Конспект лекція. Теорія ливарно виробництва. частина 2

TPVV-L10-stal. otlivki.doc (1 стор.)
TPVV-L11-stal. struktura vuglec.doc (1 стор.)
TPVV-L13-stal. plavka.doc (1 стор.)
TPVV-L14-chug.struktura.doc (1 стор.)
TPVV-L15-chug.C4.doc (1 стор.)
TPVV-L16-chug.BelCH-CHsVermG-KovCH.doc (1 стор.)
TPVV-L17-chug.VisCHsSHarG.doc (1 стор.)
TPVV-L18-chug.shixta.doc (1 стор.)
TPVV-L19-chug.plavka.doc (1 стор.)
TPVV-L20-Kl-Al-Fl splavi.doc (1 стор.)
TPVV-L21-KL-shixta.doc (1 стор.)
TPVV-L22-Kl-Al-pechi.doc (1 стор.)
TPVV-L23-Kl-Al-plavka.doc (1 стор.)
TPVV-L24-Kl-Cu.doc (1 стор.)
TPVV-L25-Kl-Mg-Zn-inshi.doc (1 стор.)
Оригінал


Лекція 7. Виробництво вілівків з магнієвіх та цинкових сплавів.
Металева магній та Його Властивості. Магнієві сплави для вілівків. Віплавляння магнієвіх сплавів. Особливості технології форми для ліття магнієвіх сплавів. Металева цинк, Його Властивості та Галузі застосування. Л іварні цінкові сплавів. Віплавляння цинкових сплавів.
Металева магній та Його Властивості.
Температура плавлення магнію 650 о С, кіпіння 1107 о С. Щільність магнію 1,74 г / см 3, тобто у 1,6 разів Менша щільності алюмінію. За Пітом міцністю (σ в / γ = 12,8 ... 20 кг см 3 / г мм 2) магнієві сплави перевищують алюмінієві сплави (σ в / γ = 8,6 ... 10 кг см 3 / г мм 2), сталі (σ в / γ = 7 ... 9,5 кг см 3 / г мм 2) i вісокоміцні чавуна (σ в / γ = 6,9 ... 7,6 кг см 3 / г мм 2). За модулем пружності и здатністю поглінаті механічні Коливань магнієві сплави не поступаються алюмінієвім, а їх питома теплоємність у 2,5 рази вища, Ніж у сталі. Цей комплекс властівостей забезпечує раціональне вживання магнієвіх сплавів у ракетно-космічної техніці (90% Масі конструкції), літако-і вертолітному машінобудуванні, водному и наземному транспорті. Заміна алюмінію магнієм заощаджує 20 ... 30% Масі деталей и конструкцій цієї технікі, а чавуна и сталі - 50 ... 75% Масі. Завдякі нізької теплоємності магнію корпуси та Інші Деталі стартових пріскорювачів ракет за короткий годину роботи не встігають прогрітіся до температури плавлення, а після пріскорення втрачають жароміцність и відстрілюються від ОСНОВНОЇ ступені.

Хімічно активний магній легко окіслюється. За температурою Вище 450 о С Слабкий ріхла плівка MgO на поверхні деталей зовсім втрачає захисні Властивості и магній активно кородує. За температурою 623 о С, Яки набліжується до температури плавлення 650 о С, магній на відкрітому повітрі самозаймається. Горіння магнію супроводжується бурхлівім піроефектом и Утворення значного обсягах білого диму окису магнію.

Низько корозійна стійкість и нізькі Робочі температури - Загальні недолікі магнієвіх сплавів.

Первинний магній у чушках (ГОСТ 804-72) віробляється трьох марок за вмістом домішок: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg) i Мг90 (99,9% Mg).

Більшість шкідлівіх домішок НЕ розчінні у магнії и знаходяться у ньому у вільному стані (Fe, Na, K), або утворюють інтерметаліді на межах зерен (Cu, Ni), тобто зніжують механічні Властивості и корозійну стійкість сплаву. Альо головний чинник електролітічної корозії магнієвіх сплавів - залішкові вкраплення карналіту та інших хлористих солей, які захіщають рідкій магній від окислення и самозаймання при плавленні.
^ Магнієві сплави для вілівків.
Згідно ГОСТ 2856-79 ліварні магнієві сплави маркують індексом МЛ та порядковим номером, близьким до хронологічної послідовності освоєння цієї марки промісловістю. Деякі сплави для відповідальніх вілівків підвіщеної чистоти Додатковий маркують індексом "пч", а для вілівків загально призначення - індексом "він".

Технічно чистий магній у литому стані має відносно нізькі механічні Властивості: σ в = 80 ... 110 МПа, δ = 6 ... 8%, 30 НВ. Це пояснюється недостатня кількістю переважніх площин ковзання Його гексагональної крісталічної гратки. Легуванням и термічною обробка міцність сплавів підвіщують до σ в = 200 ... 260 МПа, при зніженні пластічності до δ = 2 ... 6%.

Алюміній и цинк утворюють з магнієм вісоколеговані (12,6% и 8,4% відповідно) тверді Розчини з змінною розчінністю (за кімнатною температурою - 2,3% и 0,01% відповідно).

Це дозволяє термічною обробка віділяті з твердого Розчини дрібнодісперсні зміцнюючі інтерметалідні Фазі Mg 4 Al 3, Mg 2 Zn 3 і Mg 3 Al 2 Zn 3. Помітне дісперсійне Зміцнення має Місце у сплаві з 6% Al, альо при цьому нерівновагова кріхка евтектіка почінає зніжуваті Його пластічність. Теж самє стосується сплаву магнію з 1% Zn. Цинк помітно підвіщує рідкотекучість сплаву. Додаток 0,3% марганцю підвіщує Його корозійну стійкість за рахунок утворення гідратованої захісної плівкі Mg-Al-Mn.

З чотірьох марок цієї групи МЛ3 ... МЛ6 промислове Поширення Набуль марка МЛ5 з 8% Al, 0,5% Zn и 0,3% Mn. Після термічної ОБРОБКИ Т4 у цього сплаву σ в = 235 МПа, δ = 5%. Маючи широкий інтервал твердіння 115 про С, ця марка схільна до утворення поруватості, тріщін, анізотропії властівостей. Сплав вікорістовується для ліття вісоконавантаженіх конструктівноскладніх деталей авіаційної и морської техніки.

Бінарні магній-цінкові сплави мают широкий інтервал твердіння у 250 ... 300 о С. Додаток цірконію спріяє підвіщенню температури солідус (ЯК наслідок - жароміцність), зменшеності інтервалу твердіння до 75 ... 100 о С, подрібненню зерна и комплексному підвіщенню ливарних и механічніх властівостей сплаву.

Марка МЛ8 містіть 6% цинку, 0,9% цірконію и 0,5% кадмію. Кадмій Додатковий зміцнює сплав Розчини легуванням. Після термічної ОБРОБКИ Т6 Це найміцніша з усіх магнієвіх сплавів марка: σ в = 300 ... 340 МПа, δ = 4 ... 7%.

Марка МЛ12 містіть 5% Zn и 0,9% Zr. Її фазовий склад: твердий Розчини цинку и цірконію в магнію, вторинна зміцнюючі фаза Mg 2 Zn 3 і дрібнодісперсні включення Zr у центре зерен та на їх межах.

Корозійна стійкість МЛ12 вища за МЛ5, анізотропія властівостей - ніжча, жароміцність при 200 о С - утрічі вища, стомлююча міцність - у 3 ... 5 разів вища. У литому стані механічні Властивості сплаву МЛ12 найвіщі з усіх магнієвіх сплавів: σ в = 200 МПа, δ = 6%. Після старіння Т1 смороду Додатковий підвіщуються до σ в = 230 МПа при δ = 5%.

Марки МЛ8 и МЛ12 використовують для ліття ваісоконавантаженіх деталей, які Працюють Під дінамічнімі знакозміннімі напруг, Наприклад, лапасті вертольотів.

Оптімізація складу магнієвіх сплавів НЕ закінчена. Марки МЛ9 ... МЛ19 крім цинку и цірконію містять лантан, індій, неодим, ітрій та Інші рідко Земельні легуючі елементи, и навіть торій, які підвіщують жароміцність деталей до 300 ... 400 о С.
^ Віплавляння магнієвіх сплавів.
Плавлення магнієвіх сплавів на відкрітому повітрі неможливе. Рідкій активний магній інтенсівно поглінає Воден, Кисень и азот. Ріхла плівка MgO НЕ перешкоджає проходження екзотермічної реакції

2 Mg + O 2 = 2 MgO + 1192,67 кДж.

Тепло, Що віділяється, не встігає розсіятіся у атмосферу завдякі нізької теплопровідності MgO и магній самозаймається. Контакт з атмосферним Волога НЕ Тільки спріяє насіченню рідкого сплаву водних, а може навіть призвести до віплесків и самозайманню магнію.

Плавлення у вакуумі технологічно складення, при цьому магній легко сублімує.

Зміцнення захісної плівкі MgO додатком у шихту берілію чі кальцію НЕ гарантує сплав от самозаймання, а берілій галі ї збільшує Розмір Його зерна.

Поширше технологія плавлення магнієвіх сплавів Під захисних легкоплавкими флюсами близьким до евтектічного складу. Іноді разом з застосуванням флюсів сплав легують 0,001 ... 0,002% берілію. Флюс не знімають з поверхні ванни до кінця плавлення. Того ВІН винен одночасно захіщаті магній від атмосферних газів и рафінуваті Його від неметалевіх включень, які Головним чином складаються з оксиду магнію. MgO Майже НЕ спліває на поверхню ванни. Підібраті флюс ліг, Ніж рідкій магній, Досить Важко. Тому флюс Деяк годину Під впливим сил Поверхнево натягу знаходится на поверхні ванни, а потім розплавляється и осаджується на дно, Частково по Межі розділу сплаву и стінок тигля, Частково Крізь січення ванни. В последнего випадка флюс рафінує магній от MgO флотаційнім осадженим. При цьому відбувається часткова дегазація сплаву от адсорбованіх на неметалевіх включених газів. На дзеркало ванни Постійно додаються Нові порції флюсу. Таким чином рідкій сплав Під годину плавлення Постійно знаходится у всебічному оточенні флюсу, або Як кажуть "у флюсових панчосі". Для підвіщення пітомої ваги у флюс на Основі карналіту MgCl 2. KCl додаються BaCl 2 і CaCl 2. Для підвіщення в'язкості, поверхнево натягу и адсорбційної здібності до MgO у флюс додаються CaF 2. Кож для згущення флюсу и полегшення утворення поверхневої захісної кіркі на ванні у флюс додаються MgO.

Плавлення у стаціонарніх печах проводять Під стандартних флюсом ВІ2, Який Складається з 38 ... 46% MgCl 2 + 32 ... 40% KCl + 10% (NaCl + CaCl 2) + 5 ... 8% BaCl 2 + 3 ... 5% CaF 2. Плавлення у печах, тигель якіх виймають для розлівання, проводять Під стандартних флюсом ВІ3, Який Складається з 30 ... 40% MgCl 2 + 25 ... 36% KCl + 7% (NaCl + CaCl 2) + 15 ... 20% CaF 2 + 7 ... 10% MgO.

Плавлення сплавів магнію з Ce, Y, Nd, La, Th, Ca Під стандартними флюсами супроводжується Втрата дорогих металів віпарюванням газоподібніх хлорідів, які утворюються за реакцією:

3 MgCl 2 + 2 Me = 3 Mg +2 MeCl 2.

У ціх випадка магній плавлять Під флюсами, які НЕ містять MgCl 2, Наприклад 22 ... 26% KCl + 17 ... 20% NaCl + 35 ... 39% CaCl 2 + 19 ... 23% BaCl 2 + 2... 5% CaF 2, а легуючі метали додаються у рідкій магній безпосередню перед розліванням напрікінці періоду плавлення.

Використання флюсів пов'язане з можлівістю забруднення металу вілівків хлоридами, які у парі з магнієм утворюють Активні діполі електрохімічної корозії. Летючі хлориду и фторид руйнуються металеві конструкції Вентиляційні системи и технологічне устаткування ливарних цехів. Розроблені стандартні безхлорідні флюсів, Наприклад ВІАМ5, Який Складається з 17,5% CaF 2 + 17,5% MgF 2 + 15% AlF 3 + 50% B 2 O 3. Альо віробнічнікі віддають Перевага без флюсових плавлення у атмосфері нейтрального захисних газу.

Найефектівніша безфлюсова плавка магнію у атмосфері сухого Повітря з додатком 0.1% нетоксичного и неагресівного елегазу SF 6. Дзеркало металу накрівають захисних Ковпаком з патрубком, у Який Постійно Під невеликим збітковім лещатах подаються від компресорів и балонні з елегазом Крізь ресивер и Гумове шланг суху газових суміш. Менш ефектівні захисні вуглекіслій газ СО 2 або сірчастій газ SO 2.

У ливарних цехах магнієві сплави плавлять найчастіше у електричних або газових печах з стаціонарнім або віємнім Сталево тиглем.

За шихту обірають чушковий магній, первінні метали та легкоплавкі лігатурі магнію з легуючімі елементами.

Сплави іноді модіфікують примусового додатком вуглецевоміськіх матеріалів: 0,2 ... 0,6% Крейд, магнезиту чі гексахлоретану. Можливіть зародкамі крісталізації вважають включення Al 4 C 3, які утворюються за реакцією:

CaCO 3 = CaO + CO 2

CO 2 + 2 Mg = 2 MgO + C

C + Al = Al 4 C 3

Найефектівнішій спосіб рафінування від неметалевіх включених и флюсових залішків - фільтрація магнієвого сплаву Крізь сітчаті або зерністі Фільтри з магнезиту, коксу та інших активних матеріалів.
^ Особливості технології форми для ліття магнієвіх сплавів.
Під час взаємодії магнієвого сплаву з матеріалом ліварної форми можліві Такі реакції:

Mg + H 2 O = MgO + 2 H

2 Mg + O 2 = 2 MgO

2 Mg + SiO 2 = 2 MgO + Si

4 Mg + SiO 2 = 2 MgO + Mg 2 Si

Для Запобігання таких реакцій, пов'язаних з самозайманням и Забруднення рідкого сплаву інтерметалідамі, у формувальну суміш додаються 4 ... 7% стандартного захисних компоненту ВМ, Який Складається з 13 ... 17% борної кислоти H 3 BO 3 + 58 ... 62 % сечовіні CO (NH 2) 2 + 15 ... 19% нефелінового коагулянтів [Al 2 (SO 4) 3. 18 H 2 O]. Під час контакту з формувальною сумішшю при 130 ... 300 о С відбувається деструкція сечовіні и гідроліз сіркокіслого алюмінію. Цей процес пов'язує парі води и утворює на поверхні вілівка сульфіді магнію. Газоподібні и пароподібні продукти гідролізу и деструкції утворюють газовий кулю Між металом и формою, вітісняють Повітря з полості форми I тім самим попереджують окислення магнію. Борна кислота дісоціює з Утворення борного ангідріту, Який взаємодіє з магнієм:

B 2 O 3 + 5 Mg = 5 MgO + 2 B.

Бор, Що віділяється, насічується біля поверхні вілівка и підвіщує щільність її захісної окісної плівкі ..

Струмінь рідкого магнієвого сплаву, Що залівають у форму, весь час прісіпляють порошкових сіркою, Яки утворює захисних газ SO 2, Що запобігає Його самозайманню.

Інтенсівне віділення продуктів розпаду захисних додатків и прісіпкі струменить потребує підвіщеної газопроніклівості формувальної суміші и покращення Загальної и місцевої вентіляції технологічної ділянкі. Вентиляційні трубопроводи, Що інтенсівно кородують, кращє монтуваті у підвальніх пріміщеннях цеху.

^ Металева цинк, Його Властивості та Галузі застосування.
Металева цинк, Як сталь, чавун и бронза, відносно важка метал (γ = 7,13 г / см 3) з низько температурою плавлення (419 о С) i Дуже низько температурою кіпіння (906 о С). Механічні Властивості литого цинку нізькі: σ в = 130 МПа, σ т = 7,5 МПа, δ = 0,5%, 35 НВ. У цинку відносно велика лінійна усадка у твердому стані (0,08%), Що порушує стабільність розмірної точності деталей. Рідкотекучість цинку найвищу з усіх промислових металів, а вартість незначна. Тому здебільшого цінкові сплави використовують для масового виробництва літтям Під лещат и в кокіль дрібніх складаний за конфігурацією деталей невідповідального призначення: корпуси побутових пріладів, карбюраторів и насосів, замків, декоративна меблева, віконна и дверною арматурою. Крім того цинк складає до 40% Масі латуні вілівків, а кож значний частко Деяк марок антіфрікційніх сплавів, друкарська сплавів и пріпоїв.
^ Ліварні цінкові сплавів.
Максимум міцності, рідко текучості, дрібно дісперсності зерен досягається при легуванні цинку 3,5 ... 4,5% алюмінію. Сплав марки ЦА4 близьким до евтектікі (5% Al) з інтервалом твердіння 10 о С. Його структура - Майже чистий цинк з нестійкою β - фазою, Яки розпадається за температурою ніжче 275 про С у процесі старіння Із значний скороченням розмірів, Що дестабілізує геометрію вілівка при кімнатніх температурах. Додаток 0,02 ... 0,06% магнію гальмує розпад β - Фазі и Дещо стабілізує розмірі вілівка. Відпал при 85 ... 1000 про на протязі 3 ... 4 годин кож стабілізує розмірі вілівків. Сплав ЦА4 має σ в = 200 ... 250 МПа, δ = 1,2 ... 1,8%, 70 НВ. Тугоплавких стійка плівка ZnO захіщає цинк або оцінковані метали от корозії, Як Наприклад у оцинкування залізі. Альо будь які домішкі, особливо свинець, олово и кадмій, навіть у ТИСЯЧНА частках відсотку, спріяють міжкрісталічній корозії и Руйнування цинкового деталей. Того Такі вілівкі віплавляють переважно з Первин матеріалів и покрівають антікорозійнім покритт.

Мідь підвіщує міцність цинку Розчини легуванням, альо галі Більше зніжує стабільність розмірів и корозійну стійкість вілівків. Сплав ЦА4М1 має σ в = 215 ... 270 МПа, δ = 1,0 ... 1,7%, 80 НВ, а сплав марки ЦА4М3 - σ в = 215 ... 290 МПа, δ = 1,0. .. 1,5%, 85 ... 90 НВ.

Антіфрікційні сплави ЦА9М1, 5 и ЦА10М5 за структурою відповідають принципу Шарпі: м'яка цинкових матриця з ізольованімі твердими вкрапленнями з заевтектічніх крісталів β - Фазі, а кож подвійної и потрійної евтектікі. Ці марки замінюють дорогу антіфрікційну бронзу для втулок, вкладішів, повзунків, підшіпніків ковзання.
^ Віплавляння цинкових сплавів.
Цінкові сплави плавлять у газових або електричних печах з чавуна або графітовім тиглем, а кож у індукційніх тигельних або канального печах з шамотні футерівкою. Плавку кращє вести у захісній азотній або слабковідновлювальній атмосфері Під кулею двовісного Вугілля.

Головна проблема плавлення - стабілізація температури рідкого металу. Перегрів Вище 480 о С супроводжується інтенсівнім віпарюванням цинку з заповненості атмосфери цеху нешкідлівім білим туманом ZnO, газонасіченням и Забруднення сплаву ZnO.

Віпарювання цинку спріяє Його дегазації. Сплав рафінують від шкідлівіх домішків у печі та у ліварній формі за технологіямі, аналогічнімі алюмінієвому та магнієвому літтю.
Лекція 10. Виробництво вілівків з нікелевіх и титанових сплавів.
Металева нікель та Його Властивості. Сплави на Основі нікелю. Особливості технології віплавляння та виробництва вілівків Із сплавів на Основі нікелю. Металева кобальт та Його Властивості. Сплави на Основі кобальту.
Металева нікель та Його Властивості.
За властівостямі нікель наближення до заліза и кобальту, разом з якімі складає 4 рядок 4 періоду 8 групи періодічної системи елементів.

Нікель має порядковий номер у періодічній табліці 28 з атомної масою 58,71. Це важка метал ( = 8,9 г / см 3) з великою усадкою при крісталізації (3,1%). Нікель плавитися при 1455 о С, а віпарюється при 2900 о С, має гранецентровану кубічну щільно упакованих крісталічну решітку, Що и обумовлює Його скроню жароміцність.

За температурами ніжче 360 про З нікель є феромагнітнім матеріалом.

Тонка Міцна щільна плівка NiО, Яки міцно пов'язана з основою, надійно захіщає нікель от корозії на повітрі, у прісній и морській воді, Лужний и нейтральних Розчини солей и органічніх кислот и в багатьох агресивних середовища, а кож підвіщує Його окаліностійкість.

Механічні Властивості чистого нікелю Майже Такі САМІ, Як металева заліза: міцність  в = 320 ... 350 МПа, твердість 80 ... 120 НВ, пластічність  = 15 ... 25%. На відміну від сталей, міцність и твердість нікелю однозначно підвіщуються при експлуатації за температурами ніжче 0 про без істотного зниженя пластічності та ударної в'язкості.

Ці Властивості визначаються нікель у ЯКОСТІ основи жароміцніх корозійностійкіх сплавів для літіх заготівок або злітків для холодної чі гарячої пластічної деформації або прокату прутків, листів, труб для подальшої обробці різанням, Призначення для виробництва відповідальніх деталей космічної и авіаційної технікі, хімічної и радіотехнічної промісловості та інших Галузо сучасної техніки.

Згідно ГОСТ 849-72 віробляють п'ять марок металева нікелю. Залежних від сумарної кількості домішок, нікель маркують індексом АЛЕ, Н1, Н2, Н3 и Н4 з відповіднім вмістом нікелю 99,99 ... 97,6%.

Металева нікель вікорістовується Як конструкційній материал деталей, які Працюють у агресивних середовища, и Як антікорозійне електролітічне покриття Сталево виробів.

Найбільш шкідлівімі домішкамі нікелю є Кисень, вуглець и сірка.

Кисень Майже НЕ розчінюється у нікелі и крісталізується у вігляді евтектікі Ni - NiО (0,22% О; 1435 о С) на межах зерен, Яки окріхчує сплав. При взаємодії Із мастілом металевих форм Кисень підвіщує поруватість злітків и ВИРОБІВ, а при взаємодії з водними и парами води - Може буті причиною "водневої хвороби", аналогічно мідної.

Збітковій вуглець у нікелі крісталізується у вігляді міждендрітного графіту, Який робіть Його кріхкім и віклікає міжкрісталічну корозію.

Сірка кож утворює кріхку легкоплавких евтектіку Ni - NiS, Яки розміщується на межах зерен, зніжує пластічність нікелю, особливо при нагріванні и обробці лещатах.

Економні легування 1 ... 2% кремнію, 1,0 ... 1,5% марганцю,  0,3% вуглецю,  0,03% Сірки,  1,0% заліза,  0,3% міді, 0,08 ... 0,10% магнію підвіщує механічні Властивості нікелю у литому стані до  в = 370 ... 430 МПа,  = 10 ... 30%, 980 ... 1225 НВ.
Сплави на Основі нікелю.
Ліварні сплавів на Основі нікелю класіфікують на Чотири групи:

- Жаростійкі (окаліностійкі) нікель-хромові сплави;

- Жароміцні нікель-хромові сплави;

- Корозійностійкі нікелеві и нікель-мідні сплави;

- Сплави з особливая фізічнімі властівостямі.
Жаростійкі (або окаліностійкі) нікел-хромові сплави прізначені для виготовлення деталей від якіх в дерло Черга вімагається Висока окаліностійкість и Опір газовій ерозії. Вілівкі з таких сплавів повінні вітрімуваті багатократні цикли нагрівання и охолодження в середовіщі окіслювальніх и відновлювальніх газів без жолоблення и утворення тріщін. До таких деталей належать газопроводи та газова арматура, камери згоряння, відбівачі газу, форсажні камери та Інші Деталі авіаційніх двігунів и турбін, Деталі пічної арматури, Деталі цементаційного обладнання.

Жаростійкі сплави цієї групи мают двокомпонентну основу системи нікель - хром. ЯКЩО така система містіть 14 ... 23% хрому жаростійкій сплав назівають ніхромом. Ніхромі мают підвіщеній електричних Опір, тому їх кож вікорістовують Як Елементи нагрівання електричних печей при робочій температурі 1000 ... 1200 º С. Плівка окису нікелю NiO більш щільна, Ніж закису заліза FeO чі міді CuO. Її коефіцієнт термічного Розширення такий самий, Як и у металева нікелю. Тому така плівка НЕ ​​відокремлюється від основи при розшіренні и стіскуванні Деталі Під впливим різкої Зміни температури. Під тонким шаром оксиду NiO іншого кулі, Який відрізняється такою ж малою швідкістю зростанню, Як и металева нікель, І не відокремлюється від основи сплаву Під годину нагрівання, а кож проміжного шару міцної шпінелі. Скроню жаростійкість ніхромам Додатковий забезпечує щільній захисних Поверхнево куля оксиду Cr 2 O 3 з температурою плавлення 2265 о С.

^ Ніхромі Х10Н20, Х20Н80 ... Х50Н50, тобто сплав нікелю з 10 ... 50% хрому, являютя найбільш Поширення групу жаростійкіх сплавів на Основі нікелю. Висока жаростійкість ніхромів обумовлена ​​наявністю Під тонким прошарком захісної плівкі NiO іншого захисних прошарку Cr 2 O 3, Який відрізняється малою швідкістю зростанню, а кож наявністю Між ними проміжного прошарку міцної шпінелі. Для підвіщення жаростійкості ніхромі Додатковий легують алюмінієм и кремнієм, які кож утворюють тугоплавкі захисні плівкі Al 2 О 3 і SiО 2. Незначні ДОДАТКИ церію и барію ускладнюють хімічне окислення и зростання окісної плівкі на поверхні виробів. Тугоплавкі метали, Такі Як титан, молібден ванадій и ніобій, підвіщують жароміцність ніхромів за рахунок дісперсійного твердіння.

Властивості жаростійкіх сплавів визначаються кількістю, форми I розподілом фаз, а ці Параметри залежався від швідкості охолодження при крісталізації вілівків и режімів їх термічного оброблення. Типові марки жаростійкіх нікель-хромових сплавів ХН78Т, Х20Н80 ("ніхром"), Ніхром 85-15-5 ("інконель"), ХН80ТБЮ, ХН70ВМЮТ, Н65М17Х15В5Л, Н65М28Х15Л, ХН65ВМТЮ.

Ніхромі - вузкоїнтервальні сплави ( t кр. = 20 ... 30 о С). Вілівкі з ніхромів достатності щільні и мают Лінійне усадження 1,9 ... 2,0%. Ліварні нікель-хромові сплави, внаслідок більш високого щабля легування, відрізняються від деформуєміх підвіщеною жаростійкістю и жароміцністю. Однак їх Властивості НЕ Завжди стабільні, а тому запас міцності літіх деталей на 40 ... 50% більшій, Ніж деформуєміх.

Ніхромі мают високий електричних Опір. Тому їх часто використовуються у ЯКОСТІ жаростійкіх елементів нагрівання плавильних и термічніх печей електричного опору, які Працюють до температур 1000 ... 1200 о С.



Жароміцні нікель-хромові сплави - ​​найбільш Важливим група складнолегованіх ливарних та деформаційніх сплавів на Основі нікелю, які Працюють в хімічно агресивних середовища за скроню температурами. До таких деталей в дерло Черга належать лопатки и диски авіаційніх турбін, направляючі лопатки и камери Згорани реактивних двігунів. Висока жароміцність та корозійна стійкість таких сплавів досягається за рахунок особливої ​​властівостей нікелю, зміцненням Його  - твердого Розчини легуванням та за рахунок утворення дісперсійно зміцнювальніх інтерметалоїдніх фаз.

Основою жароміцніх сплавів є жаростійкій ніхром.

За характером взаємодії з нікелем ВСІ легуючі Елементи розподіляються на Чотири групи:

- Ті, Що зміцнюють твердий Розчини Розчини легуванням (Fe, Cr, Co, Mo, W и Частково - Al, Ti, Nb);

- Ті, Що утворюють нову дісперсійно зміцнювальну тверду  -фазу на Основі інтерметаліду Ni 3 Al при старінні загартованого твердого Розчини (Al, Ti, Nb, Ta);

- Ті, Що сегрегують при крісталізації на межах зерен (Mg, РЗМ и Частково B, C, Zr);

- Ті, Що утворюють при крісталізації тверді тугоплавкі боріді, карбіді и т. ін. (B, C, Zr).

Перша група елементів утворює твердий Розчини заміщення з нікелем до тієї концентрації, за Якою Період крісталічної решітки -твердого Розчини НЕ досягнено 0,355 ... 0,358 нм. При цьому міцність сплаву складає  в = 600 МПа, а  т = 300 МПа Подалі легування цімі елементами виробляти до утворення у структурі інтерметалоїдніх сполучень - топологічно щільно упакованих фаз, прісутність якіх здебільшого зніжує механічні Властивості сплаву.

Подалі збільшення міцності можна досягнуть Ліше за рахунок утворення у структурі дісперсійно твердіючої  -Фазі на Основі Ni 3 Al, тобто легуванням Al, Ti, Nb, Ta. При цьому різко підвіщується міцність, альо почінає зніжуватіся пластічність нікелевого сплаву. Дісперсійне Зміцнення досягають вісокотемпературнім (1150 ... 1230 о С) гартуванням з Наступний штучний старінням вілівків при температурах 800 ... 950 о С, Яки набліжена до їх робочих температур.

Жароміцні сплави цієї групи, крім нікелю и 14 ... 23% хрому, Додатковий містять 6 ... 8 легуючіх елементів. З підвіщенням вмісту алюмінію и хрому підвіщується окаліностійкість жароміцніх нікелевіх сплавів. Хром и титан підвіщують стійкість деталей проті ерозійного руйнування продуктами згоряння паливом. Алюміній, титан, ніобій и тантал збільшують кількість зміцнювальної γ'-Фазі. Молібден, вольфрам, и хром збільшують міцність матрічної γ-Фазі. Хром, молібден и тантал зміцнюють зв'язок Між зернами сплаву за рахунок переведення шкідлівіх легкоплавких домішок у тугоплавкі сполуки, які утворюють Додатковий зміцнювальну каркасною структурою Будови сплаву.

Ступінь легування, а кож Рівень механічніх и експлуатаційних властівостей сплаву визначаються параметром умовного періоду крісталічної решітки нікелю a у.

Сплави Першої групи з a у  0,358% мают здебільшого гомогенності -фазний структуру, хоча принципова після термічного оброблення у них Може з'явитися и друга тверда  -фаза. Робочі температури, при якіх Такі сплави зберігають міцність 100 ... 600 МПа на протязі 100 годин складає t 100 100 = 790 ... 1000 о С, t 200 100 = 660 ... 950 о С, t 400 100 = 550. .. 840 о С, t 600 100 = 540 ... 650 о С.

До цієї групи відносяться відомі вітчізняні и Закордонні марки нікелевіх сплавів ВЖЛ-10, ЖС-3Д, ЄІ-765Л, Німокаст 80, Німокаст 90, Німонік 90, Німонік 95 та деякі Інші.

Сплави Другої групи з a в = 0,358 ... 360% мают здебільшого двофазну структуру. При цьому склад Другої  -Фазі візначає тип легуючого елементу. Робочі температури, при якіх Такі сплави мают Наступний жароміцність: t 100 100 = 900 ... 1050 о С, t 200 100 = 870 ... 960 о С, t 400 100 = 680 ... 860 о С, t 600 100 = 630 ... 780 о С. До Другої групи відносяться марки нікелевіх сплавів ВЖЛ-36-Л2, ЖС-3, АНВ-300, ЖС-3ДК, ЄІ-893Л, Німокаст 257, Німокаст 258, Інко 731С та деякі Інші.

Німонікі Х20Н77Т2Ю, Х20Н77Т2ЮР, Х15Н70Т2Ю, 2 Німонік 90, Німонік 100 та Інші після гартування на повітрі з 1150 ... 1250 о С фіксують у структурі пересіченій твердий Розчини легуючіх елементів у нікелі .. Наступний старіння при 700 ... 750 о С на протязі 10 ... 16 годин виробляти до локального збагачення Окрема ділянок зерен твердого Розчини алюмінієм и титаном и до Виникнення в таких ділянках збагаченої γ'-Фазі, когерентно зв'язаної Із збіднілою γ- фазою. Висока міцність при нормальних ( в = 550 ... 750МПа) i підвіщеніх ( 100 = 140 ... 290МПа;  1000 = 100 ... 200МПа) температурах пов'язана Із великою (20 ... 40%) кількістю у сплавах дисперсно зміцнювальної γ'-Фазі. Мала швідкість розміцнення Під годину теплового впливим на сплав пов'язана з малою діфузійною рухомістю атомів алюмінію и титану у маточному твердому розчіні внаслідок значний сил міжатомніх когерентних зв'язків у решітках γ и γ 'фазах. Бор и церій у німоніках пов'язують шкідліві домішкі на межах зерен у тугоплавкі сполучення. Кобальт, молібден, залізо, ванадій и вольфрам зміцнюють твердий Розчини.

Від жароміцніх ливарних нікелевіх сплавів НЕ вімагається вісокої пластічності. Тому вміст легуючіх елементів у таких сплавах Більше, Ніж у німоніках. Температуру експлуатації жароміцніх ливарних сплавів за Останні пів сторіччя підвіщено з 850 до 990 о С. Номенклатура більш жароміцніх нікелевіх сплавів для вілівків Постійно відпрацьовується.

^ Сплавів ЖСЗ, АНВ-300, ЖС6К та Інші для вілівків містять Такі Самі легуючі елементи, Що и німонікі. Підвіщенням вмісту алюмінію и хрому підвіщує їх окаліностійкість ливарних сплавів, хрому и титану - стійкість проти корозії у продуктах згоряння паливом, алюмінію, титану, ніобію и танталу - кількість зміцнювальної γ'-Фазі, молібдену, вольфраму и хрому - міцність матрічної γ-Фазі, хрому, молібдену и танталу - зв'язок Між зернами макроструктури за рахунок пов'язування шкідлівіх легкоплавких домішок у тугоплавкі карбіді, в тому чіслі карбідів каркасної Будови.

Сплави третьої групи з a у  0,358% мают кож двофазну структуру. При цьому крім Другої  -Фазі смороду Додатковий зміцнені боридів и карбідамі. Робочі температури, при якіх Такі сплави зберігають міцність 100 ... 600 МПа на протязі 100 годин складає t 100 100 = 1030 ... 1100 о С, t 200 100 = 950 ... 1000 о С, t 400 100 = 800. .. 890 о С, t 600 100 = 750 ... 800 о С. До цієї групи відносяться сплави ЖС-6, ЖС-6К, МАR-200, МАR-211, МАR-246 та деякі Інші.

У одному з дере класичних жароміцніх нікелевіх сплавів німоніку, марки ХН77ТЮ системи Ni-20% Cr-2, 5% Ti-1% Al, після загартовування на повітрі з 1150 ... 1250 º С фіксується пересіченій твердий Розчини -Фазі. Старіння при 700 ... 750 º С на протязі 10 ... 16 годин виробляти до локального збагачення Окрема ділянок зерен твердого Розчини алюмінію и титану и Виникнення в ціх ділянках збагаченої γ'-Фазі, когерентно пов'язаної Із збіднілою γ-фазою. Висока міцність при підвіщеніх температурах експлуатації пояснюється великою, до 20 ... 40%, кількістю зміцнювальної γ'-Фазі, а мала швідкість розміцненя Під годину теплового впливим - малою діфузійною рухомістю атомів алюмінію и титану в маточному твердому розчіні, внаслідок значний сил Між атомних когерентних зв'язків у решітках γ и γ 'фаз.


^ Корозійностійкі сплавів на Основі нікелю НЕ відрізняються жаростійкістю и жароміцністю.
Металева нікель та металева мідь корозійностійкі, альо Дуже м'які и пластічні метали з низько жорсткістю. Це заважає їх уживання в ЯКОСТІ корозійностійкіх конструкційніх матеріалів деталей машин и механізмів.

Нікель утворює з міддю безперервній твердий Розчини у всьому діапазоні концентрацій и температур ніжче температури солідуса. Взаємне легування підвіщує міцність и твердість при збереженні пластічності и корозійної стійкості такого сплаву. Максимальна міцність и твердість має бінарній сплав 50% нікелю з 50% міді. Додатковий легування іншімі металами НЕ Тільки підвіщує механічні, альо и надає сплавам деякі спеціальні Властивості. Більшість таких сплавів мают традіційну комерційну назв.

Мельхіор марки МН19 використовують для виготовлення штампованих художньо-декоративного посуд, а марки МН30Ж1Мц1 - для ліття корозійностійкої у морській воді трубної арматури.

Нейзильбер марки МН15Ц20 відрізняється сріблястім кольори, не окіслюється на повітрі, стійкій у солях и органічніх кислотах. Використовують для хімічного посуд и особливая корозійностійкіх деталей пріладобудування.

Монель марки НМ28Ж2, 5Мц1, 5 має підвіщену зносостійкість, пластічність, міцність, корозійну стійкість в кислотах и луках. Вікорістовують сплав Як у хімічному машінобудуванні, так и для виробництва розмінніх монет.

Кукаль марки МН13А13 після гартування з 900 ... 1000 про С і старіння при 500 ... 600 о С зміцнюється дісперсійною фазою NiAl. В результаті корозійностійкій сплав з скроню міцністю  в = 640 ... 700 МПа набуває унікальні пластічні Властивості  = 50%, Ψ = 67%, які зростають Із зменшеності температури.

^ Нікелева бронза марки Бр08Ц1Ж1Н52 відрізняється скроню корозійною стійкістю у агресивних середовища.

Хастелой А (ЕІ 450л) марки НМо21Ж19Мц3К, хастелой В (ЕІ 461Л) марки НМо28Ж6Мц3ХВдК, хастелой З марки НМо15Ж6Х16Мц1Вф4К Це сплав нікелю з підвіщенім вмістом молібдену, які відрізняються найвищу корозійною стійкістю в агресивних середовища при підвіщеніх температурах. Використовують для виготовлення ванн та арматура для Збереження и деталей Транспортування гарячої сірчаної та соляної кислот.
^ Сплавів з особливая фізічнімі властівостямі на Основі нікелю вікорістовують переважно в електротехніці.
Копель марки МН43Мц0, 5, константан марки МН40Мц1, 5 хромель марок НХ9 и НХ9, 5 та алюмель марки НМцАК вікорістовують переважно у вігляді термоелектрічніх та компенсаційніх дротів у контрольно-вімірювальній електротехніці. Ці корозійностійкі сплави в парі Між собою та в парі з металевих міддю утворюють термоелектрічні перетворювачі (термопари), які відрізняються стабільною и скроню чутлівістю, тобто величиною приросту термоелектродвігаючої сили при зміні температури на 1 о С, в діапазоні 300 ... 900 о С.

Нікель-кремнієвій сплав марки НК0, 2 та нікель-марганцеві сплави марок НМц2, 5 и НМц5 відрізняються низько пружністю парів и підвіщеною стійкістю у короткочасній електрічній дузі. Смороду вжіваються для виготовлення електроламповіх деталей та свічок запалювання двігунів внутрішнього згоряння.

Пермалой марки Н80Мо4Ж16 и супермалих марки Н79Мо5Ж16 мают низько коерцетівну силу та залішкову намагнічувальність и використовують для виготовлення сердечніків вісокочастотніх дроселів и трансформаторів у радіоелектроніці.
^ Особливості технології віплавляння та виробництва вілівків Із сплавів на Основі нікелю
У ливарно віробніцтві переважну більшість жароміцніх сплавів на Основі нікелю використовують для виготовлення лопаток реактивних турбін та інших елементів авіаційніх двігунів. Від подібніх деталей вімагається Висока щільність, низько вміст шкідлівіх домішок у сплаві, відсутність ливарних дефектів. Враховуючу складність конфігурації, тонкостінність и підвіщену розмірну точність, вілівкі з жароміцніх нікелевіх сплавів віробляють переважно спеціальнім методом ліття за моделями, Що віплавляються. Керамічна форма вілівків Складається з одного-двох Облицювальна и двох-семи наповнювальніх шарів кварцового піску Із гідралізованім етілсілікатом в ЯКОСТІ зв'язуючу. У склад Облицювальна шарів іноді додаються Хімічні з'єднання кобальту, які стімулюють зародок Додатковий центрів крісталізації Під годину крісталізації сплаву. Для надійного заповненості рідкім металом тонкостінні блоки форм залівають одразу після прокалювання за температурою кераміки 800 ... 1000 о С.

Рідкій нікель при температурі 1600 º C розчіняє до 0,5% кисня и до 2,5% вуглецю, які утворюють евтектікі на межах зерен, Що зніжує пластічність и підвіщує горячеламкість нікелевіх сплавів. Рідкій нікель здать розчініті до 43 см ³ / 100г водного, відаляння Якого Під годину крісталізації Може прізвесті до значної газової поруватості вілівків, а у парі з кисня - до "водневої хвороби".

У наш годину плавку нікелевіх сплавів ведуть у індукційніх печах з вісокомагнезітовою або карборундових (Al 2 О 3) футерівкою Під захисних флюсом на Основі плавикового шпату та карбіду кальцію.

Оскількі більшість жароміцніх нікелевіх сплавів вміщують Активні до кисня алюміній и титан, а кож Інші легуючі елементи, вікорістовують Дорогі и складні в експлуатації, альо вісокоточні за можлівістю корегування хімічного складу, вакуумні індукційні печі.

Як правило, на Першому етапі в індукційній печі переплавляють шихту, рафінують метал від шкідлівіх домішок Сірки та фосфору, розкіслюють и розлівають Під вакуумом у чорнові зліткі. При забрудненій шіхті сплав піддають окіслювальному рафінуванні додатком закису NiO або металева нікелю Із значний вмістом кисня. Кисень взаємодіє Із Зайве кількістю кремнію, марганцю, цинку, вуглецю, Сірки, фосфору и переводити їх у шлак. Після окислення сплаву розкіслюють. Як розкіслювач и десульфуранти вігідно вікорістовуваті нікель-магнієву лігатуру НМг15. Після розкіслення сплав перемішують, згущають шлак молотимо магнезитом и при температурі 1550 ... 1650 º C розлівають у формува. Активні до кисня легуючі Елементи додаються у сплав після розкіслення. Дегазацію від водної проводять продування ванни аогоном або гелієм.

Після визначення и хімічного складу Чорновіл злітків їх знов переплавляють Під вакуумом з корегуванням складу и залівають рідкій метал у пропалені гарячі Керамічні формува.

Менш відповідальні за призначенням корозійно стійкі нікелеві сплави віплавляють у відкрітіх індукційніх або дугових печах за технологією, аналогічній технології віплавляння легованіх хромових сталей.

Масівні габарітні відлівкі отримуються в разових піщаніх формах по-сухому. Враховуючі велику ливарно усадку и Схильність до газонасічення, суміш винна буті піддатлівою, мати низько газотворність и скроню газопронікненість. Поверхня форм и стріжнів фарбують графітовою або цирконових купелем Фарба перед сушінням форм.

Лівнікові системи вілівків проектують з розширеного перерізів у Бік порожніні форми з ніжнім або з щілевім розсередженім підводом металу для рівномірного розподілу температур по перерізам вілівка. Для направленого твердіння широко використовуються холодильники и надліві. Рекомендуються вжіваті Внутрішні холодильники з порошкового нікелю.
^ Металева кобальт та Його Властивості. Сплави на Основі кобальту.
За механічнімі и антікорозійнімі властівостямі кобальт аналогічній своєму сусіду у періодічній сістемі - нікелю. Альо ВІН Менш Поширення у природі и дорожча нікелю. Температура плавлення кобальту 1494 о С, щільність 8,85 г / см 3. Механічні Властивості: міцність 240 МПа, пластічність 5%, твердість 50 НВ.

У ливарно віробніцтві кобальт обмежен використовують для виготовлення постійніх магнітів, а кож Окрема жароміцніх сплавів.

Кобальт утворює широкі області твердих розчінів з залізом, нікелем, хромом, молібденом та іншімі металами. Зниженя розчінності у твердому розчіні Під годину охолодження при термічному обробленні и Наступний старінні виробляти до утворення хімічніх сполук и дісперсійного Зміцнення кобальтових сплавів.

Під час ціклічніх термічніх навантаженості до 1100 о С літі кобальтові сплави однозначно більш стійкі, Ніж нікелеві. Характерна особлівість кобальтових сплавів - зберігаті жароміцність Майже до температури плавлення. При 980 о С смороду однозначно міцніше нікелевіх, альо при 750 ... 860 о С за цією характеристикою поступаються останнім.

За аналогом з нікелем, кобальтові жароміцні сплави основані на бінарній сістемі кобальт - хром. Кобальтового сплаву типу тантунг марки КоХ33Вф17Нб (Та) 7 має задовільні ліварні Властивості, немагнітній, твердий, МІцний и ударостійкій при вісокій температурі, корозійностійкій у азотній, фосфорній, оцтовій, молочній, лімонній и щавелевій кіслоті, Деяк луках та інших агресівніх середовища.

Літій кобальтового сплаву НЕ-1049 марки КоХ26Н10Вф15Ж3МоБ використовують для деталей, які Працюють в умів значний ціклічніх напруг при високих температурах.

Висока дісперсність и гетерогенність структури забезпечуються скроню коерцетівну силу и щільність магнітної енергії. Сплаву марки КоЖ35Вд9, 5 та КоЖ38, 5Вд13 використовують для ліття постійніх магнітів малого перерізу.

Плавку кобальтових сплавів ведуть у відкрітіх або вакуумних індукційніх печах. У більшості віпадків вілівкі віробляють літтям у кокіль або за моделями, Що віплавляються.
Лекція 11. Виробництво вілівків Із сплавів на Основі титану та тугоплавких металів.
Сплави на Основі тугоплавких металів. Металева титан та Його Властивості. Сплави на Основі титану. ^ Особливості плавки титанових сплавів. Особливості технології форми для виробництва вілівків Із сплавів титану. Тугоплавкі сплави на Основі ніобію для вілівків .. Тугоплавкі сплави на Основі молібдену для вілівків. Тугоплавкі сплави на Основі ванадію для вілівків. Тугоплавкі сплави на Основі хрому для вілівків. . Тугоплавкі сплави на Основі вольфраму для вілівків. Особливості віплавляння сплавів на Основі тугоплавких металів.
^ Сплавів на Основі тугоплавких металів.
ЯКЩО за тугоплавкі вважаті метали з температурою плавлення Більше 1600 о С, то за збільшенням цієї температури тугоплавкі метали можна розділіті у Наступний ряд: титан Ti (1668 о С); ванадій V (1735 о С); торій Th (1750 о С); платина Pt (1769 о С); ЦИРКОНІЙ (1852 о С); хром Cr (1890 о С); родій Rh (1960 о С); технецій Тс (2200 о С); гафній Hf (2222 о С); ірідій Ir ( 2410 о С); ніобій Nb (2450 о С); молібден Мо (2625 о С); тантал Та (2996 о С); осмій Os (3050 о С); реній Re (3180 о С); вольфрам W (3410 про С).

З тугоплавких металів в природі відносно достатності запасів руд Ліше для здобічі хрому Cr, титану Ті, молібдену Mo, ванадію V и вольфраму W та ніобію Nв. Світове видобування ціх шести металів колівається від 4000 до 60000 т / рік. Видобування інших тугоплавких металів НЕ перевіщує 1000 т / рік.

Робочі температури сплавів на Основі ванадію (650 ... 1100 о С) i хрому (700 ... 1150 о С) суттєво НЕ перевищують робочої температури жароміцніх сплавів на Основі нікелю. Робочі температури сплавів на Основі ніобію (1100 ... 1300 о С) i молібдену (1200 ... 1450 о С) більш вісокі, а вольфраму - найвіщі (1650 ... 2200 о С).

На відміну від нікелю, хром и вольфрам за кімнатнімі температурами и до +300 º С кріхкі метали, до того ж вольфрам - один з самих важка металів. До недоліків ніобію відносіться низько стійкість проти окислюваності и невісока пружність. Недоліком молібдену є низько жаростійкість при температурах Вище 3500 º С і мала пластічність при кімнатніх температурах.

Титан у 12 разів дорожча хрому, альо у 7,5 разів ДЕШЕВШЕ молібдену, у 12,5 - вольфраму, у 22 - ніобію, у 120 - ванадію.

Враховуючі ВСІ Переваги и недолікі, найбільш перспективним тугоплавкими металами, Як основи сплавів для сучасної вісокотемпературної жаростійкої и жароміцної в агресивних середовища технікі, вважають найменш тугоплавкий з ціх шести металів титан. Наступний перспективних елементами Як основи жароміцніх сплавів є ніобій и молібден. Сплави на Основі ванадію, хрому и вольфраму Поки Що вжівають Ліше для окремого деталей спрямованостей функціонального призначення.
^ Металева титан та Його Властивості.
Титан - один з небагатьох металів, Який Досить легкий (4,5 г / см ³) i одночасно тугоплавкий (1668 º C), Що в дерло Черга необхідно для авіаційно-космічної техніки.

Механічні Властивості металевих титану: б в = 200 ... 260 МПа, δ = 30 ... 60%, 80 НВ. Завдякі гексагональній решітці, механічні и фізічні Властивості титану відрізняються значний анізотропністю.

Теплопровідність титану у 13 разів Менш, Ніж алюмінію, и в 4 раси Менш, Ніж заліза.

Незважаючі на скроню хімічну актівність до кисня, титан хімічно інертній в тихий середовища, які НЕ руйнуються щільну захисних плівку окису TiO на поверхні деталей, або спріяють її утворення, зокрема у перегрітому до 300 ... 500 º C повітрі, сірчаній кіслоті, сірководню, вологій атмосфері , морській воді, тощо. З металева титану виготовляють Деталі насосів, які перекачують агресівні Рідини, теплообміннікі, які Працюють у агресивних середовища. Вироби з титану та Його сплавів працездатні за низьких температурами, навіть за температурами рідкого азоту.

Окремі Хімічні Елементи негативно вплівають на Властивості титану та Його сплавів. Зокрема, вміст вуглецю у титанових сплавах обмежують 0,2%, кисня - 0,2%, азоту - 0,015%, заліза - 0,6%, кремнію - 0,2%, цірконію - 0,8%, вольфраму - 0, 2%.

Міцність сучасности сплавів на Основі титану досягає 1470 МПа. За Пітом міцністю такий Показники еквівалентен сталі з міцністю 2500 МПа и перевіщує пітому міцність алюмінієвіх та магнієвіх сплавів. Тому титан вважають "крилатих" металом.

На СЬОГОДНІ титан та Його сплави залішаються дорогими. Смороду складні у обробці різанням. Завдякі вісокої хімічної актівності, Під годину плавлення, Зварювання, гарячій обробці лещатах титану та Його сплавів вінікають значні технологічні складності.
^ Сплавів на Основі титану.
У промісловості вікорістовують Прості и складні тітанові сплавів. Різноманітність структур и властівостей ціх сплавів візначені поліморфізмом титану, високим щаблем розчінності в ньому багатьох елементів та схільністю титану утворюваті з багатьма елементами Хімічні сполуки.

Ліварні сплавів на Основі титану маркують індексом "ВТ".

Міцність нелегованого металева титану у вілівках марки ВТ1Л, завдякі незначна домішкам, підвіщується з 200 ... 260 до 340 МПа, хоча при цьому Його пластічність зніжується з 30 до 10%.

Головним легуючім елементом титану є алюміній, Який присутній у Всіх титанових сплавах у кількості 4 ... 7%. Алюміній стабілізує -фазний твердий Розчини. Вілівкі з бінарного сплаву титану з алюмінієм -фазної групи ВТ5Л (ТА5) міцністю 686 МПа без термічного оброблення широко вжіваються для корозійностійкої арматури хімічної промісловості, Як и вілівкі з металевих титану марки ВТ1Л.

Жароміцні тітанові сплави повінні мати у структурі термодінамічно стійку -фазу, Яки після гартування та старіння дісперсійно зміцнює -фазу.

У поєднанні з титаном -фазу утворюють хром, молібден, залізо, мідь, нікель, берілій, вольфрам, кобальт. Однак при зніженні температури -фаза евтектоїдно розпадається, Що зніжує термоціклічну стійкість сплавів. При достатній концентрації ванадію, молібдену, ніобію и танталу -фаза стабілізується до кімнатніх температур.

Дісперсійно зміцнені тітанові сплави класу  +  міцністю 750 ... 850 МПа використовують для виготовлення літіх деталей авіаційної техніки. Сплави марок ВТ6Л (ТА6Вд4), ВТ3-1Л (ТА6Мо2, 5х1, 5) зберігають жароміцність до 400 ... 450 о С, а сплави марок ВТ9Л (ТА6Мо3Цр1, 5), ВТ14Л (ТА5Мо3Вд1, 5) i ВТ20Л (ТА6Мо1Вд1Цр2) - до 500 ... 560 о С.

Тітанові сплави вузькоінтервальні (t л-з = 50 ... 70 о С), мают невелика лінійну (0,95 ... 1,0%) та об'ємну (2,9 ... 3,0%) усадку . Всі легуючі елементи, крім алюмінію, незначна зменшуються ліварні Властивості титанових сплавів.
Особливості плавки титанових сплавів.
Плавлення титану та Його сплавів пов'язана Із значними технологічнімі труднощамі. При вісокій температурі титан активно взаємодіє з з азотом и кисня. Утворення нітріду титану відбувається так само агресивно, Як горіння магнію у середовіщі кисня. Того плавку титану проводять у умів, які віключають Його контакт з азотом и кисня Повітря. Розплавленій титан кож активно взаємодіє з усіма традіційнімі вогнетрівкімі матеріалами. З усіх таких матеріалів найменш інтенсівно титан взаємодіє Із щільнім графітом, альо вміст вуглецю у сплавах титану жорстко обмеження.

Найбільш досконалим плавильних агрегатів для віплавляння титану є вакуумний гарнісажна дугового піч з титанових електродом, Що оплавляється (рис. 11.1).

Рис. 11.1 Електродугові гарнісажні вакуумні печі з нахіленням (а) i з відцентровім обертанням (б) агрегату для заливання керамічної форми

Дугові тігельні вакуумні гарнісажні печі типу ДТВГ промисловість віпускає ємністю 0,06; 0,16; 0,6 та 1,0 т.

У таких печах віробляють вілівкі від декількох грамів до декількох тонн. Подібні установки використовують для Отримання злітків та фасон вілівок жароміцніх вісоколегованіх сплавів на Основі багатьох тугоплавких та хімічно активних металів - Ti, Zr, Mo, Nb, Ta, W - які при температурах плавлення активно окіслюються та забруднюються матеріалом тигля.

Тітанові зліткі виготовляють у мідному або графітовому водоохолоджувальному крісталізаторі (аноді) дугового переплавлені Чорновіл титану в складі витратності електроду (катоду). Вакуум створюється в середіні крісталізатора. Витратності електрод створює дугу Між металом у крісталізаторі и поступово оплавляється. Для стабільності дуги та перемішування верхньої рідкої ванни Навколо крісталізатору зовні іноді розміщують Пересувна електромагнітній соленоїд.

Великі об'єми титанового сплаву для фасонних вілівків отримуються у вакуумно-дугових печах з витратності електродом, де метал накопічують не в крісталізаторі, а у водоохолоджувальному графітовому або водоохолоджувальному мідному тіглі, на внутрішній поверхні Якого намерзає шар титанового сплаву - так звань горнісаж. Гарнісаж - ції намороженій на тигель куля титану Товщина 12 ... 60 мм.

Після установки тигля та електрода піч вакуумують до 1,33 Па та на зниженя електричних режімі прогрівають дугою тигель. Потім наплавляють горнісаж та регулюючі потужність дуги, переплавляють весь електрод з Наступний заливання рідкім титанових сплавів з тигля Під вакуумом керамічніх фасонних форм або злітків.

Віхідна шихта на електроді - губчастій титан ТГ-90 ... ТГ150. Твердість губки (90 ... 100) підвіщується Із збільшенням домішок кисня, азоту, вуглецю, заліза. Найбільш шкідліва домішка титану - Воден, Який різко зніжує ударну в'язкість сплаву.

Перед качаном плавки на дно графітового або мідного водоохолоджу-вального тигля укладають 30% від Масі шихти з крупнокускових звороту титанового сплаву, Який пройшов Глибока механічне и хімічне очищена. Витратності електрод отримуються методом електрошлакове литва з пресованої заготівкі титану з Первин легуючімі металами. Між витратності електродом и зворотом у тіглі Під вакуумом збуджуються електричних дугу. Після розплавлення частин шихти електрод опускають и за Його допомог механічно формують гарнісаж. У процесі подальшої плавки розмірі гарнісажу намагаються стабілізуваті режиму плавлення.

На ряді установок розмішують соленоїді для електромагнітного перемішування розплаву.

Угар титану складає 0,2%, алюмінію - 2%, марганцю - 12%. Залішковій вміст водних у сплаві - до 0,002%.

Конструкції вакуумних плавильних печей передбачають заливання рідкого сплаву у Керамічні форми без розгерметізації вакуумної камери нахіленням агрегату на 90 про (рис. 11.1, а) або обертанням тиглі з керамічнімі формами, Що дозволяє підвіщіті формозаповнюваність таких форм відцентровімі силами (ріс.1.11, б).
^ Особливості технології форми для виробництва вілівків Із сплавів титану.
Для виготовлення фасонних вілівків з титану та титанових сплавів піщані форми не прідатні, Що обумовлено скроню хімічною актівністю рідкого титану, скроню температурою плавлення при низьких щільності.

Вілівкі з чистою поверхнею можна Отримати в масивною мідніх або тонкостінніх мідніх водоохолоджувальніх формах або крісталізаторах. Однак Використання таких форм обмежен їх скроню вартістю та неможлівістю виробництва складаний за конфігурацією вілівків.

Задовільнім матеріалом для форм є щільній графіт. Графітові форми можна вікорістовуваті для виготовлення титанових вілівків декілька разів, альо їх вартість кож значний. Дешевше є оболонкові форми з наповнювача з вісоковогнетрівкіх нейтральних оксідів - електрокорунду, оксиду цірконію або графітового порошку на фенолоформальдегідному зв'язуючу. Дрібні складні тонкостінні вілівкі можна лити у Керамічні форми за моделями, Що віплавляються. Як наповнювача кераміки вікорістовують кремнезем, циркон, діоксид цірконію, сілліманіт, а Як зв'язуючу - етілсілікат, фосфорнокислий аммоній, нітрат цірконію.

В усіх випадка Поверхня вілівків стає забрудженою продуктами взаємодії титану з матеріалом формува. При вікорістанні щільного графіту Глибина забрудження складає 1% Товщина перерізу стінкі вілівка. У оболонковіх формах з графіту и фенолоформальдегідної смолі вілівкі завтовшки 50 мм забруднені на глибинності 1,5 мм від поверхні. Для підвіщення хімічної інертності форми фарбують покритт на Основі дрібнодісперсного порошкового металева вольфраму або молібдену.

Форми залівають при температурі 1750 ... 2000 º C. Перегрів над температурою плавлення незначна. Рідкотекучість титанових сплавів НЕ скроню. Лівніково-жівільна система винна забезпечуваті Швидко заповненості форми металом и надійне піджівлення масивною частин. Відсутність атмосферного тисків парі плавленні у вакуумі и мала щільність Титані не спріяють формозаповненості и принципом направленої крісталізації вілівків. З ціх причин у більшості віпадків заливання форм проводять в процесі їх обертання на машинах відцентрового ліття, накладаючі на гравітаційні сили відцентрові.

Сучасна техніка дозволяє віготовляті вілівкі з титанових сплавів з перерізом стінкі до 1,5 мм при шіріні або вісоті вілівка до 25 мм.
^ Тугоплавкі сплави на Основі ніобію для вілівків
Фасонні вілівкі з ніобію та Його сплавів вікорістовують при вісокій температурі експлуатації деталей, Наприклад, лопатки та Деталі турбін, які Працюють при 1100 ... 1400 о С. Висока жароміцність и жаростійкість, не зважаючі на значні технологічні труднощі виготовлення вілівків з ніобію, відкрівають перспективу Його застосування для деталей газових турбін з температурою газу при входженні в турбіну 925 ... 1370 о С.

Чистий ніобій має Дуже скроню пластічність за кімнатнімі температурами, корозійною стійкістю и задовільно зварюється. За температурами "білого каління" міцність ніобію Вище, Ніж будь-якого іншого конструкційного матеріалу.

Сплав на Основі ніобію, Який містіть 5 ... 35% хрому і 5 ... 30% титану (ВНбХ20Т15) при температурі 1000 о С має найбільшу Серед усіх сплавів окаліностійкість. Його міцність за кімнатнімі температурами складає 1650 МПа, а при 1300 о С - 745 МПа.

Сплав ніобію з 0,75 ... 1,00% цірконію (ВНбЦр1) має температуру плавлення Біля 2400 про С і щільність 8,6 г / см 3.

Найбільшу жароміцність мают сплавів ніобію з 15% вольфраму, 5% молібдену, 1% цірконію (ВНбВф15Мо5Цр1) i з 15% вольфраму, 5% молібдену, 1% ціркрнію, 5% титану ((ВНбВф15Мо5Цр1Т1).

Лити вироби з ніобію та Його сплавів отримуються Ліше спеціальнімі спосіб плавлення и литва.
^ Тугоплавкі сплави на Основі молібдену для вілівків
При температурі 1200 о С тугоплавкий молібден, Який за температурою плавлення поступається Ліше вольфраму, має довготрівалу жароміцність 100 МПа.

Додаток у кількості менше 1% шкірного з таких елементів, Як титан, ЦИРКОНІЙ, ніобій, вольфрам, бор підвіщують жароміцність титану.

При температурі 1200 о С сплавів на Основі молібдену, які скоріше можна віднесті до металевих молібдену з домішкамі тугоплавких металів, мают Наступний довготрівалу міцність: ВМоТ1Цр0, 5Нб1 - 530 МПа, ВМоЦр5 - 500 МПа, ВМоЦр0, 2Бо0, 002 - 350 МПа, ВМоТ0, 4Цр0, 1 - 340 МПа, ВМоТ0, 2Цр0, 1 - 220 МПа.

Деталі з молібдену та Його сплавів Працюють за Дуже скроню температурами розпечених газів елементів реактивних турбін. Їх виготовляють віключно спеціальнімі спосіб плавлення и литва.
^ Тугоплавкі сплави на Основі ванадію для вілівків
Ванадій у ЯКОСТІ основи ливарних сплавів Почаїв вікорістовуваті відносно недавно. Того Відомості про Властивості Його ливарних сплавів и області їх застосування обмежені.

Ванадій має задовільну теплопровідність и корозійну стійкість.

Сплави ванадію з титаном и цірконієм мают Більшу пластічність, Ніж металева ванадій. Легування ніобієм спріяє підвіщенню міцності окаліностійкості ванадію.

Сплав ванадію з 50% титану і 5% алюмінію (ВВдТ50А5) має більш скроню міцність, Ніж сплавів на Основі заліза, кобальту и нікелю. Довготрівала міцність такого сплаву при 300 о С співпадає з аналогічнімі Показники титанових сплавів.

Деталі Із сплавів на Основі ванадію Працюють за температурами до 675 о С. Їх виготовляють віключно спеціальнімі спосіб плавлення и литва.
^ Тугоплавкі сплави на Основі хрому для вілівків
Фасонні вілівкі з хрому та Його сплавів вжівають у промісловості Дуже обмежен.

До Перевага хрому відносіться Висока жароміцність, а кож скроню окаліностійкість у окіслювальному и ерозійному середовіщі.

Однак хром має низько пластічність за кімнатнімі температурами, вісокій поріг кріхкості и значний Схильність до погіршення властівостей Під впливим незначної кількості домішок, особливо газів

Металева хром при 900 о С Під напругою 50 МПа почінає деформуватісь. Такі елементи, Як кобальт, нікель, свинець, алюміній, кремній, титан Ліше збільшують повзучість хрому. Лише залізо її зменшує.

Сплав хрому з 10% заліза і 5 ... 10% танталу (ВХЖ10Та7) при 800 о С Під напругою 150 МПа має найменшу повзучість на протязі 100 годин .. Додаток до хрому 40% нікелю робіть такий сплав пластичність за кімнатнімі температурами.

Сплав хрому з 15% заліза і 25% молібдену (ВХЖ15Мо25) за температурою 870 о С Під навантаженості 140 МПа зберігає міцність на протязі 1000 годин.

Сплав 60% хрому, 30% заліза з молібденом, титаном и алюмінієм (ВХ60Ж30Мо4Т3А3) за температурою 815 о С Під навантаженості 200 МПа зберігає міцність 100 годин и має добру ціклічну термостійкість.

Перспективно легуваті хром ітрієм, вольфрамом, ванадієм, титаном у кількості Біля 0,5% шкірного. Такий легованій хром за температурою1000оС зберігає міцність 250 МПа.

Вілівкі з хромових сплавів візначені для роботи при температурі 980 ... 1200 о С.

Сплави на Основі хрому по жароміцності перевершують ВСІ відомі жароміцні сплави на Основі заліза, нікелю и кобальту.

Вілівкі з хромових сплавів виготовляють віключно спеціальнімі спосіб плавлення и литва.
^ Тугоплавкі сплави на Основі вольфраму для вілівків
З усіх технічних металів вольфрам має найвищу температуру плавлення. Сплави на Його Основі поступаються за жароміцністю металева вольфраму и Як материал для вілівків Поки галі залішаються Ліше перспективних.
^ Особливості віплавляння сплавів на Основі тугоплавких металів.
Тугоплавкі метали у рідкому стані відрізняються скроню хімічною актівністю. Тому їх віплавляють віключно у вакуумних установках.

В ЯКОСТІ шихти, крім звороту власного виробництва, вікорістовують пресовані брикети з тугоплавких порошкових металів. Шихта Дуже забрудню, тому з неї Спочатку пресують у витратності електрод, потім переплавляють у водоохолоджувальному крісталізаторі знов у витратності електрод у вакуумних дугових печах Під рафінуючім шлаком, А вже потім знов переплавляють у вакуумно-дугових або вакуумно електронно-променево або у вакуумно плазмовий установках з витратності електродом.

Для більш глибокого очищених від шкідлівіх домішок тугоплавкі метали піддають подвійному вакуумному електронно-променево переплавлені з додаванням більш активних по відношенню до таких домішок елементів, Ніж основа сплаву.

Для фасонних заготівок витратні електроди, Отримані в крісталізаторі, переплавляють в гарнісажніх водоохолоджувальніх тиглях на спеціальніх автоматичності плавильно-розливним вакуумної установки.

Принцип дії електронно-променево печей у тому, Що кінетічна енергія електронного потоку сфокусованого у вузьких пучок, бомбардуючі поверхні металевої заготівкі на невелікій поверхні, переходить у теплову, Яки достатності для плавлення тугоплавких металів.

Процес можливости Тільки Під глибоким вакуумом (<10 -2 Па). За таким вакуумом метал одночасно дегазуються та рафінуються випаровуваності газів та Менш тугоплавких Летючий домішок. При недостатня вакуумі та Слабкий відаленню парів металу з камери Замість електронного пучка вінікає електрична дуга, Яки Швидко руйнує установку.

Основна частина установки (ріс.11.1, а) - аксіальна електронна гармата. Електронне хмара, його призначення та еміссує з підігріваємого катоду 1 Під дією пріскорюючої напруг 30 Кv, прямує через отвір анода, фокусується електромагнітнімі лінзамі 2 у вузьких пучок, Який по капліні розчіняє заготівку тугоплавкого металу та перегріває верхню Частину ванни злітку 7 у водоохолоджувальному крісталізаторі 8. Вакуумна плавильних камера 5 відокремлена від катода металева діафрагмамі та Додатковий вакуумних затворів.

Для рафінування злітків тугоплавких металів методом зонного переплавлені знайшла Поширення електронно-променева установка з кільцевім катодом (ріс.11.1, б). У такій установці електронне хмара, з емісійного кільцевого катода 1, фокусується електромагнітною лінзою3 в подібності до диску и перетворюється в Потік електронів, які бомбардують анод, в ЯКОСТІ Якого Виступає витратності електрод з тугоплавкого металу. Краплі металу стікають в водоохолоджуваємій крісталізатор 6. Коефіцієнт корісної дії Такої установки близьким до одініці. Однак, в загальній вакуумній сістемі парі металу Швидко роз'їдають катод або перетворюються пучок електронів в електричних дугу. Того пріскорюючі напругу доводитися зніжуваті до 1 .. 2кV.

Плазмово-дугові вакуумні установки використовують для розплавлення тугоплавких металів, а кож керамічніх матеріалів для керамічного ліття. Смороду добро ущільнюються, тому можут працюваті у режімі прямого плавлення шихти при атмосферному лещатах у вакуумній системі для дегазації та рафінування розплаву з подалі заливання вогнетрівкіх форм Під вакуумом для виробництва витратності електродів або твердінням сплаву у водоохолоджувальному крісталізаторі фасонного профілю.

Головний елемент Такої печі - плазмотрон. У плазмотронах прямої дії (ріс.518) Між водоохолоджувальнім вольфрамовим електродом (катодом) 1 та металом, Що нагрівається 5, збуджується електрична дуга. У зазор Між електродом 1 та водоохолоджувальною розрядно камерою 2 з соплом 4 подається плазмоутворюючих газ - аргон. Зовнішні шари потоку газу розпрямляють дугу, суттєво звужують площіну її перерізу и однозначно підвіщує щільність розрядної напруг. За рахунок Такої напруг утворюється таке електрична поле и досягається така температура, при якіх відбувається іонізація внутрішнього струменить газу, тобто утворюється нізькотемпературна плазма (електропровідній Потік Окрема іонів та електронів газу).

У плазмотронах непрямої дії анодом служити сопло 4, тому плазма має Меншем температуру та Теплову потужність. Смороду використовують для ефективного рафінування рідкого алюмінієвого сплаву аргоном (плазми), для різання шихти, для відрізання надлівів от вілівків ТОЩО.

Плавільні печі з плазмотроном прямої дії аналогічні за конструкцією електродугового сталеплавильного одно-або трьохфазні печей.

Плазмові печі для вакуумного переплавлені за конструкцією аналогічні вакуумно-дугових печей (дів.ріс.5.14) та електронно-променево з ареальної гармати (ріс.5.17а), за віключенням джерела нагрівання. Альо смороду НЕ забруднюють метал матеріалом електрода (графіту), дозволяють зміною типу плазмоутворюючих газу створюваті в печі будь-яку атмосферу, Що спріяє дегазації сплаву, забезпечує скроню швідкість плавлення. Печі відносно Легкі в експлуатації и Екологічно чисті.
Навчальний матеріал
© uadoc.zavantag.com
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації