Глава 1. Кристаллическое строение металлов (стр. 12 )

α-титановые сплавы – это сплавы, легированные в основном алюминием, например, ВТ5 (5% Al), ВТ5-1 (5%Al+2,5%Sn) Их упрочняют холодной пластической деформацией (получают листы, ленты, профили). Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг. Структура: a - твердый раствор легирующих элементов в α-Ti.

β-титановые сплавы содержат большое количество β-стабилизаторов и представляют собой твердый раствор легирующих элементов в β-титане. Из-за повышенной хрупкости и плотности эти сплавы не нашли широкого применения в промышленности.

α+β-титановые сплавы – это сплавы, легированные алюминием и β- стабилизаторами, например, ВТЗ (5%Al+2,5%Cr), ВТЗ-1 (5%Al+2,5%Cr+2,5%Mo), ВТ6 (6%Al+4,5%V), ВТ8 (6%Al+3,5%Mo).

α+β-сплавы можно упрочнять закалкой с последующим старением, эти сплавы отличаются наилучшим сочетанием прочности и пластичности, удовлетворительно свариваются и обрабатываются резанием, хорошо куются, штампуются и прокатываются.

Применение. Из титановых сплавов изготавливают корпуса подводных лодок, спутников, реактивную технику, навигационную технику (как немагнитный материал). Титановые сплавы применяются в судостроении (гребные винты, обшивки морских судов), в химическом машиностроении, в криогенной технике и т. д.

10. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

10.1. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПОЛИМЕРЫ)

В 20-х годах прошлого века возникла новая отрасль — химия высокомолекулярных веществ, называемых иначе полимерами. Особое значение приобрели синтетические полимеры. Пластические массы (пластмассы), синтетические каучуки и волокна широко применяют для изготовления самой разнообразной продукции. Синтетические полимерные материалы совмещают в себе по несколько ценных свойств, совокупность которых не встречается ни у природных веществ, ни у металлических сплавов, ни у стекла и пр. Поэтому полимеры используют там, где с помощью других давно известных материалов нельзя решить ту или иную техническую задачу, например, совместить в одном изделии высокую прочность, легкость, прозрачность и диэлектрические свойства.

Принципиальное отличие полимеров от любых металлов:

·  Все металлы являются проводниками электрического тока

·  Все металлы имеют зеренную кристаллическую структуру, большинство полимеров аморфную

В этом как оказалось и заключены все аспекты выбора материалов для изготовления оснастки и форм для отливки изделий из пластических масс.

Пластмассы

Типичные полимеры

Полимеры можно разделить на три основные группы:

1. Эластомеры (резины).

Эластомеры — это такие полимеры, у которых молекулярная структура допускает значительные и обратимые растяжения. Такие материалы являются легкосшиваемыми полимерами. У них между поперечными связями молекулярных цепочек есть небольшая свобода движения. Если эти поперечные связи вытянуты, то полимерные цепочки стремятся выровняться и стать центрированными, из-за чего происходит уменьшение кристалличности полимера.

2. Термореактивные пластмассы (реактопласты).

Это жесткие материалы, и они не становятся мягкими при нагревании. У таких полимеров молекулярные структуры имеют расширенные поперечные связи. Из-за этого, когда нагрев разрушает эти связи, эффект необратим при охлаждении.

3. Термопластичные пластмассы (термопласты).

Эти материалы могут быть мягкими и неопределенно размягченными под воздействием тепла при не слишком высокой температуре, как в случае расщепления. Термин «термопластик» подразумевает, что материал становится пластичным, когда он нагревается. Такие полимеры имеют линейные или разветвленные молекулярные цепи структур с малым числом связей, если их несколько, между цепями. Линейные и некоторые разветвленные полимерные цепи могут быть в таком состоянии, когда имеет место уменьшение кристалличности.

Эластомеры

Эластомеры можно сгруппировать в соответствии с формой их полимерных цепочек.

1. В основе полимерной цепочки находится только углерод.

В эту группу входят натуральный каучук, бутадиен-стирол, бута-диен-акрилонитрил, бутил-каучуки, полихлоропрен и этилен-пропилен.

2. Полимерные цепочки с кислородом в основе. Например, окись полипропилена.

3. Полимерные цепочки с кремнием в основе. Например, фторкремний.

4. Полимерные цепочки, имеющие в основе серу. Например, полисульфид.

5. Термопластичные эластомеры. Это блок сополимеров с альтернативной твердостью и гибкими блоками. Например, полиуретаны, этиленвинилацетат и стирол-дивинил-стирол. Такие эластомеры могут быть изготовлены термопластическими методами прессования, а также литьем под давлением и выдувным формованием. Они, подобно термопластикам, могут быть неоднократно размягчены при нагреве и не похожи на обычные эластомеры.

(Практическая работа рассмотреть: Добавки; Кристалличность; Структура полимеров. Структура и свойства, коды, состав, химические свойства, плотность, температура перехода в стеклообразное состояние, твердость, иеханические свойства, проницаемость, тепловые свойства, применение.)

Термореактивные пластмассы (реактопласты)

Основными термореактивными пластмассами являются следующие:

1. Феноло-формальдегидные.

2. Аминосмолы (мочевина и меламин-формальдегиды).

3. Эпоксидные.

4. Полиэфирные.

5. Сшиваемые полиуретаны.

(В практических. работах: Добавки, Кристалличность, Структура полимеров, Структура и свойства, Коды, Состав, Плотность, Электрические свойства, Твердость, Механические свойства. Тепловые свойства. Методы изготовления, Применение.)

Термопластичные пластмассы (термопласты)

Термопластики состоят их двух групп материалов: неполярных и полярных полимеров.

1. Семейство неполярных термопластов основано на этилене. Оно, в свою очередь, может быть подразделено на следующие группы: полиолефины, основанные на полиэтилене и полипропилене, винилы с основой на винилхлориде, винилацетат и различные другие соединения винилов. Все неполярные полимеры строятся на базе только атомов углерода.

2. К семейству полярных термопластов относятся фторопласт-3, оргстекло, полиамиды, полиуретаны, полиацетаты, поликарбонаты, полиарилаты, целлюлозы и т. д. Введение атомов хлора нарушает в фторопласте-3 симметрию звеньев молекул, и материал становится полярным. К такому же эффекту приводит амидная группа в полиамидах и т. д.

(Практическая работа. Добавки, Кристалличность, Структура полимеров, Структура и свойства, Коды, Состав, Химические свойства, Параметры ползучести, Плотность, Электрические свойства, Усталостные свойства, Температура перехода в стеклообразное состояние, Твердость, Ударные свойства, Механические свойства, Оптические свойства, Проницаемость, Тепловые свойства, Методы изготовления, Применение.)

9.2. ПОЛИМЕРНЫЕ СТРУКТУРЫ Наполнители

Пластики и каучуки почти всегда содержат не только полимерные материалы, но также наполнители. Они могут быть смешаны также из нескольких полимеров. Основные типы наполнителей следующие:

1. Наполнители, видоизменяющие механические свойства полимеров, уменьшающие, например, хрупкость и увеличивающие модуль растяжения; к ним относятся древесный порошок, пробковая пыль, мел. Применение их приводит к уменьшению стоимости материала.

2. Армирование, например, стеклянными волокнами или сферическими частицами, повышающее модуль растяжения и прочность.

3. Пластификаторы, приводящие к молекулярным изменениям, для облегчения скольжения одной части материала относительно другой, вследствие чего материал становится более гибким.

4. Стабилизаторы, улучшающие сопротивляемость материала деградации.

5. Замедлители горения, увеличивающие сопротивляемость возгоранию.

6. Смазочные вещества и теплостабилизаторы, помогающие в обработке материалов.

7. Пигменты и красители, придающие цвет материалу.

Кристалличность

Табл.9.1. Кристалличность полимеров

Полимер	Форма цепочки	Максимальная кристалличность|%|
Полиэтилен	Линейная	95
	Разветвленная	60
Полипропилен	Регулярные пространственные боковые группы на линейной цепочке	60
Политетрафторэтилен	Линейная, с атомами фтора в объемной цепочке	75
Полиоксиметилен	Линейная, с атомами кислорода и углерода, чередующимися в цепочке	85
Полиэтилентерефталат	Линейная, с группами в цепочке	65
Полиамид	Линейная, с группами амида в цепочке	65

Кристалличность наиболее вероятна у полимеров, состоящих из простых линейных цепочек молекул. Разветвленные полимерные цепочки не поддаются легко упаковке регулярным способом, в этом им препятствуют разветвления. Если разветвления имеют регулярное пространственное расположение вдоль цепочки, то возможна некоторая кристалличность; нерегулярные пространственные разветвления делают невозможной кристалличность. Тяжелосшиваемые полимеры, например термореактивы, не дают проявиться кристалличности, но под напряжением некоторые эластомеры могут получить ее. В табл. 9.1 показана максимально возможная кристалличность некоторых обычных полимеров.

Структура полимеров

На Рис. 9.1…9.16 показаны основные формы из числа обычно применяемых полимеров. Рисунки дают двухмерные представления структур, хотя некоторые, в частности из термореактивов и эластомеров, имеют трехмерные структуры.

Рис.9.1. Полиэтилен, линейная цепь

Рис.9.2. Полиэтилен разветвлённая цепь

Рис. 9.3. Полипропилен, изотактическая форма (главная форма)