Металлокерамические материалы

К металлокерамическим материалам относятся твердые инструментальные сплавы, антифрикционные и фрикционные сплавы, пористые сплавы для фильтров и деталей охлаждения, сплавы для конструкционных деталей, магнитные сплавы, электротехнические сплавы для работы в условиях высоких температур.

Твердые инструментальные металлокерамические сплавы типа ВК, ТК и ТТК рассмотрены в курсах, посвященных обработке металлов резанием.

Антифрикционные металлокерамические сплавы изготовляют на железной, медной (бронзовой) или алюминиевой основе с добавлением небольшого количества графита дисперсном состоянии. Графит снижает коэффициент трения, уменьшает износ, предохраняет детали от заедания.

Сплавы характеризуются наличием пористости в пределах 10—30 %. Поры заполняются смазочными материалами (минеральное масло, сульфид молибдена и др.), что позволяет получать самосмазывающие подшипники, у которых самосмазывание при разогреве подшипников, обеспечивается за счет выдавливания масла из пор. Подшипники могут работать при большой частоте вращения вала (до 3000 об/мин) в течение длительного времени без смазки. Сплавы на железной основе содержат 1—4 % графита.

В качестве примера можно привести сплав ЖГ - 1, содержащий 1% графита. Коэффициент трения сплава без смазки 0.06, допустимые температуры и давление: 180-200 °С, 15—20 мПа соответственно.

При спекании порошкового сплава на основе меди легкоплавкое олово диффундирует в медь, образуя твердый раствор. Допустимые температура и давление для подшипников на медной основе примерно в 2 раза ниже, чем для сплавов на железной основе. Антифрикционные металлокерамические сплавы обладают хорошей теплопроводностью, но пониженными показателями прочности. Поэтому целесообразно применение тонких антифрикционных покрытий, наносимых на поверхность стальной детали. С этой точки зрения большой интерес представляет; металлофторопластовый материал. В этом случае на стальную ленту с тонким медным покрытием наносят слой бронзового порошка, который после спекания образует пористый слой, прочно соединенный с подложкой; затем поры заполняют фторопластом. В дальнейшем из ленты вырубают заготовку, которую свертывают в подшипник. Такие подшипники могут работать в широком диапазоне температур, при больших давлениях, высокой частоте вращения вала и при отсутствии дополнительной смазки.

Фрикционные сплавы обладают высоким коэффициентом трения и одновременно износостойки. Их используют для дисков, лент, колодок в различных тормозных устройствах. Сплавы имеют сложный состав. Например, сплав на основе железа содержит, помимо основного компонента, медь, свинец, графит, кремнезем, асбест, сернокислый барий. Асбест и кремнезем обеспечивают высокий коэффициент трения, графит предохраняет от истирания и износа, медь придает хорошую теплопроводность, свинец предохраняет от чрезмерного перегрева и способствует плавному торможению, сернокислый барий устраняет прилипаемость трущихся поверхностей. Коэффициент сухого трения сплава на железной основе по чугуну составляет 0,3—0,45, допустимая температура 550 С. Прочность сплавов невелика, поэтому их используют в виде слоев толщиной 0.2-10 мм на стальной подложке.

Высоко пористые сплавы нашли применение для фильтров. Металлические фильтры изготовляют из порошков и сплавов, стойких против окисления (бронза, латунь, коррозионно-стойкая сталь и др.). Пористость металлических фильтров составляет 40—60 % и выше. Прессование в этом случае, как правило, не производят, спеканию подвергается порошок, свободно засыпанный в форму. Для сохранения при спекании и для их увеличения в порошок вводят добавки, которые не сплавляются с основным материалом или улетучиваются под воздействием высоких температур.

Металлические фильтры применяют для очистки от твердых частиц жидкого горючего, смазочных материалов, газов и воздуха. Фильтры удобны в эксплуатации, имеют небольшие размеры. Для очистки их достаточно промыть, прокалить и продуть воздухом в направлении, обратном фильтрации.

Порошковые сплавы с большой пористостью используют для деталей, требующих интенсивного охлаждения. При пропускании жидкости через поры происходит ее испарение, при этом отбирается большое количество теплоты и осуществляется охлаждение металла. Этот метод в 8-10 раз эффективнее принятых способов охлаждения. Пористые детали нашли применение для охлаждения в газовых турбинах, реактивных двигателей.

При серийном изготовлении (50-100 тыс. шт.) слабо нагруженных деталей (крышки, фланцы, корпуса) целесообразно применение порошковой металлургии. После прессования детали не подвергаются дополнительной механической обработке.

Магнитные металлические материалы на основе Al, Ni, Co, Cu, изготовляемые методом порошковой металлургии, имеют прочность в 3 раза выше, чем литые сплавы. Это достигается за счет мелкозернистой структуры металлокерамических материалов.

Высококачественным магнитным материалом является чистый железный порошок, получаемый электролитическим способом, железный порошок высокой чистоты, изготовляемый способом термической диссоциации.

Для работы в условиях высоких температур созданы металлокерамические сплавы на основе различных тугоплавких химических соединений металлов, - карбиды титана, ниобия и тантала, борид титана, оксид алюминия и др. Эти материалы характеризуются высокими жаропрочностью и жаростойкостью.

К недостаткам этих сплавов следует отнести большую хрупкость, высокую чувствительность к надрезам.

Дата добавления: 2014-12-16