Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 34 )

Нимоники є четвертними сплавами нікель – хром (близько 20 %) – титан (близько 2%) – алюміній (близько 1 %) (ХН77ТЮ, ХН70МВТЮБ, ХН55ВМТФКЮ). Використовуються тільки в термічно обробленому стані. Термічна обробка складається із загартування з 1050…1150oЗ на повітрі й відпустки – старіння при 600…800oС.

Збільшення жароміцності складно легованих нікелевих сплавів досягається зміцненням твердого розчину введенням кобальту, молібдену, вольфраму.

Основними матеріалами, які можуть працювати при температурах вище 900oC (до 2500oС), є сплави на основі тугоплавких металів – вольфраму, молібдену, ніобію й інших.

Температури плавлення основних тугоплавких металів: вольфрам – 3400oС, тантал – 3000oС, молібден – 2640oС, ніобій – 2415oС, хром – 1900oС.

Висока жароміцність таких металів обумовлена більшими силами міжатомних зв'язків у кристалічній решітці й високих температурах рекристалізації.

Найбільше часто застосовують сплави на основі молібдену. Як легуючі добавки в сплави вводять титан, цирконій, ніобій. З метою захисту від окислювання проводять силіціювання, на поверхні сплавів утвориться шар MoSi2 товщиною 0,03...0,04мм. При температурі 1700oС силіційовані деталі можуть працювати 30 годин.

Вольфрам - найбільш тугоплавкий метал. Його використовують як легуючий елемент у сталях і сплавах різного призначення, в електротехніку й електроніці (нитки розжарення, нагрівачі у вакуумних приладах).

Як легуючі елементи до вольфраму додають молібден, реній, тантал. Сплави вольфраму з ренієм зберігають пластичність до –196oС і мають межа міцності 150 МПа при температурі 1800oС.

Для сплавів на основі вольфраму характерні низька жаростійкість, плівки оксидів, що утворяться, перевищують об'єм металу більш, ніж у три рази, тому вони розтріскуються й відшаровуються Виготовляють виробу, що працюють у вакуумі).

Лекція

 Кольорові метали і сплави на їхній основі. Алюміній і його сплави. Магній і його сплави. Мідь і її сплави. Титан і його сплави.

Мідь і її сплави

 Кольорові метали є більше дорогими й дефіцитними в порівнянні із чорними металами, однак область їхнього застосування в техніку безупинно розширюється. Це сплави на основі титану, алюмінію, магнію, міді. Перехід промисловості на сплави з легких металів значно розширює сировинну базу. Титан, алюміній, магній можна одержувати з бідних і складних по сполуці руд, відходів виробництва.

Титан і його сплави

 Титан сріблисто-білий легкий метал із щільністю 4,5 г/см3. Температура плавлення титану залежить від ступеня чистоти й перебуває в межах 1660…1680oС.

Чистий іодний титан, у якому сума домішок становлять 0,05...0,1 %, має модуль пружності 112 000 МПа, межа міцності близько 300 МПа, відносне подовження 65%. Наявність домішок сильно впливає на властивості. Для технічного титану ВТ1, із сумарним змістом домішок 0,8 %, межа міцності становить 650 МПа, а відносне подовження - 20 %.

При температурі 882oС титан перетерплює поліморфне перетворення, - титан з гексагональною решіткою переходить в – титан з об’ємноцентрованою кубічною решіткою. Наявність поліморфізму в титану створює передумови для поліпшення властивостей титанових сплавів за допомогою термічної обробки.

Титан має низьку теплопровідність. При нормальній температурі має високу корозійну стійкість в атмосфері, у воді, в органічних і неорганічних кислотах ( не стійок у плавикової, міцних сарною й азотною кислотами), завдяки тому, що на повітрі швидко покривається захисною плівкою щільних оксидів. При нагріванні вище 500oС стає дуже активним елементом. Він або розчиняє майже всі дотичні і їм речовини, або утворить із ними хімічні сполуки.

Титанові сплави мають ряд переваг у порівнянні з іншими:

·  сполучення високої міцності (Мпа) з гарною пластичністю ;

·  мала щільність, що забезпечує високу питому міцність;

·  гарна жароміцність, до 600…700oС;

·  висока корозійна стійкість в агресивних середовищах.

Однорідні титанові сплави, не піддані старінню, використовують у криогенних установках до гелієвих температур.

У результаті легування титанових сплавів можна одержати потрібний комплекс властивостей. Легуючі елементи, що входять до складу промислових титанових сплавів, утворять із титаном тверді розчини заміщення й змінюють температуру алотропічного перетворення. Вплив легуючих елементів на поліморфізм титану показане на мал.

Рис. Вплив легуючих елементів на поліморфізм титану:

Елементи, що підвищують температуру перетворення, сприяють стабілізації - твердого розчину й називаються - стабілізаторами, це - алюміній, кисень, азот, вуглець.

Елементи, що знижують температуру перетворення, сприяють стабілізації - твердого розчину й називаються - стабілізаторами, це - молібден, ванадій, хром, залізо.

Крім - і - стабілізаторів розрізняють нейтральні зміцнювачі: олово, цирконій, гафній.

Відповідно до впливу легуючих елементів титанові сплави при нормальній температурі можуть мати структуру або.

Сплави на основі титану можна піддавати всім видам термічної обробки, хіміко-термічної й термомеханічної обробці. Зміцнення титанових сплавів досягається легуванням, наклепом, термічною обробкою.

Часто титанові сплави легують алюмінієм, він збільшує міцність і жароміцність, зменшує шкідливий вплив водню, збільшує термічну стабільність. Для підвищення зносостійкості титанових сплавів їх піддають цементації або азотуванню.

Основним недоліком титанових сплавів є погана оброблюваність різальним інструментом.

По способі виробництва деталей різняться деформуємі (ВТ 9, ВТ 18) і ливарні (ВТ 21Л, ВТ 31Л) сплави.

Області застосування титанових сплавів:

·  авіація й ракетобудування (корпуса двигунів, балони для газів, сопла, диски, деталі кріплення);

·  хімічна промисловість (компресори, клапани, вентилі для агресивних рідин);

·  устаткування для обробки ядерного палива;

·  морське й річкове суднобудування (гребні гвинти, обшивання морських суден, підводних човнів);

·  криогенна техніка (висока ударна в'язкість зберігається до –253oС).

Алюміній і його сплави

Алюміній – легкий метал із щільністю 2,7 г/см3 і температурою плавлення 660oС. Має гранецентровану кубічну решітку. Володіє високої тепло - і електропровідністю. Хімічно активний, але щільна плівка, що утвориться, оксиду алюмінію Al2O3, охороняє його від корозії.

Механічні властивості: межа міцності 150 МПа, відносне подовження 50 %, модуль пружності 7000 Мпа.

Алюміній високої чистоти маркірується А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (зміст алюмінію від 99,85 % до 99 %).

Технічний алюміній добре зварюється, має високу пластичність. З нього виготовляють будівельні конструкції, мало навантажені деталі машин, використовують як електротехнічний матеріал для кабелів, проводів.

Алюмінієві сплави.

Принцип маркування алюмінієвих сплавів. На початку вказується тип сплаву: Д - сплави типу дюралюмінов; А - технічний алюміній; АК - ковкі алюмінієві сплави; В - високоміцні сплави; ЧЕРВОНИЙІ - ливарні сплави.

Далі вказується умовний номер сплаву. За умовним номером треба позначення, що характеризує стан сплаву: М - м'який (відпалений); Т - термічно оброблений (загартування плюс старіння); Н - нагартований; П - полунагартований

По технологічних властивостях сплави підрозділяються на три групи:

·  деформуємі сплави, що не зміцнюються термічною обробкою:

·  деформуємі сплави, що зміцнюються термічною обробкою;

·  ливарні сплави.

Методами порошкової металургії виготовляють спечені алюмінієві сплави (САС) спечені алюмінієві порошкові сплави (САП).

Сплави, що деформуються та не зміцнюються термічною обробкою.

Міцність алюмінію можна підвищити легуванням. У сплави, що не зміцнюються термічною обробкою, уводять марганець або магній. Атоми цих елементів істотно підвищують його міцність, знижуючи пластичність. Позначаються сплави: з марганцем - Амц, з магнієм - Амг; після позначення елемента вказується його зміст (Амг3).

Магній діє тільки як зміцнювач, марганець зміцнює і підвищує корозійну стійкість.

Міцність сплавів підвищується тільки в результаті деформації в холодному стані. Чим більше ступінь деформації, тим значніше росте міцність і знижується пластичність. Залежно від ступеня зміцнення розрізняють сплави нагартовані й полу нагартовані (Амг3П).

Ці сплави застосовують для виготовлення різних зварених ємностей для пального, азотної й іншої кислот, мало - і середньонавантажені конструкції.

Деформуємі сплави, що зміцнюються термічною обробкою

 До таких сплавів ставляться дюралюміни ( складні сплави систем алюміній - мідь - магній або алюміній - мідь - магній - цинк). Вони мають знижену корозійну стійкість, для підвищення якої вводиться марганець.

Дюралюміни звичайно піддаються загартуванню з температури 500oС і природному старінню, якому передує двох -, тригодинний інкубаційний період. Максимальна міцність досягається через 4...5 доби.

Широке застосування дюралюміни знаходять в авіабудуванні, автомобілебудуванні, будівництві.

Високоміцними старіючими сплавами є сплави, які крім міді й магнію містять цинк. Сплави В95, В96 мають межа міцності близько 650 МПа. Основний споживач - авіабудування (обшивання, стрингери, лонжерони).

Кувальні алюмінієві сплави АК:, АК8 застосовуються для виготовлення кувань. Кування виготовляються при температурі 380…450oС, піддаються загартуванню від температури 500…560oС і старінню при 150…165oС протягом 6...15 годин.

До складу алюмінієвих сплавів додатково вводять нікель, залізо, титан, які підвищують температуру рекристалізації й жароміцність до 300oС.

Виготовляють поршні, лопатки й диски осьових компресорів, турбореактивних двигунів.