Прочность склеивания

Цементация (насыщение углеродом поверхностного слоя с последующей закалкой) — длительный и дорогой процесс. Однако она обеспечивает очень высокую твердость (HRC 58. . .63). При закалке после цементации форма зуба искажается, а поэтому требуются отделочные операции. Для цементации применяют низкоуглеродистые стала простые (сталь 15 и 20) и легированные (20Х, 12ХНЗА и др.). Легированные стали обеспечивают повышенную прочность сердцевины и этим предохраняют продавливание хрупкого поверхностного слоя при перегрузках. Глубина цементации около 0,1. . .0,15 от толщины зуба, но не более 1,5. . .2 мм.

Назначение — элементы трубных соединений, штуцера, вилки и другие детали котлотурбовтроения, работающие при температурах от —40 до 425 °С; после цементации и цианирования — детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины (крепежные детали, оси, рычаги и др. детали).

Назначение — без термообработки или после нормализации — патрубки, штуцера, вилки, болты, фланцы, корпуса аппаратов и другие детали из кипящей стали, работающие от —20 до 425 С; после цементации и цианирования — детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины (оси, крепежные детали, пальцы, звездочки и другие).

Наряду с величиной отбела важна и другая его характеристика - твердость. Углерод при повышенном содержании снижает прочность сердцевины. Содержание углерода в чугуне для валков холодной прокатки, когда необходима высокая твердость поверхности, рекомендуется поддерживать в пределах 3 - 3,5%. В чугуне для сортопрокатных валков, калибры которых вытачиваются, содержание углерода несколько ниже (2,7 - 3%), что обеспечивает более высокие свойства сердцевины и большую глубину отбела. Глубокий слой отбела необходим, чтобы избежать его прорезания при механической обработке и шлифовке.

До сих пор речь шла о требованиях, которым должна удовлетворять поверхность раздела для эффективной передачи нагрузки между матрицей и волокнами. Еще одно важное требование заключается в том, что появление поверхности раздела не должно уменьшать вклад волокон в общую прочность композита. Последнее требование, вообще говоря, предусматривает неизменность собственной прочности волокон при образовании композита, хотя и допускает изменение прочности извлеченных волокон. Это кажущееся противоречие может быть разрешено, если рассмотреть различие между поведением волокон и матрицы, взаимодействующих в композите, и их индивидуальным поведением. Например, титан и бор, как показано выше, образуют истинный композит, если реакция между ними не достигает критического уровня развития. Однако извлеченные волокна бора явно разупрочнены, так как берега трещин в образовавшемся при реакции покрытии из ди-борида титана больше не поддерживаются матрицей. В то же время собственная прочность сердцевины волокна, состоящей из бора, очевидно, не меняется. Хороший пример этого рассмотрен в гл. 4, где показано, что в полностью разупрочненных композитах алюминий — бор каждое волокно бора окружено толстым слоем диборида алюминия. Прочность извлеченных волокон меньше, чем в композите; однако после стравливания слоя диборида алюминия с извлеченных волокон бора их прочность примерно удваивается, практически достигая первоначального значения.

приведен в табл. 1 па стр. 236. В нек-рых случаях (напр., при изготовлении цемен-200 тированных зубчатых колес) содержание в стали С повышают до 0,25—0,30%. Это обеспечивает большую прочность сердцевины, позволяет уменьшить глубину цементированного слоя, а сле-

Детали металлоконструкций, малоответственные детали, не подвергающиеся термической обработке (втулки, вкладыши, рычаги, стержни, болты, гайки, хомуты), цементируемые и цианируемые детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины, валы, поршни, пальцы маломощных двигателей, толкатели, зубчатые колеса, червяки

Цементируемые стали с повышенной прочностью по сравнению с аналогичными углеродистыми сталями. По сравнению с хромоникелевыми цементируемыми сталями имеют несколько пониженную вязкость и примерно одинаковую прочность сердцевины

Цементуемые и цианируемые детали, от которых требуются высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины: валики, поршневые пальцы, толкатели, шестерни, червяки и т. д. Детали, изготовляемые холодной штамповкой при требовании глубокой вытяжки

В горячекатаном состоянии •— в сварных, клепаных и болтовых конструкциях повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонатруженных деталей: валы, оси, шестерни, втулки, вкладыши, рычаги, гайки, шайбы, серьги, хомуты, червяки и другие детали как в термически необработанном, так и в улучшенном состояниях. Цементуемые и цианируемые детали, от которых требуются высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины: валики, поршневые пальцы, упоры, толкатели, шестерни, червяки и т. д.

После цементации и цианирования: втулки, ушки, коромысла клапана крана автомобиля, оси звеньев цепи, вкладыши и другие детали, от которых требуются высокая поверхностная твердость и низкая прочность сердцевины

КЛЕЙ — природные или синтетич. вещества, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи (см. Адгезия) клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов. По физ. состоянию К. представляют собой жидкости различной вязкости (жидкие мономеры, р-ры, суспензии, эмульсии), плёнки, порошки или прутки, расплавляемые перед употреблением и наносимые на горячие поверхности. По природе осн. компонента различают К. неорганич., органич. или элементоорганические. К неорганич. К. относятся жидкие стёкла (водные р-ры силиката натрия и калия) и клеи-фритты (водные суспензии композиций, содержащих окислы щелочных и щёлочноземельных металлов). Жидкие стёкла применяют для склеивания целлюлозных материалов, клеи-фритты — для склеивания металлов и керамики. К органич. К. относят композиции на основе природных и синтетич. полимеров. В произ-ве К. на основе природных полимеров используют вещества животного происхождения — продукты переработки мездры, костей и чешуи (коллаген), крови (альбумин) и молока (казеин), растит, происхождения — камеди, смолы, крахмал, декстрин, натур, каучук, гуттаперчу, зеин и соевый казеин. К. на основе природных полимеров применяют для склеивания древесины, бумаги, кожи, текст, материалов и т. д. Группа синтетич. К. включает композиции на основе полиакрилатов, полиимидов, полиэфиров, полиуретанов, синтетич. каучуков, феноло-формалъдегидных смол, карб-амидных смол, эпоксидных смол и др. Синтетич. К. обеспечивают высокую прочность склеивания различных материалов, обладают устойчивостью к факторам внеш. воздействия и находят применение при склеивании металлов, стекла, керамики, пластмасс, древесины, текст., целлюлозных и др. материалов. Элементоорганич. К. содержат в своём составе кремнийорганич., борорганич., металлоор-ганич. и др. полимеры, обладают очень высокими термостойкостью и термостабильностью (обеспечивают высокую прочность соединения различных материалов при кратковрем. нагревании до темп-р порядка 1000 °С и выше и выдерживают длит. нагревание при 400—600 °С). Элементоорганич. К. используют для склеивания металлов, керамики, графита, термостойких пластмасс и др.

Технические требования к жидкому клею: условная вязкость— 5...10 с по шариковому вискозиметру; условная прочность склеивания при расслаивании склеенных полосок миткаля или бязи — не менее 0,8 кН/м; теплостойкость — до 100 °С.

Технические требования к ГИПК 21-11 такие: доля по массе сухого остатка — не менее 15%; жизнеспособность при 20 °С — не менее 5 ч; прочность склеивания — не менее 1,2 МПа при сдвиге и 1 кН/м — при отслаивании; температурный предел применения — О...ИО°С.

Технические требования: условная вязкость — не более 40 с по ВЗ-1 при 20 °С; массовая доля летучих веществ — 74+3 %; прочность склеивания — не менее 1,3 МПа при отрыве и 2,5 кН/м при отслаивании.

СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ. Применение клеевых соединений в металлич. конструкциях позволяет надежно, достаточно прочно и просто соединять разнородные металлы различных толщин; при этом исключается сверление отверстий, устраняется опасность концентрации напряжений вокруг заклепок, болтов или сварных точек, т. к. клеевой шов распределяет нагрузку равномерно по всей площади соединения; не возникает «выпучивания» отдельных участков конструкции (что характерно для заклепочных соединений); клеевое соединение пе ослабляет металл (что характерно для сварных соединений в результате изменения св-в металла в области сварного шва). Клеевые соединения препятствуют возникновению коррозионных явлений, создают герметичное соединение, не требующее дополнит, уплотнения, облегчают вес конструкции, допуская применение довольно тонких металлов. Склеивание эффективно в случае необходимости создать тепловую, а иногда и электрич. изоляцию. По сравнению с заклепочными и сварными соединениями клеевое соединение обладает высокой прочностью при эксплуатации в условиях умеренных темп-р, при вибрационных нагрузках и тонких сечениях металлов. Недостатки метода склеивания: сравнительно невысокая теплостойкость клеевых соединений на органич. клеях, склонность к старению с течением времени, отсутствие простого и надежного контроля качества клеевых соединений, необходимость в большинстве случаев нагревания соединяемых склеиванием деталей; кроме того, клеевые соединения отличаются низкой прочностью при неравномерном отрыве. Перед нанесением клея поверхность металлов очищают от различных загрязнений, особенно от масла и жира. Прочность склеивания повышают путем создания на поверхности металла оксидной пленки. Поверхность деталей можно также анодировать. Детали из нержавеющей стали рекомендуется подвергать химич. травлению.

Пластмассы на основе термопластичных смол, в частности полимеры винилхлорида, стирола, эфиров акриловой и метакрило-вой к-т и др., хорошо склеиваются без нагревания, с помощью соответствующих растворителей или клеев, представляющих собой растворы полярных линейных полимеров в растворителях или мономерах. Полиизобутилен крепят к металлу с помощью клея № 8 (раствор термопрена в мономере стирола). Для соединения полиэтилена, к-рый относится к т. н. инертным материалам и плохо поддается склейке, используют спец. клеи, обладающие высокими адгезионными св-вами и представляющие собой растворы полимеров в растворителях, вызывающих набухание полиэтилена. Поверхность полиэтилена при 60° обрабатывают раствором СК или термопластичной смолы в четыреххлористом углероде, трихлорэтилене, в бензоле или толуоле. После такой обработки полиэтилен приобретает способность склеиваться фенольно-каучуковыми, резорциноформальдегидны-ми и др. клеями, темп-pa отверждения к-рых ниже темп-ры размягчения полиэтилена. При использовании эпоксидных, по-лиуретановых или метакриловых клеев полиэтилен перед склеиванием обрабатывают хромовой к-той в течение 1—2 сек. при 120°. Склеивание полипропилена (а также полиэтилена) может быть выполнено эпоксиднополисульфидным клеем. Для склеивания фторорганич. полимеров (как и для склеивания полиэтилена) используют специальные или обычные клеи, но предварительно на поверхности этих полимеров создают активные функциональные группы. Для склеивания инертных полимеров (политетрафторэтилена, поли-трифторхлорэтилена и его сополимеров) применяют клеи, представляющие собой растворы фторорганич. полимеров в ор-ганич. растворителях и содержащие адти-вирующие добавки. Клеевые соединения фторорганич. полимеров обладают незначительной прочностью. Более простым и эффективным является способ, основанный на воздействии на поверхность фторполимера раствора металлич. натрия в смеси нафталина с тетрагидрофураном. Прочность склеивания обработанного таким способом тефлона с помощью эпоксидного клея на отрыв составляет 100—120 кг/ел*2, предел прочности при сдвиге —110 кг/см2. В перечисленных выше способах склеивания фторопластов клеевые швы отличаются пониженной по сравнению с пластиками химич. стойкостью, что в значит, степени снижает качество соединения. Для придания фторорганическим пластикам клеящей способности применяют облучение материалов, в частности кобальтом 60. В результате поверхность склеивается без изменения цвета. Для склеивания непластифицированного поливинилхлорида применяются растворы поливинилхлорида или дополнительно хлорированного поли-

Для получения удовлетворительной прочности склеивания поверхность фторопласта подвергают предварительной обработке. Часто применяют обработку фтороплаета-4 в 1%-ном растворе металлического натрия в безводном аммиаке. На обработку 1 м2 поверхности фторопласта требуется около 8 Г натрия, растворенного в 800 Г жидкого аммиака. Обработка заключается в погружении фторопласта очищенной и обезжиренной поверхностью в раствор на небольшой промежуток времени (от 1 до 5— 6 сек). В растворе происходит отрыв фтора и обугливание поверхности на небольшую глубину. Прочность склеивания обработанной поверхности обычными клеями составляет от 25 до 100 кГ/см2, в зависимости от применяемого клея. Применяют раствор натрия и нафталина в тетрагидрофуране. Полимер подвергают действию раствора в течение нескольких минут. Обработанный слой очень тонкий, глубиной около 1 мкм. Прочность склеивания эпоксидными клеями составляет от 70 до 140 кГ/см2.

Марка Прочность склеивания Режим склеивания Свойства клеевого соединения

Марка Вид клея Прочность склеивания Режим склеивания * Примечание

Прочность склеивания металлов может быть значительно повышена путем специальной подготовки поверхности. При работе с алюминиевыми сплавами (плакированными и неплакированными) наиболее широко применяют метод анодного оксидирования. Кроме защитных свойств, анодная пленка обладает также высокими адгезионными свойствами, благодаря чему является хорошей основой для клеевых соединений. Оптимальная толщина пленки 8—12 мк; для обшивочных листов изделий, работающих в условиях повышенных нагрузок и температур, 5—8 мк.

в табл. 44. Эти клеи стойки в воде, спирте, бензине, керосине, минеральных кислотах, а также грибостойки. Температуростойкость их от +180 до —60° С. На прочность склеивания влияет качество предварительной подготовки поверхностей и технология склеивания.