Жаростойкие сплавы (нихромы).

(Жаростойкость – способность материала сопротивляться окислению при высоких температурах)

Жаростойкие сплавы на никелевой основе представляют собой малоуглеродистые Ni-Cr, Ni-Cr-Fe, или Ni-Cr-W-Fe твердые растворы, легированные Si, Ai, Ti. Эти сплавы отличаются сочетанием высокой жаростойкости и значительным электрическим сопротивлением (1,05 – 1,40 Ом мм²/м); их температура плавления составляет 1370-1420º С, предел прочности на растяжение 700-1000 МПа, относительное удлинение – 20-40 %. Они имеют хорошие технологические свойства, что позволяет их сваривать, изготавливать из них проволоку, лист, ленту. Нихромы применяют для изготовления нагревательных элементов электрических печей и бытовых приборов, изделий, эксплуатируемых при высоких температурах и небольших механических нагрузках. В промышленности применяют нихромы типа Х10Н90, Х20Н80, х40Н60, Х50Н50, а также нихромы с дополнительным легированием Х20Н75БТЮ, Х25Н60В15Т. Наибольшей жаростойкостью в окислительных средах обладают нихромы Х20Н80, Х30Н70.

 

Жаропрочные сплавы.

(Жаропрочность – сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки.

Ползучесть – это деформация, непрерывно увеличивающаяся и завершающаяся разрушением под действием постоянной нагрузки при длительном воздействии высоких температур.)

Развитие жаропрочных никелевых сплавов началось с небольших добавок титана и алюминия к нихрому. Сплав, содержащий 2,5 %титана, 1,5 % алюминия, 20 % хрома, на основе никеля получил название нимоник-80. Аналог этого сплава - сплав ХН77ТЮ, кроме никеля он содержит 19-20 % хрома, 2,3-2,7 % титана, 0,55- 0,95 % алюминия.

Для работы при 800-1100º С применяют сплав ХН55ВМТФКЮ (рабочие лопатки турбин).

Жаропрочные никелевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Жаропрочные свойства деформируемых сплавов формируются при термической обработке. Литейные жаропрочные никелевые сплавы по составу сходны с деформируемыми, но обычно содержат большее количество алюминия и титана. У литейных жаропрочных сплавов высокие прочностные характеристики при повышенных температурах. Так длительная прочность сплава марки ЖС6К составляет 320 МПа при температуре 900º С и 160 МПа при 1000º С. Эти сплавы применяют для изготовления сопловых и рабочих лопаток газотурбинных авиационных двигателей.

 

Подшипниковые (антифрикционные) сплавы.

Подшипниковыми называют антифрикционные сплавы, применяемые для изготовления или заливки подшипников с целью уменьшения износа и нагрева трущихся деталей машин (валы, оси).

Эти сплавы должны обладать следующими основными свойствами:

• иметь достаточную пластичность для лучшей прирабатываемости к поверхности вращающегося вала и твердость, не вызывающую сильного истирания вала, но достаточную для вкладыша как для опоры вала;
• удерживать смазку на поверхности вкладыша (иметь микропористость);
• иметь малый коэффициент трения с материалом вращающегося вала.

Подшипниковые материалы представляют собой сочетание достаточно прочной, относительно пластичной и вязкой основы, в которой имеются твердые опорные включения. При этих условиях изнашивается пластичная основа, вал в основном лежит на твердых опорных включениях и, следовательно, трение идет не по всей поверхности подшипника и смазка удерживается в изнашивающихся местах пластичной основы (Рис.66.).

 

 

Рис.66.

 

К антифрикционным материалам относятся сплавы на основе олова и свинца (так называемые баббиты), меди, алюминия, цинка, антифрикционные чугуны и порошковые подшипниковые материалы.

 

Баббиты.

Баббиты обозначают буквой Б и двух- или однозначной цифрой, указывающей среднее содержание олова в процентах (для оловянных баббитов) или буквами БН, БК, БС, БТ (для безоловянных баббитов). Буквы Н, К, С, Т обозначают наличие в баббите никеля, кальция, свинца, теллура.

К первой группе относят баббиты марок Б89 и Б83, содержащие соответственно 89 и 83 % олова и легированные медью (до 6 %) и сурьмой (до 12 %). Ко второй группе относятся баббиты марок Б16, Б6, БН, БКА, БК2. Баббиты марок Б16, Б6, БН и БТ называют малооловянными (5-7 % олова). К безоловянным относят кальциевые баббиты марок БКА и БК2.

Низкая температура плавления баббитов (420 - 540º С) облегчает их применение для заливки подшипников.

Для того чтобы на основе олова можно было получить антифрикционный сплав, в него вводят элементы, которые упрочняют слишком мягкое и непрочное олово, образуя твердые включения. Для этой цели служат добавляемые в сплав сурьма и медь. Сурьма растворяется в олове с образованием твердого раствора, который имеет большую твердость и прочность, чем чистое олово, почти при той же пластичности. Кроме того сурьма с оловом образуют химическое соединение SbSn с высокой твердостью. Таким образом, сурьма упрочняет основу оловянных антифрикционных сплавов и создает опорные включения высокой твердости в виде химических соединений (Рис.67.).

Медь с оловом образуют кристаллы химического соединения Cu₃Sn.

Рис.67.

 

Так как олово - дорогой и дефицитный элемент, оловянные баббиты применяют только в особо ответственных случаях. Для подшипников более широкого применения, например в автомобильных и тракторных двигателях, прокатных станах, металлообрабатывающих станках, в баббиты в значительных количествах вводят свинец и понижают содержание олова до 5-17 %. В таких сплавах основой служит свинец.

Для упрочнения свинца и создания твердых частиц в сплав также вводят сурьму и медь.

Вводимый в баббит никель (БН) улучшает форму включений и измельчает структуру.

 

 

Свинцовая бронза БрС30 (27-33 % свинца, остальное медь) применяется для вкладышей подшипников мощных двигателей (авиационных, дизельных и др.).

Сплавы на основе алюминия, например АН-2,5, содержащий 2,7-3,3 % никеля, применяют для изготовлении вкладышей коленчатого вала автомобилей. Сплав А09-2 (8-10 %олова, 2,0-2,5 % меди, 0,8-1,2 % никеля, 0,3-0,7 % кремния) применяется для отливки монометаллических вкладышей и втулок в транспортном и общем машиностроении.

Сплавы на основе цинка, например ЦАН 10-5 (9-12 % алюминия, 4-5,5 % меди, 0,03-0,06 % магния), применяют в подшипниках металлорежущих станков, прессов и др.

Антифрикционный чугун. В качестве антифрикционных подшипниковых материалов применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Металлическая основа таких чугунов является в основном перлитной или перлитно-ферритной. Буквы в марках чугунов означают: А – антифрикционный, Ч – чугун, С – серый, В – высокопрочный, К – ковкий.