Анализ коррозийных и коррозийно-механических разрушений конструкционных материалов и разработка антикоррозийной защиты оборудования в автомобильной отрасли

Министерство образования и науки Украины Украинский государственный химико-технологический университет Кафедра ОТПП Курсовая работа По дисциплине: «Комплексная антикоррозионная защита оборудования»

Тема работы: «Анализ коррозийных и коррозийно-механических разрушений конструкционных материалов и разработка антикоррозийной защиты оборудования в автомобильной отрасли»

Днепропетровск 2013

Вступление

1. Виды коррозионных и коррозионно-механических разрушений конструкционных материалов, характерные для автомобильной промышленности

1.1 Анализ агрессивности сред производства

1.2 Характерные виды коррозии и износа

1.3 Факторы, ускоряющие коррозию и износ

1.4 Выводы и задачи курсовой работы

2. Разработка антикоррозионной защиты оборудования отрасли

2.1 Выбор коррозионностойких материалов

2.2 Выбор химстойких неметаллических материалов

2.3 Выбор модификаторов продуктов коррозии

2.4 Выбор ремонтно-реставрационных материалов

2.5 Выбор антикоррозионных покрытий (металлических, металлополимерных, полимерных, стеклоэмалевых и др.)

2.6 Выбор износостойких материалов и покрытий

2.7 Выбор специальных покрытий

2.8 Обоснование технологии упрочнения поверхностей

2.9 Разработка химико-технологических средств снижения коррозии и износа

2.10 Разработка организационно-технических мероприятий снижения коррозии и износа

2.11 Разработка вариантов рационального конструирования и модернизации оборудования

2.12 Выбор эффективных ингибиторов коррозии

2.13 Выбор герметиков, уплотнителей, консервантов

2.14 Разработка вариантов электрохимической защиты оборудования

2.15 Разработка методов комбинированной антикоррозионной защиты Выводы и производственные рекомендации по повышению эксплуатационной надежности оборудования области Список литературы

Вступление

Украина известна ключевым игрокам мировой автомобильной промышленности, благодаря собственным гигантским производственным мощностям, на которых собираются как автомобили национальных, так и мировых брендов. Наша страна также представляет собой огромный рынок сбыта автомобильной продукции.

Нам хорошо знаком бизнес отрасли, начиная от производства автомобилей, а также их комплектующих, их оптовой и розничной реализации, и заканчивая послепродажным (гарантийным и послегарантийным) обслуживанием, что дает нам возможность хорошо понимать проблемы и потребности отрасли.

Наши услуги в этой отрасли включают, в частности:

— сертификацию и стандартизацию соответствующего оборудования и автомобилей;

— реструктуризацию дилерских сетей;

— приобретение, продажа и аренда производственных, торговых и логистических помещений;

— разработка и анализ дистрибьюторских соглашений;

— консультации по вопросам антимонопольного законодательства, в частности в отрасли дистрибуции автомобилей и комплектующих;

— консультации по вопросам защиты прав потребителей, а также интеллектуальной и промышленной собственности;

— борьба с серым импортом;

— консультации по вопросам создания совместных предприятий;

— лизинг автомобилей;

— таможенная регуляция;

— обжалование решений органов государственной власти в административном и судебном порядке и т. д.

1. Виды коррозионных и коррозионно-механических разрушений конструкционных материалов, характерные для автомобильной промышленности

Автомобиль может подвергаться как химической коррозии, так и электрохимической. Ярким примером химической коррозии является разрушение выпускного тракта двигателя под воздействием отработавших газов. Также газовая химическая коррозия автомобиля может наблюдаться и в его топливной системе, если в топливных жидкостях присутствуют примеси сероводорода, меркаптанов, элементарной серы и т. д. При этом корродируют металлические вкладыши подшипников.

Но в большинстве случаев, автомобиль все же поддается воздействию электрохимической коррозии, которая поражает больше составляющих частей машины и имеет место только в случаях присутствия на поверхности металла электролита. Исследования доказали, что в атмосферных условиях на поверхности любого металла всегда присутствует пленка влаги. Толщина ее зависит от температуры, влажности воздуха и других показателей.

Любая металлическая поверхность автомобиля является электрохимически неоднородной (некоторые участки имеют разность электродных потенциалов). Поверхность с меньшим значением электродного потенциала (при контакте с электролитом) становится анодной, а с большим — катодной. Каждая пара неоднородных участков образует короткозамкнутый гальванический элемент. Таких работающих гальванических элементов на поверхности автомобиля очень много. При этом идет разрушение только анодных участков. Разность потенциалов может возникать по многим причинам, о которых можно прочитать в статьях, о внешних и внутренних факторах электрохимической коррозии.

Если металлическая поверхность не защищена, то условия для протекания коррозионных процессов есть всегда. Автомобиль может подвергаться местным (коррозия пятнами, точечная, нитевидная, сквозная, межкристаллитная, язвенная, подповерхностная) коррозионным разрушениям.

Коррозия автомобиля, по условиям протекания, подразделяется на:

— коррозию в неэлектролитах (масляная и топливная системы);

— газовую (разрушение выпускной трубы, глушителя, на фасках тарелок выпускных клапанов в камерах сгорания);

— в электролитах (в местах застоя влаги);

— контактную (места контакта металлов с разным электродным потенциалом);

— атмосферная (при хранении, транспортировки и эксплуатации автомобиля);

— щелевая (в зазорах и узких щелях);

— структурная (в местах с неоднородностью состава металла, например, после сварки);

— в условиях трения (наблюдается в узлах трения, где есть коррозионная среда);

— под напряжением (на поверхностях, которые находятся под напряжением);

— биокоррозия (под воздействием микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности).

Коррозионному воздействию подвергаются почти все составные части автомобиля. Чтобы удешевить автомобиль (сделать его более доступным для всех потребителей) производители все чаще и чаще используют для кузова очень тонкий стальной лист. На таких машинах первые коррозионные повреждения (особенно сквозные) появляются уже через 1,5 — 2 года эксплуатации. Большая их часть расположена на внутренних (скрытых) частях кузова. На таких участках образуются зоны застоя влажного воздуха (особенно при высокой влажности воздуха). При охлаждении влага начинает концентрироваться уже на поверхности самого металла. Этот механизм можно представить следующим образом. Нагретый во время движения автомобиль, оставляют на ночь на открытой стоянке. Машина постепенно охлаждается, и ее температура опускается ниже точки росы. Влага, которая содержится в воздухе, оседает сначала на крышу кузова, а потом и на всю поверхность. Когда на поверхности находится пленка влаги — все защитные покрытия испытывают ее разрушительное воздействие. Негативное влияние усиливается примесями воздуха и загрязнениями самого автомобиля, которые переходят во влажную пленку. Для автомобилей, хранящихся на открытом воздухе, наиболее опасное время — утро. Температура воздуха поднимается, и влага начинает потихоньку испаряться. В процессе высыхания в электролите возрастает концентрация вредных веществ. Именно перед полным высыханием на защитно-декоративные покрытия воздействуют довольно агрессивные растворы кислых электролитов.

Очень опасными для автомобиля являются различного рода зазоры, трещины лакокрасочного покрытия, швы контактной сварки кузова и т. п. В них скапливается и застаивается влага. Развивается щелевая коррозия. Кислород, который находится в щели, очень быстро расходуется на протекание коррозионных процессов. В итоге, образуются зоны обедненные кислородом (анод) и с нормальным его доступом (катод). Возникает гальванический элемент.

С окрашенным авто все происходит почти так же само. Во время его эксплуатации покрытие подвергается воздействию различных загрязнений, перепадов температур (порой довольно значительных), солнечной радиации и др. Со временем ЛКП трескается. Именно трещины и являются основными очагами коррозионного разрушения. Кислород может спокойно проникать к самой стали, и со временем стальная поверхность становится анодной. Коррозия стали протекает в сильнощелочной среде. Появившиеся продукты коррозии постепенно разрушают защитно-декоративное покрытие.

Можно сказать, что коррозия кузова автомобиля, как результат совместной работы коррозионно-механического износа, а также электрохимической и химической коррозии, протекает в следующем порядке:

— коррозия кузова автомобиля под лакокрасочным материалом;

— вспучивание покрытия, его шелушение в местах протекания коррозии автомобиля;

— образование сквозных отверстий в кузове автомобиля;

— в результате коррозионных процессов растрескиваются сварные соединения автомобиля;

— разрушение силовых элементов машины, в результате чего теряется жесткость кузова;

— расшатывание дверных петель и потеря жесткости порогов и стоек;

— вследствие перемещения и расшатывания узлов автомобиля, которые присоединяются непосредственно к кузову, нарушается система управления машины.

Многочисленные исследования и опыт показали, что различные детали и узлы автомобиля подвергаются коррозии в разной степени. Это связано с их расположением относительно поверхности дороги, материалом, из которого тот или иной узел изготовлен, конструкцией, вентиляцией, и, конечно же, условиями эксплуатации автомобиля.

Шведский институт коррозии, совместно с одной из авто-фирм, в течение нескольких лет проводили испытания и наблюдения автомобилей. Целью данных исследований было: определить, какие из несущих частей кузова наиболее сильно подвержены коррозионному разрушению, причины возникновении коррозии этих узлов. В осмотрах принимали участие различные модели легковых автомобилей.

По результатам наблюдений, в большей степени подвергаются коррозии следующие элементы: поперечины, стойки, различные опоры (которые находятся под нагрузкой) и кронштейны пружин, лонжероны, двери, днище кузова автомобиля, ниши фар, крылья и бамперы.

Основными причинами разрушения вышеперечисленных частей автомобиля являются: воздействие влаги, дорожной грязи, пыли, выхлопных газов, вредных соединений в воздухе, противогололедных средств (например, соль или песок на дорогах). Отдельной графой можно отметить механические повреждения лакокрасочных и защитных покрытий частичками щебня и гравия.

1.1 Анализ агрессивности сред производства

Агрессивные среды, которые могут наблюдаться в автомобильном производстве — это температура, пыль, влага, дорожная грязь, выхлопные газы, вредные соединения в воздухе, противогололедные средства (например, соль или песок на дорогах).

1.2 Характерные виды коррозии и износа

Коррозия автомобиля, по условиям протекания, подразделяется на:

— коррозию в неэлектролитах (масляная и топливная системы);

— газовую (разрушение выпускной трубы, глушителя, на фасках тарелок выпускных клапанов в камерах сгорания);

— в электролитах (в местах застоя влаги);

— контактную (места контакта металлов с разным электродным потенциалом);

— атмосферная (при хранении, транспортировки и эксплуатации автомобиля);

— щелевая (в зазорах и узких щелях);

— структурная (в местах с неоднородностью состава металла, например, после сварки);

— в условиях трения (наблюдается в узлах трения, где есть коррозионная среда);

— под напряжением (на поверхностях, которые находятся под напряжением);

— биокоррозия (под воздействием микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности).

Виды износа автомобиля

— Независимая экспертиза, оценка ущерба после ДТП

— Оценка рыночной стоимости автомобиля

— Судебная автотехническая экспертиза

— Экспертиза лакокрасочного покрытия

— Трассологическая экспертиза

— Расчет Утраты Товарной Стоимости

— Оценка для нотариуса

— Бесплатная юридическая консультация

— Представление интересов в суде

— Ведение исполнительного производства При проведении оценки транспортных средств для определения их рыночной (или иной) стоимости, а также в ходе проведения автоэкспертизы автомобиля на предмет оценки материального ущерба, оценщик (автоэксперт) рассчитывает износ транспортного средства как объекта оценки. Износ — это потеря стоимости автомобиля в следствии интенсивности его эксплуатации, сроков использования (хранения), а также ввиду развития научно-технического прогресса, приведшего к выпуску более совершенных транспортных средств.

В первую очередь износ подразделяется на:

— устранимый износ, который технически возможно исправить (устранить, снизить и т. д.) и это будет экономически целесообразно;

— неустранимый износ, который нецелесообразно устранять вообще по чисто экономическим соображениям, т.к. расходы на его устранение превысят рыночную стоимость автомобиля как объекта оценки, а также невозможности его устранения ввиду конструктивных особенностей автомобиля.

Для оценки, решающей различные вопросы, износ подразделяется на:

— физический износ — это изменение состояния поверхностей автомобиля, его форм, размеров и т. д., а также химических, физико-механических и электротехнических свойств материалов в процессе эксплуатации транспортного средства, в дорожно-транспортного происшествия и длительного (неправильного) его хранения. Физический износ вызывает частичную или полную потерю потребительских свойств (работоспособности) автомобиля или привлекательности его внешнего вида, и как следствие означает потерю его стоимости. Физический износ — основной показатель для оценки рыночной стоимости транспортного средства и единственный при проведении автоэкспертизы на предмет оценки ущерба;

— естественный (нормальный) физический износ — износ, используемый «по умолчанию» при проведении оценки (автоэкспертизы), т.к. возникает при правильной эксплуатации и хранении автомобиля, рекомендованными заводом-изготовителем;

— аварийный физический износ — износ, возникающий в результате нештатной ситуации (воздействия внешних сил, ДТП и т. п.), а также при нарушении правил эксплуатации (хранении) автомобиля.

1.3 Факторы, ускоряющие коррозию и износ

1) большие радиальные нагрузки — задиры, вмятины на обоймах подшипника и повреждение сепаратора

2)вибрации — износ обойм подшипника и повреждение сепаратора;

3) удары — трещинообразование, выкрашивание и скол;

4) плохое смазывание — смазка под действием вибраций и ударов удаляется из зон контакта, что вызывает задиры, износ, трещинообразование, рост температуры, заклинивание подшипника и повреждение сепаратора;

5) повышенная температура (более 100 °С) — результат действия вибраций, ударов и плохого смазывания; приводит к заклиниванию подшипника и повреждению сепаратора

6) загрязненность атмосферы — пыль, грязь и вода (влага), проникая через неплотности в подшипниковый узел, ускоряют износ трущихся поверхностей, коррозию и заклинивание подшипника;

7) несоосность — усталостные раковины и повреждение сепаратора.

1.4 Выводы и задачи курсовой работы

Проанализировав коррозийные и коррозийно-механические разрушения конструкционных материалов была разработана антикоррозийная защита оборудования в автомобильной отрасли.

2. Разработка антикоррозионной защиты оборудования отрасли

Так как в данной отрасли присутствует не один вид коррозии, то рассмотрим методы защиты от них.

Защита от коррозии представляет комплекс мероприятий, направленных на предотвращение и ингибирование коррозионных процессов, сохранение и поддержание работоспособности узлов и агрегатов машин и оборудования в требуемый период эксплуатации.

Методы защиты металлоконструкций от коррозии основаны на целенаправленном воздействии, приводящем к полному или частичному снижению активности факторов, способствующих развитию коррозионных процессов. Методы защиты от коррозии можно условно разделить на методы воздействия на металл и методы воздействия на среду, а также комбинированные методы.

Среди первых наибольшее распространение получили методы нанесения покрытий постоянного действия и специальной электрохимической и химической обработки поверхностей металлов, из второй группы — методы полной или частичной герметизации с использованием поглотителей влаги (статическая осушка воздуха, очистка окружающей атмосферы от загрязнений, поддержание оптимальных температурных режимов).

При отсутствии желаемого эффекта от раздельного применения методов воздействия на металл и среду прибегают к комбинированным методам, основанным на комплексном воздействии на металл с помощью защитных покрытий и окружающую среду.

Из краткой характеристики методов защиты металлов от коррозии видно, что защитные покрытия весьма распространены и заслуживают более подробного рассмотрения. Покрытия металлов классифицируют по назначению, виду, методу нанесения и времени эксплуатации.

По назначению покрытия подразделяют на защитные, декоративные и специальные. Назначение и существо защитных покрытий вытекает из самого названия — защищать поверхности от агрессивного действия окружающей среды в реальных условиях эксплуатации машин и оборудования. Декоративные покрытия применяют с целью придания изделию соответствующего внешнего вида, цвета, маскировочных или информационных свойств.

Специальные покрытия обеспечивают физико-механические и другие эксплуатационные свойства поверхностей (твердость, износоустойчивость, термостойкость, электропроводность, оптические свойство и т. п.).

Как правило, покрытия выполняют одновременно несколько функций и поэтому деление их носит условный характер. Так, декоративные покрытия одновременно выполняют и защитные функции, а специальные покрытия почти всегда обладают определенными защитными и декоративными свойствами.

По виду (исходя из физико-механических свойств и природы) покрытия делят на неорганические, органические и комбинированные.

К неорганическим покрытиям т металлические и неметаллические покрытия (конверсионные, стеклоэмалевые и др.). Металлопокрытия по объему применения в эксплуатации несколько уступают лакокрасочным покрытиям (ЛКП). Благодаря развитию электрохимии созданы металлические покрытия, обеспечивающие высокоэффективную долговременную защиту конструкций машин от коррозии. Наиболее часто используют цинковые, кадмиевые, никелевые, медные, хромовые, оловянные, серебряные покрытия, а также покрытия сплавами. Из неметаллических в технике нашли применение конверсионные покрытия (фосфатные, оксидные, оксидифосфатные, хроматные).

Достоинство ЛКПприемлемость их для защиты любых конструкций независимо от размеров и материала основы; возможность механизации и автоматизации процесса нанесения; восстанавливаемость в эксплуатации; малый расход материала на единицу площади и низкая стоимость по сравнению с другими видами защитных покрытий.

Защитные свойства ЛКП зависят от сплошности и плотности пленки, изолирующей поверхность металла от окружающей среды, а также характера взаимодействия ЛКП с поверхностью металла.

Для защиты металла от коррозии в сильно агрессивных средах применяют многослойные ЛКП. Защитные свойства ЛКП могут быть усилены введением в их состав компонентов, обладающих ингибиторными свойствами.

ЛКП — разновидность более общей группы полимерных покрытий, которые имеют комплексный механизм защиты (адгезионный, электрохимический, биоцидный в различных комбинациях). Такие покрытия характеризуются большой плотностью, отсутствием пор и капилляров, химической стойкостью, достигаемой за счет подбора соответствующего полимерного материала, долговечностью, возможностью получения толщин покрытия до нескольких миллиметров, технологичностью процесса нанесения покрытия.

По периоду эксплуатации покрытия бывают постоянными, временными и периодически возобновляемыми.

Первые обычно наносят при изготовлении деталей машин. Временные покрытия применяют для защиты деталей при межоперационном хранении и на стадии производства и ремонта. Восстановление покрытий возможно в период ремонтно-технического обслуживания. Такие покрытия относят к периодически возобновляемым.

По методу нанесения защитные покрытия делят на физические, электрохимические и химические.

К физическим относят покрытия, полученные методами конденсации, плакирования, диффузии, механическими, катодного распыления, металлизации, вжигания, горячей обработки. В производстве металлоконструкций их используют ограниченно (за исключением метода плакирования и механического).

К электрохимическим относят покрытия электролитические на катоде, анодного оксидирования (анодирования). Они получили широкое распространение, хотя имеют существенные недостатки из-за несовершенства используемых растворов. Самый крупный недостаток катодного восстановления — неравномерность покрытия по поверхности детали сложной конфигурации.

Химические методы нанесения покрытий лишены этого недостатка, однако по производительности уступают электрохимическим.

2.1 Выбор коррозионностойких материалов

Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низкои среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12% (см. табл.). При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицательным.

Наибольшая коррозионная стойкость сталей достигается после соответствующей термической и механической обработки. Так, для стали 12X13 лучшая коррозионная стойкость достигается после закалки в масле (1000 — 1100 °С), отпуска (700−750 °С) и полировки. Эта сталь устойчива в слабоагрессивных средах (вода, пар). Сталь 40X13 применяют после закалки в масле с температурой 1000−1050 °С и отпуска (180−200 °С) со шлифованной и полированной поверхностью. После термической обработки эта сталь обладает высокой твердостью (НRС52−55).

Более коррозионностойкая (в кислотных средах) сталь 12X17. Для изготовления сварных конструкций эта сталь не рекомендуется в связи с тем, что при нагреве ее выше 900−950 °С и быстрого охлаждения (при сварке) происходит обеднение периферийной зоны зерен хромом (ниже 12%). Это объясняется выделением карбидов хрома по границам зерен, что приводит к межкристаллитной коррозии.

Межкристаллитная коррозия — особый, очень опасный вид коррозионного разрушения металла по границам аустенитных зерен, когда электрохимический потенциал пограничных, участков аустенитных зерен понижается вследствие обеднения хромом и при наличии коррозионной среды границы зерен становятся анодами.

Для предотвращения этого вида коррозии применяют сталь, легированную титаном 08X17Т. Сталь 08Х17Т применяют для тех же целей, что и сталь 12X17, а также и для изготовления сварных конструкций.

Хромоникелевые стали содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к аустенитному классу. Для получения однофазной структуры аустенита сталь (например, 12Х18Н9) закаливают в воде при температуре 1100−1150 °С; при этом достигается наиболее высокая коррозионная стойкость при сравнительно невысокой прочности. Для повышения прочности сталь подвергают холодной пластической деформации и применяют в виде холоднокатаного листа и ленты для изготовления различных деталей.

Сталь 12Х18Н9 склонна, как и хромистая сталь ферритного класса, к межкристаллитной коррозии при нагреве. Причины возникновения межкристаллитной коррозии те же — обеднение периферийной зоны зерен хромом (ниже 12%) вследствие выделения из аустенита карбидов хрома. Для предотвращения межкристаллитной коррозии сталь легируют титаном, например сталь 12Х18Н9Т, или снижают содержание углерода, например сталь 04Х18Н10.

Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют большую коррозионную стойкость, чем хромистые стали, их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в автомобилестроении, транспортном машиностроении в строительстве.

Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем. Например, сталь 10Х14Г14Н3 рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю применяют для тяжело нагруженных деталей. Сталь аустенитно-ферритного класса 08Х21Н6М2Т применяют для изготовления деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной агрессивности — уксуснокислых, сернокислых, фосфорнокислых. Разработаны марки высоколегированных сталей на основе сложной системы Fе — Cr — Ni — Мо — Сu — С. Коррозионная стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в некоторых агрессивных средах очень велика. Например, в 80%-ных растворах серной кислоты. Такие стали широко используют в химической, пищевой, автомобильной и других отраслях промышленности.

Коррозионностойкие материалы, обладают повышенной стойкостью к коррозии; применяются для изготовления деталей, узлов, аппаратов и конструкций, работающих в коррозионноактивных средах без дополнительных мер защиты от коррозии. К коррозионностoйким материалам относят собственно коррозионностoйкие материалы, а также антикоррозионные материалы. В зависимости от природы материала коррозионностoйкие материалы подразделяют на металлические и неметаллические. Последние используют в качестве конструкционных, футеровочных, обкладочных и прослоечных материалов, лакокрасочных покрытий и композиций. К металлическим коррозионностoйким материалам относят коррозионностойкие сплавы, биметаллические материалы, композиционные материалы с металлической матрицей.

К коррозионностойким материалам относятся, например, нержавеющие стали, графит, кварцевое стекло, фторопласты.

Неопрен — это химически инертный материал, который находит свое применение в промышленности для изготовления прокладок, сальников, шлангов и коррозионностойких покрытий, также он может использоваться как звукоизоляционный материал. Горючесть неопрена ниже, чем у резины сделанной только с использованием углеводородного сырья. В автомобильной промышленности из неопрена делаются различные трубки, шланги, прокладки, уплотнительные кольца, а также средства гашения вибраций и шумоподавления.

Марки сталей, разработанные для производства подготовленных к окраске кузовов, помогают конструкторам и инженерам усовершенствовать каждый автомобиль, начиная от повышения безопасности и заканчивая снижением расхода топлива.

Использование высокопрочных и сверхвысокопрочных сталей позволяет уменьшить собственный вес изделия, не снижая при этом его безопасности. Автомобили становятся не только легче, но и экологически безопаснее благодаря снижению потребления топлива и меньшим выбросам углекислого газа (CO₂).

Автомобили, изготовленные с применением инновационных сверхпрочных сталей, показывают прекрасные результаты при проведении краш-тестов, а коррозионно-стойкие металлические покрытия обеспечивают более долгий срок службы машины.

Передний лонжерон

Главная функция — максимальная амортизация удара при лобовых столкновениях, а также обеспечение общей жесткости трансмиссии.

Рекомендуемые марки стали:

· Litec 600DP и 800DP

· (HX460LAD)

Пороги

Обеспечивают амортизацию удара и защиту пассажиров при боковых и лобовых столкновениях.

Рекомендуемые марки стали:

· Litec 800DP или 1000DP

· Boron 22MnB5

Стойки и продольные брусы

Обеспечивают амортизацию удара и защиту пассажиров при боковых и лобовых столкновениях, а также общую жесткость конструкции крыши.

Рекомендуемые марки стали:

· Litec 800DP или 1000DP

· Boron 22MnB5

Поперечные балки

Обеспечивают амортизацию удара и защиту пассажиров при боковых и лобовых столкновениях.

Рекомендуемые марки стали:

· Litec 800DP или 1000DP

· Boron 22MnB5

Задний лонжерон

Главная функция — максимальная амортизация удара при заднем столкновении.

Рекомендуемые марки стали:

· Litec 600DP и 800DP

· (HX460LAD)

2.2 Выбор химстойких неметаллических материалов

Химическая стойкость стекла — это способность стекла противостоять разрушающему действию воды, растворов солей, влаги и газов атмосферы.

Химическая стойкость керамики определяется свойствами корродиента, химическим составом и микроструктурой керамики, а также условиями процесса коррозии, особенно происходящими на границе керамики с агрессивной средой.

Понятие неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов таких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др.

Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы. Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов.

К неметаллическим материалам относятся полимерные материалы органические и неорганические: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика.

Такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Они находят все большее применение в различных отраслях машиностроения.

Состав и свойства пластмасс

Обязательным компонентом пластмассы является связующее вещество. В качестве связующих для большинства пластмасс используют синтетические смолы, реже применяют эфиры целлюлозы.

Другим важным компонентом пластмасс является наполнитель (порошкообразные, волокнистые и другие вещества). Наполнители повышают механические свойства, снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства.

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонентов, их сочетания и количественного отношения, что позволяет изменять характеристики пластиков в достаточно широких пределах.

Термопластичные пластмассы В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы.

Неполярные термопластичные пластмассы. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт-4.

Полиэтилен — продукт полимеризации бесцветного газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам.

Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость материала. Он химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей. Недостаток его подверженность старению.

Применяют для изготовления труб, пленок, литых и прессованных несиловых деталей.

Полипропилен является производной этилена. Это жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свойствами. Нестабильный полипропилен подвержен быстрому старению. Недостаток полипропилена его невысокая морозостойкость (от -10 до -20°С.

Полистирол — твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензине. Недостаток его невысокая теплостойкость, склонность к старению и образованию трещин.

Из полистирола изготавливают детали для радиотехники, телевидения и приборов, сосуды для воды и многое другое.

Фторопласт-4 является аморфно-кристаллическим полимером. Разрушение материала происходит при температуре выше 415 °C. Он стоек к воздействию растворителей, кислот, щелочей и растворителей, не смачивается водой. Недостатки хладотекучесть.

Применяют для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, мембран, уплотнительных прокладок, манжет и др.

Полярные термопластичные пластмассы.

Фторопласт-3 — полимер трифторхлортилена. Его используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того из него изготавливают трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.

Органическое стекло — это прозрачный аморфный термопласт на основе сложный эфиров акриловой и метакриловой кислот. Материал более чем в 2 раза легче минеральных стекол, отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен. Недостатки невысокая поверхностная твердость.

Применяют для изготовления штампов, литейных моделей и абразивного инструмента.

Поливинилхлорид является аморфным полимером. Пластмассы имеют хорошие электроизоляционные характеристики, стойки к химикатам, не поддерживают горение, атмосферостойки., имеют высокую прочность и упругость.

Изготавливают трубы, детали вентиляционных установок, теплообменников, строительные облицовочные плитки.

Полиамиды — это группа пластмасс с известными названиями капрон, нейлон, анид и др. Они продолжительное время могут работать на истирание, ударопрочны, способны поглощать вибрацию. Стойки к щелочам, бензину, спирту, устойчивы в тропических условиях.

Из них изготавливают шестерни, подшипники, болты, гайки, шкивы и др.

Полиуретаны в зависимости от исходных веществ, применяемых при получении, могут обладать различными свойствами, быть твердыми, эластичными и даже термореактивными.

Полиэтилентерефталат — сложный полиэфир, в России выпускается под названием лавсан, за рубежом — майлар, терилен. Из лавсана изготавливают шестерни, кронштейны, канаты, ремни, ткани, пленки и др.

Термостойкие пластики.

Ароматический полиамид — фенилон. Из фенилона изготавливают подшипники, зубчатые колеса, детали электрорадиопередатчиков.

Полибензимидазолы являются ароматическими гетероциклическими полимерами. Обладают высокой термостойкостью, хорошими прочностными показателями. Применяют в виде пленок, волокон, тканей специальных костюмов.

Термореактивные пластмассы Пластмассы с порошковым наполнителями (волокниты, асбоволокниты, стеловолокниты). Волокниты представляют собой композиции из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного фенолоформальдегидными связующими. Применяют для изготовления деталей работающих на изгиб и кручение. Асбоволокниты содержат наполнителем асбест, связующее фенолоформальдегидная смола. Из него получают кислотоупорные аппараты, ванны и трубы.

Слоистые пластмассы (гетинакс, текстолит, древеснослоистые пластики, асботесолит) являются силовыми конструкционными о поделочными материалами. Листовые наполнители придают пластику анизотропность. Материалы выпускают в виде листов, плит, труб, заготовок, из которых механической обработкой получают различные детали.

Газонаполненные пластмассы Представляют собой гетерогенные дисперсные системы, состоящие из твердой и газообразной фаз.

Пенопласты — материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окружающей среды тонкими слоями полимерного связующего. Обладают хорошей плавучестью и высокими теплоизоляционными свойствами.

Применяют для теплоизоляционных кабин, контейнеров, приборов, холодильников, рефрижераторов, труб и т. п. Мягкие и эластичные пенопласты применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок.

Сотопласты Изготавливают из тонких листовых материалов. Для них характерны достаточно высокие теплоизоляционные, электроизоляционные свойства и радиопрозрачность.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей

Карбоволокниты представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон). Они сохраняют прочность при очень высоких температурах, а также при низких температурах.

Эпоксифенольные карбоволокниты КМУ-1л, упрочненный углеродной лентой, и КМУ-1у на жгуте могут длительно работать при температуре до 200 °C.

Карбоволокниты отличаются высоким статическим и динамическим сопротивлением усталости, водои химически стойкие.

КМУ-1л — плотность 1.4т/м3, удельная жесткость 8.6*103км, ударная вязкость 50кДж/м2.

Бороволокниты

Они представляют собой композиции полимерного связующего и упрочнителя — борных волокон. Отличаются высокой прочностью при сжатии, сдвиге и срезе, низкой ползучестью, теплопроводностью и электропроводимостью.

Бороволокниты КМБ-1 и КМБ-1к предназначены для длительной работы при температуре 200 °C.

Изделия из бороволокнита применяют в авиационной технике.

КМБ-1к — плотность 2.0т/м3, удельная жесткость 10.7*103км, ударная вязкость 78кДж/м2.

Органоволокниты Представляют собой композиционные материалы, состоящие из полимерного связующего и упрочнителей в виде синтетических волокон. Они устойчивы в агрессивных средах и во влажном тропическом климате; диэлектрические свойства высокие, а теплопроводность низкая.

Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости.

Резиновые материалы

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) каучука и серы с различными добавками.

Резина отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку — главному исходному материалу резины. Для резиновых материалов характерна высокая стойкость к истиранию, газои водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

Резины общего назначения К группе резин общего назначения относятся вулканизаторы неполярных каучуков — НК, СКБ, СКС, СКИ:

НК — натуральный каучук. Для получения резины НК вулканизируют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочностью, водои газонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами.

НК — плотность каучука 910−920кг/м3, предел прочности 24−34МПа, относительное удлинение 600−800%, рабочая температура 80−130°С.

СКБ — синтетический каучук бутадиеновый. Каучуки вулканизируют аналогично натуральному каучуку.

СКБ — плотность каучука 900−920кг/м3, предел прочности 13−16МПа, относительное удлинение 500−600%, рабочая температура 80−150°С.

СКС — бутадиен-стирольный каучук (СКС-10, СКС-30, СКС-50) — это самый распространенный каучук общего назначения.

СКС — плотность каучука 919−920кг/м3, предел прочности 19−32МПа, относительное удлинение 500−800%, рабочая температура 80−130°С.

СКИ — синтетический каучук изопреновый. Из этих резин изготавливают шины, ремни, рукава, различные резинотехнические изделия.

СКИ — плотность каучука 910−920кг/м3, предел прочности 31.5МПа, относительное удлинение 600−800%, рабочая температура 130 °C.

Резины специального назначения Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового, СКН и тиокола.

Наирит, резины на его основе обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, износостойкостью, устойчивы к действию топлива и масел.

Наитрит — плотность каучука 1225кг/м3, предел прочности 20−26.5МПа, относительное удлинение 450−550%, рабочая температура 100−130°С.

СКНбутадиеновый каучук (СКН-18, СКН-26, СКН-40). Резины на его основе применяют для изготовления ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых изделий.

СКН — плотность каучука 943−986кг/м3, предел прочности 22−33МПа, относительное удлинение 450−700%, рабочая температура 100−177°С.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ — синтетический каучук теплостойкий. В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую стойкость, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.

СКТ — плотность каучука 1700−2000кг/м3, предел прочности 35−80МПа, относительное удлинение 360%, рабочая температура 250−325°С.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования.

Существует еще ряд различных видов резин специального назначения.

Общие сведения, состав и классификация резин

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку — главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы. При комнатной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Модуль упругости лежит в пределах 0,1 — 1 кгс/мм2, т. е. он в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем для других материалов. Особенностью резины является ее малая сжимаемость (для инженерных расчетов резину считают несжимаемой); коэффициент Пуассона равен 0,4 — 0,5, тогда как для металла эта величина составляет 0,25 — 0,30. Другой особенностью резины как технического материала является релаксационный характер деформации. При комнатной температуре время релаксации может составлять-10 ~ 4 с и более. При работе резины в условиях многократных механических напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на внутреннее трение (в самом каучуке и между молекулами каучука и частицами добавок); это трение преобразуется в теплоту и является причиной гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей (например, шин) вследствие низкой теплопроводности материала нарастание температуры в массе резины снижает ее работоспособность.

Кроме отмеченных особенностей для резиновых материалов характерны высокая стойкость к истиранию, газои водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

В результате совокупности технических свойств резиновых материалов их применяют для амортизации и демпфирования, уплотнения и герметизации в условиях воздушных и жидкостных сред, химической защиты деталей машин, в производстве тары для хранения масел и горючего, различных трубопроводов (шлангов), для покрышек и камер колес самолетов, автотранспорта и т. д. Номенклатура резиновых изделий насчитывает более 40 000 наименований.

Клеящиеся материалы и герметики

Общие сведения Клеи и герметики относятся к пленкообразующим материалам и имеют много общего с ними.

Эти растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность. После высыхания образуют прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

Конструкционные смоляные и резиновые клеи Смоляные клеи. В качестве пленкообразующих веществ этой группы клеев применяют термореактивные смолы, которые отверждаются в присутствии катализаторов и отвердителей при нормальной или повышенной температуре.

Клеи на основе модифицированных фенолоформальдегидных смол. Эти клеи применяют преимущественно для склеивания металлических силовых элементов, конструкций из стеклопластика.

Фенолкаучуковые композиции являются эластичными теплостойкими пленками с высокой адгезией к металлам (ВК-32−200, ВК-3, ВК-4, ВК-13 и др.).

Полиуретановые клеи. Композиции могут быть холодного и горячего отверждения. Клеи обладают универсальной адгезией, хорошей вибростойкостью и прочностью при неравномерном отрыве, стойкостью к нефтяным топливам и маслам.

Помимо этих видов клев существует множество других.

Неорганические клеи

Эти клеи являются высокотемпературными.

Керамические клеи являются тонкими суспензиями оксидов щелочных металлов в воде. Такие клеи наносятся на склеиваемые поверхности, подсушиваются, а затем при небольшом давлении нагреваются до температуры плавления компонентов и выдерживаются в течение 15−20мин.

Силикатные клеи. Жидкое стекло обладает клеящей способностью, им можно склеивать стекло, керамику, стекло с металлом.

Герметики

Герметики применяют для уплотнения и герметизации клепанных, сварных и болтовых соединений, топливных отсеков и баков, различных металлических конструкций, приборов, агрегатов.

Тиоколовые герметики применяют в авиационной и автомобильной промышленности, в судостроении, для строительной техники. У них высокая адгезия к металлам, древесине, бетону. Они стойки к топливу и маслам.

Эпоксидные герметики могут быть холодного и горячего отверждения; работают в условиях тропической влажности, при вибрационных и ударных нагрузках; применяются для герметизации металлических и стеклопластиковых изделий.

Неорганические материалы

Графит

Графит является одной из аллотропических разновидностей углерода. Это полимерный материал кристаллического пластинчатого строения.

Графит не плавится при атмосферном давлении. Графит встречается в природе, а также получается искусственным путем.

Пиролитический графит получается из газообразного сырья. Его наносят в виде покрытия на различные материалы с целью защиты их от воздействия высоких температур.

Неорганическое стекло

Неорганическое стекло следует рассматривать как особого вида затвердевший раствор — сложной расплав высокой вязкости кислотных и основных оксидов.

Механические свойства стекла характеризуются высоким сопротивлением сжатию (500−2000МПа), низким пределом прочности при растяжении (30−90МПа) и изгибе (50−150МПа). Более высокие механические характеристики имеют стекла бесщелочного состава и кварцевые.

Керамические материалы

Керамика неорганический материал, получаемый отформованных масс в процессе высокотемпературного обжига.

Керамика на основе чистых оксидов. Оксидная керамика обладает высокой прочностью при сжатии по сравнению с прочностью при растяжении или изгибе; более прочными являются мелкокристаллические структуры. С повышением температуры прочность керамики понижается. Керамика из чистых оксидов, как правило, не подвержена процессу окисления.

Бескислородная керамика. Материалы обладают высокой хрупкостью. Сопротивление окислению при высоких температурах карбидов и боридов составляет 900−1000°С, несколько ниже оно у нитридов. Силициды могут выдерживать температуру 1300−1700°С (на поверхности образуется пленка кремнезема).

Каучуки

Каучуки — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цисполимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (разновидности одуванчика) и других растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур. Это придает каучуку высокую эластичность в широком интервале температур. Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1% добываемого натурального каучука (резиновый клей). Более 60% натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин. В промышленных масштабах натуральный каучук производится в Индонезии, Малайзии, Вьетнаме.

Синтетические каучуки

Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу С. В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия), однако из-за невысоких механических качеств нашёл ограниченное применение.

В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна».

Изопреновые каучуки — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.

В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.

Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовым в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) — полимеры 2-хлорбутадиена.

В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы — полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.

Первой страной, наладившей масштабное производство синтетического каучука, стал СССР. В 1931 году был построен опытный завод в Ленинграде. 1][2]. 7 июля 1932 года был запущен первый промышленный завод по производству синтетического каучука — ярославский СК-1; в этот день была получена первая в мире промышленная партия синтетического (натрий-бутадиенового) каучука. В 1932 году в СССР строились три крупных завода по производству синтетического каучука: СК-1 в Ярославле, СК-2 в Воронеже (запущен осенью 1932 года) и СК-3 в Ефремове (запущен в 1933 году). В 1932 году начал производить синтетический каучук завод «Красный Треугольник».

Основные типы синтетических каучуков:

· Изопреновый

· Бутадиеновый каучук

· Бутадиен-метилстирольный каучук

· Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)

· Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)

· Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)

· Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)

· Силоксановый каучук

· Фторкаучуки

· Тиоколы

Виды древесины

Среди деревьев можно найти для художественных отделочных работ древесину всех без исключения теплых цветов с безграничным количеством оттенков. В подмосковных лесах преобладают деревья с белой, светлой древесиной, за исключением невзрачной на первый взгляд серой ольхи, древесина которой на срезе буровато-желтая. Светлая окраска характерна для березы, ели, осины, липы, клена, пихты, граба, черемухи, боярышника, карельской березы, ясеня. Бурую древесину с желтыми, коричневато-красными оттенками имеют тополь, кедр, вяз, бук, лиственница, рябина, акация. Коричневая древесина с желтыми и красными оттенками свойственна дубу, сосне, яблоне, черешне, ореху, бархатному дереву, кипарису, туе, можжевельнику. Красная древесина у тиса. Розовая — у сливы, фиолетовая — у сирени, черная — у мореного дуба (эта последняя, хотя и естественно, но приобретенная окраска).