Материалы применяемые в судостроении

Глава 17. Материаловедение.

Для постройки судов применяют разные материалы, как ме­таллы, так и неметаллические материалы.

Металлы разделяют на три группы: черные металлы, цвет­ные металлы и сплавы цветных металлов.

Номенклатура неметаллических материалов очень широка, некоторые из них будут рассмотрены в этом разделе.

17.1. Черные металлы. Чугун

— это сплав железа с углеродом (1,7-7%). В состав чугуна входит также кремний (0,5-4%), марганец (1,2-2,5%) и вредные примеси — сера и фосфор.

Различают белый, серый и модифицированный чугун.

Белый чугун или предельный используется для изготовле­ния стали.

Серый чугун, с матово-серым изломом, хорошо обрабатыва­ется. В судостроении из него отливают кнехты, кипы, клюзы, дейдвудные трубы, арматуру, станины машин, маховики.

Маркируются серые чугуны буквами и цифрами, например: СЧ 21-40, где СЧ - серый чугун, первое двухзначное число означает минимально допустимый предел прочности при рас­тяжении, а второе — минимально допустимый предел прочно­сти при изгибе в кгс/мм².

Модифицированный чугун получают из серого чугуна, добав­ляя в него различные присадки. Модифицированный чугун обладает хорошими литейными и механическими качествами, отливки из него успешно заменяют стальные.

К модифицированным чугунам относятся высокопрочные чугуны ВЧ 45-0, ВЧ 50-1,5 и т.д., ковкие чугуны КЧ 30-6, КЧ 35-10 и т.д., антифрикционные чугуны АСЧ-1 , АСЧ-2 и т.д.

Песня сталеваров

Сталь в работе - главная деталь.
Трактор - это сталь!
Танкер - это сталь!
Провод - это сталь!
Город - это сталь!
Поезда из стали,
И мосты из стали,
Перья у поэтов - это тоже сталь!

Сталь.

Основным материалом для постройки судов является сталь, представляющая собой сплав железа с углеродом. В за­висимости от содержания углерода, сталь обладает большей или меньшей твердостью, чем больше углерода, тем сталь твер­же. Однако при содержании углерода более 1,7% сталь стано­виться хрупкой и непригодной для изготовления судовых кон­струкций.

Кроме железа и углерода, в состав стали входят примеси других химических элементов, которые делают сталь легиро­ванной.

В состав стали могут входить следующие химические элемен­ты: В — вольфрам, Г — марганец, М — молибден, Н — никель, Р — бор, С — кремний, Т — титан, X — хром, Ф — ванадий, Ю — алюминий.

В зависимости от наличия примесей различают углеродис­тую сталь, то есть не содержащую легирующих элементов, и легированную. Легированная сталь может быть низколегиро­ванной, среднелегированной и высоколегированной.

Основными конструкционными материалами в судостроении являются высококачественные углеродистые, низколегирован­ные и стали с особыми свойствами (нержавеющая, высокопроч­ная, износоустойчивая, жаропрочная).

Углеводородистая сталь

в основном используется для пост­ройки корпусов судов внутреннего плавания и изготовления менее ответственных корпусных конструкций (платформы, на­стилы второго дна).

Толстолистовая низколегированная сталь применяется для изготовления прочных конструкций морских судов (наружная обшивка, палубы, набор). Тонколистовая сталь используется для изготовления стенок надстроек, кожухов дымовых труб, вентиляционных труб. Из угольников изготовляют обрешетники, мелкие фундаменты.

Сталь легированная конструкционная поставляется в виде фасонных отливок, поковок, проката для изготовления дета­лей машин и судовых устройств, арматуры и труб судовых си­стем, валопроводов, баллеров рулей.

Нержавеющая сталь идет на изготовление деталей механиз­мов, подвергающихся сильному износу: для изготовления арма­туры и деталей, работающих в условиях трения с большой на­грузкой; для изготовления рулей, кронштейнов гребных валов.

Сталь жаростойкая,

жаропрочная и теплоустойчивая приме­няется для изготовления паровой арматуры и трубопроводов, котельных труб, деталей ДВС, газопроводов.

Для изготовления следующих сложных по форме деталей кор­пусных устройств применяется стальное литье: фор- и ахтерштевни крупных судов, кронштейны и мортиры гребных валов, дейдвудные трубы, якорные клюзы, гребные винты, рамы и секторы рулей, якоря, якорные цепи, кнехты, арматура.

Из стальных поковок изготовляют штыри, леерные стойки, башмаки, задрайки, коуши и для малых судов фор- и ахтерштевни, румпели, баллеры, шлюпбалки.

17.2. Цветные металлы и их сплавы.

Марка цветных металлов состоит из заглавной буквы металла: А - алюминий, М - медь, Н никель, О - олово, С - ­свинец, и цифры, характеризующие чистоту металла. Чем цифра меньше, тем металл чище.

Цветные металлы в основном используются для получения сплавов, но находят применение в чистом виде.

В судостроении применяется медь четырех марок: M1, М3, М3р и M4:

• M1 используется только для изготовления проводников тока, шин, токопроводящих деталей.

• М3 используется в виде катанных листов, труб, прутков, поковок и штамповок. Изготовляются трубы для свежего и от­работанного пара, пресной и морской воды, масляных и топлив­ных трубопроводов, штуцеров, прокладок высокого давления.

-М4 применяется для изготовления литейных бронз и латуней.

Алюминий —

легкий серебристый металл с голубоватым оттенком. В судостроении из алюминия марки АД 1 изготовля­ют переговорные трубы, емкости для хранения пищевых про­дуктов и воды; алюминий марки А00 идет на производство фольги для изоляции.

Свинец

— очень мягкий и тяжелый металл синеватого цве­та. Входит в состав различных сплавов и припоев и использу­ется в качестве защитного покрытия судовых электрокабелей.

Олово

— мягкий серебристо-белый металл. Используется для лужения и при изготовления мягких припоев. Является важной составной частью различных сплавов.

Цинк

— мягкий металл, применяется для изготовления про­текторов и входит в состав различных сплавов.

Сплавы цветных металлов и их применение в судостроении.

Наиболее распространенные сплавы цветных металлов сле­дующие:

• Бронзы оловянистые.

• Бронзы безоловянистые.

• Сплавы медно-цинковые (латуни).

• Сплавы алюминиевые.

• Баббиты оловянные и свинцовые.

• Припои твердые и мягкие.

• Припои твердые медноцинковые.

• Припои мягкие оловянно-свинцовистые.

Твердыми называются припои, температура плавления кото­рых не менее 500°С, а мягкие припои — с температурой плав­ления менее 500°С.

Сплавы на медной основе: латуни и бронзы.

Все марки латуней начинаются с буквы «Л» — латунь, а бронз — с «Бр» — бронза. Последующие буквы обозначают элементы, имеющиеся в сплаве: А — алюминий, В —- берил­лий, Ж — железо, К — кремний, Мц — марганец, Н — ни­кель, О — олово, С — свинец. Ф - фосфор, Ц — цинк.

Латунь

— сплав меди с цинком. Простая латунь состоит из меди (60%) и цинка (40%). В марках латуней первое число указывается среднее содержание меди в %, последующие чис­ла — среднее содержание элементов в той последовательности, в которой расположены буквы, остаток — цинк. Например: латунь ЛЖМц 59-1-1 — латунь железомарганцевая, содержа­щая 59% меди, 1% железа, 1% марганца, остальное - цинк.

В судостроении применяются литейные латуни следующих марок:

• Латунь марганцовистая ЛМц 58-2 - для изготовления де­талей, работающих в морской воде, пресной воде, паровой сре­де до 300"С и среде жидкого топлива, для изготовления под­шипников вкладышей.

• Латунь железисто-марганцовистая ЛЖМц 59-1-1 для изго­товления облицовок гребных валов, клинкетов, трубных до­сок, грундбукс.

• Латунь ЛМцЖ 55-3-1 для изготовления винтов, деталей, работающих в морской воде.

• Латунь ЛМц 58-2 для изготовления деталей штуцерных соединений медных труб, работающих в среде воздуха, пре­сной воды, пара, масла, топлива.

Бронза

— сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, же­лезом, кремнием и другими элементами.

В марках бронз дается среднее процентное содержание толь­ко элементов, указанных буквами в той последовательности, в которой они расположены, остальное медь. Например: БР ОЦСН-3-7-5-1 — бронза оловяно-цинково-свинцово-никелевая, содержащая 3% олова, 7% цинка, 5% свинца, 1% никеля, остальное медь.

Буква «Л» стоящая в конце марки латуни или бронзы, обо­значает литейный сплав.

В судостроении применяются бронзы следующих марок:

• Бр. АМц 9-2, Бр АМц 10-2 — бронзы алюминиево-марганцевые — для изготовления деталей, работающих в морской и пресной воде, в топливе, крышек, коробок сальников, корпу­сов и пробок кранов, зубчатых и червя пых колес, втулок, дета­лей узлов трения, работающих при консистентной смазке.

• Бр. СЗО — бронза свинцовистая — для изготовления вкла­дышей подшипников.

• Бр. ОЦСН 3-7-5-1 для изготовления облицовок валов, кор­пусов насосов.

• Бр. ОЦ 10-2, ОЦ 8-4 — для изготовления деталей армату­ры и трущихся деталей.

• Бр. ОНЦ 9-3-1 — для изготовления сильно нагруженных деталей, работающих в морской воде.

Припои.

Припой твердый ЛОК 59-1-0,3 — пайка меди, латуни, угле­родистых и нержавеющих сталей, пайка разнородных метал­лов, пайка чугуна.

Припой ЛК 62-0,5 — пайка меди, латуни, стали, разнород­ных металлов. Применяется тогда, когда припой не имеет кон­такта с морской водой.

Припой твердый ПСр 25 - пайка тонких деталей.

Припой твердый ПСр45 — пайка нержавеющей стали, тур­бинных лопаток.

Припой ПСр70 — пайка проводов и др. электродеталей.

Припой ПОС 90 — пайка внутри пищевой посуды.

Припой ПОС40 — пайка латуни, железа, медных проводов.

Припой мягкий ПОС30 — пайка латуни, меди, оцинкован­ного железа; лужение подшипников из латуни и бронзы всех марок под заливку оловянно-свинцовистых баббитом.

Буква «П» означает припой, а последующие буквы — его основные компоненты. Число указывает процентное содержа­ние элементов, отмеченных в марке буквами, стоящими за бук­вой «П».

Рекомендуемые флюсы.

Для пайки твердыми припоями:

При пайке припоями ЛК 62-0,5, ПМц 36, ПМц 54, ЛОК 59-1 -0,3 применять плавленую буру.

При пайке припоем ПСр 12 м применять механическую смесь плавленой буры 90% и борной кислоты 10% .

Для пайки мягкими припоями применять раствор хлористо­го цинка и нашатыря, канифоль, соляную кислоту, хлористый цинк.

Баббиты.

Буква «Б» в марке означает баббиты. Число, стоящее после буквы «Б», указывает процентное содержание олова.

Баббит оловянистой Б 83 применяется для заливки корен­ных подшипников, опорных подшипников валопроводов, элек­тродвигателей.

Баббит свинцовистой Б16 применяется для заливки опор­ных подшипников электродвигателей, генераторов, компрес­соров, центробежных насосов, верхних и нижних вкладышей опорных подшипников промежуточных и гребных валов, опор­ных подшипников брашпиля, шпиля, лебедок. Не применяет­ся при ударной нагрузке.

Алюминиевые сплавы.

В судостроении используют сплавы на основе алюминия сле­дующих марок:

- АМц — изготавливают резервуары для хранения масла и топлива, межкаютные выгородки.

- АМг 2 — изготавливают вентиляционные трубы, декора­тивные заливки различные штампуемые изделия.

- АМг 3 — изготавливают радиаторы парового отопления, подогреватели, трубы для топлива и масла, кожухи дымовых труб, вентиляционные трубы.

- АМг 5 и АМг 61 — изготавливают корпуса судов, надстрой­ки, мачты, спасательные шлюпки.

- АК 4 — поршни ДВС.

- Литейные сплавы алюминиево-кремнистые (силумины) и алюминиево-магниевые (маналгий) обозначаются АЛ.

- АЛ 2 — изготавливают контейнеры.

- АЛ9 — корпуса электродвигателей и водяных насосов.

- АЛ 10В — поршни ДВС.

17.3. Неметаллические материалы, применение их на судах.

Полиэтилен.

Антифрикционный, поделочный, электроизоляционный и антикоррозийный материал. Из него изготовля­ют прессованные и литые детали, трубы, вентили, шестерни.

Винипласт.

Антикоррозийный и электроизоляционный ма­териал, выпускается в виде листов, труб, стержней, профилей. Заменитель цветных сплавов в аппаратуре, где имеются агрес­сивные среды в электротехнике.

Фторопласт.

Конструкционный, электроизоляционный ма­териал. Из него изготавливают прессованные детали, работаю­щие в агрессивной средах, трубы, гибкие шланги.

Плексиглас. Стекло органическое. Электроизоляционный и антикоррозийный материал. Выпускается в виде листов от 0,8 до 60 мм. Изготавливают стекла приборов, иллюминаторов, ручки, рукоятки, крышки.

Текстолит. Выпускается в виде листов и плит. Из него изго­тавливают вкладыши дейдвудных труб, подшипниковые втул­ки, поршневые кольца, работающие при низких температурах, зубчатые колеса, прокладки, детали судовых машин и меха­низмов.

Гетинакс. Выпускается в виде листов. Применяется как прокладочный, уплотнительный и конструкционный материал для изготовления деталей, работающих в трансформаторном масле, в воздушной среде, в условиях повышенной влажности.

Эпоксидная смола. Эпоксидная смола и другие средства, изготовленные на ее основе, применяются для производства ремонта механизмов, труб, конструкций в судовых условиях и антикоррозийной защиты деталей.

Эбонит. Эбонит — это резина, обработанная серой (вулкани­зация). Выпускается в виде пластин, палок диаметром 5-75 мм, труб с внутренним диаметром 4-40мм. Из него изготовля­ют поршневые кольца, работающие при низкой температуре в среде топлива, масла и воды; пластинчатые клапаны, рукоят­ки др. детали.

Фибра. Выпускается в виде прутков и листов. Из нее изго­тавливают клапаны, прокладки.

Бакаут. Это тропическое твердое дерево. Антифрикционный материал. Из него изготавливают вкладыши для дейдвудных труб и втулки штырей руля. Почти все неметаллические мате­риалы плохо работают при повышенных температурах, поэто­му применять их при температурах больше 50°С не следует.

Огнеупорные материалы.

Огнеупорные материалы применяются для обмуровки топок паровых котлов. В качестве огнеупоров применяются много­шамотный каолиновый кирпич, не ниже, чем класса «О», или многошамотный кирпич не менее, чем класса «А».

17.4. Прокладочные материалы и область их приме­нения.

Картон прокладочный. Выпускается пропитанный и непропитаиный. Для высоких температур не пригоден. Применяет­ся для уплотнения фланцев масло- и топливопроводов. Перед постановкой рекомендуется намочить в воде, просушить, а за­тем на 20-30 минут опустить в горячую олифу.

Пресшпан. Это лощеный картон, пропитанный изолирующи­ми веществами. Для высоких температур и давлений не приго­ден. Применяется для уплотнения фланцевых соединений мас­ло-, топливо-, водотрубопроводов.

Фибра. Эластичный и упругий материал. Набухает в воде, масле, топливе, но не пропускает их. Применяется для уплот­нения топливных, масляных и углекислых трубопроводов.

Резина техническая. Выпускается в виде листов, шнура круглого и прямоугольного сечения, а также с тканевой про­слойкой. Изготовляется пяти типов: кислотощелочно-стойкая, теплостойкая, морозостойкая, масло- и бензостойкая. Все типы резины термостойки при температурах от -30°С до +50°С. Моро­зостойкая резина работоспособна при температуре -45°С, а теп­лостойкая в среде воздуха при температуре до 90°С, а в среде водяного пара — до 140°С.

Паронит. Паронит — это композиция из асбеста, каучука и наполнителя. Выдерживает в среде воды и пара давление до 50 ат и температуру до 150°С, а в среде масла и топлива — давле­ние до 40 ат при температуре до 400°С. Применяется для уп­лотнения водо-, паро-, топливо- и маслопроводов. Перед поста­новкой паронитовых прокладок, их, во избежание прикипания к горячим фланцам, рекомендуется смачивать в горячей воде и обмазывать графитовой смазкой.

Существует два основных типа асбестов — серпентин-асбест (хризотил-асбест, или белый асбест) и амфибол-асбесты.

Картон асбестовый. Плотный картон из асбестового волокна с минеральными наполнителями. Огнестоек, кислото- и щелочноупорен. Размокает в нефти, масле и теплой воде. Приме­няется для уплотнения трубопроводов выхлопных газов.

Нить кручения и шнур асбестовый. Термостоек при темпе­ратурах до 600°С. Применяется для уплотнения и изоляции теплопроводных систем и тепловых агрегатов.

Медь листовая. Применяется для уплотнения трубопрово­дов: нефти, дизтоплива, масла, фреона, СО₂ и выхлопных газов при давлении до 200 ат и температуре до 250°С, а также возду­хе- и паропроводов при высоком давлении и температуре. Про­кладку перед установкой на место необходимо отжечь при тем­пературе 600-750С, с последующим охлаждением в воде. От­жиг снимает наклеп и снижает твердость, а охлаждение в воде улучшает отделение окалины от металла. Перед постановкой рекомендуется прокладку обмазать графитовой смазкой.

Железо «Армко». Мягкий коррозионно-стойкий материал. Применяются в отожженном состоянии для уплотнения флан­цевых соединений трубопроводов, цилиндров ДВС.

Свинец листовой. Стоек против высокоагрессивных сред. Пригоден для давления не более 40-50 ат и температуры до 100°С при гладких фланцах. При фланцах с выточкой и усту­пом можно применять при давлении до 1000 ат, но при темпе­ратуре 15-30°С.

Комбинированные прокладки.

Состоят из сердцевины (асбестовый, картон, резина, паронит), окантованной или заключенной в металлическую оболочку из меди, латуни, алюминия, либо имеющие металлическую осно­ву, на которую накладывается неметаллические материал.

17.5. Уплотнительные материалы. Сальниковые набивки.

Область применения прокладочных материалов.

С

Среда	Прокладочный материал
1. Вода питьевая	Резина пищевая
2. Вода мытьевая и	Резина, паронит
забортная, Р=6-50 ат, t=50°C
3. Вода горячая	Резина теплостойкая с тканью,
	паронит
4. Воздух, Р-6-50 ат, t=60-350C	Паронит, медь Ml
5. Углекислота	Фибра, медь
б. Аммиак газообразный	Паронит, алюминий
7. Фреон	Медь
8. Выхлопные газы	Картон асбестовый
9. Мазут	Паронит
10. Масло минеральное	Фибра, паронит, медь

альниковые набивки изготовляют: мягкие, полуметалличес­

кие, твердые.

Мягкие набивки изготовляют из хлопковой или льняной

пряжи, из асбестовой пряжи с хлопковым волокном или рези­ной. В зависимости от характера среды набивки изготавлива­ют сухими или пропитывают разными составами — техничес­ким вазелином, графитовой смазкой и т.д.

Набивка в одной оплетке — это скрученный жгут пряжи квадратного или круглого сечения. Мягкая и износоустойчи­вая. Применяется для уплотнения малоподвижных деталей: сальников, вентилей, задвижек.

Набивка многослойного плетения. Сердцевина пряди оп­летена несколькими слоями оплетки. Применяются для уплот­нения сальниковых уплотнений тихоходных штоков.

Набивка насквозь плетеная. Несколько крученых жгу­тов, переплетенных между собой. Применяется для сальнико­вых уплотнений, вращающихся валов и штоков с возвратно-поступательным движением.

Набивка комбинированная. Насквозь плетеная набивка, внутри имеет резиновый сердечник и проволоки или пластин­ки из антифрикционных металлов. Применяется для уплотне­ния арматуры водо-, паро-, нефте- и маслопроводов.

Скатанные набивки. Прорезиненные хлопчатобумажные, льняные и асбестовые без сердечника или с резиновым сердеч­ником.

Твердые набивки.

Металлические полукольца 3-х угольного сечения. Изго­тавливают из различных мягких антифрикционных сплавов. Обращены основанием к уплотняемой детали или обращены основанием в сальниковую коробку, и выполняют роль нажим­ного кольца. Изготавливают их из чугуна или бронзы.

Металлические разрезные кольца. Имеют прямоугольное или квадратное сечение. Каждое кольцо состоит из трех час­тей. Изготавливается из чугуна. Кольцо прижимается к валу с помощью надетой на него пружины.

Угольные разрезные кольца квадратного сечения. Изго­тавливаются из смеси ненового кокса, графита, битума и ка­менноугольного пека. Каждое кольцо состоит из трех частей. В сальниках удерживается на валу спиральными кольцевыми пружинами из нержавеющей стали. Все эти сальники приме­няются для уплотнения высокооборотных валов турбин, комп­рессоров.

17.6. Лакокрасочные материалы.

Лакокрасочные материалы одно из главных средств защи­ты корпусных конструкций от коррозии и основное средство декоративно-художественной отделки.

Первый слой, наносимый непосредственно на окрашиваемую поверхность, называют грунтом. Применяют масляные, про­текторные грунты и грунты на синтетических смолах.

Краски разделяют на масляные (густотертые), этиловые, эмульсионные, специальные (антикоррозийные), маслостойкие, необрастающие и негорючие.

Эмали отличаются от красок тем, что в качестве связующего в них используются лаки.

В судостроении применяют: нитроэмали, антикоррозионные, глифталевые, жаростойкие, эпоксидные эмали и эмали для окраски переменной ватерлинии.

17.7. Цемент.

Цемент — вяжущее порошкообразное вещество зеленоватого или голубовато-серого цвета, образующее при смешении с во­дой тесто, которое, отвердевая, превращается в высокопрочное камневидное тело. Цемент, смешанный с песком и гравием, образует более прочный материал — бетон, а при введении сталь­ной арматуры — железобетон.

Прочность бетона зависит от качества цемента, количества песка, гравия и воды. Чаще всего применяют бетон, содержа­щий 2-4 части песка и гравия на одну часть цемента. По мере высыхания прочность бетона повышается. Затвердевший бе­тон может находиться в условиях низких и высоких темпера­тур, а также в воде в течение практически неограниченного времени. Не действует на него бензин, смазочные масла и смо­лы. Однако, кислоты, жиры, растительные и животные масла разрушают бетон.

В судостроении применяют цементы марок «200», «250», «300», «400».

Железобетон используют в железобетонном судостроении для изготовления корпусов несамоходных судов и плавучих соору­жений - барж, доков, дебаркадеров, для ремонта некоторых стальных судов внутреннего плавания.

Бетоном заливают узкости в корпусных конструкциях - в форпике, ахтерпике и в трюмах, где может скапливаться вла­га, вызывающая коррозию.