Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

кгс/мм

). Титанотанталовольфрамовые сплавы применяют при черновой

чистовой обработке труднообрабатываемых материалов,

в том

числе

жа-

ропрочных сплавов

сталей

(HRC

87-90).

Твердые сплавы получают путем прессования порошков карбидов

и ко-

бальта

изделия необходимой формы

последующего спекания

при

1250—

1450°С

атмосфере водорода

или в

вакууме.

Твердые сплавы чаще изготовляют

виде стандартных пластин различ-

ной

формы

для

оснащения

ими

резцов, фрез, сверл

других

режущих

ин-

струментов,

также различных матриц

для

прессования полуфабрикатов

волочения проволоки.

Пластины

режущем инструменте крепят либо

помощью медного

припоя,

либо механическим способом.

Крепление

штамповых

волочильных матриц производят путем тугой

посадки

соответствующую стальную обойму

помощью припоя.

СТАЛИ

И СПЛАВЫ

Ша

ОСОБЫМИ

ФИЗИЧЕСКИМИ

СВОЙСТВАМИ

В этой

главе

рассмотрены стали н сплавы, для которых основным

предъявляемым к ним требованием является обеспечение определенного

уровня физических свойств.

Механические свойства этих сталей и сплавов чаще не имеют основно-

го значения. Многие из этих Сплавов являются прецизионными в смысле

высокой точности химического состава и технологии производства.

1. МАГНИТНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Различают три группы магнитных сталей и сплавов: магнитотвердые, маг-

нитомягкие и парамагнитные.

Магнитотвердые стали и сплавы. Такие стали и сплавы применяют для

изготовления постоянных магнитов. Магнитная энергия постоянного маг-

нита тем выше, чем больше остаточная индукция В

и коэрцитивная сила

. Магнитная энергия пропорциональна произведению B

x Н

. Учитывая,

что величина В

ограничена магнитным насыщением ферромагнетика (же-

леза),

увеличение магнитной энергии достигается повышением коэрцитив-

ной

силы Н

Для получения высокой коэрцитивной силы стали должны иметь нерав-

новесную

структуру,

обычно - мартенсит с большим количеством дефек-

тов строения (дислокаций, блоков, границ зерен и т. д.), являющихся источ-

ником

искажений кристаллической решетки и внутренних напряжений.

Для магнитов применяют высокоуглеродистые стали (чаще с 1,0% С),

легированные хромом

(3,0%)

ЕХЗ, вольфрамом

(6,0%)

ЕВ6 и одновременно

хромом и кобальтом, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2 (ГОСТ

6862-71).

Легирующие

элементы повышают коэрцитивную силу, остаточную индукцию и

улуч-

шают температурную стабильность и стойкость постоянного магнита

механическим ударам. Хромистые, вольфрамовые и кобальтовые стали

легко обрабатываются давлением и резанием, но

обладают

относительно

малой магнитной энергией, поэтому их применяют для неответственных

магнитов массового производства. Коэрцитивная сила легированных ста-

лей составляет

60-180

Э и остаточная индукция

8000-10000

Гс. Наиболее

высокие магнитные свойства имеют стали ЕХ5К5 и ЕХ9К15М2 после нор-

мализации,

высокого отпуска, закалки и низкого отпуска

(100°С).

Наибольшее промышленное значение имеют сплавы типа алнико (табл.

24). Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты

производят в литом виде. После литья проводят только шлифование.

Высокие магнитные свойства сплавы

получают

после нагрева до

1250—1280°С

и последующего охлаждения (закалки) с определенной (кри-

322

Таблица

Химический состав

(%) н

магнитные свойства некоторых литых

А1

—

Ni — Со - Fe-

сплавов

для

постоянных магнитов (ГОСТ

17809—72)

Сплав

ЮНДК15

ЮН14ДК25А

ЮНДК31ТЗБА

ЮНДК40Т8АА

ЮНДК35Т5БА

ЮНДК35Т5АА

•Ni

18-19

13.5-

14,5

13-

13,5

14-

14,5

14-

14,5

14-

14,5

Остальное

железо.

Содержание

элементов,

А1

8,5-9,5

8-8,5

6,8-7,2

7,2-7,7

6,8-7,2

7-7,5

Со

14-15

24-26

30,5-

31,5

39-

40,6

34,5-

35,5

34.-35

Си

3-4

3,5-4,0

3,0-3,5

3-4

3,3-3,7

2,5-3,0

%•

Другие

элементы'

0,2-0,3 Ti

>0,03

Ti.

3-3,5 Ti;

0.9-1,1 Nb

7-8 Ti;

0,1-0,2 Si

0,8-1,1 Nb;

4,7-4,5 Ti;

0.05-0,1 Ce

5,0-5,5

Ti;

0,1-0,2 Si

Магнитные

свойства

{ВЩ 10

Гс/Э

1,5

7,0

ъ>

600

650

1150

1800

1380

1400

500

300

11500

000

10200

500

тической)

для

каждого сплава скоростью охлаждения; после закалки

сле-

дует

отпуск

при 580

—

600°С.

При

охлаждении

от

температуры закалки

вы-

сокотемпературная фаза

(а

)

распадается

на две

фазы: а

->а

ос

, которые

имеют одинаковую кристаллическую решетку

о.

ц.к.

незначительным

различием

периодах

(а

— фаза, твердый раствор

на

базе железа, ферро-

магнита;

— парамагнитная фаза

на

базе соединения NiAl). После указан-

ной

термической обработки ос-фаза распределена

виде пластинок

(игл)

однодоменных размеров

-фазе. Отпуск усиливает обособление

фаз

друг

от

друга,

что

увеличивает коэрцитивную силу. Большие внутренние

напряжения,

возникающие

процессе распада высокотемпературной фазы,

анизотропия

формы частиц образующей фазы,

также однодоменность

этих частиц определяют высококоэрцитивное состояние сплавов. Дальней-

шее повышение магнитной энергии достигается созданием

сплавах

маг-

нитной

кристаллографической текстур.

Для создания магнитной текстуры сплавы типа алаико подвергают

тер-

момагнитной обработке: нагреву

до

1300°С

охлаждению

со

скоростью

0,5

—5°С/с

(в

зависимости

от

состава сплава)

магнитном поле, прило-

женном вдоль направления, наиболее важного

для

магнита данной

конфи-

гурации. Затем магнит отпускают

при

625°С.

При

обработке

магнитном

иоле а-фаза выделяется

виде частиц, ориентированных вдоль поля парал-

лельно направлению [100].

После такой обработки магнитные свойства сплавов становятся анизо-

тропными,

их

магнитные характеристики

, H

, B

х H

)

сильно возра-

стают

направлении приложенного магнитного поля (магнитная тексту-

ра).

Термомагнитной обработке чаще подвергают сплавы, содержащие

свыше

18% Со.

Кристаллическая текстура образуется

случае

направлен-

ной

кристаллизации отливки магнита.

При

этом образуются столбчатые

кристаллы, растущие

направлении [100].

Это

сильно повышает

маг-

323

нитные

свойства, поскольку они зависят от кристаллографической ориен-

тации

ферромагнитных фаз.

Некоторое

применение нашли деформируемые сплавы 52КФА, 52КФБ

52КФ13 (51 — 53% Со, 11-13% V, остальное - Fe), поступающие в виде

проволоки

(диаметром 0,5-3 мм), полос и лент (толщиной 0,2 — 1,3 мм).

После

холодной деформации сплавы подвергают отпуску при 600 -

620°С.

Свойства сплавов после такой обработки: HRC 58 -ь 62, Н

= 350

-г-

500 Э и

В, =

6000

-н 10 000 Гс (в зависимости от полуфабриката). Сплавы Fe — Ni —

-Al-Nb, содержащие

8,4-9,8%

Al,

3,7-4,2%

Nb и 20-25% Ni (осталь-

ное

Fe), в виде горячекатаных листов используются для изготовления де-

шевых малогабаритных магнитов (Я

= 150

-=-

400 Э В

7000

5000

Гс).

Магнитомягкие

стали (электротехнические тонколистовые стали). Эти

стали применяют для якорей и полюсов электротехнических машин, маг-

нитопроводов,

статоров и роторов электродвигателей, для силовых транс-

форматоров и т. д.

Общие требования, предъявляемые к магнитомягким материалам: вы-

сокая

магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила и малые поте-

ри

при перемагничивании.

Для получения минимальной коэрцитивной силы и высокой магнитной

проницаемости

ферромагнитный материал должен быть чистым от приме-

сей

и включений, иметь гомогенную

структуру

(чистый металл или

твердый раствор). Наиболее вредными примесями являются

углерод

(в ви-

де

C),

кислород и сера. Магнитная проницаемость возрастает с увеличе-

нием

зерна феррита. Наклеп, даже слабый, снижает магнитную проницае-

мость и повышает Н

, поэтому материал должен быть полностью

рекристаллизован для устранения внутренних напряжений, вызываемых

наклепом.

В качестве магнитомягкого материала можно использовать чистое же-

лезо.

Электротехническое железо используют для изготовления сплошных

сердечников,

работающих в условиях постоянного магнитного потока, ког-

да потери на вихревые токи незначительны.

Более

широко применяют низкоуглеродистые (0,05-0,005% С) железо-

кремнистые

сплавы (0,8 — 4,8% Si). Кремний, образуя с железом твердый

раствор, сильно повышает электросопротивление, а следовательно, умень-

шает потери на вихревые токи, повышает магнитную проницаемость, не-

много снижает коэрцитивную силу и потери на гистерезис вследствие вы-

зываемого им укрупнения зерна, графитизирующего действия и лучшего

раскисления

стали. Однако кремний понижает индукцию в сильных полях

повышает хрупкость сплава, особенно при содержании его в количестве

3-4%.

Листовую электротехническую сталь (сплавы Fe — Si) для рекристалли-

зации,

укрупнения зерна и выгорания

углерода

подвергают специальному

отжигу. Лучшие результаты

дает

отжиг в водороде, диссоциированном ам-

миаке

или в ваккууме при

1100-1200°С,

Резание,

холодная штамповка, навивка ленточных сердечников

ухуд-

шают магнитные свойства стали; возрастает коэрцитивная сила, а следова-

тельно, и потери на гистерезис, резко падает индукция в слабых и средних

полях. Для восстановления магнитных свойств рекомендуется отжиг при

нагреве до 75О-9ОО°С.

324

Электротехническую сталь, предназначенную для магнитных цепей

электрических машин, аппаратов и приборов, изготовляют в виде рулонов,

листов и резаной ленты. Горячекатаную тонколистовую сталь выпускают

следующих марок: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511,

1512 и др.

В марке цифры означают: первая - класс по структурному состоянию

виду прокатки; вторая - содержание кремния, третья - группу по основ-

ной

нормируемой характеристике. Вместе первые три цифры означают тип

стали, четвертая — порядковый номер типа стали. Сталь подразделяют

(ГОСТ

21427.0-75):

а) по структурному состоянию и виду прокатки на

классы:

1. горячекатаная изотропная (ГОСТ

21427.3

—

75), 2. холодноката-

ная

изотропная (ГОСТ

21427.2

—

75), 3 — холоднокатаная анизотропная

ребровой текстурой (ГОСТ

21427.1-75);

б) по содержанию кремния на

группы: 0 —с содержанием кремния до 0,4%, 1-е

0,4-0,8%

Si, 2-е

0,8-1,8%

Si, 3-е

1,8-2,8%

Si, 4-е

2,8-3,8%

Si, 5-c

3,8-4,8%

Si; в)

но

основной нормируемой характеристике на группы: 0 - удельные потери

при

магнитной индукции 1,7 Т (в Теслах) и частоте 50 Гц (Pi,

/5o);

— удельные потери при магнитной индукции 1,5 Т и частоте 50 Гц (Р

и7/59

);

2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Т и частоте 400 Гц

(^1,7/50);

6 —магнитная индукция в слабых полях при напряженности

поля

0,4 А/М (В 0,4); 7 — магнитная индукция в средних магнитных полях

при

напряженности ноля 10 А/М (В 10).

увеличением содержания в стали кремния индукция н потери на пере-

магничивание

уменьшаются.

Удельные потери при магнитной индукции 1,5 Т и частоте 50 Гц

(Р

1>5/50

)

для листов толщиной 0,5 мм составляют 7,2 (сталь

1212)-2,7

(сталь 1514) ВТ/кг, а магнитная индукция при напряженности магнитного

поля

2500

А/м- 1,53 (сталь

1212)-1,44

(сталь 1513, 1514) Т.

Холоднокатаную изотропную тонколистовую электротехническую

сталь выпускают следующих марок: 2011, 2012, 2013; 2111, 2112, 2211, 2212;

2311, 2312; 2411 и 2412. Удельные потери у этих сталей ниже, чем у горяче-

катаной

стали. В зависимости от содержания кремния удельные потери

(Pi.s/so)

Для толщины листа 0,5 мм лежат в пределах 3,8 (сталь 2011) —

3 (сталь 2412) Вт/кг.

Чем

тоньше лист, тем меньше потери. Магнитная индукция при напря-

жении

магнитного поля 2 500 А/м составляет для малокремнистых сплавов

1,6 Т и для сплавов, содержащих 4,0%

Si,-1,5

Т.

Холоднокатаная анизотропная (текстурованная) листовая сталь содер-

жит

2,8-3,8%

Si (марки 3411, 3412, 3413; 3414, 3415, 3416,

3404,

3405

и 3406).

Эта сталь относится к ферритному классу сталей, не испытывающих при

нагреве а

у-превращений.

Магнитные

свойства анизотропной стали в продольном направлении

прокатки

значительно выше, чем в поперечном. Это связано с тем, что

каждом зерне текстурованной стали кристаллографическая решетка

ориентирована

так, что в плоскости прокатки лежит плоскость (110), а

направлении прокатки — ребро куба [100]. Такую текстуру называют

ребровой. Для железа и сплавов Fe

—

Si ребро куба [100] является напра-

влением легкого намагничивания. Подобная текстура достигался много-

кратной

холодной прокаткой и отжигом.

325

В текстурованной холоднокатаной стали по сравнению с изотропной

сталью, содержащей то же количество кремния, при больших значениях

индукции (1,75 — 1,9 Т) потери на перемагничивание меньше.

При

толщине листа 0,5 мм потери Р

1>5

о составляют 2,45 (сталь

3411)-1,5

(сталь 3414) ВТ/кг, снижаясь до

0,89-0,97

ВТ/кг (стали 3415,

3416) при толщине листа

0,28-0,3

мм.

Удельное

электросопротивление стали с низким содержанием кремния

(2011, 2111) составляет 0,14 — 0,17 Ом мм

/м, повышаясь до

0,4-0,5

Ом

мм

/м для высококремнистых сталей (2311,

2411).

Листовые стали, предназначенные для работы в силовых

агрегатах,

при

высоких

частотах

переменного тока должны быть малой толщины

(0,1—0,35

мм), так как при этом меньше снижается проницаемость и не

столь сильно возрастают потери с увеличением частоты тока.

Пермаллой.

Для получения высоких значений индукции в слабых маг-

нитных полях используют сплавы с высокой начальной и максимальной

магнитной проницаемостью, называемые пермаллоем.

Различают пермаллои: 1) низконикелевые: 50Н, 65НП, 50НХС

(40 — 65% Ni), у которых начальная проницаемость ц

4000

Гс/Э и намаг-

ниченность насыщения ~ 15 000 Гс; 2) высоконикелевые 79НМА (78 — 80%

Ni)

< 35 000 Гс/Э, но меньшей намагниченностью насыщения -

7500

Гс.

Пермаллои нередко

легируют

молибденом и хромом, которые уменьшают

чувствительность к механической деформации и повышают

удельное

электросопротивление и магнитную проницаемость. Медь повышает элек-

тросопротивление и стабилизирует свойства. Пермаллой изготовляют из

чистейших сортов железа и никеля вакуумной переплавкой. Термическая

обработка сводится к

отжигу

при 1100

—1300°С

вакууме

(водороде) с по-

следующим охлаждением с определенной скоростью.

Парамагнитные стали. Многие детали приборов и машин должны быть

изготовлены из немагнитного материала. Ранее для этой цели применяли

цветные металлы (латунь, бронзу). В настоящее время широко используют

парамагнитные аустенитные стали

12Х18Н9,-55Г9Н9ХЗ.

Ферриты. Ферриты получаются спеканием порошков, состоящих из

и окислов

двухвалентных

металлов (ZnO, NiO, MnO и др.).

Специфическими

свойствами ферритов по сравнению с обычными фер-

ромагнетиками являются высокое электрическое сопротивление 10

— 10

Ом-см (что приводит к малым потерям при высоких

частотах)

и относи-

тельно невысокая намагниченность насыщения

4KI

100 —

20000

Гс. Чаще

применяют магннтомягкие ферриты NiO - ZnO -

u MnO - ZnO -

—

Параметром, определяющим эти ферриты, является начальная

магнитная проницаемость и

, которая может меняться в широких пре-

делах

и указывается в начале марки феррита. Так, никельцпнковый феррит

(NiO

- ZnO - Fe

) обозначают

2000

НН, 1000 НН и др., а марганцево-

цинковый

—

2000

НМ или

6000

НМ (вторая буква

соответствует

иону, ха-

рактеризующему металл).

Ферриты применяют для работы при высоких и сверхвысоких

частотах,

где использование металлических ферромагнетиков невозможно из-за

больших потерь электромагнитной энергии. Их используют в радиоэлек-

тронике и радиотехнике для магнитных стержневых антенн, сердечников

магнитных усилителей, в импульсных трансформаторах и т. д. Ферриты

326

обеспечивают миниатюризацию важных

узлов

современных прибо-

ров.

В запоминающих

устройствах

ЭВМ применяют ферриты MgO —

— МпО -

с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) —

0Д2ВТ

(0,12 - коэрцитивная сила Н

= 0,12 Э, ВТ — вычислительная техника),

0,9ВТ,

1,ЗВТ и др. Важной характеристикой ферритов ППГ является время

перемагнпчивания, необходимое для изменения магнитного состояния сер-

дечника от + В

до - В

. Быстродействие растет с уменьшением

коэрци-

тивной силы.

В сверхвысокочастотной технике (СВЧ) используют не только обычные

ферриты, но и ферриты MgO - МпО -

Fe,O

обладающие очень высоким

электросопротивлением: 10

- 10

Ом-см.

Недостатки ферритов по сравнению с металлическими ферромагнетика-

ми:

низкая температурная стабильность (точка Кюри ниже 200 С), низкая

индукция насыщения (~

4000

Гс), затрудняющая использование их для

мощных низкочастотных трансформаторов, и высокие твердость и

хруп-

кость (возможно только шлифование).

2. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ВЫСОКИМ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ

ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Высокое электросопротивление сплавов может быть достигнуто в том слу-

чае, если их

структура

— твердый раствор. Согласно правилу Курнакова,

при

образовании

твердых

растворов электросопротивление возрастает, до-

стигая максимального значения при определенном для каждой системы со-

держании элементов. Эта же

структура

позволяет деформировать сплавы

с большим обжатием, получать тонкие ленты и проволоку, обладающие

высоким электросопротивлением. Помимо высокого электросопротивле-

ния,

стали и сплавы этого назначения при нагреве должны обладать ока-

линостойкостью и достаточной прочностью для сохранения формы нагре-

вателей в процессе работы.

Окалиностойкие стали с высоким электросопротивлением. Чаще применя-

ют хромоалюминиевые низкоуглеродистые стали ферритного класса:

Х13Ю4

(фехраль),

ОХ23Ю5

(хромель),

0Х27Ю5А,

обладающие высокими жа-

ростойкостью и электросопротивлением. Чем выше содержание в сплаве хро-

ма, алюминия, тем выше окалиностойкость и рабочая температура нагре-

вательного элемента.

Количество

углерода

в сплавах строго ограничивают

(0,06-0,12%),

так

как

появление карбидов снижает пластичность и сокращает срок

службы

нагревателей. Ниже приведены характеристики этих сплавов:

Сплав

Х13Ю4 0Х23Ю5 ОХ27Ю5А

Оптимальная

рабочая температура, °С 900 1150 1250

Удельное электросопротивление, Ом х

хмм

/м

1,18-1,34

1,29-1,45

1,37-1,47

Указанные стали изготовляют металлургической промышленностью в

виде проволоки и ленты. Стали малопластичны, поэтому нагреватели, осо-

бенно крупные,

следует

выполнять при подогреве до

200-350

С.

После

327

первого нагрева до рабочей температуры вследствие роста зерна нагрева-

тели становятся хрупкими. Сопротивление ползучести ферритных сплавов

невелико,

поэтому нагреватели при высоких температурах

(115О-12ОО°С)

нередко провисают под собственной массой.

> Никелевые сплавы с высоким омическим сопротивлением. Твердые рас-

творы на основе никеля обладают высоким электросопротивлением. На-

иболее известными сплавами с высоким сопротивлением являются сплавы

никеля

с хромом

(нихромы).

Лучший из них — сплав

Х20Н80

работает при

температуре до

1050—

1100°С.

Для удешевления нихромов и улучшения их

технологических свойств часть никеля заменяют железом. Нихромы с же-

лезом называют

ферронихромами.

Широкой известностью пользуется фер-

ронихром Х15Н60, содержащий 25% Fe, который рекомендуют для работы

при

950—1000°С.

Удельное электросопротивление нихрома (ферронихрома)

составляет

1,0-1,2

Ом-мм

/м и окалиностойкость до 1000

—1100°С.

Нихромы применяют для бытовых приборов и нагревательных эле-

ментов электропечей и деталей высокого омического сопротивления.

Нихромы и ферронихромы более пластичны и жаропрочны, чем сплавы

— Сг — А1, но значительно дороже.

3. СПЛАВЫ С ЗАДАННЫМ ТЕМПЕРАТУРНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ

ЛИНЕЙНОГО

РАСШИРЕНИЯ

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расшире-

ния

широко применяют в машиностроении и приборостроении. Наиболее

распространены сплавы Fe — Ni, у которых коэффициент линейного расши-

рения

а-10"

C при температурах от -100 до +100

C с увели-

чением до 36% № резко уменьшается, а при более высоком содержании

никеля

вновь возрастает. При 600

—700°С

такого явления не наблюдается,

коэффициент линейного расширения в зависимости от состава изменяет-

ся

плавно, что объясняется ферромагнитной природой этих сплавов.

Это свойство сплавов Fe — Ni широко используется в технике. Так, на-

пример,

детали машин и приборов, которые должны сохранять постоян-

ство размеров при нагреве до

100°С

и охлаждении до —

100°С

(штриховые

меры в метрологии, детали геодезических мерных приборов), изготовляют

из

аустенитного сплава 36Н (^ 0,05% С и 36% Ni), получившего название

инвар.

Сплав 36Н имеет минимальное значение коэффициента линейного

расширения:

в системе Fe — Ni oc=

1,5-10"

1/°С.

Для впаев в стеклянные вакуумные приборы проводников применяют

сплавы Fe — Ni, часто добавочно легированные кобальтом или медью,

имеющие равный со стеклом коэффициент расширения и близкую темпе-

ратурную зависимость. Для вакуумных спаев с молибденовым стеклом

применяют сплав 29НК, называемый

ковар

(29% Ni и 18% Со), у которого

а = (4,6 -г 5,5) 10"

1/Х. При нагреве сплава 29НК на его поверхно-

сти образуется пленка окислов, взаимодействующая со стеклом. Это при-

водит к образованию плотного сцепления

между

стеклом п сплавом.

Для изготовления деталей, спариваемых со стеклом, например в теле-

визионных кинескопах, имеющих

а^8,7-10~

1/'С, применяют

более дешевые ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ

(0,35% Мо; 0,35% V; 18% Сг; 0,6% Ti). Эти сплавы имеют одинаковые

свойства, но сплав 18ХТФ дешевле, так как он не содержит молибдена.

328

4. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ

В приборостроении для изготовления

упругих

элементов (пружин, мем-

бран,

сильфонов, подвесов, торсион и т. д.) требуется материал, обладаю-

щий

высокими значениями

упругих

свойств, достаточной пластичностью,

прямолинейным

ходом изменения модуля упругости в широком интервале

температур, а также часто немагнитностью, коррозионной стойкостью и

т. д. Для этой цели используют цветные металлы (латуни, бронзы и др.),

а также аустенитные железохромоникелевые и кобальтхромоникелевые

сплавы \

Примером

этой группы сплавов может служить 40КНХМ (39

—

41% Со;

19-21% Сг;

15-17%

Ni;

6,4-7,4%

Mo;

1,8-2,2%

Мп), изготовленный

виде проволоки.

Упругие

чувствительные элементы прецизионных приборов (мембраны,

сйльфоны,

анероиды, коробки, волосковые спирали часов и т. д.) нередко

изготовляют из сплавов

элинвар,

обладающих малым температурным

коэффициентом

модуля упругости (до 12О-2ОО°С). Обычно применяют

дисперсионно-твердеющие элинвары, например сплав на железоникелевой

основе 42НХТЮ (41,5-43,5% Ni;

5,3-5,9%

Сг;

2,4-3,0%

Ti и

0,5-1,0%

А1). После закалки с

950°С

в воде структура сплава — аустенит, механические

свойства: а

= 70 кгс/мм

и 5 = 50%, а после старения при

700°С

= 125

кгс/мм

0)2

= 80 кгс/мм

, 8 = 20%. Упрочнение обусловлено образова-

нием

дисперсных частиц у'-фазы, когерентно связанной с аустенитом. По-

сле закалки, когда сплав пластичен, из него изготовляют

упругие

эле-

менты.

Сплав упрочняется и после отпуска при

600°С

(а

= 150 кгс/мм

5 = 10%). Элинвар применяют в виде тонкой ленты (толщиной 0,1 —0,2 мм)

проволоки диаметром

0,3-5,0

мм.

Рахштадт А. Г. Пружинные стали и сплавы. 2-е изд. М., Металлургия, 1971. 496 с.

Глава

XV ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

Тугоплавкими называют металлы, температура плавления которых выше,

чем у железа.

Наибольшее значение имеют следующие тугоплавкие металлы: Nb,

Mo,

Сг, Та и W с температурой плавления 2468, 2625, 1875,

2996

3410°С

соответственно.

Интерес к тугоплавким металлам и сплавам на их основе (табл. 25)

резко возрос в связи со строительством ракет, космических кораблей,

атомных реакторов и развитием энергетических установок, отдельные де-

тали и узлы которых работают при температурах до 1500

—2000°С.

Тугоплавкие металлы и их сплавы используют главным образом как

жаропрочные.

Молибден, вольфрам и хром обладают высокой жаропрочностью, од-

нако

они склонны к хрупкому разрушению из-за высокой температуры по-

рога хладноломкости, которую особенно сильно повышают примеси вне-

дрения;

С, N, Н и О. После деформации ниже температуры рекристаллиза-

ции

(1100-1300°С)

порог хладноломкости молибдена и вольфрама

понижается. Ниобий и тантал, в отличие от вольфрама и молибдена,

—

ме-

таллы с хорошей пластичностью и свариваемостью. Следует указать, что

ниобий

обладает более низким порогом хладноломкости и менее чувстви-

телен к примесям внедрения. Указанные металлы обладают высокой кор-

розионной

стойкостью, в том числе в кислотах и щелочах.

Молибден и вольфрам в чистом виде используют в радио- и электрон-

ной

промышленности (нити накаливания, листовые аноды, сетки, пружины

катодов, нагреватели, контакты и т. д.), в химическом машиностроении,

стекольной промышленности и т. д. Вследствие малого поперечного сече-

ния

захвата нейтронов и отсутствия взаимодействия с расплавленными

щелочными маталлами ниобий применяют для изготовления теплообмен-

ников

атомных реакторов

Жаропрочность чистых металлов сравнительно невелика (см. табл. 25).

Более высокой жаропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких

металлов. Однако

следует

учитывать, что легирование с целью повышения

жаропрочности часто приводит к снижению пластичности. Повышение жаро-

прочности достигается в результате образования легированного твердого

раствора или твердого раствора, который добавочно упрочняется мелкодис-

персными выделениями типа карбидов [ZrC, (Ti, Zr)C и др.], оксидов (ZrO

)

т. д. Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью, поэтому

их при температурах свыше

400-600°С

нужно защищать от окисления.

Разработаны металлические, интерметаллидные и керамические покрытия

Для этой цели чаще используют цирконий, который является основным материалом

в атомных реакторах.

330