Сверхпластичность для огнестойкости

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9

Пластичность — одно из основных свойств металлов, определяющих их применимость в качестве конструкционного материала. Разрушение металлов чаще всего происходит в результате локального сужения, называемого «шейкой», при деформации не более 50 %. Исключение составляют НК с ГПУ-решеткой, в которых пластическая деформация может достигать 500—600 %. Но, к сожалению, НК нельзя использовать в качестве конструкционного материала [25].

В 1945 г. академик А. А. Бочвар совместно с 3. А. Свидерской обнаружили, что в сплаве цинка с 22 % алюминия в определенной температурной области достигается большая пластическая деформация при очень малом напряжении. Это явление было ими названо сверхпластичностью. Следует отметить, что способность к большим пластическим деформациям у некоторых сплавов отмечалась и ранее. Так, В. Розенгейн в 1920 г. наблюдал большие деформации в сплаве Zn — Си — А1, С. Дженкинс в 1928 г., при растяжении образцов сплавов Cd—Sn и Pb—Sn получил удлинение около 400 %, С. Пирсон в 1934 г. для сплавов РЬ—Sn и Bi—Sn обнаружил способность к деформации до 2000 %. Однако систематические исследования сверхпластичности были начаты сравнительно недавно. Обнаружено значительное количество сплавов, проявляющих способность к сверхпластичности, изучены многие особенности этого явления, проводятся большие работы по его практическому использованию. Но при этом еще не достигнута полная ясность в понимании происходящих процессов.

Различают два вида сверхпластичности. Во-первых, это сверхпластичность, возникающая под влиянием внешних условий. Такая свехпластичность может наступить, например, во время деформации металлов, характеризующихся большой анизотропией коэффициента термического расширения при циклических изменениях температуры. Иногда сверхпластичность появляется в металлах после облучения нейтронами и т. д. [25].

Второй вид сверхпластичности — структурная — является свойством материала, обусловленным его особой структурой. Оказалось, что сверхпластичность проявляется в металлах и сплавах с мелким (1-10 мкм) равноосным зерном. Она сильно зависит от скорости деформации и наблюдается в определенной области малых скоростей. Температуры проявления сверхпластичности выше 0, 5 Т_пл. При сверхпластичности не образуются трещины, а перед разрушением не появляется «шейка». Сверхпластичность, несмотря на огромные (до 2000 %) пластические деформации, не сопровождается деформационным упрочнением и образованием текстуры. Напряжение течения при сверхпластичности пропорционально размеру зерна s ~ d в отличие от зависимости s ~ для обычного течения в поликристаллах. Такие большие деформации, достигаемые при сверхпластичности, связывают со скольжением по границам зерен или в объеме зерен. Предполагается, что и в том, и в другом случае скольжение создается движением винтовых дислокаций с порогами.

Перспективы технологического использования явления сверхпластичности велики. Это прежде всего упрощение и удешевление изготовления штамповкой тонкостенных деталей сложной формы.

В табл. 2.3 приведены технологические характеристики некоторых известных сверхпластичных сплавов.

Таблица 2.3. Характеристики сверхпластичных сплавов

Сплав	Температу-ра деформации. ° С	Размер зерна. мкм	Максимальная скорость деформации. % /с	Максимальная деформация є. %
BI – 43 % Sn			–
Cd – 26 % Zn		1 – 2	–
Pb – 38 % Sn			0, 1
Al – 33 % Cu	400 – 530	1 – 7	0, 06
Mg – 6 % Zn – 0, 6 % Zr	270 – 310	0, 5	0, 05
Mg – 33 % Al	350 – 400		0, 02
Zn – 22 % Al		0, 5
Углеродистые стали			0, 001
Малолегированные стали	800 – 900		0, 001
Сплавы Ni – Cr – Fe	810 – 980	1 – 3	0, 08
Ti – 6 %, Al – 4 % V	800 – 1000		0, 005
Cu – 10 %, Al – 4 % Fe			0, 007

Из таблицы видно, что сверхпластичные сплавы в зависимости от температуры деформации можно разделить на три группы: 1) легкоплавкие, проявляющие сверхпластичность при комнатной температуре; 2) сплавы с температурой сверхпластичности от 200 до 500 °С; 3) сплавы с температурой сверхпластичности свыше 500 °С [25].

Технологическим осложнением, связанным с обработкой сверхпластичных сплавов, кроме малых скоростей деформации, является необходимость поддержания постоянной температуры деформации. Однако их применение, несомненно, оправдано.

Высокая деформационная способность сверхпластичных материалов обеспечивает лучшую воспроизводимость форм сложных изделий, что позволяет исключить дорогостоящие операции последующей механической обработки. Важным преимуществом метода является снижение усилий деформирования, что облегчает условий работы оборудования, уменьшает износ штампов, позволяет изготавливать изделия больших размеров

Мы уже отмечали, что при сверхпластичности металл не наклепывается. Поэтому детали, изготовленные в условиях сверхпластической деформации, имеют более стабильные и изотропные свойства, не меняют своих размеров, более устойчивы в коррозионных средах [25].

Метод изготовления изделий с использованием явления сверхпластичнооти уже находит практическое применение. Например, внедренный в Англии сплав Zn — 22 % А1 (под названием «престал») использован для изготовления кузова спортивного автомобиля. Это позволило по сравнению с производством аналогичного кузова из стали снизить стоимость изготовления оснастки в 2, 5 раза, трудовые затраты на обработку и монтаж в 3—4 раза, хотя стоимость самого материала пока выше. Изготовление формовкой из этого сплава деталей пишущих машин позволило снизить их стоимость на 50 %. Известно изготовление этим методом авиационных и автомобильных панелей, заготовок вафельного типа для теплообменных аппаратов и даже турбинных дисков из жаропрочных сплавов на основе Ni и гильз двигателей.

Сверхпластичность привлекательна для проблемы повышения предела огнестойкости НМК тем, что открывает путь повышения пластичности конструкции или снижения ее хрупкости. Это позволяет даже при достижении критической температуры продолжать конструкции пластически деформироваться и за счет наклепа не разрушиться.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89