Войти  |  Регистрация
Авторизация

Применение микрокристаллических сплавов



При помощи быстрой закалки удается значительно превысить традиционные пределы легирования, в том числе тугоплавкими металлами, сплавав на основе Fe, Al, Ti, Ni, Co, Cu и других широко технически используемых материалов, а также достигать недостижимые в обычных условиях композиции сплавов. Кроме того, быстрая закалка обеспечивает существенное повышение однородности структуры и химического состава сплавов, что часто приводит к повышению Tm по сравнению Tm сплавов того же состава, но полученных традиционными методами. Эти эффекты дают возможность получать новые типы металлических материалов: 1) жаропрочные сплавы, сохраняющие свои физические характеристики до более высоких температур (по сравнению с существующими в настоящее время аналогичными материалами), для радиальных вафельных турбинных лопаток и т. д.; 2) подшипниковые сплавы с улучшенным коррозионным сопротивлением и повышенной стойкостью против истирания (Fe—14Сr—4Мо—1C, Fe—19Сr—20Мо—1C и др.), а также втулки из несплавляющихся в обычных условиях металлов (Al и Pb); 3) бесхромистые нержавеющие высокопрочные сплавы и стали (на основе Fe—Al и др.); введение алюминия повышает стойкость к окислению, но одновременно охрупчивает сплавы, однако, быстрая закалка позволяет получать достаточно пластичные материалы из этих сплавов; 4) высокопрочные алюминиевые сплавы, отличающиеся повышенной жаропрочностью по сравнению с традиционными алюминиевыми материалами; 5) никелевые сплавы с повышенной жаропрочностью (Ni—7А1—14Мо—6W—0,04C, Ni—Al—Mo, Ni—Al—Cr, и др. Особенно высокой прочностью обладают быстрозакаленные сплавы Ni, легированные Al и В. Например, прочность быстрозакаленных сплавов Ni—7AI—14Мо—6W—0,04С сохраняется при температурах на 55°C выше традиционно используемых в настоящее время. Высокопрочные быстрозакаленные суперсплавы на никелевой основе с успехом заменяют традиционные никелевые суперсплавы в газовых турбинах. Следует отметить, что исследования по выявлению перспектив использования быстрозакаленных жаропрочных никелевых сплавов еще только начинаются.
Использование быстрозакаленных микрокристаллических и аморфных сплавов в порошковой металлургии способствует повышению механических свойств и снижению стоимости изделий из материалов на традиционных основах. Быстрая закалка снижает потребление дефицитных материалов. Элементы, способствующие аморфизации сплавов (В, Si, Р, С и др.), недефицитны и дешевы. Динамическое компактирование обеспечивает изготовление из быстрозакаленных порошков быстрорежущей стали и жаропрочных сплавов металлорежущего инструмента, турбинных лопаток и дисков турбогенераторов или статоров новых типов трансмиссий.
Особенно бурное развитие в последнее время получило использование сверхбыстрой закалки для изготовления порошков легких сплавов. Быстрая закалка обеспечивает значительное повышение прочности алюминиевых сплавов при нормальных и повышенных температурах за счет метастабильного пересыщения нерастворимыми в равновесных условиях легирующими элементами, в частности, тугоплавкими металлами. Быстрозакаленные сплавы алюминия при 300—500°С прочнее обычных алюминиевых сплавов такого же состава и поэтому перспективны в умеренно нагреваемых деталях газовых турбин. Использование быстрозакаленных порошков Al—1Li в авиастроении дает поразительное уменьшение веса конструкций. Сплав Al—Cr—Zr (σв=580 МПа, σ0,2=530 МПа, δ = 6%) используется в аэрокосмической технике при температурах до 350—400°С. Легирование тугоплавкими металлами повышает устойчивость алюминиевых сплавов до 500°С, а прочность — до 750 МПа, Многие композиции алюминиевых сплавов были специально разработаны для изготовления быстрой закалкой.
Ожидается быстрый прогресс в развитии использования быстрозакаленных сплавов Ti, который среди металлов является хорошим растворителем. Высокое упрочнение наблюдается; например, при дисперсионном твердении быстрозакаленных сплавов Ti, содержащих В, С и РЗМ, за счет выделения дисперсных частиц карбидов, боридов и т. д.
Легкие быстрозакаленные сплавы Al (Al—SFe—4Сг, Al—8Fe—2Мо и др.) с σв = 200—252 МПа устойчивы до 120—340°С и способны в самолетостроении и космической технике конкурировать с широко известным сплавом Ti—6Аl—4V. В качестве материалов с высокими удельной прочностью и модулем упругости перспективны состаренные после быстрой закалки сплавы Al с Be, Mn и особенно Li. Замена Ti быстрозакаленными алюминиевыми сплавами позволяет снизить массу деталей на 10—30%. При этом в - 10 раз снижается стоимость изделия (например лопаток компрессора авиационного двигателя).
В то же время быстрая закалка значительно повышает резерв прочности и увеличивает срок службы титановых сплавов, например известного сплава Ti—6А1—4V.
Использование быстрой закалки из жидкого состояния увеличивает работоспособность бронз.
Инструментальные стали и сплавы для изготовления режущего инструмента, измерительных приспособлений, штампов холодного и горячего деформирования должны обладать высокой стойкостью против истирания, прочностью и твердостью, что обеспечивается на традиционных материалах избыточным количеством карбидов. Однако большое количество карбидов ухудшает обрабатываемость давлением и резанием, создает карбидную неоднородность, увеличивает хрупкость за счет скопления карбидов, карбидной сетки или полосчатости, вызывает преждевременное выкрашивание рабочих кромок. Быстрозакаленные сплавы с их экстремально высокой твердостью, однородной структурой являются идеальными материалами для рабочих кромок режущего и измерительного инструмента.
По стойкости против истирания (на шлифовальных бумагах из SiC зернистостью 200 меш) аморфные и особенно микрокристаллические сплавы (Fе78Мо2В20, Fe40Ni40P14B6, Fe40Ni38Mo4B18 и др.) превосходят высоколегированные твердые стали (рис. 89).
Применение микрокристаллических сплавов

В настоящее время создан новый класс быстрозакаленных аморфных сплавов, у которых быстрая кристаллизация на микрокристаллическую структуру обеспечивает сохранение высоких значений прочности и твердости. В отличие от традиционных аморфных сплавов с 20% (ат.) неметалла в этих сплавах содержание неметалла ограничено [5—13% ат.)]. Доминирующую роль среди неметаллов играет В (80% от суммы неметаллов). Эти сплавы [(Fe, Ni, Со)u (Fe, Ni, Со)vСrwМxВy(Р, С, Si)z, M—Mo, V, Nb, Ti, W, Al, Sn, Ge, Be, Zr, Mn, Cu; u = 30—85, v = 0—30, w = 0—45, x = 0—30, y = 5—13, z = 0—7,5% (ат,), причем y+z = 13%] после термообработки при высоких температурах (≥Tкрист) приобретают микрокристаллическую структуру с высокой прочностью (≥1200 МПа), достаточной пластичностью и чрезвычайно высокой термической стабильностью при температурах до 700°С. Дисперсное распределение частиц [20—30% (объемы.)] по объему матрицы после термообработки вызывает повышение твердости до 10 ГПа. Они могут использоваться для изготовления штампов для экструзии различных сплавов, режущего инструмента и абразивностойких материалов. Штамп из быстрозакаленного сплава Ni—36.1 Mo—9Fе—17B (Devitrium 7025) с 1855 МПа, σт=1435 МПа, HRC=48. при 650°С используется для горячей экструзии медных сплавов, а сплав Devitrium 3065 (Ni—Mo—В) —для изготовления режущего инструмента для высокоскоростной обработки материалов.
Ряд быстрозакаленных микрокристаллических сплавов на основе Cu и Ni (Cu—Sn, Cu—Al, Cu—Zn, Cu—Zn—Al, Ni—Ti и др.), претерпевающих мартенситные превращения, может использоваться в качестве элементов конструкций и приборов с эффектом памяти.
Техника термообработки концентрированными потоками энергии кромок режущего инструмента, распределительных колец и роторов ткацкопрядильных машин, ударных лопастей турбин, кулачковых валов и рычагов транспортных моторов, высоконагруженных шариковых и роликовых подшипников, тракторных шестерен и других конструкционных деталей из стали, серого чугуна, сплавов алюминия, меди и других металлов (высокочастотная импульсная закалка — до 27 МГц, 300—500 Вт/мм2, 1—10 мс; электронный луч в вакууме — 1 Па, плазменный или лазерный луч в газовой атмосфере — до 10в7 Вг/мм2, электроразряд — 2000 А — или высокоскоростное, 40—100 м/с, динамическое трение под высоким давлением) позволяет мгновенно оплавить и мгновенно охладить отводом тепла вовнутрь металла поверхностные тонкие слои малого объема на ограниченных участках площади обрабатываемых изделий и, как следствие, улучшить микроструктуру (вплоть до получения однородного аморфного состояния) и физико-химические свойства (твердость, прочность, износоустойчивость, сопротивление коррозии) и значительно удлинить срок службы. Глубина прокаливания пропорциональна длительности и мощности энергетического импульса. В отличие от обычной закалки вследствие кратковременности нагрева и охлаждения такая обработка не сопровождается отжиговыми последствиями (например, выделением ε-карбидов в хромоникелевых сталях), В обработанных слоях стали образуется более мелкоигольчатый мартенсит или аморфная фаза, которые по твердости превосходят мелкозернистую структуру обычной закалки на 10—15%). При внедрении программирования и автоматизации этих процессов они могут дать значительное снижение экономических затрат в промышленности.
Быстрозакаленные сплавы перспективно использовать для изготовления деталей и устройств, предназначенных для работы в условиях радиоактивных излучений.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent