Сверхтвердые мат3ериалы (алмазы и др.).

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 14Следующая ⇒

В промышленности применяют инструменты из таких твердых веществ, как алмаз, нитрид бора, окись алюминия и нитрид кремния, в монокристаллической форме или в виде порошков и спеков порошков, в качестве лезвийного инструмента, шлифовальных кругов, суспензий и паст и др. Алмазы применяются в монокристальной форме для изготовления фильер волочения тонкой проволоки и резцов, пил скоростной обработки цветных металлов, пластмасс, минералов и полупроводников. В виде порошков алмазы используются как абразивный наполнитель в спеченных порошковых материалах с металлической матрицей из бронзы, латуни, мельхиора для изготовления сверхтонких отрезных кругов. Режущий инструмент на основе нитрида бора кубической модификации обычно получают из поликристаллических спеков (эльбор - Р) в виде пластин разнообразного профиля. Эльбор - Р в ряде случаев успешно заменяет твердый сплав и минералокерамику, особенно при точении чугуна и стали. Из вюрцитной модификации нитрида бора получают сверхтвердый материал гексанит - Р.

Гексанит - Р является самым износостойким материалом, хотя уступает эльбору при непрерывном точении особо твердых закаленных сталей. Типичным представителем инструментальной минералокерамики является материал на основе оксида алюминия.

Повышение режущих свойств минералокерамики достигается введением в состав других тугоплавких и твердых соединений. Широко применяют марки ВОК - 3 или В - 3. В состав последней входит карбид титана. Материал имеет твердость Нм = 30 - 33 Гпа, бсж = 1 - 1, 8 Гпа, би = 0, 3 - 0, 5 Гпа, термостоек до 1500 С. Минеролокерамика всех видов имеет повышенную хрупкость и поэтому находит применение в условиях непрерывного чистового или получитового точения отбеленных чугунов. Для обработки термически необработанных чугуна и стали в условиях непрерывного точения применяют силинит - Р – минералокерамику на основе нитрида кремния ( до 97 %). Он имет ту же твердость, но вдвое большую прочность при сжатии и растяжении чем В - 3. Минералокерамика изготавливается порошковой металлургией. В качестве металла - связки используют железо, кобальт и тугоплавкие металлы.

Лекция № 19

Цветные металлы и сплавы. Сплавы алюминиевые деформированные и литейные. Закалка и старение. Модулированные структуры.

Цветные металлы и сплавы.

Цветные металлы и сплавы разделяют на группы: легкие металлы и сплавы (с плотностью 3.0 г/см^3 Al, Mg, Be); медные сплавы и специальные цветные сплавы - мельхиор, незильбер, драгоценные сплавы и т.п.. В настоящее время к сплавам первой группы относят сплавы титана. Производство цветных металлов непрерывно увеличивается. К важнейшим для машиностроения цветным металлам относят алюминий, медь, никель, хром, свинец и олово. Табл.

тройная система. 1 - сплавы не упрочняемые термической обработкой, 2 - сплавы упрочняемые термической обработкой.

Сплавы алюминиевые разделяют на деформированные (применяемые в кованном, прессованном и катанном виде) и литейные. Границу между двумя группами определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре. Рис. 69. Наличие эвтектической структуры резко уменьшает пластичность, способность прессовываться, коваться и при некотором содержании эвтектики (обычно небольшом) такая обработка становится не осуществимой. Однако сплавы эвтектического состава (до 15... 20 % по объему) имеют высокую жидкотекучесть и в литейном производстве имеют наибольшее применение.

Деформируемые сплавы подразделяются на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Теоретически границей между этими сплавами должен быть предел насыщения твердого раствора при комнатной температуре, но практически сплавы, содержащие легирующие элементы в количестве немного больше этого предела, не упрочняются при термической из - за малого количества упрочняющей фазы.

Деформируемые сплавы отличаются высокой пластичностью и применяются для изделий изготавливаемых глубокой штамповкой. К ним относят сплавы АМц (Al - Mn) и АМг (Al - Mg). Марганец повышает коррозионную стойкость алюминиевых сплавов, а магний, кроме того, снижает плотность алюминиевых сплавов и увеличивает прочность без изменения пластичности. К наиболее распространенным сплавам, применяемым в деформированном виде и упрочняемым ТО, принадлежит дюралюминий. (Д1... Д16). Система Al - Cu - Mg. Если дюралюминий применяют в кованном состоянии то его обозначают АК1...4. Высокопрочным дюралюминием являются четверные сплавы Al - Mg - Cu - Zn. Обозначаются В95. Для фасонного литья применяют силумины - сплавы алюминия с большим содержанием кремния (12 - 13 % Si - заэвтектический сплав). Силумины упрочняются ТО. Обозначаются АЛ1... АЛ8. Есть детали, изготавливаемые отливкой или штамповкой из алюминиевых сплавов, которые работают при температурах порядка 200 - 350 С, например, поршень, цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Применяемые для этих целей алюминиевые сплавы легируют Cu, Mn, Ni, Fe, Ti.

Жаропрочность литейного алюминиевого сплава обусловлена образованием при кристаллизации жесткого каркаса из соединений Mg2Si и AlxCux(Fe, Ni)z. Свойства алюминиевых сплавов показаны в таблице.

Закалка и старение.

Наибольший интерес как для теории так и для практики ТО представляет тепловая обработка алюминиевых сплавов. Обычная ТО алюминиевых сплавов закалка и старение. Алюминий не имеет полиморфных превращений. Закалка необходима для перевода избыточной фазы в твердый раствор. Рис. 69 а. Гомогенный твердый раствор, полученный закалкой, распадается уже при комнатной температуре. Если закаленный сплав подвергнуть нагреву при температурах даже значительно меньших закалочных, то процесс распада резко ускорится. Операция тепловой обработки, проводимая после закалки на пересыщенный твердый раствор алюминиевого сплава называется старением. Рентгеноструктурное исследование процесса старения показало, что при старении, когда сплав достигает максимальной прочности, избыточная фаза отсутствует. В начальный период старения в пересыщенном твердом растворе атомы второго компонента (атомы меди), расположенные в свежезакаленном сплаве в случайных местах, собираются в определенных местах кристаллической решетки. В результате внутри кристалла образуются зоны повышенной концентрации растворенного компонента, так называемые зоны Гинье - Престона.

По имени французского (Гинье) и английского (Престон) ученых, одновременно (1938 г) обнаруживших процессы при старении дюралюминия.

Атомы меди на этой стадии старения из раствора не выделились, поэтому среднее значение параметра решетки не изменилось. Однако в местах повышенной концентрации второго компонента параметр должен быть иной, чем в обедненных местах, это создает большие напряжения в кристалле и дробит блоки мозаики, что и приводит к повышенной твердости.

Зоны Г.П. представляют собой тонкие пластинчатые, дискообразные образования толщиной в несколько атомных слоев и протяженностью в несколько десятков атомных слоев. Содержание меди в них повышенное, но не отвечает формуле CuAl2. Зоны Г.П. при нагреве и выдержке увеличиваются в размере. Этот процесс называют зонным старением. После образования крупных зон Г.П., например, после выдержки при температуре 100 С, происходит их превращение в θ ’ фазу, имеющию отличие кристаллической решетки как от твердого раствора, так и стабильной фазы CuAl2, и когерентно связанную с исходным твердым раствором. Этот процесс называют фазовым старением. Дальнейший нагрев преобразует θ ’- фазу в стабильну θ - фазу (CuAl2) и происходит ее коагуляция. Укрупнение CuAl2 приводит к потере оптимального комплекса физико - механических свойств. Перечисленные процессы происходят в течение длительного времени и при комнатной температуре, исключение составляет процесс укрупнения CuAl2 - кристаллов, для чего требуется нагрев 200 - 350 С.

Лекция № 20

Латуни. Бронзы оловянные, алюминиевые и др. Модулированные структуры.

Магний и магниевые сплавы. Титан и его сплавы. Бериллий.

Антифрикционные материалы. Строение, свойства и применение.

Латуни.

Практическое применение имеют медные сплавы с содержанием цинка до 45%, которые называются ЛАТУНЯМИ. ГОСТ 17711 - 80. Диаграмма состояния медь - цинк составлена из пяти простых перетектических диаграмм. При комнатной температуре практически применяемые латуни либо состоят из одних α - кристаллов, либо являются смесью α - и β - кристаллов. Механические свойства сплавов Cu - Zn в зависимости от содержания цинка приведены на рис. 70.

Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Максимальной пластичностью обладает сплав с 30 % Zn. Переход через границу однофазной области (39% Zn) резко снижает пластичность; β - латунь обладает максимальной прочностью (бв = 400 Мпа) при относительно низкой для латуней пластичности (δ =7%); γ - латунь является весьма хрупкой. Литейные свойства латуней характеризуются малой склонностью к ликвации, хорошей жидкотекучестью, большей усадкой. α - латуни легко поддаются пластической деформации, поэтому из них изготавливают различный прокат Л62, Л68. Латуни маркируют буквой Л, цифры обозначают среднее содержание меди в сплаве. α + β - латуни имеют высокую обрабатываемость резанием, наиболее распространена марка Л59. Для улучшения обрабатываемости резанием в латунь вводят свинец. Латунь марки ЛС59 содержит около 40% Zn и 1...2 % Pb, она называется автоматной. Олово в латунях добавляют для придания сплаву сопротивления коррозии в морской воде - морская латунь, алюминий и никель для повышения механических свойств.

Механическая прочность не высока. Для α - латуней бв = 300 МПа, δ = 40 %. α + β – латуни имеют более высокую прочность, но меньшую пластичность бв = 350 МПа, δ = 20 %.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 9 101112 13 14 Следующая ⇒