Неметаллические материалы

По назначению неметаллические материалы, применяемые в машиностроении, подразделяют на: конструкционные и специальные.

Конструкционные - это материалы, из которых изготавливают отдельные элементы и узлы приборов, машин, несущих и передаточных устройств. Эта группа объединяет материалы в твердом состоянии и отличающиеся явно выраженными упруго-эластическими свойствами (большинство пластмасс, древесина, резина и керамика).

Специальные материалы имеют прикладное значение относительно конструкционных и представляют собой различные жидкие, твердые и газообразные неметаллические материалы (клеи, герметики, лаки, эмали, краски). Применяются они в машиностроении, в качестве хладагентов, теплоносителей, элементов топлив, масел, смазок, мягчителей, пластификаторов и т.д.

основное отличие большинства неметаллических материалов от металлов являются их тепло- и электроизоляционные свойства. Исключение составляют электропроводящие композиты.

Другим важнейшим отличием основной массы неметаллических материалов от металлов и сплавов является существенно меньшая их плотность: для органических материалов (пластмасс и резин) - вдвое ниже плотности алюминиевых сплавов, а для неорганических (стекла, фарфора, асбеста) - почти вдвое ниже плотности титановых сплавов.

При замене черных металлов литьевыми пластмассами трудоемкость процесса снижается в 5...6 раз, а себестоимость - в 2...6 раз.

Однако существуют и существенные недостатки, значительно уменьшающие область применения пластмасс: низкая теплостойкость и теплопроводность, низкая поверхностная твердость, ползучесть, старение.

Кристаллизация металлов. При переходе аморфного тела из жидкого состояния в твердое никаких качественных изменений в строении не происходит, (рис. 46, а). В твердом состоянии атомы в аморфном теле расположены так же хаотично, как и в жидком, но только более компактно и вследствие этого имеют более ограниченную свободу перемещения.

При нагреве всех кристаллических тел, в том числе и металлов, всегда наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое, и из жидкого в твердое (рис. 46, б).

На участке кривой 1—2 (см. рис. 46, б) внешний подвод тепла повышает температуру металла, сохраняющего свою кристаллическую решетку, атомы в которой увеличивают амплитуду колебания за счет поглощения тепловой энергии. На участке 2—3 подвод тепла продолжается, но он не приводит к повышению температуры, т.е. подводимая энергия целиком расходуется на разрушение кристаллической решетки (переход твердого состояния в жидкое). В точке 3 разрушаются последние участки кристаллической решетки, и продолжающийся подвод тепла вызывает повышение температуры жидкого металла (3—4).

При охлаждении на участке 5—6 происходит кристаллизация, сопровождающаяся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Кристаллизация металла происходит не при температуре плавления, а при некотором переохлаждении Δt, значение которого зависит от природы самого металла, от степени его загрязненности различными включениями и от скорости охлаждения.

При температуре Т_пл свободные энергии обоих состояний равны. Такую температуру называют равновесной или теоретической температурой кристаллизации. ни плавление, ни кристаллизация не происходят при этой температуре. Например, для начала кристаллизации необходимо переохлаждение до T₁ (рис. 47).

Разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации называется степенью переохлаждения ΔТ = Т_пл - T₁