книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

термической обработки. Хорошо видна (рис. 74, 75) об­ щая тенденция к росту температурного коэффициента электросопротивления с увеличением содержания мар­ ганца и повышением температуры старения.

Рост температурного коэффициента электросопротив­ ления в высокомарганцевых сплавах после старения при 600 и 650°С связывается с выделением сгмарганца, тем­ пературный коэффициент которого равен 4,2-ІО-4 и отве­ чает значениям, полученным при экстраполяции рас­ сматриваемых кривых к чистому марганцу. Повышение

Рис. 75. Температурный коэффициент электросопротив­

температурного коэффициента после старения при 700— 800°С объясняется выделением ß-марганца. Экстраполя­ ция кривых к чистому марганцу дает величину, близкую к 11-10-4, что соответствует значению температурного коэффициента ß-марганца.

Влияние термической обработки на электросопро­ тивления сплавов было подробно рассмотрено в работе [51]. Электросопротивление закаленных сплавов макси­ мально при 65% Мп и равно 198-ІО-4 ом-м (рис. 76). Старение и в рассмотренных выше случаях снизило электросопротивление во всех сплавах, содержащих >85% Мп, и несколько повысило его в сплавах с <86% Мп. Для сплавае 78% Мп это повышение максимально.

Электросопротивление сплавов с 35—40% Мп, по данным работы [142], не зависит от скорости охлажде­ ния и значительно уменьшается при замедленном ох­ лаждении в сплавах с большим содержанием марганца (рис. 77). Общая закономерность изменения электросо­ противления от состава медленно охлажденных сплавов аналогична полученной после старения при 500°С (см.

рис. 74). Обращает на себя внима­ ние тот факт, что в сплавах с 50— 70% Мп при уменьшении скорости охлаждения до 2,5 град/ч электро­ сопротивление монотонно убывает, а при дальнейшем уменьшении ско­ рости несколько возрастает; остава-

р,ом-м-10

ле охлаждения с большей скоростью. Подобное поведе­ ние объясняется тем, что при малых скоростях охлаж­ дения из твердого раствора выделяются кристаллы

а-марганца.

Температурный коэффициент электросопротивления в медленно охлажденных сплавах, содержащих менее 35% Мп, практически равен нулю (рис. 78). При увели­ чении содержания марганца температурный коэффици­ ент электросопротивления быстро растет и для сплавов

20 40 60 SO Мп,%

Рис. 78. Температурный коэффициент электросопро­ тивления сплавов Мп—Си после охлаждения с 850°С с различной скоростью град,'ч [153]:

7—20—40; 2—4,2; 3—2,5; 7—0,55

с 80—85% Мп достигает значений порядка 2- ІО-4 1/град. При дальнейшем увеличении содержания марганца этот

50% Mn, близка к линейной. При экстраполяции к чистому марганцу все кривые электросопротивления сходятся в одной точке, откуда следует, что чистый а- марганец должен был бы иметь температурный коэф­ фициент электросопротивления, равный нулю, хотя в действительности его величина составляет 4,2-ІО-4 1/град [153]. В областях линейной зависимости электро­ сопротивления от состава (сплавы с 10—40 и 82—96% Мп) холодная пластическая деформация заметного вли­ яния на электросопротивление закаленных сплавов не оказывает. В сплавах с промежуточным содержанием марганца (40—82%) электросопротивление под дейст­ вием наклепа заметно повысилось (до 2%). Рост элек­ тросопротивления был зафиксирован в сплавах, отвечаю­ щих составам MnCu и Mn3Cu (рис. 80). Можно предпо­ ложить, что такое влияние наклепа объясняется увели­ чением разупорядочения решетки.

Температурный коэффициент электросопротивления сплавов в результате наклепа незначительно умень­ шается [51].

Тепловые свойства

Теплопроводность сплавов Мп—Си мала; она зави­ сит от состава и характеризуется следующими величи­ нами [150]:

ного расширения сплавов Мп—Си в закаленном с о с т о я ­ ни и [149] показали его монотонный рост от 18-10-6 до 40 -10—6 1/град с увеличением содержания марганца (рис. 81). В сплавах после медленного охлаждения от температур закалки абсолютные значения коэффициен­ та линейного расширения, как правило, несколько ни­

XIО-6 1/град). Напомним, что коэффициенты линейного

Рис. 81. Термический коэф­ фициент расширения зака­ ленных сплавов М п—Си за­

меренный в интервале тем­ ператур 0—250°С [154]

расширения меди, алюминия и железа при комнатной температуре соответственно равны 17,8-10—6; 26,0-10-6 и 12,0- ІО“6 1/град.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ Мп — Си

Одной из причин, задерживающих широкое внедре­ ние сплавов Мп—Си в промышленность, как было ука­ зано, является недостаточно полное знание их техноло­ гических свойств: особенностей поведения при плавке,от­ ливке, обработке давлением, обработке резанием и т. д.

Литейные свойства

Наибольшие трудности при освоении промышлен­ ностью сплавов Мп—Си выпадают на долю металлургов.

Исследования показали, что сплавы Мп—Си облада­ ют хорошей жидкотекучестью, но наряду с этим для них характерен ряд специфических недостатков, осложняю­ щих практику литья.

В первую очередь сюда следует отнести большую химическую активность расплава при высоких темпера­ турах. Взаимодействуя с кислородом, марганец образу­ ет прочный окисел МпО, не растворимый в жидком ра­ сплаве. Температура плавления окисла 1785°С, плот­ ность 5,18 г/см3. Вследствие этого частицы окисла труд­ но всплывают и легко запутываются в расплаве, что приводит к загрязнению слитка пленами.

Высокая упругость паров марганца в области тем­

на угар и не дает возможности проводить плавки в вы­ соком вакууме.

В результате большой объемной усадки при кристал­ лизации, равной 3—3,5%, происходит образование зна­ чительной усадочной раковины. Кроме того, вследст­ вие низкой теплопроводности, высокой вязкости и зна­ чительного поверхностного натяжения при температуре кристаллизации указанные сплавы склонны и к образо­ ванию усадочной пооистости

Условия выплавки

Большое сродство марганца с кислородом, его боль­ шая химическая активность и высокое значение упруго­ сти пара при температуре плавления являются опреде­ ляющими факторами при выборе плавильного агрегата. Плавильные агрегаты должны обеспечивать быстрый нагрев и хорошую защиту от окисления. Таким услови­ ям отвечают индукционные печи. В дуговых электропе­ чах возможно науглероживание, что совершенно недо­ пустимо, так как при содержании >0,05% С резко снижаются и прочность и демпфирующая способность.

Вследствие малого зеркала ванны и большой скоро­ сти нагрева плавка в индукционной печи характеризу­ ется незначительным угаром и малым насыщением газа­ ми из атмосферы. Кроме того, в этих печах можно плав­ ку вести с применением инертных газов.

Так как закись марганца при высоких температурах довольно энергично реагирует с кремнеземом, образуя легкоплавкий силикат марганца, кислая футеровка пе­ чи довольно быстро разрушается и не может быть ис­ пользована для плавки сплавов Мп—Си. Вследствие этого футеровку плавильных тиглей и разливочных ков­ шей рекомендуется производить только основными или нейтральными огнеупорами — магнезитом, электроко­ рундом, окисью хрома, окисью циркония.

Опыт проведения плавок сплавов Мп—Си позволяет рекомендовать для футеровки тиглей следующий состав: 95% магнезитового порошка; 5% огнеупорной глины и от этого количества 1,5% технической борной кис­ лоты.

Авторы работы [51] рекомендуют для изготовления тиглей смесь, состоящую из 90% магнезита и 10% гли­ нозема, а в качестве связующего — жидкое стекло.

Эксплуатация тиглей из металлургического магне­

зита показала их относительно небольшую термостой­ кость. Разрушение происходит в основном по причине образования трещин под действием быстрых нагревов и охлаждения. Поэтому тигли из металлургического магнезита следует использовать преимущественно при непрерывной работе печи, без резких колебаний темпе­ ратур. Значительно большей термостойкостью облада­ ют тигли из плавленого магнезита, но они дороже.

Выбор шихтовых материалов и ведение плавки

При назначении шихтовых материалов для выплавки марганцевомедных конструкционных сплавов следует обратить особое внимание на их чистоту, так как даже незначительное содержание в сплавах примесей при­ водит к снижению физико-механических и ухудшению технологических свойств. Опыт показал, что для вы­ плавки конструкционных марганцевомедных сплавов следует применять электролитический марганец марок МрО и МрІ и медь МО или Ml.

При использовании в качестве исходного материала электролитического марганца в виде чешуек в слитке может быть повышенная пористость из-за высокого со­ держания в этих чешуйках водорода (~250 смъ на 100 г марганца). Для удаления водорода необходимо прове­ сти дегазацию такого марганца, заключающуюся в от­ жиге при 450—500°С, 2 ч в вакууме. Такой отжиг уда­ ляет до 96—98% имеющегося в чешуйках водорода [187]. Более целесообразно использовать кусковой марганец, полученный переплавом чешуйчатого. Плав­ ки, полученные из кускового марганца, характеризуются и большей однородностью и несколько лучшими меха­ ническими свойствами.

Исследования возможности переплава показали, что использование отходов от выплавки сплавов Мп—Си приводит к повышенной потере марганца на угар (до 12—15%). Количество скрапа рекомендуется доводить не более чем 25% от массы садки [156].

Плавку сплавов Мп—Си в индукционной печи можно проводить как с флюсом, так и без него.

Согласно литературным данным [124], отливки, полученные плавкой без флюса имеют лучший комплекс прочностных характеристик и несколько большее демп­

фирование. Наши исследования не подтвердили этого вывода. Слитки, полученные плавкой под флюсом, ока­ зались более однородными по химическому составу, их механические свойства выше и стабильнее (табл. 11).

Угар марганца при использовании флюса снижается с 2—3 до 1%. В качестве флюса могут быть рекомендова­ ны криолит и бура. Оба флюса хорошо защищают ме­ талл от печной атмосферы, достаточно жидкотекучи и не смачиваются металлом. Поскольку бура более активна к материалу тигля в шлаковой зоне, некоторое предпоч­ тение следует отдать криолиту.

Для уменьшения в сплаве кислорода, а также обра­ зования легкоплавкой поверхностной окисной пленки расплав за 1—2 мин перед разливкой необходимо под­ вергать раскислению. В качестве раскислителей сплавов Мп—Си могут быть использованы магний, кальций, алюминий и кремнии. Практика ведения литья позволя^- ет нам рекомендовать в качестве лучших раскислителей кальций и алюминий в количестве 0,2—0,3% от массы

жидкого металла.

Магний является также достаточно энергичным раскислителем, однако он требует при работе значительных мер предосторожностей ввиду возможности образова­ ния взрывоопасной смеси. Магний следует вводить в

расплав небольшими порциями и обязательно под зер­ кало ванны. Общее количество магния для полного рас­ кисления должно составлять 0,2—0,6% от массы жидко­

го металла.

Действие кремния менее эффективно, но так как кремний, помимо раскисления, также улучшает жидко­ текучесть сплавов, он может быть рекомендован при производстве особо сложных по форме отливок.

Большое влияние на качество слитков и отливок ока­ зывает температура разливки. Оптимальная температу­ ра разливки сплавов с 70—80% Мп находится в преде­ лах 1410—1450°С. В результате разливки при температу­ ре ниже 1410°С получаются непроплавы и непровары, а также образуется значительное количество окнсных включений. При температуре разливки выше 1450°С в слитках возникают газовые поры, приводящие при даль­ нейшей обработке давлением к разрывам металла.

Для сплавов Мп—Си характерна хорошая жидкоте­ кучесть, значительно превосходящая жидкотекучесть сталей. Сравнительные испытания сплавов с 75% Мп и стали 35Л, проведенные методом U-образной ппобы Ле­ нинградским политехническим институтом [157% пока­

степени зависит от температуры. Она резко увеличива­ ется с ростом температур при сравнительно небольшом перегреве и мало зависит от температуры в диапазоне температур, рекомендуемом для литья (рис. 82).

Сплавы Мп—Си обладают высокой пластичностью