Основні властивості аморфних і швидкозагартованих сплавів: хімічний склад, переваги над традиційними металургійними матеріалами і галузі застосування

Частина 2. Перспективи застосування аморфних та мікрокристалічних сплавів

За последние 30 лет широкое применение нашли аморфные самофлюсующиеся ленточные припои на основе Ni, Си, Zr Ti и других элементов. Их применяют для пайки нержавеющих, жаропрочных, инструментальных сталей и сплавов, медных, титановых и алюминиевых сплавов. Особенностью этих припоев является более низкая температура пайки (на 50-200^оС) по сравнению с температурами распайки или эксплуатации изделия. Их использование повышает качество и надежность паяных соединений, одновременно упрощая (удешевляя) технологию пайки. По сравнению с применяемыми порошковыми припоями ленточные припои в машиностроении, судостроении, авиастроении, производстве холодильников, кондиционеров и инструмента обеспечивают значительные преимущества:

- в производстве холодильников и кондиционеров, пайке тонкостенных нержавеющих труб и теплообменников обеспечивает экономию за счет отказа от серебросодержащих припоев,

- в производстве инструмента - за счёт экономии дорогостоящей быстрорежущей стали (содержащей W, Mo, V и другие редкие элементы).

Коррозионная стойкость аморфных сплавов в некоторых средах превышает лучшие марки нержавеющих сталей. Особенно это характерно для сплавов на основе Fe и Ni с содержанием ~10% Cr и ~20% (в сумме) таких металлоидов, как фосфор и углерод.

Перспективным является также использование инварных и магнитострикционных свойств аморфных сплавов, способность поглощать нейтроны, в качестве катализаторов для химических и биохимических процессов. Однако, на сегодняшний день эти свойства изучены еще недостаточно.

Большую перспективу имеют износостойкие покрытия из аморфных самофлюсующихся порошков на железной основе для увеличения срока службы деталей, применяющихся в металлургии, машиностроении и станкостроении. Их получают размолом аморфной ленты в стандартных аппаратах с последующим нанесением покрытий при помощи концентрированных источников энергии. Твердость такого покрытия – 55-67 HRC, предел прочности материала покрытия 5,1–6,3ГПа, температура эксплуатации до 450–600ºС. Применяются в высоконагруженных деталях и узлах трения прокатного и волочильного оборудования, при восстановлении и упрочнении изношенных поверхностей. Технико-экономические преимущества: низкая стоимость порошков; простота технологи производства; образование ультрадисперсного зерна покрытия и, как следствие – высокая твёрдость покрытия; возможность управления свойствами покрытий в широком диапазоне параметров; износостойкостьпри трении скольжения в 2,5-4 раза выше, чем у аналогов на основе никеля; при абразивном изнашивании износостойкость в 1,2 раза выше, чем у аналогов на основеникеля.

К микрокристаллическим сплавам (после закалки расплава) относятся практически все известные и вновь созданные сплавы, которые даже при скоростях охлаждения расплава ~10⁶ К/с (и более) сохраняют кристаллическую структуру после сверхбыстрого охлаждения. Размер зерна при этом колеблется от нанометров до нескольких микрон (отсюда и название – микрокристаллические). На сегодняшний день это, в основном, прецизионные сплавы, которые подвергаются дальнейшей термообработке для оптимизации эксплуатационных характеристик:

- сплав Fe-Al-Si (сендаст) –наилучший материал для головок аудио- и видеозаписи, в ленте толщиной 20-30 мкм, полученной из расплава, этот сплав обладает технологической пластичностью, а традиционным способом - абсолютно хрупкий;

- сплавы Fe-Si(4-6,5 %) с низкими ваттными потерями (трансформаторная сталь) толщиной 0,2-0,3 мм получить сложно из-за низкой пластичности. После закалки расплава и отжига ленты толщиной от 0,15 до 0,3 мм пластичны и катаются на заданную толщину;

- магнитострикционные сплавы Fe-Al, для ультразвуковых излучателей в установках непрерывной разливки стали (альтернатива сплавам на основе Ni) труднодеформируемы, для получения толщины ~100 мкм необходимо ~ 30 переделов (выход годного ~ 25-30 %), а после закалки из расплава ленты толщиной 0,2-0,3 мм прокатываются с обжатием до 100 %;

- лезвийная лента 65Х13 после традиционной обработки имеет размер карбидов ≈ 1 мкм пластинчатой формы, а после закалки из расплава размер карбидов ≈ 0,3 мкм, причём глобулярной формы;

- магнитотвердые сплавы, используемые в качестве носителей информации (для «чёрных ящиков» летательных аппаратов) приобретают высокую пластичность и более высокий температурный предел стабильности магнитных свойств (до +750⁰С);

- у пружинных сплавов повышается температурный диапазон упругих свойств;

- сплавы сопротивления для нагревателей (типа Х23Ю5Т, Х27Ю5А, Х27Ю5Т) относятся к труднодеформируемым сплавам, но после закалки из расплава легко прокатываются в холодном состоянии на заданную толщину;

- сплавы систем Al-Fe- Si и Си -12% Al обладают хорошим эффектом памяти формы.

Широкое распространение получило также быстрозакалённое волокно жаропрочных сталей с низким коэффициентом термического расширения, используемое в качестве арматуры огнеупоров, что позволяет в ≈ 5 раз увеличить сроки плановых ремонтов нагревательных печей. При добавке аморфных и микрокристаллических волокон в бетоны растёт их механическая прочность при снижении веса конструкции. Некоторые схемы получения волокна используются также в качестве исходного продукта для получения порошков.

Высокие магнитные свойства и технологичность аморфных ферромагнитных проволок из сплавов на основе железа и кобальта обусловили их апробацию в качестве элементов роторных шифраторов, переключателей, расходомеров, тахометров, кредитных карточек, выводов полупроводниковых приборов, в сверхпроводящих устройствах. Высокая прочность проволок делает их пригодным для использования в качестве армирующих элементов в композитных материалах (корды автомобильных покрышек, рыболовные удилища, клюшки для гольфа).

Проволоки и ленты из сплавов с эффектом памяти формы на основе алюминия, железа, титана, меди, никеля или свинца могут быть использованы в качестве синтетических мышц, соединительной проволоки, плавких предохранителей, различных датчиков и другого.

Порошки являются разновидностью сортамента быстрозакалённых сплавов могут быть выделены в самостоятельную группу, что обусловлено технологическими схемами их производства. Таких схем четыре.

1. Получение аморфных порошков с частицами чешуйчатой (пластинчатой) формы при затвердевании мелких капель расплава на твердой подложке.

2. Получение аморфных порошков методом размола ленты или волокна, специально переведенных в хрупкое состояние.

3. Ультрадисперсные микрокристаллические порошки, полученные размолом аморфных сплавов, отожженных до температур кристаллизации.

4. Получение микрокристаллических порошков из всевозможных сплавов методами закалки расплава.

Области конкретного применения - самые различные, а в большинстве случаев быстрозакалённые порошки подвергаются дальнейшим переделам и компактированию.

Подводя итог, можно констатировать, что технология закалки расплава позволяет получать материалы нового класса практически любого состава и для любых применений. Преимущества практического применения этих сплавов сводятся к следующему:

Во-первых, этот новый класс металлургических материалов, обладающих уникальным комплексом свойств, что даёт возможность на их основе создавать современные, наукоемкие и конкурентоспособные на мировом рынке технологии и изделия.

Во-вторых, сама технология закалки расплава и использование её продукта являются энерго- и ресурсосберегающими (получение ленты или листа непосредственно из расплава, минуя многие металлургические переделы: ковку, горячую и холодную прокатку с многочисленными промежуточными отжигами).

В-третьих, данная технология позволяет в известных традиционных металлургических материалах получать такие свойства, которые другими методами достичь невозможно.

Дата добавления: 2014-01-04