Тугоплавкие металлы и сплавы

Тугоплавкими называют металлы, температура плавле­ния которых выше 1700°С. Наиболее тугоплавки:

1) вольфрам (3410°С),

2) молибден (2620°С),

3) тантал (2996°С),

4) 4)хром(1875°С),

5) рутений,

6) гафний и др.

Тугоплавкие металлы и их сплавы применяют как жа­ропрочные при строительстве ракет, космических кораб­лей. Эти металлы получают из порошков путем прессова­ния и последующего их спекания в брикеты, а также плавкой заготовок в электродуговых и электронно-луче­вых печах. Монокристаллы тугоплавких металлов боль­шой чистоты получают в результате особой плавки.

Тугоплавкие металлы обладают высокой коррозион­ной стойкостью в среде сильных кислот, расплавленных щелочных металлах. Тугоплавкие металлы и их сплавы во избежание окисления нагревают в вакууме или нейтраль­ных газах (аргоне, гелии). Детали, работающие при вы­соких температурах, покрывают хромом, алюминием, кремнием и другими металлами. Для изготовления дета­лей, работающих при температурах до 1400°С, использу­ют молибден, ниобий или их сплавы; при более высоких температурах — вольфрам и тантал, у которых значитель­но выше температура плавления.

Сплавы вольфрама с 20% рения и вольфрама с 5% ре­ния применяют для изготовления термопар, измеряющих температуру до 3000°С.

Тантал применяют для изготовления пластин и прово­локи, используемых в костной хирургии. Карбиды танта­ла (температура плавления 3880°С) применяют для наплав­ки на поверхность изделий в агрессивной среде.

Вольфрам и молибден в чистом виде используют в ра­дио- и электронной промышленности для изготовления нитей накаливания, пружин, нагревателей, контактов. Сплав, содержащий 85% вольфрама и 15% молибдена, пригоден для работы при температурах, близких к 3000°С.

Ниобий и его сплавы имеют важное значение в элект­ронной и химической промышленности, а сплавы нио­бия с оловом являются ценным сверхпроводящим мате­риалом.

Большую роль играет рений, его температура плавле­ния 3180°С, плотность в 3 раза больше, чем у железа, он

немного легче осмия, платины и иридия. Жаропрочность рения с вольфрамом и танталом сохраняется до темпера­туры 3000°С, сохраняются и механические свойства. Воль­фрам и молибден при низких температурах очень хруп­ки, а в сплаве с рением сохраняют при этих температу­рах пластичность.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Термическая обработка – это процесс нагрева, выдержки при повышенной температуре и охлаждения изделий из металлов и сплавов с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении.

Любую термическую обработку можно выразить в виде графика в координатах температура нагрева t⁰С – время t - время охлаждения, t_max – температура нагрева при термической обработке.

 

V_нет – истинная скорость охлаждения, определяемая как tg a - угла наклона линии охлаждения.

Основой процесса термической обработки является полиморфизм железа и его твердых растворов на базе Feα и Feγ. Полиморфные превращения стали происходят в определенном интервале температур, ограниченном нижней Ас₁ (Аr₁ - при охлаждении) и верхними Ас₃ и Ас_m (Аr₃ и Аr_m - при охлаждении) критическими точками.

Современная ТО применяет специальное оборудование, осуществляющие указанные процессы: печи различной конструкции (электропечи, газопламенные, элеваторные, конвейерные, шахтные и т.п.), закалочные баки, соляные ванны и многое другое. ТО - применяется для обработки как полуфабрикатов, так и готовых изделий.

Виды термической обработки:

· отжиг

· закалка

· отпуск

Отжиг

Отжиг — процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдерж­ке при ней и последующем медленном охлаждении с це­лью получения более равновесной структуры. Особенно­стью отжига является медленное охлаждение. В зависи­мости от того, какие свойства стали требуется получить, применяют различные виды отжига:

1. отжиг 1-рода

· диффузионный;

· рекристаллизационный.

2. отжиг 2-рода:

· полный;

· изотермический;

· неполный;

· сфероидизирующий;

Отжиг первого рода не зависит от фазовых превращений, протекающих при нагреве или охлаждении. Ц ель отжига 1 рода – устранить химическую и физическую неоднородность, созданную предшествующими технологическими обработками.

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) применя­ют для уменьшения химической неоднородности сталь­ных слитков и фасонных отливок. Слитки (отливки), осо­бенно из легированной стали, имеют неоднородное стро­ение. Неоднородность строения обусловлена карбидной и дендритной ликвациями, так как в местах образования карбидов или в средней части дендритов возникают скоп­ления легирующих элементов. Для выравнивания хими­ческого состава слиток или отливку нагревают до высо­кой температуры, при которой атомы элементов приоб­ретают большую подвижность. При этом происходит перемещение атомов из мест с большей концентрацией химических элементов в места с меньшей концентраци­ей. В результате такой диффузии обеспечивается вырав­нивание химического состава слитка или отливки по объему

Сталь нагревают до температуры на 100-150 °С ниже линии солидуса или нагревают до 1000 – 1250 0С. Длительность отжига 15-40 часов. Диффузионный отжиг улучшает вязкость и пластичность

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа, вызванного пластической деформацией метал­ла при холодной прокатке, волочении или штамповке.

Рекристаллизационный отжиг выполняют путем нагрева до температуры ниже нижней критической точки при на­гревании (650 - 700°С), выдержки и последующего замед­ленного охлаждения. При нагреве металла до 650 - 700°С (рекристаллизационном отжиге) возрастает диффузион­ная подвижность атомов и в твердом состоянии проис­ходят вторичные кристаллизационные процессы (рекри­сталлизация). На границах деформированных зерен воз­никают новые центры кристаллизации, вокруг которых заново строится решетка. Вместо старых деформирован­ных зерен вырастают новые равноосные зерна, и дефор­мированная структура полностью исчезает. При этом вос­станавливаются первоначальная структура и свойства металла.

Наклепом называют упрочнение металла, появляюще­еся в результате холодной пластической деформации ме­талла.

При холодной прокатке, штамповке, волочении зер­на металла деформируются, дробятся. Это повышает твер­дость металла, снижает его пластичность и вызывает хрупкость.