Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения

Широко применяются в машиностроении и приборостроении. Наиболее распространены сплавы Fe-Ni, у которых коэффициент линейного расширения a при температурах -100 до 100°С с увеличением содержания никеля до 36% резко уменьшается, а при более высоком содержании никеля вновь возрастает. При температуре 600-700°С такого явления не наблюдается и коэффициент линейного расширения в зависимости от состава изменяется плавно, что объясняется переходом сплавов в парамагнитное состояние. Таким образом, низкое значение температурного коэффициента линейного расширения связано с влиянием ферромагнитных эффектов.

Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом, применяют более дешевые ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ. Сплавы с эффектом “памяти формы” Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект “памяти формы”), или непосредственно после снятия нагрузки (сверхупругость).

В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами “памяти формы”: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Cu-Al, Cu-Al-Ni и др.

Наиболее широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект “памяти формы” в соединении NiTi может повторяться в течение многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью (s_в=770¸1100МПа, s_т=300¸500МПа), пластичностью (d=100¸15%), коррозийной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью. Его применяют как магнитный высокодемпфирующий материал во многих ответственных конструкциях.

16.Быстрорежущие стали. Основная особенность быстрорежущих ста­лей — теплостойкость, они сохраняют высокую твердость при нагреве до температур свыше 600°С. Это связано со сложным механизмом упрочнения сталей этого класса, сочетающим мартенсит ное превращение с последующим дисперсионным твердением.

Для достижения высокой теплостойкости необходимо иметь высоколегированный твердый раствор, в котором затруднена диффузия углерода, и высокую устойчивость против коагуляции при нагреве упрочняющей фазы. Это реализуется за счет того, что быстрорежущие стали легированы сильными карбидообразующими компонентами, которые и образуют карбиды. Основными легирующими компонентами быстрорежущих сталей являются вольфрам и (или) молибден, являющиеся химическими аналогами, в их со­став также обязательно входят хром и ванадий. В зависимости от наличия W и Мо стали подразделяются на вольфрамовые, вольфрамомолибденовые и молибденовые.

Маркировка быстрорежущих сталей несколько отличается от кон­струкционных. Они обозначаются русской буквой «Р» (буква «Р», принятая для обозначения быстрорежущих сталей — от английско­го «Rapid» — скорый), цифра после которой показывает содержа­ние вольфрама в стали. Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях составляет около 4% и в марке не указывается. Не указываются также ванадий при его содержании до 2% и углерод при со­держании 0,7—0,9%. Обозначения этих элементов входят в марку быстрорежущих сталей только при их большем содержании. Пока­жем это на примере наиболее распространенных сталей. Сталь Р18 содержит 18%W, сталь Р6М5 — 6%W и 5%Мо, содержание углеро­да, хрома и ванадия в этих сталях находится в указанных пределах.

17.Металлокерамические тв. Сплавы. Представляют собой спеченные порошковые материалы, основой которой служат карбиды тугоплавких мет., а связующим кобальт. Твердые сплавы делятся на 3 группы: вольфрамовые изготавливаются на основе карбида вольфрама и кобальта, содержащегося в кол-ве от 3 до 15%. Маркирующиеся буквами ВК и цифрой показывающей содержание кобальта в %. Чем выше содержание кобальта, тем выше вязкость сплава. На св-ва сплава влияет размер зерна карбидов. С уменьшением размера зерна возрастает износостойкость, несколько снижается прочность. В обозначении марки спл. с мелким зерном добавляется буква М. используется сплав при обработке чугунов. Сплав высокой хрупкости.

Титановольфрамовое содержание дополнительно карбид. Они маркируются буквами Т,К и цифрами. После буквы Т, указывают содержание карбида Тi в %, а после К- кобальта. Эти сплавы обладают большей твердостью и теплостойкостью, но меньшей теплопроводимостью и вязкостью. Эти стали применяются для обработки сталей.

Титанотанталовольфрамовые – содержание дополнительно карбид тантала. Маркируется буквами ТТ, после которых указывается суммарное содержание карбида Тi и тантала в % и буква К, после которой указывается содержание кобальта. Их применяют при тяжелых условиях резания: черновой обработке заготовок.

18. Минералокерамические и сверх твердые материалы. Является дешевым инструментальным материалом, не содержащим дефицитных и дорогостоящих элементов.

Оксидная (белая) керамика состоит из оксидов алюминия с небольшими добавками магния.

Оксидно - карбидная (черная) керамика состоящая из оксида AL, карбидов и оксидов тугоплавких металлов.

Оксинитридная керамика состоящая из нитрида кремния с добавками тугоплавких оксидов.

Микролит характеризуется высокой химической стойкостью и достаточными прочностными св-ми. Инструменты с пластинками микролита не теряют своей твердости при нагреве в процессе работы до 1200 С. Поэтому очень эффктно их применение при чистовой получистовой обработке чугунных изделий, цветных мет. И их сплавов.

Эльбор – по своей теплостойкости превосходят все имеющиеся инструментальные материалы, используемые дляоснастки режущего инструмента.

19.Серые чугуны обладают наимень­шей прочностью. Пластинки графита в сером чугуне можно рассматривать как трещины, нарушающие целостность металла. Они уменьшают прочность чугуна при растяжении. Чем крупнее пластинки графита и менее равномерно их распределение по объему, тем меньше проч­ность чугуна. Включения графита не оказывают практического вли­яния на прочность при сжатии предел прочности при сжатии в три— пять раз боль­ше, чем при растяжении. Свободный графит заметно снижает мо­дуль упругости. Вместе с тем наличие в структуре свободного графита определя­ет ряд преимуществ чугуна перед сталью: обеспечивает лучшую обрабатываемость резанием, обеспечивая хорошее стружкообразование; чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами бла­годаря смазывающему действию графита, наличие графитовых включений обеспечивает высокие демпфи­рующие свойства — гашение вибраций; чугун практически нечувствителен к поверхностным дефектам. Серые чугуны получают непосредственно отливкой.

Для повышения свойств применяют модифицированные и легирован­ные чугуны. Серые чугуны обозначаются буквами СЧ и цифра­ми, которые указывают предел прочности при растяжении. Серые чугуны применяют для изготовления отливок станин пор­шней цилиндров, зубчатых колес и др. При ускоренном охлаждении отливок из серого чугуна про­цесс графитизации не успевает полностью завершиться и поверх­ностные слои имеют структуру белого чугуна, а середина — серо­го чугуна. Такой процесс называется отбеливанием. Отбел на глубину 12-30 мм происходит при охлаждении отли­вок серого чугуна в металлических формах (кокиль) и в сырых зем­ляных формах. Отбеленный чугун имеет высокую твердость на по­верхности, применяется для изготовления валков листовых про­катных станов, колес и т.д.

20Ковкие чугуны

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают в результате специального графитизирующего отжига доэвтектического белого чугуна. Графит в таких чугунах называют углеродам отжига. Ковкий чугун по сравнению с серым обладает более высокой прочностью, что связано с меньшим влиянием хлопьевидной формы графита на механические св-ва металлической основы. При производстве ковкого чугуна очень важно, чтобы отливки белого чугуна, подвергаемые отжигу были тонкостенными. В противном случае в сердцевине при кристаллизации будет выделяться пластинчатый графит и чугун станет непригодным для отжига. По структуре металлической основы ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Ферритные чугуны получают из белых чугунов двойной плавки. Перлитный ковкий чугун получают из ваграночного белого чугуна путем отжига в окислительной среде. Маркировка ковких чугунов Кч и цифрами. перлитные чугуны более прочные, а ферритные- более пластичные. Ковкие чугуны широко применяются в сельскохозяйственном, автомобильном и текстильном машиностроении, в судо – строении.этот чугун идет на изготовление деталей высокой прочности, которые подвержены сильному истиранию и ударным нагрузкам. К недостаткам ковкого чугуна можно отнести высокую стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.

21.Высокопрочные чугуны получают при модифицировании чугунов перед заливкой магнием или церием. Под воздействием магния гра­фит приобретает шаровидную форму. Шаровидная форма графита обеспечивает высокие механические свойства чугу­на. Маркируют чугуны буквами ВЧ — высокопрочный чугун после буквы первые две цифры указывают предел прочности при растяжении, вторая цифра - относительное удлинение (%).

Чугун ВЧ45-0, для которого пластичные свойства не гаранти­руются, применяется для изделий, не испытывающих ударных на­грузок.

Чугун ВЧ50-1,5 и ВЧ60-2 имеет перлитную металлическую осно­ву, чугун ВЧ50-5 — ферритно-перлитную и ВЧ40-10 — ферритную.

Высокопрочные чугуны легируют хромом, никелем, молибденом, титаном, алюминием с целью по­лучения особых свойств: жаростой­кости, антифрикционнности, коррозионостойкости и т.д. Из высо­копрочных чугунов изготовляют коленчатые валы, крышки цилин­дров, детали прокатных станов, детали насосов.

22. Медь и Медные сплавы. Чистая медь обладает высокой пластичностью, высокими тепло- и электропроводностью. Плотность меди 8,9 г/см3, температура плавления 1083 °С.

Медь широко применяют в электротехнической промышленности, а также используют как полуфабрикат при выплавке сплавов.

Марки меди следующие: МО, Ml, М2, МЗ, М4.

Практически все примеси ухудшают электропроводность меди, такое же влияние оказывает наклеп.

Чистая медь из-за низкой прочности не получила широкого применения в машиностроении. В основном применяются сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и т.д.

Сплавы меди с цинком называются латунями. Латуни маркируются буквой Л — латунь, за которой стоят цифры, указывающие содержание в ней меди (Л96, Л62 и т.д.).

Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 45%, так как дальнейшее увеличение содержания цинка приводит к резкому падению прочности. В зависимости от содержания цинка латуни делятся на однофазные латуни, в которых цинка до 39%, и двух фазные латуни в которых цинка более 39%.

Кроме простых латуней применяются специальные (сложные) ла­туни, в которые для придания тех или иных свойств дополнитель­но вводят различные элементы. Для улучшения обрабатываемости резанием в латуни вводят свинец, для повышения сопротивления коррозии в морской воде — олово, для повышения механических свойств — алюминий, никель и др.

Специальные латуни маркируются буквой Л, после которой сле­дуют буквы, обозначающие легирующие элементы: А — алюми­ний, Ж — железо, К — кремний, М — марганец, Н — никель, С — свинец и т.д. Первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди, последующие цифры — содержание ле­гирующих элементов. Количество цинка определяется по разности.

Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и дру­гими элементами называются бронзами.

Маркируют бронзы буквами Бр — бронза, за которыми следуют буквы, указывающие легирующие элементы, введенные в бронзу, и далее цифры, показывающие содержание легирующих элементов в процентах (например, Бр О10 означает 10% олова, остальное медь).

Оловянистые бронзы обладают хоро­шими литейными свойствами, высокой химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Бронзы с более высоким со­держанием олова очень хрупкие.

С целью улучшения обрабатываемости резанием в оловянистые бронзы вводят свинец (3—5%).