Раздел 2 3.4.5 материаловедение.. Практическая работа 2 26 практическая работа 3 31 Контрольные срез знаний 32 Контрольный срез знаний 32 Контрольный срез знаний 33
 Скачать 4.37 Mb.
|
МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТЬЮСтудент должен Знать:
Уметь:
Титан — серебристо-белый металл с высокой механической прочностью и высокой коррозионной и химической стойкостью. Для производства титана используют рутил, ильменит, титанит и другие руды, содержащие 10—40% двуокиси титана Ti02. После обогащения концентрат титановых руд содержит до 65°: TiO2 и сопутствующие окислы железа разделяют восстановительной плавкой. В процессе плавки окислы железа и титана восстанавливаются. в результате чего получают чугун и титановый шлак, в котором содержится до 80—90% TiO2. Титановый шлак хлорируют, в результате чего титан соединяется с хлором, в четыреххлористый титан TiCl4. Затем четыреххлористый титан нагревают в замкнутой реторте при температуре 950—1000°С в среде инертного газа (аргон) вместе с твердым магнием. Магний отнимает хлор, превращаясь в жидкий MgCl2, а твердые частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу, образуя тита новую губку. Путем сложных процессов рафинирования и переплава из титановой губки получают чистый титан. Технически чистый титан (ГОСТ 19807—74) содержит 99,2—99,65% титана. Свойства и применение титана. Прочность технически чистого титана зависит от степени его чистоты и соответствует прочности обычных конструкционных сталей. По коррозионной стойкости титан превосходит даже высоколегированные нержавеющие стали. Для получения сплавов титана с заданными механическими свойствами его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими элементами. Главное преимущество титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических свойств (σв =1500 МПа; δ=10—15%) и коррозионной стойкости с малой плотностью. Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность ти тановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо свариваются в среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при температурах до 350—500°С. По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные. К первой группе относят сплавы под маркой ВТ1, ко второй — ВТЗ, ВТ4. ВТ5 и др., к третьей — ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после, закалки и старения). Для литья применяют сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литейные сплавы имеют более низкие механические свойства, чем соответствующие деформируемые. Титан и его сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы применяют в авиационной и химической промышленности. Бериллий, (Ве); относится к щелочноземельным металлам. В свободном виде — серебристо-серый легкий металл. Свойства: металлический бериллий характеризуется высокой хрупкостью. Температура плавления 1278°C, плотность 1,816 кг/м3. На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей бериллию матовый цвет. Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре. Нахождение в природе: бериллий относится к редким элементам, его содержание в земной коре 2,6·10–4 % по массе. В морской воде содержится до 6·10–7 мг/л бериллия. Основные природные минералы, содержащие бериллий: берилл Be3Al2(SiO3)6, фенакит Be2SiO4, бертрандит Be4Si2O8·H2O и гельвин (Mn,Fe,Zn)4[BeSiO4]3S. Окрашенные примесями катионов других металлов прозрачные разновидности берилла — драгоценные камни, например, зеленый изумруд, голубой аквамарин, гелиодер, воробьевит и другие. В настоящее время их научились синтезировать искусственно. Получение соединений бериллия и металлического бериллия: извлечение бериллия из его природных минералов (в основном берилла) включает в себя несколько стадий, при этом особенно важно отделить бериллий от сходного по свойствам и сопутствующего бериллию в минералах алюминия (Al). Применение: бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твердость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий. Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу). В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов. МАТЕРИАЛЫ, УСТОЙЧИВЫНЕ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАБОЧЕЙ СРЕДЫ Студент должен Знать:
уметь:
Коррозия металлов происходит вследствие их взаимодепйствия с химически активными веществами, содержащимися в природных и технологических средах. В результате коррозии ежегодно теряется около 10% общего количества выплавляемых черных металлов. Коррозия металлов может быть уменьшена или практически устранена нанесением защитных покрытий (например лакокрасочных); введением коррозионно-стойких материалов с высокой склонностью к пассированию (хром, никель, молибден и др.) Нержавеющими и коррозионно-стойкими называются стали, обладающие высоким сопротивлением коррозии при воздействии атмосферы воздуха, воды, растворов кислот, солей и многих других реагентов. Углеродистые, а также мало- и среднелегированные стали отличаются низкой коррозионной стойкостью. Легирование стали большим с количеством хрома или хрома и никеля сообщает ей высокое сопротивление коррозии. Различают нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали. Высокая коррозийная стойкость нержавеющей хромистой стали объясняется тем, что на ее поверхности образуется очень тонкая, но прочная и непроницаемая окисная пленка Сr2О3, которая обладает высокими защитными свойствами. Высокая коррозионная стойкость нержавеющей хромоникелевой стали объясняется еще и однородной аустснитной структурой, которая получается благодаря высокому содержанию в стали хрома и никеля. Хромистые нержавеющие стали должны содержать не менее 12% хрома. Только в этом случае они будут обладать высокой коррозионной стойкостью. Свойства хромистой нержавеющей стали зависят от содержания в ней углерода. По мере увеличения в ней содержания углерода в большой степени возрастает закаливаемость и твердость стали. Закалка и отпуск сообщают хромистым нержавеющим сталям наилучшие механические свойства. Однако в связи с тем, что при отпуске выделяются карбиды хрома однородность структуры и ее коррозионная стойкость снижаются. Поэтому наивысшую коррозионную стойкость, хромистые нержавеющие стали приобретают после закалки и последующей полировки. Эти стали обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в речной воде и удовлетворительной стойкостью в азотной кислоте при комнатной температуре. Соляная и серная кислоты разрушают хромистые нержавеющие стали. Кроме того, эти стали не окисляются на воздухе до 700° С. Стали 1X13 (ЭЖ1) и 2X13 (ЭЖ2)относятся к феррито-мартенситному классу, а сталь 3X13 (ЭЖЗ) к мартенситному классу. Для получения наилучших механических и антикоррозионных свойств они подвергаются термической обработке (закалке с высоким отпуском). Эти стали обладают высокой пластичностью, удовлетворительной свариваемостью, а в отожженном состоянии хорошо обрабатываются резанием. Поставляются в виде прутков, листов и проволоки. Стали X18 (ЭИ229) и Х28 относятся к ферритному классу. Это сообщает им лучшую стойкость против воздействия кислот и горячих газов. Сталь 1X18 (ЭИ229) может применяться в качестве окалиностойкого материала при температурах до 900° С, а сталь Х28 при температурах до 1100°С. Эти стали, обладают хорошей свариваемостью и удовлетворительной обрабатываемостью резанием. Основным недостатком этих сталей является крупнозернистая структура, возникающая при нагреве и сварке, которая сообщает им хрупкость. Измельчение структуры в этих сталях возможно только в результате горячей обработки давлением. Для улучшения свойств стали, содержащей свыше 17% хрома, она может дополнительно легироваться небольшим количеством титана или ниобия. Они уменьшают опасность появления крупнозернистой структуры и улучшают коррозионную стойкость сварных соединений в околошовной зоне. Сталь 0Х17Т (ЭИ645) содержит дополнительно небольшее-количество титана. Сталь Х17Н2 (ЭИ268) содержит дополнительно около 2% никеля. Хромоникелевые нержавеющие стали. Благодаря высокому содержанию хрома и никеля свойства этих сталей по сравнению свойствами хромистых нержавеющих сталей значительно улучшилось: повысились механические свойства, увеличилась коррозионная стойкость и стойкость в кислотах. Это стали аустенитного класса. Они нашли широкое применение в авиационной промышленности. Для получения аустенита сталь закаливают с 1100°С в воде. Высокая температура нагрева при закалке необходима для растворения карбидов и получения однофазной структуры . Аустенитные хромоникелевые стали в закаленном состоянии, кроме высокой коррозионной стойкости, имеют хорошие технологические свойства. Они обладают высокой пластичностью, в холодном состоянии, хорошо поддаются прокатке, штамповке и волочению. Эти стали хорошо свариваются всеми видами сварки. Стали: Х13(ЭЖ1), Х18(ЭИ229), ОХ17Т(ЭИ645), Х17Н2(ЭИ268) Х18Н9(ЭЯ1), 0Х18Н9(ЭЯО), 2Х18Н9(ЭЯ2), 2Х/ЗН4Г9(ЭИ100), Х18Н9Т(ЭЯ1Т), 0Х18Н12Б(ЭИ402), Х15Н9Ю(ЭИ904), выпускается в виде листов, лент, прутков, прессованных профилей. Такие стали широко используют в химической, пищевой, авто мобильной и других отраслях промышленности Жаростойкие стали. При высоких температурах металлы и сплавы вступают во взаимодействие с окружающей газовой средой, что вызывает газовую коррозию (окисление) и разрушение материала. Для изготовления конструкций и деталей, работающих в условиях повышенной температуры (400—900°С) и окисления в газовой среде, применяют специальные жаростойкие стали. Жаростойкость (или окалиностойкость) - это способность материала противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха или других газовых сред при высоких температурах. К жаростойким относят стали, содержащие алюминий, хром, кремний. Такие стали не образуют окалины при высоких температурах. Например, хромистая сталь, содержащая 30% Сr, устойчива до 1200°С. Введение небольших добавок алюминия резко повышает жаростойкость хромистых сталей. Стойкость таких материалов при высоких температурах объясняется образованием на их поверхности плотных защитных пленок, состоящих в ос новном из оксидов легирующих элементов (хрома, алюминия, кремния). Область применения жаростойких сталей — изготовление различных деталей нагревательных устройств и энергетических установок. Жаропрочные стали. Некоторые детали машин (двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургического оборудования и т. п.) длительное время работают при больших нагрузках и высоких температурах (500—1000°С). Для изготовления таких деталей применяют специальные жаропрочные стали. Жаропрочность – это способность материала выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др. Они сохраняют свои прочностные свойства при нагреве до 650°С и боле Из таких сталей изготовляют греющие элементы теплообменной аппаратуры, детали котлов, впускные и выпускные клапаны автомобильных и тракторных двигателей. В зависимости от назначения различают клапанные, котлотурбинные, газотурбинные стали, а также сплавы с высокой жаропрочностью. Вопросы для самоконтроля:
Х13(ЭЖ1), Х18(ЭИ229), ОХ17Т(ЭИ645), Х17Н2(ЭИ268) Х18Н9(ЭЯ1), 0Х18Н9(ЭЯО), 2Х18Н9(ЭЯ2), 2Х/ЗН4Г9(ЭИ100), Х18Н9Т(ЭЯ1Т), 0Х18Н12Б(ЭИ402), Х15Н9Ю(ЭИ904).
|