Стали сплавы с особыми свойствами

Министерство образования и науки РФ

Новокузнецкий институт (филиал)

федерального государственного бюджетного

общеобразовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Кафедра экономики

Студент группы ЭП-10

Самуйленко К.Г.

РЕФЕРАТ

ПО ОСНОВАМ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ

«СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ»

Преподаватель:

Синявский И.А

Новокузнецк 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1 Стали и сплавы с особыми свойствами……………………………………….4

2 Основные группы сталей и сплавов с особыми свойствами………………...7

2.1 Магнитные стали и сплавы……………………………………………..........8

2.2 Магнито-мягкие и магнито-твердые стали и сплавы……………………..10

3 Сплавы с высоким электрическим сопротивлением…………………..........11

3.1 Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения…………….11

3.2 Сплавы с заданными упругими свойствами……………………………….12

Заключение ……………………………………………………………………...13

Список использованных источников и литературы…………………………..14

                                                 Введение

Возможности ускорения научно-технического прогресса во многом зависят от рационального использования, улучшения качества уже существующих материалов и создания принципиально новых материалов, отвечающих требованиям новых поколений высокоэффективной техники. Особое место среди современных металлических материалов занимают стали и сплавы, т. е. материалы с заранее заданными особыми свойствами. Эти материалы находят широкое применение в отраслях промышленности, определяющих экономическое развитие страны в целом: в электро и радиотехнической, аэрокосмической и ядерной, электронной и приборостроительной, в отраслях промышленности, создающих средства связи и автоматизированные системы, а также ЭВМ и микропроцессоры. Без преувеличения можно сказать, что в настоящее время нет почти ни одной отрасли промышленности, ни одного научного и технического направления, где бы не применялись в том или ином качестве стали и сплавы.

      Промышленные предприятия нашей страны выпускают более 200 марок сталей и сплавов, отличающихся по химическому составу, способам выплавки и методам оптимизации заданных физических свойств, уровню служебных характеристик, сочетанию основного («ведущего») физического свойства с другими свойствами — физическими, механическими, химическими.

       Цель моего реферата заключается в изучении сталей и сплавов с особыми свойствами.

                                                                        3

1 Стали и сплавы с особыми свойствами

К этому классу относятся стали и сплавы, обладающие характерными, присущими только им свойствами, и находящие применение в практике соответственно этим свойствам в особых случаях (почему их называли раньше также сталями особого назначения). В зависимости от характера свойств различают следующие группы сталей:

1) нержавеющую сталь;

2) жаростойкую и жаропрочную сталь;

3) сталь с высоким сопротивлением износу;

4) сталь и сплавы с определенными магнитными свойствами;

5) сплавы высокого электрического сопротивления;

6) сплавы с особыми тепловыми свойствами.

Свойства стали и сплавов зависят от их химического состава, состояния и структуры. Поскольку кардинальное изменение указанных свойств в полезном направлении достигается лишь в результате введения в сталь значительных количеств легирующих элементов, для стали с особыми свойствами, как правило, характерно высокое содержание легирующих элементов.

   Если при этом сталь легируется элементами группы никеля, которые, как известно, расширяют область твердого раствора (аустенита) и понижают мартенситную точку М, будем получать стали аустенитного класса. Если же сталь легируется элементами группы хрома, замыкающими область твердых растворов, при незначительном содержании углерода, будут получаться стали ферритного класса.

   К этим двум классам относится большая часть сталей с особыми свойствами.                                        4

Наряду со сталью, особыми свойствами обладают также некоторые сплавы легирующих элементов, в которых железо содержится в незначительных количествах или даже совершенно отсутствует; углерод же иногда присутствует лишь как неизбежная и даже вредная примесь. Понятно, что их уже нельзя считать сталью и необходимо рассматривать как сплавы с особыми свойствами.

     Сталь и сплавы с особыми свойствами находят широкое применение в машиностроении, приборостроении, химической и электротехнической промышленности и играют важную роль в современной технике.               

     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; имеют большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеродистые и легированные стали, специальные сплавы. Углеродистые стали (У10-У12) 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 – Нс=7166 А/м. Магнитные сплавы, например ЮНДК24 (9% А1, 13,5% Ni; 3% Си; 24% Со; остальное железо), имеют очень высокую коэрцитивную силу – Нс=39 810 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).                                 5

Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость μ=(2,78-3,58)∙109 ГГн/м и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др. Электротехническая сталь 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 Сг, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Например, у пермаллоя марки 79НМ (79% Ni; 4% Mo) μ=175,15∙109 ГГн/м. Применяют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых электромагнитных полях (телефон, радио).

     Ферриты – магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферромагнитной окиси железа Fe203 и окислов двухвалентных металлов (ZnO, NiO, MgO и 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), 0Х23Ю5 (≤0,05% С; 21,5=23,5% Сг; 4,6-5,3% А1), и никелевые сплавы, например, марок Х15Н60 - ферронихром, содержащий 25% Fe, Х20Н80 - нихром.

                                                               6

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 (0Х23Ю5). Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения. Они содержат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром (≤0,05% С и 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 -0° до +420°C. Его применяют для изготовления деталей, впаиваемых в стекло при создании вакуумноплотных спаев. Сплавы с заданными упругими свойствами. К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07-0,12% С; 15-17% Ni; 19-21% Сг; 6,4-7,4% Мо; 39-41% Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионностойкий в агрессивных средах сплав. Применяют его для изготовления заводных пружин часовых механизмов, витых цилиндрических пружин, работающих при температурах до 400°С.

2 Основные группы сталей и сплавов с особыми свойствами

                         2.1 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

                                                                  7

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.                                            

  2.2 Магнито-мягкие и магнито-твердые стали и сплавы

Сплавы магнитно-мягкие - это ферромагнитные сплавы, характеризующиеся узкой петлей гистерезиса, они обладают высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Условно считается, что она не превышает 1000-1200 А/м. Сплавы используют в качестве сердечников магнитопроводов, а также магнитных экранов аппаратуры радиосвязи, радиолокации, автоматики и др. По основным магнитным, элек­трическим, механическим свойствам прецизионные магнитно-мягкие сплавы подразделяют на 12 групп :

1) сплавы с наивысшей магнитной проницаемостью в слабых полях;

2) сплавы с высокой магнитной проницаемостью;

3) сплавы с повышенным удельным электрическим сопротивлением;

4) сплавы с высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией насыщения;

5) сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса; сплавы с высокой индукцией насыщения;

                                                            8

6) сплавы с низкой остаточной индукцией;

7) сплавы с повышенной деформационной стабильностью и износостойкостью;

8) сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР);

9) сплавы с высокой коррозионной стойкостью;

10) сплавы с высокой магнитострикцией;

11) термомагнитные сплавы и материалы;

12) сплавы для работы на сверхвысоких частотах.

Магнитные свойства магнитно-мягких сплавов определяются химическим составом, структурой и текстурой сплава после окончательной термической обработки. Некоторые свойства (намагниченность насыщения, температура Кюри) сравнительно слабо изменяются при небольших изменениях состава и обычно не зависят от условий изготовления и термической обработки. Другие характеристики, такие как проницаемость, коэрцитивная сила, потери на гистерезис, сильно зависят от этих факторов. Поэтому нормируемые ГОСТом и техническими условиями свойства магнитно-мягких сплавов гарантируются после изготовления изделия (магнитопровода) из нагартованной ленты (листа, прутка) и после термической обработки в нормируемых условиях по рекомендованному режиму. В связи с высокой чувствительностью основных магнитных свойств к локальным или макроскопическим воздействиям, вызывающим пластическую или упругую деформацию (вырубка, рихтовка пластин, резка и навивка ленты, зачистка, сверление отверстий, сварка, электроизоляционное покрытие и т.д.), все технологические операции по изготовлению магнитопроводов необходимо проводить до окончательной термической обработки.

                                                            9

Магнитно-твердые сплавы обладают высокой магнитной энергией и в соответствии с главными областями их применения подразделяются на 4 группы :

1) сплавы для постоянных магнитов;

2) для активной части роторов гистерезисных электродвигателей;

3) для элементов памяти систем управления автоматизации и связи;

4) для носителей магнитной записи информации.

Постоянные магниты используют для создания заданной напряженности магнитного поля или заданного магнитного потока в определенном рабочем пространстве. Магнитное состояние сплавов для постоянных магнитов описывается параметрами кривой размагничивания предельного гистерезисного цикла. Максимальная энергия постоянного магнита, которую можно получить для данного материала определяется максимальным произведением (ВН)maхиз этой кривой. При определенных значениях Вrи Нс произведение (ВH)mах тем больше, чем больше выпуклость петли гистерезиса от Br   до Нс. Эта выпуклость определяется отношением (ВH)mах /BrHc. Поэтому в стандартах и технических условиях, кроме Вr и Нс, оговаривают также (ВН) mах. Повышение выпуклости достигают созданием одноосной анизотропии, при которой направление легкого намагничивания по возможности совпадает с тем направлением постоянного магнита, вдоль которого он намагничен. Реализация такого совпадения возможна только для некоторых сплавов.