Сплавы с особыми физическими свойствами

Магнитные стали и сплавы. Ферромагнетизмом (способностью в зна­чительной степени сгущать магнитные силовые линии) обладают желе­зо, кобальт и никель. Эта способность характеризуется магнитной про­ницаемостью. У ферромагнитных материалов относительная магнитная проницаемость достигает десятков и сотен тысяч единиц, для других ма­териалов она близка к единице. Магнитные свойства материала характе­ризуются остаточной индукцией и коэрцитивной силой. Остаточной индукцией называют магнитную индукцию, остающуюся в образце по­сле его намагничивания и снятия внешнего магнитного поля. Размер­ность остаточной индукции Тл (тесла). 1Тл=1 Н/(А • м). Коэрцитивной силой Нс; называют значение напряженности внешнего магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферромагнитного вещества. Размерность коэрцитивной силы А/м. Она определяет свойство ферро­магнетика сохранять остаточную намагниченность.

Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы и маг­нитной проницаемости делят на магнитно-твердые и магнитно-мягкие.

Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления посто­янных магнитов. Они имеют большую коэрцитивную силу. Это высоко­углеродистые и легированные стали, специальные сплавы. Углеродис­тые стали (У 10-У 12) после закалки имеют достаточную коэрцитивную силу (Нс=5175 А/м); но, так как они прокаливаются на небольшую глу­бину, их применяют для изготовления небольших магнитов. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми прокаливаются значительно глуб­же, поэтому из них изготовляют более крупные магниты. Магнитные свойства этих сталей такие же, как и углеродистых. Хромокобальтовые стали (например, марки ЕХ5К5) имеют более высокую коэрцитивную силу - Hç=7166А/м. Магнитные сплавы, например ЮНДК24 (9% А1; 13,5% Ni;3% Си, 24% Со; остальное железо), имеют очень высокую ко­эрцитивную силу - Нс,=39810 А/м, поэтому из них изготовляют магниты небольшого размера, но большой мощности.

Магнитно-мягкие стали и сплавы. Магнитно-мягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои).

Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость Ма=(2,78-3,58) 10⁹ Гн/м и применяется для сердечников, полюсных наконечников элект­ромагнитов и др. Электротехническая cталь содержит менее 0,05% С и кремний, сильно увеличивающий магнитную проницаемость. Элект­ротехническую сталь по содержанию кремния делят на четыре группы:

с 1% Si- марки Э11, Э12, Э13; с 2% Si- Э21, Э22; с 3% Si- Э31, Э32; с 4% Si— Э41—Э48. Вторая цифра (1—8) характеризует уровень электро­технических свойств.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45—80% Ni,их допол­нительно легируют Cr, Si, Mo.Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Например, у пермаллоя марки 79НМ (79% Ni;4% Мо) Ма=175,15*10^9 Гн/м. Применяют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых электромагнитных полях (телефон, радио).

Ферриты — магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием сме­си порошков ферромагнитной окиси железа Fe^O,и окислов двухва­лентных металлов (ZnO, NiO, MgOи др.). В отличие от других магнитно-мягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросопро­тивление, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением. Их применяют для изготовления электронагревателей и элементов сопротивлений (резис­торов) и реостатов. Сплавы для электронагревателей обладают высокой жаростойкостью, высоким электрическим сопротивлением, удовлетво­рительной пластичностью в холодном состоянии.

Указанным требованиям отвечают железохромоалюминиевые сплавы, например марок Х13Ю4 (0,15 % С; 12-15% Сг; 3,5-5,5% А1), ОХ23Ю5 (<0,05% С; 21,5-23,5% Сг; 4,6-5,3% АГ), и никелевые сплавы, например марок Х15Н60 - ферронихром, содержащий 25% Fe, X20H80- нихром. Стойкость нагревателей из железохромоалюминиевых сплавов выше, чем у нихромов. Сплавы выпускают в виде проволоки и ленты, применяют для бытовых приборов (сплавы Х13Ю4, Х15Н60, Х20Н80), а также для промышленных и лабораторных печей (ОХ23Ю5).

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения. Они содер­жат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром (<0,05% Си 35—37% Ni),почти не расширяется при температурах от —60 до +100°С. Его применяют для изготовления деталей приборов, требую­щих постоянных размеров в интервале климатических изменений тем­ператур (детали геодезических приборов и др.).

Сплав 29НК, называемый коваром (< 0,03% С; 28,5-29,5% Ni;17-18% Со), имеет низкий коэффициент теплового расширения в интервале тем­ператур от -70° до +420°С. Его применяют для изготовления деталей, впаиваемых в стекло при создании вакуумно-плотных спаев.

Сплавы с заданными упругими свойствами. К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07-0,12% С; 15-17% Ni;19-21%Cr;6,4-7,4% Мо;39-41%Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионостойкий в агрессивных средах сплав. Применяют его для изготовления заводных пружин часовых механизмов, витых цилиндрических пру­жин, работающих при температурах до 400°С.

31. Перлитные стали в реактопосгроении.

(корпуса р-ов и сосуды давления) Хорошие теплофиз св-ва: высокая теплопроводность (0,08-0,12), более низкий коэффициент линейного расширения по сравн с ауст. нерж. сталями. Хорошие технологич св-ва: деформируемость, свариваемость. Содержание С должно быть 0,22-0,45%. Связано со сваркой (может образоваться мартенситная структура) и уменьшение кол-ва карбидной фазы, чем достигается более высокая стабильность структуры и жаропрочпостных св-в.

Наиб, эффект упрочнения ферритной фазы явл молибден (0,4-0,5%) - сущ. увеличивая пласт деформацию и длительную прочность. Лигированние увел энергию миграции Fе, повышает т-ру рекристаллизации., что позвол сохранить прочностные св-ва до 450°С

Может образ. Мо₃С при длит эксплуатации при т-ре 450-500 с выдел своб. С в виде графита. Для повыш стабильности структ легир хромом (0,5-1%) - обр более стойких карбидов (Fе₃Сrз)С. Мо сохраняет в р-ре стали перлитного класса, содержащей 1% Сr- пониженное сопр окисл. Легирование 2-2,5% Сr, но снижает крит скор закалки и сталь приобретает склон к образованию хрупкой мартенситной структуры. Дальнейшее повыш жаропрочности—ввод ванадия—образуются мелкодисперсные карбиды. Корпуса термич обр: нормализации послед высокотемп. отпуск. Легир никелем - упрочнение феррита без ухудшения его вязкости, увеличение прокаливаемости стали.

10ГН2МФА - сталь ПГ обладает высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению

Недостатки: склонность к НТРО - при уменьшении т-ры ниже некоторой критич резко снижается ударная вязкость и сталь станов хрупкой. Облучение влияет на пределы прочности и текучести. Низкая коррозионная стойкость. Электрохимическая коррозия. При низких температурах и давлении продолжаются коррозионные выпадения в виде рыхлого осадка, не защищающих сталь от поврежд. В воде происходит разложение гидроокиси, с образованием на пов-ти стали магнетита. При взаимодействии конструкционных материалов с паром имеет место хим коррозия с образованием магнетита. Магнетитная пленка оказывает защитное действ. Рост пленки при окис по параболе При подкислении среды гидрооксидные и оксидные пленки не образуются. Ускорение коррозии вызыыают хлориды. Регламентированное содержание примесей в питательной воде.

Аустеиитные стали.

(ПГ, ТО, цирк нас, арматура АЗ). Могут работать до т-ры 650-750°С. Это р-р хрома (18-25%) и никеля (8-30%) в γ-железе с ГЦК крист реш. Содерж С в хромоникелевом аустените не превыш 0,1%. Легир титаном, ниобием, молибденом, вольфрамом, что увеличь жаропрочность (550-700).

Межкристаллит коррозия - границы зерен металла подвергаются в воде, паре и различ электролитах избирательному разруш-ю и металл, часто без видим измен, в течении короткого врем теряет прочность и пластичность, выдержка стали при Т=450-850 приводит к выпадению по границе зерен карбидов (Ме₂₃С₆). Сильн влиян на склонность к межкр коррозии оказывает С. Содерж до 0,01%. Легируют титаном и ниобием. XI8Н10Т.

Коррозионное растрескив. Из-за содерж в воде хлоридов и кислорода и при наличии растягивающих напряжений. Облучение не вызывает опасных изменений мех св-в. Большая коррозионная устойчивость. Хорошие мех. св-ва. Малая склонность к росту зерна.