Стали и сплавы со специальными свойствами

В современном автомобилестроении широко используютстали и сплавы, обладающие специальными свойствами: заданной проводимостью, низким удельным электросопротивлением, заданным температурным ко­эффициентом линейного расширения, полупроводни­ковыми и магнитными свойствами, способностью вос­станавливать заданную форму изделия.

Металлические проводниковые материалы. Широкое применение в автомобилях нашли металлы и сплавы высокой проводимости: серебро, медь, бронза и латунь.

Серебро применяется для изготовления неокисляющихся проводников электрических контактов ответствен­ных приборов. Специальными методами из серебра из­готовляют покрытия на меди, латуни и непроводящих материалах: керамике, стекле, полимерах.

Медь имеет широкое применение благодаря высокой проводимости, хорошим механическим характеристи­кам, более низкой по сравнению с серебром стоимос­ти. Для защиты меди от окисления токоведущие элемен­ты серебрят.

В отожженном виде медь (марки ММ) имеет более высокую проводимость, в нагартованном (марки МТ) — высокую прочность. Мягкую медь (марки МО, Ml) при­меняют для изготовления жил обмоточных проводов. Медь марок М2, МЗ и М4 используют преимуществен­но для получения сплавов.

В изделиях с повышенными механическими характе­ристиками используют латуни, кадмиевые и бериллиевые бронзы.

Кадмиевую бронзу используют для изготовления трол­лей, скользящих контактов, мембран.

Латуни применяют для изготовления различных токопроводящих деталей.

Алюминий характеризуется достаточно высокой элек­тропроводностью в сочетании с пластичностью и малой плотностью. Он более распространен в природе, чем медь, более стоек к коррозии. Промышленность выпус­кает сверхчистый алюминий марок А 999 и А 995, алюминий высокой чистоты марок А 99 и А 95. Их используют для изготовления электролитических кон­денсаторов, защитных кабельных оболочек. Из алюминия технических марок А 85 и А 7 изготавливают кабе­ли, токопроводящие шины.

Для соединения алюминиевых проводов применяют специальные припои, разрушающие в месте контакта пленку окислов с высоким электрическим сопротивле­нием. В ряде случаев используют биметаллическую про­волоку, состоящую из стальной сердцевины и медной или алюминиевой оболочки. Покрытие наносят гальва­ническим способом или плакированием.

Полупроводниковые материалы представляют собой класс материалов с электронной проводимостью, харак­теризующихся большей удельной электропроводностью, чем металлы, но меньшей, чем диэлектрики. Для получения полупроводников с заданными удельными элек­тросопротивлением и типом проводимости осуществля­ют их легирование.

Согласно химической классификации полупровод­никовых материалов, их разделяют на два класса:

— простые полупроводники, имеющие в своем соста­ве один элемент (В, С, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, S, Se,Те, I);

— сложные полупроводники, являющиеся химически­ми соединениями и сплавами.

Германий (Ge) является одним из наиболее широко применяемых полупроводников, его используют для изготовления выпрямителей, транзисторов, диодов и др.

Полупроводниковые приборы на основе кремния ра­ботоспособны при более высоких температурах (120— 150°С), чем германиевые (70—85°С). Нелегированный кремний применяют при создании силовых выпрями­телей, стабилизаторов напряжения и др.

Также достаточно широко используются в электрон­ной промышленности селен, теллур и их соединения.

Магнитные стали и сплавы характеризуются магнит­ной проницаемостью, коэрцитивной силой и остаточ­ной индукцией. В зависимости от значений этих вели­чин магнитные материалы разделяют на:

- магнитно-мягкие материалы (ферромагнетики), к
которым относят электротехническое железо и
сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои);

- магнитно-твердые стали и сплавы — это высоко­
углеродистые и легированные стали, специальные
сплавы.

Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) со­держит менее 0,04 % С применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др.

Электротехническая сталь содержит менее 0,05 % С и кремний, сильно увеличивающий магнитную прони­цаемость. По содержанию кремния эту сталь делят на четыре группы:

- с 1 % Si - марки Э11, Э12, Э13;

- с 2 % Si — марки Э21, Э22;

- с 3 % Si - марки Э31, Э32;

- с 4 % Si — марки Э41, Э48.

Вторая цифра (1—8) характеризует уровень электро­технических свойств.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45— 80 % Ni, их дополнительно легируют Cr, Si, Mo. Магнит­ная проницаемость этих сплавов очень высокая. При­меняют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых магнитных полях (телефон, радио).

Ферриты — материалы, получаемые спеканием сме­си порошков ферромагнитной окиси железа Fe₂O₃ и оксидов двухвалентных металлов (ZnO, NiO, MgO и др.). У ферритов очень высокое удельное электросопротив­ление, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот.

Развитие электроники, вычислительной техники, радиотехники обусловило необходимость разработки магнитных материалов со специальными магнитными свойствами.

В электронной вычислительной технике и автомати­ческих устройствах широко применяют магнитные ма­териалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Ос­новными требованиями к материалам с ППГ являются: заданное значение коэрцитивной силы и минимальное время перемагничивания.

В малогабаритных ЭВМ и оперативных запоминаю­щих устройствах используют тонкие ферромагнитные пленки. Характерная особенность этих материалов — незначительное время перемагничивания (от десятых долей до нескольких наносекунд).

В качестве носителей магнитной записи используют ленты, диски, барабаны и т. д. Магнитную запись производят на специальном материале, состоящем из под­ложки и слоя магнитного вещества на органическом связующем. В качестве подложки используют поливинилхлорид, лавсан, полиамид. Магнитный материал — это обычно высокодисперсные оксиды Fe₂Cr₂0₃, сплавы Fe-Co. Слой магнитного материала наносят электро­литическим осаждением, распылением в вакууме.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением при­меняются для изготовления электронагревателей и эле­ментов сопротивлений (резисторов) и реостатов.

Железохромалюминиевые (Х13Ю4) и никелевые (Х20Н80— нихром) сплавы для электронагревателей обладают высокой жаростойкостью, высоким электри­ческим сопротивлением, удовлетворительной пластич­ностью в холодном состоянии. Стойкость нагревателей из железохромалюминиевых сплавов выше, чем у нихромов. Сплавы применяют для бытовых приборов и для промышленных печей.

Стали и сплавы с особыми упругими свойствами. В машиностроении широкое применение получили ма­териалы, обладающие высокими пределом упругости и пределом выносливости. Эти свойства материалов обес­печиваются их термической обработкой — закалкой и последующим отпуском. Среднеуглеродистые стали с упругими свойствами применяют для изготовления пружин, рессор общего назначения. Для изготовления уп­ругих элементов в приборостроении применяют сплавы с особыми упругими свойствами. Пружины, мембраны, сильфоны — изготовляют из сплавов 42НХТЮ, 17ХНГТ, 68НХВКТЮ, 95НЛ и др. Эти сплавы в закаленном со­стоянии достаточно технологичны в переработке, а пос­ле старения приобретают высокие упругость и проч­ность.

Для изготовления упругих элементов особого назна­чения применяют бериллиевые бронзы (БрБ2) с малыми неупругими эффектами при больших упругих деформа­циях. Они упрочняются термической обработкой. Бе­риллиевые бронзы дополнительно легируют титаном и никелем, микролегируют бором (до 0,1 %), магнием (до 0,1 %). Для защиты упругих элементов от воздействия коррозионноактивных сред применяют их оксидирова­ние, кадмирование, никелирование.

Для изготовления упругих элементов, работающих под воздействием электрического тока, применяют сплавы на никелевой и кобальтовой основе: 05НЛМ, ЭП431.

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расши­рения. Они содержат большое количество никеля. Сплав 36Н — инвар, почти не расширяется при температурах от минус 60 до + 100°С, обладает хорошими служебными характеристиками, технологичен и коррозионностоек. Легированием инвара кобальтом получают суперинвар. Эти сплавы применяют для изготовления деталей при­боров, требующих постоянных размеров в интервале климатических изменений температур.

Для соединения металлических деталей приборов со стеклянными применяют сплавы Fe-Ni, легированные кобальтом или медью. Для соединений с термостойким стеклом применяют сплав 29НК (29 % Ni, 18 % Со) — ковар. Для нетермостойких стекол применяют сплав 48Н — платинит.

В приборостроении широко используют материалы, состоящие из двух слоев материалов с различными тем­пературными коэффициентами литейного (объемного) расширения — термобиметаллы (сплавы марок 19НХ, 20НТ, 24НХ, 27НМ, 46Н и др. Термобиметаллы приме­няют для изготовления тепловых реле, конденсаторов, сигнальных пожарных устройств.

Сплавы с эффектом памяти. « Эффект памяти механической формы» заключается в свойстве пластически деформированного при повышенных температурах изделия, а затем деформированного при данной температуре до потери первоначальной формы, восстанавливать её при повторном нагреве. « Эффект памяти механической формы» характерен для рядя сплавов: Ti-Ni, Cu-Zn и др. Наиболее типичным представителем таких материалов является сплав Ti-Ni (нитинол).

Сплавы, реализующие эффект памяти, используют для изготовления самораскрывающихся антенн космических аппаратов, в устройствах пожаротушения и др.

Контрольные вопросы

1. Каким образом классифицируют стали?

2. Как подразделяются стали по своему назначению?

3. Какие существуют группы углеродистых сталей?

4. С какой целью осуществляется легирование сталей

5. Какие стали относятся к группе инструментальных

Глава 3. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Многие цветные металлы и их сплавы обладают ря­дом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкос­тью, высокой электро- и теплопроводностью, коррози­онной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занима­ют важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминий, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Дата добавления: 2014-01-07