3.8.7Сверхпроводящие металлы и сплавы

3.8.8Криопроводникн

Помимо сверхпроводимости в ряде случаев успешно используют явление крио проводимости, т.е.

В отличие от сверхпроводников, к которым принадлежат многие сплавы и соединения металлов, криопроводниками являются только чистые металлы с минимально возможным количеством дефектов кристаллической решетки (в качестве криопроводников используют 99,99% медь, 99,999% алюминий, 99.99% серебро, 99,95% бериллий). Так как сплавы в общем случае имеют меньший температурный коэффициент удельного сопротивления, чем чистые металлы, из которых они состоят, их удельное сопротивление изменяется существенно меньше при переходе к очень низким температурам. По этой причине они не могут использоваться как криопроводники.

20Методы защиты от коррозии. . Защита легированием – при легировании стали хромом или хромом и никелем (более эффективно) сталь способна сопротивляться коррозии, так как её электродный потенциал становится высоким и она является отрицательно заряженным катодом. Защита неметаллическими плёнками. Это окисные плёнки, получаемые оксидированием и фосфатные плёнки, получаемые фосфатированием. в результате детали покрываются окисной плёнкой чёрно-синего цвета (воронение), либо фосфатной плёнкой. Защита металлическими покрытиями. На поверхность детали наносится тонкий слой другого металла Защита протекторами – к детали, находящейся в электролите присоединяют металл с меньшим электродным потенциалом (обычно цинк), который, являясь анодом, и разрушается Защита неметаллическими покрытиями. Это краски, лаки

19КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ – физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы. Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла, например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо. В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий Многие металлы, в том числе и довольно активные (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии.Коррозии подвергаются и некоторые довольно мало активные металлы. Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) в результате образования смеси основных солей. Химическую коррозия возникает в результате химического воздействия внешней среды на поверхность металла, Электрохимическая коррозия – возникает при действии на металл электролитов. Это наиболее распространённый вид коррозии

18Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al2O3, предохраняет его от коррозии. Алюминиевые сплавы. К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;литейные сплавы. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами , взрывобезопасны и хорошо поглощают ударные нагрузки.

17.Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Механические свойства меди относительно низкие. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.Латунь медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной , а с содержанием 20–36% Zn – желтой Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами.

14-16. Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали. Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев. В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки. Основными разновидностями химико-термической обработки являются:цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом); цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950 oС.Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.

Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом. При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость. Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.

Цианирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностьнасыщается одновременно углеродом и азотом.Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями. При окислении цианистого натрия образуется атомарный азот и окись углерода: Глубина слоя и концентрация в нем углерода и азота зависят от температуры процесса и его продолжительности.Цианированный слой обладает высокой твердостью и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость.

12-13.Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого является изменение их структуры и свойств в заданном направлении. Термическая обработка является одним из наиболее распространенных способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственнее изделия (конструкция), тем, как правило, в ней больше термически обработанных деталей.Существует четыре вида термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.

отжиг стали состоит из нагрева на 30—50° выше верхней критич. точки GSK и последующего медленного охлаждения.Твердость и прочность снижается,а внутреннее напряжение снимается и увеличивается пластичность.

Нормализация - термообработка, при которой сталь охлаждается не в печи, как при отжиге, а на воздухе в цехе. Нагревание ведется до полной перекристаллизации (на 30-50 o выше точек GSE, в результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Твердость, прочность стали после нормализации выше, чем после отжига.

Закалкой называется операция термической обработки, состоящая из нагрева до температур выше30-50 верхней критической точки GSK. С последующим резким охлажением: в воде масле растворе солей. Повышается твердость, прочность. Уменьшается пластичность и ударная стойкость

Отпуск - процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе) Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150-250°С, Средний отпуск производится при температурах 300-500°С Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С.

11. Маркировка легированных сталей.В маркировке конструкционных марок сталей первые две цифры означают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Легирующие элементы обозначают следующими буквами: марганец - Г; кремний-с; хром - X; никель - Н; вольфрам- В; молибден - М; ванадий - Ф; титан - Т; алюминий- Ю; медь - Д; ниобий - Б; кобальт - К; бор - Р; цирконий- Ц; фосфор - П.

Содержание легирующих элементов указывается после соответствующей буквы в целых числах. При содержании легирующего компонента в пределах 1 % и менее цифру не ставят. Большинство легированных конструкционных сталей выплавляется качественными (<0,035 % S и < 0,035 % Р). В высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать по 0,025 %. В конце маркировки таких сталей ставят букву «А»

У инструментальных сталей содержание углерода обозначают в десятых долях процента. Если углерода содержится больше 1 %, то цифры не ставят. Например, сталь марок ХВГ, ХГ и др.

В ряде случаев стали маркируют условными буквами, которые характеризуют тип стали, с добавлением цифры, указывающей номер сплава и одновременно показывающей содержание основного легирующего компонента.

Шарикоподшипниковые стали обозначают буквой «Ш», быстрорежущие инструментальные-«Р», стали для постоянных магнитов - «Е», электротехнические стали (динамные и трансформаторные)-«Э», автоматные стали-«А».

Легированные стали, не вошедшие в государственные стандарты, обозначают буквами «ЭИ» и «ЭП» и номером. Буква «Э» обозначает, что сталь выплавлена на заводе «Электросталь», буква «И»- сталь исследовательская, а буква «П»- пробная сталь,

10 Легированные стали .При введении в углеродистые стали специальных легирующих добавок достигается значительное улучшение их физико-механических свойств. По назначению легированные стали разделяют на три класса: конструкционные , инструментальные и стали с особыми физико-химическими свойствами. легированные стали делят на три класса: низколегированные с общим содержанием легирующих элементов до 2,5 %; сред не легированные— от 2,5 до 10% и высоколегированные, содержащие более 10 % таких элементов. В зависимости от структуры, которую получают легированные стали после нормализации, их делят на пять классов: перлитная, мартенситная, аустенитная, феррит-ная и карбидная

8. Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14.Кремнием, Марганецем, Серой, Фосфором. В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита). Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун маркируется буквами и двумя числами, например СЧ 120-280. Буквы СЧ обозначают серый чугун, первое число — предел прочности (в МПа) при испытании на разрыв, а второе число — предел прочности (также в МПа) при испытании на изгиб.

6. Основные понятие о сплавах. Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов.Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки. Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. При образовании сплавов в процессе их затвердевании возможно различное взаимодействие компонентов. механические смеси;химические соединения; Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Сплав состоит из кристаллов входящих в него компонентов. В сплавах сохраняются кристаллические решетки компонентов. Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.