Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

Стали и сплавы с особыми химическими свойствами

Стойкость против коррозии сталей и сплавов с особыми химическими свойствами определяется составом сплава и его структурой (зависящей от применяемой в необходимых случаях ТО), а также свойствами внешней среды в условиях которой используется сплав. Поэтому стойкость против коррозии одного и того же металла может быть различной в разных агрессивных средах. Сплавы железа в том числе высоколегированные стали, имеют достаточную стойкость против коррозии только в ограниченном числе сред.

Поскольку металлы необходимо использовать в промышленности в условиях различных агрессивных сред в качестве материалов, стойких против коррозии в других агрессивных средах широко используются многие металлы и сплавы нежелезной группы. По этим причинам характеристика сплавов, стойких против коррозии и основы выбора их для разнообразных назначений в технике могут быть даны лишь в зависимости от среды, в которой они используются.

Сплавы распределены на следующие группы:

Cплавы, стойкие в слабых агрессивных средах - воздух, вода, пар. Это в основном стали с 13% Cr, а также алюминий и медные сплавы. Стойкость сталей против коррозии создается при содержании хрома не ниже 13%. В этом случае на металлической поверхности возникает защитная пленка окислов хрома, достаточно плотная и прочно связанная с основной, что прерывает контакт с агрессивной средой. Содержание углерода у большинства сталей этого типа (12Х13, 20Х13) должно быть низким, чтобы уменьшить переход хрома в карбиды в результате которого его концентрация в защитной окисной пленке неизбежно уменьшается ниже требуемой - 12%. Эти стали обладают высокой прочностью, твердостью и износостойкостью. Структура сталей - феррито-карбидная.

При большом содержании углерода (0,3-0,4% и выше) обязательна термическая обработка: закалка с температуры 1000-1100 °С (при котором карбиды хрома переводятся в твердый раствор) и низкотемпературный отпуск (150-200 °С). Эти стали применяются для инструментов (медицинских и в быту) и пружин в состоянии, когда они имеют мартенситную структуру и высокую твердость: 52-55 HRC у сталей 30Х13 и 40Х13 и до 58-59 HRC у сталей 95Х18; вязкость в этом случае пониженная.

Сплавы, стойкие в более агрессивных средах. Это - аустенитные стали с высоким содержанием хрома и никеля, а также специальные латуни и бронзы и титановые сплавы: 15Х28, 12Х18Н10Т и др.

Сплавы, стойкие в очень сильных агрессивных средах. Состав сплавов сильно изменяется в зависимости от агрессивной Среды: 06Н28М2Т, 10Х17Н13М3Т и др.

Необходимы преимущественно в приборостроении, радиотехнике и электронной отраслях промышленности. Они приобретают требуемые физические свойства в результате специального легирования и термической обработки. По главному свойству, определяющему применение их в промышленности следует выделить следующие основные группы.

С малым и заданным коэффициентом расширения. Их легируют никелем, кобальтом, хромом, медью. В зависимости от содержания этих компонентов можно получать различный коэффициент расширения. Наименьший коэффициент у сплава с 36% Ni. Эти сплавы используют для деталей впаиваемых в неорганические диэлектрики - стекло,керамику.

С модулем упругости не зависящим от температуры. Сплавы применяют для пружин приборов.

С высокой магнитной проницаемостью. Это свойство сплавы сочетают с низкой коэрциативной силой и повышенным удельным электросопротивлением. Следует различать две группы этих сплавов, различающихся в способе изготовления, строении и ряде свойств.

К первой группе относят:

кремнистые трансформаторные и динамные стали: применяют для холодной и горячей прокатки листов малой толщины;

холодокатанные стали;

железоникелевые сплавы - применяют для прокатки листов и лент магнитопроводов, работающих в переменных магнитных полях (ГОСТ 10160-75);

Вторую - важную группу представляют ферромагнитные неметаллические соединения со свойствами полупроводников - ферриты. Они имеют значительно более высокое (на 6 порядков) электросопротивление, чем кремнистые стали и пермаллой. Это позволяет уменьшить потери на вихревые токи и применять ферриты для сердечников и дросселей катушек.

С высокой коэрциативной силой. Эти стали и сплавы характеризуются высокой коэрциативной силой и остаточной индукцией и соответственно высокой магнитной энергией. Коэрциативная сила сплавов в 10-20 раз выше, чем у заэвтектоидной стали Х (ШХ15) с 1% С и 1,5% Cr, применяемой для менее мощных магнитов. По составу эти сплавы Fe-Ni-Al некоторые из них дополнительно легируются медью или совместно медью, кобальтом и титаном, что дополнительно увеличивает коэрциативную силу. Из-за пониженной пластичности сплавы применяют в виде отливок.

Сплавы с высоким электросопротивлением. Эти сплавы сочетают высокое элактросопротивление с повышенной жаростойкостью. Электросопротивление их более чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистых стали, а жаростойкость достигает 1000-1350 °С. Кроме того, эти сплавы имеют низкий температурный коэффициент электросопротивления и повышенную пластичность, достаточную для деформирования на прутки, проволоку и ленты, в том числе малых сечений. По составу эти сплавы Fe-Cr-Al, Fe-Ni-Cr, Ni-Cr, а по структуре твердые растворы с высоким содержанием легирующих элементов: хрома в сплавах на основе никеля или хрома и алюминия в сплавах на основе железа.

Вопросы к лекции №11

1. Как влияют легирующие элементы на прокаливаемость и закаливаемость машиностроительных сталей?

2. На какие группы разделяются машиностроительные стали?

3. Какие стали относятся к цементуемым?

4. Каково содержание углерода в сталях, закаливаемых с индукционного нагрева?

5. Какие стали относятся к азотируемым?

6. Каковы технологические свойства сталей особо высокой прочности и вязкости?

7. Какие стали называются жаростойкими?

8. Какие стали и сплавы относятся к жаропрочным?

9. По какому признаку классифицируются жаропрочные стали и сплавы?

10.До каких температур сохраняют высокую твердость нетеплостойкие стали?

11.До каких температур сохраняют высокую твердость теплостойкие стали?

12.От чего зависит твердость инструментальных сталей?

13.На какие группы подразделяются стали и сплавы с особыми химическими свойствами?

14.На какие группы подразделяются стали и сплавы с особыми физическими свойствами?

15.Какие элементы в автоматных сталях облегает дробление стружки?

Дата добавления: 2014-01-07