Сплавы с эффектом памяти. - раздел Машиностроение, Ознакомление со способами получения, составом и свойствами неметаллических конструкционных материалов, применяемых в машиностроении 1. Металлические Стекла, Или Аморфные Сплавы, Получают Путем...
1. Металлические стекла, или аморфные сплавы, получают путем охлаждения расплава со скоростью, превышающей скорость кристаллизации (106…108 °С/с). В этом случае зарождение и рост кристаллической фазы становятся невозможными и металл после затвердевания имеет аморфное строение 1.
Рис. 30. Схема получения аморфных сплавов с помощью быстрого охлаждения из расплава:
а – разливка на диск; б – разливка между двумя дисками; 1 – индуктор; 2 – расплав; 3 – тигель; 4 – диск; 5 – лента аморфного материала
Высокие скорости охлаждения могут быть достигнуты различными методами, однако наиболее часто используется закалка из расплава на поверхности быстро вращающегося диска (рис. 30). Этот метод позволяет получить ленту, проволоку, гранулы, порошки.
Получение аморфной структуры в принципе возможно для всех металлов. Наиболее легко аморфное состояние достигается в сплавах Al, Pb, Sn, Сu и др. Для получения металлических стекол на базе Ni, Co, Fe, Mn, Сr к ним добавляют неметаллы или полуметаллические элементы С, Р, Si, В, As, S и др. (аморфообразующие элементы). Аморфные сплавы чаще отвечают формуле М80Х20, где М – один или несколько переходных элементов, а X – один или несколько неметаллов или других аморфообразующих элементов (Fe80P13C, Ni82Pl8, Ni80S20).
Аморфное состояние металлов метастабильно. При нагреве, когда подвижность атомов возрастает, протекает процесс кристаллизации, что постепенно приводит металл (сплав) через ряд метастабильных в стабильное кристаллическое состояние. Механические, магнитные, электрические и другие структурночувствительные свойства аморфных сплавов значительно отличаются от свойств кристаллических сплавов. Характерной особенностью аморфных сплавов являются высокий предел упругости и предел текучести при почти полном отсутствии деформационного упрочнения.
Так, например, аморфный сплав Fe80B20 имеет σт = 3600 МПа, a Fe60Cr6Mo6B28 – σт = 4500 МПа. Высокими механическими свойствами (σт ≥ 4500 МПа) обладают аморфные сплавы на основе кобальта.
Аморфные сплавы нередко хрупки при растяжении, но сравнительно пластичны при изгибе и сжатии. Могут подвергаться холодной прокатке. Установлена линейная связь между пределом текучести и твердостью (HV = 3,2σт) для сплавов на основе железа и кобальта. Прочность аморфных сплавов близка к теоретической Е/σт ≈ 50. Это объясняется, с одной стороны, высоким значением σт, а с другой – более низкими значениями модуля упругости Е (на 30…50 %) по сравнению с кристаллическими сплавами.
Аморфные сплавы на основе железа и содержащие не менее 3…5 % Сr обладают высокой коррозионной стойкостью. Хорошую коррозионную стойкость имеют и аморфные сплавы на основе никеля. Аморфные сплавы Fe, Co, Ni с добавками 15…25 % аморфообразующих элементов В, С, Si, P используют как магнитно-мягкие материалы.
2. Магнитно-мягкие аморфные сплавы делят на три основные группы:
1) аморфные сплавы на основе железа (например, Fe81Si3,5B13,5C2) с высокими значениями магнитной индукции (1,60…1,61 Тл) и низкой коэрцитивной силой (32…35 мА/см);
2) железоникелевые сплавы (например, Fe40Ni40P14B6) со средними значениями магнитной индукции (0,75…0,8 Тл) и более низким значением коэрцитивной силы, чем у железных сплавов (6…7 мА/см);
3) аморфные сплавы на основе кобальта (например, Co66Fe4 (Mo, Si, B)30), имеющие сравнительно небольшую индукцию насыщения (0,55 Тл), но высокие механические свойства (900…1000 HV), низкую коэрцитивную силу (Нс = 2…4 мА/см) и высокое значение магнитной проницаемости. Вследствие очень высокого удельного электрического сопротивления аморфные сплавы характеризуются низкими потерями на вихревые токи – это их главное достоинство.
Магнитно-мягкие аморфные сплавы применяют в электротехнической и электронной промышленности (магнитопроводы трансформаторов, сердечников, усилителей, дроссельных фильтров и т. д.). Сплавы с высоким содержанием кобальта идут для изготовления магнитных экранов и магнитных головок, где важно иметь материал с высоким сопротивлением износу.
Область применения металлических стекол пока еще ограничена тем, что быстрым охлаждением (закалкой) из жидкого состояния их удается получить только в виде тонких лент (до 60 мкм) шириной до 200 мм и более или проволоки диаметром 0,5…20 мкм. Однако имеются широкие перспективы развития материалов этой группы.
3. При напряжениях выше предела упругости после снятия нагрузки металл не воспроизводит первоначальные размеры и форму. Сравнительно недавно открыты сплавы, обладающие эффектом «памяти формы». Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект «памяти формы»), или непосредственно после снятия нагрузки (сверхупругость). Так, если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре и выпрямить при низкой температуре, то при повторном нагреве проволока вновь самопроизвольно закручивается в спираль.
Механизмом, определяющим свойства «памяти формы», является кристаллографическое обратимое термоупругое мартенситное превращение – эффект Курдюмова. Термоупругое мартенситное превращение сопровождается изменением объема, которое носит обратный характер, обеспечивая «память». В сплавах с эффектом «памяти формы» при охлаждении происходит рост термоупругих кристаллов мартенсита, а при нагреве – их уменьшение или исчезновение. Эффект «памяти формы» наиболее хорошо проявляется, когда мартенситное превращение происходит при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов.
В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами «памяти формы»: Ni–А1, Ni–Co, Ni–Ti, Ti–Nb, Fe–Ni, Cu–Al, Cu–Al–Ni и др.
Наиболее широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект «памяти формы» в соединении NiTi может повторяться в течение многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью (σв = 770…1100 МПа, σт =300…500 МПа), пластичностью (δ = 10…15 %), коррозионной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью (хорошо поглощает шум и вибрацию). Его применяют как магнитный высокодемпфирующий материал во многих ответственных конструкциях. Имеются данные, что из нитинола изготовляют антенны спутников Земли. Антенна скручивается в маленький бунт, а после запуска в космос восстанавливает свою первоначальную форму при нагреве до температуры выше 100 °С. Нитинол широко используется в автоматических прерывателях тока, запоминающих устройствах, для изготовления деталей машин и вычислительной техники, в температурно-чувствительных датчиках.
Вопросы... Цели и задачи дисциплины Материаловедение и технология материалов... Связь дисциплины Материаловедение и технология материалов с другими дисциплинами...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Сплавы с эффектом памяти.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Продукты доменной плавки.
1. Исходные материалы для производства чугуна:
1.Железные руды:
-красный железняк, или гематит Fе2О3; содержит в
Производство стали в электрических печах.
1.Шихтовыми материалами для выплавки стали являются жидкий или твердый чугун, стальной и чугунный лом, стружка, обрезки (скрап), железорудные окатыши, ферросплавы (перечисленные ма
Непрерывная разливка (в кристаллизатор).
1. Выплавленная в печи сталь выпускается в ковш и разливается в изложницы или кристаллизатор, либо разливке предшествует рафинирование стали. Внепечное рафинирова
Понятие о свойствах металлов.
1. Большое число различных металлов, которые применяют в технике, можно разделить на черные и цветные.
Черные металлы имеют темно-серый цвет, большую плотность, вы
Методы контроля качества изделий.
1.Макроанализ. Для макроанализа приготовляют образец – шлиф или излом, по которому выявляют макроструктуру – строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или в
Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.
1. На диаграмме состояния (рис. 21) представлены две системы сплавов. Система Fе – Fе3С называется неустойчивой (метастабильной) в связи с тем, что цементит представляе
Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения.
1.При нормальной температуре доэвтектоидные стали имеют структуру феррит плюс перлит, эвтектоидные – перлит, заэвтектоидные – перлит + цементит, то есть исходное состояние всех ст
Нормализация.
1. Термической обработкой называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоянии, для изме
Отпуск. Виды отпуска.
1. Процесс закалки стали заключается в ее нагреве до определенной температуры (на 30...50° выше линии GSK по диаграмме Fe – Fe3C), выдержке и последующем быстром
Дефекты и брак при термической обработке.
1. Низколегированные стали при закалке охлаждают в воде, так же как и углеродистые. Увеличение содержания легирующих элементов в стали вызывает понижение теплопро
Азотирование.
1. Целью химико-термической обработки является получение поверхностного слоя стальных изделий, обладающего повышенными твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью или корро
Газовое цианирование.
3. Диффузионная металлизация, её виды.
1. Цианирование.Цианирование – насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом; оно бывает жидкостным
Влияние примесей на свойства углеродистой стали.
Наличие небольшого количества обычных примесей в стали не влияет существенно на положение критических точек и характер линий диаграммы железо – цементит, поэтому сталь можно рассматривать с извест
Углеродистые инструментальные стали.
1. По химическому составу стали подразделяют на малоуглеродистые (до 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3...0,65 % С) и высокоуглеродистые (свыше 0,65% С). По качеству ра
Легирование чугунов, их маркировка и область применения.
1.Сталь, содержащая, кроме постоянных примесей (марганец, кремний), один или несколько специальных элементов или повышенные концентрации марганца и кремния (>1 %), называется
Цементируемые стали.
1. Низколегированные стали.Согласно ГОСТ 19282–73, установлено 28 марок такой стали. Они содержат 1,5…2,5 % легирующих элементов, которые определяют измельчение перлитной составля
Быстрорежущие стали.
1.Условия работы отдельных видов инструментов различны и для различных видов инструментов применяют материалы, наиболее подходящие по своим качествам к данным условиям работы.
Прочие стали и сплавы с особыми свойствами.
1. Шарикоподшипниковые стали.Хромовая сталь с массовым содержанием 0,95…1,15 % С и 0,4…1,65 Сr образует группу высококачественных шарикоподшипниковых сталей (ГОСТ 801–78) ШХ6, ШХ9
Получение металлокерамических твердых сплавов.
1. Металлокерамические твердые сплавы.Эти сплавы применяют в виде пластинок к режущему инструменту и инструменту для буров при бурении горных пород, а также в виде фильер дл
Сверхтвердые инструментальные материалы.
1. Минералокерамика – синтетический материал, основой которого служит глинозем ( А12О3), подвергнутый спеканию при температуре 1720…1750 °С. Минералокерамика
Спеченные алюминиевые сплавы.
1. Алюминий и его сплавы. Характерные свойства алюминия – высокая пластичность, теплопроводность, электропроводность и малая прочность. Он слабо подвергается коррозии на воздухе,
Титан и его сплавы.
1. Механические свойства металлического магния очень невысоки, поэтому для изготовления деталей он не применяется. Магниевые сплавы обладают меньшими удельным весом, теплопроводн
Оловянные и свинцовые баббиты.
4. Металлокерамические пористые подшипниковые сплавы,
1. Антифрикционные,илиподшипниковые сплавы применяют для изготовления подшипников.
Методы борьбы с коррозией металлов.
1.Разрушение металлов под воздействием окружающей среды называют коррозией. Другими словами, коррозия – это процесс превращения металлов в окисленное состояние.
Классифик
Полимеризация и поликонденсация полимеров.
1. Полимерами называют вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок, или мономерных звеньев, соединенных между собою химическим
Способы получения изделий из пластмасс и их применение.
1.Пластическими массами (пластиками) называют материалы, которые при определенной температуре приобретают пластические свойства, то есть способность принимать в результате пресс
Применение резиновых изделий.
1.Резинойназывают продукты химической переработки каучука и вулканизирующих веществ (сера, натрий), осуществляемой при помощи термической обработки (горячая вулканизация) ил
Применение древесины в сельхозпроизводстве.
1.Древесина используется в качестве конструкционного материала в различных отраслях промышленности как в натуральном, так и переработанном виде.
Преимущества древесины:
Основные типы клеевых материалов и их применение.
1.Лакокрасочные материалы – это жидкие композиции, образующие после нанесения и высыхания пленку, соединяющуюся с окрашиваемой поверхностью. Эту пленку называют лакокрасочным покры
Фрикционные материалы.
1. Прокладочные материалы предназначены для создания герметичности сопрягаемых деталей с целью предохранения от попадания пыли, а также вытекания смазки, газов и др. К прокладочны
Применение порошковых сплавов в ремонтном производстве
1. Сплавы, получаемые из металлических порошков прессованием и последующим спеканием без расплавления, называют порошковыми, а метод получения – порошковой металлургией.
Механическая обработка напыленных покрытий.
1.Плазменное напыление представляет собой дальнейшее развитие техники металлизации распылением. Физическое понятие «плазма» было введено в 1923 г. Лангмером для обозначения газообр
Органоволокниты.
1. Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связуюшего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон
Бескислородная керамика.
1. Керамика – неорганический материал, получаемый из отформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200…2500 °С) форм
Основные сведения об изготовлении литейной формы.
1.Процесс получения заготовок деталей машин и других изделий методом литья называют литейным производством. Отливают заготовки массой от нескольких граммов до сотен тонн практиче
Прокатка, ее виды. Понятие о прокатном производстве.
1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производст
Новости и инфо для студентов