Стали и сплавы с особыми свойствами

Государственное образовательное учреждение

среднего  профессионального образования  ПК №39 

Реферат на тему:

«Стали и сплавы с особыми свойствами» 
 
 
 
 
 

                                                                                    Выполнил работу:

 Комозоров А.С

Группа ТМ-24

Приняла:

Преподаватель

__________________________* 

Содержание 
1.Сплав.

2.Виды  сплавов.

3.Свойства  сплавов.

4.Сталь.

5. Жаропрочные стали  и сплавы.

6. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.

7. Список использованной литературы

1. Сплав — макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов  с преобладанием металлических компонентов.

Сплавы состоят  из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных).

Сплавы являются одним из основных конструкционных  материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа  и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов 

2. По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые — прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых, но и порошки  химических соединений. Например, основными компонентами твердых сплавов являются карбиды или Титана. 

По способу получения  заготовки (изделия) различают литейные (например, чугуны, силумины), деформируемые (например, стали) и порошковые сплавы.

В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным — состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным). Твердый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (в том числе карбиды, нитриды, интерметаллиды …) и кристаллиты простых веществ. 

3.Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость. 

4.Сталь (от нем. Stahl) — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %, но не менее 0,022 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в  сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое  применение в машиностроении 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.

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. 

5. Жаропрочность — это сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительной нагрузке. При повышении температуры силы межатомных связей ослабевают, и металлы разрушаются при напряжениях более низких, чем при комнатной температуре. Разрушение происходит в результате ползучести. Жаропрочность характеризует сопротивление материала ползучести. Напомним, что ползучесть развивается при рабочей температуре, превышающей температуру рекристаллизации, и напряжении выше предела текучести. Таким образом, жаропрочность тем выше, чем выше температура рекристаллизации Тр, которая, в свою очередь, зависит от температуры плавления металла Тм. Таким образом, повышение жаропрочности достигается применением металлов с высокой температурой плавления (тугоплавких), а также сплавов — за счет увеличения коэффициента.Высокие значения а (0,6…0,8)  характерны для твердых растворов. При этом аустенитные стали, и сплавы обладают большей жаропрочностью, чем ферритные, так как температура рекристаллизации выше у сплавов с ГЦК, а не с ОЦК решеткой. Более высокой жаропрочностью обладают крупнозернистые структуры с меньшей протяженностью границ зерен, потому что именно на границах зерен скапливается большое количество дефектов, что делает их наиболее ослабленными участками в металле. Кроме того, по границам развивается процесс ползучести в результате перемещения одного зерна относительно другого. 

Для сплавов, предназначенных  для краткосрочной эксплуатации, оптимальной является структура, обеспечивающая наибольшую прочность. Это структура, состоящая из твердого раствора и упрочняющих дисперсных частиц второй фазы. Структура сплавов, предназначенных для длительной эксплуатации, должна быть однофазной. Жаропрочность характеризуется пределом длительной прочности — напряжением, вызывающим разрушение при определенной температуре за данный отрезок времени. 

В качестве жаропрочных материалов используют:

• стали  на основе Fea для работы при температурах до 600°С; аустенитные стали на основе FeY, легированные никелем (около 18%), для работы при температурах до 850°С;

• сплавы на основе никеля или железо-никелевые для работы при температурах до 950 °С.

Для работы при температурах около 600°С и длительности работы 10000….100000ч используют низкоуглеродистые стали, в небольших количествах (до 1%) легированные хромом, молибденом и ванадием (12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ), их используют для деталей котельного оборудования (паропроводы, крепеж и т.п.). Применяются также стали с содержанием углерода около 0,4%, легированные хромом и кремнием, — сильхромы (40Х9С2, 40Х10С2М). Их отличительной особенностью является высокое сопротивление окислению, что обеспечивается высоким содержанием хрома и кремния. Сильхромы используют для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания. 

6. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами имеют очень широкий диапазон использования. Наибольшее распространение получили сталь и сплавы:

· с заданным температурным коэффициентом линейного расширения;

· с высоким электросопротивлением (при повышенной жаростойкости);

· магнитные стали и сплавы. 
 

Стали и ставы  с заданным температурньм коэффициентом  линейного расширения (ГОСТ 10994-74) предназначены для впаивания изделий на их основе в стеклянные и керамические корпуса вакуумных приборов. Химический состав этих сплавов базируются на системе Fe+Ni + Co с небольшим количеством меди. Точный состав каждого сплава устанавливается для конкретного вида стекла или керамики, используемых в изделиях, из условия равенства их температурных коэффициентов линейного расширения. Например, сплав 29НК (29% Ni, 18% Со, остальное Fe) с a = (4,6...5,5)•10^-6°C^-1, называемый ковар, предназначен для вакуумных впаев в молибденовые стекла. Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом (например, в телевизионных кинескопах), применяют более дешевые ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ, имеющие a= 8,7•10^-6°C^-1.

Особое место  в сплавах с заданным температурным  коэффициентом линейного расширения занимают сплавы с малым коэффициентом, существенно не меняющимся в высокотемпературной  области. Эти сплавы предназначены  для изготовления деталей измерительных  приборов и технических средств. Промышленное значение имеет сплав инвар на базе железа и никеля (36%) с небольшим (0,05%) количеством углерода. Для этого сплава величина температурного коэффициента линейного расширения a = 1.. 1,5-10^-6 °С^-1, причем, изменение величины коэффициента при температурах 600...700°С происходит очень плавно за счет ферромагнитного эффекта. Эти сплавы используют для деталей, впаиваемых в неорганические диэлектрики - стекло, керамику, слюду и др.

Стали и сплавы с высоким  электросопротивлением (ГОСТ 10994-74) должны сочетать высокое сопротивление (1,06... 1,47 мкОм·м, что более чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистой стали) и иметь жаростойкость 1000...1350°С. К технологическим свойствам таких сплавов предъявляются требования высокой пластичности, обеспечивающей хорошую деформируемость на прутки, полосу, проволоку и ленты, в том числе малых сечений, а к потребительским - малая величина температурного коэффициента линейного расширения. Для этих сплавов используются системы Fe + Сг + А1, Fe + Ni + Сг и Ni + Сr. Их микроструктура представляет собой твердые растворы с высоким содержанием легирующего элемента. Чем больше в сплавах хрома и алюминия, тем выше их жаростойкость. Количество углерода в сплавах строго ограничивают (0,06...0,12%), так как появление карбидов снижает пластичность и сокращает срок эксплуатации изделий.

Наибольшее распространение  в технике получили сплавы ферритного класса: Х13Ю4 (фехраль), ОХ23Ю5 (хромель) и ОХ27Ю5А. Эти сплавы малопластичны, поэтому изделия из них, особенно крупные, следует выполнять при подогреве до 200...300°С. Сопротивление ползучести ферритных сплавов невелико, поэтому нагреватели при высоких (1150...1200°С) температурах нередко провисают под действием собственной массы.

Высоким электросопротивлением  обладают сплавы на основе никеля - Х20Н80 (нихромы). Нихромы с железом называют ферронихромами, например, сплав Х15Н60, содержащий 25% Fe. Ферронихромы обладают более высокими технологическими свойствами и дешевле, чем нихромы. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением предназначены для изготовления деталей и элементов нагревательных приборов, реостатов, а также резисторов, терморезисторов, тензодатчиков и др.

Магнитные стали и сплавы классифицируют на магнитно-твердые, магнитно-мягкие и парамагнитные.

Магнитно-твердые стали и сплавы (ГОСТ 17809-72) по своим потребительским свойствам характеризуются высокими коэрцитивной силой и остаточной индукцией и соответственно высокой магнитной энергией (BrHc)max.

По химическому  составу промышленные магнитно-твердые  стали и сплавы в порядке возрастания их коэрцитивной силы и магнитной энергии представляют собой:

• высокоуглеродистые  стали (1,2... 1,4% С);

• высокоуглеродистые (1%С) сплавы железа с хромом (до 2,8%), легированные кобальтом;

• высокоуглеродистые  сплавы железа, алюминия, никеля и кобальта, называемые алнико.

Легирующие элементы повышают, главным образом, коэрцитивную силу и магнитную энергию, а также  улучшают температурную и механическую стабильности постоянного магнита.

В углеродистых магнитно-твердых  сталях необходимые свойства (Я,. = 65 Э) обеспечиваются неравновесной мартенситной структурой с высокой плотностью дефектов. В сплавах железа с хромом (например, ЕХЗ) высокие потребительские свойства обеспечивают магнитная и кристаллографическая текстуры, получаемые в результате термообработки, включающей нормализацию и высокий отпуск или закалку и низкий отпуск. Наиболее высокие свойства (Нс = 500 Э), достигаемые в сплавах алнико, реализуются за счет выделения интерметаллида NiAl и наличия магнитной и кристаллографической текстур. Для сплавов алнико используют при термообработке нагрев до 1300°С с последующим охлаждением со скоростью 0,5...5 °С/с в магнитном поле.

Обозначают магнитно-твердые  стали индексом "Е", указывая далее  буквой с цифрой наличие хрома  и его содержание в целых процентах (например, ЕХ2, ЕХЗ).

Магнитно-твердые  стали и сплавы используются для  изготовления различного рода постоянных магнитов. В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНДК31ТЗБА и др.). Эти сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем. После литья проводят только шлифование.

Магнитно-мягкие стали  и сплавы отличаются легкой намагничиваемостью в относительно слабых магнитных полях. Их основными потребительскими свойствами являются высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, малые потери на вихревые токи и при перемагничивании. Эти свойства обеспечивает гомогенная (чистый металл или твердый раствор) структура, чистая от примесей. Магнитно-мягкие материалы должны быть полностью рекристаллизованы для устранения внутренних напряжений, так как даже слабый наклеп существенно снижает магнитную проницаемость и повышает коэрцитивную силу. Магнитная проницаемость возрастает при микроструктуре из более крупных зерен.

По   химическому   составу   промышленно   применяемые   магнитно-мягкие (электротехнические) стали и сплавы делятся на:

• низкоуглеродистые (0,05...0,005%С) с содержанием кремния 0,8...4,8%;

• сплавы железа с никелем.

В низкоуглеродистых  сталях кремний, образуя с a-железом твердый раствор, увеличивает электрическое сопротивление и, следовательно, уменьшает потери на вихревые токи; кроме того. кремний повышает магнитную проницаемость, немного снижает коэрцитивную силу и потери на гистерезис вследствие вызываемого им роста зерна, графитизирующего действия и лучшего раскисления сталей. Однако кремний понижает индукцию в сильных магнитных полях и повышает хрупкость, особенно при его содержании 3...4%.

Железоникелевые сплавы с содержанием никеля 36...83%, называемые пермаллои, обладают наиболее высокими потребительскими свойствами. Для улучшения тех или иных характеристик в их состав вводят хром, молибден, медь и др. Величина их магнитной проницаемости превосходит аналогичные показатели для низкоуглеродистых сталей в 15-10³ раз. Пермаллои - легко деформируемые сплавы. Однако деформация значительно ухудшает их первоначальные магнитные характеристики. Для восстановления свойств проводят термообработку по строго разработанному режиму: скорость нагрева (до 900...1000°С), выдержка и скорость охлаждения. Применяют их в аппаратуре, работающей в слабых частотных полях (телефон, радио).

Для электротехнических сталей (ГОСТ 21427-75) принята маркировка, основаная на кодировании. В обозначении  марки используют четыре цифры, причем, их значения соответствуют кодам, содержащим следующую информацию:

• первый - структура материала (по наличию и степени текстуры) и вид прокатки (горячая или холодная деформация);

• второй - химический состав по содержанию кремния;

• третий - величины потерь тепловых и на гистерезис;

• четвертый - значение нормируемого потребительского свойства.

Электротехнические  стали изготавливают в виде рулонов, листов и резаной ленты. Они предназначены  для изготовления магнитопроводов  постоянного и переменного тока, якорей и полюсов электротехнических машин, роторов, статоров, магнитных цепей трансформаторов и др. Парамагнитными сталями являются аустенитные стали 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 55Г9Н9ХЗ, 40Г14Н9Ф2 и др. Их химический состав базируется на системе Fe + Cr + Ni -r Ti. Основными потребительскими свойствами являются немагнитность и высокая прочность. Необходимая прочность достигается при деформационном и дисперсионном упрочнении изделий. К недостаткам этих сталей и сплавов следует отнести низкий предел текучести (150...350 МПа), что ограничивает область применения только малонагруженньгми конструкциями.

Парамагнитные стали  и сплавы применяют для изготовления немагнитных деталей конструкций  в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники. Повышение износостойкости деталей, работающих в узлах трения достигается азотированием (стали 40Г14Н9Ф2 и др.)

7. Список использованной литературы.

Учебник А.М.Адаскин, В.М.Зуев

Ссылка http://www.emipipe.ru/met/met18.html