Стали с особым тепловым расширением.
Сплавы с заданным температурным коэффициентом расширения широко применяют в машиностроении и приборостроении. Наиболее распространены сплавы Fe-Ni, у которых коэффициент термического расширения a=10-6 оС-1 (мм/мм оС). При температурах от –100 до +100 оС с увеличением количества Ni до 36% a резко уменьшается, а при более высоком содержании Ni – вновь возрастает.
При температуре 600-7000С такого явления не наблюдается и коэффициент линейного расширения в зависимости от состава изменяется плавно, что объясняется ферромагнитной природой этих сплавов.
Это свойство сплавов Fe-Ni широко используется в технике. Например, детали, которые должны сохранять постоянство размеров при нагреве до 100 оС и охлаждении до –100 оС, в частности, детали геодезических приборов, изготавливают из аустенитного сплава 36Н (менее или равно 0,05% С, 36% Ni), получившего название инвар. Сплав 36Н имеет минимальное значение коэффициента расширения в системе Fe-Ni – a=1,5×10-6мм/мм оС или [оС-1].
Для впаев проводников в стеклянные вакуумные приборы применяют сплавы Fe-Ni, дополнительно легированные Со или Cu. Они имеют равный со стеклом коэффициент расширения и близкую температурную зависимость последнего.
Для вакуумных спаев с молибденовым стеклом применяют сплав 29НК (ковар) 29% Ni и 18% Со, у которого a=(4,6-5,5)×10-6 С-1(мм/мм оС). При нагреве сплава 29НК на его поверхности образуется пленка оксидов, взаимодействующая со стеклом. Это приводит к образованию плотного сцепления между стеклом и сплавом.
Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом, например, в телевизионных кинескопах, имеющих a£8,7×10-6мм/(ммоС), применяют и более дешевые ферритные железо-хромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ (0,35% Мо, 0,35% V, 18% Cr, 0,6% Ti). По своим свойствам сплавы одинаковы, но сплав 18ХТФ дешевле, т.к. он не содержит Мо.
Магнитные стали и сплавы.
Магнитные сплавы разделяются на магнитотвердые, применяющиеся для постоянных магнитов и магнитомягкие, предназначающиеся для сердечников трансформаторов, электродвигателей и генераторов.
Магнитотвердые сплавы. Постоянные магниты получают из твердых закаленных сталей, безуглеродистых стареющих сплавов или прессуются и спекаются из мельчайших порошков.
Они должны обладать возможно большей магнитной энергией (ВН), максимально высокой и устойчивой коэрцитивной силой Нс, препятствующей их размагничиванию; высоким остаточным намагничиванием – остаточной индукцией Br; не изменять своих свойств с течением времени
Наибольшая трудность для магнитотвердых материалов обуславливается получением высокой коэрцитивной силы Нс. Для получения высокой коэрцитивной силы стали должны иметь неравновесную структуру, обычно мартенсит с большим количеством дефектов строения (дислокаций, блоков, границ зерен и т.д.), являющихся источниками искажений кристаллической решетки и внутренних напряжений.
Наивыгоднейшая структура с повышенными напряжениями Ш рода у стали для постоянных магнитов – мартенсит с частицами цементита или других карбидов, получаемый после закалки и старения. Например, высокоуглеродистая хромистая сталь для постоянных магнитов ЕХ3 отличается значительной устойчивостью аустенита и хорошей прокаливаемостью. Ее подвергают закалке при 850 оС в масле и старению при 100 оС в течение 5-ти часов. При этом получается достаточная коэрцитивная сила и остаточная индукция.
Легирующие элементы повышают коэрцитивную силу, остаточную индукцию и улучшают температурную стабильность и стойкость постоянного магнита к механическим ударам. Хромистые, вольфрамовые и кобальтовые сплавы легко обрабатываются давлением и резанием, но обладают относительно малой магнитной энергией, поэтому их применяют для неответственных магнитов массового производства.
Магнитны сплавы, содержащие никель и алюминий сокращенно называют альни, с добавлением кобальта – альнико.
Сплавы альни и альнико обладают большой твердостью, хрупки и плохо обрабатываются, поэтому магниты из них изготавливают литыми и обрабатывают шлифованием. Небольшие магниты весом 50-100 г выгоднее изготавливать из мелких порошков методами прессования и спекания.
Магниты из микропорошков Fe или Fe и Со по магнитным свойствам находятся на уровне литых магнитов альни и альнико.
Магнитомягкие стали, электротехническая сталь и сплавы обладают малой коэрцитивной силой Нс и очень высокой магнитной проницательностью μ. Наиболее вредными примесями в магнитомягких сталях и сплавах являются “С”, S, О2 и N2, которые почти не растворяются в феррите. Они присутствуют в виде частичек цементита.
В качестве магнитомягкого материала можно использовать чистое железо. Электротехническое железо (марки ЭА, ЭАА) используют для изготовления сплошных сердечников, работающих в условиях постоянной температуры магнитного потока, когда потери на вихревые токи не значительны. Такой металл отличается высокой магнитной проницательностью и малой коэрцитивной силой, однако электрическое сопротивление его низкое и поэтому для электрических машин и трансформаторов оно непригодно.
Для изготовления трансформаторов применяют тонколистовую кремнистую сталь. Маркируется она следующим образом: Э-31 – 1-я цифра указывает приблизительное количество Si (примерно 2,-3,8%). Вторая цифра обозначает уровень электрических и магнитных свойств. Далее могут стоять один или два нуля. Один нуль указывает, что сталь холоднокатаная текстурованная, т.е. с высокими электромагнитными свойствами вдоль направления прокатки. Два нуля – сталь холоднокатаная, малотекстурованная.
Для слаботочной промышленности требуются сплавы с высокой начальной магнитной проницательностью в слабых магнитных полях. Такие сплавы называются пермаллоями. Они отличаются очень высоким содержанием никеля 76,5-79,5%. Свою высокую начальную магнитную проницательность пермаллои получают после сложной термической обработки. Сплав подвергают высокотемпературному нагреву в атмосфере Н2 для создания крупнозернистости, удаления углерода и снятия внутренних напряжений, после чего производится охлаждение в магнитном поле. Более дешевые никелевые сплавы, содержащие 45-50% никеля, называют гайперниками, но их свойства ниже свойств термически обработанных пермаллоев.
Легирование Fe-Ni сплавов Si, Mo, Mn и Cu, увеличивая у них электрическое сопротивление, позволяет применять их на повышенных и высоких частотах, снижает их восприимчивость к наклепу и обеспечивает постоянство свойств.
Титан и его сплавы.
Один из самых распространенных металлов в земной коре – Ti отличается малым удельным весом (4,5), высоким сопротивлением коррозии и высокой прочностью. Он обладает высокой температурой плавления (1660±10 оС), парамагнитен и существует в 2-х аллотропических модификациях a и b. Важнейшими легирующими элементами для сплавов из титана являются Al, V, Mo, Mn, Cr и Sn, которые образуют у них твердые растворы замещения.
По структуре различают 3 группы титановых сплавов: на основе a - твердого раствора, на основе a+b твердого раствора, на основе b - твердого раствора. Наиболее широко применяются сплавы П группы, термообработка которых позволяет значительно повышать механические свойства.
Очень распространенным сплавом является сплав ВТ6, он теплоустойчив, его a - фаза упрочнена алюминием, а b - фаза стабилизирована вахадием. Он рекомендуется для изделий, подвергаемых термической обработке и сварке, работающих при повышенных температурах в пределах 400 оС
Наиболее перспективным является сплав ВТ15 со структурой из b - фазы. Сплав ВТ15 после нагрева до 800 оС, последующей закалки в воде и старения при 4500С в течение 50 ч получает предел прочности 155 кг/мм2. Высокая прочность сплава ВТ15 сохраняется до 500 оС (при выдержке 30 мин.), резкое разупрочнение наступает только при температуре 600 оС.
Для титановых сплавов, содержащих вредные примеси, образующие твердые растворы замещения, характерна “омега-хрупкость”. Промежуточная w - фаза благодаря сложности своей кристаллической решетки отличается высокой твердостью и хрупкостью. Она образуется из неустойчивой b - фазы в интервале температур от комнатной до 4800С при следующем превращении: b®w+b®a+b. Алюминий частично устраняет образование w - фазы, при добавке его в сплавы, содержащие V и Mn. Изделия из титановых сплавов могут подвергаться химико-термической обработке, т.е. насыщению карбонитридами, что повышает твердость и износостойкость поверхности.
Малый удельный вес, высокая прочность и большая по сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами, теплоустойчивость обеспечивает применение титановых сплавов в авиационной промышленности.
Благодаря высокой коррозионной стойкости титан применяется в химической и пищевой промышленности, а также в судостроении.
Sn, Pb, Zn И ИХ СПЛАВЫ