Исследование и выбор материалов электрических контактов

Сурьма и мышьяк – вредные  примеси. Они резко ухудшают обрабатываемость сплавов давлением.

Фосфор и кадмий – также являются вредными, так как они резко снижают механические, физические и технологические свойства сплавов.

Добавки кальция, бора и циркония в  количестве до 0,05 – 0,1% несколько увеличивают пластичность.

5. Характеристики сплава 546

Сплав МНАХМц20-4-3-4 (ВТУ СМО-03 № 49-64) (Камелон) – дисперсионно-твердеющий сплав, относящийся к медно-никелевым сплавам. Обладает высокими упругими и механическими свойствами, имеет предельную прочность до 125 кГ/мм и твердость до 400 кГ/мм. Жаропрочный, электро- и теплопроводный сплав. Может работать в условиях тропического климата и при повышенных температурах до -f250°C. Заменяет бериллиевые бронзы.

Выпускается лентами толщиной от 0.08 до 2 мм.

Марка:	Сплав МНАХМц20-4-3-4 (Сплав 546; Камелон)
Классификация:	Медно-никелевый сплав
Применение:	для изготовления сортового и полосового проката; деталей звуковых головок; пружин и деталей, работающих при  температурах до +300 °С.

Некоторые свойства МНАХМц после термомеханической обработки (закалка + деформация  + старение).

Основные свойства	Сплав
	№ 546 (Камелон) МНАХМц
Твердость	360-420
Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	1200-1500
Предел текучести, σ 0,2 ,МПа	1000-1300
Предел упругости при изгибе, σ е 0,005, МПа	900-1200
Релаксация напряжений, % за 150 час при σ о = σ е 0,005 при температурах испытаний: + 20 °С + 100 °С + 150 °С + 200 °С + 250 °С	0 0 0,5 2,0 3,0
Циклическая стойкость, число  циклов при σ исп = 600 МПа	2х10 5

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчетная  часть.

Расчет на прочность производят с учетом коэффициентов запаса прочности  или по номинальным допускаемым  напряжениям.

В процессе расчета различают номинальные (условные, установленные нормами  эксплуатации) и расчетные (статические) нагрузки. Выбор коэффициента запаса прочности – весьма ответственная задача. Для деталей из хрупких материалов, работающих в условиях постоянных напряжений, его принимают относительно предела прочности большим, порядка 3 и выше. Для деталей из пластических материалов, работающих в тех же условиях, его принимают относительно предела текучести равным 1.2-1.5. При расчете деталей на усталость запас прочности берут по отношению к пределу выносливости и принимают 1.3- 2.5.

Поверхностная прочность.

Работоспособность многих деталей  ограничивается недостаточной прочностью поверхностей в месте их соприкосновения. Характер сопряжения деталей в этих случаях отличается тем, что передаваемые им по ограниченной малой поверхности  даже небольшие нагрузки вызывают в  зоне контакта большие контактные напряжения. Теоретически контакт таких деталей  до нагружения является точечным или  линейным. После приложения нагрузки характер соприкосновения изменяется и происходит уже не в точке  или по линии, а по ограниченной и  относительно малой площадке. В основе решения контактной задачи лежат  следующие предпосылки: материалы  соприкасающихся тел однородны  и изотропны; площадка контакта весьма мала по сравнению с поверхностями  соприкасающихся тел; действующие  усилия направлены нормально к поверхности  соприкосновения тел; нагрузки, приложенные  к телам, создают в зоне контакта только упругие деформации.

В реальных устройствах формы контактирующих поверхностей деталей могут быть представлены площадками контакта в  форме круга, эллипса и площадкой, ограниченной параллельными прямыми (рисунок 3). Площадка в форме круга образуется при сжатии сферических поверхностей деталей или сферы плоскостью (рисунок 3-а). Наибольшее напряжение , от которого зависит прочность поверхности, находится в центре площадки. Оно уменьшается до нуля на окружности радиусом а, ограничивающим площадку контакта (рисунок 3-б). Принято, что уменьшение напряжений происходит по сфере.

а	б
Рисунок 3.

 

Замкнутое состояние контактов.

При замкнутых контактах поверхности  контактных тел прижимаются друг к другу с некоторым усилием. Замкнутое состояние характеризуется  искажением параметров цепи из-за нестабильности сопротивления, емкости и индуктивности  в месте контактирования. Поэтому  основное требование к контактам  в этом состоянии – ограничение  этих искажений. При определении  активного сопротивления в контактной области необходимо учитывать, что  контакт между двумя телами происходит не по всей поверхности соприкосновения, а лишь на отдельных участках. Сумма  площадей этих участков получила название эффективной поверхности. Соприкасающиеся  поверхности покрыты газовыми, окисными и жировыми пленками.                                     

В первый момент соединения контактов  в соприкосновение вступают микровыступы (рисунок 4-а).

Газовая и поверхностная пленки еще не разрушены.

При увеличении силы сжатия F контактов происходит уменьшение толщины газовых пленок. Микровыступы упруго деформируются (рисунок 4-б). При дальнейшем увеличении F в некоторых местах происходит выдавливание газовой пленки. Химические поверхностные пленки разрушаются. Возникают участки чисто металлического контакта (рисунок 4-в).

Одновременно в контакте имеются  участки  , разделенные газовым промежутком, и участки у, сообразованные поверхностными химическими пленками с квазиметаллической проводимостью (пленки – полупроводники с большим удельным сопротивлением) и пленками с изолирующими свойствами. При контакте по плоскости металлические и квазиметаллические участки распределены почти равномерно. При контакте в точке в центре зоны контактирования находятся участки с металлической поверхностью, а участки с квазиметаллической поверхностью находятся на границах зоны. Плотность тока на участках металлической проводимости достигает 10⁵ А/мм².