Category: Суперсплавы

Кроме того, из-за разного коэффи­циента термического расширения гра­фита и металлической основы (си. табл. 8) при охлаждении отливок в чугуне возникают структурные на­пряжения II рода, которые, постепенно возрастая, достигают предела упру­гости материала в местах коицентра_- щш напряжений (при пластинчатой

ЛАпме графита). Поэтому дополни­тельная внешняя нагрузка любой ве­тчины вызывает необратимые пласти­ческие деформации в материале, и чугун с пластинчатым графитом в ли­том состоянии, по существу, не имеет предела упругости [5]. Однако он может приобрести это свойство в ре­зультате «тренировки» различными на­грузками, приводящими к упрочнению металлической основы в местах кон­центрации напряжений. Этой же цели могут служить различные варианты термомеханической или термоцикли – ческон обработки [21, 22], что осо­бенно важно для высокоточных дета­лей прецизионных станков и других подобных машин.

Упрочнение металлической основы в местах концентрации напряжений происходит при естественном старе­нии отливок из чугуна с пластинчатым графитом (вылеживании) даже при отсутствии напряжений I рода, из-за протекания релаксацисжных процессов высоких напряжений Il рода. В ре­зультате возрастает сопротивляемость образованию пластических деформаций при вагружении небольшими нагруз­ками. Указанный процесс интенсифи­цируется при вылеживании отливок на воздухе, когда добавляется термо – Циклнческое воздействие изменений по­годных условий.

Модуль упругости чугуна E из-за графитовых включений ниже, чем у его металлической основы, так как образуются дополнительные обратимые деформации полостей, занятых графи­том, особенно заметные при больших нагрузках. Поэтому значение E умень­шается с увеличением нагрузки.

Все отмеченные явления становятся менее заметными при увеличении дис­персности пластинчатого графита до 100—200 мкм и особенно при его компактных формах (вермикулярный, шаровидный графит). Поэтому ковкий и высокопрочный чугуны при одина­ковой структуре металлической ос­новы имеют более высокую прочность, модуль упругости, пластичность; у них появляется предел упругости.

Наличие графитовых включений де­лает чугун, особенно с пластинчатым графитом, практически не чувстви­тельным к надрезам, что позволяет конкурировать ему с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости. Включения графита обеспечивают высокую изно­состойкость чугуна в условиях трения скольжения со смазкой и т. д.

Серый чугун с пластинчатым гра­фитом. В табл. 16 приведены механи­ческие свойства и рекомендуемый хи­мический состав серого чугуна по ГОСТ 1412—85, а в табл. 17 — иекото-

16. Механические свойства н рекомендуемый состав серого чугуна (ГОСТ 1412—85)

Мае. доля элементов,

Чугуя

Si

Mn

Твердость HB-IO-1, МПа

Не более

143—229 163—229 170—241 170—241 170—241 170—241

180— 250

Счю

СЧ15 СЧ18 СЧ20 СЧ21 СЧ24 СЧ25 СЧЗО СЧ35

98 147 176 196 206 235 245 294 343

3,5-3,7 3,5—3,7 3,4—3,6 3,3—3,5 3,3—3,5 3,2—3,4 3,2—3,4 3,0—3,2 2,9—3,0

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,12 0,12

2,2- 2,0- 1,9- 1,4- 1,4- 1,4- 1,4- 1,0- 1,0-

-2,6 -2,4 -2,3 -2,2 -2,2 -2,2 -2,2 -1,3 -1,1

0,5—0,8 0,5—0,8 0,5—0,7

0,3

0,2

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

0,7- 0,7- 0,7- 0,7- 0,7- 0,7-

,0 -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 ¦1,1

181— 255 197—269

Для^ Рнмечание. Чугуиы марок СЧ25 и выше обычно модифицируют FeSi, них содержание Si в таблице дано после введения модификатора.

Механические свойства я прокали­ваемость углеродистых инструменталь­ных сталей после закалки и отпуска приведены в табл. 5.

Сортамент углеродистых инстру­ментальных сталей по ГОСТ 1133—71 (кованая круглая и квадратная); ГОСТ 2879—88 (горячекатаная шести­гранная); ГОСТ 4405—74 и ГОСТ 103—76 (полосы кованые и горяче­катаные); ГОСТ 7417—75, ГОСТ 8559—75 и ГОСТ 8560—78 (калибро­ванная), ГОСТ 14955—77 (со специаль­ной отделкой).

Назначение углеродистых инстру­ментальных сталей приведено в табл. 6.

Легированные стали для режущего и измерительного инструмента. По характеру легирования, свойствам и областям применения стали можно разделить на две группы: 1) неболь­шой прокаливаемостл (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, НХФ, 13Х, ХВ4, ХВ5); 2) по­вышенной прокаливаемое™ (9Х, X, 9ХС, ХГС, 12X1, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ).

Химический состав легированных ин­струментальных сталей приведен в ГОСТ 5950—73.

Стали, входящие в первую группу, по устойчивости переохлажденного ау­стенита незначительно превосходят уг­леродистые стали У7—У13, но благо­даря легированию хромом (0,2—0,7 %), ванадием (0,15—0,3%) и вольфрамом (до 4 %) имеют повышенные устойчи­вость против перегрева, износостой" кость и теплостойкость.

Так же как и углеродистые стали У7—У)3, они после термической об­работки содержат мало остаточного аустенита, что обеспечивает им высо­кий предел текучести. Большинство из этих сталей с успехом используют при изготовлении инструментов,_под­вергаемых поверхностной (местной) за­калке. Некоторые из сталей небольшой прокалнваемости имеют специализи­рованное применение: сталь 13Х пред­назначена главным образом для брит­венных ножей, лезвий, хирургического н гравировального инструмента; сталь ХВ4 рекомендуется для резцов и фрез, используемых для обработки резанием с небольшими скоростями материалов высокой твердости; сталь В2Ф ис­пользуется для изготовления ленточ­ных пил и ножовочных полотен для резки конструкционных сталей сред­ней твердости.

В системе Ni—Cu наибольшее рас­пространение получили сплавы типа йоиель, содержащие примерно 30 % Cu и 3—4 % (Fe + Mn), иногда с до­бавками Al и Si.

Сплавы типа монель применяют для зппаратуры, работающей в растворах Чеокислительных кислот, фосфорной, серной и соляной, растворах солей, °Рганических кислот; для теплообмен – аппаратуры, работающей в кои – taKTe с морской водой.

Тугоплавкие металлы • качестве коррозионно-стойких ма – еРвалов имеют ограниченное приме­нив, за исключением тантала. Тан – ял стоек в большинстве минеральных органических кислот (например, 4t0PocTb его коррозии в 85—98 % – иой

Серной кислоте при температуре 210 0C ие превышает 0,05 мм/год), устойчив в фосфорной и азотной кислотах при всех концентрациях до 190 °С, в соле­ной до 30%-ной концентрации при температуре до 190 0C. Тантал приме­няется для изготовления химической аппаратуры.

Благородные металлы Ag, Au, Pt, PJ обладают высокой кор­розионной стойкостью, которая свя­зана с их термодинамической стабиль­ностью, а не переходом в пассивное состояние. Высокая стоимость огра­ничивает их применение в качестве коррозионно-стойких материалов. Наи­более часто эти металлы или сплавы на их основе используют для изготов­ления химической посуды (лаборатор­ной), неокисляющихся электрокон­тактов,-фильтров и фильтров для про­изводства искусственного волокна, в ювелирном деле и др.

Неметаллические материалы. К не­металлическим материалам относятся полимерные и минераль­ные материалы, а также резины и эбонит ы.

Полиэтилен принадлежит к числу химически стойких материалов; он стоек в соляной, фтористоводородной и фосфорной кислотах, в разбавлен­ных азотной и серной кислотах в ши­роком диапазоне концентраций и тем­ператур (табл. 6).

Полиэтилен устойчив в щелочах, растворах солей, воде, сложных эфи – рах, кислотах.

Полиэтилен является коррозионно – стойким конструкционным материалом в химической промышленности, строи­тельстве, используется в виде листов, плит, пленки.

Полистирол, получаемый полимери­зацией стирола, от полиэтилена отли­чается тем,, что атом водорода в нем замещен фенольной группой. Поли­стирол устойчив к воздействию мине­ральных кислот (кроме окислитель­ных), щелочей, минеральных солей. Для полистирола характерно низкое водопоглощение.

Выпускается блочный и суспензион­ный полистирол для изготовления из­делий методом прессования, литья под давлением, экструзией.

6. Химическая стойкость полимерных материалов [74]

5. Влияние контролируемой прокатки на свойства стали 09Г2ФБ [15]

Рис. 1. Зависимость механических свойств малоперлнтиой стали от температуры, нагрева и температуры конца деформации при контролируемой прокатке:

Температура конца прокатка

А) б) в) г)

А — сталь с 0,8 % С и 1,4 % Mn; б — то же с 0,6 % V; в — то же с 0,04 % Nb; а — та же сталь с 0,04 % Nb и 0,08 % V [16]; сплошные линии — температура нагрева под про­катку 1200 0C; штриховые линии — 1050 "С

Некоторые чистые металлы, кера­мики и керметы. Сравнение зависи­мостей радиационного распухания от отношения температуры испытания к температуре плавления для некоторых чистых металлов приведено на рис. 18. Ниобий, молибден, цирконий, тантал, имеющие ОЦК-решетку, обладают по­вышенной стойкостью против радиа­ционного распухания. Напротив, ни­кель (ГЦК-решетка) оказывается более склонным к радиационному распуха­нию.

Керамики и керметы (Al2O3, MgO, ZrO2, Al-Al2O3; B4C — коррозионно – стойкая сталь) более стабильны, чем металлы и сплавы. Радиационное рас­пухание и радиационная ползучесть у них проявляются слабее.

Графит обладает способностью эф­фективно замедлять нейтроны, отлич­ными теплофизическими свойствами, хорошей механической прочностью при высоких температурах, относительно легкой обрабатываемостью. Используе­мый в реакторных установках графит получают искусственно в процессе графитизации нефтяного кокса. При­родный графит обладает большим ко­личеством примесей и не может быть использован как замедлитель нейтро – нов. Графит используется для созда­ния газоплотиых конструкций, покры­тий. Газоплотный графит получают методом пропитки под высоким давле­нием углеродсодержащей жидкостью Искусственно полученного графита и последующей графитизации. Газоплот – ным оказывается и пиролитический Углерод, получаемый в виде отложе­ний на нагретой поверхности углево­дородного газа (метана, бензола). Все Искусственные сорта графита обладают высокой анизотропией свойств, свя­занной с выстраиванием частиц кокса при изготовлении брикетов, графити­зации отложений из газовой фазы.

Нейтронное облучение повышает прочность на сжатие, твердость и модуль упругости графита. В то же время нейтронное облучение умень­шает теплопроводность прн высоких температурах, приводит к нестабиль­ности размеров, уменьшает пластич­ность, вызывает накопление энергии в графите. Последние качества важны для выбора конструктивных решений.

Наиболее сильно влияние флюеиса при невысоких температурах (до 200 0Q. При флюенсе нейтронов более IO24 нейтр./м2 теплопроводность графи­товых образцов снижается в 40— 50 раз (рис. 19 и 20). Уменьшение теплр – проводности (электропроводности), рост термического сопротивления свя­заны с возникновением дефектов кри­сталлической структуры, индуцируе­мых нейтронным потоком.

AV/V, %

Рис. 18. Зависимость распухания чистых металлов от температуры обл^еиия. Флю­енс иейтроиов 3- IO25 нейтр./м* (? > > 0,1 МэВ) [501

Рис. 19. Зависимость относительной теп­лопроводности }.„/}. графита (X0 — исход­ная теплопроводность) от температуры облучения и флюеисв тепловых нейтро­нов [50]

W 30

Го

JO

О

Л0/Л.

ИДт/г

Л/Л0

FIO’lJiteamp/нг

Рнс. 20. Зависимость относительного тер» мического сопротивления )./?.0 графита от флюеиса тепловых нейтронов н темпе­ратуры [50]

Рис. 23. Зависимость изменения полной накопленной энергии в графите от флюеиса тепловых нейтронов:

О ю го зо FIO’^неитр./мг

0,7 0,6 0,7

1,20

1,3

1,47

1,51

1,78

1,72

1,36

1,54

0,2

0,23 0,26 0,23 0,22

0,11

0„14 0,16

40

40 50 50 60 60 50

50

0,11

0,17 0,11 0,15 0,11 0,15 0,10

0,23

0,3

0,3 0,3

100

Алюминиевый сплав 6061 (бор)

То же

Алюминиевый сплав 7075 (бор) То же

140

40

40 50 50 60 60

1,28 1,39

0,16

0,23 0,15 0,30 0,19 0,32

0,4

0,5 0,4 0,6 0,3 0,4

0,11

0,12 0,11 0,14 0,16 0,16

Б А Б А Б

1,79 1,75

Алюминиевый сплав 6061 {бор) То же

200

А Б

50 50

0,23 0,23

0,8 0,8

1,54 1,63

0,13 0,25

0,14 0,14

0,7 0,2

Алюминиевый сплав 6061 (бор) То же

106

30

0,19

1,06

0,6

Титановый сплав Ti + 6А1 + 4V (борсик)

Продолжение табл. I3j

А — материал не подвергался термической обработке. *2 Б — материал подвергался термической обработке.

132. Свойства композиционных материалов с матрицей из сплава Ti + 6А1 + 4V, армированной бериллиевой проволокой |8], при растяжении при комнатной температуре