). Присадка титана к этим сплавам способствует замедлению их рекристал­лизации. Алюминиевые сплавы, применяющиеся для ковки и штамповки деталей, отличаются высокой пластично­стью при температурах деформации. К их числу относят­ся АК6 (1,8…2,6 % Сu; 0,4…0,8 % Мg; 0,4…0,8 % Мn; 0,7…1,2 % Si) и АК8 (содержание меди более высокое - до 3,9…4,6 %). Ковку и штамповку этих сплавов проводят при 450…475 °С. Затем их подвергают закалке при 500… 575 °С (АК6) или 490…505 °С (АК8) и старению при 150…165 °С в течение 6…15 ч. К числу деформируемых сплавов, не упрочняемых термической обработкой, относятся бинарные сплавы алюминия с марганцем или магнием. Сплавы эти обозна­чаются как АМц (с 1,0…1,6 % Мn) либо АМг2, АМг3, АМг5, АМг6 (содержат обычно от 2 до 6 % Мg, содержа­ние которого указывает цифра в маркировке, кроме то­го в них содержится 0,3…0,8 % Мn). Различные деформируемые алюминиевые сплавы применяются для изготовления деталей реактивных и турбовинтовых двигателей самолетов, деталей конст­рукций ракет и искусственных спутников земли. Оболоч­ка первого искусственного спутника была изготовлена из алюминиевого сплава. Кроме того, их применяют также для изготовления корпусов судов, причем, в отличие от ста­ли, они не обрастают ракушками. Во Дворце съездов в Москве из анодированного алюминия сделаны гофри­рованные потолки, перила, дверные проемы. Алюминие­вые сплавы со стеклом и бетоном использованы также при строительстве Внуковского, Домодедовского и Шере­метьевского аэродромов. В продовольственном машиностроении из алюминие­вых сплавов делают цистерны, различные емкости, дета­ли холодильных агрегатов. Из деформируемых сплавов АД, АД1, Д16, АМц и др. в продовольственном машино­строении изготавливают различные сварные конструк­ции технологического оборудования. Сплав АМг3 и дру­гие сплавы систем Аl - Мg и Аl - Si используют для транспортных систем в сахарной промышленности, для труб теплообменных аппаратов в сатураторных уста­новках. Литейные алюминиевые сплавы Для литейных алюми­ниевых сплавов важнейшими являются технологические (а не эксплуатационные) свойства: жидкотекучесть, объ­емная и линейная усадка, склонность к образованию го­рячих трещин и к ликвации. Наиболее распространены среди литейных сплавов силумины (сплавы на основе системы Аl - Si, как бинарные, так и легированные). Маркируют литейные сплавы буквами АЛ. Для фасон­ного литья кроме силуминов применяют и сплавы на ос­нове Аl - Сu - Мg, Аl - Сu, А1 - Zn - Мg, отличающиеся от соответствующих деформируемых сплавов более вы­соким содержанием меди и магния, а также тугоплавких добавок (никеля, титана и железа). Цифры, которые стоят в маркировке, за буквами АЛ (алюминиевый ли­тейный), не имеют никакого отношения ни к составам сплавов, ни к их свойствам. По структуре литейные сплавы чаще всего близки к эвтектическим. Например, силумины АЛ2 (10…12 % Si) и АЛ4 (8,0…10,5 % Si; 0,17…0,3 % Мg и 0,5 % Мn), а также АЛ19 (4,5…5,3 % Сu; 0,6…1,0 % Мn и 0,25 % Тi) имеют эвтектическую структуру. Для этих сплавов B = 200…220 МПа; для АЛ19 B = 320…360 МПа;  =5…7 %. Сплавы АЛ8 (9,3…10,0 % Мg) и АЛ9 (6,0…8,0 % Si; 0,2…0,4 % Мg) в продовольственном машино­строении используют для изготовления корпусов насосов, работающих в контакте с пищевыми продуктами. Для повышения коррозионной стойкости их анодируют либо на них наносят лакокрасочные покрытия. Сложнолегированные литейные сплавы АЛ1, АЛ20, АЛ21 (на основе Аl - Сu - Мg, выплавляются с 4…6 % Сu; 1…2 % Мg и чаще всего с небольшими добавками - до 1 % Ni; Сr; Fе; Ti других элементов) используют чаще всего как жаропрочные для работы при температурах 300…350 °С. Многие отливки из этих сплавов подвергают термичес­кой обработке. 2.2.3. Магниевые сплавы Магниевые сплавы, несмотря на сложность их производ­ства, получили широкое применение в ряде отраслей тех­ники. Они легки, поглощают вибрацию, что и определяет их использование в авиации, ракетной технике и транспорте. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются реза­нием, но уступают алюминиевым по пластичности и коррозионной стойкости. Пластические и коррозионные свойства сплавов на основе высокочистого магния выше обычных. Кроме того, найдены легирующие элементы, повышающие указанные свойства. Магний имеет атомный вес 24,3, плавится при 650 °С. Модуль Юнга составляет 46000 МПа. Магний - химиче­ски активный металл, при комнатной температуре он легко окисляется с образованием легкопроницаемой оксидной пленки МgO. При нагреве на воздухе до 500…550 °С магний воспламеняется и горит (его используют в качестве вспышки). В разбавленных минеральных кис­лотах он легко растворяется, в концентрированной сер­ной растворяется плохо, а в плавиковой - не растворя­ется совсем. С органическими кислотами реагирует лег­ко, с водными растворами щелочей реагирует слабо. В морской воде и других электролитах сильно корродирует, особенно при контакте с другими металлами. Кор­розионную стойкость магния повышают цирконий и мар­ганец, а железо, медь, кобальт и никель - ухудшают. Хорошим способом защиты магниевых сплавов от кор­розии является покрытие эпоксидной смолой. Термическая обработка магниевых сплавов во мно­гом подобна применяемой для алюминиевых сплавов. Для повышения технологических свойств их подвергают гомогенизирующему отжигу, поскольку литые магниевые сплавы характеризуются сильной ликвацией. Для дефор­мируемых магниевых сплавов гомогенизацию часто совмещают с нагревом под обработку давлением. Для повышения пластичности проводят рекристаллизационный отжиг. Магниевые сплавы подвергают также закал­ке и старению. Магниевые сплавы чаще всего закалива­ют на воздухе, а иногда - в горячей воде. Естественное старение в магниевых сплавах не происходит, поэтому вылеживание магниевых сплавов при комнатной темпе­ратуре не меняет их свойств. Продолжительность же ис­кусственного старения для магниевых сплавов больше, чем для алюминиевых. На упрочнение при старении основное влияние оказы­вают легирующие добавки, действие которых зависит и от температуры эксплуатации (рис. 25). При ком­натной температуре магниевые сплавы наиболее хорошо упрочняются церием, неодимом, кальцием. Алюминий и цинк упрочняют магний слабее, но их можно вводить в больших количествах. Поэтому наиболее распростра­ненными магниевыми сплавами являются сплавы с алю­минием и цинком. Эти элементы обеспечивают высокую прочность до температур 150…200 °С. Магниевые сплавы делятся на две основные группы: деформируемые (обозначают МА) и литейные (МЛ). По своему применению эти сплавы могут иметь как общее назначение, так и специальное, т.е. они могут эксплуатироваться как вы­сокопрочные и жаропроч­ные. Рис. 25. Зависимость прочностных и пластических свойств магниевых спла­вов от концентрации легирующих эле­ментов алюминия (а) и цинка (б) Деформируемые магниевые сплавы К числу деформиру­емых относятся сплавы с алюминием, цинком и марганцем, причем спла­вы с марганцем термиче­ской обработкой не упро­чняются. К сплавам этой системы относятся МАГ (1,3…2,5 % Мn). По структуре - это смесь твердого раствора мар­ганца в магнии и кристаллов почти чистого марганца. Сплав МА3 от МА1 отличается дополнительным леги­рованием церием (0,2 %). Церий выделяется в магнии в виде высокодисперсных частиц МgСе, которые повы­шают механические свойства. Термической обработкой эти сплавы также не улучшаются и поставляются в отожженном состоянии. В деформируемых сплавах системы Мg - Аl - Zn, со­держащих 4…8 % Аl, 0,2…1,5 % Zn, 0,15…0,5 % Мn цинк повышает не только прочность, но и пластичность. К наи­более применяемым сплавам на этой основе относятся МА2 (3…4 % Аl; 0,2…0,8 % Zn; 0,15…0,5 % Мn) и МА5 (7,8…9,0 % Аl; 0,2…0,8 % Zn; 0,15…0,5 % Мn). Используют также деформируемый сплав системы Мn - Zn - Zr, содержащий 5…6 % Zn и 0,3…0,9 % Zr. Его термическая обработка состоит в искусственном ста­рении при 160…170 °С в течение 24 ч. Маркируется этот сплав как МА14 или ВМ65-1. Он относится к числу жа­ропрочных магниевых сплавов. Недостатком подобных сплавов является их плохая свариваемость и образова­ние трещин при горячей прокатке. Литейные магниевые сплавы По химическому соста­ву многие литейные сплавы близки к деформируемым. В них вводят те же легирующие элементы - алюминий, цинк, марганец, кремний, церий, цирконий, но в несколь­ко больших долях. Наибольшее распространение полу­чили литейные сплавы на основе системы Мg - Аl - Zn, с содержанием 5…10 % Аl и 0,2…3,0 % Zn, маркируемые как МЛ4, МЛ5, МЛ6. Сплавы на основе системы Мg - Zn - Zr, содержащие 4,0…9,0 % Zn; 0,6…1,1 % Zr (МЛ8, МЛ12, МЛ15, МЛ17, МЛ18), а также сплавы, со­держащие цирконий и редкоземельные элементы (0,4…1,0 % Zr; 0,1…0,7 % Zn; 2,5…4,0 % РЗМ), маркируются как МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ19, и их применяют как жаро­прочные. Механические свойства литейных магниевых сплавов ниже, чем деформируемых, что обусловлено бо­лее крупным зерном. Измельчения зерна достигают пе­регревом расплава перед разливкой, введением неболь­ших количеств специальных присадок (мела, магнезита, хлорного железа, циркония), а также изменением усло­вий их кристаллизации. Следует отметить, что перегрев эффективен только для сплавов магния с алюминием. Для магниевых сплавов характерна малая жидкотекучесть. Лучшими литейными свойствами обладают спла­вы МЛ5, МЛ6, и их используют для литья, как в землю, так и в кокиль. Структура сплавов МЛ5 и МЛ6 состоит из твердого раствора алюминия в магнии и фазы Мg4А13. У сплава МЛ5 хорошее сочетание литейных и механических свойств. Его применяют для отливок коробок передач, картеров двигателей и других деталей. У сплава МЛ6 литейные свойства лучше, чем\ у сплава МЛ5, поэтому его применяют для отливок сложных тяжелонагруженных деталей. Выплавку магниевых сплавов проводят в железных тиглях под слоем флюса, а при разливке струю металла защищают от окисления порошком серы. В формовочную землю для уменьшения вредных последствий, связанных с окислением металла, добавляют фтористый алюминий, растворяющий в себе Аl2O3. Для предохранения от кор­розии изделия из магниевых сплавов оксидируют, а за­тем наносят лакокрасочные покрытия. Применяют магниевые сплавы в авиации (кромки крыльев, корпуса приборов и др.), ракетной технике (корпуса, топливные и кислородные баки), для кожухов приборов электронной аппаратуры в управляемых сна­рядах и т. п. Магниевые сплавы считают перспективными для применения в табачной промышленности. В метал­лургической промышленности магний широко использу­ют в качестве раскислителя и восстановителя при полу­чении титановых сплавов. Магний является также эф­фективным модификатором структуры чугунов. 2.3. Медные сплавы Медь обладает рядом ценных технических свойств: вы­сокой электропроводностью и теплопроводностью (выше эти свойства только у серебра), хорошей пластичностью и достаточной прочностью. Имеет атомный вес 63,57, плотность 8,94 . 103 кг/м3 при 20 °С, температуру плавле­ния 1084 °С, удельную теплоемкость 0,383 кДж/м2 при 20 °С, удельное электросопротивление 1,67 . 10-8 Ом . м, модуль нормальной упругости 121000 МПа, модуль сдви­га 45500 МПа. Медь диамагнитный материал. Медь устойчива во многих агрессивных средах (спир­тах, фенольных смолах, органических кислотах и др.). Однако она легко растворяется в концентрированной сер­ной, азотной, соляной кислотах. Медь плохо сопротив­ляется воздействию аммиака и щелочных цианистых со­единений. В кислороде окисляется уже при комнатной температуре, а с азотом практически не взаимодействует даже при высоких температурах. Примеси оказывают значительное влияние на свойства меди и что очень важ­но - на ее электропроводность. Техническую медь под­разделяют на М00 (99,99 %); М0 (99,95 %); М1 (99,90 %); М2 (99,70 %); М3 (99,5 %) и М4 (99,0 %), т. е. - на марки, содержащие различное количество при­месей. Техническую медь применяют в виде листов, труб, проволоки. В чистом состоянии ее используют лишь в случаях, когда необходима высокая электро- и тепло­проводность. Обычно для проводников электрического тока применяют медь марок М0 и М1, а для электроники и электротехники - бескислородную медь М0б или ваку­умную медь М00. Бескислородная медь обладает более высокой пластичностью. В продовольственном машино­строении медь марки М3 используют для изготовления маслопроводов, испарителей, емкостей варочной аппара­туры. Классификация медных сплавов и их маркировка Медные сплавы могут быть литейными и деформируемы­ми, термически упрочняемыми и неупрочняемыми. По химическому составу их подразделяют на латуни и брон­зы. К латуням относят сплавы, в которых главным ле­гирующим элементом является цинк, а к бронзам спла­вы меди с другими легирующими элементами. Латуни принято маркировать буквой Л, бронзы - Бр. После этих обозначений стоит перечень букв, указывающих на присутствие легирующих элементов в сплаве, и лишь за­тем цифры, показывающие их примерное содержание в массовых процентах. Элементы обозначаются следую­щими буквами и их сочетаниями: А - алюминий, О - олово, Ц - цинк, Мц - марганец, Мг - магний, Ж - железо, Б - бериллий, Х - хром, Ф - фосфор, С - сви­нец. Содержание цинка в латунях (меди в бронзах) оп­ределяют по сумме концентраций элементов, указанных в марке. Например, в латуни, легированной 5 % Ni, - ЛН65-5, содержится 30 % Zn (цифра 65 соответствует содержанию меди). В бронзе, легированной 7 % Аl; 1,5 % Fе; 1,5 % Рb, т. е. БрАЖС 7-1,5-1,5 содержится 90 % Сu. 2.3.1. Латуни Благодаря высоким технологическим и механическим свойствам как бинарные, так и многокомпонентные лату­ни получили в технике большое распространение. Струк­тура латуней зависит от их состава и может быть уста­новлена по известной диаграмме состояний системы Сu - Zn (рис. 26). Составы большинства используемых латуней лежат в области концентраций от 0 до 45 % Zn, где существуют либо  -, либо ( + ) - фазы. Фаза  пред­ставляет собой твердый раствор цинка в меди, а  - фаза - электронное соединение СuZn с электронной концентра­цией 3/2. При низких температурах  - фаза упорядочива­ется и переходит в так называемую ' - фазу (Сu5Zn8 с электронной концентрацией 21/13). Рис. 26. Диаграмма состо­янии системы Сu – Zn Рис. 27. Зависимость прочностных и пласти­ческих свойств латуней от содержания цинка Температурная зависимость растворимости цинка в  - фазе имеет необычный характер, так как с пониже­нием температуры она не уменьшается, а растет. При 900 °С в  - фазе растворяется 32,5 % Zn, при 454 °С - 39 %, а при дальнейшем понижении температуры до ком­натной она снижается до 36 %. Поэтому закалкой можно получить однофазные латуни, содержащие до 39 % Zn. Латуни очень пластичны (рис. 27), хорошо поддают­ся горячей и холодной обработке, однако при 300…700 °С они обнаруживают провал пластичности, и поэто­му в этой области температур  - латуни деформировать нецелесообразно. Двухфазные ( + ) - латуни малоплас­тичны при умеренных и комнатных температурах из-за хрупкости ' - фазы, поэтому обработку давлением двухфазных латуней лучше проводить при температурах вы­ше 468 °С, когда устойчивой становится не ' - фаза, а пла­стичная  - фаза, в присутствии которой низкая пластич­ность  - фазы не проявляется. Вообще, двухфазные латуни, по сравнению с однофазными, имеют большую прочность и износостойкость, но меньшую пластичность. Легирование бинарных латуней алюминием, железом, марганцем и другими элементами, кроме никеля, умень­шает растворимость цинка в меди и расширяет область существования ( + ) - фаз. Поэтому легированные лату­ни, как правило, двухфазны. Введение же никеля увели­чивает растворимость цинка в латуни, и такие латуни чаще всего однофазны. Легирование бинарных латуней, как правило, повышает прочность латуней и снижает их пластичность. Исключение составляет свинец, образую­щий легкоплавкие эвтектики по границам зерен. В  - латунях присутствие свинца приводит к горячеломкости. В двухфазных латунях происходит перекристаллизация ( + ) - фаз, в результате которой образовавшийся по границам прежних зерен  - фазы эвтектоид оказывается внутри вновь формирующихся зерен и вредное действие свинца снижается. При комнатных температурах свинец способствует улучшению обрабатываемости латуней ре­занием и его вводят специально для улучшения обраба­тываемости. Сурьма в латунях оказывает еще более вредное дей­ствие, чем в меди, увеличивая их склонность к коррози­онному растрескиванию. Улучшают коррозионную стой­кость присадки алюминия, олова, никеля и марганца. На повышение прочности наиболее эффективно влия­ют добавки алюминия и олова, в меньшей мере марган­ца и кремния. Железо и никель снижают прочность и увеличивают деформируемость сплавов, богатых медью. К числу деформируемых однофазных латуней отно­сятся Л96, Л85, Л70, Л090-1, ЛО90-1, ЛА77-2, ЛМц59-1, ЛС74-3 и ряд других. Бинарные латуни также легко де­формируются, и поэтому их применяют для изготовления штампуемых деталей, лент, проволоки, трубок и т. д. Ла­тунь Л63 используют для деталей холодильного оборудо­вания, пружин, прокладок, матриц для формовки мака­ронных изделий. Латуни Л62 и Л68 применяют для изготовления труб теплообменных аппаратов в продоволь­ственном машиностроении. Латуни, легированные оло­вом, характеризуются высокой коррозионной стойкостью в морской воде, большей, чем кремнистые латуни ЛК80-3, которые в свою очередь более прочны и коррозионностойки по сравнению с простыми латунями. Железомарганцовистая латунь ЛЖМц59-1-1 отличается вы­сокой прочностью и вязкостью, высокими антифрикцион­ными свойствами, высокой коррозионной стойкостью в морской воде и атмосфере. Для вытачивания деталей на станках наилучшими свойствами обладают свинцовые латуни (ЛС59-1, ЛС63-3, ЛС64-2), а латунь ЛС59 полу­чила даже название автоматной, поскольку хорошо обра­батывается на станках-автоматах. Для повышения прочности деформируемых латуней применяют нагартовку, т. е. холодную деформацию (на 50…60 %), после которой прочность латуней можно уве­личить примерно в два раза (на 250…300 МПа). Литейные латуни отличаются от деформируемых бо­лее высокими механическими свойствами. В латунях практически не наблюдается ликвации компонентов. Многие из них обладают высокими антифрикционными свойствами. К числу литейных латуней относятся ЛА67-2,5, ЛАЖМц66-6-3-2; ЛМцОС58-2-2-2; ЛМцЖ55-3-1 и др. Уровень свойств некоторых литейных латуней характеризуют следующие данные. Для ЛАЖМц66-3-2 В = 600…650 МПа, а  = 7 %. Ее применяют для гаек, нажимных винтов, червячных винтов. Для ЛЖМц52-4-1 2 В =500 МПа, а  = 15 %. Ее применяют для подшипников, а также для ответственных деталей. Недостатком литейных латуней является образование крупных усадочных раковин при кристаллизации, в свя­зи с чем, много металла идет в отходы. Кроме того, лату­ни с большим количеством  - фазы склонны к сезонному растрескиванию. В латуни для фасонного литья, от кото­рых требуется более высокая прочность, вводят большее количество присадок, а также присадок, улучшающих литейные свойства (например, свинец). При маркировке литейных латуней в конце марки ставят букву Л, на­пример ЛС59-1Л (латунь с содержанием 59 % Сu, 1 % Рb, литейная). Латунь ЛК80-3Л используют для отливки сложных по конфигурации деталей, работающих в кон­такте с агрессивными пищевыми средами (детали насо­сов, шестерни, арматура, детали узлов трения). 2.3.2. Бронзы В зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми и кремнистыми, марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наиболее широкое распространение получили три первые вида бронз. Используют также многокомпонентные бронзы. В сплавах системы Сu - Sn, богатых медью, фазовое равновесие устанавливается медленно, и поэтому в ре­альных условиях охлаждения бронзы состоят из двух фаз:  и  (Cu31Sn8) (рис. 28). В практике применяют сплавы, содержание олова в которых не превышает обыч­но 10…12 %, так как при более высоком их содержании бронзы хрупки. В отличие от латуней оловянистые брон­зы склонны к ликвации, в их микроструктуре можно от­четливо видеть дендриты выделяющихся соединений. Рис. 28. Диаграмма состояния сплавов системы Cu – Sn Бронзы характеризуются пониженной жидкотекучестью, поэтому в них не образуются усадочные раковины, но возникает мелкая пористость, распределенная по объему. Это позволяет получать отливки сложной формы без усадочных раковин. Пластичность литых бронз низка как из-за ликвации компонентов, так и из-за хрупкости  - фазы. Рис. 29. Зависимость прочностных и пласти­ческих свойств оловянных бронз от содержа­ния олова Для повышения пластичности бронзы гомогени­зируют при 700…750 °С с последующим медленным ох­лаждением. В бронзах, содержащих 14…15 % Sn гомогенизирующий отжиг не приводит к появлению однофаз­ной структуры, поэтому после отжига при 700…750 °С быстрой закалкой стараются сохранить ( + ) - структу­ру, поскольку  - фаза более пластична, чем . Временное сопротивление (предел прочности) бронз возрастает при увеличении содержания олова вплоть до 24 %, а затем резко падает, пластичность же начинает уже снижаться при содержаниях олова, превышающих 8 % (рис. 29). По коррозионной стойкости в морской воде оловянис­тые бронзы превосходят и медь и латуни. Их легируют Zn, Fе, Р, Рb, Ni и другими элементами. Примеси, оказы­вающие вредное воздействие на свойства меди (Bi, Аs, S, Sb), ухудшают и свойства деформируемых бронз. На литейные свойства бронз примеси оказывают меньшее влияние, а сурьму даже специально добавляют для улуч­шения жидкотекучести (до 0,5 %). Литейные свойства улучшает также фосфор (до 0,3 %). Цинк улучшает тех­нологические свойства бронзы и снижает ее стоимость. Присадка никеля уменьшает ликвацию и тем самым по­вышает коррозионную стойкость, а также прочностные и антифрикционные характеристики. Легирование свин­цом облегчает обработку резанием и повышает анти­фрикционные свойства. Из деформируемых бронз изготовляют пружины, мембраны, антифрикционные детали. Для деформируе­мых бронз В = 350…400 МПа в литом состоянии и В = 650…750 МПа в деформированном;  = 10 % и  = 2 % соответственно. Из деформируемых бронз назо­вем БрОЦ-4-3, БрОФ-6-0,15, БрОЦС-4-4-2,5. В продовольственном машиностроении бронзу БрОЦС-3-12-5 используют для изготовления деталей ап­паратов, работающих под давлением. Бронзы БрАЖ-9-4 и БрАЖС-10-3-1,5 используют как заменители дефицит­ных оловянистых бронз. Из них изготавливают паропро­водную арматуру высоких и низких давлений, мешалки, зубчатые колеса, краны, клапаны, втулки, вкладыши и другие детали, контактирующие с пищевыми продук­тами. Литейные оловянистые бронзы подразделяют на ма­шинные, предназначенные для фасонного литья деталей машин (БрО3Ц12С5, БрО3Ц7С5Н1) и антифрикционные с хорошим сопротивлением истиранию (БрО5Ц5С5, БрО4Ц4С17 и др.). Машинные бронзы имеют высокие ме­ханические свойства, коррозионную стойкость, но для снижения стоимости в них уменьшают содержание олова. Антифрикционные бронзы применяют для изготовления подшипников. Из-за дефицитности олова его частично заменяют свинцом; бронзы для художественного литья - БХ1, БХ2, БХ3 содержат соответственно 1..7, 5…8 и 25…35 % Sn, а также от 1 до 6 % Р. Для облегчения обработки давлением их подвергают гомогенизирующему отжигу при 700…750 °С с последую­щим быстрым охлаждением. Но лучшая пластичность достигается, если с температуры гомогенизации ее сни­жают сначала лишь до 600…625 °С, выдерживают при этой температуре, а затем быстро охлаждают. Для сня­тия внутренних напряжений в отливках проводят их от­жиг при 550 °С в течение 1 ч. Алюминиевые бронзы Алюминиевые бронзы вытес­няют оловянистые, так как по многим свойствам их пре­восходят и занимают в промышленности первое место по объему использования бронз. Алюминиевые бронзы со­держат не более 11 % Аl. Поскольку в меди при комнат­ной температуре растворяется лишь 9 % Аl, то не все такие бронзы однофазны (рис. 30). Рис. 30. Диаграмма состояния сплавов системы Cu - Al За однофазным  - твердым раствором следует ( + ) - область, где  является фазой с ОЦК решеткой типа Сu3Аl. При более низких температурах  - фаза претерпевает эвтектоидный распад   ', а затем - перитектоидный. Но эти превращения проте­кают очень медленно, поэтому при обычной скорости ох­лаждения алюминиевые бронзы состоят из  - фазы и эвтектоида. При достаточно быстром охлаждении эвтектоидного распада не происходит и  - фаза претерпевает мартенситное превраще­ние   2. Сплавы с  - структурой имеют высокую пластичность, но низ­кую прочность, сплавы со структурой  + 2 име­ют более высокую проч­ность, но их пластичность резко падает по мере уве­личения доли 2 - фазы. Оптимальными свойства­ми обладают сплавы с 5…8 % Аl. Алюминиевые бронзы имеют хорошую коррозионную стойкость, высокие ме­ханические свойства (рис. 31), хорошую обрабатывае­мость. Для улучшения механических и антифрикцион­ных свойств алюминиевые бронзы легируют железом и марганцем. Дополнительно сплавы могут упрочняться закалкой и старением. Так, бронзу БрАЖН-10-4-4 зака­ливают с 980 °С и подвергают старению при 400 °С, в ре­зультате чего ее прочность и твердость увеличиваются в два раза. Рис. 31. Зависимость прочности и пластичности алюминиевых бронз от содержания алюминия Литейную бронзу БрА10Ж4Н4 используют в продо­вольственном машиностроении для изготовления ответст­венных высоконагруженных деталей технологического оборудования, работающих при температурах до 500 °С и в контакте с агрессивными пищевыми средами (на­правляющие, втулки, седла клапанов, шестерни и др.). Бериллиевые бронзы Бериллиевые бронзы обладают уникальным сочетанием физико-химических и коррозионных свойств. По структу­ре они относятся к стареющим. Содержание бериллия в бронзах варьируется от 1,5 до 2,5 %, оптимальными же свойствами обладают сплавы с 2 % Ве. При превышении указанного содержания бериллия прочность растет ма­ло, а пластичность резко снижается. Бериллиевые бронзы закаливают с 780 °С и подвер­гают старению при 300…350 °С в течение 1…3 ч. После закалки бронзы с 2 % Ве В =540 МПа и  = 25 %, а по­сле старения В достигает значений 1100…1200 МПа, а  = 3…6 %, после деформации и старения В = 1400 МПа при  = 2 %. Бериллиевые бронзы лучше об­рабатывать в закаленном состоянии. Обратим внимание на то, что иногда старение происходит уже в процессе недостаточно резкой закалки. Для замедления старения бериллиевые бронзы легируют никелем (0,15…0,30 %), задерживающим также и рекристаллизационные процес­сы. Иногда бронзу легируют также титаном (0,1…0,25 %). Несмотря на уникальные свойства, эти бронзы исполь­зуют не очень широко из-за дороговизны и дефицитности бериллия. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9 исполь­зуют лишь в ответственных случаях для изготовления пружин, мембран, пружинных контактов, а также в элек­тронной технике. Кремнистые бронзы Кроме бериллиевых бронз, в качестве сплавов для изго­товления пружин, пружинных контактов применяют так­же кремнистые бронзы. Обычно вводят ~ 3 % Si. Би­нарные сплавы Сu - Si обладают излишне высокой пла­стичностью, и их дополнительно легируют никелем и марганцем (до 1,5 % Мn; до 3 % Ni). Бронзы Бр1KН1-3, БрКМц3-1 обладают высокими упругими, антифрикцион­ными и коррозионными свойствами. Бронза БрКМц3-1 хорошо обрабатывается как в горячем, так и в холодном состояниях, поскольку относится к однофазным. Бронза Бр1KН1-3 стареющая; в закаленном состоянии В =300 МПа и  = 35 %; после старения при 500 °С в те­чение 1 ч В = 740 МПа и  = 8 %. Хорошие механические, антифрикционные свойства и коррозионная стойкость позволяют использовать ее для ответственных деталей в моторостроении. Марганцовистые бронзы Марганец растворяется в меди до 22 % при комнатной температуре, поэтому бронзы, содержащие меньше 22 % Мn, однофазны во всей области температур. Марганец значительно повышает прочность бронзы, не снижая ее пластичности, и улучшает коррозионную стойкость. Та­кие бронзы намного дешевле оловянных. Их легируют алюминием, никелем, железом, кремнием и свинцом. Же­лезо, никель и кремний повышают твердость и прочность, алюминий улучшает литейные свойства (этим же отлича­ется и кремний), свинец вводят для лучшей обрабаты­ваемости резанием. Свинец улучшает и антифрикцион­ные свойства. Наиболее широко в промышленности используют БрМц5, которая отличается высокой корро­зионной стойкостью и механическими свойствами при повышенных температурах. 2.4. Антифрикционные сплавы. Баббиты, припои В антифрикционных материалах основные требования предъявляются к величине коэффициента трения со сталью, показателям износа, а также к предельно допу­стимым удельным контактным нагрузкам и способности удержания смазки. Обеспечить указанный комплекс свойств могут сплавы, состоящие из относительно мягкой основы, в которой распределена достаточно твердая вто­рая фаза. Антифрикционные сплавы используют для из­готовления подшипников и узлов трения. Чаще всего применяют специальные бронзы, баббиты, антифрикци­онные чугуны, металлокерамические сплавы. Антифрикционные бронзы и чугуны Из сплавов на основе Сu наилучшими антифрикционны­ми свойствами обладают свинцовистые бронзы, например БрС30. Поэтому их широко используют для изготовления подшипников. Свинец растворяется в меди лишь при тем­пературах выше 950 °С. При охлаждении сплавов ниже 326 °С происходит затвердевание свинца, заполняющего междендритные участки в меди. В результате формирует­ся структура, сочетающая прочные участки меди с мяг­ким свинцом. Поскольку и прочность, и твердость этой бронзы невысоки, ее используют в качестве наплавок на стальные трубы или ленты. Такие биметаллические под­шипники дешевы и легко заменяемы. Теплопроводность бронзы БрС30 в четыре раза выше теплопроводности оловянистых бронз, поэтому они хорошо отводят тепло, воз­никающее при трении. Но свинцовые бронзы склонны к ликвации. Их легируют никелем и оловом (БрОС8-12, БрОСН10-2-3 и др.). Легирование повышает не только механические, но и коррозионные свойства бронз. Их ис­пользуют для подшипников и без стальных вкладышей. Для изготовления подшипников широко применяют специальные антифрикционные чугуны (АСЧ-1, АСЧ-2), обладающие высокой износостойкостью, но имеющие по­вышенные коэффициенты трения. Поэтому их используют лишь для тихоходных узлов трения. Такие подшипники очень дешевые. 2.4.1. Баббиты Баббитами называют антифрикционные сплавы, основу которых составляют олово или свинец. Они отличаются низкими температурами плавления (350…450 °С) и хоро­шей прирабатываемостью. Лучшими антифрикционными свойствами обладают баббиты оловянные Б83 (10…12 % Sb; 2,5…6,5 % Сu; ост. Sn) и Б89 (7,25…8,25 % Sb; 2,6…3,5 % Сu; ост. Sn). Мяг­кой основой в этих сплавах служит  - твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твердая фаза представлена равноосными частицами ' - фазы (SnSb) и частицами иголь­чатой формы Cu3Sn. Баббит Б89 имеет более высокую по сравнению с Б83 пластичность, но меньшую твердость из-за меньшей объемной доли ' - фазы. Из-за высокой стоимости олова сплавы Б83 и Б89 применяют только в от­ветственных целях, например в машинах большой мощ­ности. Большее распространение получили свинцовооловянистые баббиты: Б16 (15…17 % Sn; 15…17 % Sb; 1,5…2 % Сu - ост. Рb), БТ (9…11 % Sn; 14…16 % Sb; 0,7…1,1 % Сu; 0,05…0,2 % Те; ост. Рb), БН (9…11 % Sn; 13…15 % Sb; 1,5…2 % Сu; 1,15…1,75 % Сd; 0,75…1,25 % Ni; 0,5…0,9 % Аs) и Б6 (5…6 % Sn; 14…16 % Sb; 2,5…3 % Сu; 1,75…2,25 % Сd; 0,6…1 % Аs). Свинцовооловянистые баббиты по сравнению с Б83 имеют более высокий коэффициент трения, менее износо­стойки и хрупки (из-за присутствия фазы (SnSb)). Вве­дение меди устраняет ликвацию, а также повышает их твердость и вязкость. Кадмиевые баббиты обладают по­вышенной твердостью и коррозионной стойкостью. Ле­гирование баббитов никелем, кадмием, мышьяком по­вышает твердость и прочность основы, поэтому позволяет снизить содержание олова. Мышьяк же добавляют для улучшения жидкотекучести и измельчения зерна. Для повышения пластичности в баббиты вводят теллур. Баббит Б16 применяют для подшипников электродви­гателей, паровых турбин, Б6 - для нефтяных двигате­лей, металлообрабатывающих станков, БТ и БН - для автомобильных и тракторных двигателей и других дви­гателей внутреннего сгорания. Для подшипников желез­нодорожного транспорта используют баббит БКА (0,8…1,15 % Са; 0,6…0,9 % Nа; 0,05…0,20 % Аs, ост. Рb). Упрочняющей фазой в нем служит соединение Рb3Са, обладающее высокой твердостью, а легирование натри­ем повышает твердость основы. Присадка мышьяка по­вышает механические и антифрикционные свойства. Баббит БКА подвержен естественному старению (повы­шению твердости в результате длительного вылежива­ния при комнатной температуре), иногда этот процесс ускоряют подогревом до 50…70 °С. С повышением тем­пературы твердость баббитов быстро снижается, поэто­му их рабочие температуры не должны превышать 80 °С, несмотря на то, что температуры плавления баббитов относительно высоки (342 °С для Б89, 460 °С для Б6, 410 °С для Б16, 400 °С для БН). Коэффициент трения (со смазкой) для Б89 и Б83 равен 0,005, а для Б6, Б16 и БН он составляет 0,006. Кроме свинцовых и оловянных баббитов в технике используют также баббиты на цинковой и алюминиевой основах. Баббиты ЦАМ10-5 (10 % Аl; 5,0 % Сu: ост. Zn) и ЦАМ-10 (5 % Аl; 10 % Сu) в качестве основы имеют твердый раствор алюминия в цинке и твердую фазу СuZn3. Температура плавления 395 °С у ЦАМ10-5 и 500 °С - у ЦАМ5-10. Коэффициент трения со смазкой - 0,009. Алюминиевый баббит АСС6-5 (5…6 % Sb; 4…5 % Рb; 0,5…0,7 % Мg; ост. Аl) упрочняется за счет соединения АlSb. Температура плавления этого баббита 750°С. В последние годы возрастает применение спеченных порошковых антифрикционных материалов (на основе порошков железа и бронзы), краткие сведения, о кото­рых были приведены ранее. 2.4.2. Припои Припои применяют при пайке металлов. В отличие от сварки, когда расплавляют кромки соединяемых изде­лий, при пайке металлы нагревают лишь до температуры плавления припоя, а сами спаиваемые металлы при этом не плавятся, а растворяются в припое. Прочность пайки зависит от глубины взаимного проникновения контактирующих материалов. Для обеспечения процес­сов диффузии припой должен хорошо смачивать поверх­ность спаиваемых металлов и хорошо затекать в зазор, образуемый кромкой изделий. Припои делятся на мягкие и твердые, различаемые по температурам плавления. Мягкие припои К мягким припоям относятся сплавы олова и свинца с температурой плавления до 350°С. Мягкие припои отличаются хорошей смачиваемостью и жидкотекучестью. Из них наиболее распространены ПОС-90 (89…90 % Sn; 0,10…0,15 % Sb; ост. Рb), с тем­пературой плавления 222°С. Мягкие припои применяют для пайки бытовой посуды, тары для консервов и меди­цинской аппаратуры. Припой ПОС-40 (39…40 % Sn; 1,5…2 % Sb; ост. Рb) с температурой плавления 235°С применяют для пайки медных, железных и ла­тунных изделий, а также для электроаппаратуры. При­пой ПОС-30 (29…30 % Sn; 1,5…2 % Sb; ост. Рb; Tпл = 256°С) используют для пайки латуни, меди, цинка, оцинкованной жести, белой жести, радиоаппаратуры. Припой ПОС-18 (17…18 % Sn; 2…2,5 % Sb; ост. Рb; Tпл = 277 °С) применяют для пайки предметов широкого потребления, лужения железа, пайки свинца, латуни, меди. При повышении содержания свинца в припоях сни­жается прочность пайки большинства материалов. Для низкотемпературной пайки используют и оловянноцинковые припои, которые маркируются как ПОЦ. Припой ПОЦ-90 (90 % Sn, 10 % Zn) имеет самую низкую тем­пературу плавления, которая составляет 200 0С. Припои этой серии (ПОЦ-60, ПОЦ-70, ПОЦ-90) применяют для пайки алюминия и его сплавов. Перед пайкой соединяемые поверхности очищают наждачной бумагой, затем обрабатывают флюсом, в ка­честве которого часто используют хлористый цинк. Для пайки цинка и цинковых сплавов вместо флюса применя­ют 10 %-ный раствор соляной кислоты, а при пайке ме­ди - канифоль. При пайке мягкими припоями для об­легчения диффузии и получения прочных соединений необходим предварительный подогрев. Твердые припои К числу твердых припоев относятся медноцинковые, меднофосфористые и медносеребряноцинковые. Твердыми припоями паяют сталь, чугун, медь, бронзы. Одним из них является ПМЦ-36 (36…30 % Сu; ост. Zn; Tпл = 833 °С). К числу медноцинковых припоев относятся также ПМЦ-48 и ПМЦ-54. В первом из них содержится 46…50 % Сu, во втором - 52…56 % Сu. Тем­пературы их плавления 850 и 870 °С соответственно. Меднофосфористые припои, например ПМФ-7 (7 % Р; ост. Сu), позволяют паять медь без применения флю­са, что упрощает и ускоряет процесс. Серебряные при­пои, основные из которых ПСр-12 (36 % С; 52 % Zn; 12 % Аg; Тпл = 785 °С), ПСр-25 (40 % Сu; 35 % Zn; 25 % Аg; Tпл = 765 °С), ПСр-45 (30 % Сu; 25 % Zn; 45 % Аg; Тпл = 720 °С) применяют в виде прутков, лент, зерен. Для пайки стальных деталей рекомендуется приме­нять припои с меньшим содержанием цинка, для пайки же медных сплавов - наоборот, с более высоким со­держанием цинка. Серебряные припои обладают не только хорошей жидкотекучестью и коррозионной стой­костью, но и дают прочные соединения, выдерживающие значительные ударные и вибрационные нагрузки. При пайке твердыми припоями спаиваемые поверх­ности также необходимо тщательно очистить. В каче­стве флюса применяют буру, борную кислоту и их сме­си. При пайке алюминия и его сплавов в качестве флюса используют 30 %-ный спиртовой раствор смеси, состоя­щей из 90 % ZnСl2; 2 % NаСl и 8 % АlСl3. При изготовлении стальных изделий часто применя­ют пайку медью в специальных электрических печах с защитной атмосферой. В этом случае детали спаивае­мых узлов собирают вместе и на места швов укладыва­ют медную проволоку или ленту. Нагретая до 1150…1200 °С медь затекает в места швов. Иногда пайку про­водят в нефтяных или газовых печах. В этом случае целесообразно применять флюсы для очистки от сажи. При проведении пайки, в соляных печах-ваннах расплав­ленные соли защищают металл от окисления, и поэтому пайку можно вести без засыпки швов флюсом. Контрольные вопросы к главе 2 1. Каковы характерные физические и механические свойства титана и где он применяется? 2. Опишите характерные свойства титановых сплавов и область их применения. 3. Каковы характерные физические и механические свойства алюминия и где он применяется? 4. На какие группы подразделяются алюминиевые сплавы в зависимости от технологии их обработки? 5. Какие структурные и фазовые превращения происходят при закалке и старении дюралюминия? 6. Какой состав имеет силумин и как он упрочняется? 7. Каковы характерные свойства магниевых сплавов, маркировка и области их применения? 8. Как маркируются бронзы и латуни? 9. Как влияет цинк на механические и технологические свойства латуней? Укажите состав, свойства и применение латуней. 10. Как влияет олово на механические свойства и структуру бронз? 11. Укажите состав, структуру, свойства и применение безоловянистых бронз. 12. Почему бронзы часто применяют как антифрикционный материал? 13. Какие требования предъявляются к антифрикционным материалам? 14. Какие сплавы применяют в качестве мягких и твердых припоев? Укажите требования к ним и марки. Глава 3 НОВЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 3.1. Композиционные материалы Композиционными называют материалы, в состав кото­рых входят конструктивные элементы, разделенные вы­раженной границей, свойства которых резко отличаются от свойств матрицы. Но, как правило, конструктивные составляющие стараются выбирать так, чтобы они до­полняли друг друга (например, пластичная матрица и прочный, но хрупкий упрочнитель). Свойства композиционных материалов определяются свойствами и объемным долями входящих в них составляющих, а также прочностью связей между ними. Но, в общем случае, такие свойства, как высокотемпературная прочность, сопротивление усталости, удельная проч­ность, в композиционных материалах выше, чем в моно­литных конструкционных сплавах. Различают искусственные композиты, уровень свойств которых реализуется подбором его компонентов, и естественные композиты, получаемые путем направленной кристаллизации сплавов эвтектического состава (в лите­ратуре естественные композиты известны как НКЭ - сплавы). Свойства естественных композитов определяются природой эвтектики и не могут широко варьироваться. В данном разделе мы рассмотрим, главным образом, композиционные материалы, в которых матрицей слу­жат либо металлические сплавы, либо чистые металлы. Но в технике используют также широкий круг компози­ционных материалов с неметаллическими матрицами (полимерными, углеродными и др.). Разработаны также и полиматричные материалы, в которых чередующиеся слои матрицы могут иметь различный состав. Компоненты, равномерно распределенные в матрице, называют армирующими наполнителями или упрочнителями. В зависимости от формы наполнителя композиты делят на дисперсно-упрочненные, волокнистые и слои­стые. Рис. 32. Схему укладки наполнителей в различных композиционных материалах: 1, 2 - линейная укладка; 3, 4, 5 - плоская укладка; 6 - трехмерная укладка В дисперсно-упрочненных материалах равноосные частицы наполнителя ориентированы беспорядочно, в волокнистых - оси волокон обычно ориентированы вдоль одного из направлений. В слоистых композитах слои не обязательно должны быть сплошными пласти­нами, они могут быть заполнены расположенными упо­рядочение в плоскости частицами либо волокнами, уло­женными в параллельных плоскостях (рис. 32). Ино­гда в одном композиционном материале используют несколько различных наполнителей. Такие композицион­ные материалы называют полиармированными. В зависимости от расположения упрочнителя прояв­ляется и анизотропия свойств композиционного мате­риала. Наибольшего упрочнения достигают при одноос­ной укладке волокон, ориентированных в направлении приложения нагрузки. К материалам, используемым в качестве наполните­лей, предъявляют определенные требования. Они должны обладать высоким модулем упругости, высокой прочностью, термостойкостью, химической инертностью по отношению к матрице. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы Наполнителями в этих композитах часто служат части­цы оксидов, нитридов, боридов и других соединений (Аl2O3, ВеО, SiС, ВN, B4С). Армированные ими метал­лические матрицы «работают» до 1200°С. Как правило, их изготавливают порошковым методом. Свойства дисперсно-упрочненных композитов в отли­чие от волокнистых - изотропны. Рис. 33. Зависимость прочностных и пластических свойств САПов от объемной доли оксида Аl2O3 Из числа дисперсно-упрочненных материалов на алю­миниевой основе промышленное использование получи­ли так называемые САПы (спеченная алюминиевая пуд­ра). Сплавы состоят из алюминиевой матрицы, в кото­рой распределены частицы оксида алюминия - Аl2O3. В различных САПах размер частиц изменяется от 10 до 50 мкм, а их объемная доля - от 6…8 до 18…22 %. Прочность сплавов возрастает с увеличением объемной доли оксида (рис. 33). В табл. 17 приведены свойства некоторых композитов. В промышленности используют и дисперсно-упрочненные жаропрочные композиты с матрицами на титановой, никелевой и алюминиевой основах. Разработаны и композиционные коррозионностойкие сплавы, которые используют в промышленности. При создании любых композиционных сплавов воп­рос о совместимости входящих в них компонентов явля­ется одним из важнейших. При создании коррозионностойких композитов специфика их работы в контакте с агрессивными средами требует электрохимической совместимости компонентов. Известно, что многие карбиды (ТiС; ZrС; Мо2С), нит­риды (ТiN; ZrN; NbN; ТаN), бориды (TiB2; VB2 ; CrB2; Mo2B2), силициды (VSi2; TiSi2; Мо3Si; TaSi2) обладают высокой коррозионной стойкостью в различных агрес­сивных средах. Но эти соединения хрупки, нетехноло­гичны, поэтому необходимо создавать композиционные материалы с пластичной и одновременно коррозионно-стойкой матрицей. Композиты, включающие в качестве наполнителя перечисленные выше соединения, получили в литературе наименование керметов. Порошки карбидов, нитридов и других соединений входят в состав коррозионностойких металлических сплавов. Относительная стойкость таких композитов в сопоставлении с коррозионностойкой (нержавеющей) сталью Х18Н8 представ­лена на рис. 34. В настоящее время теоретические ос­новы коррозионной стойкости композитов еще недоста­точно совершенны и подбор компонентов и их соотноше­ний осуществляют эмпирически. Рис. 34. Коррозионная стойкость композиционных материалов WC - Co по сравнению с нержавеющей сталью: 1 - 12Х18Н8; 2 - 85 % WC + 15 % Co; 3 - 88 % WC + 12 % Co; 4 - 93 % WC + 7 % Co; 5 - 94,5 % WC + 5,5 % Co Из числа коррозионностойких композиционных ма­териалов, используемых в промышленности, можно отме­тить ферротитаниды (основа - легированные сплавы на основе железа, упрочняющая фаза 10…75 % (объемн.) ТiС). Так, сплавы с содержанием 20…45 % (объемн.) ТiС, остальное - сплав на железной основе, легирован­ный хромом, молибденом, вольфрамом, алюминием и никелем, используют в качестве подшипников и шаров мельниц, работающих в агрессивных условиях. Сплавы с матрицей приведенного состава (14…24 % Сr; 0,4…1,2 % С; < 5 % Мо; ост. Fе), упрочненные карбидами ТiС, NbС, VС, используют как коррозионностойкие и из­носостойкие, в частности для изготовления инструмента, применяемого при вальцовке в консервной промышлен­ности. Волокнистые композиционные материалы Упрочнителями таких материалов являются волокна чис­тых неметаллических материалов (С, В) либо туго­плавких соединений (Аl2O3, ThO2, SiС) или же прово­лока из тугоплавких металлов - вольфрама, молибдена и др. Диаметр волокон может меняться от 1 до 50 мкм (нитевидные монокристаллы), а диаметр проволоки обычно составляет доли миллиметра. Длина волокон, как правило, в десятки раз превышает их диаметр. Волокнистые материалы - анизотропны, но мера различий свойств в разных направлениях зависит от объемной до­ли волокон (рис. 35). При одинаковой объемной доле упрочнителя более высокая прочность характерна для более длинных волокон. При высоких температурах длительная прочность волокнистых композитов выше, чем дисперсно-упрочненных или чем стареющих жаропроч­ных сплавов. В промышленности волокнистые композиты исполь­зуют большей частью для изготовления деталей про­стой формы (пластин, клиньев, колец и т.п.). Нашли применение волокнистые композиты с алюминиевой мат­рицей, армированной проволокой из коррозионностойких (нержавеющих) сталей либо борными и углеродными волокнами. В алюминиевых композитах, армированных стальной проволокой диаметром 0,15 мм, достигаются значения в = 3600 МПа при объемной доле волокон ~ 40 %, что примерно в 15 раз больше, чем у техниче­ского алюминия. Для повышения модуля упругости алюминиевых композитов используют борные волокна. Рис. 35. Прочность композиционного сплава, армированного углеродным волокном: 1 - укладка в одном направлении; 2 - укладка в двух взаимно перпендикулярных направлениях Таблица 17 Состав и свойства композитов Состав матрицы Упрочнитель, % (об) Длительная прочность при 1100 °С за 100 ч Состав матрицы Упрочнитель, % (об) Длительная прочность при 1100 °С за 100 ч Cr Ni Cr Ni Дисперсионно-упрочненные композиты Волокнистые композиты - - 20 100 100 76,5 2,5 ThO2 2,5 ThO2 2,25 Y2O3 50 80 115*1 22 22 20 78 78 80 41 W 50 W + 0,91 ThO2 70 W + 2 ThO2 95 155 335*2 ____________________ *1 – длительная прочность при 1000 °С за 100 ч; *2 - длительная прочность при 1100 °С за 1000 ч Применяются также волокниты на основе титановых сплавов. Для упрочнения применяют молибденовую проволоку, а также волокна WC и Аl2O3 при их объем­ной доле 25…30 %. Армированные титановые сплавы способны работать до 540 °С (так, например, деформа­ция 0,2 % за 100 ч испытаний при 540 °С происходит при напряжении 70 МПа в сплаве матричного состава, а для композиционного материала с молибденовыми во­локнами - при 350 МПа, а с волокнами из WC - при 380 МПа). Наибольшее применение композиционные сплавы на алюминиевой и титановой основах находят в авиации и космической технике, где требуется высокая удельная прочность. Их применяют также в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Естественные композиционные материалы – направленно-закристаллизованные эвтектики Преимущество этого класса композитов перед искусст­венным обусловлено, прежде всего, более совершенной связью между компонентами композита. Направленно-закристаллизованные эвтектики (НКЭ) обладают более высокой температурной стабильностью структуры, что расширяет возможности их применения для работы в условиях высоких температур. Параметры структуры НКЭ зависят от скорости охлаждения сплавов. По структуре НКЭ делят на пластинчатые и волокнистые. Расстояния между пластинками или волокнами зависят от соотношения объемных долей компонентов в НКЭ и скорости кристаллизации. Упрочняющими фазами в НКЭ могут быть как карбиды, так и интерметаллиды. Составы некоторых направленно-закристаллизован­ных эвтектик и их механические свойства приведены в табл. 18. Таблица 18 Механические свойства направленно-кристаллизованных эвтектик Сплав (НКЭ) Механические свойства 20 °С 1000 °С Длительная прочность в, МПа , % в, МПа , % 1000100, МПа 1100100, МПа Ni + 6 % TaC Co + 12 % TaC Co + 15 % Cr + 13 % TaC Ni + Ni3Ta Ni3Al + Ni3Ta Ni3Al + 44 % Ni3Nb 1100 1050 1050 1010 1000 1200 2,5 3,0 2,5 - 4 - 380 385 435 550 470 830 17 7 4 - 8 - - 120 140 - - 175 - - - - - - Разработаны также НКЭ и на других основах: Аl + Аl3Ni, Аl + Al6Mn, Аl + CuAl2 и др. Промышленное ис­пользование получили, главным образом, НКЭ на нике­левой и кобальтовой основах, поскольку они обладают значительно более высокой жаропрочностью по сравнению со стареющими никелевыми сплавами и искусственными композитами с никелевой матрицей (рис. 36). Рис. 36. Температурная зависимость длительной прочности в за 1000 ч направленно-кристаллизованной эвтектики Ni3Al + 40 % Ni3Nb (1) по сравнению с жаропрочными стареющими сплавами Co + 15 % Cr + 13 % TaC (2), Rene 120 (3), Rene 80 (4) 3.2. Порошковые стали и сплавы Возможность реализации комплекса специфических свойств, технологические преимущества изготовления деталей обусловили разработку порошковых конструкционных материалов. Имеются различные способы получения изделий из порошковых материалов, но общая их суть заключается в том, что порошки заданного состава (полученные либо распылением жидких сплавов, либо механическим смешиванием порошковой шихты требуемого состава) компактируют и спекают в регулируемых атмосферах. Это может быть холодное прессование, после которого проводят последующее спекание в вакууме, либо горячее изостатическое прессова­ние, горячее динамическое прессование, горячая штам­повка или экструзия. Последние способы обеспечивают меньшую пористость. Уплотнение заготовок позволяет получать материалы с минимальной пористостью (1…2 %) и, кроме того, в процессе уплотнения происходит термомеханическое упрочнение материалов. Поэтому свойства порошковых материалов близки к свойствам литых и катаных сталей и сплавов аналогичного соста­ва, а по некоторым показателям даже превосходят их. В настоящее время изготавливают изделия из порош­ковых материалов различных классов: железа, углеро­дистых и легированных сталей, в том числе быстроре­жущих инструментальных сталей, твердых сплавов, цветных сплавов и других порошковых материалов. Конструкционные порошковые изделия (главным об­разом на основе железа) составляют большую часть продукции порошковой металлургии. Техника прессова­ния пока накладывает ограничения на размеры деталей, их масса колеблется от 5 до 1000 г. Некоторые составы легированных порошковых ста­лей и их механические свойства представлены в табл. 19. Значительную долю в общем объеме порошковых материалов занимают инструментальные быстрорежу­щие стали. Таблица 19 Легированные порошковые стали, полученные однократным прессованием и спеканием Содержание легирующих элементов, % (по массе) Механические свойства C Ni Cu Mo Cr Другие элементы в, МПа , % Без термической обработки 0,85 0,5 - - 0,3 - 2,5 2 - - - 10,5 - - 4 2,5 - - 2 0,5 - 0,25 - - - - 6 - - 12 - - - 0,32 Si 0,45 P 0,6 P 645 440 680 675 430 685 3 2 3 2,5 5,5 6 С заключительной термической обработкой деталей - 0,5 - - 5 2 1 15 - - 2,25 - 0,8 0,05 - 5 - - - - 0,02 B - 0,4 Mn 7 Co; 2 Ti 1200 810 770 1295 1 2 1 3,5 Отечественная промышленность производит порошко­вые быстрорежущие стали марок Р12М3Ф2К8, Р12МФ5, Р6М5Ф3, Р6М5К5. При обработке жаропрочных сталей и сплавов стойкость инструментов из таких сталей была в 1,3…3 раза выше, чем для сталей тех же марок, но полученных выплавкой. Разработаны также и безволь­фрамовые быстрорежущие мелкозернистые порошковые стали - Р0М6Ф1, Р0М2Ф3, Р0М10Ф3, Р0М10Ф3К8 и др. Преимуществом закаленных порошковых безвольфра­мовых сталей перед литыми является отсутствие склон­ности к росту зерна и разнозернистости. Резцы из безвольфрамовых порошковых сталей имеют даже лучшую стойкость и теплостойкость, чем из литой стали Р6М5. Порошковые стали и сплавы применяют также в ка­честве антифрикционных и уплотнительных материалов. В антифрикционных материалах объем пор составля­ет 15…30 % от общего объема изделия, при этом в за­рубежных изделиях поры заполняют жидкой смазкой, в отечественных - фторопластом. Следует отметить, что такие антифрикционные материалы нельзя применять при повышенных температурах и высоких скоростях движения трущихся деталей. Для эксплуатации в агрессивных средах и при по­вышенных температурах (250…600 °С) разработаны антифрикционные порошковые сплавы на базе высококоррозионностойкой аустенитной стали типа Х23Н18. Для снижения износа их или сульфидируют, или борируют. Пористость уплотнительных материалов, используе­мых для герметизации конструкций, работающих при вы­соких давлениях (20…30 МПа), должна быть минималь­ной. В авиационных газовых турбинах в качестве уплот­нительных материалов используют никельграфитовые спеченные материалы, в которых графит выполняет роль твердой смазки. В качестве перспективной основы для уплотнитель­ных материалов рассматривают сплавы системы Ni - Cr, в которых антифрикционные характеристики повышают добавкой нитрида бора - ВN [до 6 % (по массе)]. Таблица 20 Составы и механические свойства порошковых титановых сплавов Химический состав, % (по массе) Механические свойства Al V Zr Fe Другие элементы 0,2, МПа B, МПа , % , % 6,04 5,89 5,80 5,27 5,50 3,53 4,08 4,12 4,07 5,74 - 11,75 - - - 2,23 5,86 - 0,093 0,630 0,108 0,98 0,068 2,73 - - 0,53 Ni 0,99 Cu 6,35 Mo - 840 880 890 960 1035 940 915 940 950 1025 1090 1010 9 5 6 9 5 7 15 6 10 12 5 5 Порошковые сплавы на основе цветных металлов (Ni, Cu, Ti, Cr и др.) производят в меньшем объеме по сравнению с железными. Порошковые сплавы на основе титана применяют в различных отраслях техники - авиации и космических исследованиях, медицине и пищевой промышленно­сти, т.е. в тех отраслях, где экономически оправдано применение материалов с высокой удельной прочностью Применение порошковых сплавов позволяет значительно увеличить коэффициент использования металла, что осо­бенно важно для дорогих титановых сплавов, которые в настоящее время в 20 раз дороже обычной стали, и в пять раз дороже коррозионностойкой (нержавеющей) стали. Составы некоторых порошковых титановых сплавов и их механические свойства приведены в табл. 20. Как правило, из спеченных титановых сплавов изго­тавливают детали сложной формы - турбинные диски, фильтры, диспергаторы и т.д. Порошковые спеченные материалы на медной основе (Cu - Sn - Pb - SiO2) используют в качестве фрикцион­ных вставок в муфтах сцепления, тормозных системах и других деталях. Бронзу СuSn10, а также монель-металл 70Ni30Сu применяют также и для изготовления различных фильтров. Преимущества металлических по­рошковых фильтров перед органическими (войлок, бу­мага, ткани, полимеры) или неорганическими (керами­ка, асбест, стекло) состоят в том, что они более прочны, нечувствительны к ударным нагрузкам, поддаются сварке, пайке, весьма коррозионностойки. Металлические порошковые фильтры используют для фильтрации солевых растворов, хладагентов, смазочных материалов. В пищевой промышленности металлические фильтры применяют в пневмотранспортных устройствах для рас­пыления и транспортировки муки. Методами порошковой металлургии получают также ферромагнитные материалы, применяемые для изготов­ления постоянных магнитов (сплавы системы Аl - Ni - Со), а также жаропрочные сплавы на никелевой и ко­бальтовой основах. Преимущества использования по­рошковых сплавов в данном случае связаны с большей равномерностью структуры и возможностью получать более чистые материалы. Порошковые сплавы на основе хрома (Х68Н32, Х66Н30Т4, Х78Н20Т2 и др.) используют для изготовле­ния сварочных электродов, предназначенных для сварки высоколегированных сталей, так как они обеспечивают высокое качество сварного шва, повышают скорость сварки и снижают суммарные расходы на сварочные ра­боты. Методами порошковой металлургии изготавливают и изделия из сплавов на основе тугоплавких металлов (W, Мо, V и др.), многие детали из которых другими методами изготовить невозможно вследствие их низкой технологичности. 3.2.1. Конструкционная металлокерамика Конструкционные металлокерамические материалы по­лучают методами формования порошковых масс туго­плавких соединений, с последующим их обжигом. В ка­честве материалов для изготовления металлокерамик служат соединения металлов IV…VI групп периодиче­ской системы с неметаллами (карбиды, нитриды, оксиды, бориды и др.). Эти материалы имеют высокую твердость, очень ту­гоплавки, имеют высокую коррозионную стойкость и со­противление окислению. Приведем температуры плавле­ния некоторых карбидов: Карбид tпл, 0С Карбид tпл, 0С Карбид tпл, 0С TiC 3150 NbC 3480 TaC 3825 ZrC 3420 HfC 3830 Mo2C 2486 W2C 2795 Наряду с соединениями металлов с неметаллами для конструкционных керамик используют и тугоплавкие соединения неметаллических элементов, например ни­триды и карбид кремния (Si3N4, SiC и др.). Все конструкционные керамики применяют, прежде всего, как высокожаропрочные и жаростойкие материа­лы. Так, керамики на основе соединений кремния явля­ются легкими износостойкими материалами, исполь­зующимися в двигателях внутреннего сгорания, рабо­тающих при температурах до 1500 °С (Si3N4) или даже до 1800 °С (SiC). Из этих материалов изготавливают головки блоков цилиндра, поршни и другие детали. Недостатком конструкционных керамик является их высокая хрупкость и технологические трудности изго­товления деталей нужной формы. В Японии в последние годы освоен новый вид конст­рукционных материалов, так называемая «гибкая ке­рамика», также применяемая в двигателях внутреннего сгорания. Термин взят в кавычки потому, что гибкость этой керамики существенно ниже, чем у сталей, но ее сопротивление ударным нагрузкам значительно выше, чем у обычных керамических материалов. В научной литературе описываются различные пути повышения эластичности керамических материалов, это, главным образом, введение в керамические материалы различных металлических и неметаллических волокон. 3.3. Сплавы на основе интерметаллидов В последние годы во многих областях техники исполь­зуют, а в науке интенсивно разрабатывают технологии изготовления сплавов на основе интерметаллидов. От­личительной чертой интерметаллидных материалов яв­ляется наличие упорядоченности кристаллического строения, что обусловливает комплекс свойств недости­жимых для неупорядоченных материалов. Упорядоченные интерметаллидные сплавы имеют бо­лее высокое сопротивление деформированию, особенно при высоких температурах. В частности, сплавы на ос­нове Ni3Al и NiАl используют в авиационном машино­строении, ракетной и других отраслях техники в каче­стве жаропрочных материалов. В интерметаллиде NiАl степень порядка в расположении атомов близка к 1 во всей области температур существования этого соедине­ния, поэтому при высоких температурах эксплуатации изделий из этого интерметаллида сохраняются высокие прочностные свойства. В интерметаллиде Ni3Al механи­ческие свойства с повышением температуры эксплуатации до 700…800 °С не только не снижаются, но даже растут, что обусловлено действием спе­циальных механизмов блокировки дислокаций при их движении в упорядоченной структуре. Во многих отраслях техники при создании различных магнитных систем, МГД-генераторов применяют сверхпроводящие сплавы на основе интерметаллидов Nb3Ge, Nb3А1, Nb3Sn, V3Si, V3Ga и др. Так, в сверхпроводящем сплаве Nb3(Al0,75Ge0,25) температура сверхпроводящего перехода TK = 20 К. Сплавы на основе интерметаллидов NiTi и Fe3Pt - обладают эффектом «памяти формы» и широко исполь­зуются в технике, медицине и других областях в качестве различных соединительных деталей и других изделий. Прецизионные сплавы на основе интерметаллидов FеСо обладают уникальными магнитными свойствами, и их применяют в приборостроении и радиотехнической промышленности. Но они хрупки, и для повышения пла­стичности их легируют добавками ванадия, хрома, мар­ганца и никеля. На основе интерметаллических соединений редкозе­мельного элемента самария и кобальта (SmCo5 и Sm2Co17) разработаны магнитотвердые сплавы. В ука­занных сплавах кобальт может частично заменяться же­лезом или медью, а самарий - празеодимом или цери­ем. Сплавы на основе интерметаллидов редкоземельных элементов обладают уникальными свойствами. Их маг­нитная энергия (B.H) в два раза выше, чем в лучшем из магнитно-твердых материалов - альнико, и составля­ет 107 кДж/м3 для сплавов на основе Аl – Ni - Со, 192 кДж/м3 для SmCo5 и 208 кДж/м3 для (Pr,Sm)Co5. Во многих отраслях техники, главным образом ра­дио- и приборостроительной, для изготовления деталей используются сплавы на основе интерметаллида СuАu, легированного серебром, никелем, палладием и другими элементами. Детали из этих сплавов отличаются высо­кой коррозионной стойкостью и надежностью. Интенсивные поиски, как новых составов сплавов, так и расширения областей их использования позволят в ближайшее время более полно реализовать потен­циальные возможности этого класса материалов. 3.4. Аморфные и микрокристаллические сплавы Аморфные сплавы являются принципиально новым клас­сом металлических материалов, обладающих уникаль­ным комплексом эксплуатационных свойств (прочност­ных, электрических, магнитных, антикоррозионных), значительно превышающих эти показатели у сплавов тех же составов, но находящихся в кристаллическом состоянии. Методы получения аморфных материалов были рас­смотрены ранее. Наиболее технологичным из них являет­ся метод непрерывного литья на вращающийся барабан. Этим методом получают в основном ленту толщиной 20…30 мкм и шириной 10…20 мм, а в отдельных слу­чаях и толщиной 40…70 мкм и шириной до 50 мм. Име­ются сведения о том, что в Японии освоено получение ленты шириной до 200 мм. Получено большое число аморфных сплавов на ос­нове железа, никеля, титана, меди и других металлов, как правило, с аморфизующими добавками (P, Si, B, C). Составы и механические свойства некоторых аморф­ных сплавов представлены в табл. 21. Таблица 21 Механические свойства аморфных сплавов Состав сплава, % (ат.) Твердость HV, МПа 0,2, МПа в, МПа Cu57Zr43 Ti50Be40Zr10 Ti60Co30Si10 Fe80B20 Fe72Cr8P13C7 Fe60Ni20P13C7 Fe60Cr8Mo5B27 5400 7400 7200 11000 8500 6600 - 1380 2300 2610 3700 3420 1900 - 2000 - - - 3850 2500 4900 Аморфные сплавы обладают исключительной корро­зионной стойкостью, особенно к таким видам коррозии, как питтинговая и щелевая, поскольку в них отсутству­ют границы зерен. Так, скорость коррозии кристалличе­ских коррозионностойких сталей Х18Н8 и Х17Н14М3 в 10%-ном хлорном железе при 600 °С соответственно со­ставляет 120 и 27,5 мм/год. Скорость коррозии аморфных сплавов даже с меньшим содержанием хрома и не со­держащих никель и молибден (сплавы Fe72Cr8P13C7 и Fe70Cr10P13C7) практически равно нулю. Электросопротивление аморфных сплавов в несколь­ко раз выше, чем кристаллических, они отличаются низ­кой магнитострикцией и высокой магнитной проницае­мостью. Магнитные свойства аморфного сплава Fe6Co72P16B6Al3 значительно выше, чем у высоконикелевых пермаллоев (Fе + 78,5 % Ni и Fе + 79 % Ni + 5 % Мо). В промышленности аморфные сплавы получили при­менение для изготовления магнитных головок записи, высокочастотных преобразователей, термодатчиков, маг­нитных фильтров, в качестве коррозионностойких дета­лей, для упрочнения режущих инструментов. Предпола­гается, что в ближайшее время их будут применять в качестве пружинных материалов, а также в качестве металлокорда в автомобильной промышленности и дру­гих отраслях техники. Помимо выпуска аморфных сплавов в виде ленты, их выпускают также и в виде аморфных порошков, из которых взрывным прессованием получают детали за­данной формы. В последние годы начинает разрабатываться техно­логия получения аморфных поверхностных покрытий на массивных кристаллических изделиях. Достигается это лазерной обработкой либо ионной имплантацией, т. е. облучением поверхности изделий высокоэнергетическими источниками. Аморфные сплавы недостаточно термостабильны. При нагреве до температур 450…500 °С (в редких спла­вах до 600…700 °С) они начинают кристаллизоваться и свойства их начинают снижаться. Другая группа металлических сплавов, близких по способу получения (закалкой из жидкого состояния) получила название микрокристаллических, или иногда их называют рентгенаморфными, так как картины рент­геновской дифракции для этих сплавов очень сходны с аморфными. Размер зерна в микрокристаллических сплавах составляет всего 10…30 нм. Как правило, полу­чение таких сплавов вызвано необходимостью повыше­ния пластичности. Типичным представителем микрокристаллических сплавов является магнитно-мягкий сплав сендаст (Fе + 9,6 % Si + 5,4 % Аl), который обладает очень высоки­ми магнитными свойствами, но необычайно хрупок. Пе­ревод сплава в микрокристаллическое состояние позволяет получить при 750 °С полностью вязкое разрушение ( = 97 %), если его деформацию проводить со ско­ростью не превышающей 310 -5 1/с. Кроме того, для микрокристаллических сплавов ха­рактерно то, что в процессе закалки из жидкого состоя­ния можно существенно повысить содержание отдель­ных элементов в твердом растворе и менять свойства за счет изменения фазового состава. Считают, что получение сплавов в микрокристалли­ческом состоянии имеет большие перспективы для улуч­шения свойств инструментальных сталей и жаропроч­ных сплавов, используемых для лопаток газовых тур­бин. Контрольные вопросы к главе 3 1. Что такое композиционный материал? Какие типы компози­ционных материалов используют в машиностроении? 2. В чем преимущества в применении порошковых сталей и спла­вов перед литыми? Какие недостатки присущи порошковым сплавам? 3. Что такое конструкционная керамика? Какие свойства для нее характерны? 4. В чем заключается принципиальное отличие аморфных спла­вов от кристаллических? Какими свойствами отличаются аморфные сплавы? Глава 4 ПЛАСТМАССЫ 4.1. Общая характеристика синтетических полимеров Синтетическими полимерами называют неметаллические материалы (пластические массы, резины, химические волокна, пленки, лаки и др.), основой производства которых является синтез высокомолекулярных органических продуктов на базе полимерных соединений. Полимерные высокомолекулярные соединения состоят из сотен и тысяч атомов, их гигантские молекулы называют макромолекулами. В зависимости от формы макромоле­кул полимерные соединения подраз­деляются на линейные, разветвленные и сетчатые (пространственные) (рис. 37). Рис. 37. Строение высокомолекулярных соединений: а - линейное; б - разветвленное; в - сетчатое ( - элементарное звено мономера) У линейных полимеров макромо­лекулы представляют собой сотни или тысячи элементарных звеньев мономеров, соединенных внутримо­лекулярными связями в бесконечные цепи (рис. 37, а). У разветвленных полимеров цепи образуют ответвления, состоящие так­же из элементарных звеньев мономе­ров (рис. 37, б). У сетчатых (пространственных) полимеров цепи образуют пространственную сетку (рис. 38, в). Линейные и разветвленные отно­сятся к термопластичным, а сетча­тые - к термореактивным полимерам (термопласты в отличие от реактопластов способны многократно под­вергаться пластической деформации). В зависимости от химического состава различают карбоцепные и гетероцепные полимеры. К карбоцепным относятся полимеры, у которых основная цепь состоит из атомов С. Гетероцепными называют полимеры, у которых в основную цепь, кроме атомов С, входят атомы О2, S, Р, N2, Si и др. Все синтетические полимеры по типу синтеза делят на полимеризационные (и сополимеризационные) и поликонденсационные высокомолекулярные соединения. Полимеризация состоит в со­единении однородных (или разнородных) мономеров с последующим образованием нового высокомолекулярного вещества - полимера (без выделения каких-либо по­бочных продуктов). Полимеризация - это непрерывный (цепной) или ступенчатый процесс. При сополимеризации полимеризуются два или более разнородных не­насыщенных мономера. Поликонденсация состоит в образовании нового высокомолекулярного вещества - полимера - и сопровождается выделением, каких-либо побочных продуктов (например, Н2О). По­ликонденсация - это процесс ступенчатый, когда образующиеся на каждой стадии промежуточные продукты могут быть отделены. Рис. 38. Зависимость деформации от деформирующего напряжения: 1 - металлов; 2 - пластмасс; 3 - резины Доля полимеров среди конструкционных материалов постоянно увеличивается. В ряде случаев они успешно конкурируют с метал­лами. Поэтому необходимо повышать надежность, долговечность и конструкционную прочность полимерных материалов, предупреждать их старение. На рис. 38 приведена зависимость деформации раз­личных материалов от деформирующего усилия. Так, у твердых ме­таллов после возрастания усилия выше предела упругости (точка В) быстро наступает разрыв. У пластмасс после превышения предела упругости (точка В) наблюдается значительная деформация, увели­чивающаяся непропорционально действующему усилию. 4.2. Основные сведения о пластмассах Пластические массы (пластмассы) занимают особое место среди синтетических полимерных материалов. Некоторые из них обладают такими ценными свойствами: хорошей удельной прочностью, фрикционностью, прозрачностью, электроизоляционностью, теплозвукоизоляционностью, химической стойкостью и т. д. Обычно пластмассы представляют собой сложные композиции, состоящие из нескольких веществ. Требуемые эксплуатационные свой­ства пластмасс получают благодаря подбору отдельных компонентов и их определенным сочетаниям. Основным компонентом всех пластмасс является связующее вещество (высокомолекулярное органическое соединение), которое при­дает пластмассам пластичность и способность формоваться, а затем затвердевать, сохраняя полученную форму. Некоторые пластмассы состоят только из связующего вещества (например, полиметилметакрилат - оргстекло). В качестве связующего вещества в пластмассах применяют глав­ным образом синтетические смолы, а в некоторых случаях - эфиры целлюлозы. Для повышения механической прочности, теплостойкости, электроизоляционных и других свойств в состав большинства пластмасс вводят другой весьма важный компонент - наполнитель, который после пропитки связующим веществом спрессовывается в однородную массу. Кроме связующих веществ и наполнителей, в состав пластмасс вводят пластификаторы, пигменты и другие добавки. Синтетические смолы Синтетические смолы получают из веществ с низким молекулярным весом, а также из природных или ранее полученных веществ с высоким молекулярным весом. Получение высокомо­лекулярных синтетических смол может быть осуществлено методами полимеризации или поликонденсации. В зависимости от свойств связующего вещества и его поведения при нагреве пласт­массы делят на термореактивные (термонеоб­ратимые) и термопластичные (термообра­тимые). При повышенных температурах механи­ческие свойства пластмасс снижаются. Так, у реактопластов, например, z изменяется несущественно, тогда как у термопластов перепад этого параметра значителен (рис. 39). Рис. 39. Зависимость предела прочности пластмасс от температуры: 1 - термопласты; 2 - реактопласты Анилиноформальдегидные смолы, являющиеся продуктом поликонденсации анилина с формальдегидом, применяют для электро­изоляционных пластмасс, работающих в условиях высоких частот. Они обладают термостойкостью до 110° С, повышенной водо- и хи­мической стойкостью. Обычно их используют в сочетании с феноло-формальдегидными смолами. Наибольшее применение в качестве связу­ющих веществ получили следующие тер­мореактивные смолы. Феноло-формальдегидные и феноло-фурфурольные смолы, являющиеся продуктом поли­конденсации фенолов (фенол, крезол, резерцин) с формальдегидом или фурфуролом соответственно, широко применяют для конструкционных и неконструкционных пластмасс. Они обладают термостойкостью до 300° С. Аминоформальдегидные (карбамидные) смолы, являющиеся продуктом поликонденсации аминов (мочевины, тиомочевины, меламина) с формальдегидом, используют для электроизоляционных, вспомо­гательных и декоративных пластмасс. Они имеют термостойкость до 145° С. Эпоксидные смолы, являющиеся продуктом поликонденсации эпихлоргидрина (хлорированного глицерина) и многоатомных фенолов (дифенилолпропана и др.), представляют собой густые, вязкие жид­кости, растворимые в спирте и ацетоне. Применяют их для высоко­прочных конструкционных пластмасс. Полиэфирные смолы, являющиеся продуктом полимеризации или поликонденсации сложных эфиров двухосновных кислот (малеиновой, себациновой, анилиновой), ангидридов (фталиевого, малеинового) и многоатомных спиртов (этиленгликоли, пропиленгликоли, диэтиленгликоли), используют для высокопрочных конструкционных и электроизоляционных пластмасс. Они имеют термостойкость до 300° С, способны формоваться при низких давлениях. Полисилоксановые связующие на основе кремнийорганических сое­динений применяют для термостойких и электроизоляционных пласт­масс. Они обладают термостойкостью до 400° С, высокой эластичностью и химической стойкостью. Термопластичные смолы используют для приготовления литьевых прессмасс и листовых или пленочных пластических материалов, не содержащих наполнителей. Наибольшее применение получили следующие. Полиэтиленовые смолы, являющиеся продуктом полимеризации этилена и его производных, применяют для электроизоляционных и других пластмасс. Поливинилхлоридные смолы, являющиеся продуктом полимериза­ции хлорпроизводных этилена, используют для электроизоляци­онных, химически стойких, теплостойких и декоративных пласт­масс. Полифторэтиленовые смолы, являющиеся продуктом полимери­зации фторпроизводных этилена, применяют для термостойких, хи­мически стойких и электроизоляционных высококачественных пласт­масс. Полистирольные смолы, являющиеся продуктом полимеризации стирола (фенилэтилена), используют для электроизоляционных пласт­масс. Полиакриловые смолы, являющиеся продуктом полимеризации акриловой и метакриловой кислот и их производных, применяют для прозрачных пластмасс (органическое стекло). Полиамидные смолы, являющиеся продуктом поликонденсации, диаминов с двухосновными дикарбоновыми кислотами, а также ступен­чатой полимеризации лактанов аминокислот, используют для высоко­прочных, термостойких и других пластмасс. Полиуретановые смолы, являющиеся продуктом взаимодействия диизоцианатов с гликолями (многоатомными спиртами и др.), при­меняют для высокопрочных пластмасс. Эфиры целлюлозы. Целлюлоза является природным высокомолекулярным соедине­нием. В результате обработки целлюлозы концентрированными кис­лотами образуются сложные эфиры целлюлозы; ксантогенат целлю­лозы (щелочная целлюлоза, обработанная сероуглеродом), нитроцеллюлоза (обработанная смесью азотной и серной кислот) и ацетилцеллюлоза (обработанная уксусной кислотой). Наполнители Наполнители вводят для улучшения физико-механических свойств пластмасс и повышения их экономичности. Наполнители делятся на органические и неорганические. Органические наполнители - это материалы на основе целлю­лозы. Они снижают хрупкость смол и сохраняют малый удельный вес, однако увеличивают гигроскопичность и уменьшают термостойкость пластмасс. Неорганические наполнители увеличивают хрупкость пластмасс, но повышают теплостойкость и улучшают электроизоляционные свой­ства. При формовании у пластмасс с неорганическими (минеральны­ми) наполнителями усадка значительно меньше, чем у пластмасс с органическими наполнителями. В зависимости от структуры в пластмассах могут участвовать порошкообразные (в виде порошкообразной крошки), волокнистые (в виде различных волокон) и слоистые (в виде листовых материалов) на­полнители. В качестве порошкообразных наполнителей используют древес­ную муку, целлюлозу, слюду, кварцевую муку, сажу, графит и не­которые другие. В качестве волокнистых наполнителей применяют хлопковые оче­сы, асбестовое волокно, стеклянное волокно; кроме того, могут исполь­зоваться отходы тканей, бумаги, картона, древесного шпона и др. Во­локнистые наполнители повышают механические свойства пластмасс, однако вследствие меньшей текучести затрудняют процессы формо­вания и возможность изготовления изделий сложной конфигурации. В качестве слоистых наполнителей применяют цельнолистовые материалы: бумагу, ткани (хлопчатобумажные, стеклянные, асбесто­вые) и древесный шпон. Использование слоистых (листовых) напол­нителей дает возможность получать пластмассы с наиболее высокими механическими свойствами и рядом специальных параметров. Такие пластмассы называют конструкционными. В некоторых случаях изготовляют пластмассы без наполнителей; это или прозрачные (типа органического стекла) или отдельные не­прозрачные композиции. Пластификаторы Пластификаторы вводятся в пластмассы для повышения эластичности готового изделия и облегчения горячей штамповки. В качестве пластификаторов применяют различные органические вещества: стеарин, касторовое масло, олеиновую кислоту, дибутилфталаты и др. Дополнительные компоненты В композиции пластмасс для придания определенной окраски вводят соответствующие красящие вещества - пигменты. В порошкообразных пластмассах в качестве добавок участвуют легкоплавкие, воскоподобные, высокотекучие вещества типа смазок, облегчающие выемку изделий из форм после прессования. Для ускорения отверждения термореактивных пластмасс в их состав перед формованием вводят катализаторы (перекиси, кислоты или соли). При производстве пластмасс с пористым или ячеистым строением в их состав вводят специальные вещества - порообразователи. В качестве добавок вводят также антистарители (антиокислители). 4.3. Свойства пластмасс Физические свойства Удельный вес пластмасс в зависимости от типа и количества свя­зующего вещества и наполнителя, а также технологии изготовления составляет от 0,014 до 10 г/см3. Наиболее легким пластиком явля­ется поропласт на основе аминоформальдегидной смолы (удельный вес 0,014 г/см3), наиболее тяжелым - пресс-материал на основе феноло-формальдегидной смолы и Pb - наполнителя (удельный вес 10 г/см3). Удельный вес конструкционных пластмасс составляет от 1,35…1,45 (текстолита) до 1,6…1,8 (стеклотекстолиты) г/см3. Коэффициент линейного расширения пластмасс в несколько раз больше, чем у металлов: (0,3…36)105 на 1° С. Наибольшим коэффи­циентом линейного расширения обладают ненаполненные смолы. Вве­дение наполнителей снижает коэффициент линейного расширения. Коэффициент теплопроводности пластмасс (0,14…0,29 ккал/ч.м.град) в несколько сот раз меньше, чем у металлов (61…180 ккал/ч.м.град). Введе­ние наполнителей может увеличить теплопроводность пластиков. Теплостойкость пластмасс зависит от типа и количества смолы и наполнителя и составляет 35…250 °С. Теплостойкость целлопластов 25 °С, стеклопластиков 170…240 °С, полисилоксановых композиций 300…400 °С. Некоторые из пластиков могут выдерживать перегрев до 600…1000 °С. Морозостойкость пластмасс - очень важное свойство. Пластмас­сы выдерживают низкие температуры без разрушения, хотя величины  и КС существенно уменьшаются. Наиболее морозостойкими пласт­массами являются политетрафторэтилен и фторхлоропроизводные этилена (до – 100 °С). Наименее морозостойким является поливинилхлорид. Коэффициент трения пластмасс зависит от композиций. Так, пластмассы с асбестовым наполнителем (КФ-3, КФ-6, ФК-24А, ФК-16Л и др.) являются фрикционными материалами, а пластмассы с наполнителем из хлопчатобумажной ткани или древесного шпона и ряд ненаполненных смол - хорошими антифрикционными материала­ми, применяемыми для изготовления подшипников трения - сколь­жения. При водо- и влагопоглощении (или потере влаги) возникают внутрен­ние напряжения, приводящие к короблению или растрескиванию. Наиболее водостойкими являются полиэтилен, политетрафторэти­лен, полистирол и др.; наименее водостойкими - древесно-слоистые пластики на основе фенольных смол, а также пластмассы на основе поливинилового спирта и аминоформальдегидных смол. Пластмассы (кроме полиэтилена и полиизобутилена) масло- и бензостойки и могут успешно работать в этих средах. Механические свойства Механические свойства пластмасс зависят от сочетания количества и ориентации наполнителей. Механические свойства ненаполненных композиций (смол) зависят от ориентации молекулярной структуры. Наиболее высокий предел прочности при растяжении z ненапол­ненных смол у поликапролактама и полиуретана (50…85 МПа). Введение порошкообразных и волокнистых наполнителей не влияет на z. Наиболее прочными на разрыв являются слоистые пластики (особенно древесно-слоистые и стеклотекстолиты), у которых z (по основе) составляет 250…300 МПа, а у однонаправленных стеклопласти­ков достигает 700…800 МПа. Предел прочности при сжатии В больше, чем z. Так у ненаполненных смол, композиционных пластиков, а также текстолитов и гетинакса В в 2…4 раза больше, чем z. Пределы прочности В и z у стеклотекстолитов почти одинаковы, а у древесно-слоистых пласти­ков В меньше, чем z. Предел прочности, при статическом, изгибе и чистых смол и композиционных пластмасс (кроме винипласта и некоторых др.), как и z, примерно одинаков (40…80 МПа). Наибольшим и обладают стеклотекстолиты и древесно-слоистые пластики. Диэлектрические свойства Диэлектрические свойства пластмасс зависят от наполнителей, связующих веществ и их полярности. У пластиков различают неполярные (нейтральные) и полярные диэлектрики. Неполярные пластмассы обладают симметричным строением эле­ментарного звена мономера макромолекулы относительно атомов С основной цепи. К неполярным пластмассам относятся полиэтилен, фторопласты, полистирол, полиизобутилен и др. Полярные пластмассы обладают асимметричным строением эле­ментарного звена мономера макромолекулы относительно атомов С основной цепи. К полярным пластмассам относятся полихлорвинил, полиамиды, фенопласты, эпоксипласты, целлюлоза и др. Диэлектрические свойства характеризуются удельным объемным электросопротивлением V, удельным поверхностным электросопро­тивлением S, диэлектрической проницаемостью , тангенсом угла диэлектрических потерь tg и электрической прочностью (пробивным напряжением) Еnp. Наилучшими диэлектриками являются нейтральные пластики: политетрафторэтилен, полиэтилен, полистирол, полиизобутилен, полидихлорстирол. Величины V и S этих материалов от 1015 до 1018 ом.см; tg не превышает 0,0005;  менее 2,6. Введение наполнителей изменяет диэлектрические свойства плас­тиков. Так, графит, сажа и другие наполнители резко снижают элек­троизоляционные свойства. 4.4. Классификация пластмасс Как указывалось, по природе основы (связующего вещества) пластмассы могут быть органического и неорганического происхождения. Наибольшее применение в машиностроении получили пластмассы органического происхождения. В зависимости от пластической деформации при нагреве (уже отме­чалось) различают термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты) пластмассы. Известно, что пластмассы бывают с порошкообразными, волок­нистыми и слоистыми наполнителями, а также без наполнителей. По диэлектрическим свойствам (о чем говорилось ранее) пластмас­сы подразделяются на неполярные (нейтральные) и полярные. Пластмассы, состоящие из связующего вещества без наполнителя или с порошкообразным наполнителем, называют по роду связующе­го вещества с добавлением окончания «пласт»: а) фенопласты - пластмассы на основе феноло-формальдегидных смол; б) аминопласты - пластмассы на основе аминоформальдегидных смол; в) анилинопласты - пластмассы на основе анилиноформальдегидных смол; г) эфиропласты - пластмассы на основе полиэфирных смол; д) этиленопласты - пластмассы на основе полиэтиленовых смол; е) винипласты - пластмассы на основе поливинилхлоридных смол; ж) фторопласты - пластмассы на основе полифторэтиленовых смол; з) стиропласты - пластмассы на основе полистирольных смол; и) акрилопласты - пластмассы на основе полиакриловых смол; к) эпоксипласты -пластмассы на основе эпоксидных смол; л) амидопласты - пластмассы на основе полиамидных смол; м) уретанопласты - пластмассы на основе полиуретановых смол; н) силикопласты - пластмассы на основе полисилоксановых свя­зующих; о) целлопласты - пластмассы на основе эфиров целлюлозы. Пластмассы со слоистыми наполнителями, физико-механические свойства которых определяются свойствами наполнителя, называют по роду наполнителя: а) текстолиты - пластмассы с текстильным наполнителем из хлопчатобумажной или льняной ткани; б) стеклотекстолиты - пластмассы с текстильным наполнителем из стеклянной ткани; в) асботекстолиты - пластмассы с текстильным наполнителем из асбестовой ткани; г) гетинаксы (бумаголиты) - пластмассы с наполнителем из бу­маги или картона; д) асболиты - пластмассы с наполнителем из асбестового картона; е) древесно-слоистые пластики (древолиты) - пластмассы с на­полнителем из древесного шпона. Пластмассы с волокнистыми наполнителями называют также по роду наполнителя: а) волокниты - пластмассы с наполнителем из волокна органи­ческого происхождения (хлопкового, льняного и др.); б) стекловолокниты - пластмассы с наполнителем из стеклянного волокна; в) асбоволокниты - пластмассы с наполнителем из асбестового волокна; г) тексто-, бумаго-, древоволокниты - пластмассы с наполните­лем из текстильной крошки или отходов ткани, бумаги, картона или древесного шпона соответственно. По физико-механическим свойствам при обычной температуре плас­тики подразделяются на: 1) жесткие, являющиеся твердыми упругими веществами с вы­соким модулем упругости и малым удлинением при разрыве, сохра­няющие форму при внешних напряжениях в условиях обычных или повышенных температур; 2) полужесткие, являющиеся твердыми упругими веществами со средним модулем упругости, высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве; 3) мягкие, являющиеся мягкими и эластичными веществами с низким модулем упругости, высоким относительным удлинением и малым остаточным удлинением; 4) мягкие и эластичные, являющиеся мягкими и эластичными ве­ществами, с низким модулем упругости, поддающиеся значительным обратимым деформациям при растяжении - пластикаты (листы, ленты). Пластмассы с наполнителями или без наполнителей выпускаются в виде пресс-порошков (для прессования), литьевых масс (для литья), листовых материалов (для механической обработки, гнутья, штам­повки и выдавливания), тонких пленок (толщиной до 0,5 мм). Пластмассы с пористой и ячеистой структурой и удельным весом от 0,3 до 3 г/см3 являются пенопластами, а с удельным весом свыше 3 г/см3 - поропластами. В зависимости от назначения пластмассы подразделяются на конструкционные, фрикционные, антифрикционные, специальные, химически стойкие, электроизоляционные, прозрачные, тепло- и звукоизоляционные, уплотнительные {прокладочные) и декоративные. 4.5. Пластмассы с порошкообразными наполнителями Существуют прессовочные (пресс-порошки) и литьевые массы. Пресс-порошки обычно являются термореактивными композициями и предназначаются для переработки в изделия методами горячего прессования. Литьевые массы являются ненаполненными термопластичными композициями и предназначаются для переработки в изделия методами обычного и литьевого прессования, а также методами экструзии (выдавливания). В зависимости от композиций (термореактивные или термопластичные) режимы и технология переработки прессмасс в изделия различ­ны, однако технологические приемы переработки, применяемое оборудование (прессы и машины) и оснастка (прессформы) в большинстве случаев одинаковы. В процессе изготовления деталей в состав пресс-композиций для упрочнения может вводиться арматура (армированные пластики). Термореактивные пресс-композиции Термореактивные пресс-композиции приготовляют на основе феноло-формальдегидных, аминоформальдегидных, анилиноформальдегидных и полисилоксановых связующих. Фенопласты, элементарное звено: Пресс-порошки фенопластов состоят из новолачных (резольных) формальдегидных смол, древесной муки и красителей. Вследствие сравнительно невысокой водостойкости этих пресс-порошков их электроизоляционные свойства ухудшаются после пребывания во влажной среде. При этом изменяются размеры, и наблю­дается коробление изделий. Физико-механические и электроизоля­ционные свойства их значительно снижаются при нагревании. Таблица 22 Основные свойства и назначение фенопластов (ГОСТ 5689—66) Марки пресспорошков Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа ан. –3, кДж/м2 Теплостой-кость, 0С Назначение B z и К-17-36, К-18-2, К-21-22 К-211-34 К-114-35 1,4 1,4 1,95 1,8 160 160 150 190 30 - 35 60 55 60 65 90 4,5 4,2 2,9 6,2 110 100 150 120 Корпуса электроприборов, панели, рукоятки, плиты, разъемы Детали магнето и др. Детали радиоаппаратуры Рис. 40. Влияние температуры на механические свойства изделий из пресспорошков К-114-35 Рис. 41. Влияние температуры на диэлектрические свойства изделий из пресспорошков К-114-35 Пресс-порошки фенопластов применяют для изготовления разно­образных малонагруженных армированных и неармированных дета­лей общего и электротехнического назначения, работающих при температуре ± 60 °С (в отдельных случаях до 80…100 °С) и относительной влажности воздуха не более 60 %, обычным или литьевым прессо­ванием в пресс-формах. В процессе прессования материалы легко арми­руются металлической арматурой. В табл. 22 приведены свойства и назначение фенопластов. На рис. 40 и 41 приведены свойства пресспорошков при различ­ной температуре. Аминопласты, элементарное звено: или сложная нерегулярная структура. Пресс-порошки аминопластов состоят из аминоформальдегидной смолы, слюды, а также кварцевой и древесной муки. Электроизоляционные свойства этих материалов не изменяются от длительного пребывания в воде и во влажной среде. Физико-ме­ханические и электроизоляционные свойства их существенно снижаются при 70…90 °С. Аминопласты обладают повышенной хруп­костью (рис. 42). Рис. 42. Влияние температуры на механические свойства аминопластов Эти пресс-материалы используют для изготовления ненагруженных и неармированных деталей радиотехнического назначения и вы­сокочастотной изоляции, работающих в среде с повышенной влажностью и при температуре до 100…120 0С, обычным или литьевым прессованием в пресс-формах. В табл. 23 приведены физико-механические свойства аминопластов. Термопластичные пресс-композиции Термопластичные пресс-композиции состоят из одних лишь свя­зующих веществ (смол) и являются ненаполненными пресс-массами. Наибольшее значение приобрели пресс-материалы этого типа на осно­ве: полистирольных, полиэтиленовых, полифторэтиленовых, полиамид­ных и полиуретановых смол, а также на основе эфиров целлюлозы. Таблица 23 Основные свойства аминопластов (ГОСТ 9359-69) Марки пресспорошков Удельный вес, г/см3 Теплостойкость, 0С и, МПа ан. –3, кДж/м2 S, ом V, ом  при 106 Гц К-211-3 К-211-4 1,9 1,9 150 140 50 55 3 4 1014 1013 1014 1013 7 6 Фторопласты При увеличении температуры механическая проч­ность фторопласта-3 - элементарное звено: - CF2 – CFCl - существен­но снижается (рис. 9.7). Рис. 43. Влияние температуры на механические свойства фторопласта-3 (z и ) и фторопласта-4 (z и ) Резкое ох­лаждение с температуры плавления до температуры ниже 100° С увели­чивает его механическую прочность, особенно повышаются сопротивляе­мость ударным нагрузкам (в 3…5 раз) и относительное удлинение при раз­рыве (в 5 раз). Фторопласт-3 обладает повышенными эластичными свойст­вами и отсутствием хладотекучести; устойчив к действию агрессивных сред. Наполнителями его являются стеклянные и асбестовые волокна, кварцевая мука, каолин, шифер, графит, молотый кокс и др. Переработку фторопласта-3 в из­делия можно осуществлять различ­ными методами (обычным прессованием, пресс-литьем, литьем под давлением и экструзией). Фторопласт-3 эффективно наносится на Al и его сплавы, стали, Zn, Ni, а также на неметаллы - стекло, фарфор, керамику и т. д. Прочность покрытия (на отрыв), нанесенного на полированный металл, составляет 0,5…0,8 МПа, а нанесенного на металл, прошедший пес­коструйную обработку - 2,5…3,0 МПа. Применяют его для анти­коррозионных покрытий металлов и других материалов, а также для изготовления деталей, работающих при - 195…+ 100 °С. Политетрафторэтилен - фторопласт-4 - элементарное звено: - CF2 – CF2 - - мягкий и гибкий материал. При нагревании проч­ностные свойства его снижаются; с понижением температуры возрас­тает твердость, однако даже при низких температурах он не становит­ся хрупким (см. рис. 43). Этот материал обладает низким коэффициентом трения, может при­меняться для уплотнения деталей, работающих при давлениях до 10 МПа и температурах – 195…+ 250 °С, негигроскопичен и водо­стоек, наиболее химически стоек из всех известных органических ма­териалов и пластмасс. Из фторопласта-4 прессованием с последующей термообработкой можно получить химически стойкие прокладочные и антифрикцион­ные детали, диэлектрики для высокочастотной техники. Стиропласты Полистирол является пресс-массой на основе поли­мера стирола, полученного блочной полимеризацией; элементарное звено: Изделия из блочного полистирола водостойки и в нормальных условиях обладают высокой механической прочностью; с повышением температуры материал приобретает повышенную эластичность. Элект­роизоляционные свойства не зависят от частоты тока, но ухудшаются с повышением температуры. Разложение его начинается при 200 °С и проходит весьма интенсивно при 300 °С. Полистирол наиболее стоек к радиоактивному облучению. Блочный полистирол растворим в ароматических углеводородах, бензине и сложных эфирах. При получении прессованных деталей применяют различные минеральные наполнители. Экструзией и вы­тяжкой из полистирола можно получать трубки, стержни, пленки, ленты и нити. Ориентированные полистирольные пленки и нити отли­чаются высокой прочностью на разрыв и эластичностью. Полистирол Д применяется для изготовления деталей с ди­электрическими свойствами, а Т - для деталей общетехнического назначения. Полистироловые трубки изготовляются выдавливанием или литьем под давлением и применяются для изоляции высокочастотных про­водов, деталей радиолокационной аппаратуры, каркасов контурных катушек, изоляторов и т.п. Полистирол А, Б и В является пресс-массой на основе полимера стирола, полученного эмульсионной полимеризацией. Полистирол эмульсионный марки Б применяется для деталей высокочастотной изо­ляции, радиолокационного назначения и других влагостойких элект­ротехнических деталей (ламповых панелей, оснований конденсато­ров и др.); марки А - для изделий общетехнического назначения, а марки В - для пенопластов. Этиленопласты Полиэтилен является пресс-массой на основе по­лимера этилена; элементарное звено: - СН2 – СН2 - Полиэтилен подвержен процессам старения под воздействием теп­ла, ультрафиолетовых лучей и О2 (воздуха), приводящих к ухудше­нию его физико-механических и диэлектрических свойств. Горячее формование деталей из полиэтилена и последующее их охлаждение вызывает усадку. Повторное нагревание готовых деталей также дает усадку, достигающую 1,0…2,5 %. Рис. 44. Влияние температуры на свойства полиэтилена Температура размягчения полиэтилена 108…130 °С (рис. 44). Детали изготовляются литьем под давлением, горячим прессованием формованием полиэтиленовых листов штамповкой или изгибом по шаблону. Полиэтилен сваривается. Механическая обработка изделий осуществляется на металлоре­жущих станках, но с большими скоростями резания при небольшой подаче. Различают кабельный и блочный полиэтилен. Полиэтилен применяют для изоляции проводов и защитных обо­лочек кабелей, изготовления дета­лей высокочастотных установок ра­диоаппаратуры, производства труб, пленок, лент, как химически стой­кий материал. Кабельный полиэтилен исполь­зуют в качестве электроизоляци­онного и антикоррозионного прок­ладочного материала для прово­дов и кабелей высокочастотных установок и радиоаппаратуры, силовых и подводных кабелей, каркасов контурных катушек, в качестве диэлектрика в конденса­торах. Полипропилен получают в ре­зультате полимеризации полимеров пропилена; элементарное звено: В отличие от полиэтилена он обладает незначительной хладотекучестью при обычной температуре, способен длительное время ра­ботать под нагрузкой при 100 °С без деформации. Он является хими­чески высокостойким материалом. Из полипропилена изготовляют трубы и фитинги. Его применяют также для футеровки химической аппаратуры, работающей в агрессивных средах при температурах до 120 °С. Основные свойства полиолефинов приведены в табл. 24. Таблица 24 Основные свойства полиолефинов (ГОСТ 16337-70 и 16338-70) Свойства Полиэтилен Полипропилен высокого давления низкого давления Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа: z В и Модуль упругости при изгибе, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Температура хрупкости, 0С Температура размягчения, 0С Диэлектрическая проницаемость  при 106 гц Электрическая прочность Епр 0,925 9…10,5 10…12,5 12…17 150…250 150…600 -70 108…120 2,2…2,3 45…60 0,94…0,96 22…28 40…45 20…38 500…800 200…900 -70 125 2,2…2,3 45…60 0,907 30…35 65…70 120…350 800…1200 400…800 -35 164…168 2,5 35 Амидопласты Наиболее распространенными полиамидами явля­ются поликапролактам (капрон); элементарное звено: - ОС – (СН2)5 – NH – и продукт поликонденсации двухосновных кислот и гексаметилендиамина - найлон; элементарное звено: • OC(CH2)4CONH(CH2)6NH – • Полиамиды наряду с положительными свойствами обладают не­которыми недостатками: ухудшением электроизоляционных свойств при тепловом старении, относительно высоким водопоглощением, значительной усадкой изделий, получаемых методом литья под давлением. При нагревании ухудшается прочность полиамидов, увеличивает­ся хрупкость (рис. 45); поэтому изделия следует эксплуатировать при температуре до 100 °С в условиях воздушной среды в условиях воздушной среды и до 135…140 °С в случае погру­жения в масло и другие жидкие среды. На свойства полиамидов отрицательно влияют также солнечный свет и вода (при повышенных температурах). Рис. 45. Влияние температуры на механические свойства полиамидов Таблица 25 Основные свойства полиамидов (ГОСТ 10589-63) Свойства Полиамид 6 (капрон) Полиамид 66 (найлон) Полиамид 68 Удельный вес, г/см3 Температура плавления, 0С ан, кдж/м2 Предел прочности, МПа: z В и Относительное удлинение при разрыве, % Диэлектрическая проницаемость  при 106 гц Электрическая прочность Епр, Мв/м 1,14 218…220 100…160 60…65 70…80 70….90 200 4…5 30 1,14 250…260 20…30 70…100 70…100 80…100 50…100 4…5 15…18 1,13 213…220 100 45…50 70…80 80…100 100 3,8…4,2 25…30 Полиамиды обладают хоро­шей износоустойчивостью и малым коэффициентом трения. Найлон широко применяют для износостойких покрытий металлических поверхностей в подшипниках трения - скольжения, шестернях. Полиамидную смолу 68 используют для изготовления различных электротехнических машиностроительных деталей и изделий с высокими механическими и электроизоляционными свойствами, а также стойкостью к действию бензина, бензола, масел, щелочей и воды. Смолы 548 и 54 применяют для получения пленок и прессмасс. Основные свойства полиамидов приведены в табл. 25. Целлопласты Ацетилцеллюлозные этролы являются пресс-массами на основе вторичной ацетилцеллюлозы, пластификаторов (диметил- и дибутилфталата), наполнителей (каолина, сажи и др.) и пигментов. Это - химически устойчивые пластики. При температурах 100 °С они переходят в пластичное состояние, однако горючи, применяются для изготовления деталей электрорадиоаппаратуры, и декоративно-отделочных работ. Таблица 26 Основные свойства этролов Наименование материала Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа ан.10-3, кДж/м2 Теплостойкость по Мартенсу, 0С B z и Ацетилцеллюлозный этрол Нитроцеллюлозный этрол Этилцеллюлозный этрол 1,4 1,9 1,2 53 180 50 33 28 50 48 38 40 23 3,2 20 40 43 33 Нитроцеллюлозные этролы являются пресс-массами на основе нитроцеллюлозы, наполнителей (диатомита, очесов хлопка-линтера) и пигментов. С понижением температуры возрастает хрупкость материа­ла; солнечный свет вызывает потемнение, помутнение и также увели­чивает хрупкость. Этилцеллюлозные этролы являются продуктами на основе этилцеллюлозы, пластификаторов (дибутилфталата), наполнителей (као­лина, хлопковых очесов и др.), стабилизаторов (окиси Zn), смазок (стеариновой кислоты), размягчителей и пигментов. Применяются они для изготовления различных технических деталей. В табл. 26 приведены основные свойства этролов. Полиформальдегиды Получают на основе альдегида муравьиной кислоты; элементарное звено: - СН2 – О -. У полимеров этого типа сочетаются достаточные жесткость и твердость с высокой ударной прочностью. Температура плавления 170…182 °С. Изделия формуются литьем под давлением. До 50 °С у полифор­мальдегида отсутствует хладотекучесть, объем материала и физико-механические свойства не изменяются. Высокая удельная ударная вязкость является следствием высокой упругости. Коэффициент трения его не изменяется при - 20…+ 120 °С. Полиформальдегид морозостоек, устойчив к атмосферным воздействиям и к действию окислительных сред. Основные свойства полиформальдегида Удельный вес …………………………………..1,425 г/см3 Температура плавления ………………………..175…182 0С Ударная вязкость ан …………………………….112 кДж/м2 Предел прочности: z ……………………………70 МПа и ……………………………99 МПа Относительное удлинение при разрыве  ………16…75 % Модуль упругости при изгибе …………………..2870 МПа Диэлектрическая проницаемость  ………………3,7 Электрическая прочность Епр …………………….20 Мв/м Из полиформальдегида изготовляют зубчатые передачи, шестерни, подшипники, клапаны, кольца для крепления, крышки, рукоятки, втулки. Поликарбонаты Получают на основе дифенилолпропана и фосгена; элементарное звено: Основные свойства поликарбоната Удельный вес …………………………………...1,17…1,22 г/см3 Ударная вязкость ан …………………………….180…200 кДж/м2 Предел прочности: z ……………………………89 МПа и ……………………………80…100 МПа В ……………………………80…90 МПа Модуль упругости при растяжении……………..2870 МПа Диэлектрическая проницаемость  ………………2,6…3,0 Морозостойкость ………………………………….-100 0С Электрическая прочность Епр …………………….10 Мв/м Максимальная рабочая температура ……………..135…140 0С Поликарбонат сохраняет высокую ударную прочность вплоть до температуры – 100 °С. Поликарбонат применяют для силовых кон­струкций. Зависимость механических свойств поликарбоната от температуры приведена на рис. 46. Рис. 46. Влияние температуры на механические свойства поликарбоната Пентапласты Получают на основе формальдегида, превращаемого в пентаэритрит, а затем в дихлорметилоксипропилен; элементарное звено: Температура плавления пентапласта 180 °С. При формовании усадка его незначительна, что обеспечивает производство толсто­стенных изделий. Прочность и отсутствие теку­чести сохраняются в изделиях из температуры пентапласта до температуры 100 °С. Пентапласт отличается химической стойкостью, а также стойкостью к атмосферным воздействиям. Из­менение физико-механических свойств при изменении температуры у пентапласта значительней, чем у полиамидов, полистирола и поли­этилена. Основные свойства пентапласта Предел прочности: z ……………………………42 МПа и ……………………………77,5 МПа Относительное удлинение при разрыве  ………35 % Модуль упругости при растяжении……………..1120 МПа Диэлектрическая проницаемость  ………………3,1 Электрическая прочность Епр …………………….16 Мв/м Из пентапласта изготовляют химически стойкие трубы, клапаны, вентили, сепараторные кольца, подшипники. 4.6. Пластмассы с волокнистыми наполнителями Изготовление и переработка пресс-материалов с волокнистыми наполнителями (органическими и неорганическими) подобны произ­водству и переработке пресс-материалов с порошкообразными напол­нителями. В качестве связующего вещества для пластмасс с волок­нистыми наполнителями применяют термореактивные смолы; феноло-формальдегидные (и их производные), аминоформальдегидные, полиэфирные, полисилоксановые и др. Кроме волокнистых наполнителей (хлопчатобумажное волокно, асбестовое волокно и др.), в композиции могут входить и минеральные наполнители (порошки талька, извести, каолина и т. д.), пигменты и ускорители. Изделия с волокнистыми наполнителями обладают мень­шей хрупкостью и более высокой сопротивляемостью ударным на­грузкам, чем пластмассы с порошкообразными наполнителями (рис. 47). Ударная вязкость в зависимости от наполнителей сос­тавляет от 10 (хлопковое волокно) и 21 (асбестовое волокно) до 60 кДж/м2 и более (стеклянное волокно). Теплостойкость пластмасс с хлопковым наполнителем до 130 °С, композиций с асбестовым и стеклянным волокном 200…250 0С; мак­симальной теплостойкостью обладают пресс-массы на основе полисилоксановых связующих с наполнителем из асбестового волокна (350 °С). Полисилоксановые композиции характеризуются высокой меха­нической прочностью, теплостойкостью и хорошими электроизоля­ционными свойствами. Волокниты Пресс-материал волокнит является композицией на основе феноло-формальдегидной смолы, хлопковых очесов и талька. Физико-механические и электроизоляционные свойства его значительно ухудшаются при температурах 70…90 °С. Волокнит является термореактивным материалом. Изготовление деталей из него осуществляется обычным и литьевым прессованием. В процессе прессования материал можно армировать. Волокнит применяют для изготовления деталей общетехнического назначения с повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам. Рис. 47. Влияние температуры на механические свойства волокнитов Асбоволокниты Прессматериал К-6 является композицией на основе фенолоформальдегидной смолы и асбестового волокна. Меха­ническая прочность его может уменьшаться в зависимости от длительности нагревания при 200 °С. Прессматериал К-6 используют для изготовления электроизоля­ционных деталей: коллекторов и контактных панелей с повышенной прочностью, работающих при повышенной температуре в воздушной среде. Пресс-материалы для фрикционных деталей КФ-3, 6-KX-l, 6-KX-15, «22», ФК-16Л и ФК-24Д являются композициями на основе фенолоформальдегидной смолы, асбестового волокна и добавок. Изготовление фрикционных деталей (дисков, колодок, накладок и т.п.) осуществляется методом обычного прессования в пресс-формах закрытого типа. Стекловолокниты Пресс-материалы АГ-4 марок В и С являются композицией на основе модифицированной феноло-формальдегидной смолы резольного типа и стеклянного волокна. Физико-механические и электроизоляционные свойства этих материалов зависят от температуры и длительности нагревания (рис. 48). Материал АГ-4 является термореактивным. Изготовление деталей из него производится прессованием в пресс-формах. В процессе прессования материал может армироваться, механической обработке подвергается легко. Применяют его для изготовления высоконагруженных армированных и неармированных деталей конструкционного, радио- и электротехнического назначения, а также деталей, работающих при повышенных температурах (до 175…200 0С). В таблице 27 приведены физико-механические свойства некоторых термореактивных пластмасс с волокнистыми наполнителями. Рис. 48. Влияние температуры на механические свойства стекловолокнитов: 1 – для АГ-4 марки В; 2 – для АГ-4 марки С Таблица 27 Основные свойства пластмасс с волокнистыми наполнителями Наименование материала Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа ан.10-3, кДж/м2 Теплостойкость по Мартенсу, 0С B z и Волокниты Асбоволокниты: КФ-3 КФ-6 К-6 Стекловолокниты АГ-4: В С 1,4 1,7 1,8 1,9 1,7 1,7 120 100 110 110 130 130 30 - - 30 80 200 50 70 70 75 100 200 9 21 20 19 25 100 110 200 200 300 300 300 4.7 Пластмассы со слоистыми наполнителями Физико-механические свойства пластмасс со слоистыми наполнителями обусловлены свойствами этих наполнителей (а не свойствами связующих веществ). Изготовление пластмасс со слоистыми наполнителями осуществляется горячим прессованием исходных материалов (тканей, бумаги, шпона), пропитанных раствором связующей смолы. Наибольшее применение в машиностроении получили следующие слоистые пластмассы: гетинаксы, текстолиты, стекловолокниты, асботекстолиты и древесно-слоистые пластики. Гетинаксы обладают высокими электроизоляционными свойствами и достаточной механической прочностью (рис. 49). Гетинакс электротехнический листовой А и Б является композицией феноло-, крезоло-, ксилоло-формальдегидных смол и сульфатной пропиточной бумаги. Он обладает хорошей маслостойкостью; теплостойкость его 130…150 0С; применяют этот гетинакс для изготовления деталей различных приборов, работающих при частоте тока не выше 50 гц. Гетинакс конструкционный листовой В, Г и Д обладает той же композицией, что и электротехнический, применяется для изготов­ления деталей электрооборудования, работающих при повышенной влажности, и в качестве панельного материала. Рис. 49. Влияние температуры на механические свойства гетинакса Гетинакс электротехнический высокочастотный листовой АВ, БВ, Гв и Дв используют для изготовления деталей радиоаппаратуры. Из этих гетинаксов штамповкой можно изготовлять трубки и цилиндры, применяемые в качестве каркасов для катушек высокочастотных кон­туров радиоаппаратуры. Гетинакс облицовочно-декоративный является композицией на основе амино-формальдегидной смолы и пропитанных ею специальных сортов бумаги с дополнительными наполнителями. Этот гетинакс при­меняют как декоративный материал для отделки приборов, изготовления корпусов радиоприемников, телевизоров и другой радио- и электроаппаратуры, для запрессовки схем, чертежей, карт, для типографских печатных оттисков и отделки, имитирующей ценные породы дерева и камней. Текстолиты характеризуются более высокими водостойкостью, В, и удельной ударной вязкостью (рис. 50). Рис. 50. Влияние температуры на механические свойства текстолита Текстолит конструкционный ПТК является композицией феноло- и крезолоформальдегидной смолы, а также хлопчатобумажной ткани. Текстолит подвергается всем видам механической обработки. Используют его для изготовления электроизоляционных деталей, работающих при низкой (до 50 Гц) частоте тока и температуре не выше 120…125 0С. Текстолит конструкционный электро­технический А и Б применяют для изготовления деталей электроизоляционного и конструкционного назначения, работа­ющих в трансформаторном масле и на воз­духе при температуре - 60…70 °С. Рис. 51. Изменение механических свойств текстолита СТ-911 при длительных испытаниях: 1 – в обычных условиях; 2 – в условиях воздушной среды (1000 ч); 3 – в воде (1000 ч) Текстолит электроизоляционный ВЧ используют для изготовления электроизоляционных деталей радиоаппаратуры, работающих при температуре окружающей - 60…+ 70 С, прессованных тру­бок (различных монтажных деталей), намотанных трубок, для защищающих провода и тросы электроизоляционных стерж­ней и т. д. Стеклотекстолиты по сравнению с текстолитами и гетинаксами обладают большей механической прочностью (рис. 51). Они хорошо переносят вибрационные нагрузки, имеют незначитель­ный коэффициент линейного расширения и высокие диэлектрические свойства (рис. 52). Недостатками стеклотекстолитов являются небольшое относительное удлинение, слабое сопротивление смятию и низкий модуль упругости. В настоящее время из стеклотекстолитов изготовляют корпуса судов, самолетов, автомобилей и других кон­струкций. Стеклотекстолит листовой конструкционный КАСТ является композицией модифицированной феноло-формальдегидной смолы и стеклоткани. Он подвергается всем видам механической обработки, склейке и клепке; применяется для деталей различных конструкций, длительно работающих при тем­пературе до 200 °С. Рис. 52. Влияние длительности температуры на эксплуатации на механические свойства текстолита Стеклотекстолит СТМ вы­держивает температуру - 50…+ 130 °С, обладает хорошей механической прочностью, уп­ругими и пластическими свойствами, поддается холодной штамповке, используется для изготовления деталей реактив­ных двигателей. Стеклотекстолит листовой электротехнический СТ пред­назначается в качестве электроизоляционного материала для при­боров и агрегатов. Асботекстолиты Это композиции феноло-формальдегидной смолы и асбестовой ткани. Они являются теплостойкими пластмассами. Однако по другим свойствам уступают текстолитам и гетинаксам. При­меняют их для изготовления лопаток ротационных насосов авиацион­ных двигателей, фрикционных ведущих дисков гидравлических пе­редач, монтажных электрощитов (при низких напряжениях тока) и как термоизоляционные материалы. Древесно-слоистые пластики Обладают более вы­соким z и B, но более низкой водостойкостью (рис. 53). Рис. 53. Влияние температуры на механические свойства древесно-слоистых пластмасс Таблица 28 Основные свойства слоистых пластмасс (ГОСТ 10292—62) Наименование материала Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа ан.10-3, кДж/м2 Теплостойкость по Мартенсу, 0С B z и Гетинаксы: А В АВ Текстолиты: ПТК ПТ А Стеклотекстолит КАСТ-В Дельта-древесина ДСП-10 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35 1,85 1,35 - - - 250 230 - 300 175 80 100 80 100 85 50 270 270 100 130 100 160 145 80 350 - 16 20 - 35 35 20 60 30 150 150 - 125 125 130 - - Дельта-древесина плиточная конструкционная ДСП является композицией из термореактивных феноло- и крезоло-формальдегидных смол и березового шпона. Используют ее как электроизоляцион­ный материал для электроаппаратуры, работающей при частоте тока 50 Гц. В табл. 28 приведены физико-механические свойства некоторых слоистых пластмасс. 4.8. Листовые ненаполненные пластмассы Как указывалось, в качестве единственного (основного) компонен­та в композициях ненаполненных пластмасс обычно участвуют свя­зующие вещества; синтетические смолы, эфиры целлюлозы и др. По­этому свойства и характеристики ненаполненных пластмасс зависят от свойств исходных связующих веществ и методов изготовления изделий. Акрилопласты Это акрилатное стекло органического происхожде­ния, получаемое в результате полиме­ризации, - полиметилметакрилат; эле­ментарное звено: Листовое органическое стекло об­ладает высокой светопрозрачностью, низкой теплопроводностью, идеальной термопластичностью, значительным ко­эффициентом линейного расширения, удовлетворительной прочностью, спо­собностью легко формоваться и т. д. (рис. 54). Оно легко поддается механической обработке; весьма простыми технологическими методами формования можно получать детали простой и сложной формы. Кроме обычного оргстекла, приме­няют органический триплекс и ориентированное органическое стекло. Рис. 54. Влияние температуры на механические свойства полиметилметакрилата Стекло органическое СОЛ формуется при температуре 105…150 °С, сваривается при 140…145 °С; хорошо склеивается и подвергается ме­ханической обработке; его применяют при рабочих температурах - 60…+ 60 °С. Стекло органическое СТ обладает большей теплостойкостью, его используют при рабочих температурах - 60…+ 140 °С. Стекло органическое ДОР хорошо поддается механической обработке, склеивается и формуется; применяют его при рабочих тем­пературах – 60… + 60° С. Триплекс органический ОТ яв­ляется композицией из двух листов органического стекла, склеен­ных бутварной пленкой. Он под­дается механической обработке, склеивается, сваривается и фор­муется. Используют его в авиа­строении при рабочих темпера­турах – 60 … + 60° С. Винипласты являются пластмассами без наполнителей. Основой для получения вини­пластов служит поливинилхлоридная смола; элементарное звено: Рис. 55. Влияние температуры на механические свойства винипласта Листовой винипласт получают путем сплавления на нагретых вальцах порошка поливинилхлоридной смолы. Он может формоваться и перерабатываться в профилированные изделия конструкционного, электроизоляционного и антикоррозионного назначения горячим прессованием. Изделия из винипласта обладают высокой прочностью к ударным нагрузкам и стойкостью к агрессивным средам. Но в усло­виях повышенных температур механические свойства их резко сни­жаются вследствие ползучести (рис. 55). Поливинилхлоридный пластикат, прокладочный, кабельный, температуроустойчивый и специальный выпускают в виде трубок и лент для изготовления горячим прессованием различных уплотнительных, прокладочных и герметизирующих деталей (работающих при темпе­ратурах 0…50 °С и высоких давлениях), а также химически стойких и электроизоляционных деталей. Изделия из поливинилхлорида под­вержены старению, при эксплуатации уменьшается их эластичность, повышается жесткость и появляются трещины. В табл. 29 приведены основные свойства листовых термопласти­ков без наполнителей. Таблица 29 Основные свойства листовых термопластиков без наполнителей (ГОСТ 15809—70 и 9639-61) Наименование материала Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа ан.10-3, кДж/м2 Теплостойкость по Мартенсу, 0С B z и Органическое стекло Винипласт листовой 1,18 1,38 110 80 65 40 95 100 12 120 80 65 4.9. Газонаполненные пластики (пенопласты) Особо легкие пластмассы ячеистой и пористой структуры на основе синтетических смол называют пенопластами. Рис. 56. Изменение механических свойств пенопластов в зависимости от объемного веса Наряду с небольшим объемным весом (0,04 - 0,350 г/см3) пластмассы этой группы обладают хорошими диэлектрическими свойствами, низ­кой звуко- и теплопроводностью, достаточной вибростойкостью (рис. 56). Для получения пенопластов свя­зующие вещества (смолы) смешивают в порошкообразном состоянии с газообразователями (порофорами), при нагревании разлагающимися с вы­делением значительного количества газообразных веществ. Структура пенопластов состоит из ячеек с замк­нутыми «сотами»; если полости вза­имно не сообщаются, то пластики являются газонепроницаемыми (поропласты). В качестве порофоров при­меняют Na2CO3, (NH4)2C03 и азотистые соединения. Газообразователями могут быть и смолы, если при нагревании их превращение сопровождается выделением летучих веществ (самовспенивающиеся материалы). После приготовления смеси (или одновременно) производят прес­сование и вспенивание (для реактопластов) или в начале прессование, а затем вспенивание (для термопластов). Рис. 57. Влияние температуры на механические свойства пенопластов: а – ФК-20; б – К-40 В производстве пено- и поропластов применяют термопластичные связующие вещества: полистирольные и поливинилхлоридные смолы. У термопластичных пенопластов с повышением температуры при увеличении скорости диффузии газа происходит быстрое уплотнение и увеличение объемного веса. Кроме того, недостатком термопластичных пенопластов является повышенная хрупкость. Из термореактивных связующих веществ в производстве пенопластов используют феноло-формальдегидные, полиэфирные и полисилоксановые. Термореактивные пенопласты твердеют непосредственно при формовании, что уве­личивает устойчивость структуры пенопластов. Такие пенопласты пригодны при длительном воздействии повышенных температур (рис. 57). В машиностроении применяют пенопласты: ПС-1 и ПС-IV (на основе полистирольной смолы); ПХВ-1 (на основе поливинилхлоридной смолы); ФФ (на основе феноло-формальдегидной смолы); ФК-20 и ФК-40 (на основе феноло-формальдегидной смолы и каучука); К-40 (на основе полисилоксановых связующих); ПУ-101 (на основе полиуретановых смол), а также композиции на основе эпоксидных смол и др. Плиточные пенопласты употребляют в качестве легких заполнителей силового, радиотехнического тепло- и звукоизоляционного назначения. Эластичные пенопласты используют в качестве тепло-, звукоизоляционного и амортизационного материала. Для придания большей прочности и жесткости многослойные конструкции пенопластов армируют листовой фане­рой или металлом, сочетая слои пенопласта и арматуры (рис. 58). Рис. 58. Структура армированного пенопласта: а – толщина армирования; с – шаг армирования (к = а/с – степень армирования); 1 – пенопласт; 2 – армирующий элемент Характеристики прочности и жест­кости армированных пенопластов находятся в широких пределах. Для конст­рукционных целей достаточно 5…7 %-ного армирования пенопластов. В табл. 30 приведены свойства некоторых пенопластов. Пенопласты поддаются механи­ческой обработке. Армированные пе­нопласты хорошо склеиваются. Таблица 30 Основные свойства пенопластов (ГОСТ 9440—60, 14332—69, 14969—69) Наименование материала Удельный вес, г/см3 Предел прочности, МПа ан.10-3, кДж/м2 Линейная усадка за 24 ч при 60 0С B z Пенополистиролы: ПС-I ПС-IV Пенополивинилхлорид ПХВ-I Пенофенопласт ФФ Пенополиуретан ПУ-101 Пенополисилоксан К-40 0,06…0,22 0,05…0,08 0,07…0,22 0,19…0,22 0,1…0,12 0,2 0,3…3 0,4 0,4…1,5 1 0,8…0,9 0,8 4,2 1…1,4 1,8…4,6 1,2 1 0,6 1,7 1 4 0,12 0,4 0,16 0,7 0,8 0,9 1,3 1 0,1 4.10. Антифрикционные и фрикционные пластики Антифрикционные пластики применяют как эффе­ктивные заменители антифрикционных бронз и баббитов при изго­товлении вкладышей подшипников трения - скольжения, втулок и др. Антифрикционными реактопластами являются волокниты, текстолиты и древесно-слоистые пластики на основе феноло-формальдегидных смол. Антифрикционными термопластами являются амидопласты (поликапролактам и полиамидная смола П-68) и фторопласты (фторопласт-4). Эти пластики обладают низким коэффициентом трения, высокой износоустойчивостью и достаточной механической прочностью. В этих случаях коэффициенты в парах трения пластмасса - сталь меньше или равны соответствующим коэффициентам в парах трения баббиты (бронзы) - сталь. Износоустойчивость антифрикционных пластиков в 5…6 раз выше износоустойчивости бронз и баббитов. Недостатками антифрикционных пластиков являются низкая теплопроводность (в 150…400 раз меньшая стали) и высокий коэффи­циент линейного расширения (в 10 раз больший стали). К недостаткам текстолитов, древесно-слоистых пластиков и амидопластов относится также значительная водопоглощаемость, ухудшаю­щая их механические свойства. Вкладыши подшипников трения изготовляют из текстолитов ПТК, ПТ и скольжения - из древесно-слоистых ДСП-Г. Слоистые наполнители в текстолите и ДСП, влияя на механические свойства, изменяют величину коэффициента трения. Так, максимальный коэффициент трения соответствует торцевому положению слоев к соприкасающейся поверхности, а минимальный - параллельному положению слоев к трущейся поверхности. В подшипниках трения - скольжения из текстолита и ДСП при значительных скоростях (Vск > 0,5 м/сек) и водяной смазке коэффициент трения меньше 0,002; при незначительных скоростях (Vск < 0,5 м/сек), достаточных удельных давлениях и минеральной масляной смазке коэффициент трения меньше 0,006. При сухом трении ДСП и текстолитов коэффициент трения дости­гает 0,22. Амидопласты и фторопласты обладают текучестью под нагрузкой (амидопласты при повышенных, а фторопласты при обычных темпе­ратурах). Применение амидопластов и фторопластов в виде тонких пленок (толщиной 0,05…0,5 мм) на металлической основе устраняет текучесть. В отличие от антифрикционных среди фрикционных пла­стиков высоким коэффициентом трения обладают асбоволокниты и асботекстолиты на основе феноло-формальдегидных смол (коэффи­циент трения без смазки достигает 0,3…0,4). Из этих пластиков изго­товляют детали высокой фрикционной способности (накладки и ко­лодки тормозных устройств, муфты и др.). Недостатком фрикционных пластиков является низкая теплопро­водность (в 100 раз меньше стали), увеличение которой достигается введением особых компонентов, например латунных частиц (материал ФК-16Л). Фрикционные свойства этих пластиков сохраняются до 200…300 °С. 4.11. Некоторые гетероцепные полимеры Полиэпоксидные соединения; элементарное звено: Синтезируются эти соединения при взаимодействии многоатомных фенолов типа диоксидифенилпропан с эпихлоргидрином. Эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6, ЭД-13 и др., обладающие высокими физико-механическими и химическими свойствами, используют как электроизоляционные материалы в электромашиностроении, для изго­товления штампов, прессформ и другой инструментальной оснастки. Полиуретановые соединения; элементарное звено: Синтезируются эти соединения при взаимодействии (полимериза­ции) диизоцианатов с трехатомными спиртами (гликолями). Полиуретановые смолы (ПУ) обладают хорошими электроизоляционными свойст­вами и могут эксплуатироваться при 100…110 °С. Полиэфирные соединения; элементарное звено: Синтезируются эти соединения при взаимодействии (поликонденсации) сложных эфиров двухосновных кислот с многоатомными спиртами (гликолями); обладают они высокими эксплуатационными качествами до 300 °С; применяют их как теплостойкие диэлектрики и для конст­рукционных композиций. Различают термопластичные и термореак­тивные полиэфирные смолы. Таблица 31 Основные свойства гетероцепных полимеров Смолы Предел прочности, МПа ан, кДж/м2 НВ, МПа Е, Гн/м2  при 50 Гц и 20 0С Епр, Мв/м и z B Полиэфирные Полиуретановые Полиэпоксидные Полисилоксановые 100 70… 80 60… 150 14… 50 70… 90 50… 85 70… 80 25… 260 90… 95 80… 85 - 85… 160 130…200 20…50 2…25 3…50 - - - 2…3 2,3… 2,5 2,87 3 4,5…4,8 3,8…4,1 4,5…9,0 10 20…25 16…20 2…13 Полисилоксановые (кремнийорганические) соединения; элементарное звено: Синтезируются они при поликонденсации и последовательном гидролизе мономеров на основе алкил- или арилхлорсиланов; обла­дают высоким комплексом свойств при температурах – 60…+ 550 °С. В электроприборостроении используют полисилоксаны КЛЖ-9, КМК-9, КМК-218, К-41-5, СКМ-1 и др. Важнейшие свойства гетероцепных полимеров приведены в табл. 31. 4.12. Полимерные пленочные материалы В машиностроении значительное применение нашли пленочные материалы на основе: а) полиэтилена; элементарное звено: - СН2 – СН2 – б) полипропилена; элементарное звено: в) поливинилхлорида; элементарное звено: г) сополимера винилхлорида и винилиденхлорида; элементарное звено: д) фторопластов- 3 и - 4; элементарное звено: CF2 – CFCl - и - CF2 – CF2 – е) поливинилового спирта; элементарное звено: ж) поливинилацетали (бутвара); элементарное звено: з) поликарбоната; элементарное звено: и) полигликольтетрафталата (лавсана); элементарное звено: к) полиамидов (нейлона и капрона); элементарное звено: - OC (CH2)4 CONH (CH2)6NH - и - OC – (CH2)5 – NH – л) полистирола; элементарное звено: м) сополимера этилена и пропилена; элементарное звено: и др. Пленки на основе полимеров и сополимеров винипласта являются термопластичными. Применяют их как изоляционный (ДБИ-45 и ММ) и упаковочный (В-118) материал. Эти пленки обладают высокими электроизоляционными и антикоррозионными свойствами, доста­точной прочностью и эластичностью; z = 2,5…35,0 МПа;  = 100…180 %; морозостойкость до -50 °С. Изготовляют их горячим валь­цеванием. Пленки на основе полимеров и сополимеров этилена и пропилена изготовляют экструзией, применяют в радиоэлектронной и электро­технической промышленности. Морозостойкость пленок до – 60 °С; z = 5,5…300 МПа;  = 3,5…400 %; теплостойкость до 200 °С. Пленки на основе полистирола изготовляют экструзией. Приме­няют их в радиоэлектронной промышленности. Теплостойкость пле­нок до 80 0С; z = 50…74 МПа,  = 3,1 %; Епр = 110 Мв/м; они хрупки. Пленки на основе фторопластов изготовляют ориентированными и неориентированными (экструзией или спеканием). Применяют их в радиоэлектронной и электротехнической промышленности. Быстрое охлаждение пленки (закалка) увеличивает эластичность. Интервал рабочих температур пленки - 60…+ 250 °С; z = 10…40 МПа,  = 20…200 %; Епр = 30…200 Мв/м. Пленки на основе полиамидов изготовляют экструзией или поливом из расплава и раствора, применяют в авто- и вагоностроении как герметизирующий и изоляционный материал; они являются термопластичными. Теплостойкость пленки до 150…250 °С; z = 20…80 МПа;  = 250 %; морозостойкость до – 45 °С. Пленки на основе полиэфиров изготовляют экструзией, применяют в радиоэлектронной и электротехнической промышленности. Обла­дают они высокой прочностью и хорошими электроизоляционными свойствами в широком интервале температур. Теплостойкость пленки до 250…260 °С; z = 2…175 МПа;  = 0…150. Контрольные вопросы к главе 4 1. Какие полимеры относятся к термопластичным, термореактивным? Приведите примеры. 2. Как влияет структура макромолекул полимеров на их свойства? 3. Дайте определение пластмасс. Назовите их состав и общие свойства. Как классифицируют пластмассы по связующему и наполнителям? 4. Назовите основные термопластические пластмассы, их состав, разновидности, свойства и применение. 5. Назовите термореактивные пластмассы, их состав, разновидности, свойства и применение. ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ЗАРУБЕЖНЫЕ АНАЛОГИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 1. Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества Марки зарубежных аналогов углеродистой стали обыкновенного качества определяют по совпадению значений интервалов содержания основных элементов (С, Si, Mn, P и S) и по сопоставлению механических свойств – временного сопротивления разрыву sв и пределу текучести sт (при этом разброс значений обычно ограничивают sв и sт пределами ± 50 МПа). В России на углеродистую сталь обыкновенного качества распространяется ГОСТ 380–94, которому соответствуют международные стандарты ИСО 630–80 и ИСО 1052–82. В табл. П1 приведено сопоставление марок стали типа “Ст” и “Fe” по ИСО 630–80 и ИСО 1052–82. Таблица П1 Сопоставление марок стали типа "Ст" (ГОСТ 380–90) и "Fe" (ИСО 630–80 и ИСО 1052–82) Марки стали типов "Ст” ГОСТ 380-90 "Fe" ИСО 630-80, ИСО 1052–82 "Ст" ГОСТ 380-90 "Fe" ИСО 630-80, ИСО 1052–82 Ст0 Ст1кп Ст1пс Ст1сп Ст2кп Ст2пс Ст2сп Ст3кп Ст3пс Ст3Гпс Ст3сп Ст3Гсп  Fe310-0- - - - - - - Fe360-A Fe360-B Fe360-B Fe360-C Fe360-C Fe360-D Ст4кп Ст4пс Ст4сп - Ст5пс Ст5Гпс Ст5сп Ст6пс Ст6сп -   Fe430-A Fe430-B Fe430-C Fe430-D Fe510-B, Fe490 Fe510-B, Fe490 Fe510-C, Fe490 Fe590 Fe590 Fe690     В табл. П1 буквы Ст обозначают “Сталь”, цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы “кп”, “пс”, “сп” – степень раскисления (“кп” – кипящая, “пс” – полуспокойная, “сп” – спокойная). Сопоставление отечественных марок углеродистых сталей с зарубежными по химическому составу, позволяет выбрать сплавы-аналоги, приведенные в табл. П2, а по механическим свойствам – соответственно в табл. П3. Таблица П2 Марки зарубежных аналогов углеродистых сталей обыкновенного качества, близких по химическому составу отечественным сталям Россия (ГОСТ) США (ASTM) Германия (DIN) Япония (JIS) Cт2сп - RSt34-2 - Cт3Гпс Cт5Гпс A572/42 St52-3И SM41B Cт3сп A131/B A573/58 SM41B   Таблица П3 Марки зарубежных углеродистых сталей обыкновенного качества, соответствующих отечественным по механическим свойствам Россия (ГОСТ) США (ASTM) Германия (DIN) Япония (JIS) Cт2сп, Ст2пс - Ust34-2 SS34 Cт3Гпс A283/С RSt37-2 - Cт3кп, Ст3сп A283/С Ust37-2 - Cт3Гпс A572/42 - SM41B Cт3Гпс A131/ВС - SM41B Cт4сп A283/D Ust42-2 SS41 Cт4сп A131/A St44-2 SM41A Cт5сп - St50-2 SS50 Cт6сп - St60-2 - Таблица П4 Цвета маркировки углеродистой стали обыкновенного качества Марка стали Цвета маркировки Ст0 Красный и зеленый Ст1 Желтый и черный Ст2 Желтый Ст3 Красный Ст3Гпс Красный и коричневый Ст3Гсп Синий и коричневый Ст4 Черный Ст5 Зеленый Ст5Гпс Зеленый и коричневый Ст6 Синий  Для маркировки продукции используют краску цветов, приведенных в табл. П4. Свойства углеродистой стали обыкновенного качества значительно повышаются после термической обработки: закалки в воде либо непосредственно после проката (термомеханическая обработка), либо после специального нагрева. Например, термическое упрочнение листового проката из стали марок Ст3, Ст3кп, Ст5 толщиной 8; 20; 30; 50; 110 мм при охлаждении повышает предел текучести в 1,5 раза при высоком относительном удлинении и ударной вязкости. Термическому упрочнению подвергают и сортовой прокат (уголок, круг). Термически упрочняемые углеродистые стали рекомендуется применять для арматуры железобетонных конструкций, железнодорожных цистерн, в судостроении, железнодорожном транспорте. Термическая обработка низкоуглеродистых сталей с прокатного нагрева, расширение сортамента термически упрочненного проката экономит металл и приносит большой эффект. 2. Углеродистая качественная конструкционная сталь Качественную конструкционную углеродистую сталь по видам обработки делят на горячекатаную и кованную, калиброванную, со специальной отделкой поверхности. По состоянию материала сталь изготовляют: без термической обработки; термически обработанную – ТО; нагартованую – НГ (для калиброванной стали и круглой стали со специальной отделкой поверхности). Спокойная сталь, как правило, раскисляется марганцем, кремнием и алюминием; кипящая – только марганцем; полуспокойная – марганцем и алюминием. В связи с этим стали различаются по химическому составу: кипящая сталь почти не содержит кремния (Si < 0,05 %), спокойная содержит нормальное количество кремния (Si = 0,12 – 0,30 %), а в полуспокойной Si = 0,05 – 0,10 %. Кипящая сталь, как менее раскисленная, содержит больше кислорода. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение по качеству, часто применяется вместо кипящей и спокойной. ГОСТ 1050–88 устанавливает общие технические условия для горячекатанного и кованного сортового проката из стали марок 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп) и 60 диаметром или толщиной до 250 мм, для проката калиброванного и со специальной отделкой поверхности всех марок. Марки зарубежных аналогов углеродистой качественной конструкционной стали и механические свойства некоторых зарубежных аналогов приведены в табл. П5 и П6. Системы маркировки конструкционной легированной стали в национальных стандартах различных стран при всем многообразии вариантов имеют одну общую особенность: в большинстве случаев в обозначение марки стали, основанное на учете химического состава, вводят в буквенном и числовом выражении обозначения химических элементов и их количеств. Таблица П5 Марки зарубежных аналогов углеродистой качественной конструкционной стали Россия США Германия Япония Россия США Германия Япония 1 2 3 4 5 6 7 8 ГОСТ 1050, 4041, 10702, 1577, 8733 ASTM A29/A29M, A512, A519, A576 DIN 1629/3, 2393/2, 17200, 17210 JIS G3445, G4051 ГОСТ 1050, 4041, 10702, 1577, 8733 ASTM A29/A29M, A512, A519, A576 DIN 1629/3, 2393/2, 17200, 17210 JIS G3445, G4051 05кп 1005, 1006 - - 20 1023 Ck 22 (1) S22C,S20CK 08кп 1008, - C 22 (1) S22C,S20CK 08пс M1008 St 12 (2) - - - STKM13B-W(2) 08 - 25 M1025 - - 10кп M1010, 1010 M1012, 1012, - - 1025 C25(1), Ck25(1), S25C 10пс 1110 - - 30 M1031 - - 10 M1010 1010 M1012, 1110 1012 - Cк 10 (2) С10 (2) - - S10C,S09CK S10C - S12C 35 1030 1034 1035 1038 C 30 (2) Ck35 (2) Ck35 (2) C 35 (2) Cm 35 (2) S30C S35C S38C 15кп M1015,1015 - - 40 1045 С40,Ск40 S40C 15пс M1017,1017 - - 1042 Ст 40 S43C Окончание табл. П5 1 2 3 4 5 6 7 8 15 M1015 M1017 1017 - Ck 15(2) C15(2) - - - S15C S15CK S15C - S15C 45 M1044 1044 1045 1045 H - Ck45 C45 Ck45 Ck45 Ck45 - - S45C S48C - 20кп M1020, 1020(1) - - 55 1055 Ck 55 (2) - 20пс M1023,1023 - - 20 M1020,M1023 1020 - 1020 Ck22(1) C22(1) C22 St35(1) S20C S20Ck S20C S22C SKM12A-S(1) 60 - 1060 - M 55 (2) C60 C60 S55C Таблицы П6 Механические свойства зарубежных аналогов углеродистой качественной конструкционной стали   Страна Стандарт Марка стали Термическая обработка сортамент Размер, мм Временное сопротивление, МПа Предел текучести, МПа Относитель- ное удлине- ние, % Относи- тельное сужение, % Германия         DIN 1629/3 DIN 17200       St2 Ck10   Ck15   D о   о   Cв 1б2 – 2 11 30 11 30 270 – 410 640 – 780 490 – 640 740 – 800 590 – 780 280 390 295 440 355 28 13 16 12 14 – 40 50 35 45 США   ASTM A29/A29M 1020   –   –   345   221   25   –   Германия     DIN 17200   DIN 1629/3 Ск22 С22 St35 у/о у/о о 17 – 40 17 – 40 17 – 40 500 – 650 490 – 640 340 – 440 300 295 225 22 22 25 50 45 – Япония JIS G3445 STKM 12A–S # – 340 175 – – Германия             DIN 17200             С25 Ск25 Сm25 C30 Cк30 Ск35   у/о у/о у/о у/о у/о у/о   17 – 40 17 – 40 17 – 40 17 – 40 17 – 40 17 – 40 41 – 100 500 – 650 500 – 650 500 – 650 500 – 700 500 – 700 500 – 730 540 – 690 320 320 320 350 350 365 325 21 21 21 20 20 19 20 45 50 50 40 45 45 50 США         ASTM A291 A29M A519 A576 1035         #         –         448         276         20         –         Германия   DIN 17200   C40 Ск40,Сm40 у/о у/о 17 – 40 17 – 40 630 – 780 630 – 780 400 400 18 18 35 40 Германия       DIN 17200       Ck45   Cm45 C50 у/о   у/о у/о 17 – 40 41 – 100 17 – 40 17 – 40 660 – 850 620 – 810 650 – 800 700 – 850 410 370 430 460 15 16 16 15 40 – 40 30 США ASTM A29/A29M A519 1050 # – 552 345 1 – 0 – Германия            DIN 17200            Ck50 Ck55   C35 C60   Cm60 у/о у/о   у/о у/о   у/о 17 – 40 17 – 40 41 – 100 17 – 40 17 – 40 41 – 100 17 – 40 700 – 850 740 – 890 700 – 850 750 – 900 780 – 930 740 – 890 800 – 950 460 460 420 500 490 450 520 15 15 15 14 13 14 13 35 40 40 30 30 35 30 Примечания: 1. Обозначение термической обработки: у – улучшение (закалка + высокий отпуск). 2. Обозначения сортамента: о – прокат; D - лист; # – труба.   3. Маркировка конструкционных легированных сталей в национальных стандартах разных стран Системы маркировки конструкционной легированной стали в национальных стандартах различных стран при всем многообразии вариантов имеют одну общую особенность: в большинстве случаев в обозначение марки стали, основанное на учете химического состава, вводят в буквенном и числовом выражении обозначения химических элементов и их количеств. Существуют три способа обозначения химических элементов: 1. общепринятыми химическими символами, 2. буквами национального алфавита, 3. буквами английского алфавита в сочетании символами химических элементов. Таблица П7 Обозначения химических элементов в марках сталей, принятые в России и Франции Наименование элемента Обозначение элемента Россия Франция Азот А Az Алюминий Ю A Бериллий Л - Бор Р B Ванадий Ф V Вольфрам В W Кобальт К K Кремний С S Марганец Г M Медь Д U Молибден М D Никель Н N Ниобий Б Nb Редкоземельные металлы Ч - Селен Е - Титан Т T Фосфор П P Хром Х C Цирконий Ц Zr   Например, символы химических элементов приняты в Евронормах и Германии, национальный (русский) алфавит применяется в России, буквы английского алфавита в сочетании с общепринятыми символами химических элементов – в стандартах Франции (табл. П7). В России конструкционные легированные стали поставляют по ГОСТ 4543–71. Как правило, химические элементы указывают в обозначении марки по первой букве русского названия или произвольно. Обозначение марки состоит в основном из трех компонентов: первые две цифры указывают среднее содержание углерода, умноженное на 100, цифры после букв – среднее содержание легирующего элемента (при содержании элемента менее 1 % цифра не ставится). Обозначения сложнолегированных марок сталей часто могут быть условными (короткими), представляющими собой, например, сокращения или аббревиатуры завода изготовителя, уровень разработки стали и порядковый номер, присвоенный марке на заводе при ее выпуске. Например, опытные марки стали, выплавленные на металлургическом заводе АО “Электросталь”, обозначают ЭИ или ЭП (Э – электросталь, И – исследовательская, П – пробная) и присваивают им порядковый номер: ЭИ179, ЭП398. При введении в стандарты марки этих сталей обозначают цифрами и буквами, определяющими их химический состав, взамен сокращенного обозначения. В Германии стали поставляют по DIN 17210, 17211 и др. В обозначениях марок низколегированных сталей сначала указывают в виде числа содержание углерода, умноженное на 100, затем – основные легирующие элементы (их химические символы), далее – числа, соответствующие содержанию элементов, умноженному на коэффициент, указанный в табл. П8. Таблица П8 Переводные коэффициенты для определения среднего содержания легирующих элементов по Евронормам Легирующие элементы Коэффициент Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 10 N, P, S 100 B 1000   В обозначении марок высоколегированных сталей (с содержанием хотя бы одного легирующего компонента более 5 %) перед цифрами, соответствующими содержанию углерода, вводится буква “Х”. В этом случае содержание легирующих элементов записывают без учета коэффициента. Например, Х12Cr – Ni177 – высоколегированная хромоникелевая сталь, содержащая в среднем 0,12 %С, 17% Cr, 7% Ni; Х5Cr – Ni – Mo1810 – высоколегированная хромоникельмолибденовая сталь, содержащая в среднем 0,05 %С, 18 % Cr, 10 % Ni,  1% Mo. Примеры аналогов российским маркам стали приведены в табл. П9. В США стали поставляют по стандартам ASTM A29/A29M, A304, A322 и др. Маркируют четырехзначным числом, к которому иногда добавляют прописные буквы. Первые две цифры характеризуют сталь по основному легирующему элементу (никелевая, никель-хромистая, и т.д.), следующие две цифры обозначают среднее содержание углерода, умноженное на 100. Первое двухзначное число, начинающееся с цифр: 2 – характеризует никельсодержащую сталь (23хх – сталь с Ni  3,5 %; 25хх – сталь с Ni  5 %), 3 – никельхромистую сталь (31хх – Ni  1,25 % и Cr  0,6 %; 32хх– Ni  1,75 % и Cr  1,0 %; 33хх – Ni  3,5 % и Cr менее или равно 1,5 %). 4 – молибденосодержащую сталь (40хх, 44хх, 45хх – молибденовая с Мо = 0,35...0,65 %; 46хх – никельмолибденовая с Ni = 1,8 % и Мо = 0,25 %; 47хх – никельхроммолибденовая с Ni = 1,0 %, Cr = 0,45 % и Мо = 0,25 %; и т.д.). 5 – хромистую, 6 – хромованадиевую, 7 – хромалюминийванадиевую, 8 – никельхроммолибденовую, 9 – кремнистую сталь. Таблица П9 Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных сталей в России и Германии Сталь Россия Германия Хромистая 20Х 35Х 20Cr4 34Cr4 Хромомолибденовая 30ХМ 35ХМ 25CrMo4 34CrMo4 Марганцовистая 40Г 30Г2 40Mn4 28Mn6 Хромомарганцевая 18ХГ 20MnCr5 Хромоникельмолибденовая 38Х2Н2МА (38ХНМА) 36CrNiMo4 Хромоалюминиевая с молибденом 38Х2МЮА (38ХМЮА) 41CrAlMo7   Буквы в обозначении марки могут стоять в начале, конце и середине (между парами цифр). Вначале (перед цифрами) могут быть прописные буквы, характеризующие способ производства стали (например, Е – выплавленные в электропечах), в конце (после цифр часто стоит буква Н, обозначающая прокаливаемость стали, в середине (между парами цифр), буква В указывает на содержание бора: сталь 5120 – хромистая сталь со средним содержанием углерода 0,20 %; 5120Н – та же сталь, но с повышенной прокаливаемостью; 15В21Н – марганцовистая сталь со средним содержанием углерода 0,21 %, содержащая бор, с повышенной прокаливаемостью. Примеры аналогов конструкционных легированных сталей России и США приведены в табл. П10. Во Франции стали поставляют по стандартам NF: NF–A35–551, NF–A35–552 и др. Таблица П10 Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных сталей в России и США Сталь Россия США Хромистая 20Х 35Х 5120, 5120Н 5135, 5135Н Хромомолибденовая 30ХМ 35ХМ 4130, 4130Н 4135, 4135Н Никельмолибденовая 12Н2М (15НМ) 20Н2М (20НМ) 4615 4620, 4620Н Хромоникелевая 12Х2Н4А Е3310 Хромоникельмолибденовая 20ХН2М (20ХМ) 40ХН2Ма (40ХНМА) 4320, 4320Н 4340   Легированные стали общего назначения, содержащие ограниченное количество легирующих элементов и используемые в основном без термической обработки (или после отжига или нормализации) обозначают обычно заглавной буквой “А”, далее указывают минимальное временное сопротивление разрыву (предел прочности) в МПа и затем заглавными буквами – основные легирующие элементы. В случае необходимости за этими буквами указывают содержание легирующих элементов в процентах, умноженное на соответствующее число (коэффициент в табл. П8). После буквы А может стоять буква S, что означает хорошую свариваемость. Пример: А550М – марганцовистая сталь с минимально гарантированным временным сопротивлением разрыву 550 МПа с Mn  1 %. Обозначение марки низколегированной стали (содержание любого легирующего элемента менее 5 %), подвергаемой упрочняющей термической обработке, начинается с указания содержания углерода в процентах, умноженного на 100. Затем вводят заглавные буквы, характеризующие основные химические элементы и после них – цифры, указывающие на содержание этих элементов. Пример: сталь 42CD4 – низколегированная сталь с С = 0,42 %, Cr  1 %, Мо < 1 %. Обозначение марки высоколегированной стали (содержание хотя бы одного из легирующих элементов превышает 5 %), подвергаемой термической обработке, начинается с буквы Z, цифры характеризуют содержание легирующих элементов. Если содержание легирующего элемента не превышает 10 %, перед цифрой ставят ноль. Примеры: сталь Z5CN 18–08 – высоколегированная хромоникелевая сталь с С = 0,05 %, Cr = 18 % и Ni = 8 %; сталь Z5CNТ 18–08 – высоколегированная хромоникелевая сталь С = 0,08 %, Cr = 18 % и Ni =8 % и Ti< 1 %. Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных сталей в России и Франции приведены в табл. П11. Таблица П11 Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных сталей в России и Франции Сталь Россия Франция Хромованадиевая 50ХФА 50CV4 Хромоникелевая 12ХН3А 14NC11 Хромомолибденовая 38ХМ 42CD4 Хромоалюминиевая с молибденом 38ХМЮА 40CAD6-12   В Японии стали поставляют по стандарту JIS: G4051, G4052, G4102, G4103, G4104,G4105, G4106, G4202 и др. Обозначение марки начинается с буквы S, после которой указывают легирующие элементы и затем – цифры. Легирующие элементы могут обозначаться или общепринятыми символами химических элементов, или одновременно символами и буквами. Однозначные и двухзначные цифры, а также первая цифра в трехзначном числе в конце марки улучшаемых сталей характеризуют порядковый номер стали в группе, а две последние цифры в трехзначном числе – содержание углерода, умноженном на 100. Буква Н после цифр указывает на особенности прокаливаемости стали этой марки. В сталях специального назначения (например, для труб) трехзначное число означает минимальное временное сопротивление разрыву (предел прочности) в МПа. Примеры: сталь SCr420 – улучшаемая хромистая сталь (4-я группа) с С = 0,20 %; SCr20Н – то же, но с особенностями прокаливаемости; SMnC420 – улучшаемая хромомарганцевая сталь (4-я группа) с С = 0,20 %; SNC631 – улучшаемая хромоникелевая сталь (6-я группа) с С = 0,31 %; STCxxx – сталь для труб, применяемых в химической промышленности (Т – трубы, С – хром, ххх – значения минимального временного сопротивления разрыву (предела прочности) в МПа). Некоторые принятые в Японии обозначения отдельных групп легированных конструкционных сталей: SUPx – сталь для пружин; SNCx - никельхромистая улучшаемая конструкционная сталь; SNCMx – никельхромомолибденовая улучшаемая конструкционная сталь; SACM – хромоалюминиевая с молибденом азотируемая сталь; SCrx – хромистая улучшаемая конструционная сталь. Примеры маркировки с молибденом этих сталей в России и Японии приведены в табл. П12. Таблица П12 Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных сталей в России и Японии Сталь Россия Япония Хромистая 30Х 40Х SCr430, SCr430H SCr440, SCr44H Марганцовистая 30Г2 40Г2 SMn433, SMn433H SMn438,SMn438H Хромомолибденовая 15ХМ 35ХМ SCM415, SCM415H SCM435, SCM435H Хромоникелевая 20ХН2МА (20ХНМ) 40ХН2МА (40ХНМА) SNCM420, SNCM420H SNCM439 Хромоалюминиевая с молибденом 38Х2МЮА (38ХМЮА) SACM645   Зарубежные аналоги конструкционных легированных сталей 15Х, 15ХА, 20Х приведены в табл. П13, П14 и П15. Назначение сталей 15Х, 15ХА, 20Х – для цементуемых деталей, работающих на трение, с повышенной по сравнению с углеродистой сталью прочностью сердцевины (поршневые пальцы и кольца, распределительные и червячные валы, толкатели клапанов, копиры, детали моторов сечением до 30 мм, подвергаемые цементации и цианированию. Сталь 20Х может применяться так же, как улучшаемая сталь и нитроцементуемая с термоциклированием. В России прокат из конструкционных легированных сталей 15Х, 15ХА, 20Х маркируется по ГОСТ 4543–71. Пример условного обозначения: Прокат горячекатаный, квадратный, со стороной квадрата 36 мм, обычной точности прокатки В по ГОСТ 2591–71, марки 20Х, группы качества поверхности 2, термически обработанный Т: Таблица П13 Химический состав зарубежных аналогов стали 15Х Страна Стандарт Марка стали Содержание элементов, %, не более C Si Mn P S Cr Ni Cu США ASTM A29/A29M 5115 0,13–0,18 0,15-0,35 0,7-0,9 0,035 0,04 0,7-0,9 0,25 0,35 Герма-ния DIN 17210 15Cr3 0,14– 0,20 0,40 0,40-07 0,035 0,035 0,6-0,9 - - Япо-ния JIS G4104 SCr415 0,13– 0,18 0,15-0,35 0,60-08 0,03 0,03 0,9-1,2 - - Таблица П14 Химический состав зарубежных аналогов цементируемой хромистой стали 20Х Страна Стандарт Марка стали Содержание элементов, %, не более C Si Mn P S Cr Ni Cu США ASTM 304 5120H 0,17–0,23 0,15-0,35 0,6-1,0 0,035 0,045 0,6-1,0 0,25 0,35 Германия DIN 17210 20CrS4 0,17– 0,23 0,40 0,6-09 0,035 0,02 0,9-1,2 - - Япо-ния JIS G4104 SCr420 0,18– 0,23 0,15-0,35 0,60-0,85 0,03 0,03 0,9-1,2 - -   Таблица П15 Химический состав зарубежных аналогов улучшаемой хромистой стали 20Х Страна Стандарт Марка стали Содержание элементов, %, не более C Si Mn Р S Cr Ni Cu США AISI 5117 0,15–0,20 0,15-0,30 0,7-0,9 0,035 0,04 0,7-0,9 - США ASTM A29/A29M 5120 0,17–0,22 0,15-0,35 0,7-0,9 0,035 0,04 0,7-0,9 - - США ASTM A304 5120H 0,17–0,23 0,15-0,35 0,60-1,00 0,035 0,04 0,6-1,0 0,25 0,35   4. Чугун с пластинчатым графитом Чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ) является основным литейным сплавом в машиностроении. Главной особенностью микроструктуры ЧПГ, определяющей физико-механические и служебные свойства, является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, поэтому ЧПГ имеет сравнительно невысокие значения временного сопротивления разрыву и очень низкую пластичность. Однако именно благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне (СЧ) уникально сочетаются хорошие антифрикционные свойства, высокая износостойкость, малая чувствительность к концентраторам напряжений. ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации. СЧ – технологичный материал, обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов. Из него можно изготовлять отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500 мм. В основу стандартизации СЧ заложены принципы регламентации минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении. Марки, механические свойства и химический состав СЧ по ГОСТ 1412–85, ИСО 185 и национальным стандартам некоторых стран приведены в табл. П16. Таблица П16 Отечественные марки чугуна с пластинчатым графитом и их зарубежные аналоги Россия ГОСТ 1412-85 СЧ 10 СЧ 15 СЧ 18 СЧ 20 СЧ 21 СЧ 24 СЧ 25 - СЧ 30 СЧ 35 ИСО 185 100 150 - 200 - - 250 - 300 350 Великобритания BS 1452 100 150 180 200 220 - 250 - 300 350 Германия DIN 1691 GG-10 GG-15 - GG-20 - - GG25 - GG-30 GG-35 США ASTM A 48 20B 25B - 30B - - 35B 40B 45B 50B Япония JIS G 5501 FC 100 FC 150 - FC 200 - - FC 250 - FC 300 FC 350   По ГОСТ 1412–85 марка ЧПГ определяется показателем временного сопротивления чугуна при растяжении. Условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10-1: СЧ 20 ГОСТ 1412–85. Механические свойства ЧПГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки. Поскольку значения прочности чугуна данной марки в отливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщиной стенки (диаметром) отливки, в стандартах приводятся минимальные значения в в отдельно отлитых пробных заготовках других диаметров или сечений из СЧ каждой марки. Классификация серого литейного чугуна по международному стандарту ИСО 185 включает шесть классов, устанавливаемых на основании результатов механических испытаний на растяжение образцов, вырезанных из различных литейных проб. Характерным показателем, определяющим марку чугуна, является временное сопротивление при растяжении в образцов из отдельно отлитых цилиндрических проб диаметром 30 мм. Для отливок массой более 200 кг испытания могут быть также произведены на приливных пробах. В ИСО 185 для руководства при проектировании конструкций и изделий исключительно в качестве информации, приведены данные по ожидаемым механическим свойствам при растяжении для материала отливок. Однако по согласованию между Изготовителем и Заказчиком значения в могут быть сделаны обязательными. По ИСО 185 буквенные обозначения не применяют в марках чугунов. В случаях, когда наиболее существенной характеристикой является твердость чугуна, можно пользоваться рекомендациями, приведенными в табл. П17. Таблица П17 Классы твердости чугуна с пластинчатым графитом по ИСО 185 Класс твердости Пределы изменения твердости НВ Класс твердости Пределы изменения твердости НВ Н 145 170 max Н 215 190–240 Н 175 150-200 Н 235 210–260 Н 195 170-220 Н225 230–280   По стандарту Германии DIN 1691 в заказе на отливки должно быть однозначно указано: является ли характерным свойством временное сопротивление при растяжении или твердость по Бринелю. В зависимости от этого маркировка чугунов обозначается по разному. Например: Чугун DIN 1691 – GG – 25 или Чугун DIN 1691 – GG – 210HB Данные о временном сопротивлении при растяжении являются гарантированными в отливках. Связь между толщиной стенки (2,5 – 80 мм) и твердостью отливки из различных марок СЧ представлена в DIN 1691 в регламентируемом виде, что позволяет правильно и точно устанавливать твердость для заданного интервала толщин стенок отливок. В приложении к стандарту DIN 1691 представлены зависимости временного сопротивления при растяжении от твердости и толщины стенки отливки. В стандарте Великобритании BS 1452 представлено семь марок ЧПГ. Соотношение между прочностью ЧПГ и сечением отливок представляют на диаграммах. Стандарт США ASTM A 48 включает девять марок чугуна. Условное обозначение марки включает цифровое обозначение и букву “В”. Число определяет временное сопротивление разрыву (фунтах/кв. дюйм), например: 20В ASTM A 48. Стандарт Японии JIS G 5501 включает шесть марок ЧПГ. Условное обозначение марки включает буквы FC и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10-1, например: FC 25 JIS G 5501. 4. Чугун с шаровидным графитом Чугун с шаровидным графитом (ЧШГ) является перспективным конструкционным материалом для изготовления ответственных деталей. ЧШГ обладает комплексом физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств, что выгодно отличает его от других конструкционных материалов: от стали – лучшей износостойкостью и антифрикционностью, более высокой коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью резанием; от чугуна с пластинчатым графитом (ЧПГ) – большей прочностью и пластичностью. Благодаря высокой жидкотекучести, ЧШГ может быть использован для производства сложных по конфигурации деталей, получение которых ковкой и штамповкой затруднено, а иногда просто невозможно. Меньшая плотность ЧПГ (на 8 – 10 %) позволяет снизить массу деталей по сравнению с массой деталей из стали. Замена ЧПГ на ЧШГ позволяет уменьшить в 1,5 – 2,0 раза толщины отливок и , тем самым, снизить массу деталей машин при одновременном повышении их надежности. Детали из ЧШГ можно подвергать всем видам упрочняющей термической обработки, применяющейся для стали с таким же, а иногда и большим успехом. Особенностью ЧШГ как конструкционного материала является высокое отношение условного предела текучести 0,2 к временному сопротивлению при растяжении В составляющее 0,6 – 0,7 (у стали 0,5 – 0,6), что важно для уменьшения расхода материалов и снижения массы машин, так как конструкции рассчитывают на прочность, как правило, по условному пределу текучести. Циклическая вязкость или демпфирующая способность материала гасить возникающие при работе механизмов вибрации у ЧШГ хотя и ниже, чем у ЧПГ, но значительно выше, чем у стали. Эта характеристика у перлито-ферритного ЧШГ при напряжениях 50 – 100 МПа составляет 4 – 6 %, в то время как у стали – 0,3 – 0,6 %. По известному показателю временного сопротивления разрыву при растяжении, приведенным эмпирическим зависимостям и данным табл. П18 можно определить пределы выносливости при растяжении и кручении различных чугунов. ЧШГ -1 = (0,58 – 0,0002В) В, КЧ -1 = (0,48 – 0,0002В) В, ЧПГ -1 = (0,52 – 0,0003В) В. Данные зависимости были получены на образцах диаметром 7,5 мм, изготовленных из заготовок диаметром или толщиной до 30 мм. Таблица П18 Соотношение механических свойств чугунов с различной формой графита Тип чугуна  p-1/ -1  p-1/ В  -1/ -1  -1/ В ЧПГ 0.60-0.70 0.28-0.34 0.75-0.85 0.34-0.42 КЧ 0.55-0.65 0.22-0.28 0.80-0.90 0.32-0.38 ЧШГ 0.65-0.75 0.28-0.34 0.70-0.80 0.30-0.36   ЧШГ обладает высокой прочностью при сжатии сж/В  3, это обстоятельство связано с тем, что графит не влияет на сопротивление сжатию столь отрицательно, как на растяжение. Таблица П19 Отечественные марки чугунов с шаровидным графитом и их зарубежные аналоги Россия, ГОСТ 7293–85 ВЧ 35 ВЧ 40 ВЧ 45 ВЧ 50 ВЧ 60 ВЧ 70 ВЧ 80 ВЧ 100 ИСО 1083 350–22, 350–22AL 400–18, 400–18L, 400–18AL, 400–15, 400–15A 450–10 500–7, 500–7A 600–3, 600–3A 700–2, 700–2A 800–2 900–2 Великобритания BS 2789 350/22L40, 350/22 400/18, 400/18L20, 420/12 450/10 500/7 600/3 700/2 800/2 900/2 Германия DIN 1693 GGG–35.3 GGG–40, GGG–40.3 – GGG–50 GGG–60 GGG–70 GGG–80 – США ASTM A 536 – 60–40–18*, 60–42–10 65–45–12 70–50–05 80–55–06, 80–60–03 100–70–03 120–90–02 – Франция NFA 32–201 FGS 350–22L40, FGS 350–22 FGS 400–15, FGS 400–18, FGS 400–18L20 FGS 450–10 FGS 500–7 FGS 600–3 FGS 700–2 FGS 800–2 FGS 900–2 Япония JISG–5503 FCD 370 FCD 400 FCD 450 FCD 500 FCD 600 FCD 700 FCD 800 FCD 900A**, FCD 1000A**, FCD 1200A** * Марка стандартов А 536 и А 395 **Стандарт JISG–5503 Регламентация требований стандартов на ЧШГ практически везде одинакова. Кроме того, существует международный стандарт ИСО 1083, регламентирующий классификацию литейных чугунов с шаровидным графитом в соответствии с механическими свойствами материала. Марки, механические свойства и химический состав ЧШГ по ГОСТ 7293–85, ИСО 1083 и национальным стандартам некоторых стран приведены в табл. П19. По ГОСТ 7293–85 марка ЧШГ определяется показателями временного сопротивления разрыву В и условного предела текучести 0,2. Условное обозначение марки включает буквы ВЧ – высокопрочный чугун и числовое минимальное значение В в МПА.10-1: ВЧ 50 ГОСТ 7293–85. Механические свойства ЧШГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки. Показатели относительного удлинения, твердости и ударной вязкости определяют только при наличии требований в нормативно-технической документации, и они должны соответствовать требованиям ГОСТа. В стандарте США ASTM А536 первое и второе числа в марке чугуна определяют временное сопротивление разрыву; первое – в (фунтах/кв.дюйм) 103, а второе – округленная величина этого показателя в МПА. 10-1; третье число – минимальное значение относительного удлинения в процентах: 60-42-10. В стандарте Германии DIN 1693 марка чугуна, например GGG-60 обозначает следующее: G – литой, G – чугун, G – шаровидный, 60 – минимальное значение временного сопротивления разрыву в МПа. 10-1. В стандарте Великобритании BS 2789 буквенные обозначения не применяют. В стандарте Франции NFA 32–201 буквы FGS обозначают: F – литье, G – графит и S – шаровидный. В стандартах Франции и Великобритании указывается относительное удлинение в %. Если испытания на растяжение выполняются не на отдельных, а на приливных образцах, отливаемых совместно с отливкой, указанное обозначение дополняется буквой «А». Если к отливкам предъявляются требования по ударной вязкости при низкой температуре, указанные обозначения дополняются буквой «L», сопровождаемой числом, соответствующим температуре испытания, Символы «L» и «А» могут сочетаться, например: FGS 350 – 22AL40. Стандарт Японии JIS включает семь марок ЧШГ: FCD370 и FCD400 – ферритные, FCD450 и FCD500 – ферритно-перлитные, FCD600, FCD700 и FCD800 – перлитные чугуны. В международном стандарте ИСО 1083 буквенные обозначения не применяют. Стандарт содержит механические свойства, измеренные на образцах для испытаний, полученных из отдельно отлитых проб и отлитых вместе с отливкой. В марке чугуна может присутствовать буква «А», свидетельствующая о том, что свойства были получены при испытании отлитых заодно с заготовкой образцов, буква «L», если к отливке предъявляются требования по ударной вязкости. Символы «L» и «А» могут сочетаться, например, 400–18AL. В большинстве национальных стандартов на высокопрочные чугуны, регламентирующих механические свойства, химический состав чугунов не оговаривается, В стандартах всех стран, кроме России, Германии и США, приводятся контрольные пределы величин твердости. Остальные параметры чугунов, в том числе микроструктура, могут контролироваться по требованию заказчика. Количество графита преимущественно шаровидной формы, оговариваемое в большинстве национальных стандартов, колеблется в широких пределах от 70 % (Япония) до 90 % (США ASTM A395). В стандарте ASTM А395 приведена единственная марка ферритного ЧШГ с контролем химического состава по основным элементам и твердости. Оценка формы графита в большинстве национальных стандартов, в том числе и ИСО 945, производится по эталонам, которые не дают количественных значений. Только в стандарте Японии JIS G 5502 приведена методика расчета степени сфероидизации (в %) графита по формуле: где n1 – количество графитовых включений, соответствующих различным формам графита (от пластинчатой до шаровидной, всего 5 форм, рис. П1), определяемых на шлифе или фотографии и сравниваемых по фигурам, приведенным в стандарте. Рис. П1 Характеристика форм (n1... n5) графита Использование критериев механики разрушения для оценки конструкционной прочности чугунов позволяет: обоснованно выбирать тип и марку чугуна применительно к условиям эксплуатации литой детали, в том числе при решении вопросов об использовании ЧШГ вместо стали и ЧПГ; количественно оценивать влияние размеров и формы детали имеющихся дефектов на долговечность изделий, разрабатывать нормы дефектности чугунных отливок; анализировать причины разрушения изделий в процессе эксплуатации и принимать меры по их устранению. Одним из основных критериев механики разрушения является критический коэффициент интенсивности напряжений (трещинностойкость) К1С (МПа м1/2), который используют при расчетной оценке надежности деталей. Минимально допустимые значения коэффициента приведены в табл. П20. Таблица П20 Коэффициент К1с для стандартных марок ЧШГ Марка чугуна ВЧ 35 ВЧ40 ВЧ 45 ВЧ 50 К1с, МПа.м1/2 70 65 60 50 Марка чугуна ВЧ 60 ВЧ 70 ВЧ80 ВЧ100 К1с, МПа.м1/2 45 25 25 30   Ценность показателя К1с как характеристики материала состоит в том, что его можно непосредственно использовать для расчета конструкций. Если известен коэффициент К1с, то можно вычислить допустимый размер трещины при заданном рабочем напряжении или, наоборот, допустимое рабочее напряжение при заданном размере трещин по формуле где  – коэффициент, учитывающий геометрию литой детали;  – рабочее напряжение, МПа, lкр – критическая длина дефекта, м. В современных расчетах высоконагруженных конструкций используют «принцип безопасного повреждения», допускающий эксплуатацию конструкций при наличии трещин длиной меньше lкр. Этот принцип очень важен, так как при изготовлении изделий трудно полностью избежать поверхностных и внутренних дефектов (царапин, усадочных микропустот и др.) Кроме того, трещины могут возникать и при эксплуатации изделий. Известны немало случаев когда ответственные нагруженные конструкции работали при наличии в них трещин длиной в десятки сантиметров. Если на шлифах (рис. П1) серых чугунов графит имеет форму извилистых прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига, находится в форме более компактных хлопьевидных включений с рваными краями, Более компактная форма графита обеспечивает повышение механических свойств ковкого чугуна по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом. Обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием и свариваемостью, ковкий чугун находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы, иллюминаторные кольца и др.   6. Чугуны с вермикулярным графитом Наряду с шаровидным графитом высокопрочные чугуны могут содержать некоторое количество вермикулярного (от лат. vermiculus – червячок) графита. В пространстве такой графит, как и пластинчатый, имеет форму изогнутых лепестков. От пластинчатого вермикулярный графит отличается округлыми краями, меньшими размерами и меньшим отношением длины лепестка к его толщине (у вермикулярного графита это отношение находится в пределах 2 – 10, а у пластинчатого значительно больше 10). Поэтому вермикулярный графит не является таким концентратором напряжений, как пластинчатый. Его можно рассматривать как переходную форму от пластинчатого к шаровидному графиту. При одинаковом содержании углерода и кремния соотношение количеств шаровидного и вермикулярного графита в чугуне зависит от условий его получения, главным образом от обработки расплава лигатурами, содержащими магний и редкоземельные металлы. Чугун с вермикулярным графитом, как самостоятельный литейный материал в России, был стандартизован в 1989 г. (в промышленности его используют с 1968 г.) В соответствии с ГОСТ 28394–89 чугун с вермикулярным графитом может содержать не более 40 % шаровидного графита, весь остальной графит – вермикулярный. Такой чугун обозначают буквами ЧВГ, за которыми следует число, указывающее гарантируемое значение в в кгс/мм2. (табл. П21, П22). Марку чугуна можно изменить, применив термообработку, от которой зависит структура основы (ферритная, перлитная, бейнитная). При одинаковом строении матрицы механические свойства чугуна с вермикулярным графитом являются промежуточными между значениями свойств серого чугуна с пластинчатым графитом и высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Таблица П21 Химический состав чугуна с вермикулярным графитом (ГОСТ 2894-89) Массовая доля элементов Марка чугуна C Si Mn P S Cr Ca ЧВГ30 ЧВГ35 ЧВГ40 ЧВГ45 3,5–3,8 3,5–3,8 3,1–3,5 3,1–3,5 2,2–3,0 2,2–2,8 2,0–2,5 2,0–2,5 0,2–0,6 0,2–0,6 0,4–1,0 0,8–1,2 до 0,08 до 0,08 до 0,08 до 0,05 до 0,025 до 0,025 до 0,025 до 0,025 до 0,015 до0,15 до 0,2 до 0,3 – – 0,4–0,6 0,8–1,0   Таблица П22 Механические свойства чугуна с вермикулярным графитом (ГОСТ 2894-89) Марка чугуна Механические свойства В,МПа (кгс/мм2)  0,2, МПа (кгс/мм2) Относительное удлинение,  ,% Твердость по Бринелю НВ Структура металлической основы ЧВГ30 ЧВГ35 ЧВГ40 ЧВГ45 300 (30) 350 (35) 400 (40) 450 (45) 240 (24) 260 (26) 320 (32) 380 (38) 3,0 2,0 1,5 0,8 130–180 140–190 170–220 190–250 Феррит Феррит Перлит Перлит   Чугуны марок ЧВГ прочнее, а при одинаковой прочности пластичнее чугунов марок СЧ. Они превосходят чугуны марок ВЧ по демпфирующей способности и по обрабатываемости резанием. Для ЧВГ характерны высокая жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, малая усадка. Чугуны с вермикулярным графитом широко используются в мировом и отечественном автомобилестроении, тракторостроении, судостроении, дизелестроении, энергетическом и металлургическом машиностроении для деталей, работающих при значительных механических нагрузках в условиях износа, гидрокавитации, переменном повышении температуры. Например, ЧВГ используется взамен СЧ для производства головок цилиндров крупных морских дизельных ДВС. 7. Отливки из легированного чугуна со специальными свойствами Чугунное литье известно более двух тысячелетии. Историческими примерами достижения отечественных литейщиков чугуна являются отливки царь-пушки и царь-колокола. Особенно сложные и ответственные элементы конструкций современного машиностроения такие, как корпуса крупных судов, дизельных двигателей, паровых и газовых турбин, коленчатые валы, изготовляют из высокопрочного или серого чугуна. Подобные элементы невозможно изготовить другими способами. Производство отливок в нашей стране регламентировано межгосударственными стандартами на общие технические условия (ГОСТ 26358–68), на допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку (ГОСТ 26645–68). Основным требованием, предъявляемым к большинству чугунных отливок общего назначения, является конструкционная прочность – временное сопротивление, иногда в месте с твердостью, относительным удлинением, пределом текучести или ударной вязкостью. Указанные свойства и прежде всего временное сопротивление при растяжении регламентируются в стандартах марок серого, высокопрочного и ковкого чугунов. В современном машиностроении отливки из чугуна наряду с прочностью должны обладать рядом специальных свойств, которые обеспечивают их длительную эксплуатационную стойкость в различных агрессивных средах или других специальных условиях. Специальные свойства и структура таких чугунов определяются в основном химическим составом и, в первую очередь, степенью их легирования. Химический состав легированных чугунов для отливок с повышенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью или жаропрочностью регламентирован ГОСТ 7769–82. По ГОСТ 7769–82 в марке легированного чугуна буквы означают: Ч – чугун; легирующие элементы Х – хром, С – кремний, Г – марганец, Н – никель, Д – медь, М –молибден, Т – титан, П – фосфор, Ю – алюминий, Ш – графит в чугуне шаровидной формы; цифры, стоящие после буквы, означают примерную массовую долю основных легирующих элементов. Например: ЧХ1, ЧХ9Н5. По ИСО 2892 в марке чугуна буквы L и S означают соответственно пластинчатый и шаровидный графит, а затем в порядке убывания стоят символы легирующих химических элементов, а также их массовые доли. Например: L – NiMn 13 7; S – NiCr 30 1.   ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Таблица П23 Металлические материалы для изготовления узлов деталей и машин, работающих в непосредственном контакте с пищевыми продуктами и средами Марка материала Назначение СЧ18 (ГОСТ 1412-85) ВЧ60 (ГОСТ 7293-85) 1. Черные металлы Детали оборудования для колбасного производ­ства при условии контакта чугуна с колбасным фаршем не более 10 мин Ст3-Ст5 (ГОСТ 380-94) Оборудование для рафинации хлопкового масла Детали и оборудование для пивоваренной про­мышленности Цистерны для перевозки этилового спирта Оборудование для свеклосахарной промышлен­ности Детали аппаратуры для сахарной промышлен­ности 15К;20К (ГОСТ 5520-79) Детали оборудования для сахарной промышлен­ности, непосредственно контактирующие с про­дуктами свеклосахарного производства 08кп (ГОСТ 1050-88) Противни для мясных и рыбных полуфабрика­тов, а также хлебобулочных изделий 20,40 (ГОСТ 1050-88) Болты для крепления волнорезов внутри цистер­ны для перевозки спирта 35,45 (ГОСТ 1050-88) 65Г (ГОСТ 14959-79) 20Х, 40Х (ГОСТ 4543-71) Х12, 9ХС,9ХВГ (ГОСТ 5950-73) У8A, У10А (ГОСТ 1435-90) 12Х18Н9 (Х18Н9) 12Х18Н9Т (Х18Н9Т) 12X13(1X13) 20X13(2X13) 30X13(3X13) 40X13(4X13) 14Х17Н2(1Х17Н2) 12X17 (Х17) 08Х17Т(0Х17Т) Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми средами Продолжение табл. П23 15Х25Т (Х25Т) 08Х22Н6Т (0Х22Н5Т) 15X28 (Х28) (ГОСТ 5632-72) Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми продуктами ШХ15 (ГОСТ 801-78) Решетки измельчителей мяса и другие детали обо­рудования для мясной промышленности, имею­щие непосредственный контакт с пищевыми средами 12Х18Н9Т (Х18Н9Т) 12Х18Н10Т (Х18Н10Т) 12X13 (1X13) 20X13(2X13) 14Х17Н2(1Х17Н2) 12X17 (Х17) 08Х17Т (0Х17Т) 08Х22Н6Т (0Х22Н5Т) 12Х21Н5Т (1Х21Н5Т) 08Х21Н6М2Т (ГОСТ 5632-72) Детали машин и аппаратов для винодельческой промышленности, кроме стационарных резервуа­ров с длительным (до нескольких лет) сроком хранения вина. Разрешается непосредственный контакт с суслом, вином, коньячным спиртом, продуктами переработки отходов виноделия 12Х18Н9Т (Х18Н9Т) (ГОСТ 5632-72) Бачки взбивальных машин 12Х18Н10Т (Х18Н10Т) (ГОСТ 5632-72) Сливкосозревательные цистерны 20Х13Н4Г9 (2Х13Н4Г9) (ГОСТ 5632-72) Детали насосов и машин, контактирующие с ви­ном и суслом при продолжительности контакта до 24 ч 08Х22Н6Т (0Х22Н6Т) (ГОСТ 5632-72) Детали молочного оборудования 10Х14АГ15(Х14АГ15) (ГОСТ 5632-72) Детали насосов, фильтров и аппаратов, исполь­зуемых в винодельческой, спиртовой, консервной, хлебопекарной промышленности 10Х14Г14Н3(Х14Г14Н3) (ГОСТ 5632-72) Емкости для хранения и транспортировки пищевых продуктов 03Х23Н28МДТ (О00Х23Н28МЗДЗТ) (ГОСТ 5632-72) Детали и узлы оборудования для пищевой промышленности 08Х17Т(0Х17Т) (ГОСТ 5632-72) Оборудование, используемое в мясной и молочной промышленности при температуре 30-140 °С Трубы для перекачки молока в молочных блоках на животноводческих комплексах и фермах 95X18(9X18) (ГОСТ 5632-72) Дисковые ножи рыбоперерабатывающих машин береговых предприятий и судов рыбной промыш­ленности 08Х22Н6Т (ГОСТ 5632-72) Ленточные, скребковые и винтовые конвейеры для транспортирования рыбы Продолжение табл. П23 0Х23Н28МТ (0Х23Н28М2Т) (ГОСТ 5632-72) Детали машин, аппаратов и цистерн для перевоз­ки и хранения виноматериалов в течение 30 дней 07Х21Г7АН5 (0Х21Г7АН5) (ГОСТ 5632-72) Детали машин, емкости, аппараты для сахарной и хлебопекарной промышленности при темпера­туре не выше 100 °С. Детали насосов, сборники фруктовых пюре в кондитерской промышленности 20Х23Н18 (Х23Н18) Детали гомогенизаторов и других аппаратов, контактирующих с молоком, смесями для произ­водства мороженого, фруктовыми и ягодными соками при температуре до 100 °С 2. Цветные металлы и сплавы 2.1. Алюминий и его сплавы А7, А5, А0 (ГОСТ 11069-74) Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с молоком и мясом Банки (250 мл) для кофепродуктов (натуральный молотый кофе и кофейные напитки) Формочки (тара) для пищевых продуктов (масло и др.) АЛ4, АЛ9, АЛ13 (ГОСТ 2685-75) Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми средами Д1 (ГОСТ 4784-97) Детали молокообрабатывающих машин Сита для просушки мармелада Лотки для транспортирования хлеба Бидоны для пищевых продуктов В95 (ГОСТ 4784-97) Инвентарь и тара для мясных полуфабрикатов АМг5 (ГОСТ 4784-97) Детали оборудования для рыбной промышленности Д16 (ГОСТ 4784-97) Тарелки сепараторов Дежи для замеса теста АМг2 (ГОСТ 4784-97) Тара для консервов и пресервов АД1М, АМцМ (ГОСТ 21631-76) Бочки оборотные для хранения и транспортиро­вания пива АД1М (ГОСТ 21631-76) Фляги с крышками для молочных сгущенных продуктов АМг2М (ГОСТ 2685-75) Днища в рассевах АМгбБМ (ГОСТ 2685-75) Емкости для бестарной перевозки муки Продолжение табл. П23 АК5М2 (АЛЗВ); АК9 (АЛ4В); АК4М4(АЛ15В) (ГОСТ 2685-75) Хлебные формы АВД-1 (ГОСТ 1131-76) Армейские бачки вместимостью 9,5 л Фольга алюминиевая для упаковки (ГОСТ 745-79) Колпачки для укупорки бутылок с растительным маслом (с применением пергаментной прокладки) Формочки для упаковки вторых блюд с последую­щим их замораживанием при -35 °С и хранением при-18 "С 2.2. Титан и его сплавы ВТ5; ВТ6С; ОТ4; ВТ1-0; ВТ1-00; ВТ4 (ГОСТ 19807-91) Детали машин, насосов, аппаратов, контейнеров и цистерн для хранения и перевозки вина и коньячного спирта ОТ4; ВТ5; ВТ1-0 (ГОСТ 19807-91) Бочки для хранения томатной пасты ОТ4; ВТ1-0 (ГОСТ 19807-91) Детали машин, насосов, аппаратов, емкостей, фляг, тележек, ковшей, контактирующих с молоч­ными, мясными, рыбными и крахмалопаточными продуктами, температура которых не выше 40 ° С ВТ 1-0 (ГОСТ 19807-91) Детали угольных колонок в спиртоводочной промышленности Холодильные шкафы ВТ1-0; ОТ4; ВТ5-1 (ГОСТ 19807-91) Варочные порядки, теплообменники и емкости для тепловой обработки пива при 100 "С в течение 3-4 ч Акротофоры, теплообменники и емкости для бро­жения вина при температуре 20-40 °С в течение 3-4 ч Теплообменники проточного типа для пастериза­ции молока при 90-95 °С с последующим его выдерживанием в течение 3-4 ч и стерилизацией при 135 °С в течение 30 с Емкости для приготовления мясного бульона при 85-90 °С и сахарного сиропа при 90-100 °С Емкости и арматура (трубопроводы, насосы, вен­тили), предназначенные для приготовления молоч­нокислых продуктов (кефир, простокваша, ацидо­филин и др.) при контакте менее 1 ч; перечислен­ные сплавы недопустимы при контакте более 1 ч ВТ16 (ГОСТ 19807-91) Детали центробежных жидкостных сепараторов в крахмалопаточном и дрожжевом производствах ВТ 1-0 (ГОСТ 19807-91) Емкости, предназначенные для перевозки и хранения молочной кислоты Продолжение табл. П23 2.3. Медь и ее сплавы Ml (ГОСТ 859-78) Перегонные аппараты (коньячный виноматериал, коньячный спирт) - многолетнее промышленное применение М3 (ГОСТ 859-78) Чаши варочной аппаратуры Л63;Л80 (ГОСТ 15527-70) Запорные клапаны к цистернам для перевозки этилового и коньячного спирта JIC59-1 (ГОСТ 15527-70) Матрицы для формования макаронных изделий Краны лабораторных резервуаров для хранения охлажденного молока Запорная арматура для вина, виноматериалов и пива Л63 (проволока) (ГОСТ 15527-70) Сита для фильтрации диффузионного сока в свеклосахарном производстве Л63; Л68; Л80 (ГОСТ 15527-70) Сита мезголовушек для очистки диффузионного сока, сита жомоотжимных прессов, центрифуг утфелей I, II и III кристаллизации Л63 (ГОСТ 15527-70) Сетки к прессам в винодельческой промышлен­ности ЛК80-3 (ГОСТ 15527-70) Вентили к железобетонным резервуарам для вин ЛАЖ 60-1-1 (ГОСТ 15527-70) Детали насосов и машин, контактирующие с виноматериалами (вино, сусло) менее 1 ч БрАЖ9-4; БрАЖМц10-3-1,5; БрАЖН10-4-4; БрАМц9-2 (ГОСТ 18175-78) Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с мясом, молоком и консервами из этих продуктов БрА9Ж3Л (БрАЖ9-4Л); БрА10Ж4Н4 (БрАЖН10-4-4) (ГОСТ 493-79) Краны, детали машин, аппаратов и насосов для сусла, вина и коньячного спирта БрОФ4-0,25 (ГОСТ 5017-74) Детали винодельческого оборудования БрО5Ц5С5 (БрОЦС5-5-5) (ГОСТ 613-79) Детали насосов, применяемых в винодельческой промышленности Окончание табл. П23 2.4. Олово, припои О1;О2 (ГОСТ 860-75) Лужение стальных деталей, непосредственно контактирующих с пищевыми средами, а также консервной жести ПОС90 (ГОСТ 21930-76) Пайка внутренних швов луженых подойников Пайка металлических перчаток, применяемых в мясной промышленности ПОС61 (ГОСТ 21930-76) Пайка продольного шва консервных банок ПОССу18-2 (ГОСТ 21930-76) Пайка теплообменной аппаратуры провизионных камер установки ВР-1М ПОС30 (ГОСТ 21930-76) Пайка металлических банок для мясного раство­ра каротина ПОС10 (ГОСТ 21930-76) Пайка продольного шва металлических банок для сухих: чая натурального, растворимого кофе, сушеного картофеля, смеси сухофруктов ПОССу40-2 (ГОСТ 21930-76) Пайка продольного шва металлических банок для пива и безалкогольных напитков Пайка продольного шва металлических банок 2.5. Жесть Жесть белая (ГОСТ 17718-72) Банки под кофе, расфасованного под вакуумом Банки для упаковки порошкообразного агар-агара Жесть белая электро­литического лужения (ОСТ 1885-76) Кроненпробки для укупорки безалкогольных напитков и минеральных вод ЭЖК-3885-76 Банки (№ 9) для зеленого горошка со сроком реализации на внутреннем рынке 6 мес. Жесть горячего лужения Банки для томатной пасты вместимостью до 1 л. Срок реализации на внутреннем рынке 6 мес. 2.6. Другие сплавы ВК7ОМ (ГОСТ 3882-74) Распылительные форсунки для молока ВК8 (ГОСТ 3882-74) Детали машин для тонкого измельчения вареных продуктов Нейзильбер (ГОСТ 492-73) Детали роторных насосов, применяемые в производстве сливочного масла ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Таблица П24 Неметаллические и комбинированные материалы для применения в продовольственном машиностроении и пищевой промышленности Марка материала Назначение 1. Полимерные материалы Аминопласт (ГОСТ 9359-80) КФА, сорт 1: Б2 А2 Мерные кружки и воронки для молока, ванночки для мороженого, салатницы Поворотные лотки ситовеечных машин (для манной крупы, муки) Винипласт: полихлорвиниловая смола, парафин, свин­цовый глет 449, 450, 468,470 П-73; П-74 листовой ВН (ГОСТ 9639-71) Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми средами Тара под молоко и молочные продукты; трубопро­воды, предназначенные для перекачки холодного молока Емкости под растительное масло Детали машин, контактирующие с суслом и ординарными винами Волокнит Детали машин и аппаратов, контактирующие с молоком Капрон Сита в ситовеечных машинах Капронит Детали машин и аппаратов, контактирующие с пищевыми средами Капролон: капролактам, натрий металлический, натр ед­кий, ангидрид уксусный Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с молоком и мясом Пенопласт: мочевиноформальдегидный ФРП-1-УС ФРП-1 Укрытие кагатов сахарной свеклы в различных климатических районах страны Теплоизоляционный слой в теплоизоляционных конструкциях судовых трюмов Термоизоляционный слой кузова автофургона, предназначенного для перевозки пищевых продуктов Изоляция холодильных камер на объектах мясо­молочной и рыбной промышленности Пенополистирол: ПСБ-С-ПМ ПСБ-С Изоляция грузовых трюмов, где хранятся продукты питания при температуре от -15 до -35 "С Изоляция изделий для упаковки овощей и фруктов Пенополиуретан: ППУ-309, ППУ-309М Теплоизоляционный материал в конструкции авторефрижератора Пентапласт Детали винодельческого оборудования Продолжение табл. П24 Пластизоль Э6С, ШС Прокладки к консервным банкам под укупорку нежирной консервной продукции (зеленый горошек, варенье) Полиамид-6: ПА6-110 №21 Щетки ситовеечных и других машин, имеющие контакт с мукой и манной крупой Детали фильтров мельничного оборудования Поливинилхлорид: пластифицированный диоктилсебацинатом П-70, П-73 жесткий П-70, П-72, П-73 П-73, П-74 П-73Э, П-74 ПВХ-7(1),ПВХ-7(1)А, ПВХ-7(2) Кроненпробки для укупорки тихих вин, фруктовых вод и пива Тара для упаковки рыбной продукции: сельди рубленой, сельди по-домашнему, салатов рыбных и из рыбопродуктов, рыбы печеной, рыбы заливной, студня Тара для упаковки мяса, мясных полуфабрикатов, топленого жира Тара для растительного масла, упакованного в картонные короба из сплошного и гофрированного картона Тара для рыбной продукции при условии ее хранения при температуре от — 4 до 5 °С не более 3 сут, а икры минтая — не более 5 сут Сосуды для кратковременного хранения ординарных вин Поливинилхлоридный пластикат-пастовил Уплотнительные прокладки для укупорки безалкогольных напитков и минеральных вод Полиизобутилен П-200 Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми средами Уплотнительные прокладки к кроненпробкам для пива и безалкогольных напитков Поликарбонат (дифлон) Детали молокопроводов, контактирующие с продуктом Поликарбонат на основе 4,4-Т-диоксифенилпропана (дифлон) В качестве конструкционного материала (счетчики расхода вина) в винодельческой промышлен­ности Полимерный материал АМС-3 Торцовые уплотнения центробежных молочных насосов Полиметилпентен 202-05 Посуда, жесткие емкости и пленочные изделия (пакеты) при температуре от -15 до 100 °С, контактирующие с различными водожиросодержащими пищевыми продуктами: мясом и рыбой; мясными и рыбными полуфабрикатами и кули­нарией; молоком и молочнокислыми продуктами; готовыми блюдами и горячими напитками (чай, кофе, молоко и др.); овощными и фруктовыми соками; алкогольными и безалкогольными на­питками; жирами и маслами; овощами и фрукта­ми; сухими сыпучими продуктами Продолжение табл. П24 Полиметилметакрилат (оргстекло) Трубы для молока (при условии контакта с молоком не более 1,5 ч) Полипропилен: белого цвета 05П011-Х1Х и слоновой кости 05ПС-20-УИ модифицированных марок 02П и О3П 02 П 05П05, 04П с добавкой от­ходов фторопласта-40ЛД О1П10/002, 02П10/003 04П 04П01 02 ПО/003 с индексом расплава до 0,3 с ограни­чением температурных условий Тройник и сдвоенный тройник молокосчетчиков Изделия, предназначенные для использования в пищевой промышленности при температуре от 80 °С (жесткие емкостные изделия) и до 100 °С (пленочные изделия) Ячейки конфетоотливочной машины Манжетные уплотнения гомогенизаторов, приме­няемых для обработки молока и молочных продуктов Детали машин, аппаратов; трубопроводы, упако­вочные средства для сусла, вина; температура эксплуатации от -10 до 80 °С Люльки расстойных шкафов, применяемых в хлебопекарной промышленности Крышки к формам, используемым для прессова­ния сырной массы Тара под пищевые продукты Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми средами Детали машин и аппаратов, контактирующие с молоком Детали машин и аппаратов, контактирующие с вином, коньяком и шампанским Детали молочного сепаратора Жесткие емкостные изделия и трубы при температуре не выше 30 °С из нестабилизированного полимера и не выше 50 °С для изделий из стаби­лизированного СаО-6 полимера; пленочные изделия при температуре не выше 70 °С из неста­билизированного полимера и не выше 120 °С для изделий из стабилизированного СаО-6 полимера Изделия, контактирующие с мясным фаршем Полистирол ударопрочный УПМ-0503 Стаканчики и баночки, предназначенные для упаковки рыбопродуктов: кальмаров под майоне­зом, салатов, сельди рубленой, заливного, студня, масла селедочного, икры «Дары моря», икры соленой щучьей и частиковых рыб, икры минтая «Провансаль», икры деликатесной, икры белко­вой зернистой, томатного соуса, жареной рыбы, отварной рыбы в маринаде и соусе. Условия и сро­ки хранения в соответствии с действующими са­нитарными правилами «Условия, сроки хранения и реализации особоскоропортящихся продуктов» Упаковка молочных продуктов Продолжение табл. П24 Полистирол Ударопрочный УПС-1002 УПМ-508Л ПС-СУ УПМ-503 Изделия, предназначенные для контакта при комнатной температуре с сыпучими (сахар, соль и т. п.) продуктами; фруктово-овощными соками и безалкогольными напитками, фруктами, ово­щами и ягодами, готовыми блюдами, а также для кратковременного контакта с пивом и вином (стаканчики, шейкеры и т. д.) Крышки к полистирольным стаканчикам Упаковка подсолнечной халвы и орехов в сахаре Коробки для упаковки конфет Тара для перевозки и хранения рыбы и рыбных полуфабрикатов Противни конвейера для салаки Изделия, соприкасающиеся с пищевыми продук­тами Стаканчики для мороженого Стаканчики для упаковки рыбных продуктов: икры, кальмаров под майонезом, сельди рубле­ной, студня и т.д. УПМ-503 УПС-804 Тара одноразового использования для упаковки молочных продуктов: творога, сметаны, молока, кисломолочных продуктов, плавленых сырков Колодки к щеткам для очистки мучных сит Крышки к полистирольным стаканчикам СНП-К (пластифицированный) СНП-2П, СН-20П, СКН-26 СНП-2П СКН-2 Упаковка сыпучих пищевых продуктов, свежих и сухих фруктов, ягод и овощей, детских игрушек, предметов широкого потребления, за исключением изделий для хранения жидких и полужидких про­дуктов (тарелок, бытовых емкостей, фляг и др.) Упаковка пищевых продуктов влажностью не более 55 %, срок хранения не более 10 дней Упаковка маргарина, майонеза и кулинарного жира Детали, соприкасающиеся с виноматериалами не более 1 сут. Изделия, соприкасающиеся с сухими и сыпучими пищевыми продуктами УПС Детали, соприкасающиеся с виноградом, суслом и другими виноматериалами, содержащими спирт, менее 1 ч Полистирол общего назначения (ГОСТ 20282-74): ПСС ПСЭ-2, ПСМД, ПСМ Изделия, предназначенные для многократного контакта при комнатной температуре с сухими, сыпучими пищевыми продуктами, фруктово-овощными соками, фруктами, овощами, ягодами и безалкогольными напитками Пробки для бутылок, коробки для чая Тара для пищевых продуктов влажностью до 15 % Продолжение табл. П24 ПСМД, ПСМ ПСМД ПСМ Крышки к горчичным банкам с картонной или пергаментной прокладкой Упаковка для плавленых сыров Пробки (верхняя часть) для укупорки бутылок Полиуретан: ТПУ-ЗАС (листовой, термопластичный) ТПУ-ЗАС, ТПУ-ЗБМ Сепараторы мельничного оборудования, эксплуатируемого при температуре не выше 40 °С Скребки шлюзовых затворов и питателей для мельниц Полиформальдегид Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с пищевыми средами Полиэтилен высокого давления (низкой плот­ности) (ГОСТ 16337-77): 15803-020, 18103-035 10803-020, 10904-020, 11003-020 10703-020, 10803-020 10803-020,10904-020 11503-070 10803-020 17703-010 15803-020, 16803-020 15803-020 Пакеты «Тетра-Пак». Хозяйственные банки под сыпучие продукты. Крышки Мешки для затаривания пищевой соли Упаковка и хранение сельди, хамсы, тюльки и других сельдевых продуктов соленого и пряно­го посола Емкости закрытого типа (банки, бочки, ящики) для упаковки и хранения рыбной продукции. Емкости, контактирующие с питьевой водой и соками в течение 30 сут. при температуре 20 °С Упаковка молока и молочных продуктов в качест­ве комбинированного ламинированного материала Мешки-вкладыши для расфасовки томатной пас­ты в бочки при условии применения только поли­этилена высшего и первого сорта с предваритель­ным мытьем мешков перед затариванием пасты Емкости для 40%-ной молочной кислоты Бочки белого и голубого цвета для посола и хра­нения помидоров, капусты, баклажанов и других овощей Пробки для укупорки бутылок с винной продукцией Флаконы с завинчивающимися крышками для хранения 80%-ной уксусной кислоты сроком 1-12мес Вкладыши для упаковки майонеза в бочки и ящики, предназначенные для поставки на предприятия кондитерской и хлебопекарной промышленности Уплотнительные прокладки для укупорки водочных изделий Упаковка маргарина-монолита Тара под рыбные пресервы для хранения при тем­пературе от 0 до -28 °С сроком хранения до 8 мес. Продолжение табл. П24 10803-020, 15803-020, (модифицированный гамма-облучением) 17504-006,16904-040 10803-020, 15803-020 В пищевой промышленности при температуре от -15 до 60 X: жесткие емкостные изделия открыто­го типа; от -15 до 80 °С: пленочные изделия типа термоплен для контакта с пищевыми продукта­ми — П-73 хлебом, хлебобулочными и кондитерскими изделиями; рыбой и рыбной кулинарией; битой птицей, молочнокислыми продуктами; овощами и фруктами; сухими и сыпучими продуктами; мясом, мясными и колбасными изделиями Открытые емкости, а также для изготовления методом экструзии пленок толщиной до 200 мкм (из 16904-040 — до 100 мкм), контактирующих с пи­щевыми продуктами при комнатной температуре Пробки для укупорки стеклянных бутылок с растительным маслом Полиэтилен низкого дав­ления (высокой плотнос­ти) (ГОСТ 16338-77): 20108-001, 20208-002 20308-005 (стабилизиро­ванный сажей Д Г-100) Пробки и прокладки для укупорки пищевых продуктов Ковши элеваторов для свежей рыбы Рабочие температуры от -40 до 100 С Изделия, контактирующие с алкогольными напитками (сусло, вино, вакуум-сусло, виноград, изюм, ВКИ и другие продукты переработки отхо­дов виноделия); растительными маслами, водой Полиэтилен: среднего давления с зольностью до 0,05 % нестабилизированный в виде пакетов окрашенный бронзовой пудрой В рыбной промышленности для крупногабаритной тары открытого типа (ящики, корзины, лотки, поддоны) Упаковка пищевых продуктов влажностью не более 15 % в условиях кратковременного контакта при температуре менее 70 °С Колпачки к бутылкам с винной продукцией Фторопласт: 42ЛД 4 (ГОСТ 10007-80Е) Сильфоны в стеклянных кранах, предназначен­ных для контакта с вином, виноматериалами и пивом Прокладки, детали машин и аппаратов для винодельческой промышленности Мембран-манометры ОБМ-1 при кратковремен­ном контакте 0,3 с с пивным суслом при темпера­туре не более 90 С, дрожжевыми и крахмальны­ми суспензиями, виноматериалами, пивобезалкогольными напитками, клеевыми бульонами, глицериновой водой, сточными водами после мойки зерна. Для деталей молочнокислого оборудования при контакте с пищевыми продуктами при температуре не более 70 °С Продолжение табл. П24 4 (ГОСТ 10007-80Е) В качестве инерта при сушке пищевых продуктов (яичного белка, меланжа) Изделия, контактирующие с хлебным и булоч­ным тестом Детали транспортеров в хлебопекарной промыш­ленности Детали тесторазделочных линий в хлебопекарной промышленности Детали молочного оборудования Фторолон Ф4К20 первого сорта Уплотнительные кольца в молочных центробеж­ных насосах при условии их предварительной обработки в нагретом до кипения 3%-ном водном растворе молочной кислоты с последующим промыванием водой Пленка полиамидная: ПК-4 П-12 Третий наружный слой (после пергамента и влагостойкой бумаги) при упаковке хлеба Упаковочный материал для жиров, соусов, маринадов, вторых блюд со стерилизацией и без стерилизации Вкладыши в крупногабаритную тару для упаков­ки маргариновой продукции Пленка поливинилхлоридная: упаковочная «Повиден» ВУ-1 ВУ-1 модифицированная У-1 П-73ЭМ Упаковка сливочного масла; полуфабрикатов колбасного производства, швейцарского сыра; рыбной продукции Упаковка всех видов пищевых продуктов, в том числе маргариновой продукции и майонеза Мешки для обезжиренного, 9%-ной и 18%-ной жирности творога, домашнего сыра, сухого молока и заменителя цельного молока Вкладыши в бочки и картонные короба под маргариновую продукцию, кулинарный жир Упаковка в пленку рыбных колбасок Упаковка сливочного масла с белком Изделия для контакта с пищевыми продуктами: майонезом, джемом, сливочным маслом, рыбной кулинарией Упаковка рыбных пресервов для хранения при температуре от 0 до -8 °С сроком менее 6 мес. Упаковка молочных продуктов, в том числе творога и сметаны разной жирности Для изготовления тары под горчицу, коррексов для конфет, хозяйственных сумок и скатертей П-73ЭМ И-74ЭМ (модифици­рованная) Упаковка растительного масла в бутылки на автоматической линии «Рено- Пак» Изготовление коррексов для конфет Упаковка маргарина Продолжение табл. П24 П-74 «Виниплен»-74 Упаковка рыбных пресервов при температуре от 0 до -8 °С сроком хранения не менее 6 мес. Стаканчики для упаковки сметаны и творога. Упаковка молочных продуктов: сметаны 30,36, 40%-ной жирности, сырковой массы, творожной пасты, сливочного сыра, мягкого творога Коробочки под сахаристые продукты и их упаковка на автоматических линиях Упаковка молочных продуктов: сметаны 30,36, 40%-ной жирности, сырковой массы, творожной пасты, сливочного сыра, мягкого творога Пленка рукавная на основе полипропилена: А (стабилизированная тиолкафеном, СаО-6) Разовая упаковка мяса, полуфабрикатов, колбас­ных изделий, копченостей и жира Тара для сыпучих пищевых продуктов влажнос­тью до 15 % Лента полистирольная для потребительской тары: на основе УПМ-0503 на основе полистирола УПМ-0503 (при содер­жании стирола в вытяж­ках не более 0,04 мг) Стаканчики для упаковки икры рыб, за исключе­нием осетровых и лососевых пород Упаковка мясного фарша Потребительская тара для пищевых продуктов Пленка полиэтиленовая: «Армид О» термоусадочная радиационно-модифи-цированная, термо­усадочная: «Термоплен-1» Упаковка фруктово-ягодных соков на автоматах «Фин-Пак» Упаковка напитков из пахты Упаковка мягкого диетического творога Упаковка плавленых сырков Коробки под расфасовку творога для детей раннего возраста при условии обеспечения на оборудовании асептической обработки пленки и асептических условий расфасовки и герметич­ности укупорки Упаковка всех видов пищевых продуктов Упаковка мороженых тушек птицы и рыбы Упаковка тушек птицы Пленка целлюлозная (целлофан): лакированная с двух сторон модифицированная глицерином Упаковка пищевых продуктов влажностью не более 15 % (сахар, крупа, чай и др.) Упаковка пищевых продуктов Продолжение табл. П24 Пленка целлюлозная: модифицированная вазелиновым маслом повышенной влагостой­кости, лакированная с двух сторон Оболочки для вареных колбас Упаковка пищевых продуктов влажностью не более 15 % (сахар, крупы, печенье, конфеты, изделия та­бачной и пищеконцентратной промышленности) Упаковка продуктов влажностью свыше 15 % (рыбные и мясные полуфабрикаты, мороженое, мармелад) Пленка на основе гидро­хлорида синтетического каучука СКИ-3 («Эскаплен») Упаковка пищевых продуктов Пленка гидратцеллюлозная, пластифицирован­ная в смеси с глицерином в соотношении 1:1 Упаковка вареных колбас, мясного фарша, мясных полуфабрикатов и сухих сыпучих продуктов Пленки ламинированные «Рил-0-Тен» и «Амилон»: 30/70, 15/70 Упаковка сыра 7. Резины и изделия из них Резина: ИР-34 ИР-39 ИР-22 ИР-15 ИР-39 Прокладки для оборудования винодельческой промышленности, контактирующие с суслом Прокладки пастеризаторов для молочного оборудования Диафрагмы молокоразливочных автоматов Прокладки в бочках для соленых (квашеных), маринованных овощей, грибов и рыбных тузлучных продуктов Резиновые смеси: ИР-39с, ИР-23а, ИР-106, ИР-34, 1833, 191-3 ИР-79 Резина: 1022, 1023,1024, ИР-171, ИР-172а, ИРМ-36, ИРМ-37 374 ИР-34, 278-3-4, ИР-39 ПМ-279-В, 278-3-4 ИР-91, ИР-92, ИР-106 ИР-22а, И-33, ИР-34 ИР-79, ИР-39с, ИР-23а ИР-23а, ИР-91, ИР-92 ИР-106, ИР-107, ИР-108 Детали молокоразливочных машин Молочные шланги Уплотнительные прокладки к молочным пастеризаторам Прокладки к молочным бидонам Детали винодельческого оборудования Детали оборудования для пивоваренной промышленности Детали оборудования для безалкогольной промышленности Прокладки в кроненпробках для укупорки безалкогольных напитков Продолжение табл. П24 ИР-23а, ИР-79, ИР-107 ИР-39с, ИР-106, 1833 Детали консервного оборудования КР-339, ИР-79, И-33 ИР-23а ИР-79, ИР-22а, ИР-39с ИР-23а, ИР-34, ИР-104 ИР-39, ИР-39с, ИР-23а ИР-39с, ИР-23а, ИР-106 Резина: СД-1 1743, 6306-УП, Т-199 1840, 1843, Т-193, П-4 5398, 1821, Т-194, 1883-IV Т-223, Т-222 К-224, КЗ-639, Л-119, Л-122 ИРП-1401 6306 УП, Т-199 Каучук в резине: СКС-30, АРКМ-15, Р-12 Трубки из резины: ИРП-1399 Резина: 11РП 191-17 6а-3 54-478 ИРМ-36А 2-605 52-446 Уплотнительные кольца к стеклянным консервным банкам Прокладки к бочкам для хранения соленых и маринованных овощей и грибов Детали оборудования для масложировой промышленности Тара для рыбных и тузлучных продуктов Рукава и прокладки, применяемые при пневмотранспортировании зерна и продуктов его переработки Шланги для перекачки пищевых продуктов Транспортные ленты, контактирующие с пищевыми продуктами Детали оборудования, соприкасающиеся с пищевыми продуктам Прокладки, клапаны, уплотнители, амортизаторы и другие детали, кратковременно контактирующие с молоком, безалкогольными и алкогольными напитками и растительными маслами Изделия и детали оборудования, контактирующие с пищевыми продуктами Для внутренних и наружных слоев рукавов типа П (ГОСТ 18698-79) Валки расшелушителей Для контакта с молоком и сывороткой при производстве творога по методу непрерывной коагуляции белка при температуре не выше 10 °С Прокладки под кроненпробки для укупорки минеральных вод Молочные шланги Детали и шланги, кратковременно контактирующие с безалкогольными напитками Для использования в ликероводочной и винодельческой промышленности при условии контакта не более 1 ч при температуре не более 20 оС Детали винтовых насосов Валки к крупношелушильным машинам Детали, прокладки и шланги оборудования для безалкогольной, винодельческой и пивоваренной промышленности Продолжение табл. П24 52-436 52-267 ИРП-1401.ИРП-10-15, ИРП-20-43- ПР-205 ПЛ-217 Б-73-1 52-498 52-469 ИЛ-94-1, ИЛ-94-2 (пищевые) 52-401 52-517 52-519 52-499, 52-500, 52-500Б 17Ф-54,17Ф-54-1, 17Ф-54-2,17Ф-54-3, 17Ф-54-4 2-605 ИР-12е И-54 ИРП-1401 52-108,52-112 Детали, прокладки и шланги оборудования для безалкогольной, винодельческой и пивоваренной промышленности при температуре не выше 40 °С Прокладки к крышкам стеклянных банок для консервирования Детали оборудования, контактирующие с пищевыми продуктами кратковременно, не более 3 ч Изделия, контактирующие с продуктами питания при условии предварительного обязательного кипячения в водопроводной воде в течение 1 ч Детали, применяемые в винодельческой промышленности в производстве безалкогольных напитков Пищевая пластина (ГОСТ 17138-71), кратковременно контактирующая с молоком и безалкогольными напитками Детали оборудования и шлангов в безалкогольной, винодельческой, консервной и молочной промышленности Изделия, контактирующие с различными пищевыми продуктами Била и пальцы в перосъемочном оборудовании в птицеперерабатывающей промышленности Детали оборудования в безалкогольной промышленности, детали доильных аппаратов; детали разливочных аппаратов и шлангов в молочной промышленности Изделия, кратковременно (менее 1 ч) контактиру­ющие с молоком, жирами и безалкогольными напитками Изделия, кратковременно (менее 1 ч) контактиру­ющие с различными пищевыми продуктами Детали оборудования и шланги в безалкогольной, винодельческой, консервной и молочной про­мышленности Резиновые слои рукава типа П для подачи жидких пищевых продуктов Дека просошелушильных станков Трубки доильных установок Резиновые шарики, предназначенные для контак­та с зерном и продуктами измельчения зерна в зерноочистительных и просеивающих машинах Изделия, длительно контактирующие с пищевы­ми продуктами при условии предварительного кипячения резиновых изделий в воде в течение 12 ч Детали, контактирующие с пищевыми продукта­ми, кроме молока и крепких алкогольных напит­ков (спиртом, водкой, коньяком) Продолжение табл. П24 52-563 52-509, 52-436, ИР-34, 17Ф-54-6, 52-469, 51-3050, 52-444, ИР-171 Изделия, контактирующие с пищевыми продукта­ми: газированной водой, сиропами, фруктово-ягодными соками, молоком, молочнокислыми продуктами, мясом, рыбой и жирами Детали мельничного оборудования, контактирую­щие с пищевыми продуктами влажностью до 15 % (мука, крупяной просев) Церезин 80, подвергнутый гидрогенизационной или перколяционной очистке Изделия, непосредственно контактирующие с пищевыми продуктами 3. Стекло Стекло: натриевое жидкое (ГОСТ 13078-81) цветное С-97-1 органическое (ГОСТ15809-70Е): СОЛ; Ст-1 СОЛ бесцветное и полубелое ЗТ-3 (зеленое) КТ-1 (коричневое) ЗТ-2 (темно-зеленое) органическое поделочное СО-95 (ГОСТ 10667-74) Стеклянная и шлаковая вата Трубы для транспортирования жидких продуктов (сусло, сок, вино, коньячный спирт, коньяк) Плитки для облицовки резервуаров под винопродукты Для силикатирования бочек под топленое масло Тара для упаковки молока Укупорка стеклянных банок Детали, контактирующие с пищевыми средами (сиропы, насыщенные растворы поваренной соли) Приемные патрубки, транспортирующие манную крупу на ситовеечные машины ЗМС-2-4 и ЗМС-2-2 Стеклотара под пищевые продукты Изделия, контактирующие с пищевыми продуктами Бутыли под розлив пива, безалкогольных напитков, минеральных вод и соков Ящики как внутрицеховая тара под стыки кетовой икры Молокопроводы и детали, контактирующие с молоком Виномерные трубки к резервуарам, а также компенсаторы и другие детали при температуре эксплуатации от -10 до 80 °С В качестве среднего слоя трехслойных конструк­ций для изоляции оборудования и трубопроводов (при различных температурах) при строительстве пищевых предприятий, при условии покрытия изоляции стеклотканью или другими материала­ми в присутствии стекловолокна 5. Бумага, картон Бумага: оберточная (ГОСТ 8273-75) Упаковка винограда, изюма Продолжение табл. П24 Бумага: синтетическая «Уполар» (финская) антиадгезионная парафинированная (финская), применяемая вместо глазуровки рыбы антиадгезионная (финс­кая парафинированная) мешочная М-70А, М-70Б, М-78А, М-78Б (ГОСТ 2228-75) Упаковка масла, импортируемого из Финляндии Упаковка сливочного масла отечественного про­изводства, расфасованного монолитами по 20 кг для длительного хранения в холодильниках Обертка мороженой продукции Обертка мороженых сардины и мойвы Упаковка муки и всех видов крупы Подпергамент А, Б Вкладыши в фанероштампованные бочки и фанерные барабаны для расфасовки сухих молочных консервов Картон: тарный сплошной склеенный КС-1, КС-2, КС-3, КС, ВС КС, КС-1 спичечный Вкладыши в алюминиевые колпачки для укупорки бутылок водки Изделия, контактирующие с пищевыми продуктами Упаковка масла, маргарина в монолите при условии наличия вкладыша из растительного пергамента (ГОСТ 1341-60) или другого разрешенного материала Пачки, предназначенные для упаковки рыбной продукции 6. Комбинированные материалы Алюминиевые сплавы с внутренним покрытием лаком (ГОСТ 4784-97); (ГОСТ 2685-75): АМц, АМг АЛ3В, АЛ9В В95 АМг2, лак 33 Консервная тара Жаровни, посуда Инвентарь и тара для мясных полуфабрикатов Банки штампованные для мясных и плодоовощных консервов Алюминий консервный, покрытый лаком Крышки СКО (ОСТ 18-173-77) Лента из АМг2, покрытая лаком ЭП-5118 Консервная тара для мясных, рыбных, овощных и фруктовых консервов Лента АКЛ и АЛК, покрытые лаком ЭП-5118 Кроненпробки, предназначенные для укупорки бутылок с пивом, минеральными и фруктовыми водами, квасом и соком Продолжение табл. П24 Жесть хромированная, покрытая лаком ЭП-527 в два слоя (для цельно-штампованной банки второй слой наносится после ее изготовления) Тара для мясных, рыбных и овощных консервов Жесть хромированная, покрытая лаком ЭП-527 в один слой толщиной 0,005-0,006 мм Крышки стеклянных банок для мясных, овощных и фруктовых консервов Жесть черная, покрытая лаком ЭП-527 Крупная тара (банки № 14,15 для повидла, джема, халвы, сухих овощей и фруктов) Жесть белая, покрытая лаком ЭП-527, ЭП-547 Жесть черная хромированная, покрытая лаком ЭП-547 Консервная тара Жесть белая электролитического лужения, по­крытая эмалью ЭП-5195 (первый слой) и лаком ФЛ-559 (второй слой) Укупорка стеклянных банок, используемых под продукты детского питания Жесть хромированная ХЛЖР, покрытая лаком Коробки, предназначенные для расфасовки карамели с обязательным применением бумаж­ных прокладок Жесть белая электроли­тического лужения, по­крытая двумя слоями ла­ков: первый слой - грунт SH-06528-001T- нано­сится на жесть; второй слой - шовный лак SHX-229617-на про­дольный шов банки Металлические банки, предназначенные для расфасовки консервов, подвергающихся пастери­зации (фруктовые соки, томатная паста) Жесть ХЛЖР, с двусто­ронним покрытием лаком ЭП-547МХ и уплотнительными прокладками из агломерированной пробки (ГОСТ 5541-76) и пластикат «Пастовил» Укупорка безалкогольных напитков, кваса и минеральных вод Жесть ХЛЖК и ХЛЖР, с двусторонним покры­тием лаками ЭП-547МХ ИЭП-527Х Укупорка бутылок с фруктовыми напитками и соками Продолжение табл. П24 Жесть хромированная с покрытием внутренней поверхности лаками Тара для натурального кофе и кофепродуктов Ст3, покрытая клеем БФ-2 Цистерны для перевозки живой рыбы Сталь углеродистая с хромовым покрытием (ГОСТ 14623-69) Машины в хлебопекарной промышленности Фольга алюминиевая, кашированная клеями МЦП-III, МЦИ-IV (КМЗ); МЦП-IV (НЦВ); МЦП-V Упаковка сливочного масла Фольга, покрытая с внут­ренней стороны лаком на основе сополимера А-15-КР Крышки к емкостям для упаковки майонеза Фольга алюминиевая, кашированная полиэтиленовой пленкой (стералкон) Тара для упаковки белковой икры Тара для упаковки консервов, пресервов, кулина­рии и икры Банки для стерилизуемых рыбных консервов: в масле, томатном соусе, натуральных, а также пресервов Фольга, покрытая винилаком А-15КРП Упаковка маргарина Фольга ламинированная фирмы «Рибер и сын» (Швейцария) Пакеты для упаковки сухих рыбных супов Фольга лакированная фирмы «Сумитомо-Бакелит» (Япония) В качестве покрытия для упаковки рыбных пресервов и горчицы Фольга алюминиевая, покрытая с внутренней стороны термолаком ХС-563 Крышки к банкам для упаковки рыбной продук­ции (заливная рыба, масло креветочное, икорное, икорно-креветочное, рыбная паста, паштет «Молодость») Комбинированные материалы: трехслойный фольга-микровоск, пергамент или подпергамент Упаковка сливочного масла, маргарин, животного жира, халвы, творожной массы с изюмом, сырковой массы, сметаны и глазированных сырков Материал фирмы КОНВЕРТА(Финляндия) с фольгой толщиной 9 мкм и двусторонним поли­этиленовым покрытием Упаковка сухих молочных продуктов детского питания Продолжение табл. П24 Полиэтилен-полиэтилен-терефталат-полиэтилен (ПЭ-ПЭТФ-ПЭ); Полиэтилен-алюминие­вая фольга-полиэтилен-полиэтилентерефталат (ПЭ-Ф-ПЭ-ПЭТФ); полиэтилентерефталат-фторопласт (ПЭТФ-Ф-26) Для упаковки сухих молочных продуктов детско­го питания, сухого молока, бобовых концентратов, первых и сладких блюд, различных пряностей и паст, соков Полиэтилентерефталат (лавсан)-полиэтилен-алюминиевая фольга-полиэтилен, целлофан-полиэтилен-алюминиевая фольга-полиэтилен Упаковка сухих молочных продуктов, детского питания и сухого молока Бумага-фольга-полиэти­лен производства ДОЗАКЛ (г.Димитров) Упаковка и хранения рыбных супов МГ30ЖН1К(40-44%Ni; 1,2-2,2 % Mn; 0,4-1,5 % Zn, 7,5-11 % графит; 0,4 % S; ост. - Fe Торцовое уплотнение в установках P3-0VА для получения сливочного масла из охлажденных сливок Полиэтилен, окрашенный бронзовой пудрой Для изготовления колпачков к бутылкам с винной продукцией Целлометалл РЕ: целло­фан-алюминиевая фоль­га-полиэтилен низкой плотности Упаковка спецрационов влажностью до 2 % Пленки комбинирован­ные: майлар, целлометалл, хостафан металлополиэтилен (фирма «Калле», Германия): РЕ, ПЭТФ-П-У Упаковка кондитерских изделий Бумага: покрытая с внутренней стороны полиэтиленом, снаружи — парафином КА, КБ КА Упаковка сливок 10-20%-ной жирности и сметаны 30%-ной жирности Пакеты для розлива молока Упаковка детского кефира, стерилизованных смесей «Малютка» и «Малыш», витаминизированного молока Упаковка фруктово-ягодных соков в пакеты «Тетра-Пак» Упаковка майонеза в пакеты «Тетра-Пак» вместимостью 250 см3 Пакеты «Тетра-Пак» вместимостью 0,25 л для упаковки биолакта Продолжение табл. П24 КА, КБ (отходы) ламинированная бумага, покрытая сополимером А-15КР на основе бумаги по ГОСТ 18510-73 А, покрытая снаружи парафином, изнутри — фольгой, ламинирован- ной полиэтиленом бумага-основа (плотностью 170, 260 г/м3), покрытая с двух сторон полиэтиленом бумага-основа (плотностью 260 г/м3), покрытая с двух сторон полиэтиленом бумага с однослойным поливинилиденхлоридным покрытием: ПД43-10, ПД63-10 крафт-бумага, покрытая полиэтиленом антиокислительная бумага с нанесением бутилокситолуола (25 %), бутилоксианизола (25 %) и лимонной кислоты (50 %) А, пропитанная парафином Упаковка мясных блоков и субпродуктов Упаковка творога и творожных сырков Упаковка дорожного сахара-рафинада Упаковка сухих супов, кексов, киселя, сухих газированных напитков Сосуды типа «Блок-пак» для хранения продукта до 2 мес. (ординарные вина) Упаковка сухих молочных продуктов, в том числе для детского питания Упаковка пастеризованного молока и молочных продуктов (кефир, сливки) Упаковка плавленых сыров нежной консистенции Упаковка пищевых продуктов Упаковочный материал продуктов детского питания Упаковка соленой сельди в ящики Для покрытия наружной поверхности лотков для затаривания плодов и овощей Картон гофрированный, приклеенный латексом и склеенный клеем ГИПК-133 Ящики под пищевые продукты Полиэтилен-целлофан-лак СВХ-40 Для затаривания и хранения при комнатной температуре пищевых продуктов влажностью более 15 % и жирностью менее 15 % (при условии контакта затариваемого продукта с полиэтиленом) Пленка полиэтиленцеллофановая: ПЦ-2 ПЦ-2 Упаковка бескоркового сыра при прямом контакте с сыром Упаковка хлеба на длительное хранение Мешки-вкладыши для затаривания животных жиров Упаковка открытой карамели в драже Продолжение табл. П24 ПЦ-2 ПЦ-2, ПЦ-4 Упаковка пищевых влажных продуктов при температуре 40 °С, а также для упаковки пищевых концентратов жирностью не более 15 % Упаковка пищевых продуктов влажностью менее 15 % Мешки для затаривания и хранения в них менее 12 дней соленых огурцов, помидоров и квашеной капусты при температуре не выше 10 °С Пергамин, покрытый с двух сторон полиэти­леном высокого давления Для одноразовой упаковки нежирных кондитерс­ких изделий влажностью не более 15 % Полиэтилен-целлофан фирмы «Валке» (Финляндия): МХДТ-350, РЕ-30 Упаковка сухого картофельного пюре и быстроза­мороженных картофельных котлет Лакоткань на основе фторопласта Ф-4Д-301 и Ф-4Д-Э003 На различных узлах продовольственного оборудова­ния, на заверточных автоматах, для изготовления предохранительных чехлов и в качестве транспортера по перемещению формового мармелада Полиэтилентерефталатная ламинированная ПЭТФ-ПЭ: ПНЛ-1.ПНЛ-2 ПНЛ-2 ПНЛ-1.ПНЛ-3 Упаковка под вакуумом соусов, салатов, стерилизованных соков (при 110 °С) Упаковка тушек птицы и меланжа Пакеты для упаковки пищевых продуктов Упаковка рыбной продукции Полиэтилен-полиамид ПЭ-ПА Упаковка сухих молочных продуктов, детского питания, бобовых концентратов и различных пряностей Упаковка жиров, соусов, соков, маринадов, вторых блюд со стерилизацией и без стерилизации Пакеты для упаковки пищевых продуктов Упаковка рыбной продукции сроком хранения не более 72 ч при температуре от 0 до 8 °С Полиэтилен-полиэтилен-терефталат-полиамид Упаковка продуктов с повышенной жирностью Полиэтилен-полиэтилен-терефталат-полиамид Фторопласт-42-полиэтилентерефталат-фторопласт-42 Упаковка сухих молочных продуктов детского питания, бобовых концентратов и различных пряностей Лавсан-полиэтилен: ЛП-1 ЛП-3/2, ПНЛ-3/2 ЛП-1,ЛП-3/2,ПНЛ-3, ПНЛ-3/2 Упаковочный материал для хлебных изделий при температуре до 100 °С для длительного (6 мес.) хранения Тара для кратковременного хранения (10 дней) соков при температуре не выше 25 оС Упаковочный материал для длительного хранения гигроскопических продуктов (соль, сахар, чай) Продолжение табл. П24 ЛП-1, ПНЛ-3, ПНЛ-3/2 Упаковочный материал для быстрозамороженных обеденных блюд (жирностью менее 3 %, рН менее 4,5) сроком хранения до 12 мес. при температуре -18 оС Полиэтилен высокой плотности: 20308-005, стабилизированный са­жей, ДТ-100 Для футеровки внутренней поверхности силосов в мукомольной промышленности Пленка полиэтилентере-фталатная лавсан Для выпечки хлебных изделий Подпергамент, бумага, ламинированная поли­этиленом 16803-070 Упаковка чая Подпергамент с поверхностной проклейкой вод­ными растворами окис­ленного картофельного крахмала, метилцеллюлозы и карбоксиметил-целлюлозы Упаковка печенья жирностью до 13 %, фруктовых и плодово-ягодных полуфабрикатов, глазированных хлопьев кукурузы, для выстилания яичной тары При упаковке кондитерских изделий, мясных и рыбных продуктов Протокрил (полиметилметакрилат и метилметакрилат в соотношении 2:1; перекись бензола 1,5 %; дисульфанамид 2 %; диметилпаратолуидин 0,1…0,2 %, краситель - судан) Детали машин, формующих печенье Сополимеры: стирола СНП полиэтилена с полиизобутиленом ПОВ-90, ПОВ-50, ПОВ-30 этилена с пропиленом СЭП стирола с акронитрилом и метилметакрилатом метилметакрилат-МСН Лотки под банки со специями, ящики для кастрюль, скобы для крышек, лотки для сервирования столов, лотки под сыпучие продукты, бункера для овощей Детали винодельческого оборудования: для укупорки бутылок, футеровки металлических и железобетонных емкостей с суслом и вином Детали и футеровка металлических и железобе­тонных емкостей с суслом, соком и вином Детали для контакта с сыпучими пищевыми продуктами Изделия, контактирующие с водосодержащими пищевыми продуктами при температуре до 80 "С Сополимер 4 — метилпен-тана-1 с гексаном с содержанием низкомолеку­лярной фракции 0,3-2,5 % Изделия, контактирующие с сыпучими, водными, молочными и жиросодержащими пищевыми продуктами при температуре до 80 °С Стеклопластик В конструкциях аспирационных камер зерноочистительных машин (необходимо, чтобы отходы не задерживались в камере более 3 сут) Продолжение табл. П24 6. Парафин, пасты Парафин: П-1, П-2 (ГОСТ 23683-79) П-2, П-3 Парафинирование пробок и деревянного инвентаря, железобетонных и металлических резервуаров в винодельческой промышленности Покрытие внешней стороны ламинированной бумаги для молока и молочных продуктов Пропитка тары и упаковочных материалов, предназначенных для хранения, упаковки и транспортирования пищевых продуктов Пасты: латексная уплотнительная с парафинированной эмульсией Для герметизации швов жестяной консервной тары уплотнительная латексная с введением в нее эмульсии ПСМ-400 силиконового масла или импортной эмульсии в количестве 0,001 % (для устранения вспенивания) уплотнительная «латекс- квалитет» (продукт ОП-10, сернокислый барий, антиоксидант 22-46, бензонат натрий едоксайд, диспергатор НФ, метилцеллюлоза) поливинилхлоридная ПВХ№15 уплотнительная поли- винилхлоридная 50317 белого цвета (поливинилхлорид в эмульсии и суспензии, диоктилфталат, карбонат кальция, трибутилцитрит, эпоксидированное соевое масло, тальк, вазелиновое масло) Для герметизации швов жестяной тары в консервной промышленности Для герметизации жестяной тары Сплошные прокладки в кроненпробках, предназначенных под укупорку пива, безалкогольных напитков и минеральных вод В качестве прокладок в крышках «Еврокап» и «Евротвист», предназначенных для укупорки стеклянных банок с нежирными продуктами или жирностью не более 15 % уплотнительная ОЛ «Севастополь» на основе натурального латекса с содержанием 10-6 массовых частей пасты Для герметизации жестяной консервной тары уплотнительная на основе ПВХ пластизолей Для укупорки бутылок с пивом, безалкогольными напитками и минеральной водой Окончание табл. П24 «Севастополь» с глицерином уплотнительная 62ф фирмы «Видерхольд» (Германия) отечественные уплотнительные № 1 и 2 «Меракот» фирмы «Оритрейд» (Бельгия) «Дарекс» ОП-502 «Пастовил» № 2 уплотнительная модифицированная «Пастовил» травильная поливинилхлоридная «Пастовил В» и «Пастовил Г» «Дарекс» Суспензия, СВС, сохраняющая вина Герметизирующие прокладки в консервных банках пищевого назначения Для пастирования крышек фигурных банок для затаривания рыбных консервов в масле и в собственном соку Упаковка безалкогольных напитков и минеральной воды Для покрытия аппаратуры в пивоваренной промышленности Для герметизации консервной тары В качестве прокладки и кроненпробки для укупорки бутылок с минеральной водой и пивобезалкогольными напитками Для удаления ржавчины и окалины в винодельческой промышленности Для укупорки бутылок с пивобезалкогольными напитками и минеральной водой Уплотнительное средство при производстве металлических банок для розлива пива, кваса и безалкогольных напитков Для герметизации поверхности ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Таблица П25 Металлические и неметаллические покрытия, используемые при непосредственном контакте с пищевыми продуктами и средами Марка материала Назначение Грунтовка ХС-04 Покрытие для винодельческого оборудования, работающего при температуре от - 10 до 70 °С Жидкость гидрофобизирующая ГЖК-94 (ГОСТ 10834-76) Покрытие алюминиевых форм для изготовления ветчины и мясного хлеба Для обработки деревянных частей тесторазделочных линий в хлебопекарной промышленности Покрытие стеклотары с наружной стороны Краска ХС-717 Для антикоррозионного покрытия емкостей под растительное масло при условии хранения масла не более 1 мес. (со штампом «Срок хранения не более 1 мес.») Лак бакелитовый (ГОСТ 901-78): ЛДС-1(А) ЛБС-2 (Б) Покрытие торгового оборудования Покрытие внутренних поверхностей железобетонных и металлических резервуаров при температуре от-10 до 120 оС Продолжение табл. П25 Лак с алюминиевой пудрой ПФ-170.ПАП-1 (ГОСТ 22438-85) Покрытие винодельческого оборудования Лак ФЛ-560(КР-1) Для приготовления белковоустойчивой эмали для внутреннего покрытия банок из белой жести горячего лужения под крабовые консервы и другие рыбные натуральные консервы Для покрытия жестяной тары (какао, кофе, чая) Для покрытия тары для хранения и транспорти­рования топленого масла ЛакФЛ-561(41-к) Для лакирования белой жести горячего и электролитического лужения под консервную тару Лак ЭП-547 Для защиты внешней поверхности консервной тары из белой жести, как грунтовый лак под грунт-эмаль и для защиты ее внутренней поверх­ности при изготовлении консервов со слабокис­лой средой (мясные и рыбные натуральные и в масле); под плодово-овощные, рыбные в томат­ном соусе и масле, мясные и мясорастительные консервы Лак ЭП-527 Для защиты внутренней поверхности консервной тары из белой жести электролитического и горя­чего лужения для консервов (овощезакусочных, обеденных, томатных) Лак БФ-2 (ГОСТ 12172-74) Для покрытия рафинированных форм и лотков в кондитерской промышленности Для покрытия рабочих поверхностей аппаратуры и оборудования в винодельческой и хлебопекар­ной промышленности Лак ХС-76(ВХЛ-4000) (ГОСТ 9355-81) Для многослойного покрытия алюминиевых пластин и внутренних поверхностей емкостей для вина Лак КО-918 (К-58) (ГОСТ 16508-70) Для покрытия хлебных форм Покрытие форм бескрахмальной отливки корпусов конфет Лак КО-921(К-55) Для покрытия металлических форм для мясных хлебцев и бисквитного полуфабриката Лак КО-08 (ГОСТ 15081-78) Для защитного покрытия поверхностей, контактирующих с пищевыми средами, при условии проведения термической обработки поверхности после нанесения лака (сушка при 18-20 °С в течение 2 сут и дальнейшая сушка при 200 °С в течение 8 ч) Окись титана В качестве окисно-металлического покрытия внешней поверхности стеклянной тары в пище­вой промышленности Продолжение табл. П25 Пластификатор триацетин с содержанием сополимерной дисперсии 5 % (винилацетата с бутил-малеинатом) Покрытие натуральных сыров на период созрева­ния и хранения Покрытие комбинирован­ное из перхлорвиниловой смолы без наполнителя и с наполнителем дву­окисью титана Покрытие емкостей для вина Покрытие комбинирован­ное трехслойное на основе эпоксидной смолы ЭД-16, ЭД-20:1-й слой — грунтов­ка ЭП-01 (раствор эпоксид­ной смолы ЭД-16 в раство­рителе Р-4, пигментирован­ной железным суриком); 2-й слой — шпатлевка ЭП-00-2 (смесь смолы ЭД 16 с каолином); 3-й слой — эмаль ЭП-73 белая (раствор эпоксидной смолы ЭД-20 в растворителе Р-4, пигментированной окисью ти­тана, отвержденных полиэтиленполиаминами) Покрытие внутренней поверхности экстрактора, используемого в масложировой промышленности Покрытие комбинирован­ное из эпоксидной смолы ЭД-16, ЭД-20, титанового порошка полиэтиленполиамина и диоактилфталата двойной очистки (ГОСТ 10587-84) Покрытие крупных железобетонных и металли­ческих резервуаров для хранения сухих и крепле­ных вин TУ-NP15-68 Покрытие хлебопекарных листов для выпечки булочных изделий Покрытие комбинирован­ное из модифицированной композиции винилака А15-КРПН (сополимер А15-КР) с добавлением 15 % дибутилсебацитата (П) и двуокиси титана в качестве наполнителя (Н) Покрытие внутренних поверхностей емкостей на винзаводах Продолжение табл. П25 Покрытия комбинирован­ные: ВИМ: внешний слой — восковой сплав ДС для сыров, внутрен­ний слой (состав, в масс. частях): 35-40 водной дис­персии бутилкаучука пищевой марки; 60-65 латекс сополимера винил и винилиденхлорида мар­ки ВХВД-65 (эмульгатор Е-30 -2%); 0,7-1,0 поливинилпирролидена меди­цинской марки Для предохранения твердых сычужных сыров от усушки и плесневения в период их созревания «Новалден» (сополимер винилацетата с дибутилмалеатом) в виде водной дисперсии с сорбиновокислым кальцием Покрытие натуральных сыров на период их созревания и хранения Покрытие эпоксидное четырехслойное «МЭП» Покрытие внутренних поверхностей металличес­ких и железобетонных резервуаров для хранения и технологической обработки соков и вин крепостью до 20 % Покрытие комбинирован­ное: эпоксидное ПКС-71 (состав в масс. долях): 58 ЭД-20 или ЭД-16; 14 сополимера винилхлоридного лака ХС-76; 6 титанового порошка; 4 алюминиевой пудры; 6 полиэтиленполиамина; растворителя № 646 (ГОСТ 18188-72) Покрытие внутренних поверхностей диффузионных аппаратов в сахарной промышленности СЭП «У» Покрытие внутренних поверхностей резервуаров в винодельческой промышленности для хранения и технологической обработки вин, а также в консервной промышленности для асептическо­го хранения сока Полиэтилен низкого дав­ления, модифицирован­ный (состав в масс. до­лях): 2 полиэтилсилоксановой жидкости; 2 дифенилсиландиола; 0,5 ферроцена Антиадгезионное покрытие стеллажей из сталей для хранения и созревания твердых сычужных сыров Покрытие антиадгезион­ное (метилфенилжелезо-силоксан) МФ-100Ж Для хлебопекарных форм в условиях эксплуата­ции при температуре 350-400 °С Продолжение табл. П25 Покрытие комбинирован­ное — сплав А1 -2: титаносодержащая эматальпленка, покрытая кремнийорганической жидкостью ГКЖ В качестве защитного покрытия пластин полуформ для отливки мармелада Покрытие на основе винилхлоридной смолы СВХ-40 Покрытие внутренних поверхностей бумажно-металлических банок под сухое молоко Покрытие по основе вод­ной дисперсии СВХ-1 Покрытие бумажной тары под молочные продукты Покрытие на основе вод­ных дисперсий бутилкаучука и сополимера винил- и винилиденхлорида «Эласт-1»,ВХВД-65 Для производства различных видов твердых сырой Покрытие АС-300 Для нанесения на блок-формы и морозильные пли­ты из сплава АМг6 для замораживания рыбы Для нанесения на блок-формы и морозильные пли­ты из 12Х18Н10Т и АД31, предназначенные для замораживания рыбы при температуре от -40 до -50 °С Покрытие на основе циклокаучуковой смолы Покрытие деталей, контактирующих с соками, сухими и креплеными винами, пивобезалкоголь­ными напитками Покрытие на основе перхлорвиниловой и алкидной смол, ингибитора «Дапф» Для консервации металлических поверхностей молокоприемных баков, норий и др. Покрытие «Перидит» фирмы «Сиба» (Италия) Покрытие железобетонных и металлических резервуаров для хранения вин Покрытие эпоксидное фирм «Фемсо» и «Сиэкс» (Испания) Для защиты металлических бочек для транспортирования виноградного меда Покрытие эпоксидное «Плимекс» (Польша) В качестве антикоррозионного материала метал­лических цистерн Покрытие цистерн для хранения виноматериалов Покрытие на основе эпоксидно-диановых смол (ГОСТ 10587-84): ЭД-20 ЭД-16, ЭД-20 Покрытие инвентаря и оборудования для произ­водства дрожжей Покрытие металлических емкостей для хранения спирта, коньячного спирта и коньяка Покрытие емкостей для хранения соков, безалко­гольных напитков и молочных продуктов Покрытие внутренних поверхностей стен и пола складов бестарного хранения сахара-песка Продолжение табл. П25 Покрытие: цинковое, нанесенное горячим способом хромовое молочного типа цинковое, нанесенное гальваническим горячим способом цинковое, нанесенное гальваническим способом Покрытие для инвентаря мясокомбинатов и холодильников (разноги, крюки и т. п.) Защитное покрытие стальных деталей, непосред­ственно контактирующих с мясомолочными продуктами Покрытие наружной поверхности бидонов, предназначенных для хранения к транспортиро­вания молока Покрытие металлических лотков, предназначен­ных для транспортирования тушек птицы на короткие расстояния Покрытие трубчатых электронагревательных элементов в кипятильниках непрерывного действия для воды Покрытие цинковое по стали Ст3 Покрытие емкостей для перевозки и хранения упакованного в полимерную пленку мяса с максимальным сроком хранения до 10 мес. при температуре от -20 до 2 °С Поликупрофосфорсидоксан Адгезионные покрытия хлебопекарных форм с обязательным их прогревом в течение 2 ч при температуре 180 °С Полиметаллосилоксан, содержащие атомы меди и катализатор по подслою К-10 С, П-90 Сополимер, содержащие компоненты в масс. долях: 100 СМ-лестосила; 0,5 термодобавки СДКО; 450 этилацетата Адгезионные покрытия хлебопекарных форм Полипропилен (МРТУ 6-05-1105-78) Покрытие емкостей для томатного сока Полиэтилен низкой плотности 16802-070 (ГОСТ 16337-77) Для покрытия бумажных пакетов «Тетра-Пак» под молоко и кефир Полиэтилен высокой плотности (ГОСТ 16338-85) Покрытия резервуаров для вина Сплав ППП (полиизобутилен, парафин, полиэтилен) Покрытие железобетонных резервуаров для хранения ординарных вин Стеклоэмаль: 301-3 25-32 25-32Л В винодельческой промышленности для контакта с виноматериалами Покрытие цистерн для винодельческой промышленности Фторолон Ф-1 Покрытие консервной тары, деталей машин, насосов (трубопроводы, фитинги, части корпуса, прокладки и т. д.) и изделий, контактирующих с жидкими пищевыми продуктами Окончание табл. П25 Фторопласт-30 Покрытие дрожжевых сепараторов Фторопласт-4Д Покрытие алюминиевых хлебных форм Эмаль белковоустойчивая ЭП-5147 Для нанесения на белую жесть горячего и электролитического лужения, предназначенную для изготовления банок под консервы с белковой средой (мясо, рыба в собственном соку, рыба в масле, зеленый горошек) Эмаль ФЛ-5159 на осно­ве лака ФЛ-559, цинк-пасты на лаке ЭП-527 с содержанием цинка в готовой эмали 8-10% Для лакирования белой жести горячего и электролитического лужения для изготовления тары под рыбные консервы Эмаль на алюминиевом пигменте ЭП-5147 Для покрытия консервных банок под лососевые консервы Эмаль ЭП-527 Для покрытия тары под натуральные рыбные консервы из белой жести Эмаль ФЛ-5157, покры­тая лаком КФ-281 Для покрытия консервной тары для крабовых консервов Эмаль ЭП-793 Покрытие бродильно-лагерных емкостей для брожения и транспортирования пива Эмаль ЭП-5195 Для покрытия крышек из белой жести электроли­тического лужения Эмаль 61-С-2022 (запол­ненная припоем ПОС40 или ПОС50) Покрытие жестяной тары для крабовых консервов 90009-105 фирм «Мобиль-Хеми» (Нидерланды), «Континенталь», «КЭН» (США) Покрытие алюминиевых штампованных банок для плодово-овощных и мясных консервов ПРИЛОЖЕНИЕ 5 КРАТКИЙ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ Азотирование (nitriding) – ХТО с насыщением поверхностного слоя стали, чугуна и сплавов тугоплавких металлов азотом при температуре 500 – 1200 °С. Азотирование в жидкой среде (liquid nitriding) – углеродоазотирование стали или чугуна при температуре 560 – 580 ° С в расплаве, содержащем цианистые соли. Азотирование газовое (gas nitriding) – низкотемпературное азотирование в среде частично диссоциированного аммиака; дополнительное введение азота, кислорода, углекислого газа и их смесей ускоряет процесс насыщения. Азотирование двухступенчатое (double-stage nitriding) – газовое азотирование, осуществляемое в два этапа: сначала при 500 – 520 °С, а затем при 540 – 600 °С, что позволяет резко сократить продолжительность процесса. Азотирование ионное (ionic nitriding) – азотирование поверхности насыщения (катод) ионами азота, ускоренными электростатическим полем; проводится при пониженном давлении, обеспечивающем поддержание тлеющего разряда; осуществляется в две стадии: очистка поверхности и собственно азотирование. Аллотропия, или полиморфизм (allotropy/polymorphism) – способность некоторых металлов существовать в двух или нескольких кристаллических формах. Алитирование (aluminizing) – ХТО с диффузионным насыщением поверхности мнталлов и сплавов алюминием. Алитирование безэлектролизное (aluminizing without electrolysis) – жидкое алитирование без применения электрического тока в расплавах металлического алюминия, его солей и при наличии активирующих добавок. Алитирование в аэрозолях (aerosol aluminizing) – алитирование с использованием в качестве насыщающей среды смеси порошков алюминия, хлористого натра и хлористого (или йодистого) аммония в соотношении 4:2:1 (8:2:1). Алитированиe газовое (gas aluminizing) – алитирование в среде диссоциации алюминийсодержащих органических и неорганических соединений; на завершающей стадии возможно проведение диффузионного отжига. Алитирование жидкое (liquid aluminizing) – алитирование путем выдержки изделий в ванне с расплавами алюминийсодержащих веществ. Алитирование методом металлизации (metallizing aluminizing) – алитирование путем напыления на поверхность изделия слоя алюминия толщиной 0,7 – 1,2 мм, покрываемого защитным слоем обмазки; в завершение проводится диффузионный отжиг. Алитирование электролизное (electrolysing aluminizing) – жидкое алитирование, осуществляемое электролизом алюминий содержащих соединений (обычно хлоридов алюминия) в присутствии активирующих добавок. Алюмохромирование (chrome aluminizing) – ХТО с одновременным насыщением поверхностного слоя сталей, никельхромовых, медных или титановых сплавов алюминием и хромом. Анизотропия (anisotropy) – различие свойств металлов и сплавов в разных кристаллографических направлениях. Атмосфера (atmosphere) – газовая среда, в которой производится обработка материала. Атмосфера активная (active atmosphere) – атмосфера, реагирующая с находящимися в ней материалами. Атмосфера восстановительная(reducing atmosphere) – атмосфера, обеспечивающая восстановление оксидов металлов. Атмосфера защитная (protective atmosphere) – атмосфера, искусственно создаваемая для защиты металла от газовой коррозии. Атмосфера контролируемая (controlled atmosphere) – атмосфера с заданными окислительными или восстановительными свойствами. Атмосфера нейтральная (neutral atmosphere) – атмосфера, не реагирующая с обрабатываемым материалом. Атмосфера окислительная(oxidizing atmosphere) – атмосфера, обеспечивающая окисление находящихся в ней материалов. Атмосфера печная (furnace atmosphere) – атмосфера в рабочем пространстве печи. Аустенит (austenite) – фаза, структурная составляющая железоуглеродистых сплавов – твердый раствор углерода в  -железе. Аустенит остаточный (retained austenite) – неустойчивый аустенит, существующий в качестве структурной составляющей в мартенситной или бейнитной структуре стали. Аустенит переохлажденный(overcool austenite) – аустенит, существующий при температурах ниже температуры его термодинамической устойчивости. Аустенизация (austenization) – процесс образования аустенита при нагреве сталей выше критических температур. Бейнит (bainite) – структурная составляющая стали, образующаяся при промежуточном превращении аустенита и состоящая из смеси частиц пересыщенного углеродом феррита и карбида железа. Бериллизация (berillisation) – химический элемент, Be, с атомной массой 9,01; относится к группе легких металлов, tпл 1284 оС; основа многих цветных сплавов; используется для бериллизации стали. Биметалл (composite metal) – материал, состоящий из двух разнородных, прочно соединенных между собой металлов или сплавов. Борирование (boriding) – ХТО с насыщением поверхности металлов и сплавов бором для повышения износостойкости, твердости и коррозионной стойкости. Боросилицирование (boron silicification) – ХТО, заключающаяся в совместном или последовательном насыщении поверхности металла бором и кремнием. Борохромирование (boron chromizing) – ХТО, заключающаяся в совместном насыщении металла бором и хромом. Ванна (bath) – расплавленная среда. Открытая емкость для жидкой среды. Ванна для термической обработки (thermal bath) – ванна с раствором или расплавом солей, металлов и т.п., в которой поддерживается постоянная температура и осуществляется изотермическая обработка металлов и сплавов. Ванна соляная (salt bath) – расплав солей для изотермической обработки изделий. Вапор (cylinder oil) – высоковязкое масло, используемое в качестве охлаждающей среды при мелкосерийном производстве изделий. Вдувание (injection) – процесс введения газов, жидкостей или порошков в токе газа в расплав металла или в печь. Вжигание - получение покрытия нагревом диспергированного материала с флюсом и связующим веществом, нанесенными на поверхность основного покрываемого материала. Волочение (drawing) – процесс пластической деформации металла, заключающийся в протягивании заготовки через отверстие волоки, размеры которого меньше размеров поперечного сечения заготовки. Воронение (oil blackening) – создание на поверхности стальных или чугунных изделий темно-синей или черной оксидной пленки с целью получения декоративного или защитного слоя. Восстановительная термическая обработка (restoration thermal treatment) – термическая обработка, применяемая к деталям и элементам оборудования, подвергнутым эксплуатации, с целью частичной или полной регенерации структуры, залечивания микродефектов и восстановления служебных свойств материала. Восстановительная циклическая термическая обработка (ВЦТО) (restoration cyclic thermal treatment) – ВТО, предполагающая многократное протекание полиморфного превращения; обеспечивает получение оптимальной структуры, полное залечивание микродефектов в сильно поврежденном материале и полное восстановление его служебных свойств. Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) (high-heat thermomechanical treatment) – ТМО в условиях стабильности высокотемпературной фазы с последующим охлаждением со скоростью выше критической; заключительная операция –отпуск или старение. Выход годного (yield) – отношение массы готовых изделий к массе заготовок (исходных материалов), использованных для получения этих изделий. Гальваностегия (galvanization) – метод нанесения тонких защитных или декоративных металлических покрытий с помощью электролитического осаждения. Гетерогенная система (от греч. heterogenes – разнородный) – макроскопически неоднородная физико-химическая система, состоящая из различных фаз, разграниченных поверхностями раздела. Гетерогенные сплавы (heterogeneous alloy) – сплавы, структура которых состоит из двух или более фаз. Гибка (bending) – формоизменяющая операция обработки металлов давлением, предназначенная для образования или изменения углов между частями заготовки, а также для придания заготовке криволинейной формы. Глубина прокаливаемости (depth of hardenability) – толщина поверхностного слоя изделия, в котором при закалке формируется структура мартенсита (или мартенсита с 50 % троостита). Гомогенизационный отжиг (diffusion annealing, homogenizing) – отжиг при высокой температуре и длительной выдержке с целью уменьшения химической неоднородности, обусловленной ликвацией. Гомогенная система (от греч. homogenes - однородный) – макроскопически однородная система, состоящая из одной фазы. Гомогенные сплавы (homogeneous alloys) – сплавы, структура которых состоит из одной фазы (например, твердого раствора). Графит (graphite) – аллотропическая модификация углерода с гексагональной кристаллической решеткой. Двойные системы, или бинарные, двухкомпонентные (double system, or binary, two components) – физико-химические системы, состоящие из двух независимых составных частей (компонентов). Дендрит (dendrite) – кристалл древовидной формы, возникающий при кристаллизации в результате различий в скоростях роста зародыша в разных кристаллографических направлениях. Дендритная ликвация (dendrite liquation) – ликвация внутри одного дендрита или зерна, определяемая интервалом и скоростью кристаллизации. Диаграмма состояния (phase equilibrium diagram, equilibrium, diagram, constitutional diagram) – диаграмма, показывающая равновесное фазовое состояние сплавов при разных температурах (давлениях) в зависимости от их концентрации или графическое изображение соотношения между параметрами состояния термодинамически равновесной системы (температурой, химическим и фазовым составом). Дрессировка (temper) – холодная прокатка с малыми обжатиями, обеспечивающая упрочнение поверхностного слоя металла без деформации внутренних слоев. Железо (iron) – химический элемент, Fe, с атомной массой 55,84; относится к группе черных металлов, tпл 1539 °С; важнейший металл современной техники, основа сплавов примерно 95 % металлической продукции.  -железо – низкотемпературная аллотропическая модификация железа с о.ц.к. решеткой, существующая в чистом железе в интервале температур от - 273 до 911 оС (0…1184 К).  -железо – высокотемпературная аллотропическая модификация железа с г.ц.к. решеткой, существующая в чистом железе в интервале температур от 911 до 1399 оС (1184 … 1663 К).  -железо высокотемпературная аллотропическая модификация железа с о.ц.к. решеткой, существующая в чистом железе в интервале температур от 1399 оС (1665 К) до плавления. Закалка (quenching) – термическая обработка с нагревом до температур, превышающих температуру фазовых превращений, с выдержкой и с последующим охлаждением металла или сплава со скоростью, превышающей критическую; обеспечивает получение неравновесной структуры; Закалка в водных растворах (aqulous solution quenching) – закалка с охлаждением в водных растворах солей, кислот и щелочей, обеспечивающих интенсификацию процесса; охлаждающая способность среды зависит от состава, концентрации и температуры растворов. Закалка в двух средах (two-medium quenching) – закалка с охлаждением в двух средах (напр. Через воду в масло), при которой для уменьшения закалочных напряжений используют замедленное охлаждение стали в области мартенситного превращения. Закалка в масле (quenching in oil) – закалка с охлаждением в минеральных маслах, обеспечивающая равномерное охлаждение изделия в широком интервале температур. Закалка изотермическая (isothermal quenching) – закалка, при которой для уменьшения закалочных напряжений осуществляют изотермическую выдержку метастабильного аустенита, обеспечивающую получение бейнита. Закалка индукционная (induction quenching) – поверхностная закалка с нагревом в индукторе токами высокой частоты. Закалка неполная (incomplete quenching) – закалка доэвтектоидной стали с нагревом до температур межкритического интервала Ас1 – Ас3, не обеспечивающая полного превращения в аустенит; приводит к формированию феррито-мартенситной структуры. Закалка объемная (volume quenching) – закалка, при которой изделие нагревают до заданной температуры по всему объему. Закалка поверхностная (surface quenching) – закалка, при которой только поверхностный слой изделия нагревают до заданной температуры. Закалка полная (full quenching) – закалка доэвтектоидной стали с нагревом выше критической температуры Ас3, обеспечивающая полный переход в аустенитное состояние; последующее охлаждение приводит к образованию в основном мартенситной структуры. Закалка с обработкой холодом (subzero quenching) – закалка, сопровождаемая охлаждением до температуры ниже комнатной, обеспечивающим перевод остаточного аустенита в мартенсит. Закалка с полиморфным превращением (polymorphous transformation quenching) – закалка, в процессе которой при охлаждении происходит Закалка. с самоотпуском (self-tempering quenching) – закалка стали, при которой для уменьшения закалочных напряжений осуществляют вторую изотермическую выдержку метастабильного аустенита при температуре выше температуры начала мартенситного превращения; распад аустенита осуществляется при последующем медленном охлаждении в области образования мартенсита. Закалка ступенчатая (step quenching) – закалка стали, при которой для уменьшения закалочных напряжений осуществляют вторую изотермическую выдержку метастабильного аустенита при температуре выше температуры начала мартенситного превращения; распад аустенита осуществляется при последующем медленном охлаждении в области образования мартенсита. Зерно (grain) – отдельные кристаллиты поликристаллического конгломерата, разделенные между собой границами. Зональная ликвация (zonal liquation) – ликвация в отдельных частях слитка или изделия. Инконгруэнтно плавящиеся фазы (incongruently fusil phases) – промежуточные фазы, при плавлении которых состав образующейся жидкой фазы отличается от состава твердой фазы. Интервал межкритический (intercritical interval) – интервал температур между точкой А1 и А3 или Аcm на диаграмме Fe-Fe3C. Интерметаллид (metallide) – химическое соединение двух или более металлов между собой; обычно имеет широкую область гомогенности. Карбюризация (carburizing) – 1) введение жидкого топлива в пламя газообразного топлива с целью повышения светимости пламени за счет появления сажистых частиц при разложении жидкого топлива; 2) ХТО с насыщением поверхностного слоя стальных изделий углеродом для повышения твердости и износостойкости; обычно сопровождается закалкой и отпуском. Карбюризатор (carburizer) – 1) жидкая, твердая или газообразная среда с высоким углеродным потенциалом, в которой происходит насыщение поверхности стали углеродом; 2) топливо, вводимое в факел мартеновской печи для повышения его светимости. Катанка (rod) – круглый горячекатаный мелкосортный прокат диаметром 5–10 мм, преимущественно применяемый в качестве заготовки для холодного волочения. Квазистатические (равновесные) процессы (infinitesimal equilibrium processes) – процессы, которые протекают при бесконечно малых отклонениях. Квазиэвтектоид (quasi-eutectoid) – продукт эвтектоидной реакции, внешний вид которого не отличается, а состав отличен от эвтектоида. Клапан (valve) – устройство для управления расходом газа или жидкости путем изменения площади поперечного сечения. Коагуляция (coagulation) – процесс увеличения размеров частиц твердой фазы в металлах и сплавах при повышенных температурах. Компоненты (components) – это химические индивиды, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз термодинамической системы. Компонент (component) – чистый химический элемент или устойчивое химическое соединение, входящие в состав сплава. Конгруэнтно плавящиеся фазы (congruently fusil phases) – промежуточные фазы, при плавлении которых составы твердой и жидкой фаз совпадают. Конода – связующая прямая, соединяющая сопряженные точки, изображающие составы равновесных фаз или линия, соединяющая составы фаз, находящихся в равновесии или линия на диаграмме состояния между двумя нодами, соответствующая постоянным внешним условиям (температура, давление) сосуществования фаз и позволяющая определить состав каждой из фаз и их количественное соотношение в данном сплаве. Концентрация (concentrate) – количество вещества, содержащееся в единице массы или объема сплава. Коробление (warp) – искажение формы изделия вследствие действия внутренних напряжений, образующийся из-за неравномерной деформации по длине и ширине заготовки. Кривая нагрева (охлаждения) (heating/cooling curve) – график, характеризующий увеличение (уменьшение) температуры от времени. Кристаллизация (crystallization) – процесс образования кристаллов из жидкого, газообразного и твердого состояний. Критическая точка (температура) (critical (thermal) point) – температура начала или конца фазового превращения в сплаве; может быть определена из диаграммы состояния элементов, входящих в состав сплава. Критическая точка А1 – температура в равновесной системе Fe – Fe3C, при которой протекает превращение перлит « аустенит. Критическая точка А2 – температура соответствующая точке Кюри феррита. Критическая точка А3 – температура, в равновесной системе Fe – Fe3C, выше которой в доэвтектоидных сталях присутствует одна фаза – аустенит. Критическая точка Ас – температура в равновесной системе Fe – Fe3C, при которой фазовое превращение протекает в процессе нагрева. Критическая точка Аcm – температура в равновесной системе Fe – Fe3C, выше которой в заэвтектоидных сталях присутствует одна фаза – аустенит. Критическая точка Аr – температура в равновесной системе Fe – Fe3C, при которой фазовое превращение протекает в процессе охлаждения. Ледебурит (ledeburite) – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов (главным образом чугунов) – эвтектическая смесь аустенита и цементита, образующаяся из расплава при температуре ниже 1147 °С. Ликвация (liquation) – неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образующаяся при кристаллизации слитка. Ликвидус (liquidus) – геометрическое место точек температур начала кристаллизации всех сплавов системы или графическое изображение на диаграмме состояния (точка, линия или поверхность) зависимости температур начала кристаллизации (или завершения расплавления) от химического состава сплава. Литье (casting) – получение изделий путем заливки расплавленных материалов в литейную форму. Макроструктура (macrostructure) – строение металлов и сплавов, видимое невооруженным глазом или с помощью лупы на шлифованных и/или протравленных образцах. Мартенсит в стали (martensite) – пересыщенный твердый раствор углерода в  -железе, образующийся при закалке из аустенита. Матированиe (mat finishing) – обработка поверхности металла механическим, химическим или электрохимическим способом, устраняющая способность поверхности к зеркальному отражению. Медненue (copperizing) – электролитическое нанесение тонкого слоя меди на металлические изделия при изготовлении биметаллов или для образования подслоя при последующей металлизации. Нанесение медного подсмазочного покрытия на металлические полуфабрикаты перед холодной деформацией, осуществляемое путем их погружения в водный раствор медного купороса и серной кислоты. ХТО, заключающаяся в насыщении поверхностного слоя металла или сплава медью с целью повышения коррозионной стойкости и электропроводности. Метастабильная фаза (metastable phase) – промежуточная, относительно устойчивая фаза, которая может перейти в более устойчивую под действием внешнего воздействия или самопроизвольно. Механико-термическая обработка (МТО) (mechanicothermal treatment) – деформирование изделия после полного цикла термической обработки с небольшой степенью деформации (0,3 – 10 %) при одновременном или последующем нагреве до температур ниже температуры рекристаллизации. Микроструктура (microstructure) – строение металлов и сплавов, выявляемое с помощью микроскопа на шлифованных и (или) протравленных образцах (в оптическом и растровом электронных микроскопах) или на репликах и фольгах (в просвечивающем электронном микроскопе). Монотектическое превращение (monotectic transformation) – процесс превращения жидкой фазы в две новые: твердую и жидкую, отличающуюся от исходной составом; в равновесных условиях происходит при постоянной температуре. Нагреватель (heater) – элемент печей и других нагревательных устройств, передающий теплоту обрабатываемому материалу. Наклеп (riveting) – изменение структуры и свойств металлов и сплавов в результате пластической деформации при частичном или полном подавлении рекристаллизации; сопровождается повышением твердости и прочности понижением пластичности и ударной вязкости. Упрочнение металлов и сплавов пластическим деформированием. Напыление (dusting) – нанесение защитных или декоративных покрытий распылением жидкого или измельченного твердого вещества струей газа или плазмы. Hеобратимый дефект термической обработки (irreversible defect of thermal treatment) – комплекс нежелательных структурных и фазовых изменений при термическом воздействии, которые невозможно устранить повторной термической обработкой. Неограниченный твердый раствор (unlimited solid solution) – твердый раствор замещения между двумя или более компонентами, неограниченно растворимыми в твердом состоянии. Нода – точка, определяющая состав фазы на диаграмме состояния. Нонвариантное (безвариантное) равновесие (nonvariant equillibrium) – равновесие, при котором сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях: при постоянной температуре и определенном составе всех находящихся в равновесии фаз. Это означает, что превращение начинается и заканчивается при одной постоянной температуре. Нормализация (normalizing) – термическая обработка стали или чугуна, заключающаяся в нагреве выше критических точек (с получением преимущественно структуры аустенита), выдержке и охлаждении на воздухе. Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) (low-heat thermomechanical treatment) – ТМО в условиях метастабильности высокотемпературной фазы с последующим охлаждением со скоростью выше (или равной) критической; заключительная операция –отпуск или старение. Нитрозакалка ( nitride hardening) – совмещение азотирования с закалкой высокоуглеродистых сталей; азотирование ведется либо до, либо в процессе нагрева под закалку (в интервале 500 – 700 оС) и сопровождается обработкой холодом и низкотемпературным отпуском. Нитроцементация (nitride cementation) – ХТО с одновременным насыщением стали углеродом и азотом в газовой среде при температуре 850–870оС. Обезжиривание (cleaning) – химическая или физическая очистка поверхности металла от технологической смазки или жировых загрязнений. Обезуглероживание (decarburizing) – процесс удаления углерода из жидкого или твердого металла. Дефект термической обработки, заключающийся в обеднении поверхностного слоя стали углеродом. Область несмешиваемости (miscibility gap) – область на диаграмме состояния область, в которой происходит расслаивание растворов металлических сплавов. Обратимый дефект термической обработки (reversible defect of thermal treatment) – комплекс нежелательных структурных и фазовых изменений при термическом воздействии, которые могут быть устранены повторной термической обработкой. Ограниченный твердый раствор (limited solid solution) – твердый раствор между двумя или более компонентами, существующий до определенной, ограниченной концентрации компонентов. Ордината сплава – вертикальная прямая, проходящая через точку состава сплава. Отжиг (annealing) – термическая обработка с нагревом до температур, превышающих температуру фазовых или структурных превращений, с выдержкой и последующим медленным охлаждением; при этом обеспечивается получение равновесной структуры. Отливка (casting) – заготовка или деталь, получаемая в литейной форме из жидкого металла, сплава, и т.д. Отпуск (tempering) – термическая обработка стали с нагревом ниже температуры полиморфного превращения, с выдержкой и охлаждением; обеспечивает получение более равновесной структуры и оптимальное сочетание служебных свойств. Отпуск высокий (high-temperature tempering) – отпуск с нагревом до 500 – 700 °С, обеспечивающий высокую конструкционную прочность стали. Отпуск низкий (low-temperature tempering) – отпуск с нагревом до температур ниже 300 °С, обеспечивающий твердость, прочность и износостойкость стали на высоком уровне. Отпуск средний (medium-temperature tempering) – отпуск с нагревом до 300 – 500 °С, обеспечивающий сочетание высокой прочности, упругости и вязкости. Пережог (burn) – необратимый дефект металла или сплава, заключающийся в окислении или оплавлении границ зерен в результате значительного превышения заданной температуры нагрева. Пересыщенный твердый раствор (supersaturated solid solution) – раствор, в котором концентрация растворенного элемента больше равновесной для данной температуры. Перитектика – смесь двух фаз, образовавшихся в результате перитектического превращения. Перитектическое превращение (перитектическая реакция) (peritectic transformation/ reaction) – процесс взаимодействия кристаллов твердого раствора с жидкостью, происходящий при постоянной температуре и постоянной концентрации фаз, приводящий к образованию кристаллов другого твердого раствора. Перитектическое превращение (peritectic transformation) – процесс образования твердой фазы в результате взаимодействия жидкой и другой твердой фазы, отличающейся от новой составом и структурой; в равновесных условиях происходит при постоянной температуре. Перитектоидное превращение (peritectoid transformation) – фазовое превращение в твердом состоянии при охлаждении, заключающееся в образовании одной новой фазы из двух других; полностью обратимо при нагреве. Перлит (pearlite) – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов – эвтектоидная смесь феррита и цементита, имеющая межпластиночное расстояние более 0,3 мкм. Печь (oven) – огражденное от окружающего пространства устройство, в котором осуществляется получение теплоты из др. видов энергии и передача ее материалу, подвергаемому тепловой обработке. Печь индукционная (inductive oven) – электрическая печь с индукционным нагревом материала. Печь методическая (methodic (multizone) – многозонная печь для нагрева заготовок перед обработкой давлением с постепенным повышением температуры по ходу движения заготовок. Печь муфельная (muffle) – термическая печь, в которой обрабатываемый материал защищен муфелем от контакта с атмосферой продуктов сгорания (топливная печь) или с воздухом (электрическая печь). Печь нагревательная (heating oven) – печь для нагрева металлических слитков или заготовок без изменения их агрегатного состояния перед обработкой давлением. Печь периодического действия (cycling oven) – печь, работающая циклически, с переменным во времени температурным режимом. Печь садочная (charge oven) – нагревательная или термическая печь периодического действия, в которую обрабатываемый материал загружается единовременно. Печь термическая (thermal oven) – печь для термической или химико-термической обработки изделий. Печь тигельная (crucible oven) ––топливная печь для плавления или нагрева материалов в тиглях. Печь шахтная (shaft oven) – плавильная или сырьевая печь с вытянутым вверх рабочим пространством круглой или прямоугольной формы с загрузкой сверху и выдачей готового продукта снизу. Термическая печь с вертикальным рабочим пространством с загрузкой и выгрузкой обрабатываемого металла через верх печи. Плакирование (plating) – нанесение на поверхность металлических изделий тонкого слоя другого металла или сплава с помощью горячей прокатки, горячего прессования или взрывом. Под (floor) – элемент конструкции печи, на котором располагаются материалы и изделия, подвергаемые тепловой обработке. Покрытие (skin) – слой или несколько слоев материала, определенного состава и структуры, искусственно создаваемые на покрываемой поверхности, служащие для функциональных и декоративных целей. Правило отрезков (rule of segments) (рычага) используют для определения количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии при данной температуре. Согласно этому правилу, например, для определения массового или объемного количества твердой фазы необходимо вычислить отношение длины отрезка, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всей коноды; для определения количества жидкой фазы – отношение длины отрезка, примыкающего к составу твердой фазы, к длине коноды. Правило фаз (правило равновесия фаз) Гиббса (rule of phase equilibrium) позволяет определить закономерность изменения числа фаз в гетерогенной системе, устанавливая зависимость между числом термодинамических степеней свободы (С), числом компонентов (К), образующих систему, и числом фаз (Ф), находящихся в равновесии: С = К - Ф + 2, где 2 – число внешних факторов. При изучении физико-химических равновесий за внешние факторы, влияющие на состояние сплава, принимают температуру и давление. Применяя правило фаз к металлам, можно во многих случаях принять изменяющимся только один внешний фактор -температуру, т.к. давление, за исключением очень высокого, мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях. Тогда уравнение примет следующий вид: С = К - Ф + 1. Правка (correction) –формообразующая операция обработки металлов давлением, выполняемая с целью устранения или уменьшения дефектов формы металлических изделий или полуфабрикатов. Предварительная термомеханическая обработка (ПТМО) (preliminary thermomechanical treatment) – ТМО с предварительным холодным деформированием, за которым следует полный цикл термической обработки (закалка и отпуск). Промежуточные фазы (intermediate phases) – твердые фазы, которые образуются в интервале концентраций между граничными твердыми растворами на основе компонентов. От граничных растворов на диаграмме состояния промежуточные фазы всегда отделены двухфазными областями. Промежуточные фазы переменного состава (intermediate phases of variable composition) – это фазы, имеющие сравнительно широкие области гомогенности. Могут представлять собой твердые растворы на базе определенных химических соединений или растворы на базе несуществующих полиморфных модификаций одного из компонентов, которые оказываются устойчивыми из-за концентрационного полиморфного превращения. Промежуточные фазы постоянного состава (intermediate phases of fixed composition) – это определенные химические соединения компонентов, для которых характерны очень узкие (практически отсутствующие) области гомогенности. На диаграмме состояния эти области изображаются вертикальными прямыми (ординатами). Прокат (rolled products) – продукция прокатного производства в виде изделий из черных и цветных металлов и сплавов, полученных методом горячей, теплой или холодной прокатки. Прокатка (rolling) – процесс обработки металлов давлением путем обжатия между двумя или более прокатными валками с целью уменьшения поперечного сечения прокатываемой заготовки (слитка), увеличения ее длины и придания требуемой формы. Прокатка-ковка (rolling-forging) – процесс горячей периодической деформации металла с многосторонним обжатием, осуществляемый на стане шаговой прокатки путем воздействия на заготовку четырех профилированных бойков, расположенных попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и поочередно деформирующих металл в каждой из плоскостей. Равновесное состояние термодинамической системы (state of equilibrium of thermodynamic system) характеризуется при постоянных внешних условиях неизменностью термодинамических параметров во времени и отсутствием в системе потоков энергии и вещества. Раствор (solution) – однородная смесь двух или большего числа компонентов, равномерно распределенных в виде атомов, ионов или молекул в жидкости или твердом веществе. Режим (regime) – совокупность параметров реализации технологического процесса (длительность, температура, давление и пр.) Самоотпуск (selftempering) – отпуск стали, происходящий за счет теплоты, аккумулированной при закалке. Серебрянка (silver brittleness) – круглая сталь диаметром 0,2-30 мм со специальной обработкой поверхности (шлифование, полирование) и повышенной точностью размеров. С-образные кривые (S-like curve) – кривые, имеющие С-образную форму и характеризующие заданную степень развития некоторых процессов (фазовых превращений, коррозионного охрупчивания, растворения фаз и т.п.) в координатах “температура-время”. Солидус (solidus) – геометрическое место точек температур конца кристаллизации всех сплавов системы. Сольвус (solvus line, solvus) – линия ограниченной растворимости в твердом состоянии на диаграмме состояния. Сорбит отпуска (sorbite tempering) – сорбит, образовавшийся при отпуске закаленной стали в результате коагуляции зерен цементита, имеет зернистое строение. Синеломкость (blue brittleness) – снижение пластичности стали при одновременном повышении прочности, характерное для деформации при температурах возникновения синего цвета побежалости (200 – 300 °С. Слой (skin) Слой закаленный (hardened skin) – поверхностный слой материала, охлаждение которого с температуры закалки осуществлялось со скоростью выше критической. Слой полумартенситный (half martensite skin) –слой, структура которого состоит из 50 % мартенсита и 50 % троостита. Сплавы – однородные системы из двух или более элементов, претерпевающие переход из жидкого состояния в твердое агрегатное состояние и обладающие характерными металлическими свойствами. Стабильная фаза (stable phase) – фаза, устойчивая в данных условиях. Сталь (steel) – сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % углерода, а также ряд других элементов. Сталь высококачественная (extrafine steel) – сталь с низким содержанием вредных примесей (обычно фосфора не более 0,025 % и серы не более 0,025 %), обладающая повышенными механическими свойствами. Сталь высокоуглеродистая (high-carbon steel) – сталь содержащая более 0,6 % углерода. Сталь углеродистая (carbon steel) – сталь, не содержащая специально введенных легирующих элементов. Структура (structure) – собирательное название характеристик макроскопического и микроскопического строения вещества. Структурная составляющая (structural component) – элемент микроструктуры сплава с характерным и однообразным строением, а также или отдельные элементы микроструктуры сплава с характерным строением при средних увеличениях. Танталирование - ХТО, заключающаяся в насыщении поверхностного слоя жаропрочных сплавов танталом при температуре 1000 – 1100 °С; проводится как промежуточная обработка с целью создания барьерного слоя препятствующего рассасыванию наносимого затем алитированного слоя. Твердый раствор (solid solution) – однородные твердые вещества, состоящие из нескольких компонентов, концентрация которых может быть изменена без нарушения однородности, или однофазное твердое состояние сплава, представляющее собой кристаллическую решетку растворителя, в которой находятся атомы одного или более растворенных элементов. Твердый раствор внедрения (interstitial/introduction solid solution) – раствор между металлом и неметаллом, в котором атомы неметалла располагаются в междоузлиях атомов металлов. Твердый раствор замещения (substitutional solid solution) – раствор между двумя или более металлами, в котором атом одного компонента занимает место любого атома в кристаллической решетке второго компонента. Темп кристаллизации (rate of crystalline growth) характеризует увеличение в сплаве количества кристаллов при понижении температуры, т.е. скорость кристаллизации по температуре dm /dt , где m – масса выпадающих кристаллов и t –температура. Термодинамическая система (thermodynamic system) – это отделенная от внешней среды реальными или воображаемыми границами и заполненная веществом часть пространства, внутри которой между составляющими систему материальными объектами возможен обмен энергией и веществом. Термодинамические степени свободы (thermodynamic degree of freedom) – это термодинамические параметры равновесной системы (температура, давление и концентрация), которым можно придавать произвольные (в некотором интервале) значения так, чтобы не появлялись новые и не исчезали старые фазы. Термомеханическая обработка (ТМО) (thermomechanical treatment) – совокупность операций пластического деформирования и термической обработки, в результате которых формируется повышенная плотность дефектов кристаллического строения металла или сплава, что приводит к повышению прочности. Термообработка (ТО) (thermal treatment) – совокупность операций теплового воздействия на материал с целью изменения его структуры и свойств в нужном направлении. Термообработка окончательная (end thermal treatment) – ТО, при которой создается структура, обеспечивающая требуемые свойства готового изделия. Термообработка поверхностная (surface thermal treatment) – ТО, осуществляемая за счет локального нагрева только поверхностного слоя материала. Термообработка предварительная (pretermal treatment) – ТО (отжиг или высокий отпуск) отливок и поковок, осуществляемая с целью гомогенизации, предотвращения образования дефектов (флокенов и трещин), а также для снижения твердости до уровня, обеспечивающего обработку резанием; предшествует окончательной термической обработке. Термообработка промежуточная (intermediate thermal treatment) – ТО, осуществляемая после холодного или горячего пластического деформирования перед следующим этапом холодного деформирования. Титанирование – нанесение покрытий из титана на поверхность металлических и неметаллических изделий. ХТО с насыщением поверхностного слоя титаном. Троостит отпуска (troostite tempering) – троостит с зернистым строением, образовавшийся при распаде мартенсита в процессе отпуска. Угар (waste) – потери металла в результате окисления при плавке или при нагреве. Углерод (carbon) – химический элемент, С, с атомной массой 12; имеет две аллотропические модификации. Входит в состав стали и чугуна. Упрочнение (hardening) – повышение прочности материала или изделия в результате технологического процесса или при эксплуатации. Упрочнение объемное (volumetric hardening) – упрочнение, достигаемое по всему сечению заготовки или изделия. Упрочнение поверхностное (surface hardening) – упрочнение поверхностного слоя за счет изменения его состава или структуры. Упрочнение структурное (structural hardening) – упрочнение термически обработанных полуфабрикатов, обусловленное сохранением после закалки некристализованной структуры. Упрочнение текстурное (grain-oriented hardening) – упрочнение металла или сплава, обусловленное образованием в них текстуры и связанное с анизотропией свойств в кристаллических решетках. Упрочнение термическое (thermal hardening) – упрочнение, достигаемое одним способом термической обработки или совокупностью нескольких операций термической обработки. Упрочнение циклическое (cyclic hardening) – упрочнение под воздействием циклического нагружения. Усталость (fatigue) – процесс постепенного изменения сплошности, структуры и свойств материала под воздействием циклически изменяющихся напряжений и деформаций, приводящий к его разрушению. Усталость контактная (contact fatigue) – усталость, при которой накопление повреждений или разрушение происходит под действием переменных контактных напряжений. Усталость коррозионная (corrosion fatigue) – усталость в условиях одновременных воздействий циклических нагрузок и коррозионной среды. Усталость малоцикловая (low-cyclic fatigue) – усталость, при которой накопление повреждений или разрушение происходит при упругопластическом деформировании (как правило, после числа циклов менее 10 – 100 тыс.). Усталость ударная (shock fatigue) – усталость, вызванная циклическими ударными нагрузками. Фаза (phase) – это совокупность тождественных по химическому составу гомогенных частей термодинамической системы, одинаковых по всем свойствам, не зависящих от массы, или однородная часть гетерогенной системы с собственным химическим составом, строением, свойствами, отделенная от других частей системы поверхностью раздела. Под фазами термодинамической системы понимают такие части гетерогенной системы, которые имеют одинаковое строение и в стабильном состоянии - одинаковый состав. Фазовое, или гетерогенное, равновесие (phase or heterogeneous equilibrium) – это равновесное состояние термодинамической системы, состоящей из двух или большего числа фаз. Фазовое превращение (phase transformation) – превращение, при котором происходит изменение фазового состояния системы. Феррит (ferrite) – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов – твердый раствор углерода (до 0,025 %) в  -железе. Хрупкость (brittleness) – способность материала разрушаться при незначительной пластической деформации вследствие низкой энергоемкости процесса разрушения. Цементит (cementite) – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов – карбид железа, Fe3C, содержащий 6,67 % С. Цементит вторичный (secondary cementite) – цементит, образующийся из аустенита при охлаждении вследствие понижения растворимости в нем углерода. Цементит первичный (primary cementite) – цементит, образующийся в заэвтектических чугунах при кристаллизации их из расплава. Цементит третичный (tertiary cementite) – цементит, образующийся из феррита при охлаждении вследствие понижения растворимости в нем углерода. Цинкование (galvanizing) – нанесение цинкового покрытия на поверхность металлического изделия. ХТО с насыщением поверхности стальных изделий цинком при 300 – 550 °C. Чугун (cast iron) – сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14 % углерода, постоянные примеси, а иногда и легирующие элементы. Чугун белый (white cast iron) – чугун, в котором весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита; имеет матово-белый цвет излома. Чугун доэвтектический (hypoeutectic cast iron) – ч., углеродный эквивалент которого ниже 4,43 %. Чугун заэвтектический (hypereutectic cast iron) – ч., углеродный эквивалент которого выше 4,43 %. Чугун эвтектический (eutectic cast iron) – чугун, углеродный эквивалент которого составляет 4,43 %. Шлиф (polished surface of metal/mineral section) – полированная поверхность сечения металла или минерала, подготовленная для визуального или микроскопического исследования. Штамповка (forging) – способ обработки металлов давлением, при котором формообразование металла осуществляется в результате пластического деформирования в полостях штампа при взаимодействии его частей под действием внешних сил. Изделие, изготовленное штамповкой. Штамповка горячая (hot forging) – штамповка с предварительным нагревом заготовки до температуры выше температуры рекристаллизации. Штамповка закрытая (closed die forging) – штамповка в закрытых штампах без образования облоя по периметру поковки. Штамповка листовая (sheet forming) – штамповка с использованием в качестве заготовки листового проката. Штамповка объемная (die forging) – штамповка с использованием в качестве заготовки мерной части сортового проката круглого, квадратного или прямоугольного профиля.. Штамповка открытая (open die forging) – штамповка в открытых штампах с образованием заусенцев по периметру поковки. Штамповка холодная (cold forging) – штамповка без предварительного нагрева заготовки, осуществляемая при температуре ниже температуры рекристаллизации. Эвтектика (eutectic, eutectic mixture) – эвтектическая смесь двух или более фаз, образующаяся из расплава при эвтектической температуре. Эвтектическое превращение (eutectic transformation) – превращение, происходящее при постоянной температуре и неизменных составах участвующих фаз, одной из которых является жидкость или процесс образования двух или более твердых фаз из жидкой; в равновесных условиях происходит при постоянной температуре. Эвтектоид (eutectoid, eutectoid mixture) – эвтектоидная смесь фаз, образующаяся из твердого раствора в результате его распада при эвтектоидной температуре. Эвтектоидное превращение (eutectoid transformation) – превращение, происходящее при постоянной температуре и неизменных составах участвующих фаз, находящихся в твердом состоянии, или полиморфное превращение, заключающееся в распаде при охлаждении равновесного твердого раствора на две стабильные фазы; характеризуется температурой эвтектоидного превращения, при которой все три фазы находятся в равновесии; полностью обратимо при нагреве. ЛИТЕРАТУРА 1. Ю.M. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение: Учеб. для вузов. – 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.: ил. 2. Ю.М. Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. – 4-е изд. - М.: Металлургия, 1993. – 447 с. 3. А.П. Гуляев. Металловедение: Учеб. для вузов. – 6-е изд. - М.: Металлургия, 1986. – 544 с. 4. А.Е. Лейкин, Б.И. Родин. Материаловедение: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1971. – 414 с.: ил. 5. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. – 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х т./Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983. 6. Ю.П. Солнцев, В.Л. Жавнер, С.А. Вологжанина, Р.В. Горлач. Оборудование пищевых производств. Материаловедение: Учеб. Для вузов. – СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. – 526 с. 7. Б.Л. Арзамасов, И.Л. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др. Материаловедение: Учеб. Для вузов. - 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с. 8. И.И. Новиков. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 456 с. 9. В.К. Супрунчук, Э.В. Островский. Конструкционные материалы и покрытия в продовольственном машиностроении: Справ. – М.: Машиностроение, 1984. – 328 с. 10. Г.П. Тищенко, А.В. Трофимович. Повышение долговечности пищевого оборудования. – М.: Агропромиздат, 1985. – 386 с. 11. М.Г. Шевченко, С.В. Генель. Гигиенические требования к полимерным материалам, применяемым в пищевой промышленности. – М.: Медицина, 1972. – 196 с. 12. Б.С. Троицкий, А.Л. Майтаков. Металловедение. Лабораторный практикум. Кемерово, 2006. – 188 с.: ил. 13. Г.Н. Агеева, Н.С. Журавлева, Г.А. Корольков. Металловедение и термическая обработка. – М.: МИСиС, 1984. – 136 с. 14. И.И. Новиков, Г.Б. Строганов, А.И. Новиков. Металловедение, термообработка и рентгенография. – М.: МИСиС, 1994. – 480 с. 15. Конструкционные материалы: Справочник/Под ред. Б.Н. Арзамасова – М.: Машиностроение, 1990. – 687 с. 16. Марочник сталей и сплавов: Справочник/ Под ред. В.Г. Сорокина – М.: Машиностроение, 1989. – 634 с. 17. Международные транслятор современных сталей и сплавов: Справочник/ Под ред. В.С. Кершенбаума . – М.: ИНТАК, 1992. – 623 с. ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………….……………………3 Глава 1. Стали и сплавы черных металлов……………………………………...6 1.1. Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам………………………………………..…............................................6 1.2. Конструкционные стали общего назначения ………………………….…..8 1.2.1. Углеродистые конструкционные стали…………………………………..9 1.2.2. Низколегированные конструкционные стали………………………......13 1.3. Высокопрочные легированные стали………………………………...…...18 1.3.1. Комплексно-легированные низкоотпущенные высокопрочные стали…………………………………………………...………18 1.3.2. Среднеуглеродистые стали, упрочненные термомеханической обработкой………………………………………………..19 1.3.3. Мартенситно-стареющие стали……………………………...…………..21 1.3.4. Высокопрочные метастабильные аустенитные стали…………...…….23 1.4. Коррозионностойкие и жаростойкие стали и сплавы. Коррозия и защита металлов от коррозии…………………………………......27 1.4.1. Коррозионностойкие и жаростойкие стали………………………….....31 1.4.2. Высококоррозионностойкие сплавы на основе железа и никеля……..37 1.5. Конструкционные жаропрочные стали и сплавы………………………..38 1.5.1. Особенности поведения сплавов в условиях нагружения при повышенных температурах………………………………………………….....39 1.5.2. Жаропрочные стали различных классов………………………………..41 1.5.3. Жаропрочные сплавы на основе никеля и кобальта…………………...43 1.6. Инструментальные стали и сплавы. Классификация инструментальных сталей………………………..………….46 1.6.1. Стали для режущего инструмента……………………………..………..51 1.6.2. Стали для штампового инструмента………………………………..…..53 1.6.3. Стали для измерительного инструмента……………………………..…55 1.6.4. Твердые сплавы………………………………………………………..…55 1.7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами…………………...57 1.7.1. Магнитно-мягкие и магнитно-твердые стали и сплавы…………..……57 1.7.2. Сплавы с высоким электросопротивлением……………………..……..62 1.7.3. Сплавы с особыми упругими свойствами и аномальным тепловым расширением………………………………………………………...63 1.7.4. Сплавы с эффектом «памяти формы»………………………………..….65 Контрольные вопросы к главе 1………………………………………………..66 Глава 2. Цветные металлы и сплавы…………………………………………...67 2.1. Конструкционные сплавы на основе титана……………………………...67 2.1.1. Титан………………………………………………………………………67 2.1.2. Сплавы на основе титана………………………………………………...68 2.1.3. Промышленные сплавы на основе титана………………………………70 2.2. Алюминиевые и магниевые сплавы……………………………………….73 2.2.1. Алюминий, его свойства и применение в технике…………………......74 2.2.2. Сплавы на основе алюминия………………………………………….....75 2.2.3. Магниевые сплавы………………………………………………………..79 2.3. Медные сплавы……………………………………………………………..81 2.3.1. Латуни…………………………………………………………………......82 2.3.2. Бронзы…………………………………………………………………......85 2.4. Антифрикционные сплавы. Баббиты, припои……………………………90 2.4.1. Баббиты……………………………………………………………………91 2.4.2. Припои…………………………………………………………………….92 Контрольные вопросы к главе 2………………………………………………..94 Глава 3. Новые металлические материалы…………………………………….95 3.1. Композиционные материалы………………………………………………95 3.2. Порошковые стали и сплавы……………………………………………..101 3.2.1. Конструкционная металлокерамика…………………………………...104 3.3. Сплавы на основе интерметаллидов……………………………………..105 3.4. Аморфные и микрокристаллические сплавы……………………………106 Контрольные вопросы к главе 3………………………………………………108 Глава 4. Пластмассы…………………………………………………………...108 4.1. Общая характеристика синтетических полимеров……………………...108 4.2. Основные сведения о пластмассах……………………………………….110 4.3. Свойства пластмасс……………………………………………………….114 4.4. Классификация пластмасс………………………………………………..116 4.5. Пластмассы с порошкообразными наполнителями…………………….118 4.6. Пластмассы с волокнистыми наполнителями…………………………..130 4.7 Пластмассы со слоистыми наполнителями………………………………133 4.8. Листовые ненаполненные пластмассы…………………………………..137 4.9. Газонаполненные пластики (пенопласты)………………………………140 4.10. Антифрикционные и фрикционные пластики…………………………143 4.11. Некоторые гетероцепные полимеры……………………………………144 4.12. Полимерные пленочные материалы……………………………………146 Контрольные вопросы к главе 4………………………………………………148 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Зарубежные аналоги отечественных конструкционных металлических материалов……………………………………………………………………..147 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Металлические материалы для изготовления узлов деталей и машин, работающих в непосредственном контакте с пищевыми продуктами и средами………………………………………………………………………….171 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Неметаллические и комбинированные материалы для применения в продовольственном машиностроении и пищевой промышленности…………177 ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Металлические и неметаллические покрытия, используемые при непосредственном контакте с пищевыми продуктами и средами…………197 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Краткий терминологический словарь………………………………………...204 Литература……………………………………………………………………...222 Оглавление……………………………………………………………………..223 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Часть II Материалы в пищевом, холодильном и общем машиностроении Курс лекций Троицкий Борис Сергеевич Зав. редакцией И.Н. Журина Редактор Е.В. Макаренко Технический редактор Т.В. Васильева Художественный редактор Л.П. Токарева ЛР №020524 от 02.06.97 Подписано в печать 08.12.04. Формат 60х841/16 Бумага типографская. Гарнитура Times. Уч.-изд.л. 6. Тираж 500 экз. Заказ № Оригинал-макет изготовлен в редакционно-издательском отделе Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650065, г. Кемерово, б-р Строителей, 47 ПЛД №44-09 от 10.10.99. Отпечатано в лаборатории множительной техники Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52