КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основні властивості аморфних і швидкозагартованих сплавів: хімічний склад, переваги над традиційними металургійними матеріалами і галузі застосування
Частина 1. Загальні відомості про властивості аморфних сплавів.Магнитні та механічні властивості Уникальное структурное состояние аморфных металлических сплавов обеспечивает и уникальное сочетание самых различных свойств: магнитных, механических, электрических, коррозионных, тепловых и других. Такое сочетание обуславливает повышенный интерес к практическим применениям этих материалов. Свойства аморфных сплавов и некоторые области их применения сведены в таблице 1. Таблица 1. Основные свойства аморфных металлических материалов и их значение
Наибольшее применение нашли магнитные свойства аморфных сплавов на основе Fe, Ni, Co с металлоидами и другими элементами. Из этих сплавов изготавливают сердечники трансформаторов, магнитные экраны, магнитные головки видео- и аудиозаписи и возпроизведения, линии задержки, магнитные фильтры и т.д.
Приоритет в изучении магнитных характеристик обусловлен тем обстоятельством, что первые образцы аморфных сплавов имели сравнительно малые размеры и были пригодны только для магнитных измерений. В дальнейшем, с развитием технологии производства длиномерных продуктов быстрой закалки, были изучены и другие свойства аморфных сплавов. Аморфные сплавы по магнитным свойствам близки к пермаллоям, но при этом обладают более высокой твёрдостью и износостойкостью, поэтому наибольшее практическое применение нашли в электротехнике и электронике. При эксплуатации различных электротехнических устройств и аппаратуры переменного тока имеют место потери энергии на перемагничивание, обусловленные относительно низкими магнитными характеристиками применяемых материалов и неоптимальной геометрией магнитопроводов. Для повышения характеристик устройств используют электротехнические стали с большим содержанием Si, обладающих повышенной хрупкостью, или дорогостоящие сплавы на основе Ni и Со. Использование для этих целей аморфных сплавов частично решает проблему, но всё-таки не исключает дорогостоящие элементы в применяемых композициях. Поэтому в последние десятилетия используют ряд аморфных сплавов в качестве исходного материала для получения ультрадисперсного зерна величиной от нескольких ангстрем до десятых долей микрона. Такие сплавы получили название «нанокристаллических» и сегодня успешно заменяют аморфные дорогостоящие сплавы на основе Со. Магнитопроводы из нанокристаллических сплавов на основе Fe более дешёвы (на 30 - 40 % от стоимости чистого никеля), обеспечивают снижение потерь на перемагничивание и экономию электроэнергии в трансформаторах тока электронных счётчиков (в том числе многотарифных) электроэнергии, в источниках питания галогеновых ламп, в устройствах защитного отключения, импульсных источниках питания, в реле и дросселях. Из этих сплавов также изготавливают: импульсные трансформаторы; дроссели; реле различного назначения; силовые электротехнические устройства; резисторы; магнитная защита (плетённые магнитные экраны, оплётка кабелей различного назначения); войлок в качестве экранов; головки магнитной записи; носители информации; материалы для постоянных магнитов. Малые потери на перемагничивание приводят к экономии электроэнергии в различных электротехнических и электронных устройствах, что актуально в плане энергосбережения.
Обладая высоким удельным электросопротивлением, аморфные сплавы в виде ленты используются в качестве низкотемпературных нагревательных элементов (для обогрева теплиц, животноводческих ферм, производственных и бытовых помещений) с малой энергоёмкостью. Производство бытовых электронагревателей в виде панелей, плинтусов, полов, электроконвекторов или другого конструктивного исполнения позволяет получить экономию за счёт отказа от хромоникелевых сплавов сопротивления «нихром» и «фехраль». Такие нагреватели потребляют меньше электроэнергии (на 30-40%) по сравнению с масляными радиаторами или другими электрообогревателями. Преимущества: низкая стоимость нагревательного элемента по сравнению с указанными кристаллическими сплавами-аналогами (отсутствие дорогостоящих Ni, Cr, Ti); увеличение теплоотдачи одного погонного метра в ~5-12 раз по сравнению с проволокой (спиралью) используемых нагревателей; значительная экономия электроэнергии при эксплуатации за счет более эффективной теплоотдачи (особенно в сочетании с терморегулятором). Уникальны также и механические свойства аморфных сплавов. Различные по составу аморфные сплавы сочетают высокую твердость и прочность с относительно невысокой (по сравнению с кристаллическими аналогами) упругостью. Например, модуль сдвига G аморфного сплава на 30% и более ниже модуля сдвига того же кристаллического. В общем случае, модули Юнга Е, сдвига G, объемной упругости В аморфных сплавов на 30 – 50% меньше, чем эти же величины для кристаллических аналогов. Другими словами, аморфным сплавам присуща неупругость.
В отличие пользуемыхот упругих свойств, твердость и прочность аморфных сплавов очень высокие. Например, в сплавах на основе Fe, Co, Ni и некоторых других композициях твердость HV достигает значений >1000, а прочность - выше 4 ГН/м2. Эти значения больше, чем максимальные значения прочности и твердости используемых в настоящее время металлических материалов. Например, прочность проволоки из некоторых аморфных сплавов на железной основе примерно на 1 ГН/м2 выше выше прочности рояльной проволоки (максимально реализуемый предел прочности в сталях), рисунок 1.
Рисунок 1 – Сравнение диаграмм деформации аморфного сплава Fe75Si10B15 и рояльной проволоки (скорость деформации ε = 4,17 · 10-4 с-1).
1 – рояльная проволока ø 0,18мм; 2 – аморфный сплав после волочения с обжатием 85%; 3 – то же, но с обжатием 36%; 4 – аморфный сплав (проволока ø 0,18мм), не подвергнутый волочению.
Важным фактором, который влияет на прочностные характеристики аморфных сплавов, является их химический состав. В сплавах с одинаковыми основными металлическими элементами прочностные свойства меняются в зависимости от сорта и количества атомов металлоидов, облегчающих аморфизацию. При увеличении концентрации металлоидов (в пределах 20%) твердость и прочность возрастают, в особенности для B и Si. Таким образом, аморфные сплавы можно справедливо отнести к высокопрочным материалам. Это дает основание рассматривать их как конструкционные материалы, например армирующие эдементы в композитах. Суммируя все известные данные о механических свойствах аморфных сплавов, можна свести их в таблицу. Таблица 2 – Сводная таблица механических свойств аморфных сплавов
Высокая твёрдость (~ 1000кг/мм2) и прочность на разрыв (от 150 до 370 кг/мм2) большинства аморфных сплавов на основе Fe, Ni, Co и других металлов позволяет их использовать как конструкционные материалы (армирование автомобильных шин и бетонов, режущий и абразивный инструмент, производство композитов).
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 384; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |