Файл: Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки.pdf

кой и штамповкой. Для деталей, подвергающихся удар­ ным нагрузкам, используют м а р г а н ц о в и с т у ю л а ­ тунь. Специальные марки латуни применяют для изго­ товления деталей, работающих на изгиб при высоких удельных нагрузках: червячных и нажимных винтов, ободов червячных колес, шестерен, всевозможных фа­ сонных деталей.

Никель и его сплавы

Никель — металл серебристо-серого цвета с сильным металлическим блеском. В природе никель более расп­ ространен, чем медь. Он встречается в сернистых, сили­ катных и серномышьяковистых рудах. При нормальной температуре химически стоек по отношению к воздуху и воде, в кислотах медленно растворяется, щелочные соли на никель не действуют.

Никель легко протягивается и механически обраба­ тывается; в атмосфере водорода поддается пайке твер­ дыми (обычно серебряными) и мягкими припоями, хо­ рошо сваривается электросваркой. Однако механические свойства никеля зависят в основном от чистоты его сос­ тава и предшествующей обработки.

. Никель используют для изготовления деталей в гер­ маниевых приборах потому, что он легко сваривается обычными методами электросварки.

Благодаря своей стойкости против коррозии, относи­ тельно высокой температуре плавления и низкому дав­ лению паров никель очень широко применяется для изготовления деталей вакуумного технологического обо­ рудования и различных кассет, используемых в техноло­ гическом процессе изготовления приборов.

Промышленностью изготовляется никель марок Н-0,

Н-1, Н-2, Н-3, Н-4 чистотой 97,6—99,99%.

88

Никель употребляется как легирующая добавка при выплавке качественной стали и для получения сплавов с другими цветными металлами. Он используется также для электролитического покрытия металлов.

Никелевые сплавы широко используются для изго­ товления основных деталей радиоламп, что объясняется их высокими электровакуумными свойствами, большой прочностью при высокой температуре, химической стой­ костью по отношению к оксидному слою и т. п. Катоды прямоканальных ламп изготовляются из высоколегиро­ ванных никелевых сплавов, обладающих жаропрочно­ стью и высоким электросопротивлением. Основными ле­ гирующими компонентами в этих сплавах являются ко­ бальт, кремний и титан. В последнее время появились никелевые сплавы, легированные вольфрамом, кремни­ ем, марганцем, которые применяются для деталей элект­ ровакуумных и других приборов, электродов запальных свечей двигателей внутреннего сгорания, а также других электротехнических приборов.

В настоящее время применяются также и различные коррозийностойкие никелевые сплавы. Это двойные ни­ келевые сплавы, легированные марганцем, алюминием и кремнием, применяющиеся для изготовления различ­ ных литых деталей, а также сложные сплавы никеля с медью, хромом, молибденом, вольфрамом и другими элементами типа понель, гастелой, инконель, иллиум, отличающиеся высокой коррозийной стойкостью в широ­ ком интервале температур. Основные механические свой­ ства никелевых сплавов приведены в таблице 13.

Для деталей нагревательных элементов электропечей и деталей высокого омического сопротивления широкое распространение получили сплавы никеля с хромом.

В качестве термоэлектродных сплавов, образующих между собой термопару с большой термоэлектродвижу-

89

Таблица 13

Основные физико-механические свойства никелевых сплавов

щей силой, используются никелевые сплавы типа хро­ мель и алюмель.

Никелевые сплавы, отличающиеся высокой магнитной проницаемостью, используются для изготовления дета­ лей слаботочных приборов, трансформаторов и других устройств. В комбинации с кобальтом никель входит в состав магнитотвердых сплавов. Одним из широко изве­ стных сплавов с высокой коэрцитивной силой является сплав кунико, состоящий из кобальта, никеля и меди.

Сплавы тугоплавких редких металлов

К сплавам тугоплавких редких металлов относятся следующие: сплавы вольфрама с молибденом, тантала с вольфрамом и молибденом, тантала с ниобием, сплавы на основе титана, на основе циркония и др.

90

венных техническим стеклам, и поэтому используются в электровакуумных приборах, для электрических вво­ дов, впаиваемых через разные сорта стекол. Кроме того, они применяются в качестве тела накала в радиолам­ пах и в качестве термопар для измерения высоких (до 3000°С) температур.

Важной группой сплавов, сочетающих высокую изно­ соустойчивость, жаропрочность, жаростойкость и анти­

струмента.

Сп л а в ы в о л ь ф р а м а и м о л и б д е н а с ме ­ д ь ю и с е р е б р о м применяют для изготовления кон­ тактов, например для агрегатов контактной электросвар­ ки, имеющей важное значение в точном машино-и прибо­ ростроении.

С п л а в ы в о л ь ф р а м а с м е д ь ю и н и к е л е м (тяжелые сплавы) находят применение в радиотерапии для защиты от жестких гамма-лучей, при изготовлении контейнеров, предназначенных для хранения радия, для изготовления электрических контактов повышенной прочности и твердости.

Сп л а в ы т а н т а л а с в о л ь ф р а м о м и мо ­

механические свойства. В аналогичных случаях приме­ няются и с п л а в ы т а н т а л а с н и о б и е м .

Свойства титана как конструкционного материала с малым удельным весом могут быть существенно улуч­ шены сплавлением его с небольшим количеством леги­ рующих добавок. Наиболее употребительными легирую­

91

нец, хром, железо, молибден, ванадий. Эти сплавы бла­ годаря малому удельному весу имеют высокие показа­ тели удельной прочности, превосходящие аналогичные показатели наиболее широко распространенных конст­ рукционных сталей и сплавов цветных металлов.

С п л а в ы на о с н о в е ц и р к о н и я с повышенны­ ми механическими и антикоррозийными свойствами ис­ пользуются в реакторах для производства атомной энер­

Твердые металлокерамические сплавы

Металлокерамическими твердыми сплавами называ­ ются сплавы на основе тугоплавких твердых карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта.

Эти сплавы обладают рядом ценных свойств, основ­ ными из которых являются высокая твердость, сочетаю­ щаяся с высоким сопротивлением износу, и способность сохранять в значительной степени указанные свойства при повышенных температурах.

Металлокерамические твердые сплавы обладают от­ носительно высокой электропроводностью и теплопровод­ ностью, приближающимися к соответствующим показа­ телям сплавов железа. Они мало подвергаются воздей­ ствию кислот и щелочей, не окисляются на воздухе да­ же при относительно высоких температурах.

В СССР выпускаются две группы металлокерами­ ческих сплавов:

в о л ь ф р а м о - к о б а л ь т о в ы е с п л а в ы (ВК2, ВКЗ, ВКб, ВК8 , ВКЮ, ВК11, ВК15), идущие на изго­

товление режущих инструментов для чистовой и получистовой обработки чугуна, цветных металлов и их спла­ вов, а также различных неметаллических материалов;

92

т и т а н о-в о л ь ф р а м о-к о б а л ь т о в ы е с пл а вы

(Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т60К6), из которых из­ готовляют режущие инструменты для обработки стали.

Для ряда отраслей новой техники применяются раз­ личные с п е ц и а л ь н ы е м е т а л л о к е р а м и ч е с к и е с пл а в ы. Важнейшими из них являются тяжелые, ваку­ умные и жаропрочные.

Т я ж е л ы е с п л а в ы — сплавы с плотностью 10,0—17,0 Г/см3. Обычно это сплавы на основе вольфра­ ма. Применяются они в различных приборах.

В а к у у м н ы е с п л а в ы применяются для уплот­ нения в вакуумных приборах и агрегатах. Наиболее ши­ роко используются сплавы металлов железной группы с некоторыми тугоплавкими металлами.

среды при обычных и повышенных температурах. Эти сплавы получили общее название «керметов». Их основу обычно составляют металлоподобные и тугоплавкие сое­ динения, чаще всего карбиды и бориды, сцементирован­

ные различными металлами.

§ 3. П О Р О Ш К О В Ы Е И П О Л У П Р О В О Д Н И К О В Ы Е

С П Л А В Ы

Порошковые сплавы — это материалы, полученные путем спекания порошка из различных металлических компонентов. Методы порошковой металлургии исполь­ зуются для массового изготовления различных деталей из стали, бронзы, латуни, титана и т. д. В зависимости от требуемой прочности детали могут быть плотными, полуплотными или пористыми.

Порошковые сплавы широко используются в качест­ ве антифрикционных материалов для изготовления пори­

93

стых подшипников, отличающихся малым износом. При их применении также мало изнашивается и вал. Это объясняется отсутствием сухого трения благодаря по­ стоянному наличию масла в порах, незначительной вели­ чиной коэффициента трения и хорошей прирабатываемостью за счет пористости материалов.

Некоторые порошковые сплавы применяются в каче­ стве фрикционного материала. Порошковые фрикцион­ ные материалы на медной и железной основах применя­ ются в тормозных устройствах автомобилей, тракторов, токарных станков, фрикционных прессов и т. п.

Методами порошковой металлургии изготовляют меднографитовые и бронзографитовые щетки и контак­ ты для электрических машин и ряд других деталей для электро-и радиотехники.

Методы порошковой металлургии применяют для получения чистых материалов заданного состава, напри­ мер карбонильного железа, железоникелевых сплавов, а также для изготовления жаропрочных материалов. Жа­ ропрочные материалы, изготовленные таким способом, имеют более низкую длительную жаропрочность и жа­ роупорность, чем плавленые. Однако термостойкость и вибростойкость таких материалов выше.

Порошковые материалы применяются также для из­ готовления сварочных электродов, битуминированного сварочного железа для зачеканки труб, для изготовле­ ния «тяжелых» сплавов, используемых в контейнерах для хранения радиоактивных изотопов, и ряда материа­ лов для атомной энергетики.

Полупроводниковые сплавы. Полупроводниковыми материалами называют всевозможные твердые веще­ ства, имеющие главным образом кристаллическую струк­ туру и характеризующиеся некоторыми особенностями механизма электропроводности.

94