7.6. Сплавы на основе никеля

Характерными свойствами никеля являются его относительно большая температура плавления, достаточно высокая прочность и пластичность, значительная химическая стойкость, ферромагнитность. Он широко используется в современной технике как электротехнический и конструкционный материал. Но наиболее часто никель является основой широкого диапазона жаропрочных сплавов.

Никель образует непрерывные ряды твердых растворов с медью, кобальтом, железом и марганцем. При высоких температурах в больших концентрациях (35…40 %) растворяются многие тугоплавкие металлы – хром, вольфрам, молибден, ванадий, тантал. Значительной растворимостью в никеле (2,5…20 %) обладают алюминий, титан, ниобий, бериллий, кремний. При понижении температуры растворимость элементов, образующих с никелем ограниченные твердые растворы, уменьшается. Это дает предпосылки для дисперсионного твердения сплавов. Твердые растворы на основе никеля часто называются аустенитом и обозначаются  по аналогии с твердыми растворами на основе Fe_.

Промышленные никелевые сплавы разделяются на жаростойкие, жаро­прочные, коррозионно-стойкие и специальные (с особыми физическими свойствами). Жаропрочные сплавы в свою очередь делятся на деформируемые, литейные, дисперсно-упрочненные.

Маркируются никелевые сплавы условными обозначениями, не имеющими отношения к их химическому составу (например, ЭН 4376, ЭП 742), или используется система обозначений, сходная с системой обозначений для сталей. В последнем случае обозначение начинается с буквы Х, затем проставляется буква Н и число, указывающее среднее содержание никеля. Далее следуют буквы, обозначающие остальные легирующие элементы в порядке уменьшения их содержания. Например, сплав ХН70МВТЮБ (другое его обозначение ЭН 598) содержит, %: 70 Ni; 5 Мо; 3 W; 2,4 Ti; 1,3 Al; 0,9 Nb; остальное (17 %) хром. В некоторых марках после буквы Х указывается содержание хрома (например, Х10Н90).

Никель и никелевые сплавы широко используются в промышленности. Никель применяется в основном как коррозионно-стойкий материал для производства химического, пищевого, медицинского оборудования, в приборостроении, в электровакуумной технике.

Особый приоритет отдается жаростойким никелевым сплавам. Из них изготавливаются камеры сгорания и другие узлы авиационных двигателей, арматура и приспособления для нагревательных печей, рабочие лопатки и диски турбин и т. д.

Жаропрочные никелевые сплавы относятся к перспективным материалам производства ряда узлов турбин промышленных наземных установок, а также двигателей наземного транспорта.

7.7. Антифрикционные материалы

Антифрикционные (от анти … и лат. friktio трение) материалы – материалы для деталей, работающих в условиях трения, главным образом скольжения (подшипники, втулки, направляющие, вкладыши подшипников). Они должны обладать низким коэффициентом трения, хорошей прирабатываемостью, малой склонностью к схватыванию, способность обеспечивать равномерную смазку трущихся поверхностей. Из большого разнообразия антифрикционных материалов, можно выделить следующие основные группы:

– сплавы на основе олова, свинца (баббиты), меди (бронзы и латуни), железа (чугуны), цинка, алюминия;

– спеченные материалы (бронзографит, железографит);

– пластмассы (текстолит, фторопласт, древеснослоистые пластики и др.);

– сложные композиционные материалы типа металл-пластмасса (пористая бронза, поры которой заполнены фторопластом и др.);

– минералы естественные (агат) и искусственные (рубин, корунд);

– стеклокерамические материалы (ситаллы) – для изготовления камневых опор в прецизионных приборах (часы, гироскопы, тахометры и др.).

С

Рис. 88. Схема подшипника скольжения: 1 – пространство для смазки; 2 – твердые включения; 3 – мягкая основа

труктура антифрикционных материалов имеет, как правило, две составляющие: твердую и мягкую (рис. 88). По мере приработки вала к вкладышу подшипника мягкая структура последнего вырабатывается и, тем самым, образуются микроканалы, по которым циркулирует смазка. Вал опирается на выступающие твердые включения вкладыша, которые должны быть менее твер­дыми, чем самая мягкая структурная составляющая вала. В противном случае твердые включения вкладыша подшипника будут инициировать быстрый износ вала. Мягкая основа вкладыша хорошо поглощает также случайно попавшие в подшипник твердые частицы.

На железнодорожном транспорте в качестве антифрикционных материалов наиболее широко используются баббиты, бронзы, латуни. Характеристики некоторых из них приведены в табл. 21.

Таблица 21