Материаловедение

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

достью поверхности; 2) антифрикционные материалы, имеющие низкий коэффициент трения скольжения; 3) фрикционные материалы, имеющие высокий коэффициент трения скольжения.
...
Высокая твердость поверхности -необходимое условие обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания. При абразивном, окислительном, усталостном видах изнашивания наиболее износостойки стали и сплавы с высокой исходной твердостью поверхности. При работе в условиях больших давлений и ударов наибольшей работоспособностью обладают аустенитные стали с низкой исходной твердостью, но способные из-за интенсивного деформационного упрочнения (наклепа) формировать высокую твердость поверхности в условиях эксплуатации.
...
Материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию. Износостойкость при абразивном изнашивании чистых металлов (рис. 10.4) пропорциональна их твердости: е = Ь-НВ
...
зящими по ней частицами и микрорезание. Степень развития этих процессов зависит от давления и соотношения твердости материала и абразивных частиц. Так как твердость последних велика, то наибольшей износостойкостью обладают материалы, структура которых состоит из твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы. Такую структуру имеют большая группа сталей и сплавов.
...
Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Для наплавки на поверхность деталей используют прутки из этих сплавов, которые нагревают ацетиленокисло-родным пламенем или электродугой.
...
В промышленности используют более ста сложных по химическому составу литых и наплавочных материалов. Они представляют собой сплавы с высоким содержанием углерода (до 4%) и карби-дообразующих элементов (Сг, \У, Л).
...
Структуру матричной фазы регулируют введением марганца или никеля. Она может быть мартенситной, аусте-нитно-мартенситной и аустенитной.
...
Для деталей, работающих без ударных нагрузок, применяют сплавы с мартенситной структурой. К ним относятся сплавы типа У25Х38, У30Х23Г2С2Т (цифры, стоящие после буквы У, показывают содержание углерода в десятых долях процента). Детали, работающие при значительных ударных нагрузках (зубья ковшей экскаваторов, пики отбойных молотков и др.), изготовляют из сплавов с повышенным содержанием марганца с аусте-нитно-мартенситной (У37Х7Г7С) или аустенитной (УНПЗ, У30Г34) матрицей.
...
190 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
тура которых состоит из специальных карбидов (WC, TiC, ТаС), связанных кобальтом, а также высокоуглеродистые стали (структура: мартенсит + карбиды) типа Х12, Х12М, Р18, Р6М5 и другие. Эти материалы относятся к инструментальным.
...
Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания. Эти материалы предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости. В связи с этим высокая контактная выносливость может быть обеспечена лишь при высокой твердости поверхности. Высокая твердость необходима также и для
...
Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сечением (10 — 20 мм); более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ — для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм).
...
Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке от 820-850 °С и низкому отпуску при 15(У 170°С. После закалки в структуре сталей сохраняется остаточный аустенит (& 15%), превращение которого может вызывать изменение размеров деталей подшипников. Для их стабилизации прецизионные подшипники обрабатывают холодом при — 70-н — 80 °С. Окончательно обработанная подшипниковая сталь имеет структуру мартенсита с включениями мелких карбидов и высокую твердость (НЯС
...
Сталь ШХ4 характеризуется ограниченной прокаливаемостью и предназначена для роликовых подшипников железнодорожного транспорта. При закалке ее подвергают сквозному индукционному нагреву и охлаждению водой. Кольца из этой стали толщиной 14 мм закаливаются только с поверхности в слое 2-3 мм и благодаря сохранению вязкой сердцевины моГут работать при динамической нагрузке.
...
Детали крупногабаритных роликовых подшипников диаметром 0,5 — 2 м (для прокатных станов, электрических генераторов) изготовляют из сталей 12ХНЗА, 12Х2Н4А, подвергая их цементации на большую глубину (3 — 6 мм).
...
Стали для зубчатых колес. Основным эксплуатационным свойством смазываемых колес, так же как и подшипников качения, является контактная выносливость. Она определяет габариты зубчатой передачи и ресурс ее работы. Кроме высокой контактной выносливости от зубчатых колес требуется сопротивление усталости при изгибе, износостой-
...
кость профилей и торцов зубьев, устойчивость к схватыванию. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, вязкую и достаточно прочную сердцевину, способную противостоять действию ударных нагрузок. Сочетание твердой поверхности и вязкой сердцевины достигается химико-термической обработкой или поверхностной закалкой низко- и среднеугле-родистых сталей. Выбор стали и метода упрочнения зависит от условий работы зубчатой передачи, требований технологии и имеющегося оборудования.
...
Для зубчатых колес, работающих при высоких контактных нагрузках, применяют цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали (см. табл. 8.4). Они имеют наиболее высокий предел контактной выносливости, величина которого согласно ГОСТ 21354-75 определяется пропорционально твердости поверхности (табл. 10.2).
...
Твердость цементованной поверхности при концентрации углерода 0,8-1,4% и структуре, состоящей из вы-сокоуглеродисгого мартенсита или его смеси с дисперсными карбидами, составляет НРкС
...
Сильно нагруженные зубчатые колеса диаметром 150-600 мм и более изготовляют из хромоникелевых сталей 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др. Их используют в редукторах вертолетов, судов, самолетов. Для мелких и средних колес приборов, сельскохозяйственных машин применяют хромистые стали 15Х, 15ХФ, 20ХР и др.
...
192 Материалы, применяемые в машина- и приборостроении
...
Для волновых передач и небольших зубчатых колес, работающих при малых нагрузках и скоростях, применяют неметаллические материалы." текстолит ПТ и ПТК, древеснослоистые пластики, полиамиды-капрон, нейлон. Их используют для привода спидометров и распределительных валов автомобилей, киноаппаратов, текстильных и пищевых машин. Достоинство таких колес — отсутствие вибраций и шума, высокая химическая стойкость.
...
Материалы, устойчивые к изнашиванию в условиях больших давлений и ударных нагрузок. Трение с высокими давлениями и ударным нагружением характерно для работы траков гусеничных машин, крестовин железнодорожных рельсов, ковшей экскаваторов и других деталей. Их изготовляют из высокомарганцовистой аустенитной стали НОГ 13Л, содержащей примерно 1,1% С и 13% Мп. Высокая износостойкость этой стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению (наклепу). Сталь плохо обрабатывается резанием, поэтому детали получают литьем (буква Л в марке стали) или ковкой.
...
Износостойкость стали 110Г13Л максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде от 1100°С. После закалки сталь имеет низкую твердость (НВ
...
Изнашивание, связанное с ударным нагружением поверхности, наблюдается также при кавитации, которая возникает при работе гребных винтов, лопастей гидротурбин, цилиндров гидронасосов. Кавитационное изнашивание- создают струи жидкости в момент захлопывания пузырьков газа или воздуха. Образующиеся при этом многочисленные микроудары вызывают развитие процессов усталости, которые усиливаются под влиянием коррозии.
...
В качестве кавитационно-стойких применяют стали с нестабильной структурой аустенита 08Х18Н10Т, ЗОХ10Г10 и др. При ударном воздействии аусте-нит этих сталей испытывает наклеп и частичное мартенситное превращение, на развитие которых расходуется энергия удара. Упрочнение поверхности стали в условиях эксплуатации затрудняет образование трещин усталости.
...
Антифрикционные материалы предназначены для изготовления подшипников (опор) скольжения, которые широко применяют в современных машинах и приборах из-за их устойчивости к вибрациям, бесшумности работы, небольших габаритов.
...
Основные служебные свойства подшипникового материала - антифрикци-онность и сопротивление усталости. Ан-тифрикционность — способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали-стального или чугунного вала.
...
Антифрикционность обеспечивают следующие свойства подшипникового материала: 1) высокая теплопроводность; 2) хорошая смачиваемость смазочным материалом; 3) способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла; 4) хорошая прирабатываемость, основанная на способности материала при трении легко
...
194 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
пластически деформироваться и увеличивать площадь фактического контакта, что приводит к снижению местного давления и температуры на поверхности подшипника.
...
Критериями для оценки подшипникового материала служат коэффициент трения и допустимые нагрузочно-ско-ростные характеристики: давление р, действующее на опору, скорость скольжения V,
...
Для подшипников скольжения используют металлические материалы, неметаллы, комбинированные материалы и минералы (полу- и драгоценные камни). Выбор материала зависит от режима смазки и условий работы опор скольжения.
...
Металлические материалы. Они предназначены для работы в режиме жидкостного трения, сочетающемся в реальных условиях эксплуатации с режимом граничной смазки. Из-за перегрева возможно разрушение граничной масляной пленки. Поведение материала в этот период работы зависит от его сопротивляемости схватыванию. Оно наиболее высоко у сплавов, имеющих в структуре мягкую составляющую.
...
К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди — бронзы и латуни. Мягкая матрица в них обеспечивает не только защитную реакцию подшипникового материала на усиление трения и хорошую прирабаты-ваемость, но и особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение сма-
...
зочным материалом участков трения и теплоотвод с них. Твердые включения, на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость.
...
с оловом (ГОСТ 14113-78), например, сплав А09 2 (9 % 8п и 2 % Си). Функцию мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения свинца или олова. При граничном трении на поверхность вала переносится тонкая пленка этих мягких легкоплавких металлов, защищая шейку стального вала от повреждения.
...
Антифрикционные свойства сплавов достаточно высокие, особенно у алюминиевых сплавов. Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазочного материала на этих сплавах сохраняется при больших скоростях скольжения и высоком давлении (см. табл. 10.3).
...
К сплавам второго типа относятся также серые чугуны, роль мягкой составляющей в которых выполняют включения графита. Для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения (см. табл. 10.3) используют серые чугуны СЧ 15, СЧ 20 и легированные антифрикционные чугуны: серые АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3; высокопрочные АЧВ-1, АЧВ-2; ковкие АЧК-1, АЧК-2 (ГОСТ 1585-79). С целью уменьшения износа сопряженной детали марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости стальной цапфы. Достоинство чугунов — невысокая стоимость; недостатки плохая прирабатываемость, чувствительность к недостаточности смазочного материала и пониженная стойкость к воздействию ударной нагрузки.
...
В настоящее время наибольшее распространение получили многослойные подшипники, в состав которых входят многие из рассмотренных выше сплавов. Сплавы или чистые металлы в них уложены слоями, каждый из которых имеет определенное назначение.
...
томобильном двигателе. Он состоит из стального основания, на котором находится слой (250 мкм) свинцовистой бронзы (БрСЗО). Этот слой покрыт тонким слоем (~ 10 мкм) никеля или латуни. На него нанесен слой сплава РЬ — 8п толщиной 25 мкм. Стальная основа обеспечивает прочность и жесткость подшипника; верхний мягкий слой улучшает прирабатываемость. Когда он износится, рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Слой бронзы, имеющей невысокую твердость, также обеспечивает хорошее прилегание шейки вала, высокую теплопроводность и сопротивление усталости. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в свинец бронзы.
...
Неметаллические материалы. Для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы — термореактивные и термопластичные (полимеры) более десяти видов. Из термореактивных пластмасс используют текстолит. Из него изготовляют подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Такие подшипники допускают тяжелые режимы работы, смазываются водой, которая хорошо их охлаждает и размягчает поверхностный слой.
...
Исключительно высокими антифрикционными свойствами обладает фторопласт, коэффициент трения которого без смазочного материала по стали составляет 0,04-0,06. Однако фторопласт «течет» под нагрузкой и, как все полимеры, плохо отводит теплоту. Он может применяться лишь при ограниченных нагрузках и скоростях. Высокие антифрикционные свойства фторопласта реализуют в комбинации с другими материалами, используя его в виде тонких пленок либо как наполнитель.
...
Комбинированные материалы. Такие материалы состоят из нескольких металлов и неметаллов, имеющих благоприятные для работы подшипника свойства. Рассмотрим подшипники двух типов.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
Металлофторопластовые подшипники имеют высокие антифрикционные свойства (в диапазоне температур -200-=-280 °С; / = 0,03-=-0,1; pv = = 1500-105 Па-м/с). Их используют в узлах трения, работающих без смазочного материала, хотя его введение оказывает благоприятное действие. Они могут работать в вакууме, жидких средах, не обладающих смазочным действием, а также при наличии абразивных частиц, которые легко «утапливаются» в мягкой составляющей материала. Такие подшипники применяют в машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности.
...
Минералы. Естественные (агат), искусственные (рубин, корунд) минералы или их заменители ситаллы (стеклокристал-лические материалы) применяют для миниатюрных подшипников скольжения камневых опор. Камневые опоры используют в прецизионных приборах — часах, гироскопах, тахометрах и т. д. Главное достоинство таких опор-низкий и стабильный момент трения. Низкое трение достигается малыми размерами опор, что уменьшает плечо действия силы трения, а также низким коэффициентом трения вследствие слабой адгезии минералов к металлу цапфы. Постоянство момента трения обусловлено высокой износостойкостью минералов, способных из-за высокой твердости выдерживать громадные контактные давления.
...
жны иметь высокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент трения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость и достаточную прочность. Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметаллические и металлические спеченные материалы. Их производят в виде пластин или накладок, которые прикрепляют к стальным деталям, например дискам трения. Выбор материала производят по предельной поверхностной температуре нагрева и максимальному давлению, которые он выдерживает. Неметаллические материалы применяют при легких (гпред < 200 °С, Ртах < 0,8 МПа) и средних (/пред = 400 °С, Ртах =1,5 МПа) режимах трения. Из них преимущественно используют асбо-фрикпионные материалы, состоящие из связующего (смолы, каучука), наполнителя и специальных добавок. Основным наполнителем является асбест, который придает материалу теплостойкость, повышает коэффициент трения и сопротивление схватыванию. К нему добавляют металлы (Си, Al, РЬ, латунь) в виде стружки или проволоки для повышения теплопроводности; графит для затруднения схватывания (этому же способствует свинец, который, расплавляясь, служит как бы жидким смазочным материалом); оксиды или соли металлов (оксид цинка, барит BaS04 и др.) для увеличения коэффициента трения.
...
Из асбофрикционных материалов наибольшей работоспособностью обладает ретинакс (ФК-24А и ФК-16Л), который содержит 25 % фенолформальдегидной смолы, 40% асбеста, 35% барита, рубленую латунь и пластификатор. В паре со сталью ретинакс обеспечивает коэффициент трения 0,37-0,40. Его используют в тормозных механизмах самолетов, автомобилей и других машин.
...
Недостатком неметаллических материалов является невысокая теплопроводность, из-за чего возможны перегрев и разрушение материала.
...
Фрикционные материалы применяют в тормозных устройствах и механизмах, передающих крутящий момент. Они работают в тяжелых условиях изнашивания — при высоких давлениях (до 6
...
Металлические спеченные материалы применяют при тяжелых режимах трения (гиред< 1200°С, />тах<6 МПа). Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5). Кроме основы и металлических компонентов (Бп, РЬ, N1 и др.), обеспечивающих прочность, хорошую теплопроводность и износостойкость, эти материалы содержат неметаллические добавки-асбест, графит, оксид кремния, барит. Они
...
Материалы на основе железа из-за высокой теплостойкости используют в узлах трения без смазочного материала, а на основе меди-при смазывании маслом.
...
В многодисковой тормозной системе самолетов используют бериллий из-за его высокой теплоемкости, теплопроводности и малой плотности (см. п. 13.2).
...
Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении-для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок и т. п.
...
Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении-релаксационной стойкостью.
...
Релаксационная стойкость оценивается сопротивлением релаксации напряжений. Релаксация напряжений характеризуется снижением рабочих напряжений в изделии от О]
...
Релаксация напряжений происходит путем микропластической деформации, которая совершается в отдельных зернах и накапливается во времени. При напряжении ниже предела упругости микропластическая деформация может быть вызвана: при малых напряжениях изгибом дислокаций или срывом отдельных из них с мест закрепления, при повышенных напряжениях - перемещением заторможенных дислокаций.
...
В связи с этим для достижения в сплаве высокого предела упругости и релаксационной стойкости необходимо создать стабильную дислокационную структуру, в которой прочно заблокированы не большинство, а практически все дислокации. Кроме того, такая структура должна иметь невысокий уровень микронапряжений, которые, суммируясь с рабочими напряжениями, облегчают перемещение дислокаций.
...
Для закрепления дислокаций используют все средства создания эффективных барьеров: легирование, повышение плотности дислокаций, выделение дисперсных частиц вторичных фаз. На-
...
иболее благоприятную субструктуру, с точки зрения упругих свойств, формирует термомеханическая обработка. Ее успешно применяют для всех пружинных сплавов.
...
Рессорно-пружинные углеродистые и легированные стали имеют высокий модуль упругости, ограничивающий упругую деформацию, равную а0ш002/Е1.
...
Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов рессорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, выносливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетворяют стали с повышенным содержанием углерода (0,5-0,7%), которые подвергают закалке и отпуску при температуре 420-520 °С.
...
Закаленная на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура троостита (рис. 11.2). В этой структуре феррит из-за сильного фазового наклепа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций, которые, кроме того, эффективно блокируются дисперсными карбидными частицами. Поэтому троостит отличается стабильной дислокационной структурой.
...
(особенно в сталях, не склонных к отпускной хрупкости), что важно для снижения чувствительности к концентраторам напряжений и увеличения предела выносливости.
...
Хорошие результаты дает также изотермическая закалка на структуру нижнего бейнита. Она позволяет получить высокие механические свойства при малой деформации изделий.
...
Небольшие пружины простой формы изготовляют из стали, поставляемой в термически обработанном состоянии. Для крупных пружин, требующих больших усилий при навивке, сталь используют в отожженном состоянии. Термической обработке подвергают готовые изделия, полученные горячей навивкой или штамповкой.
...
Сталь для рессор поставляют в виде полосы. Нарезанные из нее заготовки закаливают в специальных штампах с определенной стрелой прогиба, затем отпускают и собирают в виде пакета.
...
Углеродистые стали (65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г по ГОСТ 1050-74), рассмотренные выше (см. гл. 8), характеризуются невысокой релаксационной стойкостью, особенно при нагреве. Они не
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
пригодны для работы при температуре выше 100 °С. Из-за низкой прокаливаемое™ из них изготовляют пружины небольшого сечения.
...
Легированные рессорно-пружинные стали (ГОСТ 14959-79) относятся к перлитному классу. Основными легирующими элементами в них являются кремний (1-3%), марганец (~
...
Дешевые кремнистые стали 55С2, 60С2, 70СЗА применяют для пружин и рессор толщиной до 18 мм. Стали стойки к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию-опасному поверхностному дефекту, снижающему предел выносливости. В кремнемарганцевой стали 60СГА этот недостаток выражен менее сильно. Ее преимущественно применяют для рессор толщиной до 14 мм.
...
Стали 50ХФА, 50ХГФА, которые по сравнению с кремнистыми и кремнемарганцевой сталями подвергают более высокому нагреву при отпуске (520 °С), обладают теплостойкостью, повышенной вязкостью, меньшей чувствительностью к надрезу. Они предназначены для рессор легковых автомобилей, клапанных и других пружин ответственного назначения, которые могут работать при температурах до 300 °С.
...
Стали 60С2ХА и 60С2Н2А прокаливаются в сечениях соответственно до 50 и 80 мм и применяются для крупных тя-желонагруженных и особо ответственных пружин и рессор. Механические свойства сталей определяются со-
...
держанием углерода и температурой отпуска. Отпуск проводят при температуре несколько более высокой, чем та, которая отвечает максимальному пределу упругости, что необходимо для повышения пластичности и вязкости.
...
Наиболее высокие механические свойства имеют стали 70СЗА, 60С2ХА и 60С2Н2А: ав 3* 1800 МПа; а02
...
Рабочее напряжение упругого элемента должно быть ниже предела упругости материала, так как при нагрузках, близких к пределу упругости, в сплавах проявляются неупругие эффекты, ухудшающие работу элемента и всего прибора. Чем выше предел упругости материала относительно рабочих нагрузок, тем меньше неупругие эффекты и выше класс точности прибора.
...
Упругое последействие проявляется в отставании части упругой деформации материала от напряжения. При быстром возрастании нагрузки на упругий элемент до значения ох (см. рис. 11.1)
...
Гистерезис проявляется в несовпадении характеристик упругого элемента при нагрузке и разгрузке (рис. 11.4).
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
нием внутреннего трения. Ширину этого интервала на высоте 0,7 максимального значения амплитуды условились принимать за величину внутреннего трения (рис. 11.5). Отношение резонансной частоты /рез к ширине интервала А/ называют добротностью.
...
Для того чтобы снизить неупругие эффекты, надо повысить сопротивление малым пластическим деформациям, т. е. формировать малоподвижную дислокационную структуру. Закрепление дислокаций в рассматриваемых сплавах осуществляется выделяющимися после закалки и старения высокодисперсными когерентными частицами вторичных фаз.
...
Бериллиевые бронзы используют для изготовления упругих элементов ответственного назначения. Бериллиевые бронзы-это сплавы на медной основе с высоким пределом упругости и низким модулем упругости (ГОСТ 18175 — 78). Такое сочетание свойств обеспечивает малые неупругие эффекты при больших упругих деформациях. Кроме этого, сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, электропроводимостью, немагнитностью, хорошей технологичностью, а также способностью упрочняться термической обработкой.
...
Например, сплав БрБ2, в котором содержание бериллия составляет около 2%, после закалки и старения имеет предел упругости ст0 002 = 600 МПа (табл. 11.1).
...
Увеличение содержания бериллия до 2,5 % повышает предел упругости. Однако высокая стоимость бериллия ограничивает применение такого сплава. Широко используется сплав БрБНТ1,9, легированный титаном и никелем. По упругим свойствам он мало уступает сплаву БрБ2,5 (см. табл. 11.1).
...
Дальнейшее повышение предела упругости достигается микролегированием бериллиевых бронз бором (0,01%) или магнием (0,1%). Введение этих поверхностно-активных элементов изменяет процессы старения в сторону увеличе-
...
Перечисленные неупругие эффекты возникают из-за неоднородности строения реальных поликристаллов, вследствие чего в отдельных микрообъемах при невысоких нагрузках развивается микропластическая деформация.
...
Внутреннее трение проявляется при циклическом приложении нагрузки ниже предела упругости в результате необратимой потери энергии деформирования. Энергия деформирования теряется вследствие теплообмена в окружающую среду, расходуется на изгибание дислокаций, на перемещение внедренных атомов, в ферромагнитных материалах на токи Фуко и магнитно-упругий эффект, связанный с механострикцией.
...
В идеально упругом материале при циклической нагрузке, частота которой совпадает с собственной частотой упругого элемента, в результате резонанса наблюдается резкое возрастание амплитуды колебаний элемента. В реальных поликристаллах амплитуда колебаний упругого элемента растет в некотором интервале частот, что является проявле-
...
Материалы с малой плотностью (легкие материалы) широко применяют в авиации, ракетной и космической технике, а также в автомобилестроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности. Применение легких материалов дает возможность снизить массу, увеличить грузоподъемность летательных аппаратов без снижения скорости и дальности полета, повысить скорость движения автомобилей, судов, железнодорожного транспорта.
...
К основным конструкционным легким металлам относятся пластмассы, цветные металлы М& Ве, А1, Л и сплавы на их основе, а также композиционные материалы. Особенно перспективны материалы, которые дают возможность снизить массу конструкций при одновременном повышении их прочности и жесткости. Основными критериями при выборе конструкционных материалов в этом случае являются удельные прочность csJ(pg) и жесткость E/(pg). По этим характеристикам легкие материалы неравноценны (табл. 12.1).
...
Среди сплавов на основе Al, Mg и пластмасс лишь отдельные группы имеют такие свойства, которые указаны в табл. 12.1, а большинство не обладает высокими прочностью, удельной прочностью и удельной жесткостью. Эти материалы предназначены главным образом для изготовления мало- и среднена-груженных деталей.
...
Материалы с высокой удельной прочностью (сплавы Ti, Be, композиционные материалы) предназначены в основном для изготовления высоконагруженных деталей. Они рассмотрены в гл. 13.
...
Свойства алюминиа. Алюминий-металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизируется в решетке гранецентрированного куба с периодом а = 0,4041 нм.
...
Алюминий обладает малой плотностью, хорошими теплопроводностью и электропроводимостью (см. гл. 1.5), высокой пластичностью и коррозионной стойкостью (см. гл. 14.1). Примеси ухудшают все эти свойства.
...
Постоянные примеси алюминия Fe, Si, Си, Zn, Ti. В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса: особой чистоты А999 (г£ 0,001% примесей), высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (0,005-0,05% примесей) и технической чистоты А85, А8 и др. (0,15-1% примесей). Технический алюминий, выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.), маркируют АД0 и АД1. Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния. Увеличение содержания примесей и пластическая деформация повышают прочность и твердость алюминия (табл. 12.2).
...
МПа при плотности не более 2850 кг/м3. По удельной прочности некоторые алюминиевые сплавы (сгв/(р#) = = 23 км) приближаются или соответствуют высокопрочным сталям (св/(р#) = 27 км). Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость (за исключением сплавов с медью), высокие теплопроводность и электропроводимость и хорошие технологические свойства (обрабатываются давлением, свариваются точечной сваркой, а специальные-сваркой плавлением, в основном хорошо обрабатываются резанием). Алюминиевые сплавы пластичнее магниевых и многих пластмасс Большинство из них превосходят магниевые сплавы по коррозионной стойкости, пластмассы-по стабильности свойств.
...
Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Си. Mg, Бг, Мп, Т
...
208 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
ное влияние примесей, так как он связывает их в четвертую фазу а(А1, Ре, 81, Мп), кристаллизирующуюся в компактной форме. Однако более эффективным способом повышения конструкционной прочности является снижение содержания примесей с 0,5-0,7% (ГОСТ 4784-74) до 0,1-0,3% (чистый сплав), а иногда и до сотых долей процента (сплав повышенной чистоты). В первом случае к марке сплава добавляют букву ч, например, Д16ч, во втором-пч, например, В95пч. Особенно значительно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения в направлении, перпендикулярном пластической деформации. Например, ударная вязкость сплава Д16ч после естественного старения более чем в 2 раза, а относительное удлинение в 1,5 раза выше, чем у сплава Д16 после той же обработки. Для сплава Д16ч коэффициент К1с = = 43-ь46 МПа-м1/2, тогда как для сплава Д16 он равен 35-36 МПа-м1'2. Сплавы повышенной чистоты используют для ответственных нагруженных деталей, например, для силовых элементов конструкции пассажирских и транспортных самолетов.
...
Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления (деформируемые, литейные, спеченные), способности к термической обработке (упрочняемые и неупрочняемые) и свойствам (см. рис. 12.1).
...
Деформируемые алюминиевые сплавы. К сплавам, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы АМц и АМг (табл. 12.3). Сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью (см. гл. 14.1).
...
Сплавы АМц относятся к системе А1-Мп (рис. 12.3, а). Структура сплава АМц состоит из а-твердого раствора и вторичных выделений фазы МпА16, переходящих в твердый раствор при повышении температуры. В присутствии железа вместо МпА16 образуется сложная тройная фаза (МпРе)А16, практи-
...
Легирующие элементы, особенно переходные, повышают температуру рекристаллизации алюминия (рис. 12.2). При кристаллизации они образуют с алюминием пересыщенные твердые растворы. В процессе гомогенизации и горячей обработки давлением происходит распад твердых растворов с образованием тонкодисперсных частиц ин-терметаллидных фаз, препятствующих прохождению процессов рекристаллизации и упрочняющих сплавы. Это явление получило название структурного упрочнения, а применительно к прессованным полуфабрикатам-пресс-эффекта. По этой причине некоторые алюминиевые сплавы имеют температуру рекристаллизации выше температуры закалки. Для снятия остаточных напряжений в нагартованных полуфабрикатах (деталях), полученных холодной обработкой давлением, а также в фасонных отливках проводят низкий отжиг. Температура отжига находится в пределах 150-300 °С.
...
Конструкционная прочность алюминиевых сплавов зависит от примесей Ре и 81. Они образуют в сплавах нерастворимые в твердом растворе фазы: РеА13, ос(А1, Ре, 81), Р(А1, Ре, 81) и др. Независимо от формы (пластинчатой, игольчатой и др.) кристаллы этих фаз снижают пластичность, вязкость разрушения, сопротивление развитию трещин. Легирование сплавов марганцем уменьшает вред-
...
210 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
Однако применение наклепа ограничено из-за резкого снижения пластичности сплавов, поэтому их используют в отожженном (мягком-АМгМ) состоянии. Сплавы АМц и АМг отжигают при температуре 350-420 °С. При повышении содержания магния в структуре сплавов АМг увеличивается количество фазы М§2А13. При этом временное сопротивление повышается от 110 МПа (АМг1) до 430 МПа (АМгб) при соответствующем снижении относительного удлинения с 28 до 16%. Легирование магнием, кроме того, вызывает склонность к окислению во время плавки, разливки и кристаллизации, что приводит к появлению оксидных пленок в структуре и снижению механических свойств. Поэтому сплавы с высоким содержанием магния (АМгб, АЛ27) для устранения склонности к окислению легируют бериллием. Укрупнение зерна, вызванное бериллием, устраняется добавкой титана или циркония.
...
Сплавы типа АМц и АМг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки), а также для заклепок, переборок, корпусов и мачт судов, лифтов, узлов подъемных кранов, рам вагонов, кузовов автомобилей и др.
...
при 20 °С. При этом из твердого раствора выделяется фаза 6 (СиА12), содержащая ~ 54,1% Си. Она имеет объемно-центрированную тетрагональную кристаллическую решетку и обладает сравнительно высокой твердостью (НУ 5310). В сплавах, дополнительно легированных магнием, помимо 6 образуется еще фаза 8 (СиМ§А12) с ромбической кристаллической решеткой (НУ 5640). На рис. 12.4 показано влияние соотношения фаз 6 и 5 на прочность. Чем больше меди содержится в сплаве, тем большее количество фазы 6 будет в его структуре (Д1). Увеличение содержания магния приводит к росту количества фазы 5 и повышению прочности сплавов (Д16). Разница в свойствах особенно значительна после упрочняющей термической обработки (см. табл. 12.3), состоящей из закалки и естественного старения. При закалке сплавы Д16 и Д18 нагревают до 495-505° С, Д1-до 500—510°С, затем охлаждают в воде при 40 °С. После закалки структура состоит из пересыщенного твердого раствора и нерастворимых фаз, образуемых примесями. При естественном старении происходит образование зон Гинье— Престона, богатых медью и магнием.
...
Старение продолжается 5-7 суток. Длительность старения значительно сокращается при увеличении температуры до 40 °С и особенно 100 °С. Более высокие значения ств и а02
...
Искусственному старению (190 °С, 10 ч) подвергают лишь детали, используемые для работы при повышенных температурах (до 200 °С). Большое практическое значение имеет начальный, или «инкубационный», период старения (20-60 мин), когда сплав сохраняет высокую пластичность и низкую твердость. Это позволяет проводить такие технологические операции, как клепка, правка и др. Для проведения подобных операций естественно состаренные сплавы и детали из них можно подвергнуть обработке «на возврат», которая состоит в кратковременной выдержке сплава (1-2 мин) при температуре 230-300 °С. Во время нагрева рассасываются зоны Гинье-Престона и восстанавливается пластичность, свойственная сплавам непосредственно после закалки. Однако применение обработки «на возврат» ограничено тем, что у тонкостенных изделий снижается коррозионная стойкость, а у толстостенных за короткое время выдержки восстановление пластичности не успевает произойти по всему сечению. Увеличение выдержки приводит к искусственному старению сплава на поверхности изделия, что вызывает снижение пластичности.
...
Дуралюмины широко применяют в авиации. Из сплава Д1, например, изготовляют лопасти воздушных винтов, из Д16 — шпангоуты, нервюры, тяги управления и др. Кроме того, их используют для строительных конструкций, кузовов грузовых автомобилей, обсадных труб и др. Сплав Д18 — один из
...
основных заклепочных алюминиевых сплавов. Заклепки из сплава Д18 ставят в конструкцию после закалки и естественного старения.
...
Ковочные алюминиевые сплавы маркируют буквами АК. Они обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформации. По химическому составу сплавы близки к дуралюминам, отличаясь более высоким содержанием кремния. Поэтому в их структуре вместо фазы X присутствуют кремнийсодер-жащие фазы — четверная фаза (А1, Си, Мя, 81) и силицид
...
сплавы маркируют буквой В. Они отличаются высоким временным сопротивлением (600-700 МПа) и близким к нему по значению пределом текучести. Высокопрочные сплавы принадлежат к системе А1-7п-Мя
...
кусственном старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием тонкодисперсных частиц метастабильных М', Т и S' фаз, вызывающих максимальное упрочнение сплавов. Наибольшее упрочнение вызывают закалка (465-475° С) и старение (140°С, 16 ч). После такой обработки сплав В95пч имеет ав = 560 -н 600 МПа; 0О2
...
Для повышения этих характеристик сплавы подвергают двухступенчатому смягчающему старению. Первая ступень старения-100-120°С, 3-10 ч, вторая сту-пень-160-170°С, 10-30 ч. Столь высокие температуры и большие выдержки второй ступени старения приводят к образованию и коагуляции стабильных фаз М, Б и Т. Предварительное зонное старение (первая ступень) способствует их равномерному распределению, поскольку в сплавах этой системы стабильные фазы образуются из зон Гинье-Престона. После смягчающего старения сплав В95пч имеет ав = = 590 -=- 540 МПа; а0>2 = 410 - 470
...
Сплавы применяют для высоконагру-женных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия (обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов).
...
Литейные алюминиевые сплавы. Химический состав и механические свойства некоторых промышленных литейных сплавов приведены в табл. 12.4. Они маркируются буквами АЛ, что значит алюминиевые литейные. Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространена классификация по химическому составу (А1 — Б1,
...
2650 кг/м3-меньше плотности чистого алюминия (2700 кг/м3). Они хорошо свариваются. Хорошо обрабатываются резанием только силумины, легированные медью.
...
Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления (модифицирования, способа литья и др.) и термической обработки (см. табл. 12.4). В двойных силуминах с увеличением содержания кремния до эвтектического состава снижается пластичность и повышается прочность. Появление в структуре сплавов крупных кристаллов первичного кремния вызывает снижение прочности и пластичности (рис. 12.6). Несмотря на увеличение растворимости кремния в алюминии от 0,05% при 200 °С до 1,65% при эвтектической температуре, двойные сплавы не упрочняются термической обработкой. Это объясняется высокой скоростью распада твердого раствора, который частично происходит уже при закалке, а также большой склонностью к коагуляции стабильных выделений кремния. Единственным способом повышения механических свойств этих сплавов является измельчение структуры путем модифицирования.
...
сплавов требует больших выдержек при нагреве под закалку (5-10 ч) и при старении (10—20 ч). Переходные металлы, например, Мп, Т1, 7л,
...
Высокопрочный сплав АЛ32, разработанный в МВТУ им. Н. Э. Баумана, предназначен для литья под давлением. Сплав обладает хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью резанием, свариваемостью и коррозионной стойкостью. Марганец и титан, а также большая скорость кристаллизации при литье под давлением способствуют получению метастабильной структуры при отливке деталей. Это дает возможность
...
и фтористых солей вводят в жидкий сплав в количестве 2-3 % от массы сплава. Помимо модифицирующего действия натрий сдвигает эвтектическую точку в системе А1 —в сторону больших содержаний кремния (рис. 12.7). Благодаря этому эвтектический по составу сплав (АЛ2) становится доэвтекти-ческим. В его структуре помимо мелкокристаллической эвтектики появляются первичные кристаллы мягкой пластичной фазы-твердого раствора (см. рис. 12.5,6). Все это приводит к увеличению пластичности и прочности (см. рис. 12.6, табл. 12.5). Модифицируют как двойные, так и легированные силумины, содержащие более 5-6% 81. Для легирования силуминов часто используют М§, Си, Мп, Т1; реже-№, 7х,
...
упрочнять отливки путем искусственного старения без предварительной закалки. Упрочнение вызывают фазы 6(СиА12) и P(Mg2Si). Наилучшим является старение при 175 °С в течение 8 ч, когда выделяются метастабильные 6' и Р' фазы; при этом временное сопротивление увеличивается на 30—40 МПа, твердость по Бринеллю — на 180 МПа. При изготовлении деталей другими методами литья сплав АЛ32 подвергают полной упрочняющей термической обработке — закалке при 515 + 5 °С и старению при 175°С. Сплав АЛ32 применяют для литья под давлением нагруженных деталей, например, блоков цилиндров, головок блоков и других деталей автомобильных двигателей.
...
Сплавы системы Al-Cu (АЛ7, АЛ 19) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах; они хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Вместе с тем из-за отсутствия эвтектики сплавы обладают плохими литейными свойствами, имеют низкую герметичность. Как и деформируемые сплавы этой системы, они имеют структуру твердого раствора, но отличаются повышенным содержанием меди (см. рис. 12.3, в). Эвтектика в данной системе (в отличие от силуминов) образуется при высоком содержании меди (33%), поэтому имеет большое количество твердой и хрупкой фазы 6(СиА12), вызывающей хрупкость эвтектических сплавов. Литейные и механические свойства сплавов алюминия с медью улучшаются в результате легирования титаном и марганпем (АЛ 19). Марганец, образуя пересыщенный твердый раствор при кристаллизации из жидкого состояния, способствует значительному упрочнению сплава. Во время нагрева сплава под закалку наряду с растворением 6-фазы из твердого раствора выпадают мелкодисперсные частицы фазы А112Мп2Си, увеличивающие прочность при обычных и повышенных температурах. Например, после закалки сплав АЛ 19 имеет следующие механиче-
...
Сплавы системы Al-Mg (АЛ8, АЛ27) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Они не содержат в структуре эвтектики по той же причине, что и сплавы системы Al-Cu, и характеризуются невысокими литейными свойствами, пониженной герметичностью и, кроме того, повышенной чувствительностью к примесям Fe, Si, которые образуют в этих сплавах нерастворимые фазы, снижающие пластичность сплавов.
...
Для того чтобы предотвратить окисление, плавку и разливку двойных сплавов алюминия с магнием (АЛ8) необходимо вести под защитными флюсами. Легирование двойных сплавов Be, Ti, Zr не только устраняет их склонность к окислению и росту зерна, но и тормозит естественное старение, вызывающее снижение пластичности и вязкости сплавов. Наилучшие механические свойства сплавы А1 —Mg приобретают после закалки от 530 °С, когда весь магний находится в твердом растворе.
...
Сплавы систем Al-Mg применяют для изготовления деталей, работающих в условиях высокой влажности, в судо-, самолето- и ракетостроении. Из них делают детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы и Др.
...
Гранулированные сплавы. Гранулированными называют сплавы, полученные путем компактирования из частиц (гранул), отлитых со сверхвысокой скоростью кристаллизации. Гранулы получают при кристаллизации в условиях скоростей охлаждения 103-10боС/с. Такая скорость охлаждения достигается
...
различными методами, например, распылением жидкого металла струей чистого нейтрального газа. В зависимости от давления газа и условий кристаллизации диаметр гранул колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Гранулы, а следовательно, и готовые полуфабрикаты (изделия) имеют чрезвычайно мелкозернистую структуру и минимальную легкоустранимую ликвацию. Но особенно большим достоинством гранулированных сплавов является метастабильное состояние. При столь высоких скоростях охлаждения при кристаллизации получаются пересыщенные твердые растворы с концентрацией, в 2,5-5 раз превосходящей предельную растворимость компонентов в равновесных условиях. Такие твердые растворы называют аномально пересыщенными. Степень пересыщения возрастает в соответствии с расположением металлов в ряду Сг, V, Мп, П,
...
В процессе технологических операций горячего компактирования сплавов (400-450 °С) из пересыщенного твердого раствора выпадают дисперсные частицы интерметаллидных фаз (А16Мп, А17Сг, А137г и др.), которые повышают температуру рекристаллизации (рис. 12.8), увеличивают прочность при обычных (рис. 12.9) и повышенных температурах.
...
Большой интерес представляют гранулированные сплавы алюминия с элементами, практически нерастворимыми в нем в равновесных условиях и сильно
...
отличающимися от алюминия по плотности. Такие сплавы имеют гетерогенную структуру, представляющую собой алюминиевую матрицу с равномерно распределенными дисперсными (из-за высокой скорости кристаллизации) включениями второй фазы. В сплавах, легированных сравнительно тугоплавкими металлами (Гх, №, Со), такими фазами будут интерметаллиды. Они эффективно упрочняют сплавы. В сплавах с такими легкоплавкими металлами, как
...
8п, РЬ, в алюминии будут присутствовать дисперсные включения чистых металлов, соответственно, 8п, РЬ. Эти сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами (см. п. 10.4). Стандартные деформируемые сплавы типа дуралюминов (Д16) в гранулированном варианте имеют дополнительный эффект упрочнения из-за наличия дисперсных частиц интерметал-лидных фаз переходных металлов и нерастворимых фаз. При повышенном содержании переходных металлов ав достигает 800 МПа.
...
Свойства магния. Магний-металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованной гексагональной решетке с периодами а = 0.3202 нм, с = 0,5199 нм.
...
Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью (см. табл. 1.5), хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. Теплопроводность магния в 1,5, а электропроводимость — в 2 раза ниже, чем у алюминия. Примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и его модуль нормальной упругости. Однако они близки по удельной жесткости. В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния (ГОСТ 804-72): Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95%
...
меси Ре, 81, N1, Си понижают и без того низкие пластичность и коррозионную стойкость (см. п. 14.1). При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623 °С на воздухе воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Порошок, тонкая лента, мелкая стружка магния представляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе при обычных температурах, горят с выделением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.
...
Литой магний имеет крупнокристаллическую структуру и низкие механические свойства: ов=110-н120 МПа; ст0>2 = = 20 - 30 МПа; 5 = 6 ~ 8%; НВ 300. Модифицирование цирконием и пластическая деформация, приводящие к измельчению структуры, несколько улучшают механиче-
...
ские свойства: ав = 260 МПа; 8 = 9% (холоднокатаный лист). Отжиг для снятия наклепа проводят при температуре 330-350 "С, в результате чего магний имеет следующие свойства: ов=190 МПа; о02 = 98 МПа; 8 = = 15^-17%; H В 400. Наклеп для упрочнения магния применяют редко, так как он вызывает возникновение развитой текстуры деформации и анизотропии свойств.
...
Низкая пластичность магния при температуре 20-25 °С объясняется тем, что в металлах с гексагональной кристаллической решеткой скольжение происходит только по базисным плоскостям. Повышение температуры приводит к появлению новых плоскостей скольжения и двойникования и, как следствие, к увеличению пластичности. В связи с этим обработку давлением магния проводят при температуре 350-450° в состоянии наибольшей пластичности.
...
Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется. Он используется в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических препаратов, в металлургии различных металлов и сплавов-как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.
...
Общая характеристика и классификация магниевых сплавов. Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Временное сопротивление отдельных сплавов достигает 250-400 МПа при плотности менее 2-103 кг/м3 (табл. 12.5). Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются AI, Zn, Мп. Для дополнительного легирования используют цирконий, кадмий, церий, ниодим и др. Механические свойства сплавов магния при температуре 20-25° С улучшаются при легировании алюминием, цинком, цирконием (рис. 12.10), при повышенной-добавкой церия, ниодима и особенно тория (рис. 12.11). Цирконий и церий оказывают модифицирующее действие на структуру сплавов магния. Особенно эффективно модифицирует цирконий. Добавка 0,5-0,7% Zr уменьшает размер зерна магния в 80-100 раз. Это объясняется структурным и размерным соответствием кристаллических
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
Увеличение растворимости легирующих элементов в магнии с повышением температуры (рис. 12.12) дает возможность упрочнять магниевые сплавы с помощью закалки и искусственного старения. Однако термическая обработка магниевых сплавов затруднена из-за замедленных диффузионных процессов в магниевом твердом растворе. Малая скорость диффузии требует больших выдержек при нагреве под закалку (до 16-30 ч) для растворения вторичных фаз. Благодаря этому такие сплавы можно закаливать на воздухе, они не склонны к естественному старению. При искусственном старении необходимы высокие температуры (до 200 °С) и большие выдержки (до 16-24 ч). Наибольшее упрочнение термической обработкой достигается у сплавов магния, легированных неодимом. В этом случае при распаде пересыщенного твердого раствора в зависимости от температуры и времени старения могут образоваться зоны Гинье-Престона, метастабильные и стабильные упрочняющие фазы, тогда как в некоторых других сплавах (например, сплавах системы Mg-Al-Zn) при старении сразу появляются стабильные фазы.
...
Временное сопротивление и особенно предел текучести магниевых сплавов значительно повышаются с помощью термомеханической обработки, которая состоит в пластической деформации закаленного сплава перед его старением.
...
Из других видов термической обработки к магниевым сплавам применимы различные виды отжига: гомогенизация, рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия остаточных напряжений. Для деформируемых сплавов диффузионный отжиг совмещают с нагревом для горячей обработки давлением. Температура рекристаллизации магниевых сплавов в зависимости от их состава находится в интервале 150-300°С, а рекристалли-зационного отжига-соответственно в
...
По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяют на литейные (МЛ) и деформируемые (МА); по механическим свойствам-на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные; по склонности к упрочнению с помощью термической обработки-на сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Для повышения пластичности магниевых сплавов их производят с пониженным содержанием вредных примесей Fe, Ni, Си (повышенной чистоты). В этом случае к марке сплава добавляют строчные буквы «пч», например, МЛ5пч или МА2пч.
...
Деформируемые магниевые сплавы. Химический состав (ГОСТ 14957-76) и типичные механические свойства некоторых деформируемых сплавов представлены в табл. 12.5. Среди деформируемых сплавов наибольшей прочностью обладают сплавы магния с алюминием и сплавы магния с цинком, легированные цирконием, кадмием, серебром, редкоземельными металлами.
...
Сплавы магния с алюминием содержат 0,2-1,5% Zn (МА5). Алюминий и цинк обладают высокой растворимостью в магнии. Повышение их содержания в сплаве приводит к увеличению прочности сначала в результате увеличения концентрации твердого раствора, а затем благодаря появлению вторичных фаз Mg4Al3 и Mg3Zn3Al2. Однако в промышленные сплавы не вводят более 10% А1 и более 6% Zn, так как большое количество промежуточных фаз вызывает снижение пластичности С понижением температуры концентрация твердого раствора уменьшается (см. рис. 12.12), что дает возможность упрочнять сплавы с помощью закалки и старения. Сравнительно небольшой эффект упрочнения (около 30%) этих сплавов объясняется тем, что при распаде твердого раствора образуются сразу стабильные фазы с относительно большим
...
интервале 250-350 °С. Более высокие температуры вызывают рост зерна и понижение механических свойств. Отжиг для снятия остаточных напряжений проводят при температурах ниже температур рекристаллизации.
...
Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), легко шлифуются и полируются. Высокие скорости резания и небольшой расход энергии способствуют снижению стоимости обработки резанием деталей из магниевых сплавов по сравнению с другими сплавами. Они удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой. Дуговую сварку рекомендуется проводить в защитной среде из инертных газов. Прочность сварных швов деформируемых сплавов составляет 90% от прочности основного металла.
...
К недостаткам магниевых сплавов, наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости, следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении. Небольшие добавки бериллия (0,02-0,05%) уменьшают склонность к окисляемости, кальция (до 0,2%)-к образованию микрорыхлот в отливках. Плавку и разливку маг-
...
220 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
го с повышением температуры увеличивается и достигает предельного значения (8,4%) при эвтектической температуре. Увеличение содержания цинка в сплавах приводит к резкому повышению прочности и некоторому улучшению пластичности в результате легирования твердого раствора. Появление в структуре сплавов интерметаллидной фазы MgZn2 ведет к дальнейшему упрочнению и снижению пластичности. Для того чтобы сохранить пластичность на допустимом уровне, содержание цинка в промышленных сплавах ограничивают 5-6%.
...
Цирконий оказывает рафинирующее и модифицирующее действие. Вступая в соединение с водородом, цирконий уменьшает пористость. Измельчая структуру сплавов магния с цинком, цирконий вызывает повышение временного сопротивления и особенно предела текучести, пластичности. Полной упрочняющей термической обработке эти сплавы обычно не подвергают, так как при нагреве под закалку снимается наклеп, полученный полуфабрикатами при прессовании, штамповке; упрочнение при старении настолько мало, что не обеспечивает уровня исходных свойств. Большой эффект дает старение, проведенное непосредственно после прессования (штамповки).
...
Недостатками сплавов являются сложность приготовления, обусловленная низкой растворимостью циркония в жидком магнии, склонность к образованию трещин, затрудняющих горячую прокатку и сварку сплавов. Сплавы применяют для несвариваемых сильно нагруженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, автомобилей, ткацких станков и др.).
...
Кадмий в сплавах магния с цинком не образует промежуточных фаз. Легируя твердый раствор, он повышает прочность и пластичность сплавов этой системы. Редкоземельные металлы дополнительно увеличивают прочностные характеристики в результате образова-
...
Литейные магниевые сплавы. По химическому составу многие литейные сплавы магния близки к деформируемым (см. табл. 12.5). Преимуществом литейных сплавов перед деформируемыми является значительная экономия металла при производстве деталей, поскольку высокая точность размеров и хорошая чистота поверхности отливок почти исключают их обработку резанием. Однако из-за грубозернистой литой структуры они имеют более низкие механические свойства, особенно пластичность. Улучшение механических свойств литейных сплавов достигается различными способами: перегревом, модифицированием, гомогенизацией отливок, а также применением особо чистых шихтовых материалов при приготовлении сплавов. Перегрев дает хорошие результаты в сплавах с алюминием, выплавленных в железных тиглях. В результате взаимодействия алюминия с железом образуются частицы соединения РеА13, которые являются дополнительными центрами кристаллизации.
...
Для модифицирования используют цирконий, магнезит, мел. При гомогенизации происходит растворение грубых интерметаллидных фаз, охрупчивающих сплавы.
...
Механические свойства литейных магниевых сплавов в основном находятся на уровне свойств литейных алюминиевых сплавов, но, обладая меньшей плотностью, магниевые сплавы превосходят их по удельной прочности.
...
Наибольшее применение нашли сплавы системы М% Al-Zn, особенно сплавы с повышенным содержанием алюминия. Для сплавов этой системы характерен более широкий, чем у алюминиевых сплавов, интервал кристаллизации. В результате они обладают пониженной жидкотекучестью, усадочной пористостью (рыхлота) и низкой герметичностью, склонностью к образованию горячих трещин. С увеличе-
...
нием содержания алюминия литейные свойства сначала ухудшаются, поскольку увеличивается интервал кристаллизации, а затем, при проявлении неравновесной эвтектики-улучшаются; повышаются прочностные характеристики. Однако из-за большого количества ин-терметаллидных фаз, в том числе и эвтектических (рис. 12.13), сплавы с большим содержанием алюминия обладают пониженной пластичностью. Наилучшее сочетание литейных и механических свойств имеют сплавы, содержащие 7,5-10% А1 (МЛ5, МЛ6). Небольшие добавки цинка способствуют улучшению технологических свойств. Гомогенизация при 420 °С (12-24 ч) и закалка от этой температуры способствуют повышению прочности и пластичности. Вследствие малой скорости диффузии алюминия в магнии сплавы закаливаются при охлаждении на воздухе. Старение при 170-190 °С дополнительно повышает временное сопротивление и особенно предел текучести сплавов.
...
Малая плотность магниевых сплавов, а в отдельных случаях высокая удельная прочность, способствуют их широкому применению в самолетостроении (корпуса приборов, насосов, коробок передач, фонари и двери кабин и др.), ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы), конструкциях автомобилей,
...
особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), в приборостроении (корпуса и детали приборов). Вследствие малой способности к поглошению тепловых нейтронов их используют в атомной технике (см. п. 14.5) в результате высокой демпфирующей способности-при производстве кожухов для электронной аппаратуры.
...
Более высокими технологическими и механическими свойствами при 20-25 °С и повышенных температурах обладают сплавы магния с цинком и цирконием. (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), РЗМ (МЛ9, МЛ10). РЗМ улучшают литейные свойства. Они снижают склонность сплавов к образованию горячих трещин и пористости, увеличивают прочность при обычных и повышенных температурах. Цирконий значительно измельчает крупнозернистую структуру отливок, способствует очистке сплавов от вредных примесей, а также благоприятно влияет на свойства твердого раствора, повышает температуру рекристаллизации. Кадмий улучшает механические и технологические свойства. Высокопрочные литейные сплавы применяют для нагруженных деталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).
...
Общая характеристика и классификация пластмасс. Пластическими массами или просто пластмассами называют материалы, изготовленные на основе полимеров. Состав композиций разнообразен: простые пластмассы-это полимеры без добавок, сложные пластмассы-это смеси полимеров с различными добавками (наполнители, стабилизаторы, пластификаторы и др.).
...
Наполнители добавляют в количестве 40-70% (по массе) для повышения механических свойств, снижения стоимости и изменения других параметров. Напол-
...
нители-это органические и неорганические вещества в виде порошков (древесная мука, сажа, слюда, 8Ю2, тальк, ТЮ2, графит), волокон (хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые, полимерные), листов (бумага, ткани из различных волокон, древесный шпон).
...
Стабилизаторы - различные органические вещества, которые вводят в количестве нескольких процентов для сохранения структуры молекул и стабилизации свойств. Под влиянием окружающей среды происходит как разрыв макромолекул на части, так и соединение макромолекул друг с другом поперечными связями. Изменения исходной структуры макромолекул составляют сущность старения пластмасс, которое необратимо снижает прочность и долговечность изделий. Добавки стабилизаторов замедляют старение.
...
Пластификаторы добавляют в количестве 10-20% для уменьшения хрупкости и улучшения формуемости. Пластификаторами являются вещества, которые уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. Часто пластификаторами служат эфиры, а иногда и полимеры с гибкими молекулами.
...
Специальные добавки -смазочные материалы, красители, добавки для уменьшения статических зарядов и горючести, для защиты от плесени, ускорители и замедлители отверждения и другие-служат для изменения или усиления какого-либо свойства.
...
Отвердители в количестве нескольких процентов добавляют к термореактивным пластмассам для отверждения. При этом между макромолекулами возникают поперечные связи, а молекулы отвердителя встраиваются в общую молекулярную сетку. В качестве от-вердителей используют органические перекиси и другие вещества, серу (в резинах).
...
Применение пластмасс как конструкционных материалов экономически целесообразно. По сравнению с металлами переработка пластмасс менее трудоемка, число операций в несколько раз меньше и отходов получается немного. Пластмассовые детали, как правило, не нуждаются в отделочных операциях.
...
Характерными особенностями пластмасс являются малая плотность (1-2 т/м3), а у пенопластов от 0,015 до 0,8 т/м3; высокая химическая стойкость, хорошие электроизоляционные свойства, невысокая теплопроводность [0,2-0,3 Вт/(м-°С)] и значительное тепловое расширение, в 10-30 раз больше, чем у обычных сталей. Преимущества пластмасс в сочетании с удобством переработки обеспечили им применение в машиностроении, несмотря на ограниченную теплостойкость, малую жесткость и небольшую вязкость по сравнению с металлами.
...
Механические свойства термопластичных пластмасс. Термопластичные пластмассы (термопласты) в отличие от термореактивных нашли более широкое применение и производятся в больших количествах. Значительная часть термопластичных полимеров перерабатывается в пленку, волокна и изделия из волокна, которые трудно или вовсе невозможно изготовить из термореактивных полимеров.
...
Под нагрузкой полимеры ведут себя как вязкоупругие вещества, а их деформация является суммой трех слагаемых: упругой деформации, высокоэластичной деформации и деформации вязкого течения. Соотношения между составными частями деформации непостоянны и зависят как от структуры полимера, так и от условий деформирования и температуры.
...
224 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
деформация не падает до нуля, так как в стеклообразном состоянии растянутые макромолекулы не могут скручиваться и сохраняют полученную вытяжку. Чем больше молекулярная масса полимера, тем больше общая деформация перед разрывом. Сходная картина наблюдается при растяжении кристаллических полимеров. При пластическом течении кристаллического полимера исходная кристаллическая структура заменяется новой, в которой кристаллы имеют другую форму и преимущественно одинаковую ориентацию. Этот процесс называется рекристаллизацией. Рекристаллизация состоит из трех последовательных этапов: разрушения кристаллов под действием напряжения; вытягивания молекул по направлению растягивающей силы на участке с разрушенными кристаллами; появления новых кристаллов между параллельно расположенными макромолекулами. Новые кристаллы закрепляют полученную высокоэластичную деформацию, поэтому вытяжка сохраняется после снятия нагрузки. Термопластичные пластмассы с ориентированной молекулярной структурой при растяжении вдоль направления ориентации не обнаруживают пластического течения. В этом случае диаграмма растяжения имеет вид, показанный на рис. 12.14, а удлинение не превышает десятков процентов.
...
о-вязкие аморфные и кристаллические термопласты; 6 - хрупкие термопласты; термопласты с молекулами, ориентированными вдоль направления растяжения, и реактопласты
...
дартные испытания на растяжение и удар дают приближенную оценку механических свойств. Эта оценка справедлива лишь для конкретных условий испытания (определенная скорость на-гружения, температура, состояние образца). При других условиях испытания результаты окажутся другими. Изменения внешних условий и скоростей деформирования, которые совсем не отражаются на механических свойствах металлических сплавов, резко изменяют механические свойства термопластичных полимеров и пластмасс. Чувствительность механических свойств термопластов к скорости деформирования, времени действия нагрузки, температуре, структуре является их типичной особенностью.
...
Стеклообразные термопласты при растяжении, как правило, сильно вытягиваются. При разрыве остаточная деформация составляет десятки и сотни процентов. Эта деформация называется вынужденной высокоэластичной; она возникает в результате вытягивания скрученных макромолекул под действием нагрузки. При растяжении материал начинает течь, в образце появляется шейка. Пластическое течение образца на участке тп (рис. 12.14) есть не что иное, как постепенное распространение шейки на весь образец. При разрыве образца вынужденная высокоэластичная
...
При охлаждении ниже 25 °С прочность растет, но одновременно увеличиваются хрупкость и чувствительность к надрезам (рис. 12.16).
...
Материалы, применяемые в мамино- и приборостроении
...
в пределах 10-100 МПа. Этого вполне достаточно для многих целей, несмотря на то, что допускаемые напряжения не превышают 10 МПа. Термопластичные пластмассы хорошо сопротивляются усталости, а долговечность пластмасс выше, чем у многих сталей и сплавов. Предел выносливости равен 0,2-0,3 временного сопротивления. Однако, когда нагрузка изменяется с частотой выше 20 Гц, пластмассы разрушаются быстро из-за поглощения энергии, разогрева и уменьшения прочности.
...
Общими недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, нестабильность свойств из-за старения, ползучесть под действием нагрузки. Чем выше значения Сст и Скр, тем лучше оказывается теплостойкость.
...
Механические свойства термопластов улучшаются при использовании в качестве наполнителя 20-30% стеклянного волокна. При этом сохраняется возможность переработки термопластов с использованием литья под давлением и экструзии. Наполненные пластмассы отличаются высокой стабильностью размеров под действием нагрузки, повышенной прочностью, но хуже сопротивляются ударам.
...
Механические свойства термопластов изменяются под влиянием окружающей среды: атмосферного старения под действием влаги, света и кислорода воздуха. Условия атмосферного старения типичны для многих изделий из волокон, пленки, а также массивных изделий.
...
Хорошую стойкость против старения имеет органическое стекло, большинство термопластов также достаточно устойчивы, хотя их прочность и уменьшается. Полиэтилен наименее стоек: за два-три года сильно разрушается, особенно на солнечном свету под действием ультрафиолетовых лучей. Для замедления старения полиэтилена применяют особые противостарители. Их используют для сохранения естественного цвета и светопрозрачности материала. Добавки сажи (2-3%) также за-
...
Термопласты, как правило, не взаимодействуют с водой и не изменяют механические свойства под действием влаги. Исключением являются полиамиды, способные поглотить от 3 до 10% Н20. Для них вода является своеобразным пластификатором, снижающим прочность и увеличивающим сопротивление удару (табл. 12.6). Водяной пар (выше 100 °С) разрушает полиамиды, поэтому изделия изготовляют из сухого материала, а затем они в течение нескольких суток поглощают влагу из атмосферы до насыщения. Насыщенное состояние достаточно устойчиво и мало изменяется даже при колебаниях влажности воздуха.
...
В своем большинстве термопласты нечувствительны к топливу и смазочным материалам и в контакте с ними прочность не снижают.
...
При выборе термопластов учитывается их горючесть. Как правило, термопласты самозатухают после удаления из пламени. При их горении выделяются различные вредные вещества-НС1 и др. Одним из самых огнеопасных полимеров является полистирол и, особенно, пористые пластмассы на его основе. В необходимых случаях горючесть пластмасс уменьшают специальными добавками.
...
Механические свойства термореак-тивиых пластмасс. Термореактивные пластмассы (реактопласты) получают на основе эпоксидных, полиэфирных, по-лиуретановых, фенолоформальдегидных и кремнийорганических полимеров. Пластмассы применяют в отвержден-ном виде; они имеют сетчатую структуру и поэтому при нагреве не плавятся, устойчивы против старения и не взаимодействуют с топливом и смазочными материалами. Термореактивные пластмассы нерастворимы, способны лишь набухать в отдельных растворителях,
...

Азотирование и карбонитрирование
Оcновы сварки судовых конструкций
Материаловедение
Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Материаловедение