ХЛАДОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ХЛАДОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

 

Хладостойкиминазывают материалы, которые сохраняют достаточную вязкость при низких температурах о 0 до -269 С (273-4 К).

 

Критерии хладостойкости материалов.

Важное требование к материалам, работающим в условиях низких температур – отсутствие хладноломкости. Хладноломкость характерна для металлов и… Металлы и сплавы с ГЦК решеткой, а также титан и его сплавы с ГП решеткой не… Предел прочности (σв), предел текучести (σ0,2), вязкусть разрушения (К1с) – важные критерии…

Оснвные группы хладостойких материалов.

Группы хладостойких материалов:

 

- низкоуглеродистые стали с ОЦК и ГЦК структурой

- алюминий и его сплавы (АМц, АМг. АМг5 идр.)

- титан и его сплавы (ВТ1. ВТ5, ОТ4 и др.)

- некоторые пластмассы (фторопласт-4, полиамиды, пористые полистирол и полиуретан)

- среднеуглеродистые улучшаемые стали

- мартенситно-стареющие стали (используют ограниченно).

 

Хладноломкость.

Особенностью низкотемпературной службы является ужесточение требований к материалу по пластичности и вязкости. Определенную сложность представляет… Эту характеристику можно оценивать, в частности, задавая требуемый уровень… Однако вид излома в некоторых случаях не дает объективной оценки критической температуры хрупкости. При испытании…

Схема вязко-хрупкого перехода

Влияние температуры на характер разрушения хорошо иллюстрируется схемой вязко-хрупкого перехода, предложенной А.Ф. Иоффе и развитой Н.Н. Давиденковым . Согласно этой схеме характер разрушения определяется соотношением значений сопротивления сдвигу (предела текучести σ_т) и сопротивления отрыву σ_отр (сопротивления микросколу).

Схема вязко-хрупкого перехода по Иоффе–Давиденкову: 1 — разрушающее напряжение или сопротивление отрыву; 2 — напряжение течения или сопротивления сдвигу; Ткр — критической температурой хрупкости

Влияние различных факторов на хладноломкость металлов

1. Внешние факторы: температура, условия и скорость нагружения. 2. Внутренние металлургические факторы: тип кристаллической решетки,… 3. Конструктивные факторы: масштабный эффект, концентраторы напряжений.

Влияние содержания углерода, % (цифры на кривых) на хладноломкость стали

Легирующие элементы оказывают влияние на свойства феррита, положение критических точек в стали, кинетику γ ↔ α-превращения и размер… Одновременное повышение твердости, прочности и ударной вязкости обеспечивает… Влияние микролегирования и размеров зерен на хладостойкость.

ЖАРОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

Химическая коррозия - взаимодействие металла с окружающей средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя коррозионной среды… Т.е. химическая коррозия = окисление металла + восстановление окислителя без… Скорость химической коррозии не зависит от потенциала металла.

Fe + 3O2 = 2Fe2O3

Образующаяся при этом оксидная пленка на металле может предохранять его от дальнейшего окисления, если температура окисления невысока. При высоких температурах химического окисления любое железное изделие превращается в окалину. Химический вид коррозии может также иметь место и в растворах неэлектролитов.

Жаростойкость (окалиностойкость)– это способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени.

Если изделие работает в окислительной газовой среде при температуре 500..550^oC без больших нагрузок, то достаточно, чтобы они были только жаростойкими (например, детали нагревательных печей).

Сплавы на основе железа при температурах выше 570^oC интенсивно окисляются, так как образующаяся в этих условиях на поверхности металла оксид железа (вюстит) с простой решеткой, имеющей дефицит атомов кислорода (твердый раствор вычитания), не препятствует диффузии кислорода и металла. Происходит интенсивное образование хрупкой окалины.

Влияние хрома на жаростойкость хромистой стали

Жаросто́йкая (окалиносто́йкая) сталь - это сталь, обладающая стойкостью против коррозионного разрушения поверхности в газовых средах при…   Степень легированости стали, для предотвращения окисления, зависит от температуры.

Межкристаллитная коррозия (МКК).

Рис.1. Схема формирования межкристаллической коррозии высокохромистой стали (стрелками указаны зоны диффузии хрома и углерода): 1 — распределение хрома в граничной области; 2 – граница зерен; А — анодная зона; К — катодная зона

Эффективным средством, подавляющим межкристаллитную коррозию высокохромистых сталей, является максимальное снижение содержания углерода и введение в сталь таких сильных карбидообразующих элементов, как титан или ниобий, обладающих бльшим сродством к углероду, чем хром.

При одновременном действии коррозионной среды и нагрузки или остаточных напряжений возникает коррозия под напряжением, проявляющаяся в виде коррозионного растрескивания или сетки трещин. Места концентрации напряжений имеют более низкий электродный потенциал и приобретают характер анодных участков.

Из жизненных ситуаций известно, что в поврежденных местах кузовов автомобилей, а также в местах деформаций, обведенных пунктиром на рис. 3, продукты коррозии появляются чаще всего. Высокие остаточные напряжения являются причиной ускоренной коррозии сварных швов, околошовной зоны, болтовых, заклепочных и других соединений.

Большое влияние на процесс коррозии в водных средах оказывает растворенный в жидкости кислород. При достаточном содержании кислорода на поверхности образуется защитная оксидная пленка, повышающая электродный потенциал металла. Наиболее опасные анодные зоны создаются в местах плохой аэрации, где затруднен доступ кислорода из воздуха. Хорошо известно, что та часть стальной плиты, которая находилась под слоем песка, корродирует в большей степени по сравнению с той частью, которая оставалась под непосредственным влиянием атмосферы. Стальные гвозди в старых деревянных конструкциях разрушаются гораздо быстрее, чем их головки, расположенные снаружи. Аналогичное явление наблюдается в щелях замкнутых профилей (пример — пороги автомобилей), на стыке листов, на резьбовой поверхности в болтовых соединениях, на грязной поверхности и т. д. Примеры таких случаев представлены на рис. 4.

 

Рис. 2. Влияние содержания хрома на изменение электрохимического потенциала стали

Рис. 3. Коррозионные пары, образовавшиеся в результате деформации: а) согнутый пруток; б) соединение листов

Внутренние напряжения сами по себе не вызывают коррозии. Интенсифицируя это явление, они становятся инициаторами анодного процесса. Неоднородность внутренней структуры материала способствует коррозии. Коррозионные явления усиливаются при наложении анодной напряженности на структурную.

Рис. 4. Коррозионные пары, образовавшиеся при загрязнении поверхности стального листа (а), в устье трещины (б), в щели замкнутого профиля (в)

 

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГИДРОМАШИНОСТРОЕНИЯ.

Композиционные материалы.

Композиционным материалом (КМ) или композитом называют объемную гетерогенную систему, состоящую из сильно различающихся по свойствам, взаимно… Принцип построения КМ человек заимствовал у природы. Типичными композиционными… КМ позволяют иметь заданное сочетание разнородных свойств: высокой удельной прочности и жесткости, жаропрочности,…

Взаимосвязь удельной прочности и удельного модуля упругости некоторых неармированных и композиционных материалов, армированных волокнами [50 об. %]: 1 — алюминий; 2 — титан и сталь; 3 — титан, армированный бериллиевой проволокой; 4 — титан, армированный волокнами SiC; 5 — титан, армированный волокнами борсика (SiC/B/W); 6 — алюминий, армированный борными волокнами; 7 — эпоксидная смола, армированная волокнами графита; 8 — эпоксидная смола, армированная борными волокнами

Высокопрочные сплавы, как правило, имеют низкую пластичность, высокую чувствительность к концентраторам напряжений и сравнительно низкое сопротивление развитию трещин усталости. Хотя композиционные материалы могут иметь также невысокую пластичность, они значительно менее чувствительны к концентраторам напряжений и лучше сопротивляются усталостному разрушению. Это объясняется разным механиз-мом образования трещин у высокопрочных сталей и сплавов. В высокопрочных сталях трещина, достигнув критического размера, в дальнейшем развивается прогрессирующим темпом.

В композиционных материалах действует другой механизм. Трещина, двигаясь в матрице, встречает препятствие на границе раздела матрица—волокно. Волокна тормозят развитие трещин, и их присутствие в пластичной матрице приводит к росту вязкости разрушения.

Таким образом, в композиционной системе сочетаются два противоположных свойства, необходимых для конструкционных материалов — высокая прочность за счет высокопрочных волокон и достаточная вязкость разрушения благодаря пластичной матрице и механизму рассеяния энергии разрушения.

КМ состоят из сравнительно пластичного матричного материала-основы и более твердых и прочных компонентов, являющихся наполнителя-ми. Свойства КМ зависят от свойств основы, наполнителей и прочности связи между ними.

Матрица связывает композицию в монолит, придает ей форму и служит для передачи внешних нагрузок арматуре из наполнителей. В зависимости от материала основы различают КМ с металлической матрицей, или металлические композиционные материалы (МКМ), с полимерной — полимерные композиционные материалы (ПКМ) и с керамической — керамические композиционные материалы (ККМ).

Ведущую роль в упрочнении КМ играют наполнители, часто называемые упрочнителями. Они имеют высокую прочность, твердость и модуль упругости. По типу упрочняющих наполнителей КМ подразделяют на дисперсноупрочненные, волокнистые и слоистые.

Схемы строения композиционных материалов: а) дисперсноупрочненные; б) волокнистые; в) слоистые.

Арматурой в волокнистых КМ могут быть волокна различной формы: нити, ленты, сетки разного плетения. Армирование волокнистых КМ может осуществляться… Прочность и жесткость таких материалов определяется свойствами армирующих… Слоистые композиционные материалы набираются из чередующихся слоев наполнителя и матричного материала (типа…

Схемы армирования волокнистых (а) и слоистых (б) композиционных материалов

ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В промышленности обычно применяют дисперсноупрочненные КМ на алюминиевой и, реже, никелевой основах. Характерными представителями этого вида… Сплавы типа САП удовлетворительно деформируются в горячем состоянии, а сплавы… Марки САП, применяемые в России, содержат 6–23 % Al2O3. Различают САП-1 с содержанием 6–9, САП-2 — с 9–13, САП-3 — с…

Свойства КМ в зависимости от содержания порошка SiC

Температурная зависимость прочности (—) и модуля упругости (- - - -) КМ Al(Д16) — 20 % SiC

  Углепластики ФУТ и УГЭТ являются высокопрочными, износостойкими материалами,…

Сектора торцевых уплотнений валов гидротурбины из углепластика ФУТ

В настоящее время в торцевых уплотнениях гидротурбин применяются углеграфиты типа АМС-3 и термопласты - Капролон, Маслянит-К и Тордон XL.… Эксплуатация секторов из традиционных углеграфитов, обладающих повышенной… Особенно важно то обстоятельство, что изготовление опор скольжения из углепластика ФУТ для торцевых уплотнений вала не…

Сравнительные характеристики материалов, используемых в высокоскоростных подшипниках скольжения.

*прочность при сжатии

Подшипники из углепластика УГЭТ

Применение бронзовых и баббитовых подшипников с масляной смазкой приводит к загрязнению рек и ухудшению экологической обстановки. Подшипники из термопластичных материалов и лигнофоля существенно изменяют свои…

Сравнительные характеристики материалов, используемых в тяжелонагруженных подшипниках скольжения.

*при смазке маслом  

Наплавка - нанесение с помощью сварки плавлением слоя металла на поверхность изделия.

Действительно, в ряде случаев условия эксплуатации поверхностных слоев значительно отличаются от условий эксплуатации всего остального материала… Иногда такие детали и изделия целиком изготовляют из металла, который…

Покрытие карбида вольфрама, как альтернатива гальваническому хромированию.

В течение более чем 70 лет хромированные покрытия оставались незаменимыми для защиты компонентов авиации, промышленных и потребительских изделий от… Помимо того, что HVOF покрытия карбида вольфрама имеют преимущество при работе…