Химический состав, свойства и применение латуней в автомобилестроении. 1. Химический состав, свойства и применение латуней в автомобилестроении
 Скачать 229.91 Kb.
|
|
1. Химический состав, свойства и применение латуней в автомобилестроении Латунями называют сплавы на основе меди, основным легирующим компонентом которых является цинк. Латунь получают добавлением в медь цинка, которого в составе сплава может содержаться от 5 до 45% (наибольшей пластичностью обладают латуни с содержанием цинка 30%, а наибольшей прочностью - с содержанием цинка 45%; поэтому более 45% цинка в латунях содержаться не может). По сравнению с чистой медью, латунь обладает более высокой прочностью, лучше обрабатывается резанием, также латунь отличается коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью. Латунь является устойчивой к атмосферным воздействиям, сохраняет свои свойства в морской воде и растворах кислот. По сравнению с медью латунь обладает более высокими литейными характеристиками. Это наиболее дешевые и распространенные в машиностроении сплавы меди. Различают двойные или простые латуни, содержащие только медь и цинк, и многокомпонентные или специальные латуни, дополнительно легированные другими элементами. В настоящее время современной промышленностью налажен выпуск 7 марок простых латуней и 18 марок специальных латуней. Все латуни принято обозначать буквой Л в начале марки. Сплав меди с добавлением только цинка носит название простая (двойная) латунь. Такие сплавы отличаются высокой пластичностью и значительной устойчивостью к коррозии. Из них изготавливают радиаторные трубы и другие виды труб, листы и ленты. В двойных латунях после Л ставится двузначное число, указывающее среднее содержание меди в процентах, количество цинка определяется по разности от 100%, например, Л85 - латунь, содержащая 85% меди и 15% цинка. Двойные латуни, содержащие до 14% цинка, называют также томпаком, а латуни, содержащие 14-20% цинка, - полутомпаком. Чем больше в латуни цинка, тем она дешевле. Если медно-цинковый сплав легируется одним или несколькими элементами, он получает название специальная (многокомпонентная) латунь. Такие латуни обладают красивым цветом и блеском, отличаются повышенной коррозионной стойкостью и значительной прочностью. Основными легирующими элементами в них являются железо, кремний, марганец, алюминий, никель, олово свинец и др. Многокомпонентные деформируемые латуни маркируются следующим образом: после буквы Л, обозначающей латуни, ставятся буквы легирующих элементов, затем указывается количество меди в% и через тире количество соответствующих легирующих элементов; количество цинка определяется по разности от 100%. Например: марка ЛАН59-3-2 расшифровывается так: деформируемая латунь, содержащая 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля, остальное (36%) цинк. Или, ЛС60-3: латунь, содержащая 60% меди, 3% - содержание свинца, остальное цинк. Добавление алюминия повышает прочность и стойкость латуни к атмосферным воздействиям, железо повышает твердость латуни, а марганец - ее жаростойкость. Латуни, кроме свинцовосодержащих сплавов, хорошо поддаются обработке давлением, хорошо паяются, обладают большей, чем медь, свариваемостью. Среди других свойств латуни можно отметить высокие механические свойства, эстетичный внешний вид латунных изделий. По технологическим признакам различают: § деформируемые латуни - в их марках указывают содержание меди и легирующих элементов, которые обозначаются буквами: О - олово, А - алюминий, К - кремний, Н - никель, Мц - марганец, Ж - железо и т.д. Например, латунь Л63 содержит 63% меди и 37% цинка; латунь ЛАЖ 60-1-1 содержит 60% меди, 1% алюминия, 1% железа и 38% цинка. § литейные латуни - в их марках указывают содержание цинка, а количество легирующих элементов (в%) ставится после букв их обозначающих. Например, литейная латунь Л40Мц3А содержит 40% цинка, 3% марганца, менее 1% алюминия и 56% меди. Высокие технологические свойства латуни обусловили ее применение в тех областях производства, где требуется тщательность выполнения мелких деталей и хорошая деформируемость. Большое количество латуни используется для выпуска катаных полуфабрикатов - полос, листов, лент, проволоки и профилей. Свинцовистые виды латуни применяются в часовой промышленности, а также в автомобилестроении. Латунь нашла свое применение также в приборостроении, различных отраслях машиностроения, при изготовлении изделий методом художественной ковки, а также методом литья. Латуни применяют на автомобилях для изготовления деталей систем охлаждения: бачков и трубок радиаторов (Л63), деталей электрооборудования (Л72), различных втулок, пробок, штекеров, наконечников и т.д. латунь автомобилестроение копр маятниковый 2. При испытании на маятниковом копре стандартного стального образца сечением в запиле 10×8 мм ударная вязкость составляла 6 кГм/см2, а остаток неиспользованной работы после удара был равен 3 кГм. Определить работу удара, кГм (Дж), затраченную на излом образца, и запас работы маятникового копра до удара, кГм (Дж). Приведите схему установки для испытания на ударную вязкость и эскиз образца. Решение При работе деталей машин возможны динамические нагрузки, при которых металлы проявляют склонность к хрупкому разрушению. Для оценки металлов к хрупкому разрушению (для оценки сопротивляемости образца металла ударной нагрузке) проводят динамические испытания на ударный изгиб на маятниковых копрах (рисунок 2.1).  Рисунок 2.1. Схема ударного изгиба на маятниковом копре Стандартный образец устанавливают на две опоры и посредине наносят удар, приводящий к разрушению образца. По шкале маятникового копра определяют работу К, затраченную на разрушение, и рассчитывают основную характеристику, получаемую в результате этих испытаний - ударную вязкость:
где:  - площадь поперечного сечения образца в месте надреза.
где:  - начальная высота рабочей части образца; - начальная ширина образца. мм2 (0.8 см2).Работа, затраченная на ударный излом:  кГм.Если пренебречь небольшой потерей энергии на трение в подшипниках, то работу, затраченную на излом образца, можно определить из выражения:
где:  - запас работы маятникового копра до удара; - остаток неиспользованной работы после удара. кГм.Ответ: работа удара, затраченная на излом образца, равна 4.8 кГм, запас работы маятникового копра до удара равен 7.8 кГм. 3. На полученную с нефтебазы пластичную смазку марки ШРБ-4 был выдан паспорт
Поясните влияние отклонений каждого показателя от требований ТУ 38 УССР 201143-77 на работу смазываемых узлов и деталей в различных условиях эксплуатации. Практически единственная комплексная бариевая смазка, выпускаемая в России. Имеет волокнистую текстуру. Для создания комплексного загустителя в смазку введен избыток свободных кислот - до 0.8% в пересчете на олеиновую кислоту. Морозостойкие свойства смазки ШРБ-4 выше среднего. Смазка водостойка. Обладает высокой точкой плавления. Поскольку смазка работает в контакте с резиновыми уплотнениями техническими условиями, предусмотрен контроль ее действия на резину. Для контроля качества измеряется изменение объема резины после выдержки 70 ч при 70 °С. Смазку ШРБ-4 применяют в автомобилях ВАЗ (наконечниках тяг рулевого управления, шарнирах передней подвески). В герметичных узлах смазка работоспособна без смены и пополнения в течение длительного времени (до 100 000 км пробега). Смазку ШРБ-4 можно заменить смазкой литол-24 или ЛСЦ-15. Смазка ШРБ-4 имеет гарантийный срок хранения 1 год. Практически же смазку можно хранить в течение более длительного времени. Область применения смазки ШРБ-4: шаровые шарниры передней подвески, наконечники тяг рулевого управления автомобилей (на весь срок службы). Основные эксплуатационные характеристики: водостойкая, не вызывает набухания резиновых уплотнений, волокнистая текстура, высокие противозадирные свойства. Работоспособна в интервале температур от -40 °С до +130 °С. Состав: нефтяное масло, загущенное комплексным бариевым мылом кислот хлопкового масла, СЖК, гидроксистеариновой и уксусной кислот; содержит антиокислительную присадку. Технические характеристики
Воздействие показателей: 1 Вода и механические примеси вызывают повышенный износ двигателя, ускоряют окисление масла, увеличивают расход его и топлива. Наличие воды в масле значительно влияет на его антифрикционные свойства, снижает топливную экономичность двигателя. Вода очень вредна для присадок, которые под ее действием гидролизуются и вымываются. Использование масел без присадок недопустимо. В период хранения автомобиля в масле накапливается вода и происходит коррозионный износ двигателя, который в технике сезонного использования в 3…5 раз больше износа аналогичных двигателей всесезонного использования. При большом содержании воды в масле часть ее попадает в подшипники коленчатого вала, где превращается в пар за счет теплоты нагретого подшипника. Пар, в свою очередь, смывает (срывает) масляную пленку с шейки и втулки, при этом неизбежен задир. Использование антифризов, обладающих высокой проникающей способностью, может отрицательно сказаться на работе масляной системы. Механические примеси вызывают, прежде всего, механический и абразивный износ двигателя. К механическим примесям относятся песок (абразив), продукты износа и ржавения, распада присадок, неполного сгорания топлива, глубокого окисления масла и др. Повышенное содержание механических примесей в масле свидетельствует о неудовлетворительной работе фильтров (они перенасыщены). Обнаружить механические примеси даже в работающем масле очень легко: они видны в растекшейся капле масла, нанесенной на чистое сухое стекло. При обнаружении механических примесей следует в первую очередь проверить состояние системы фильтрации. 2 Температура каплепадения по паспорту - 225 °С, а согласно ТУ 38 УССР 201143-77 она должна быте не менее 230 °С. Температура каплепадения - это температура, при которой упадет первая капля смазки, помещенной в капсюле специального прибора, нагреваемого в стандартных условиях. Температура каплепадения, зависящая в основном от вида загустителя и в меньшей степени от его концентрации, определяет подразделение смазок на низкоплавкие - Н (температура каплепадения до 65 °С), среднеплавкие - С (65…100 °С) и тугоплавкие - Т (свыше 100 °С). Во избежание вытекания смазки из узла трения температура каплепадения должна превышать температуру трущихся деталей на 15…20 °С. 3 Коллоидная стабильность характеризуется степенью отделения из смазки дисперсионной среды - масла. Ее определяют при отпрессовывании масла из смазки на приборе КСА (ГОСТ 7142-74). Коллоидная стабильность смазки существенно зависит от вязкости входящего в ее состав масла: чем больше вязкость, тем выше коллоидная стабильность. Смазки с чрезмерно высокой коллоидной стабильностью нежелательны, ибо они действуют неэффективно. Коллоидная стабильность характеризует способность смазок при хранении и эксплуатации сопротивляться выделению масла (под действием температуры, давления и др. факторов или самопроизвольному вследствие структурных изменений, напр. под воздействием собственной массы). Коллоидная стабильность смазок определяется степенью совершенства их структурного каркаса и вязкостью дисперсионной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объема смазки. В нашем случае коллоидная стабильность (13%) выше, чем требования ТУ (не более 10%), следовательно, выше и вязкость масла, и такая смазка действует неэффективно. 4 Предел прочности по техническим условиям должен составлять 200 Па·с, а по паспорту, полученному с нефтебазы, предел прочности составляет 150 Па·с. Предел прочности характеризует способность смазок не вытекать из узлов трения, противостоять сбросу с движущихся деталей (например, подшипников) под влиянием инерционных сил и удерживаться на наклонных и вертикальных поверхностях не стекая и не сползая. Когда напряжение сдвига превышает предел прочности, смазка начинает течь. 5 Одним из показателей качества масла является его вязкость (сила внутреннего трения). От ее значения зависят техническое состояние двигателя, расход топлива и масла. По вязкостным показателям подбирается масло для определенного двигателя в зависимости от конструкции, технического состояния, условий эксплуатации, сезонности и других факторов. Значение вязкости масла входит в его маркировку в виде цифрового индекса, например, M-8B-I, М-10Г2 где цифры 8 и 10 обозначают значение кинематической вязкости в мм2/с при 100 °С. Использование маловязких масел (тем более загущенных - всесезонных) позволяет экономить топливо. Но, с другой стороны, использование маловязкого масла может стать причиной повышенного износа деталей, в том числе абразивного, увеличения расхода масла на угар. Например, расход масла М-53/12Г1 на угар больше по сравнению с расходом на угар масла М-12Г1. Но применение масел с повышенной вязкостью связано с увеличением механических потерь, ухудшением пуска двигателя, увеличением пусковых износов. Масла подбирают такой вязкости, которая обеспечивала бы надежную смазку, небольшой расход на угар, легкий пуск двигателя, отвод теплоты и др. Оптимальное значение вязкости масла в каждом конкретном случае обеспечивает минимальный износ деталей двигателя, достаточную скорость подачи масла к цилиндрам, максимальный отвод теплоты (масло отводит 1.5…4.5% теплоты, выделяемой при сгорании топлива), уплотнение зазоров (это, в свою очередь, обеспечивает минимальный прорыв отработавших газов в масляный картер и расход масла на угар). Масла, в зависимости от вязкостных свойств, используются при зимней и летней эксплуатации. Использование зимой летних сортов масел ведет к дополнительному расходу топлива до 8%; использование зимних масел летом - к повышенному износу двигателя, увеличению расхода масла на угар. От значения вязкости зависит прокачиваемость по масляной системе, отвод тепла от трущихся поверхностей, их чистота. Это обеспечивает масло с меньшей вязкостью. Для уплотнения зазоров в изношенных двигателях при работе с повышенными давлениями требуются масла с более высокой вязкостью. В нашей пластичной смазке ШРБ-4 вязкость повышена (170 Па·с) и это приводит к увеличению механических потерь, ухудшению пуска двигателя, увеличению пусковых износов. 4. Ассортимент топлив для дизельных двигателей, применяемых в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями Автомобильные двухтактные и четырехтактные дизельные двигатели относят к типу быстроходных (частота вращения коленчатого вала свыше 1000 мин-1). Они более требовательны к качеству топлива, чем тихоходные транспортные и стационарные двигатели. Ассортимент дизельных топлив, в соответствии с ГОСТ 305-82, включает 3 сорта: арктическое (А), зимнее (З) и летнее (Л). Летнее используется при температуре окружающего воздуха выше 0 °С, зимнее - при температуре до -20 °С и арктическое - при температуре до - 50 °С. В обозначение топлив всех марок входят массовое содержание серы и дополнительно температура вспышки для марки Л и температура застывания для марки З. Так, в обозначении: § Л - 0,2-40 ГОСТ 305-82 - Л - топливо дизельное летнее, массовая доля серы - 0.2%, 40 - температура вспышки, °С; § 3-0.4 минус 35 ГОСТ 305-82 - З - топливо дизельное зимнее с содержанием серы 0.4% и температурой застывания - минус 35 °С; § А-0.4А ГОСТ 305-82 - А - топливо дизельное арктическое с массовой долей серы 0.2%). Высококачественное дизельное топливо содержит меньше серы (0.15%) и имеет лучший фракционный состав. Выбор марки дизельного топлива зависит только от климатических условий и качества используемого масла. При этом важно помнить, что дизельное топливо вида II по ГОСТ 305-82 с повышенным содержанием серы (более 0.2%) можно применять только при условии использования для смазки двигателя масла, содержащего многофункциональные присадки (ВНИИНП-370, ВНИИНП-360 и др.), обладающие моющими средствами и нейтрализующие вредное воздействие серного и сернистого газов. В противном случае неизбежен будет повышенный износ деталей двигателя, превышающий нормальный в 1.5 - 3 раза. Чтобы уменьшить вредное влияние сернистого топлива, следует также поддерживать нормальный тепловой режим двигателя (не снижать температуру во избежание конденсации паров влаги), более часто заменять фильтрующие элементы масляных фильтров и масло в картере двигателя. При отсутствии зимнего дизельного топлива можно применять летнее с добавлением не менее 30% керосина при температуре -10 °С и до 50% при температуре -20 °С. С понижением температуры от 20 °С до -20 °С вязкость летнего топлива увеличивается в 10 раз, а зимних - в 5 раз. Это следует учитывать при выборе топлива, так как вязкость является основным фактором, характеризующим эксплуатационные свойства его в зимнее время. Перед форсункой вязкость топлива не должна превышать 12 мм2/с. Для использования летнего дизельного топлива при отрицательных температурах добавляют депрессорные присадки. Это топливо маркируют ДЗп по ТУ 38.101889 и используют в зимний период при температуре до -15 °С. В соответствии с ТУ 38.1011348-89 выпускают экологически чистое дизельное топливо. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего топлива (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) с содержанием серы не более 0.1%. 5. Строение лакокрасочного покрытия. Маркировка лакокрасочных материалов и покрытий Лакокрасочные материалы (эмаль, грунтовка, шпатлевка) маркируют пятью группами буквенно-цифровых знаков с учетом химического состава и их основного назначения. Первая группа - наименование лакокрасочного материала - «эмаль», «грунтовка», «шпатлевка». Вторая группа, обозначаемая двумя буквами, указывает тип основного пленкообразователя по химическому составу: НЦ - нитроцеллюлозный; МЛ - меламинный; ПФ - пентафталевый; БТ - битумный; ФЛ - фенольный; ХВ - перхлорвиниловый и поливинилхлоридный; АК - полиакриловый; ВЛ - поливинилацетальный; ГФ - глифталевый; ЭП - эпоксидный; ПЭ - полиэфирный ненасыщенный; КО - кремнийорганические; МЧ - мочевинные и т.д. Для лакокрасочных материалов, обладающих специфическими свойствами, между первой и второй группами знаков через дефис ставят индексы: В-водоразбавляемые; П - порошковые; Э - эмульсионные; Б - без активного растворителя. Третья группа - отделяемая от второй также через дефис, определяет основное назначение лакокрасочного материала и маркируется цифрой от 1 до 9 в обозначении эмалей, «0» - в обозначении грунтовок и «00» - в обозначении шпатлевок. Цифра 1 означает, что эмаль атмосферостойкая, 2 - ограниченно атмосферостойкая; 3 - консервационная; 4 - водостойкая; 5 - специальная; 6 - маслобензостойкая; 7 - химически стойкая; 8 - термостойкая; 9 - электроизоляционная. Четвертая группа определяет порядковый номер, присвоенный данному лакокрасочному материалу, и обозначается одной, двумя или тремя цифрами. При наличии некоторых специфических особенностей лакокрасочного материала возможно добавление буквенного индекса. Например, «ГС» и «ХС» эмали горячей и холодной сушки соответственно; «ПГ» - пониженной горючести. Пятая группа знаков обозначает цвет лакокрасочного материала и дается полным словом. Так, например, из обозначения «Эмаль В-ПЭ-1179 красно-оранжевая» видно: эмаль - вид материала; В-водоразбавленная; ПЭ - полиэфирная ненасыщенная; 1 - атмосферостойкая; 179 - порядковый номер; красно-оранжевая - цвет эмали. В обозначении грунтовки - «грунтовка ГФ-020 коричневая» означает: грунтовка - вид материала; ГФ - глифталевая; 0 - грунтовка; 20 - порядковый номер, коричневая - цвет грунтовки. В обозначении шпатлевки - «шпатлевка НЦ-007 красно-коричневая» означает: шпатлевка - вид материала; НЦ - нитроцеллюлозная; 00 - шпатлевка; 7 - порядковый номер; красно-коричневая - цвет шпатлевки. Лакокрасочные покрытия классифицируются по материалу покрытия, внешнему виду поверхности покрытия (класс покрытия) и по условиям эксплуатации (группа покрытия). Наиболее высокие требования к лакокрасочным покрытиям предъявляются при окраске кузовов легковых автомобилей. Эти покрытия состоят из фосфатной пленки, грунтовки, шпатлевки (при ремонте автомобилей) и нескольких (2-5) слоев эмали. Они должны отвечать требованиям 1-го класса. Покрытие кузовов автобусов, кабин, оперения и капотов грузовых автомобилей состоит из грунтовки, местной шпатлевки (при ремонте) и двух-трех слоев эмали и должно отвечать требованиям 2-го класса. Агрегаты автомобилей (двигатели, рамы, колеса и др.), а также грузовые платформы покрываются одним слоем грунта (не всегда) и одним-двумя слоями эмали. К этим покрытиям предъявляются требования 3-го и 4-го классов. Таким образом, лакокрасочное покрытие в наиболее полном виде состоит из фосфатной пленки, грунтовки, местной шпатлевки, общей шпатлевки и слоев эмали. Общая толщина лакокрасочного покрытия обычно не превышает 40-300 мкм (рисунок 5.1). Качество лакокрасочного покрытия и его долговечность возрастают, если перед грунтовкой поверхность подвергается химической обработке растворами солей фосфорной кислоты, так называемому фосфатированию или бондеризации. В результате фосфатирования на поверхности металла образуется фосфатная пленка (серого цвета) толщиной 2-5 мкм нерастворимых в воде фосфорнокислых соединений, которая защищает металл от коррозии, и в том числе в местах царапин лакокрасочного покрытия, куда проникает влага, а также улучшает сцепление лакокрасочного покрытия с металлом. Список литературы 1 Рогачева Л.В. Материаловедение. М., Колос-Пресс, 2002. 2 Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы. М., Наука-Пресс, 2004. Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы. Учебное пособие. М., ACADEMA, 2003. Стуканов В.А. Автомобильные эксплуатационные материалы. Учебное пособие. Лабораторный практикум. М., ФОРУМ-ИНФА-М, 2002. Кузнецов А.В. Топлива и смазочные материалы. М., КолосС, 2004. Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные топлива, масла и эксплуатационные жидкости. Краткий справочник. М., ЗАО «КЖИ «За рулем», 2003. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы. М., Машиностроение, 1989. Нормы расхода топлива, смазочных материалов на автомобильном транспорте. Введены распоряжением Минтранса России от 14 марта 2008 г., №АМ-23-Р. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
