Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Свойствасплавов приведены в таблице 36.Таблица 36 – Свойства спеченных ванадиевых сплавов.Предел прочности, МПаТвердость при температуре, °С2011001200V+20%Nb+5%Ti+0,5%C3400–235140V+20%Nb+5%Ti+0,5%C+0,1%B4800760280225V+20%Nb+3%Ti+0,5%C+0,1%B3900–363179V+10%Nb+7%Ti+10%Ta+5%Mo+0,5%C3400670405–СоставВысокотемпературная прочность спеченных ванадиевых сплавов неуступает прочности литых аналогичного состава, а в некоторых случаях ипревосходит их.Дисперсноупрочненные материалы представляют собой композиционныеспеченные материалы, содержащие искусственно вводимые в нихвысокодисперсные,равномернораспределенныечастицыфаз,невзаимодействующих с матрицей и не растворяющихся в ней до температуры ееплавления (рисунок 66).Наиболее эффективное упрочение обеспечивается при содержанииупрочняющей фазы в количестве 3 – 15%, размере ее частиц до 1мкм и среднемрасстоянии между ними 0,1 –0,5 мкм.Дисперсноупроченные материалы сохраняют микрогетерогенное строение идислокационную структуру, а следовательно, и работоспособность до 0,9–0,95 Tплматрицы.
Высокая работоспособность дисперсноупроченных материалов приповышенных температурах объясняется тем, что при наличии в матрице второйфазы скольжение дислокаций в зернах металла становится возможным прибольших напряжениях, границы зерен блокируются, а рост зерен затормаживаетсяпрактически до температуры плавления матрицы.При создании дисперноупроченных материалов выбирают фазу–упрочнитель и способ введения ее в матрицу.Фаза–упрочнитель должна иметь высокую термодинамическую прочность,малую величину скорости диффузии компонентов фазы в матрицу, высокуючистоту и большую суммарную поверхность частиц.
К упрочняющим фазам стакими свойствами относятся оксиды некоторых металлов (чаще всего Al2O3,SiO2, ThO2, ZrO2, Cr2O3), карбиды, нитриды и другие соединения.Способ введения частиц фазы–упрочнителя в матрицу влияет на структурудисперсно-упрочненного материала, которая может быть дисперсной (рисунок66а) или агрегатной (рисунок 66б). Способами введения фазы–упрочнителя иполучения смеси является:– механическое смешивание порошков оксидов металла и упрочняющейфазы с последующим восстановлением оксидов основного металла;– механическое смешивание порошков металла матрицы и упрочняющейфазы;– поверхностным окислением порошка основного металла;– химическое смешивание, предусматривающее совместное осаждение солейи их последующее восстановление с образованием металла и сохранениемфазы–упрочнителя;– внутренним окислением или азотированием порошков.Первые три метода приводят к образованию агрегатной структуры, апоследние два – к дисперсной.В настоящее время разработаны и применяется целый ряд дисперсноупрочненных материалов.
В различных отраслях техники успешно используютсяалюминиевые, вольфрамовые, молибденовые, железные, медные, кобальтовые,хромовые, никелевые, бериллиевые, платиновые сплавы.В алюминиевых сплавах в качестве упрочняющей фазы используется оксидалюминия Al2O3, легко образующийся в результате высокой склонностиалюминия к поверхностному окислению и позволяющий получать равномерноераспределение его в матрице. Содержание упрочняющей фазы (Al2O3) обычнонаходится в пределах 4 – 14%.Длительная прочность дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов,называемых сплавами САП (спеченные алюминиевый порошок), приповышенных температурах превосходит прочность всех деформируемыхалюминиевых сплавов.
Все сплавы хорошо обрабатываются, их можно свариватьи паять.Алюминиевые сплавы применяются в авиационной технике (обшивкагондол силовых установок в зоне выхлопа, жалюзи).Вольфрамовые сплавы упрочняют обычно оксидами тория (ThO2) вколичестве 0,75–2,0%. Для повышения прочности и пластичности при низкихтемпературах вводят рений в количестве 3–5%.Дисперсно-упрочненные вольфрамовые сплавы широко используют вракетно–космической технике.Молибденовые сплавы упрочняют карбидами, нитридами, оксидами.Карбидное упрочнение дает возможность получить сплавы с высоким пределомпрочности при температуре 1400 °С. При температурах выше 1500–1600 °С этисплавы сильно разупрочняются из-за рекристаллизации.Упрочнение сплава оксидом тория (ThO2) дает высокий эффект даже врекристализованном состоянии, а легированние вольфрамом и упрочнениекарбидом тантала (TaС) дает возможность получения сплава с высокимимеханическими свойствами при температурах 1600–2000 °С.Дисперсно-упрочненные молибденовые сплавы применяются в авиационнойтехнике.Упрочненные железные сплавы получают введением в железо около 6%Al2O3.
Это обеспечивает хорошие прочностные характеристики сплавов притемпературах 650–950 °С. Более высокие свойства имеют дисперсноупрочненныестали. Так, хромоалюминиевая сталь, упрочненная Al2O3, и сложнолегированная,упрочненная TiO2, имеют характеристики при температуре 650 °С почти вдвоевыше, чем упрочненные железные сплавы.Дисперсно-упрочненные стали превосходят литые по длительной прочности.Кроме того, в них снижается эффект охрупчивания под действием облучения.Поэтому они используются в реакторостроении, даже если они не имеютпреимуществ перед стандартными материалами по прочности.Медные упрочненные сплавы получают путем введения оксидов алюминия,бериллия и тория. Для сохранения электропроводности и пластичностисодержание оксидов недолжно превышать 1,5–2,0%.Дисперсно-упрочненная медь обладает высоким сопротивлением ползучестии высокой жаропрочностью, что позволяет использовать ее для изготовлениядеталей, работающих при повышенных температурах (детали теплообменников,электровакуумных приборов).
Медь, содержащая включения тугоплавкихсоединений, применяется для изготовления электродов точечной и роликовойсварки.При получении кобальтовых сплавов в качестве упрочняющей фазыприменяют в основном оксид тория (ThO2) с содержанием последнего 2–4%. Так,временное сопротивление кобальтовых сплавов с 2% ThO2 составляет 1020 МПапри 25 °С и 140 МПа при 1090 °С.Для повышения пластичности сплавы кобальта легируют никелем, а дляповышения окалиностойкости – хромом.Никелевые сплавы получают путем упрочнения никеля оксидами тория(ThO2) или гафния (HfO2).
Содержание упрочняющей фазы составляет 2–3%.Дисперсно-упрочненные сплавы никеля очень технологичны. Их можноковать, штамповать, вытягивать в широком интервале температур. Они обладаютхорошей жаростойкостью и используются для изготовления деталей газовыхтурбин.При получении дисперсно-упрочненных хромовых сплавов следует иметьввиду, что хром при комнатной температуре имеет повышенную хрупкость, итемпература перехода в пластичное состояние зависит от количества и формыпримесей внедрения и размера зерна.
Измельчение зерна при введениидисперсной фазы положительно влияет на технологические свойства хрома.В качестве упрочняющей фазы могут использоваться оксиды тория (ThO2) иоксиды магния (MgO).Положительно влияют на жаропрочность дисперсно-упрочненного хромадобавки марганца, молибдена, тантала, ниобия.Дисперсно-упрочненные бериллиевые сплавы получают путем введенияоксида бериллия (BeO), используя склонность к поверхностному окислениюпромышленных бериллиевых порошков.Высокое сопротивление ползучести достигается при упрочнении сплавовкарбидом бериллия (Be2C). При содержании 2,5% Be2C величина σ 100 возрастает в3 раза при 650°С по сравнению с чистым бериллием.Дисперсно-упрочненныебериллиевыесплавыобладаютвысокойпрочностью, высоким модулем упругости и большим коэффициентомрассеивания нейтронов.Платиновые сплавы хорошо работают при высоких температурах вокислительной среде.
Упрочнение их осуществляется оксидами (ThO2) иликарбидами (TiС), содержание которых для сохранения пластичности должно бытьминимальным.Дисперсно-упрочненные платиновые сплавы используютсядляизготовления нагревателей, термопар и термометров сопротивления.Волокнистые композиционные материалы состоят из матрицы, котораясодержит упрочняющие элементы в форме волокон (проволоки) или нитевидныхкристаллов.В волокнистых материалах матрица скрепляет волокна в единый монолит,защищая их от повреждений.
Она является средой, передающей нагрузку наволокна, а в случае разрушения отдельных волокон перераспределяетнапряжения.Особенность волокнистой композиционной структуры заключается вравномерном распределении высокопрочных волокон в пластичной матрице.Объемная доля волокон может колебаться от 15 до 25%. Поверхности раздела вволокнистых композиционных материалах рассматриваются как самостоятельныйэлемент структуры в которой происходят процессы растворения, образования ироста новых фаз.
Здесь формируется связь между упрочняющим волокном иматрицей. От совершенства такой связи зависит уровень свойств волокнистыхкомпозиционных материалов.В качестве методов получения композиционных материалов используютсягорячеепрессование, пропитку жидким металлом, электроосаждение,экструдирование и прокатку, сварку взрывом, эвтектическую кристаллизацию.В настоящее время наиболее широко применяются волокнистыекомпозиционные материалы на основе алюминия, магния, титана и никеля.На основе алюминия можно получить волокнистые композиции алюминийсталь, алюминий-молибден, алюминий-карбид кремния, алюминий-углерод идругие.Композиционный материал алюминий-сталь получают сваркой взрывом илигорячим прессованием.
Упрочняющим материалом является высокопрочнаястальная проволока.Разработана технология получения композиционных материалов на основеалюминия, легированного магнием и кремнием, армированного нитевиднымикристаллами.Технология получения композиции алюминий-углерод состоит в пропиткеволокон углерода жидким металлом. Для обеспечения смачивания и ограничениявзаимодействия между матрицей и волокном используют покрытия из боридатитана, никеля, меди, тантала и других соединений. Покрытые волокнапротягивают через расплав. Композиционные материалы, полученные пропиткойволокон углерода, покрытые боридом титана имеют σ В = 1120 МПа .Композиционные материалы на магниевой основе получают методамигорячего прессования или диффузионной сварки, непрерывного литья, пропиткижидким металлом, плазменного напыления с последующим прессованием,методом сварки взрывом.Для армирования магния применяют высокопрочную стальную и титановуюпроволоку, волокна бора и углерода, нитевидные кристаллы карбида кремния.Магниевые сплавы как матрицы композиционных материалов практическине реагируют с основными классами армирующих волокон, что позволяетприменять для получения композиционных материалов жидкофазные технологиии является большим преимуществом этих сплавов.Материал магний–бор (Mg–B), полученный методом непрерывного литья,заключающегося в пропускании армирующих волокон бора через ваннурасплавленного магния и последующего формирования заготовки путем проходапучка покрытых волокон через кристаллизатор-фильеру, имеет σ В = 963 МПа приобъемной доли волокон 0,30 и σ В = 1330 МПа при объемной доли 0,75.Титановые композиционные материалы изготавливаются при довольновысоких температурах (800–1000 °С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
