Химический состав, свойства и применение латуней в автомобилестроении

Вариант 12

 

Вопрос 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 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:

 

,

(2.1)

 

где: - площадь поперечного сечения образца в месте надреза.

 

,

(2.2)

 

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:

 

,

(2.3)

 

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.

 

Вопрос 3

На полученную с нефтебазы пластичную смазку марки  ШРБ-4 был выдан паспорт:

 

Показатели  качества		Ед. изм.	Значения показателей
1	Содержание  воды	%	0.08
2	Температура каплепадения	ºС	225
3	Коллоидная  стабильность	%	13
4	Предел прочности  при 20 ºС	Па с	150
5	Вязкость при 0 ºС и 10 с-1	Па с	170

 

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

 

Показатели качества		Ед. изм.	Значения показателей по ГОСТ (ТУ)
1	Температура каплепадения	ºС	не ниже 230
2	Пенетрация при 25 ºС, ×10-1	мм	265-295
3	Предел прочности при 20 ºС	Па·с	200
4	Вязкость при 0 ºС и 10 с-1	Па·с	не более 80
5	Коллоидная стабильность	%	не более 10

 

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.