6. Конструкционные материалы

Под конструктивной прочностью подразумевают комплекс прочностных свойств, которые в наибольшей степени влияют на эксплуатационные свойства изделия. Это сочетание прочности, надежности и долговечности.

Классификация КМ.

1. По условиям эксплуатации

а) материалы общего назначения

• материалы на основе железа

• материалы на основе цветных металлов и сплавов

б) материалы со специальными свойствами

• износостойкие

• инструментальные

• жаропрочные

• жаростойкие

• коррозионностойкие

• для атомной энергетики

• с особыми физическими свойствами

• тяжелые сплавы

• электротехнические.

2. По темени нагруженности:

• малонагруженные (П = 16-25%; 20-25% σ_в);

• умереннонагруженные (П = 10-15%; 50-55% σ_в);

• средненагруженные (П = 5-10%; 70-75% σ_в);

• тяжело нагруженные (П = менее 5%; 90% σ_в).

Материалы для КМ

Порошки чистых металлов и сплавов, полученные различными методами (Fe, Cu, Ni, Co, Cr, Mn).

Углеродистые стали получают из смеси Fe и графита (какое железо указать) 0,3% С. Технология: смешивание, холодное однократное прессование, спекание (если необходимо – калибровка, мех. обработка)

Иногда вместо графита смесь железного и чугунного порошка.

Основной легирующий элемент – Сu. Она стабилизирует усадку. Содержание от 1 до 5%. Технология – смешивание, холодное прессование, спекание. Превышение 5% существенно снижает пластичность стали.

Распространенным элементом также является Ni. При увеличении содержания Ni от 1 до 10% прочность стали возрастает. Стабилизирует усадку.

Совместно введение Ni и Сu способствует ускорению диффузионных процессов и гомогенизации. Кроме того, полученный прирост прочности превышает суммарный эффект действия каждого элемента в отдельности. Поэтому ПКМ, легированные только никелем не находят широкого применения.

Для деталей общемашиностроительного назначения совместное легирование Ni (1-3,5%) и Мо (0,3-0,8%). Высокие механические свойства. Применение этих элементов не требует высокоосушенных сред.

Недостаток этих элементов – высокая стоимость. Поэтому сейчас часто используются Cr, Mn и Si. Их вводят как в виде чистых порошков, так и в виде сплавов с Fe. Но из-за высокого сродства к О₂ они требуют высокоосушенных сред спекания.

Многопрочные порошковые стали по прочности не уступают литым и легируются Ni (7-20%), Со (4-17%), Мо (4-5%), Тi (0.8-3.5%), Al, Mn, Cr (1-4%).

Нержавеющие стали легируются Ni (2-28%), Cr (12-16%), Мо (0,1-3,0%), Mn (0,1-0,6%), Si (0.1-1,0%), С (0,02-0,18). Получают диффузионным насыщением и распылением. Применяются также смеси порошков Fe-Cr и карбидов.

Технология КМ

1. Малонагруженные детали изготавливают из железного порошка или шихт на его основе с добавлением углерода х/п и спеканием при t = 0,8 t_пл с получением П = 16-25%. Иногда пропитывают маслом, орган. мономерами, легкоплавкими металлами.

2. Умереннонагруженніе детали П = 10-15% целесообразно изготавливать из порошковв углеродистых или низколегирован-ных сталей однократным или двойным прессованием и спека-нием. При изготовлении деталей повышенной сложности применяют мех. обработку для деталей средней сложности – калибровку. ТО в зависимости от условий эксплуатации.

3. Средненагруженные детали пористостью не более 9%, эксплутируемые в условиях значительных статических и динамических нагрузок, следует изготавливать из порошков углеродистых и легированных сталей и сплавов. Изделия можно изготавливать двойным прессованием и спеканием, горячей и холодноц штамповкой, г/п с последующец ТО или ХТО.

4. Тяжело нагруженные детали пористостью не более 9%, эксплуатируемые в условиях высоких статических и динамичес-ких нагрузок, целесообразно изготовлять из гомогенных порош-ков легированных сталей и сплавов пористостью менее 2%. Изде-лия получают ГШ и ХШ спеченных заготовок с последующей ТО, ХТО или ТМО. Применяют такжде другие высокоэнергети-ческие методы изготовления деталей этой группы (ГП, ИП, ВФ).