4.7.3 Классификация по назначению

Стали по на­значению делят на конструкционные, инструмен­тальные и стали специального назначения с осо­быми свойствами.

Конструкционные стали представ­ляют наиболее обширную группу, применяемые в машиностроении и строительстве, предназначен­ные для изготовления деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций. Из кон­струкционных сталей можно выделить цементуемые, улучшаемые, автоматные, высокопроч­ные и рессорно-пружинные стали.

Конструкционные стали используются для изготовления дета­лей машин, строительных конструкций и др. Основные требования, предъявляемые к конструкционным сталям, - сочетание высокой прочности и достаточной вязкости, хорошие технологи­ческие свойства, экономичность и недефицитность.

Свойства конструкционных сталей сильно изменяются в результате термической и других видов обработки. Вследствие этого оптимальный выбор марки стали и вида упрочняющей обработки детали является сложной задачей. Низкое качество машин из-за отказа деталей в работе во многом происходит по причине неправильного решения этой задачи.

Наибольшую прочность имеют стали, обладающие мелкозернистой основой в виде твердого раствора, упоочненного мелкодисперсными включениями упрочняющей фазы.

Инструментальные стали подразде­ляют на стали для изготовления режущего, из­мерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования.

Стали специального назначе­ния - это нержавеющие (коррозионностойкие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и др.

Строительные низколегированные стали, содержащие не более 0,22 % С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1,8 % Мn, до 1,2 % Si, до 0,8 % Сг, а также до 0,8 % Ni, до 0,5 % Сu, до 0,15 % V, до 0,03 % Ti, до 0,15 % N и других порознь или совместно.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09Г2С и др. Применяют стали в виде листов, сортового фасонного проката в строительстве и машиностроении для сварных конструкции в основном без дополнительной термической обработки.

Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются. Это значит, что они не образуют при сварке холодных и горячих трещин и свойства сварного соединения и участков прилегающих к нему (зоны термического влияния), близки к свойствам основного металла.

Автоматные стали с повышенным содержани­ем серы и фосфора имеют хорошую обрабаты­ваемость. Обрабатываемость резанием улучшают также введением в стали технологических доба­вок селена, свинца, теллура.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, АЗО, А40Г. Из стали А12 изготовляют неответст­венные детали, из сталей других марок - более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления свар­ных конструкций.

Стали листовые (котельные) для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450°С. Кроме того, котельная сталь должна хоро­шо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую до­бавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки угле­родистой котельной стали 12К,, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28 %. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии пос­ле нормализации и отпуска.

Рессорно-пружинные стали общего назначения. Предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения.

Износостойкие стали работают на износ в условиях абразив­ного трения и высоких давлений и ударов (например, для траков некоторых гусеничных машин, щек дробилок, черпаков земле­черпательных машин, крестовин железнодорожных и трамвай­ных путей и т. д.), применяют высокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 0,9 -1,3 % Сu; 11,5 -14,5 % Мn.

Структура этой стали после литья состоит из аустенита и из­быточных карбидов (Fe, Mn)₃C, выделяющихся но границам зерен, что снижает прочность и вязкость стали. В связи с этим .литые изделия закаливают с нагревом до 1100 °С и охлаждением в воде. При таком нагреве растворяются карбиды, и сталь после закалки приобретает более устойчивую аустенитную структуру.

Улучшаемые легированные стали. Это среднеуглеродистые (0,25 - 0,6 %С) и низколегированные стали. Для обеспечения необходимых свойств (прочности, пластичности, вязкости) эти стали тер­мически улучшают, подвергая закал­ке и высокому отпуску (500 - 600°С).

Специальные конструкционные стали - это высоколегирован­ные (свыше 10 %) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаро­стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обла­дающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали по­лучают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюми­нием, марганцем. Наибольшее распространение получили хромистые и хромо-никелевые стали.

Хромистые стали более дешевые, одна­ко хромоникелевые обладают большей корро­зионной стойкостью. Содержание хрома в нержа­веющей стали должно быть не менее 12% . При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии.

Наибольшая коррозионная стойкость сталей достигается после соответствующей термической и механической обработки.

Хромоникелевые нержавеющие ста­ли аустенитного класса имеют большую коррозионную стойкость, чем хро­мистые стали, их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой про­мышленности, в автомобилестроении, транспортном машиностроении в стро­ительстве.

Для экономии дорогостоящего ни­келя его частично заменяют марган­цем. Например, сталь 10Х14Г14НЗ ре­комендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю применяют для тяжелонагруженных деталей. Сталь аустенитно-ферритного класса 08Х21 Н6М2Т применяют для изготов­ления деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной аг­рессивности - уксуснокислых, серно­кислых, фосфорнокислых.

Жаростойкие стали. При высоких температу­рах металлы и сплавы вступают во взаимодейст­вие с окружающей газовой средой, что вызывает газовую коррозию (окисление) и разрушение ма­териала. Для изготовления конструкций и деталей, работающих в условиях повышенной темпе­ратуры (400 - 900°С) и окисления в газовой сре­де, применяют специальные жаростойкие стали. Под жаростойкостью (или окалиностойкостью) принято понимать способность материа­ла противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха или других газовых сред при высоких температурах.

К жаростойким относят стали, содержащие алюминий, хром, кремний . Такие стали не образуют окалины при высоких температурах. Например, хромистая сталь, со­держащая 30 % Cr, устойчива до 1200°С. Стойкость таких материалов при высоких темпе­ратурах объясняется образованием на их поверх­ности плотных защитных пленок, состоящих в ос­новном из оксидов легирующих элементов (хро­ма, алюминия, кремния). Область применения жаростойких сталей — изготовление различных деталей нагревательных устройств и энергетиче­ских установок.

Жаропрочные стали. Некоторые детали ма­шин (двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургического оборудова­ния и т. п.) длительное время работают при больших нагрузках и высоких температурах (500 - 1000°С). Для изготовления таких деталей применяют специальные жаропрочные стали.Под жаропрочностью принято понимать способность материала выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, мо­либден, никель и др. Они сохраняют свои проч­ностные свойства при нагреве до 650°С и более Из таких сталей изготовляют греющие элементы теплообменной аппаратуры, детали котлов, впу­скные и выпускные клапаны автомобильных и тракторных двигателей. В зависи­мости от назначения различают клапанные, котлотурбинные, газотурбинные стали, а также сплавы с высокой жаропрочностью.

Износостойкие стали. Для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения, при­меняют специальные износостойкие стали - ша­рикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовле­ния шариков и роликов подшипников. По хими­ческому составу и структуре эти стали относятся к классу инструментальных ста­лей. Они содержат около 1 % С и 0,6 -1,5 % Cr. Для деталей размером до 10 мм применяют сталь ШХ6 (1,05 - 1,15% С и 0,4 - 0,7 % Cr), a для деталей размером более 18 мм - сталь ШХ15 (0,95 -1,05 % С и 1,3 - 1,65 % Cr).

Подшипники качения являются ответственными деталями многих машин (станков, автомобилей, тракторов, вагоном электродвигателей и др.), определяющих их точность и производительность.

Графитизированную сталь (высо­коуглеродистую, содержащую 1,5 -2 % С и до 2 % Cr) используют для .изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фа­сонных отливок, работающих в условиях трения. Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит. Графитизированная сталь после закалки сочетает свойства закаленной стали и серого чугуна. Графит в такой стали играет роль смазки.

Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2 % С и 13 % Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звень­ев гусениц и т. п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.

Магнитные стали и сплавы. Ферромагнетизмом (способностью в значительной степени сгу­щать магнитные силовые линии) обладают же­лезо, кобальт и никель. Эта способность харак­теризуется магнитной проницаемостью. У ферро­магнитных материалов относительная магнитная проницаемость достигает десятков и сотен тысяч единиц, для других материалов она близка к еди­нице.

Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы и магнитной проницаемости делят на магнитно-твердые и магнитно-мягкие.

Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов; имеют большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеро­дистые (У10 – У12) и легированные стали (Х5К5), специальные спла­вы и стали ( ЮНДК24).

Магнитно-мягкие стали и сплавы. Магнитно-мягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитив­ную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои).

Электротехническое железо (мар­ки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагни­тов и др.

Железоиикелевые сплавы (пермаллои) содержат 45 – 80 % Ni, их дополнительно ле­гируют Сг, Si, Мо. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Применяют пермаллой в ап­паратуре, работающей в слабых электромагнит­ных полях (телефон, радио).

Ферриты - магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферро­магнитной окиси железа Fe₂O₃ и окислов двух­валентных металлов (ZnO, NiO, MgO и др.). В отличие от других магнитно-мягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросоп­ротивление, что определяет их применение в уст­ройствах, работающих в области высоких и сверх­высоких частот.

Сплавы с высоким электрическим сопротивле­нием. Их применяют для изготовления электро­нагревателей и элементов сопротивлений (рези­сторов) и реостатов. Сплавы для электронагре­вателей обладают высокой жаростойкостью, вы­соким электрическим сопротивлением, удовлетворительной пластичностью в холодном состоянии.

Указанным требованиям отвечают железо-хромоалюминиевые сплавы, например марок Х13Ю4 ( ≤ 0,15 % С; 12 -15 % Сг; 3,5 - 5,5 % А1), ОХ23Ю5 ( ≤0,05 % С; 21,5 - 23,5 % Сг; 4,6 - 5,3 % А1), и никелевые сплавы, напри­мер марок XI5H60 - ферронихром, содержащий 25 % Fe, Х20Н80 - нихром. Стойкость нагрева­телей из железохромоалюминиевых сплавов вы­ше, чем у нихромов. Сплавы выпускают в виде проволоки и ленты, применяют для бытовых при­боров (сплавы Х13Ю4, XI5H60, X20H80), а так­же для промышленных и лабораторных печей (ОХ23Ю5).

Сплавы с заданным коэффициентом теплово­го расширения. Они содержат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром 0,05 % С и 35 -37 % Ni), почти не расширяет­ся при температурах от -60 до + 100°С. Его применяют для изготовления деталей приборов, требующих постоянных размеров в интервале климатических изменений температур (детали геодезических приборов и др.).

Сплав 29НК, называемый коваром : 0,03 % С; 28,5 - 29,5 % Ni; 17 -18 % Со), име­ет низкий коэффициент теплового расширения в интервале температур от -70 до + 420°С. Его применяют для изготовления деталей, впаивае­мых в стекло при создании вакуумно-плотных спаев.

Сплавы с заданными упругими свойствами. К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07 - 0,12 % С; 15 – 17 % Ni; 19 – 21 % Сг; 6,4 - 7,4 % Мо, 39 – 41 % Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионностойкий в агрессивных средах сплав. Применяют его для изготовления заводных пружин ча­совых механизмов, витых цилиндрических пру­жин, работающих при температурах до 400°С.

Инструментальные стали предназначены для изготовления следующих основных групп инстру­мента: режущего, измерительного и штампов. По условиям работы инструмента к таким сталям предъявляют следующие требования: стали для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы и др.) должны обладать высокой твер­достью, износостойкостью и теплостойкостью; стали для измерительного инструмента должны быть твердыми, износостойкими и длительное время сохранять размеры и форму инструмента; стали для штампов (холодного и горячего де­формирования) должны иметь высокие механи­ческие свойства (твердость, износостойкость, вязкость), сохраняющиеся при повышенных тем­пературах; кроме того, стали для штампов горя­чего деформирования должны обладать устойчивостью против образования поверхностных тре­щин при многократном нагреве и охлаждении.

Углеродистые инструментальные стали выпускают следующих марок: У7, У8, УвГ, У9, У 10, У11, У12 и У13. Цифры указы­вают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А, инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2 % С.

Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость — спо­собность сохранять большую твердость при высо­ких температурах нагрева. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистых сталей теря­ет твердость.

Легированные инструментальные стали содердат легирующие элементы, увеличивающие теп­лостойкость (вольфрам, молибден, кобальт, хром), закаливаемость (марганец), вязкость (ни­кель), износостойкость (вольфрам).

В сравнении с углеродистыми легированные инструментальные стали имеют следующие пре­имущества: хорошую прокаливаемость; большую пластичность в отожженном состоянии, значи­тельную прочность в закаленном состоянии, более высокие режущие свойства.

Низколегированные инструмен­тальные стали содержат до 2,5 % легирую­щих элементов, имеют высокую твердость (HRC 62 - 69), значительную износостойкость, но малую теплостойкость (200 - 260°С). В отли­чие от углеродистых сталей их используют для изготовления инструмента более сложной формы.

Сталь ХВГ легированную хромом, вольфрамом и марганцем используют для производства крупных и длинных протяжек, длинных метчиков, длинных разверток и т. п.

Сталь ХВСГ - применяют для изготовления круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.

Высоколегированные инструментальные стали содержат вольфрам, xpoму и ванадий в большом количестве (до 18 % основного легирующего элемента); имеют высокую теплостойкость (600 - 640°С). Их используют для изготовления высокопроизводительного режущего инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных сталей и других труднообрабаты­ваемых материалов. Наиболее распространены Р18, Р9, Р10К5Ф5 и другие бы­строрежущие стали.

Для изготовления измерительных ин­струментов применяют X, ХВГ и другие ста­ли.

Штампы холодного деформирова­ния небольших размеров (сечением 25 - 30 мм), простой формы, работающие в легких, ус­ловиях, изготовляют из углеродистых сталей У10, У11, У12. Штампы сечением 75 - 100 мм более сложной формы и для более тяжелых условий работы изготовляют из сталей повышенной прокаливаемости X, ХВГ.

Для инструмента, подвергающегося в работе большим ударным нагрузкам (пневматические зубила, режущие ножи для ножниц холодной резки металла), применяют стали с меньшим содержанием углерода, повы­шенной вязкости 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др.

Молотовые штампы горячего деформирования изготовляют из сталей 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ. Эти стали содержат одина­ковое количество (0,5 - 0,6 %) углерода и леги­рованы хромом.

Быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Быстрорежущая сталь должна обладать высокой горячей твердостью (твер­достью в горячем состоянии) и красностойкостью (насколько эта твердость сохраняется во времени), обратимой и необратимой твердостью.

Эти свойства необходимы, так как в процессе работы тепло, в основном (на 80 %), концентрируется в инструменте, нагревая его. Очевидно, чем больший нагрев (по температуре и продолжительности) без размягчения может выдержать материал, тем при большей скорости резания он может работать.

На рис. 1.48 приведены кривые, показывающие твердость трех различных сплавов при разных температурах. Твердость углероди­стой стали после нагрева до 200 °С начинает быстро падать. Следовательно, для этой стали недопустим режим резания, при котором, инструмент нагревался бы выше 200 °С. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500 - 600 °С. Таким образом, инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали. Более производительным является инструмент из твердого сплава, так как нагрев до 800 °С мало влияет на его твердость.

Следует отметить, что твердость в холодном состоянии не определяет режущей способности стали. Как видно из рис. 4.24, твердость углеродистой стали при нормаль­ной температуре даже выше, чем быстрорежущей, но ее режущие свойства намного ниже. Высокая твердость инструментальной стали необходима во всех случаях, но для быстрорежущего инструмента требуется высокая твердость не только в холодном состоянии, но и при повышенных температурах, но крайней мере, до 600⁰С.

Рис. 4.24. Твердость инструментальных материалов в нагретом состояния: 1 - твердый сплав; 2 - быстрорежущая сталь; 3 - углеродистая сталь

Рис. 4.25. Прочность и красностойкость инструментальных материалов:

1 - быстрорежущая сталь; 2 - твердый сплав; 3 – минералокерамика

Красностойкость – интенсивность снижения горячей твердости, т.е. сколь долго такая твердость сохраняется. Кроме «горячих» свойств от материала для режущего инструмента требуются и высокие механические свойстсва, т.е. сопротивление хрупкому разрушению

Быстрорежущая сталь Р18 появилась на рубеже Х1Х – ХХ веков, ее состав (средний) 0,8 % С; 18 % W, 4 % Cr; 1 % V. В связи с дефицитом вольфрама она былв вытесрена сталью марки Р6М5 ( 0,9 % С; 6 % W: 5 % Mo; 4 % Cr; 2% V) и, наконец. Безвольфрамрвысм РОМ5Ф1, РОМ2Ф3. Сталь РОМ5Ф1 тзготавливается обычным мталлургическим способом, сталь РОМ2Ф3 – метадом порошковой металлургии.

Для сравнения приведены структуры двух типов быстрорежущей стали, рис. 4.26.

Рис. 4.26. Структуры кованой и отожженной быстрорежущей стали, изготовленной no обычной технологии (а) и методом порошковой металлургии (б)

Сталь с дисперсностью рис. 4.26, б обладает лучшими технологическими и механическими свойствами.

Рабочая температура резания инструмента из твердых сплавов может быть увеличена до 800 – 1000⁰С, тогла как для инструмента из быстрорежущей стали разогрев режущей кромки выше 650⁰С не допустим. Марки таких сплавов подразделяются на вольфамовые однокарбидные (ВК), двух карбидные (вольфрамо-титановые ВТК), титановольфрамовые (ТК) и др. Особенности технологии получения этих видов быстрорежущей стали будет рассмотрено в разделе порошковая металлургия.

Кислотостойкие стали и сплавы. Для производства синтетических неметаллических материалов (пластмассы, стеклопластики, стекловолокно и т. д.), удобрений, а также других химических продуктов аппаратура, установки и ма­шины работают в агрессивных кислотных средах, чаще в серной, со­ляной, азотной или фосфорной кислотах и их смесях разной концен­трации и при разных температурах.

Рассмотренные в предыдущем параграфе нержавеющие стали ока­зываются недостаточно стойкими в перечисленных средах и других средах высокой агрессивности.

Для эксплуатации в этих средах следует применять более легированные стали и сплавы, называемые кислотостойкими.

Увеличение стойкости в кислотах (общая коррозия) дает присадка в аустенитные стали молибдена и особенно молибдена с медью при одновременном увеличении содержания никеля (стали типа Сг –Ni - Мо и Сг – Ni –Мо – Сu .

При необходимости иметь и высокую кислотостойкость (на уровне стали 06ХН28МДТ), и высокие механические свойства рекомендуется к применению сплав Сг –Ni – Мо – Сu – Ti - А1.

Более высокую коррозионную стойкость имеют никелевые сплавы, так называемый хастеллой типа 80 % Ni + 20 % Мо с до­полнительным легированием.

Наиболее высокой стойкостью в кислотах обладают тугоплавкие металлы (молибден, ниобий, тан­тал).

Сравнительные данные о кор­розионной стойкости перечислен­ных сплавов и тугоплавких метал­лов приведены на рис. 4.27.

Рис. 4.27. Склонность к коррозии различ­ных металлов в кипящей серной кислоте

Криогенные стали и сплавы. Под криогенными сталями и сплавами подразумевают металлические материалы для машин и оборудования, предназначенное для полу­чения, перевозки и хранения сжиженных газов и, следовательно, эксплуатируемых до температур кипения: кислорода ( -183 °С), азота (-196°С), неона ( - 247 °С), водорода (- 253 °С) и гелия(- 269°С), а также сжиженных углеводородов (метила, бутана и др.), темпера­туры кипения которых лежат в интервале – 80 ÷ - 180 °С.

Стали и сплавы, предназначаемые для работы при низких темпе­ратурах, делят на металлические материалы для рабоы при низких климатических температурах (до - 60 °С), так назкваемые стали северного исполнения, и эксплуатируемые при температурах от ком­натной до температуры ниже - 80 °С почти вплоть дэ абсолютного нуля (4,2 К - температура кипения жидкого гелия) - так называе­мые криогенные стали и сплавы, которые чаще всего являются одно­временно и нержавеющими.

Как и для других конструкционных материалов, основное требо­вание к криогенным материалам - механическая прочность. Однако специфичностью условий работы является широкий интервал тем­ператур от комнатной до жидкого гелия, в котором существенно ме­няются свойства.

В общем можно отметить, что при понижении температуры npoчность повышается, а пластичность и вязкость снижаются. Отсюда прочность должна гарантироваться при комнатной температуре (по­скольку при низкой температуре она будет заведомо выше), а пластичность и вязкость при низшей температуре эксплуатации.

Отсюда сталь 0Н6 (6 % Ni) можно применять до – 100⁰С при динамических условиях нагружения и до - 180 °С (практически до - 196 °С, т. е. до «кислородных» температур) при отсутствии динамических нагрузок, а сталь 0Н9 (9 % Ni) соответственно до -130 и - 196 °С. «Водородная» (-253 °С) и «гелиевая» (- 269 °С) темпера­туры, по-видимому, для стали с 9 % Ni (и безусловно для стали с 5 % Ni) слишком низкие.

Аморфные сплавы (металлические стекла). Металлические стекла, или аморфнфе сплавы, получают путем охлаждения расплава со скоростью, превышающей скорость кристаллизации (10⁶ – 10^{8 0}С / с. В этом случае зарождение и рост кристаллической фазы становятся невозможными и металл после затвердевания имеет аморфное строение. Высокие скорости охлаждения могут быть достигнуты различными методами, однако наиболее часто используется закалка из расплава на поверхности быстро вращающегося диска (рис. 4.28). Этот метод позволяв получить ленту, проволоку, гранулы, порошки.

Рис. 4.28. Схема получения аморфных сплавов с помощью быстрого охлаждения из расплава: а - разливка на диск; б — разливка между двумя дисками; 1 – индуктор; 2 - расплав; 3- тигель; 4 – диск; 5 - лента аморфного материала

Получение аморфной структуры в принципе возможно дли всех металлов. Наиболее легко аморфное состояние достигаем в сплавах Al, Pb, Sn, Сu и др. Для получения металлического стекол на базе Ni, Co, Fe, Mn, Сг к ним добавляют неметаллы или полуметаллические элементы С, Р, Si, В, As, S и др. (аморфообразующие элементы). Аморфные сплавы чаще отвечают формуя М₈₀Х₂₀, где М — один или несколько переходных элементов, а X - один или несколько неметаллов или других аморфообри зующих элементов (Fe₈₀P₁₃C, Ni₈₃P,₈, Ni₈₀S₂₀).

Аморфное состояние металлов метастабильно. При нагреве, когда подвижность атомов возрастает, протекает процесс кристаллизации, что постепенно приводит металл (сплав) через ряд метастабильных в стабильное кристаллическое состояние. Механические, магнитные, электрические и другие структурно-чувствительные свойства аморфных сплавов значительно отличаются от свойств кристаллических сплавов. Характерной особенностью аморфных сплавов являются высокий предел упругости и предел текучести при почти полном отсутствии деформационного упрочнения.

Аморфные сплавы нередко хрупки при растяжении, но сравнительно пластичны при изгибе и сжатии. Могут подвергаться холодной прокатке.

Аморфные сплавы на основе железа и содержащие не менее 3 - 5 % Сг обладают высокой коррозионной стойкостью. Хорошую коррозионную стойкость имеют и аморфные сплавы на основе никеля. Аморфные сплавы Fe, Co, Ni с добавками 15 -25 % аморфообразующих элементов В, С, Si, P используют как магнитно-мягкие материалы.

Магнитно - мягкие аморфные сплавы применяют в электротех­нической и электронной промышленности (магнитопроводы транс­форматоров, сердечников, усилителей, дроссельных фильтров и т. д.). Сплавы с высоким содержанием кобальта идут для изготовления магнитных экранов и магнитных головок, где важно иметь материал с высоким сопротивлением износу.

Область применения металлических стекол пока еще огра­ничена тем, что быстрым охлаждением (закалкой) из жидкого состояния их удается получить только в виде тонких лент (до 6О мкм) шириной до 200 мм и более или проволоки диаметром 0,5 - 20 мкм. Однако имеются широкие перспективы развития материалов этой группы.