Главная

Химия

Чёрная металлургия

Гостевая книга

Сплавы  с  эффектом   “ памяти  формы “.

 

Известно,  что  при  напряжениях  больших  предела  упругости  (s>sупр)  после  снятия  нагрузки  металл  не  воспроизводит  первоначальные  размеры  и  форму.  Сравнительно  недавно  открыты  сплавы,  обладающие  эффектом  “ памяти  формы ”.  Эти  сплавы  после  пластической  деформации  восстанавливают  свою  первоначальную  геометрическую  форму  в  результате  нагрева  (  эффект  “ памяти  формы ” )  или  непосредственно  после  снятия  нагрузки  ( сверхупругость ).

    Механизмом,  определяющим  свойства  “ памяти  формы ”,  является  кристаллографическое  обратимое  термоупругое  мартенситное  превращение – эффект  Курдюмова.  Это  превращение  сопровождается  изменением  объема,  которое  носит  обратный  характер,  обеспечивая  память.

    В  сплавах  с  эффектом  “ памяти  формы ”  при  охлаждении  происходит  рост  термоупругих  кристаллов  мартенсита,  а  при  нагреве – их  уменьшение  или  исчезновение.  Эффект  “ памяти  формы ”  наиболее  хорошо  проявляется  при  низких  температурах  и  в  узком  интервале  температур,  иногда  порядка  нескольких  градусов ( кельвин ).

    В  настоящее  время  известно  большое  число  двойных  и  более  сложных  сплавов  с  обратным  мартенситным  превращением,  обладающих  в  разной  степени  свойствами  “ памяти  формы ”: Ni – Al, Ni – Co, Ni – Ti;   Ti – Nb;   Fe – Ni;      Cu – Al, Cu – Al – Ni   и  др.

    Наиболее  широко  применяют  сплавы  на  основе  мононикелида  титана  NiTi,  получившие  название  нитинол.  Эффект   “ памяти  формы ”  в  соединении  NiTi  может  повторяться  в  течение  многих  циклов.

    Свойства  мононикелида  титана: 

·         высокая  прочность:  sт=300¸500 МПа;  sв=770¸1100 МПа;

·         пластичность:  d=10¸15%;

·       коррозионная  и  кавитационная  стойкость  и  демпфирующая  способность (хорошо  поглощает  шум  и  вибрацию).

Применение  нитинола:  нитинол  применяют  как  магнитный

высокодемпфирующий  материал  во  многих  ответственных  конструкциях.  Из  нитинола  изготовляют  антенны  спутников  Земли.  Антенна  скручивается  в  маленький  бунт,  а  после  запуска  в  космос  восстанавливает  свою  первоначальную  форму  при  нагреве  до  температуры  выше  100°С.

          Нитинол  широко  используют  в  автоматических  прерывателях  тока,  запоминающих  устройствах,  в  деталях  ЭВМ,  в  температурно – чувствительных  датчиках.

Псевдосплавы.

          Материалы  типа  псевдосплавов  позволяют  получать  изделия  с  уникальными  потребительскими  свойствами.  Хотя  псевдосплавы  уступают  большинству  армированных  композитов  по  прочности,  но  обладают  рядом  других  ценных  характеристик – демпфирующей  способностью,  износостойкостью,  способностью  к  самосмазыванию  при  трении,  теплостойкостью  и  др.  Характерную  для  псевдосплавов  высокую  износостойкость,  но  низкий  коэффициент  трения – сочетание  этих  свойств  трудно  реализовать.

          Псевдосплавы  получают жидкофазным,  твердофазным  спеканием,  а  также  пропиткой.  Наибольшее  распространение  получил  метод  пропитки.

          Основными  операциями  получения  псевдосплавов  являются  производство  тугоплавкого  пористого  каркаса  и  его  заполнение  более  легкоплавким  металлом ( сплавом )  с  получением  беспористой  структуры  композиционного  материала.

          Пористые  каркасы  могут  быть  получены  из  порошков ( гранул ),  волокон,  сеток  их  уплотнением  и  последующим  спеканием.

          Каркасы  также  могут  быть  получены  только  уплотнением ( прессование,  прокатка,  вибрация,  шликерное  литье )  или  только  спеканием.  При  этом  формируется  открытая,  тупиковая  и  закрытая  пористости.  Соотношение  видов  пористости  определяет  проницаемость  каркаса,  т.е.  его  способность  пропускать  через  поры  жидкий  металл,  который  может  проникать  только  в  открытые  или  тупиковые  поры.

          В  настоящее  время  известен  широкий  спектр  составов  псевдосплавов  с  различными  эксплуатационными  свойствами.

Варианты  псевдосплавов.

Псевдосплавы  системы  Fe - Cu.

          Они  охватывают  как  двухкомпонентные  композиционные  материалы,  так  и  многокомпонентные  сплавы  на  основе  Fe  и  Cu.

          Эти  сплавы  имеют  высокую  коррозионную  стойкость  по  сравнению  с  коррозионной  стойкостью  литой  стали  во  влажной  атмосфере  и  растворах  солей. 

          Высокие  значения  прочности  данных  псевдосплавов  достигаются  легированием  железа  углеродом  и  марганцем.

          Псевдосплавы  этой  системы  обладают  отличными  демпфирующими  характеристиками,  что  делает  пригодными  эти  композиты  для  изготовления  компрессорных  лопаток,  зубчатых  колес,  деталей  роторов  турбин,  рездовых  коронок  корпусов  долот,  резцов,  фрез,  седел  клапанов,  поршневых  колец.

          Применение  псевдосплавов  Fe - Cu  для  изготовления  фильер,  используемых  при  производстве  синтетических  нитей  при  температуре  380 - 430°С,  позволило  в  1,5  раза  увеличить  межремонтный  цикл  оборудования.  Эти  материалы  обладают  высокими  антифрикционными  характеристиками,  что  позволяет  применять  их  для  изготовления  контактных  токоприемников  электротранспорта.

Псевдосплавы  системы  Fe - Ag.

          Сплавы  этой  системы  предназначаются  для  работы  в  узлах  трения  при  различных  нагрузках  и  скоростях.  Такие  материалы  при  скорости  скольжения  1 м/с,  нагрузках  48 – 52 Мпа  при  сухом  трении  в  вакууме  по  стали  Р18  имеют коэффициент  трения  0,15 – 0,22.  При  работе  в  воздушной  атмосфере  со  смазкой  несущая  способность  таких  материалов  повышается  до  50 – 70 Мпа  при  коэффициенте  трения  0,04 – 0,08.

Значение  коэффициентов  трения

Материалы

Коэффициент  трения

Дерево – дерево

Резина – бетон

Сталь – бетон

Сталь – лед

Сталь – сталь

0,25

0,75

0,30

0,04

0,20

 

Псевдосплавы  системы  Fe - Ni.

          При  испытании  псевдосплавов  системы  Fe - Ni,  полученных  диспергированием  ( Fe – C ) – гранул,  установлена  несущая  способность  образцов  54 – 60 Мпа  при  скорости  скольжения  10 – 15 м/с  на  воздухе,  при  коэффициенте  трения  0,2 – 0,3  в  паре  с  макрогетерогенным  композитом  Fe - Cu.

Псевдосплавы  системы  W - Cu  и  W - Ag.

          Нашли  применение  в  электротехнике  в  качестве  контактного  материала  для  высоковольтных  выключателей,  электродов  сварочных  машин,  вставок  плазмотронов,  деталей  ракетных  двигателей.

Псевдосплавы  системы  Mo - Cu  и  Mo - Ag.

          Заменителями  псевдосплавов  W  являются  псевдосплавы  Mo -Cu,  Mo - Ag.  Из  молибденовых  псевдосплавов  изготавливают  контакты  бытовых  приборов,  реле,  дуговые  наконечники,  вибропреобразователи.

          Поиск  новых  антифрикционных  материалов  привел  к  разработке  псевдосплавов  с  низкими  антифрикционными  свойствами:  к  ним  относятся  псевдосплавы  Ti-Mg,  Ti-Bi,  а  также  псевдосплавы  на  основе  Cu.

          Для  псевдосплавов  Ti - Mg  характерно  наличие  четких  межфазных  границ  при  равномерном  распределении  в  Mg  в  Ti - каркасе.

          На  рисунке  показано  влияние  процентного  содержания  Mg  на  механические  свойства  этих  псевдосплавов.

          По  коррозионной  стойкости  Ti-Mg - псевдосплавы  относятся  к  весьма  стойким.  Антифрикционные  характеристики  этих  псевдосплавов  существенно  зависят  от  содержания  легкоплавкой  составляющей:  коэффициент  трения  снижается  от  0,3  до  0,22  с  увеличением  содержания  Mg.  Диапазон  нагрузок,  в  которых  работоспособны  подшипники  системы  Ti - Mg  составляет  0,1 – 6,0 Мпа  при  скорости  скольжения  до  12 м/с  в  вакууме,  воде,  кислых  средах.

          На  рисунке  приведены  антифрикционные  характеристики  монолитной  бронзы  Бр010Ф  и  различных  псевдосплавов  на  основе  Cu  при  сухом  трении  в  вакууме  по  азотированному  титану,  иллюстрирующие  их  улучшение  при  пропитке  Cu - каркаса  различными  легкоплавкими  металлами.

        

 

  

 



Сайт создан в системе uCoz