Лекции_Матвед_Минаков (863839), страница 20
Текст из файла (страница 20)
– закалка+высокий отпуск (650-750℃)12Х18Н10Т (А класс, нержавейка)- жаропрочные (раб ≥ 750℃):а) с раб = 750 ÷ 1050 ℃ до 1000 (6000) часов; для авиадвигателейникелевые сплавы с переменной растворимостью Ni + (10-20%) Cr + (до 14компонентов: Ti, Al, Nb, Hf, W, Mo и др); например, ХН77ТЮР; Т.О.:закалка+старение;дисперсно-упрочняемые композиционные материалы Ni + оксиды ~2%(ℎ2 , 2 и др);б) с раб ≥ 1100 ℃ до нескольких часов и минут, раб = 100 ÷ 200 МПа ; дляракетостроенияW+27% Re: раб до 1600 ℃ до 100 часов (защита от окисления - окисел WRe)VII глава «Материалы с высокой удельной прочностью»§ 1. Титан и его сплавыТитан по распространённости 4-ый в земной коре (после Al, Fe и Mg).А.
Физико-химические свойства титана- ~ 4,6 гΤсм3 плавл ~ 1670 ℃две решётки: ГПУ (до 882 ℃) решётка Ti- (с/а = 1,587 [1,639]) → «приплюснутаяКР» и 12 систем скольжения) и ОЦК (свыше 882 ℃) решётка Ti-Е ~ 112000 МПа- немагнитен- электропроводность ( ~0,04 ∙ ) и теплопроводность ( ~0,05 ∙ )плохие- высочайшая коррозионная стойкость в атмосфере, в морской воде, вконцентрированных кислотах, в контакте с биологическими тканями- схватывается- очень склонен к газопоглощению (≥ 50℃ с 2 , ≥ 400℃ с О2 , ≥ 500℃ со всемигазами → требуются защиты)Ti2 - эталон сильнейшей химической связиПолучение титана:«руда» Ti2 + сложнейшая технология (Cl, J, Mg, …) → титановая губка(полуфабрикат с заменёнными связями) → либо многократный переплав, либоразмол+прессование+спекание.итог – высокая цена (!!!) +большое количество примесейTi чистый (иодидный) – σ примеси = 0,1 ÷ 0,2 %Ti технический – ВТ1-00 σ примеси = 0,4 ÷ 0,5 %ВТ1-0 σ примеси = 0,5 ÷ 0,7%Б.
Механические свойства титанасостояниеВ , МПа, МДж/м2, %HBTi иодидный220-2602,5~50110ВТ1-00300-4501,2-2,0~40110-140ВТ1-0400-550 (приПД, ~80 %:1000 МПа)1-1,5 (при -196℃ ~0,8, при-273 ℃ ~0,6)~30130-160Титан вдвое прочнее железа; свойства титана очень сильно зависят от примесей;у титана нет хладноломкостиВ. Технологические свойства титана→ технологическая пластичность – хорошая (трубки, листы, проволока);→ обрабатываемость резанием – наитяжелейшая (большая твёрдость, сливнаястружка + схатываемость, крайне низкая теплопроводность);инструмент необходимо менять раз в полчаса (победит) → цена !→ свариваемость – хорошая (с защитой от газа);→ литейные свойства – удовлетворительные (с защитой от газа)Применение титана: - титановая губка как газопоглотитель (геттер);- сосуды для сжиженных газов;- химическая промышленность (трубы);- протезы;- художественные цели.Г.
Сплавы титана→ легирование элементами -стабилизаторамиэлемент один - алюминийупрочняющая Т.О. таких сплавовнеприменима, т.к.:- при введении Al температурапревращения ↔ повышается,поэтому при любой скорости охлажденияпревращение протекает диффузионно →неравновесной структуры получить нельзя;- линию переменной растворимостииспользовать нельзя, т.к. фаза 3 оченьхрупкая.легче, чем Tiпрочнее, чем Tiно Ti+Alдешевле, чем Tiчуть менее чувствительны к Н2Ti + Al (≤ 6%) - сплавы титана( фаза, ГПУ)ВТ5 [«5» – номер в ГОСТе]Ti+5%Al В = 750 ÷ 950 МПа, = 10 ÷ 14 %Заключение: такие сплавы хорошо деформируются, лучше всего свариваются,самые хладостойкие, но всё-таки они чувствительны к Н2→ легирование элементами -стабилизаторами (Cr, Fe, Mn, V, Mo, Nb, Ta)упрочняющая Т.О.
для таких сплавоввозможна, т.к.:при введении таких элементов температурапревращения ↔ понижается,поэтому при быстром охлаждении можнополучить неравновесные структуры –вместо двух фаз + получить либо однуфазу ′ мартенсит, либо ′ неравновесную+нагревбыстрое охлаждение (всегда закалка в воде)′ неравновесная ′ мартенситнеравновесные твёрдые растворы замещения(твёрдость небольшая)старение + упрочняющая + упрочняющаяTi + -упрочнители + Al – ( + ) сплавы титананазвание∑ элементов -стабилизаторов1 группапсевдо сплавы∑ ≤ 5%без Т.О. В = 700 ÷ 900 МПа, = 10 ÷ 12 %2 группамартенситный класс∑= 5 ÷ 10 %после закалки + старенияВТ6 (Ti + 6 % Al + 5 % V)В = 1100 ÷ 1250 МПа, ≈6%ВТ16 (Ti + 3 % Al + 5 % V + 5 % Mo)В = 1300 ÷ 1400 МПа, ~5 ÷ 6 %3 группапереходный класс∑= 10 ÷ 15 %4 группапсевдо сплавы∑= 15 ÷ 20 %ВТ15 (Ti + 3 % Al + 8 % Mo + 11 % Cr)В ~1800 МПа, ~4 ÷ 5 %, ~5,0 гΤсм3 ; У.П.=36 кмЧем больше -стабилизаторов, тем выше эффект от упрочненияЗаключение: ( + ) сплавы титана: лучше деформируются (т.к.
решётка ОЦК),меньше чувствительны к водороду (т.к. Н2 идёт только в ), но хуже свариваются(т.к. две фазы) и менее хладостойки (т.к. – самая хладостойкая), а также имеютвысокую цену.Итоги по всем Ti-сплавам: высокая У.П., а также коррозионная стойкость инемагнитность позволили использовать Ti сплавы для:- авиации;- ракетостроении;- подводных лодках;- химическом машиностроении (баки для опреснения: из нержавейки стоятполгода, из Ti сплавов – 10 лет);- инвалидные коляски;- спортивный инвентарь.Но есть ограничения в применении:- зона трения;- повышенные температуры (газопоглощение);- низкая теплопроводность (закалять можно только в небольших сечениях);- низкий Е (длинные детали делать нельзя из-за больших деформаций = Е ∙ )§ 2.
Бериллий и его сплавыА. Физико-химические свойства бериллия- ~ 1,85 гΤсм3 плавл ~ 1284 ℃Е ~ 310000 МПаодна решётка ГПУ (с/а = 1,6 [1,639]) → 3 системы скольжения)-Еудельная жёсткость У.Ж. = =Е, [км]∗– это длина «одной атомнойцепочки», которая порвётся под собственным весом.У.Ж. бериллия ≈ 16000 км (у Fe ~ 2600 км, у Ti ~ 2400 км)для гироскопических приборов- теплопроводность ( ~0,5 ∙ ) - хорошая и теплоёмкость Ср ~ 20 Дж/моль –очень хорошаядля тепловой защиты (тепловые обтекатели, закрылки, спусковые аппараты (назаре космонавтики)- скорость звука 12600 м/сек (на воздухе 300 м/сек, в Ме – 1000 м/сек)для акустических систем и музыкальных инструментов- высочайшая радиационная стойкость (не взаимодействует с нейтронами)как реакторный материалБ.
Механические свойства бериллиягубка → многократный переплав → размол → спекание → горячее прессование→ выдавливание прессованных заготовокгорячее прессование В ~370 ÷ 450 МПа, ~2 ÷ 4 % + поры (!)выдавливаниеВ ~450 ÷ 800 МПа, ~8 ÷ 13 % (!)В. Технологические свойства бериллия→ технологическая пластичность – никакая (специальные способы получения);→ обрабатываемость резанием – очень тяжёлая (из-за модуля);→ свариваемость – с защитой от газов;→ литейные свойства – никакие (трещины)→ токсичность (ПДК ~ 0,001 мг/м3 )Г. Сплавы бериллия ~ 1,13 Å (самый маленький из металлов) → A – Al, B - Be70 % Be + 30 % AlE ~ 205000 МПа (как у стали)В ~450 ÷ 500 МПа (как у Al сплава)~5 %, ~2,0 гΤсм3 , У.Ж.
= 10000 кмдля обшивки фюзеляжей самолетов, обладающихсверхзвуковой скоростью, для оболочек самоуправляемыхракет-снарядов и искусственных спутников Земли§ 3. Композиционные материалы (КМ)КМ – материалы, с помощью специальных технологий в которых соединеныразные составляющие; причём каждый компонент сохраняет химический состав,структуру и свойства.основа(матрица)наполнительТехнология получения:- способ пространственногораспределения наполнителя в матрице;- способ соединения наполнителя иматрицыКМ с новымисвойствами(которые непохожи ни наматрицу, ни нанаполнитель)А. Дисперсно-упрочняемые К.М.
(Д.К.М.)матрица несёт нагрузкупри нагружениидисперсные частицы будут тормозить движение дислокацийт = 0 +от матрицы доп. упрочнение=, где − объёмная доля частицИтоги:→ свойства Д.К.М. зависят от количества и размера частиц, но не зависят отсвойств самих частицРеально: ~0,1 ÷ 0,01 мкм, ~ 1 ÷ 0,1 мкм, ~2 ÷ 15 % частиц должно бытьнемного, т.к., при ~0,015 мкм → = 0 %)сплав с переменной растворимостьюД.К.М.на одинаковой основепо E, В и похожикратковременное сохранение прочностипри нагреве до стар (дальшеперестаривание)сохранение прочности при нагреведо 0,95 ∙ плавл (!)→ Д.К.М.
способны сохранять прочность до 0,95 ∙ плавл при условии, чточастицы не будут растворяться в матрице при нагревеПримеры: Al матрица (лёгкая, коррозионно-стойкая) + 2 3 (~15 %)В ~ 400 МПа, раб ~ 500 ℃ САП – спечённый алюминиевый порошокNi матрица + 2 или ℎ2 (~ 2 %)В ~ 100 МПа, раб ~ 1200 ℃Б. Волокнистые К.М. (В.К.М.)матрица армирована волокнамиволокна несут нагрузкупри нагруженииматрица перераспределяет нагрузку между волокнаминагрузка, передаваемая наволокно∙∙∙ =2 волокна=2∙предельная нагрузка наволокно ∙ 2волокна∙4максимальную нагрузку на волокно можно передатьтолько при условии > крит ; если волокно короче, тоне выдержит сцепление волокна с матрицейдлинное волокно l/d > 30Итоги:→ Свойства В.К.М.
зависят от количества, размеров волокон, от сцепленияволокна с матрицей и свойств самого волокна.волокноВ , МПаЕ, МПаd, г/см3борное~3000~400000~2,6углеродное~2500~300000~1,7SiC~3000~450000~3,2SiC («усы»)~36000~570000~3,2стекло~4500~89000~2,5стальная проволока~2500-4000~21000~7,8Пример,В ,МПаd, г/см3В~12002,6469000С~10002,24512000сталь~16004,8434000матрица волокноAlУ.П., км У.Ж., км→ при лёгкой матрице В.К.М.
имеют уникальные показатели У.П. и У.Ж.→ В.К.М. – это К.М. высочайшей надёжности: в них не бывает внезапногохрупкого разрушения, усталости и они не чувствительны к концентраторамнапряжений.VIII глава «Инструментальные материалы»в поверхностномслоеИнструменту работать тяжело !Требования к инструментальному материалу:1) высокая твёрдость;2) сохранение твёрдости при разогреве (режущий инструмент до 500 ÷ 600 ℃,горячие штампы до 700 ℃);3) высокая прочность на изгиб и кручение;4) достаточная пластичность (т.к.
есть ударные нагрузки);5) стабильность размеров при эксплуатации;6) хорошее качество поверхности (шлифуемость)штамповый инструментрежущийизмерительныйдля холоднойдля горячейСвойстваинструментинструментобработкиобработкидавлениемдавлениемобязательные1+2+3+5+6необязательные4!1+5!+61+3+4!+5+62+3+42+3+42!1+5+6Инструментальные стали→ Углеродистые (% ≥ 0,7 ⇒ HRC ≥ 60)У7, У8, У10, У12, У12А, ...Т.О.: закалка 750 ÷ 780 ℃, вода+низкий отпуск 150 ÷ 160 ℃1) короблениеМотп +Ц (60 ÷ 64 HRC) ⇒ без разогрева2) прокаливаемость до 10 ÷ 12 ммДля некрупного, несложного инструмента, работающего без разогрева (напильники,зубила, метчики и др.)→ ЛегированныеЗакалка в масле или на воздухе, прокаливаемость глубже ⇒ для более крупного и сложногоинструментаА) низколегированныецифра не стоит: Т.О.: закалка в масло + низкий отпускцифра стоит:>1%С160 ÷ 180 ℃ − 60 ÷ 63 HRC0,8 ÷ 0,9 % С180 ÷ 200 ℃ − 62 ÷ 64 HRC9ХС,ХВГдля инструмента без разогрева (можно и свёрла,до 50 мм до 70 ммно по дереву)Б) высоколегированные1,5 ÷ 2 % С(max, чтоможет бытьу сталейТ.О.:Х12МХ12МФХ12ВМзакалка 1050 ℃ на воздухепрокаливаемость ≥ 150 ммМ класс+свёрла, резцыштампы для холодной обработки давлениемнизкий отпуск~ 160 ℃ − 62 ÷ 64 HRC (для вытяжки)~ 200 ℃ − 58 ÷ 60 HRC (для штамповки)В) высоколегированные для горячей обработки давлением3Х2В8ФТ.О.: закалка 1100 ℃, масло + очень высокий отпуск0,3 % С8%W~ 600 ÷ 650 ℃для карбидовстабильная твёрдость 42 ÷ 45 HRCпрокаливаемость до 80 ÷ 100 ммпри раб до 700 ℃Валки:ХОД ⇒ 9ХФ после улучшения + ТВЧ (на поверхности 64 HRC)ГОД ⇒ 60ХН после нормализации + очень высокого отпуска (~ 600 ℃, 200 ч ⟶ ~ 40 HRC)Г) быстрорежущиев годы войныР1818 % Wсегодня:безумно дорогоР12Р6М50,8 ÷ 0,9 % С + + ↓%Р9Р6М5К5твёрдость ~64 ÷ 67 HRCкрасностойкостьраб до ~500 ÷ 600 ℃.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
