Понятия о материалах и сплавах

Из всех известных в настоящее время элементов более половины являются металлами. Металлы — непрозрачные вещества, обладающие специфическим металлическим блеском, пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью. По последнему свойству металлы легко отличить от других веществ (дерево, стекло и т.д.). Всё металлы и образованные из них сплавы делят на черные, к которым относят железо и сплавы на его основе (на их долю приходится около 95 % производимой в мире металлопродукции), и цветные. В технике принята условная классификация, по которой цветные металлы делят на группы: легкие (Al, Mg), тяжелые (Си, РЬ), тугоплавкие (W, Мо), благородные(Au, Pt), рассеянные (Gd, In), редкоземельные (Sc, Y), радиоактивные (Ra, U).

 

Понятие «чистый металл» условно, любой чистый металл содержит примеси. Под этим термином понимается металл, содержащий 0,010…0,001 % примесей. Современная металлургия позволяет получать металлы высокой чистоты (99,999%). Однако примеси, даже в малых количествах, могут оказывать влияние на свойства металла. Чистые металлы обладают низкой прочностью, поэтому их применение в технике в качестве конструкционных материалов ограниченно. Наиболее широко применяют сплавы, которые по сравнению с чистыми металлами обладают более высокой прочностью и твердостью.

 

Понятие о сплавах

Сплав – это вещество, полученное сплавлением, спеканием, электролизом, возгонкой двух или более элементов. Сплав, приготовленный из металлов или имеющий металлическую основу и обладающий металлическими свойствами называется металлическим сплавом (МС). МС более сложное вещество, чем чистый металл, МС обладают более высокими прочностными и другими меха- ническими свойствами по сравнению с чистыми металлами. Им часто придают- ся специфические свойства. Поэтому они получили более широкое применение.

Характер взаимодействия компонентов в сплавах зависит от их положения в таблице Менделеева, особенностей строения атомов, их электронных оболочек, типов и параметров решёток, соотношения температур плавления, их атомных диаметров, растворимости друг в друге и других факторов.

 

Сплавы на основе титана

 

Титан - тугоплавкий металл с невысокой плотностью.
Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40 %.
Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом.
Титан и его сплавы маркируют буквами ВТ и порядковым номером:
ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.

Пять титановых сплавов обозначены иначе:
0Т4-0, 0Т4, 0Т4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.

 

Сверхтвердые материалы

 

Сверхтвердые материалы. Их широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100— 200 м/мин и более).

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого (НУ 100000) в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама (.НУ 17000) и в 8 раз-твердость быстрорежущей стали (НУ 13000). Преимущественное применение имеют синнтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по сравнению с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 800°С (при большем нагреве он графи- тизируется). Относительно небольшая теплостойкость компенсируется высокой теплопроводностью алмаза, снижающей разогрев режущей кромки инструментов при высоких скоростях резания.

Область применения алмазных инструментов ограничивается высокой адгезией к железу, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.

Большей универсальностью обладают инструменты из поликристаллического нитрида бора с кубической решеткой ((3-BN), называемого кубическим нитридом бора (КНБ). КНБ получают спеканием микропорошков нитрила бора (с гексагональной, кубической решеткой или вюрцитоподобного) при высоких температурах и давлениях или прямым синтезом из нитрида бора с гексагональной решеткой (oc-BN). В зависимости от технологии получения КНБ выпускают под названием: эльбор, зль- бор-Р, боразон.

Нитрид бора (P-BN) имеет такую же, как алмаз, кристаллическую решетку и близкие с ним свойства. По твердости КНБ (НУ 90000) не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости (1200°Q и химической инертности. Отсутствие у КНБ химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываемых сталей, в том числе цементованных и закаленных (HRC ^ 60). При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменить шлифование, сокращая в 2-3 раза время обработки и обеспечивая низкую шероховатость поверхности.

 

Виды коррозии

 

Корро́зия — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Виды коррозии по механизму протекания процесса:

- химическая - это вид коррозионного разрушения, связанный с взаимодействием металла и коррозионной среды, при котором одновременно окисляется металл и происходит восстановление коррозионной среды;

- электрохимическая - процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости.

Виды коррозии по условиям протекания:

- атмосферная коррозия - наиболее распространенный вид коррозии, связанный с разрушением металлов в атмосфере воздуха;

- газовая - коррозионное разрушение металла под воздействием газов при высоких температурах;

- жидкостная - вид коррозии металла в жидкой среде, который подразделяется на коррозию в электролитах и неэлектролитах;

- почвенная - коррозия металла в грунтах и почвах;

- биокоррозия - вид коррозии, связанный с разрушением под влиянием живых микроорганизмов;

- структурная - связанная с неоднородностью структуры металлов;

- коррозия блуждающими токами - вид электрохимического разрушения под воздействием блуждающих токов;

- внешним током - электрохимическое разрушение металла под влиянием тока от внешнего источника;

- контактная коррозия - возникает при контакте разнородных металлов (имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите);

- щелевая коррозия - явление повышения скорости коррозионного разрушения в зазорах и щелях в металле;

- коррозия под напряжением - разрушение металла при одновременном воздействии агрессивной среды и механических напряжений;

- кавитация - разрушение металла при одновременном воздействии ударного воздействия внешней среды и коррозионного процесса;

- фреттинг-коррозия - вид коррозии, возникающий при колебательных перемещениях двух поверхностей относительно друг друга в условиях коррозионной среды;

- коррозия при трении (коррозионная эрозия) - происходит при одновременном воздействии на металл трения и коррозионной среды;

Виды коррозии по характеру разрушения:

- сплошная (общая коррозия) - охватывающая всю поверхность металла, которая находится под воздействием коррозионной среды;

- местная - распространяется лишь на некоторых участках поверхности металла.