Прокладочные материалы
В качестве электроизоляционных материалов могут применяться только такие материалы, которые не проводят электрический ток или проводят его очень слабо. Они должны также обладать необходимой механической прочностью, тепло- и влагостойкостью. Такими материалами являются древесные материалы, пластмассы, а также резины, электроизоляционные лаки, асбест, фибра, слоистые пластики.
Кроме того, для этих целей используются изоляционная лента, прессшпан, слюда и др.
Бумага — листовой материал.
Картон — специально обработанная толстая бумага (толщиной 0,25—3 мм). В зависимости от способа обработки картон приобретает масло- и бензостойкость, электро- и термоизоляционность. Бумагу и картон применяют как электроизоляционный, прокладочный и уп-лотнительный материал.
Фибра — разновидность бумажного материала, изготовляют ее из бумаги, пропитанной раствором хлористого цинка. Отличается высокой прочностью и хорошо поддается механической обработке, масло- и бензостойка. Недостаток фибры — значительная гигроскопичность (влагопоглощаемость), поэтому при увлажнении она деформируется. Фибры применяются для изготовления шайб, прокладок и втулок.
Прессшпан — выпускается в виде листов твердого картона. Его получают из бумажной массы, пропитанной льняным маслом. Он применяется для изоляции в электрических машинах.
Слюда — обладает высокими электроизоляционными свойствами и применяется как диэлектрик в конденсаторах, коллекторах, электрогенераторах и стартерах, в электронагревательных приборах.
Листочки слюды, склеенные глифталевой смолой под горячим прессованием, называют миканитом.
Изоляционные лаки (№ 458, 460, 447, 13, 1154 и др.) представляют собой смесь асфальта или битума, растительного масла, органического растворителя и сиккатива. Они применяются для изоляции обмоток полюсных катушек генераторов и стартеров, а также для защиты электродеталей от влаги и нефтепродуктов.
Изоляционная прорезиненная лента представляет собой суровую тонкую хлопчатобумажную ткань (миткаль), пропитанную с одной или двух сторон липкой сырой резиновой смесью.
Липкая изоляционная лента — это пленочный пластик, покрытий слоем перхлорвинилового клея. Изоляционные ленты выпускают различных размеров и цветов. Для придания плотности и герметичности соединениям деталей машин (трубы, различные соединения и др.) и устранения возможного просачивания жидкости и прорыва газов используют прокладочные и уплотнительные материалы.
Паронит — листовой материал из асбеста, каучука и наполнителей. Применяют для уплотнения водяных и паровых магистралей, а также для уплотнения трубопроводов и арматуры для нефтепродуктов: бензина, керосина, масла.
Войлок — листовой пористый материал, изготовленный из волокон шерсти. Он обладает высокими тепло- и звукоизолирующими, а также амортизирующими свойствами. Войлок используют для набивки сальниковых уплотнений и изготовления прокладок.
Важной задачей современного автомобилестроения является надежная герметизация и уплотнение соединений деталей и сборочных единиц, работающих в жестких условиях. Материал обычно используемых уплотни-тельных прокладок (паронит, картон и др.) не всегда обеспечивает надежную и длительную герметичность соединений. Под действием температуры и вибрации прокладки со временем претерпевают ряд изменений, теряют свои уплотняющие свойства, в них возникают разрывы и трещины. В процессе эксплуатации это приводит к утечке масла, топлива и др. Для устранения таких неисправностей применяют различные герметики.
Уплотняющая жидкая прокладка ГИПК-244 предназначена для герметизации неподвижных соединений деталей и сборочных единиц, работающих в водяной, пароводяной, кислотно-щелочной и мас-лобензиновых средах.
Уплотняющая замазка У-20А предназначена для герметизации соединений в воздушной и водяной средах,
Герметик Эластосил 137—83 герметизирует неподвижные соединения в водяной, пароводяной, кислотно-щелочной и масляной средах.
Анаэробный клей ДН-1 обеспечивает герметизацию соединений с зазорами до 0,15 мм.
Минеральная вата — служит для изоляции поверхностей с низкими и высокими температурами нагрева. Возможно также применение минераловатных плит, проклеенных фенольной смолой или битумной эмульсией.
Кристаллизация металлических расплавов
Общие сведения о росте кристаллов и образовании кристаллических зон в слитке
В чистых металлах и эвтектических сплавах, а также в сплавах, имеющих состав, соответствующий химическому соединению, при медленном охлаждении кристаллизация происходит при определенной постоянной температуре. Остальные сплавы, как было показано выше, кристаллизуются в некотором интервале температур, определяемом диаграммой состояния (рис. 2.2). 
Рисунок 2.3 — Формы роста кристаллов: а — ступенчатая, б — ячеистая, в — дендритная форма роста кристаллов
Основной единицей структуры первичной кристаллизации металла является зерно, характеризуемое единой системой ориентации атомов кристаллической решетки и определенными границами, отделяющими его от соседних зерен.
Форма растущих в расплаве кристаллов зависит от переохлаждения жидкости, направления теплоотвода, содержания примесей в стали и других параметров.
При малых скоростях охлаждения поверхность границы затвердевания получается гладкой с небольшими ступенями при средних развивается ячеистая структура и при больших - дендритная (рис. 2.3). На условия перехода от одной структуры к другой влияют температурный градиент в расплаве и твердой фазе. Чем больше скорость кристаллизации и меньше температурный градиент в расплаве, тем больше вероятность образования дендритной структуры.
В стальных слитках образуется дендритная и ячеистая структура.
Дендритное строение кристаллов в слитке было обнаружено еще Д.К. Черновым в 1868 г. В сравнении с плоским фронтом затвердевания дендритная кристаллизация представляет собой чрезвычайно сложный процесс, связанный с геометрической формой дендритов, диффузией примесей, возможностью движения жидкой фазы в междендритном пространстве, образованием новых неметаллических фаз (неметаллических включений) и ряда других явлений. Дендритная структура влияет на размер зерна и механические свойства литой и деформированной стали. На рис.2.4 приведены фотографии дендритов в крупном стальном слитке, выявленные после глубокого травления металла. Видно, что в строении дендрита выделяется главная ось первого порядка и перекрещивающиеся с ней оси второго, а иногда и третьего порядка.
Рисунок 2.4 — Фото дендритов в стальном слитке
Рост дендрита, образующегося на холодной поверхности и выступающего в расплав характеризуется различной скоростью роста отдельных плоскостей кристаллов. Быстро растущие поверхности образуют шип, выступающий в оставшийся расплав. Выделяющаяся в переохлажденный расплав теплота кристаллизации растущего кристалла ухудшает условия роста других близлежащих кристаллов.
Первоначально дендриты очень малы, даже если затвердевание идет сравнительно медленно. Затем, когда процесс затвердевания замедляется, рост продолжают лишь отдельные ветви, оси которых совпадают с направлением теплового потока (рис.2.5). Другие ветви при этом частично растворяются таким образом, что протяженность дендритов значительно увеличивается по мере затвердевания. Окончательная длина дендритов определяется процессом их укрупнения и может составлять величину от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.
Рисунок 2.5 — Схематическое представление этапов укрупнения ветвей дендритов в процессе их роста
Современные теории опираются на дислокационный рост кристаллов. На поверхности кристалла в месте пересечения винтовой дислокации возникает ступенька, на которой, в сравнении с заполненной плоскостью, имеются более благоприятные условия для образования двухмерного зародыша, что подтверждается наличием на поверхности кристалла спирали роста. Закругление дислокационной линии вызывается постоянной скоростью роста в месте дислокационной линии и снижением скорости роста по мере удаления от нее.
По мере увеличения скорости охлаждения формы различных кристаллов постоянно усложняются. Для малых скоростей охлаждения характерны глобулярные или округлые формы. С увеличением скорости охлаждения формы кристаллов становятся неправильными, а процесс их роста неустойчивым. При дальнейшем ускорении охлаждения возникают и становятся все более четкими дендритные формы, а оси дендритов становятся все более тонкими и расстояния между ними уменьшаются. Наконец, при самых больших скоростях охлаждения оси второго и третьего порядка перестают образовываться и возникают игольчатые формы. Наблюдения за скоростью роста дендритов показывают, что оси их растут с преобладающей продольной скоростью. Причем скорость роста осей первого порядка больше, чем второго, а второго - больше чем третьего.
Общая схема областей и зон в затвердевающем слитке приведена на рис.2.6. Эта схема предполагает последовательную кристаллизацию металла в условиях направленного теплоотвода.
Рисунок 2.6 — Общая схема областей и зон в затвердевающем слитке
В первый момент при заливке стали, когда жидкий металл непосредственно контактирует с холодной стенкой изложницы, тонкий слой металла, соприкасающийся со стенкой изложницы, быстро переохлаждается до температуры ниже точки ликвидуса. Это приводит к возникновению и быстрому росту большого числа зародышей кристаллов, которые образуются на различных твердых частицах, в достаточном количестве имеющихся в жидкой стали и служащих атализаторами зарождения. Ширина корковой зоны определяется протяженностью области термического переохлаждения и может составлять величину порядка 5-10 мм.
Возникшее вначале термическое переохлаждение снижается с ростом кристаллов корковой зоны. Когда переохлаждение становится меньше того, при котором действие катализаторов уже не проявляется, возможен рост только существующих кристаллов. В этом случае наиболее благоприятные условия роста создаются лишь для отдельных кристаллов, у которых главные направления роста совпадают с направлением теплоотвода, что приводит к возникновению столбчатой зоны, формирующейся в условиях последовательной кристаллизации.
При этом фронт затвердевания представляет собой двухфазную твердо-жидкую область (выступающие дендриты с заключенной между их осями жидкостью), а ширина двухфазной зоны определяется интервалом температур кристаллизации (распределение в ней твердой фазы зависит от темпа кристаллизации сплава). Если гетерогенное зародышеобразование происходит слабо, а обламывание дендритов минимальное, что имеет место при слабой конвекции и высоком температурном градиенте, то получается направленный рост столбчатых дендритов.
Рост кристаллов столбчатой зоны сопровождается также снятием термического переохлаждения выделяющейся теплотой кристаллизации и повышением концентрации легкоплавких растворимых примесей перед фронтом кристаллизации, что приводит к возникновению концентрационного переохлаждения. Последнее обеспечивает дальнейший рост столбчатых кристаллов, вытянутая форма которых свидетельствует об отсутствии на этом этапе условий для образования новых центров зародышеобразования. По мере развития процесса температурный градиент у фронта кристаллизации уменьшается, а степень концентрационного переохлаждения увеличивается. В результате создаются благоприятные условия для гетерогенного зарождения новых зародышей в объеме расплава с последующим ростом “жизнеспособных” кристаллов (имеющих размер, несколько больший критического) за счет отдачи скрытой теплоты кристаллизации переохлажденному расплаву. С этого момента перед фронтом кристаллизации начинается объемная кристаллизация, образующая вторую двухфазную жидко-твердую область (кристаллы, взвешенные в расплаве).
Кроме того, на этом этапе может наблюдаться механическое обламывание ветвей дендритов, обусловленное движением конвективных потоков жидкой стали и подплавлением некоторых ветвей дендритного каркаса. При этом отделившиеся частицы дендритов образуют жидко-твердую область и служат самостоятельными зародышами кристаллизации.
Таким образом, затвердевание слитка является сложным комплексом физико-химических и теплофизических процессов, изучение которых – необходимая предпосылка для разработки оптимальных технологических режимов производства слитков, обеспечивающих высокий выход годного металла и качество, удовлетворяющее требованиям современным стандартов.