Рисунок 1 - Диаграмма состояния сплавов системы Cu-Sn (а) и влияние олова на механические свойства меди (б)
При 3500С д-аза распадается на б-твердый раствор и е-фазу. Однако это превращение протекает только при очень медленном охлаждении. В реальных условиях охлаждения бронза состоит из фаз б и Cu31Sn8. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10--12 % Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки. Оловянные бронзы имеют большой интервал температур кристаллизации (рис. 1, а) и поэтому склонны к ликвации и образованию рассеянной пористости; при ускоренном охлаждении у них резко выраженно дендритное строение (рис. 2, а).
а) б)
Рисунок 2 - Микроструктура бронзы (6%Sn), *250: а-после литья; б-после отжига
Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Добавки фосфора к оловянным бронзам значительно улучшают их твердость, прочность, износостойкость, упругие, антифрикционные и литейные характеристики. Для механических свойств оптимальное содержат фосфора ~0,5%. При содержании фосфора выше 0,5% бронзы охрупчиваются, особенно при горячей прокатке. Однако в литейных антифрикцнонных бронзах может содержаться до 1,2%.
Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу.
Оловянные бронзы слабо чувствительны к перегреву и газам, свариваются и паяются, не дают искры при ударах, не магнитны, морозостойки и обладают хорошими антифрикционными свойствами. Структура деформированных оловянных бронз б-твердый раствор (рис. 2, б).
Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при 700--750°С с последующим быстрым охлаждением. Гомогенизация уменьшает дендритную ликвацию в бронзах, и приближает их структуру к состоянию, близкому к равновесному. Для снятия внутренних напряжений в отливках их отжигают при 550°С 1 ч.
5. Жаропрочные керамические материалы. Состав, свойства и условия применения в машиностроении
Керамикой называют изделия из камнеподобных материалов, получаемых путем обжига керамической массы, в состав которой, в зависимости от назначения, входят различные глины, шамот (обожженная глина), полевой шпат, кварцевый песок и другие минералы.
Керамические изделия высокой огнеупорности, выдерживающие длительный нагрев свыше 1750°С, а также специального электро- и радиотехнического назначения изготавливают из чистых оксидов алюминия, кальция, хрома, бериллия, титана, циркония.
К керамике относятся фарфор, получаемый из особых сортов глин, полуфарфор и фаянсы.
Керамику классифицируют по назначению - строительная, огнеупорная, тугоплавкая, фильтрующая, химически стойкая, вакуумная, электротехническая, радиотехническая и др., а также по химическому или минералогическому составу и по другим признакам. Химический и минералогический состав оказывают решающее влияние на свойства керамики и изделий из них.
Среди жаропрочной оусидной керамики наибольшее распространение получили:
1. Алюмосиликатная керамика на основе SiO2-А12О3 или каждого из этих оксидов в отдельности. Кремнеземистая керамика содержит более 80% SiO2 и подразделяется на кварцевую и динасовую керамику. Первую изготовляют из кварцевого стекла или жильного кварца, вторую - спеканием кварцита в присутствии Fe2O3 и Са(ОН)2. Кварцевая керамика обладает высокой термической и радиационной стойкостью, радиопрозрачностью, высокой кислотостойкостью и огнеупорностью. По мере увеличения содержания Аl2О3 в керамических материалах увеличивается содержание муллита 3Al2O3,2SiO2, что способствует повышению прочности и термостойкости керамика, снижению ее кислотности. К керамике, содержащей около 28% Аl2О3, относят «полукислые» материалы (огнеупоры, фарфор, фаянс, гончарные изделия), а также каолиновую вату, теплоизоляционные материалы на ее основе, шамотные огнеупоры и др. Корундовая керамика, содержащая >90% Аl2О3, характеризуется высоким электрическим сопротивлением при температурах до 1500°С, высокими пределами прочности при сжатии (3-4 ГПа) и изгибе (~ 1 ГПа).
Из алюмосиликатной керамики изготовляют посуду, детали и футеровку коксовых и мартеновских печей, ракет, космических аппаратов и ядерных реакторов, носители для катализаторов, корпуса галогенных ламп, костные имплантаты, детали радиоаппаратуры и многое другое.
2. Керамика на основе MgO. Получают из магнезита, доломита, известняк,, хромомагнезита, синтетического MgO; в качестве добавок используют СаО, Сr2О3, Аl2О3, Магнезиальную керамика, содержащую 80%MgO, применяют для изготовления огнеупоров. Керамика из чистого MgO используют для производства изоляторов МГД генераторов, иллюминаторов летательных аппаратов, в качестве носителей для катализаторов, Магнезиально-известковую (содержит более 50% MgO, 10% СаО), магнезитохромовую (60% MgO, 5-18% Сг2О3), хромомагнезитовую (40-60% MgO, 15-30% Сг2О3) и хромитовую (40% MgO, 25% Сr2О3) керамику применяют для изготовления огнеупоров. Керамику из хромитов La и Y используют в качестве высокотемпературных электронагревателей (выдерживают нагрев до 1750 °С), работающих в окислительной среде.
3. Керамика на основе оксидов BeO, ZrO2, HfO2, Y2O3, UO2, Химически стойка и термостойка. Так, керамика из ВеО (броммеллитовая керамика), полученная спеканием ВеО с добавками др. оксидов (около 0,5%), например Аl2О3, ZrO2, обладает наибольшей теплопроводностью среди керамических материалов и способна рассеивать нейтроны. Используют ее при изготовлении электровакуумных приборов, тиглей для плавки тугоплавких металлов, например Pt, Be, Ti. В керамике из ZrO2 обычно вводят стабилизаторы (Y2O3, СаО, MgO), образующие с ним твердые растворы; применяют для изготовления высокотемпературных нагревателей, защитных обмазок, для изоляции индукторов высокочастотных печей и как конструкционную керамику. К карбидной керамике относят карборундовую керамику, а также материалы на основе карбидов Ti, Nb, W. Все виды такой керамики обладают высокой электро- и теплопроводностью, огнеупорностью, устойчивостью в бескислородной среде (керамика на основе SiC, которая устойчива до 1500 °С в окислительных средах). Карборундовую керамику изготовляют из порошка SiC или обжигом С в Si. Она имеет высокий предел прочности при сжатии. Карбидную керамику используют в качестве конструкционных материалов, огнеупоров, для изготовления высокотемпературных нагревателей электрических печей и инструментов в металлообрабатывающей промышленности (керамика на основе карбидов W, Ti, Nb).
При изготовлении теплоизоляционной керамики с высокой пористостью используют выгорающие добавки, на месте которых образуются поры, или керамические волокна из алюмосиликатов, из которых по технологии асбестовых изделий и бумаги изготовляют пористые войлоки, шнуры, вату, ленты и т.п.
Литература
сталь копель бронза обработка
1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с., ил.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение: Учебное пособие для высших технических учебных заведений. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1975. - 447 с., ил.
3. Конструкционные материалы: Справочник/Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. -- М: Машиностроение, 1990, --688 с; ил. --(Основы проектирования машин).
4. Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов: Справочник. Изд. 3-е дополненное. -- Донецк: Юго-Восток, 2002. --456 с.