13.Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

Магнито-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов.

Для постоянных магнитов применяют высокоуглеродистые стали с 1% С, легированные хромом (3%) ЕХ3, а также одновременно хромом и кобальтом, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2. Легирующие элементы повышают коэрцитивную и магнитную энергию

В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико. Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем, затем проводят шлифование.

Сплав ЮНДК15 содержит 18-19% Ni, 8.5-9.5% Al, 14-15% Co, 3-4% Cu.

Магнито-мягкие стали (электротехническая сталь) (1212, 1311, 1511, 2011, 2013, 2211, 2312, 2412, 3415, 3416, 79НМ, 81НМА) применяют для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока. Они предназначены для изготовления якорей и полюсов машин постоянного тока, роторов и статоров асинхронных двигателей и др.

Парамагнитные стали (17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 55Г9Н9Х3, 40Г14Н9Ф2, 40Х14Н9Х3ЮФ2 и др.) требуются в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники.

Недостатки этих сталей низкий предел текучести (150-350МПа), что затрудняет их использование для высоко нагруженных деталей машин.

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения

Широко применяются в машиностроении и приборостроении. Наиболее распространены сплавы Fe-Ni, у которых коэффициент линейного расширения  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 (_в=7701100МПа, _т=300500МПа), пластичностью (=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.