по Материаловедению. Технология конструкционных материалов (стр. 3 из 4)

Сплавы с особыми упругими свойствами.

По способу упрочнения и физико-механическим свойствам пружинные сплавы можно разделить на следующие группы:

- аустенитные дисперсионно-твердеющие коррозионно-стойкие сплавы;

- аустенитные деформационно-твердеющие коррозионно-стойкие сплавы;

- сплавы с низким и постоянным коэффициентом модуля упругости

(элинвары).

Дисперсионно-твердеющие сплавы. Сплавы этой группы обладают высокими упругими свойствами, сохраняющимися при нагреве до 550 °С, малыми упругими несовершенствами (гистерезис, упругое последействие), прямолинейным изменением модуля упругости в интервале температур 20- 600°С, немагнитностью, коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах, в условиях морского и тропического климата. Дисперсионно-твердеющие сплавы производят на основе систем: Fe- Ni-Cr,Ni-Cr,Co-Ni,Nb-Ti.

Сплавы на основе системы Fe-Ni-Cr. Среди сплавов на основе системы Fe-Ni-Cr наиболее широкое применение нашли сплавы типа 36НХТЮ (Ni - 35-37 %, Сг - 11,5-13,0 %, Ti - 2,7-3,2 %, А1 - 0,9-1,2 %, С < 0,05 %, ГОСТ 10994-74). Химический состав этих сплавов выбран с учётом обеспечения аустенитной структуры, повышенной коррозионной стойкости и значительного упрочнения. Первое условие выполняется благодаря содержанию никеля и хрома. Коррозионная стойкость обеспечивается введением около 13 % хрома.Сплав 36НХТЮ применяется для упругих чувствительных элементов, работающих до температуры 250 °С, сплав 36НХТЮ5М - до 350 °С, сплав 36НХТЮ8М-до 400°С.

Сплав на основе системы Ni-Cr. Сплав 47ХНМ отличается от сплава типа 36НХТЮ значительно более высокой коррозионной стойкостью (в 10 и более раз) в окислительных средах на основе азотной кислоты. Максимальные значения прочности и твёрдости сплава получают после закалки от 1200-1250 °С (охлаждение в воде) и старения при 700-725 °С в течение 5 часов. Модуль упругости в интервале температур 20-500 °С прямолинейно уменьшается от 237000 до 194000 МПа. Сплав применяется для изготовления упругих и упруго-чувствительных элементов, а также как коррозионно-стойкий материал. Другой сплав этой группы 40ХНЮ-ВИ после закалки с 1150 °С, в результате чего получается аустенитная структура, и старения при 500-550 °С в течение 5 часов обладает твёрдостью HRC 64-67, модулем упругости при 20 °С 228000 МПа, а при 500 °С - 201500 МПа, высокой коррозионной стойкостью во влажной среде и в условиях тропического и морского климата. Из сплава изготавливают приборные подшипники, режущие инструменты, детали передаточных механизмов, керны приборов.

Сплав на основе системы Co-Ni. Сплав 67КН5Б в закалённом от 1000-1050 °С состоянии имеет аустенитную структуру, обладает высокой пластичностью E = 35-40 %). Из сплава 67КН5Б можно получать проволоку и ленту микронных размеров, допускается холодная деформация с обжатием до 90 %. В деформированном состоянии возможна штамповка и навивка пружин.Сплав обладает низким электросопротивлением, высокой релаксационной стойкостью при 400-450°С, коррозионной стойкостью, хорошо смачивается ртутью. Сплав применяют для токоведущих упругих элементов, контактных пружин, в частности для электромагнитных и ртутных реле.

Сплав на основе системы Nb-Ti. Сплав 55БТЮ предназначен для пружин ответственного назначения, которые наряду с высокими упругими свойствами, теплостойкостью и коррозионной стойкостью должны обладать сочетанием немагнитности и малого изменения модуля упругости при нагреве.

Деформационно-твердеющие сплавы. Сплавы этой группы обладают высокими упругими и прочностными характеристиками (ơв до3000 МПа), усталостной прочностью, твёрдостью, сопротивлением износу, немагнитностью и коррозионной стойкостью во многих средах. Из деформационно- стареющих сплавов изготавливают упругие элементы преимущественно малого сечения - заводные пружины, керны, растяжки, приборные подшипники, торсионы, пишущие элементы, измерительные пружины и другие детали из холоднодеформированной проволоки и плющенки.

Химический состав деформационно-твердеющих сплавов приведён в таблице.

Сплавы с температурно-стабильным модулем упругости (элинвары).

Элинвары делят на три группы:

- упрочняемые карбидами;

- дисперсионно-твердеющие;

- деформационно-твердеющие.

Сплавы, упрочняемые карбидами, характеризуются таким содержанием углерода, которое обеспечивает образование необходимого количества карбидов. В их состав входит около 35-36 % никеля и различное количество карбидообразующих элементов. Сплавы, упрочняемые карбидами, обладают рядом существенных недостатков, ограничивающих их применение: сильной ферромагнитностью,трудностью изготовления деталей, плохой свариваемостью и недостаточной коррозионной стойкостью.

Дисперсионно-твердеющие элинвары обязательно легируют титаном и алюминием, образующими интерметаллические соединения. Характерным для этих сплавов является низкое содержание углерода (< 0,05 %).

Деформационно-твердеющие элинвары представлены сплавами 36НХ11 и ЭП297. Их отличает температурная стабильность модуля упругости, которая сохраняется до 100 °С. Эти сплавы имеют наиболее высокую коррозионную стойкость из всех элинварных сплавов.

Сплавы с эффектом памяти формы.

Наиболее перспективными сплавами с эффектом памяти формы (ЭПФ) являются сплавы системы Ti-Ni-никелид титана (нитинол). Реже используют более дешёвые сплавы на основе меди Cu-Al-Ni и Cu-Al-Zn.

Химический состав сплавов никелида титана, %(масс.)

Из сплавов никелида титана производят листы толщиной до 10 мм, проволоку, прессованные прутки диаметром до 110 мм и трубы с наружным диаметром до 50 мм.Основным недостатком сплавов на основе меди является их высокая хрупкость. После холодной деформации на 2-3% происходит интеркристаллитное разрушение. Поэтому возможна только горячая их обработка. Кроме того, сплавы на основе меди характеризуются более низким сопротивлением усталости.

Применение сплавов с эффектом памяти формы позволяет создавать принципиально новые конструкции в разных отраслях машиностроения, приборостроения, авиакосмической и ракетной техники, энергетики, медицины и др.

В авиации, космонавтике, при монтаже подводных конструкций и многих других случаях применяют муфты для термомеханического соединения труб. Преимуществом муфт, изготовленных из сплавов с памятью формы, помимо их высокой надёжности, является отсутствие высокотемпературного нагрева (в отличие от сварки). Поэтому свойства материалов вблизи соединения не ухудшаются.

4. Охарактеризуйте высоконаполненные конструкционные пластмассы. Укажите их механические свойства и области применения.

К высоконаполенным конструкционным пластмассам относят материалы, у которых доля наполнителя доходит до 70-75 % от массы. В таких высокопрочных материалах армирующий наполнитель вводится в виде листов, тканей, непрерывных волокон. Материалы, содержащие наполнители в виде листов, тканей, матов и т.п., уложенных послойно, называют еще слоистыми пластиками. Типичными представителями таких материалов являются древесно-слоистые пластики, гетенакс, текстолиты, стеклотекстолиты.

Древесно-слоистые пластики (ДСП) представляют собой плиточные или листовые материалы, полученные горячим прессованием тонких листов древесного шпона, пропитанного синтетическим полимером.В качестве связующих применяют преимущественно резольные феноло-формальдегидные, карбамидные или смешанные феноло-карбамидные полимеры. Основным наполнителем в древесно-слоистых пластиках является древесный шпон — тонкие листы (толщиной 0,3—1,5 мм), получаемые лущением распаренных кряжей березы, ольхи, бука на специальных лущильных станках.

Иногда для увеличения прочности между слоями шпона делают прослойки из ткани, бумаги и др. Такой древесно-слоистый пластик называют комбинированным. В зависимости от назначения ДСП используют шпон натуральный или выщелоченный (предварительно обработанный щелочью).

Плотность	1,3 г/см3	прочность при скалывании по шву	11—15 МПа
предел прочности при сжатии	100—180 МПа	ударная вязкость	25—80 кДж/м2
предел прочности при растяжении	140—280 МПа	твердость по Бринеллю	250 МПа
предел прочности при изгибе	150—280 МПа	водопоглощение за 24 ч	5—15%
электрическая прочность поперек слоев	26—32 МВ/м	электрическая прочность вдоль слоев	3—13 МВ/м

Получают последовательно пропиткой шпона толщиной 0,3—0,8 мм лиственных пород древесины (обычно березы) фенолоформальдегидной смолой в открытых ваннах или автоклавах (0,4—0,8 МПа), сушкой при ступенчатом нагревании до 90 °С, сборкой полученных препрегов ( композиционные материалы-полуфабрикаты) в пакеты и прессованием их на этажных прессах (до 15 МПа, 150 °С). Выпускают в виде листов и плит длиной 0,8—5 м, шириной 0,7—1,2 м, толщиной 1— 60 мм или восьмигранных заготовок с диаметром вписанной окружности 0,6 и 1 м, толщиной 15—60 мм.

Применяют ДСП в качестве конструкционных материалов в автомобилестроении, вагоностроении, авиации, а также для частей лодок в судостроении. ДСП являются хорошим облицовочным материалом и применяются в качестве стеновых панелей на судах, в вагонах, в жилых и промышленных зданиях. Также применяется в качестве электроизоляционных материалов для изготовления панелей и плат электротехнического назначения. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать ДСП для изготовления зубчатых колес и вкладышей подшипников скольжения.

Гетинакс- это слоистый пластик, основу которого составляют параллельно уложенные слои бумаги, пропитанной феноло-формальдегидными и другими смолами. Используется как материал для изоляции в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды и в трансформаторном масле при напряжении до 1000В. Гетинакс можно длительно эксплуатировать при рабочей температуре от -65°С до +120°С.