Лекции по курсу материаловедение. ТКМ для студентов специальности подземная разработка МПИ (стр. 5 )

Штамповые стали делятся на две группы:

- деформирующие металл в холодном состоянии;

- деформирующие металл в горячем состоянии.

Особая группа штамповых сталей - стали для пресс-форм литья под давлением.

Стали для деформирования в холодном состоянии должны обладать высокой твердостью, прочностью, сопротивлением пластической деформации, износостойкостью, вязкостью, теплостойкостью.

Стали с небольшой прокаливаемостъю, имеющие вязкую сердцевину (У10, У11, У12, ХВ, 9С) применяет после закалки и отпуска, цианирования или хромирования, что повышает их износостойкость.

Для крупных штампов применяют стали с повышенной прокаливаемостью (ХГС, ХГСВФ).

Стали для штампов, работающих при ударных нагрузках, содержат 0,4-0,6 % углерода (4ХС, 6ХC, 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С).

Стали для деформирования в горячем состояния работают в сложных условиях и должны иметь высокую износостойкость, прочность, сопротивление пластической деформации, повышенную теплостойкость, хорошую окалиностойкость, высокое сопротивление термической усталости.

Деформация сталей происходит при ударе (ковка, штамповка), а при медленном приложении нагрузки (вытяжка, прессование, выдавливание) штамп сильнее нагревается.

В зависимости от условий работы штампы делятся на три группы:

- ковочные;

- для горячей протяжки, высадки и прессования;

- для пресс-форм литья под давлением.

Стали ковочных штампов должны иметь высокую ударную вязкость, теплостойкость и хорошую прокаливаемость. Для таких штампов применяют стали среднеуглеродистые (0,5-0,6 %С), легированные Mn, Ni,.Cr, V, W (5XHМ, 5ХНВ, 5ХГМ, 5ХНСВ, 5ХНТ).

Стали для горячей протяжки, высадки и прессования - высоковольфрамовые с 8-12 % W и 2 % Сг (4Х5В2ФС, 4Х2В5ФМ, 4Х4В4ФМ, 4ХВ2С, 5ХВГ). Эти стали подвергаются особой термической обработке.

Стали для пресс-форм литья под давлением подвергаются износу, коррозии, эррозии и разгару (образованию сетки трещин на поверхности). К таким сталям относятся 3X2B8, 4ХВ2С (тепло - разгаростойкие).

10.5. Стали для измерительных инструментов

Стали для измерительных инструментов должны длительное время сохранять заданные (точные) размеры. Изменение размеров может возникать по трем причинам:

- износ;

- объемные изменения из-за структурных превращений при длительном вылеживании;

- тепловое расширение из-за колебаний температур.

Высокая износостойкость сталей для измерительного инструмента обеспечивается высокой твердостью стали ( 58-64HRC) после термообработки.

Для стабилизации размеров производится специальная термическая обработка (обработка холодом и стабилизирующий отпуск при низких температурах).

Для изготовления измерительного инструмента применяют стали марок: X, XГ, 120ХГ, 50, 55, 38XBФЮA.

11. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

К этой группе относят стали:

- с особыми химическими свойствами (нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные);

- с особыми физическими свойствами (магнитные, с малым коэффициентом расширения).

11.1. Нержавеющие (коррозионностойкие) стали

К этой группе относятся стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии.

Антикоррозионными свойствами обладает сталь в том случае, если она содержит большое количество хрома ( > 12 %) или хрома и никеля.

Применяют три типа хромистых нержавеющих сталей: с содержанием хрома 13, 17 и 27 %, содержащих углерода от 0,1 до 0,04 %.

Стали с содержанием хрома 17-18 % и 25-28 % имеют добавки Ti, Ni, которые вводят для измельчения зерна.

По виду равновесной структуры нержавеющие стали делятся на пять классов:

- ферритные;

- мартенсито-ферритные;

- мартенситные;

- аустенитные;

- аустенито-мартенситные.

Например: сталь 12Х13 – мартенсито-ферритного класса (клапаны гидравлических насосов); сталь 40Х13 – мартенситного класса (хирургический инструмент); сталь 12Х17 – ферритного класса (оборудование азотнокислых заводов и пищевой промышленности); 12Х18Н9Т – аустенитного класса с большой коррозионной стойкостью (химическая, пищевая, нефтяная промышленность, авиастроение, транспортное машиностроение).

11.2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

К жаростойким (окалиностойким) относят стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 °С и в слабонагруженном состоянии.

Способность стали сопротивляться окислению при высокой температуре называется жаростойкостью (окалиностойкостью).

На интенсивность окисления влияет состав стали и строение окисной (защитной) плёнки, плотность которой повышают такие химические элементы, как Cr, Si, Al.

Сталь 15X5 (5 % Сr) жаростойка до 700 оС, сталь 12X17 (17 % Сr) - до 900 оС, стала 15X28 (28 % Сr) - до 1оС. Сплавы на никелевой основе с Сr и Al ( ХН70Ю с 26-29 % Сr и 2,8-3,5 % Al ) обладают жаростойкостью до 1200 °С.

Жаропрочность - способность материала сохранять необходимую длительную прочность при высоких температурах.

Ползучесть - это деформация, непрерывно увеличивающаяся и завершающаяся разрушением под действием постоянной нагрузки при длительном воздействии температуры.

Предел ползучести - это напряжение, вызывающее деформацию заданной величины (обычно от 0,1 до 1 %) за определенный промежуток времени (100, 300, 500, 1000 ч) при заданной температуре.

Факторами, способствующими жаростойкости, являются:

- высокая температура плавления основного металла;

- наличие в сплаве твердого раствора и мелкодисперсных упрочняющих фаз;

- пластическая деформация, вызывающая наклеп;

- высокая температура рекристаллизации;

- рациональное легирование;

- термическая и термомеханическая обработка;

- введение в жаропрочные стали бора, церия, ниобия, циркония, (в десятых, сотых и даже тысячных долях).

По температуре эксплуатации жаропрочные стали разделяют на группы:

- для работы при температуре до 350 – 400 оС (обычные конструкционные стали - углеродистые и малолегированные) ;

- для работы при температуре оС (стали перлитного класса 15ХМ, 12Х1МФ для деталей котлов, труб паропроводов и пароперегревателей, нагруженные сравнительно мало, но работающие до ч);

- для работы при температуре оС (стали мартенситного класса: высокохромистые 15Х11МФ для лопаток паровых турбин; сильхромы 40Х9C2 для клапанов моторов; 20Х12ВНМФ для дисков, роторов, валов);

- для работы при температуре оС (стали аустенитного класса: нестареющие 09Х14Н16В для труб пароперегревателей высокого давления; стареющие 40Х15Н7Г7Ф2МС для лопаток газовых турбин);

- для работы при температуре °С (жаропрочные сплавы на никелевой основе ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ для лопаток турбин).

11.3. Криогенные стали и сплавы

Под криогенными сталями и сплавами подразумевают металлические материалы для машин и оборудования, предназначенные для получения, перевозки и хранения сжиженных газов и, следовательно, эксплуатируемых до температур кипения: кислорода (-183 оС), азота (-196 оС), неона (-247 оС), водорода (-253 оС) и гелия (-269 оС), а также сжиженных углеводородов (метила, бутана) (-80...-180 °С).

Стали, работающие при низких климатических температурах (до -50оС), - это стали северного исполнения; от комнатной температуры до -80 оС (4,2 К - температура кипения жидкого гелия) - это криогенные стали аустенитного класса, одновременно нержавеющие.

Сталь 12X18H20 - сталь со стабильным аустенитом, который не претерпевает превращений при низких температурах. При всех температурах σ0,2 / σв = 0,5 (12Х18H10, 12X13AГ19).

Хромоникелевые стали имеют:

- высокую ударную вязкость KCV > 2000 кДж/м2 при комнатной температуре и всех температурах вплоть до –253 °С (кипение жидкого водорода);

- вязкий излом.

Никель снижает порог хладноломкости, повышает прочность стали (σв), увеличивает ударную вязкость (KСV) при -196 °С.

Стали 07Х21Г7АН5 с σ0,2 = 400 МПа и 03Х13Н9Д2ТМ с σ0,2 = 800 МПа являются высокопрочными криогенными сталями.

11.4. Магнитные стали и сплавы

Основными характеристиками магнитных сталей и сплавов являются магнитные свойства:

- остаточная индукция Br (измеряется в гауссах (Гс));

- коэрцетивная сила Нс (измеряется в эрстедах (Э));

- магнитная проницаемость (измеряется в Гc/Э).

Магнитная проницаемость определяется по формуле: μ = В /Нс. Если μ > 1, то материал парамагнитен, если μ < 1 – материал диамагнитный.

К ферромагнитным материалам относятся Fe, Co, N1, имеющие μ »1.

Магнитные сплавы в зависимости от коэрцетивной силы (Нс ) и магнитной проницаемости (μ ) делятся на:

- магнитотвердые сплавы с большой Нс и малой μ, применяющиеся для изготовления постоянных магнитов. Эти высокоуглеродистые, легированные сплавы (ЕХ, ЕХ3, ЕХ5К5, сплав ЮНДК24) имеют высокую твердость, хрупкость и не обрабатываются резанием. Магниты из магнитотвердых сплавов изготавливают литьём или спеканием из порошков;

- магнитомягкие сплавы с малой Нс и высокой μ.

К ним относятся :

- электротехническое железо (Армко) марок Э, ЭА, ЭАА для изготовления сердечников, полюсных наконечников электромагнитов, реле;

- электротехническая сталь, которая по содержанию кремния делится на низколегированную (0,8 – 1,8 % Si) (динамная сталь), среднелегированную (1,8 - 2,8 % Si), повышенно-легированную (2,8 – 3,8 % Si) и высоколегированную (3,8 – 4,8 % Si) (трансформаторная сталь);

- железоникелевые сплавы (пермаллои), содержащие 45-80 % Ni, дополнительно легированные Cr, Si, Mo и имеющие высокую магнитную проницаемость. Пермаллой 79НМ (79 % N1, 4 % Мо) после специальной термической обработки имеет магнитную проницаемость μи μmax - 22O 000 Гс/Э. Применяют эти сплавы в телефонах и радио (слабые электромагнитные поля).

- ферриты, получаемые спеканием порошков ферромагнитной окиси железа Fe2O3 и окислов двухвалентных металлов МО (ZnO, NiО, MgO). В отличие от других магнитомягких материалов у ферритов очень высокое электросопротивление (1012 0м * см), и работают они в области высоких и сверхвысоких частот.

11.5. Сплавы с особенностями электросопротивления

Сплавы с особенностями электросопротивления делятся на три группы:

- проводниковые;

- с высоким электросопротивлением;

- диэлектрики.

К проводниковым сплавам предъявляются следующее эксплуатационные и технологические требования:

- малое электрическое сопротивление;

- высокая прочность (для предохранения от провисания);

- высокая пластичность и способность к холодному и горячему деформированию;

- хорошая коррозионная стойкость;

- легкость пайки и сварки (при монтаже).

Этим требованиям удовлетворяют (в различной степени) Ag, Си, А1, Fe.

Одним из важнейших проводниковых материалов является медь (Сu), которая по свойствам близка к серебру ( плотность ρ = 8,9 г/см2 при 20 оС, удельное электросопротивление – 0,017( Ом*мм)/м2. Кристаллическая решётка меди – ГЦК с параметром а = 0,36 Нм. Удельное электросопротивление меди принимается за эталон.

Марки меди: M1 (99,9 %), Тпл = 1083 оС; МО (99,95 %), Ткип = 2360 °С; МОО (99,99 %). В технической меди могут присутствовать вредные примеси: висмут (≤ 0,002 %), свинец (≤ 0,005 %), сера, кислород, которые уменьшают пластичность меди.

Чистая медь имеет малую прочность, поэтому её легируют кадмием (Cd), что приводит к незначительной потере электропроводности при сохранении достаточно высокой прочности. Проводимость таких сплавов составляет 80-90 % от проводимости чистой меди. Сплав, упрочненный наклепом, имеет проводимость 98 % от проводимости меди.

Алюминий (А1) имеет электросопротивление больше, чем у меди в 1,7 раза, но он легче. Для линий передач применяют сплав альдрей (0,4 % Mg, 0,6 % Si, 0,25 % Fe). К таким сплавам относятся АД000, АД0.

Большую прочность имеют биметаллы системы Fe - A1. Биметаллический провод (стальной провод, покрытый медью) используют при передаче переменных токов повышенной частоты.

Железо (Fe) имеет электросопротивление в 6-7 раз ниже электросопротивления меди. Сплавы железа (сталь с 0,1 – 0,15 % С) применяются для шин, рельсов электрических железных дорог и метро.

11.6. Сплавы с высоким электросопротивлением

Сплавы с высоким электросопротивлением применяют для изготовления элементов сопротивления реостатов и нагревательных элементов. Структура таких сплавов формируется на базе твердых растворов и к ним предъявляются следующие требования:

- они должны обладать высоким удельным электросопротивлением;

- должны иметь малый температурный коэффициент электросопротивления;

- должны обладать высокой окалиностойкостью (жаропрочностью);

- в них должны отсутствовать структурные превращения при нагревах и охлаждениях.

Для элементов сопротивления реостатов применяются сплавы:

- манганин – МНМц 3,5-13 % Mn, 2,5-3,5 % Ni, остальное Сu);

- константан - МНМц 40-1,5 (1-2%. Mn, 39-41 % Ni, остальное Сu).

Эти сплавы имеют малый коэффициент электросопротивления: манганин в интервале температур от – 60 до +80 °С и константан в интервале температур от - 60 до + 350 °С.

Для нагревательных элементов применяют сплавы:

- железоалюминиевые: фехраль - Х13Ю4 (≤ 0,15 % С, 13 % Сu, 4 % Al), хромалъ - ОХ23Ю5 (≤ 0,05 % С, 23 % Сr, 5 % Al);

- никелевые: ферронихром - X15H60 (25 % Fe), нихром - Х20Н80. Сплав для деталей нагревательных приборов выпускается в виде проволоки или ленты.

11.7. Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения

К сплавам с заданным коэффициентом теплового расширения относятся железо-никелевые сплавы:

- сплав ИНВАР - 36Н (≤ 0,05 % С и 35-37 % Ni). Он почти не расширяется при температуре от -60 до +100 °С и применяется в специальных приборах (альтиметрах, барографах) высокой точности, работающих при переменных нагрузках и климатических изменениях температуры;

- сплав КОВАР - 29НК (0,03 % С, 29 % Ni, 17-18 % Со). Он имеет низкий коэффициент теплового расширения в интервале темпера­тур от -70 до + 420 оС и применяется для деталей, впаиваемых в стекло при создании вакуумноплотных спаев.

- сплав платинит - H42 (42-48 % Ni, остальное Fe). Он имеет коэффициент теплового расширения, равный коэффициенту теплового расширения платины и стекла.

Технические железоникелевые сплавы относятся к сталям аустенитного класса.

11.8. Сплавы с заданными упругими свойствами

В приборостроении для изготовления упругих элементов (пружин) требуется материал, обладающий высоким значением упругих свойств, достаточной пластичностью, прямолинейным кодом изменения модуля упругости в широком интервале температур, а также немагнитностью и коррозионной стойкостью.

К таким сплавам относятся:

- сплав 40KXHM (0,07-0,12 % С, 15-17 % Ni, 19-21 % Cr, 6,4-7,4 % Мо, 39-41 % Со). Это высокопрочный, с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионностойкий в агрессивных средах сплав, который применяется для заводных пружин часовых механизмов, а также для витых цилиндрических пружин, работающих при температурах до 400 оС;

- сплав 42НХТЮ ( < 0,05 % С, ~42 % Ni). Это высокопрочный сплав с низким температурным коэффициентом модуля упругости при температуре до 100 оС, который применяется для упругих чувствительных элементов, работающих до температуры +100 оС.

12. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

12.1. Медные сплавы

Медные сплавы делятся на две группы:

- латуни. Это сплавы меди с цинком. Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Максимальной пластичностью обладает сплав с 30 % Zn.

Латуни (в особенности однофазные) легко поддаются деформации и поэтому из латуни изготавливают катаный полуфабрикат (листы, ленты, профили и т. д.). Латуни с содержанием цинка до 40 % пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, коррозионностойки.

Кроме простых латуней – сплавов только меди и цинка, применяют специальные латуни, в которых для придания тех или иных свойств дополнительно вводят различные элементы: свинец для улучшения обрабатываемости (автоматная латунь ЛС59, содержащая 40 % Zn и 1-2 % Pb), олово для повышения сопротивления коррозии в морской воде (морская латунь), алюминий и никель для повышения механических свойств.

Практически применяемые латуни в зависимости от структуры при комнатной температуре разделяются на две категории:

- α – латуни, содержащие меди не менее 61 %. Марки этих латуней Л62, Л68 и др. Их изготавливают в виде тонких листов, лент др. α – Латуни с более высоким содержанием меди (Л80) имеют цвет золота, и их применяют для ювелирных и декоративных изделий. Латуни, содержащие высокий процент меди, называют томпаком.

- α + β – латуни, содержащие 55 – 61 % меди. Наиболее распространенная марка Л59, из которой изготавливают прутки, а из них с помощью обработки резанием – различные детали.

Латуни с содержанием цинка до 40 % - пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, коррозионностойки.

- бронзы. Это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами, обладающие хорошими литейными свойствами (малой усадкой) и использующиеся как антифрикционные сплавы.

Маркировка бронзы: БрОЦС8-4-3, содержащая 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb, остальное - медь.

В зависимости от вида легирующего элемента различают:

- оловянистые бронзы , содержащие до 5 % Sn. Они устойчивы к действию атмосферы, морской воды;

- алюминиевые бронзы, содержащие 9-11 % А1. Они обладают хорошими технологическими и механическими свойствами. Их применяют для изготовления зубчатых колес, сальников, деталей турбин;

- кремнистые бронзы, содержащие 1-3 % А1. Они обладают хорошими литейными и антикоррозионными свойствами, высокой упругостью, выносливостью;

- бериллиевые бронзы, содержащие 2-2,5 % Ве; 0,5 % Ni, остальное медь. Эти бронзы относятся к разряду дорогих и используются в приборостроении для изготовления пружин, мембран и др.

- медно-никелевые сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель. Эти сплавы можно разделить на конструкционные и электротехнические.

К первой группе относятся коррозионно-стойкие и высокопрочные сплавы типа мельхиор (МНЖМц30-1-1), нейзильбер (МНЦ15-20), куниаль (МНА13-3). В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют Mn, Al, Zn, Fe, Co, Pb. Изготавливают из этих сплавов украшения, столовые и чайные приборы.

- сплав монель, содержащий 66 % Ni + 28 % Cu + Mn + Fe. Он применяется для изготовления монет, хирургического инструмента, так как обладает высокой коррозионной стойкостью, прочностью, хорошей обрабатываемостью.

12.2. Алюминиевые сплавы

Алюминий - один из наиболее легких конструкционных металлов (ρ = 2,7кг/м3). Он обладает высокой пластичностью. В чистом виде алюминий имеет небольшую прочность, кристаллическую решётку ГЦК с параметром а = 0,404 Нм и обладает высокой коррозионной стойкостью из-за образования на поверхности пленки, содержащей химическое соединение Al2O3.

Алюминий и его сплавы используют в качестве проводниковых материалов (провода в быту). Электропроводность равна 34*10 Ом-1* см-1, что составляет 57 % от электропроводности меди. В электротехнике используют алюминий марок A00 (99,7 %), А0 (99,6 %) и Al(99,5 %).

По технологическому признаку алюминиевые сплавы делятся на деформируемые (термически не упрочняемые и упрочняемые) и литейные (рис. 18.1).

Рис. 12.1. Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния (а) и технологические свойства сплавов с ограниченной

растворимостью (б – г)

Как видно из рисунка 18.1. различные участки диаграммы соответствуют:

1 – сплавам, не упрочняемым термической обработкой;

2 – сплавам, упрочняемым термической обработкой;

3 – изменению пластичности;

I – образованию рассеянных пор;

II - образованию сконцентрированных пор.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся:

- сплавы алюминия с марганцем АМц (АМц3) и сплавы алюминия с магнием АМг (Амг6). Марганец и магний повышают прочность алюминия в три раза. Используют эти сплавы при изготовлении сварных емкостей для горючего, азотной и других кислот, трубопроводов, средне-нагруженных деталей конструкций;

- дюралюмины - сплавы алюминия с медью (2,2-4,8 %),магнием (0,4-2,4 %), марганцем (0,4-0,8 %). Это термически упрочняемые сплавы. Обозначение дюралюминов: Д1, Д6, Д16 (номера условные).

Для защиты дюралюминов от коррозии используют так называемое плакирование (покрытие тонким защитным слоем из чистого алюминия);

- сплав В95 - наиболее прочный алюминиевый сплав (2 % Си, 2,5 % Mg, 0,5 % Mn; 6 % Zn, 0,15 % Сr, 0,5 %Si, 0,5 % Fe) и используется он для изготовления элементов летательных аппаратов;

- ковочные сплaвы (АК) для деталей, изготавливаемых ковкой и давлением. Обозначение: АК1, АК5 (номер условный).

Эти сплавы обладают способностью сохранять механические свойства при повышенных температурах.

К литейным алюминиевым сплавам относятся сплавы алюминия с кремнием (так называемые силумины), содержащие 4-13 % Si.

Силумины маркируют: АЛ2, АЛ13 (порядковый номер). Применяют такие сплавы для изготовления литых деталей приборов, корпусов турбонасосов, тонкостенных отливок сложной формы.

В настоящее время вводится единая цифровая маркировка алюминиевых сплавов. Первая цифра обозначает основу всех сплавов (алюминию присвоена цифра 1); вторая – главный легирующий элемент или группа главных легирующих элементов; третья или третья со второй – соответствует старой маркировке; четвертая цифра – нечетная (включая 0) указывает, что сплав деформируемый, четная – что сплав литейный.

Например, сплав Д1 обозначают 1110, Д16 – 1160, АК4 1140, Амг5 – 1550, АК6- 1360 и т. д. Некоторые новые сплавы имеют только цифровую маркировку – 1915, 1925 и др.

12.3. Магниевые сплавы

В качестве легирующих добавок в магниевых сплавах используют алюминий, цинк и марганец, растворяющиеся в магнии. Растворимость падает с уменьшением температуры, что позволяет применять для этих сплавов термическую обработку, заключающуюся в закалке с последующим старением.

Магниевые сплавы делятся на деформируемые (МА) и литейные (МЛ). Эти сплавы очень легкие и используются для изготовления деталей в авиастроении.

12.4. Титан и его сплавы.

Титан – это серебристо-белый металл с малой плотностью (4,5 г/см3) и высокой температурой плавления (1672 оС), имеющий две аллотропические модификации: α – низкотемпературную с плотноупакованной гексагональной решёткой и β – высокотемпературную с кубической объёмноцентрированной решёткой. Температура перехода α ↔ β равна 882 оС.

Для улучшения прочностных и пластических свойств титан легируется различными элементами, содержание которых, в общей сложности, не превышает 10 –15 %. Легирующие элементы смещают температуру аллотропического превращения титана. Алюминий, кислород, азот, углерод стабилизируют α –фазу ; железо, молибден, тантал, вольфрам, хром, марганец, никель стабилизируют β –фазу;

Титан имеет высокую коррозионную стойкость в большом количестве агрессивных сред, превосходя в этом отношении нержавеющую сталь. При нагреве до 500 оС титан становится активным и поглощает из атмосферы газы (кислород, азот, водород), что сильно влияет на его механические свойства.

Технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей: BT1-00 (сумма примесей менее 0,398 %), ВТ1-0 (сумма примесей менее 0,55 %).

Титановые сплавы классифицируются:

- по технологии изготовления на деформируемые, литейные и изготовленные методами порошковой металлургии. Для маркировки деформируемых титановых сплавов используется буквенно-цифровой код:

- ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4 - сплавы, в которых основными легирующими добавками являются алюминий и марганец;

- ВТ5, ВТ5-1, ВТ3-1, ВТ6, ВТ9 и т. д. – сплавы, легированные алюминием или алюминием и вольфрамом.

Стоящие за буквами цифры являются условным порядковым номером.

Особенности маркировки литейных титановых сплавов – наличие буквы Л в конце обозначения марки: ВТ5Л, ВТ3-1Л и др.

Для изготовления деталей методом порошковой металлургии используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4 и др. Порошковые сплавы маркируются так же, как и деформируемые.

Литейные сплавы титана обладают более низкими механическими свойствами, чем соответствующие деформируемые;

- по способу упрочнения на термически упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой;

- по структуре на однофазные α – сплавы (не содержат b-стабилизаторов); псевдо –а - сплавы (коэффициент b - стабилизации не более 0,25); (a + b)-сплавы (коэффициент b-стабилизации от 0,3 до 0,9); псевдо-b-сплавы (коэффициент b-стабилизации от 1,4 до 4,4) и b-сплавы (коэффициент b-стабилизации > 2,5).

Преимуществом титановых сплавов, по сравнению с техническим титаном, являются следующие свойства:

- сочетание высокой прочности (σв = МПа) с хорошей пластичностью (δ = 18-25 %);

- малая плотность и высокая удельная прочность (σв/γ до 40);

- хорошая жаропрочность (до 600-700 оС);

- высокая коррозионная стойкость;

- низкая пластичность при комнатной температуре;

- высокая чувствительность к поверхностным дефектам.

Все титановые сплавы подвергаются термообработке, ХТО и ТМО и для повышения их износостойкости возможно применение цементации и азотирования.

Основными недостатками титана и его сплавов являются:

- высокая способность при повышенных температурах к взаимодействию со всеми газами, а также с материалами плавильных печей;

- невысокие антифрикционные свойства;

- плохая обрабатываемость резанием;

- невысокая жесткость конструкции из-за низкого значения модуля упругости.

Титановые сплавы используют в авиа - и ракетостроении (корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа, фюзеляжа), в химической промышленности (компрессоры, клапаны, вентили), в изготовлении криогенной техники.

12.5. Антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы применяют для изготовления подшипников качения и скольжения. К таким сплавам предъявляются следующие требования:

- низкий коэффициент трения;

- хорошая прирабатываемость;

- микрокапиллярность для смазки;

- хорошая теплопроводность.

К антифрикционным сплавам относятся:

- свинцовистые бронзы (до 25-30 % РЬ) (БрС30 И БРОС5-25;

- антифрикционные чугуны (чугун с перлитной основой и повышенным количеством графита);

- баббиты - сплавы олова с сурьмой и медью (Б88, Б89),а также сплавы свинца с кальцием и натрием (Б16, БКА).

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

1.Силикатные материалы и изделия.

2.Асбестоцементные изделия

1.Силикатные материалы и изделия.

Силикатными материалами и изделиями называются необожженные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих – асбестоцементные, гипсовые и гипсобетонные, силикатные (на основе извести) и магнезиальные с заполнителями (кварцевым песком, шлаком, золой, пемзой, опилками и т. д.). Области применения их чрезвычайно обширны – от несущих и ограждающих конструкций до отделки зданий и сооружений.

Силикатные изделия получают в результате формования и последующей автоклавной обработки смеси извести или других вяжущих веществ на ее основе, тонкодисперсных кремнеземистых добавок, песка и воды.

Силикатный кирпич – искусственный каменный материал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования под большим давлением и последующего твердения в автоклаве. Исходными материалами являются воздушная известь – 6–8% в расчете на СаО, кварцевый песок - 92–94% и вода – 7–8% по массе сухой смеси.

Существуют две схемы производства силикатного кирпича: силосная и барабанная. По силосной схеме известь, совместно с песком, гасят в силосах в течение 4–8 ч. По барабанной схеме известь, совместно с песком, гасят во вращающихся барабанах с подводом пара под избыточным давлением до 0,5 МПа благодаря чему процесс гашения длится 30–40 мин.

Погашенная смесь извести и песка увлажняется, перемешивается и прессуется под давлением 15–20 МПа, в результате получается сырец, который укладывают на вагонетки и направляют в автоклавы на 10-14 ч для запаривания под давлением насыщенного пара 0,8 МПа (изб.) при температуре около 175оС. Прочность силикатного кирпича растет в течение некоторого времени и после выгрузки из автоклава (на воздухе).

Силикатный кирпич выпускают двух видов: одинарный (размером 250х120х65 мм) и модульный (размером 250х120х88 мм). Модульный кирпич изготавливают с технологическими пустотами, замкнутыми с одной стороны. Цвет кирпича светло-серый, но он может быть и цветным за счет введения в состав смеси щелочестойких минеральных пигментов.

Благодаря прессованию под большим давлением и отсутствию усадочных явлений размеры силикатного кирпича выдержаны более точно, чем у глиняного. Плотность его несколько выше, чем у керамического кирпича – 1800–1900 кг/м3, теплопроводность - 0,82 – 0,87 Вт/(м оС). В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич изготавливают шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Морозостойкость силикатного кирпича не ниже Мрз 15, водопоглощение 8–16% по массе.

Области применения силикатного кирпича такие же, как и керамического кирпича. Однако он не рекомендуется для кладки фундаментов и стен в условиях высокой влажности, так как воздействие грунтовых и сточных вод вызывает его разрушение. Нельзя использовать силикатный кирпич в конструкциях, подверженных действию высоких температур (в печах, дымовых трубах и т. п.).

Силикатными бетонами называют большую группу бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе известково-песчаного, известково-зольного или других известково-кремнеземистых вяжущих. Кроме того, в качестве вяжущего могут использовать молотые доменные шлаки.

Плотный мелкозернистый силикатный бетон, в отличие от тяжелого бетона, в своем составе не содержит крупного заполнителя (гравия или щебня). Структура силикатного бетона более однородна, а стоимость значительно ниже.

Прочность его при сжатии колеблется в довольно широких пределах (15–60 МПа) и зависит от состава смеси, режима автоклавной обработки и других факторов. Водостойкость силикатного бетона удовлетворительная. При полном водонасыщении снижение их прочности не превышает 25%. Морозостойкость - 25–50 циклов, а при добавке портландцемента она повышается до 100 циклов.

Из плотного силикатного бетона выполняют крупные стеновые блоки наружных стен с щелевыми пустотами и внутренних несущих стен, панели и плиты перекрытий, колонны, балки и прогоны, лестничные площадки и марши, цокольные блоки и другие армированные изделия.

В легких силикатных бетонах в качестве заполнителей используют керамзит, гранулированный шлак, шлаковую пемзу и другие пористые материалы в виде гравия и щебня. Из легких силикатных бетонов на пористых заполнителях изготовляют блоки и панели наружных стен жилых зданий.

Ячеистые силикатные бетоны, в зависимости от способа образования пористой структуры, разделяют на пено - и газосиликаты. Их получают при автоклавной обработке известково-песчаной пластичной смеси, в состав которой вводят устойчивую пену (пеносиликат) или алюминиевую пудру и другие газообразователи (газосиликат).

По назначению легкие и ячеистые силикатные бетоны делят на : теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные.

Изделия из силикатобетона не рекомендуются для конструкций, подверженных значительному увлажнению (фундаментов, цоколей, подоконников, карнизов и др.).

Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия

Гипсовые изделия получают из гипсового теста. Для улучшения свойств изделий в гипсовое тесто вводят в небольшом количестве тонкомолотые минеральные или органические наполнители.

Гипсобетоны – в них помимо гипса и воды применяют пористые заполнители – минеральные (топливные и доменные шлаки, ракушечник и др.) и органические (опилки, сечка из соломы, камыш и др.). Они обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью и высокими звукоизоляционными свойствами. Кроме того, они хорошо поддаются механической обработке и легко окрашиваются.

Имеется довольно широкая номенклатура гипсовых и гипсобетонных изделий: гипсокартонные листы, плиты и панели для перегородок, панели для основания пола и др.

Гипсокартонные листы представляют листовой отделочный материал, изготовляемый из строительного гипса с минеральными или органическими добавками (или без них) и оклеенный с обеих поверхностей картоном (в том числе декоративным).

Гипсокартонные листы выпускают шириной 1,2, длиной 2,5–3,3 м и толщиной 8–12 мм. Листы обладают большой плотностью, малой тепло - и звукопроводностью, не горят, их легко резать. Однако они плохо сопротивляются изгибу и разрушаются под действием влаги, поэтому влажность листов не должна превышать 2 %.

Применяют для внутренней отделки каменных и деревянных стен, перегородок и потолков в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%.

Гипсовые плиты для перегородок могут быть гипсовыми и гипсобетонными, их выпускают сплошными и пустотелыми шириной 400–800, толщиной 80–100 мм. Лицевые поверхности плит гладкие или рифленые. Плотность их 1000–1300 кг/м3, прочность при сжатии 3–4 МПа, влажность – не более 8% по массе. Они огнестойки, гигроскопичны, обладают хорошими теплозвукоизоляционными свойствами. Перегородочные плиты применяют для устройства не несущих перегородок гражданских и промышленных зданий при отсутствии систематического увлажнения.

Гипсобетонные панели широко используют в индустриальном строительстве для устройства самонесущих перегородок, а также для основания полов и других целей.

Перегородочные панели представляют собой плоские плиты длиной на комнату или на часть комнаты, шириной, равной высоте этажа, толщина панели обычно 80–100 мм. Они могут быть сплошными или с проемами для дверей.

Панели для основания пола выполняют из гипсобетона на гипсоцементно-пуццолановых вяжущих и армируют деревянным каркасом. Панели выпускают толщиной 50–60 мм и размером по длине и ширине на комнату или на часть комнаты при больших размерах помещений. Качество их поверхности должно быть таким, чтобы можно было без дополнительных затрат укладывать линолеум, плитки или выполнять покрытия мастичными материалами.

2.Асбестоцементные изделия

Асбестоцемент – строительный материал, представляющий собой затвердевший цементный камень, армированный волокнами асбеста. Асбестоцементные изделия получают формованием смеси асбеста (10-20%), портландцемента (80-90%) и воды. Волокна асбеста выполняют роль своеобразной арматуры асбестоцементных изделий, а портландцемент марки не ниже 400, без добавок (кроме гипса), затворенный водой, является связующим веществом.

Асбест в природе встречается в основном в виде минерала – хризолит-асбеста, характеризующегося волокнистостью строения и способностью расщепляться на тончайшие и прочные волокна. Длина волокон асбеста колеблется от долей миллиметра до 40 мм. Чем длиннее волокна асбеста, тем выше его сорт. Для производства асбестоцементных изделий используют коротковолокнистый асбест 3, 4, 5 и 6 сортов. Асбест не горит, имеет малую тепло - и электропроводность.