Стали со специальными свойствами.

В современной промышленности широко используют, стали и сплавы, обладающие специальными свойствами:

o заданной проводимостью,

o низким удельным электросопротивлением,

o заданным температурным коэффициентом линейного расширения,

o полупроводниковыми и магнитными свойствами,

o способностью восстанавливать заданную форму изделия.

Металлические проводниковые материалы. Широкое применение в промышленности нашли металлы и сплавы высокой проводимости: серебро, медь, бронзы и латуни.

Серебро применяется для изготовления неокисляющихся проводников электрических контактов ответственных приборов. Специальными методами из серебра изготовляют покрытия на меди, латуни и непроводящих материалах: керамике, стекле, полимерах.

Медь имеет широкое применение благодаря высокой проводимости, хорошим механическим характеристикам, более низкой по сравнению с серебром стоимости. Для защиты меди от окисления токоведущие элементы серебрят.

В отожженном виде медь (марки ММ) имеет более высокую проводимость, в нагартованном (марки МТ) - высокую прочность. Мягкую медь (марки МО, Ml) применяют для изготовления жил обмоточных проводов. Медь марок М2, МЗ и М4 используют преимущественно для получения сплавов.

В изделиях с повышенными механическими характеристиками используют латуни, кадмиевые и бериллиевые бронзы.

Кадмиевую бронзу используют для изготовления троллей, скользящих контактов, мембран.

Латуни применяют для изготовления различных токопроводящих деталей.

Алюминий характеризуется достаточно высокой электропроводностью в сочетании с пластичностью и малой плотностью. Он более распространен в природе, чем медь, более стоек к коррозии. Промышленность выпускает сверхчистый алюминий марок А 999 и А 995, алюминий высокой чистоты марок А 99 и А 95. Их используют для изготовления электролитических конденсаторов, защитных кабельных оболочек. Из алюминия технических марок А 85 и А 7 изготавливают кабели, токопроводящие шины.

Для соединения алюминиевых проводов применяют специальные припои, разрушающие в месте контакта пленку окислов с высоким электрическим сопротивлением. В ряде случаев используют биметаллическую проволоку, состоящую из стальной сердцевины и медной или алюминиевой оболочки. Покрытие наносят гальваническим способом или плакированием.

Полупроводниковые материалы. Полупроводниковые материалы представляют собой класс материалов с электронной проводимостью, характеризующихся большей удельной электропроводностью, чем металлы, но меньшей, чем диэлектрики. Для получения полупроводников с заданными удельными электросопротивлением и типом проводимости осуществляют их легирование.

Согласно химической классификации полупроводниковых материалов, их разделяют на два класса:

o простые полупроводники, имеющие; в своем составе один элемент (В, С, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, S, Se, Те, I);

o сложные полупроводники, являющиеся химическими соединениями и сплавами.

Германий (Ge) является одним из наиболее широко применяемых полупроводников, его используют для изготовления выпрямителей, транзисторов, диодов и др.

Полупроводниковые приборы на основе кремния работоспособны при более высоких температурах (120 - 150°С), чем германиевые (70-85°С). Нелегированный кремний применяют при создании силовых выпрямителей, стабилизаторов напряжения и др.

Также достаточно широко используются в электронной промышленности селен, теллур и их соединения.

Магнитные стали и сплавы. Магнитные стали, и сплавы характеризуют магнитной проницаемостью, коэрцитивной силой и остаточной индукцией. В зависимости от значений этих величин магнитные материалы разделяют на:

o магнитно-мягкие материалы (ферромагнетики), имеющие малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои);

o магнитно-твердые стали и сплавы, имеющие большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеродистые и легированные стали, специальные сплавы.

Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04 % С, обладает высокой магнитной проницаемостью и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др.

Электротехническая сталь содержит менее 0,05 % С и кремний, сильно увеличивающий магнитную проницаемость. По содержанию кремния эту сталь делят на четыре группы:

с 1 % Si-марки ЭП, Э12, Э13;

с 2 % Si - марки Э21, Э22;

с 3 % Si - марки Э31, Э32;

с 4 % Si марки Э41, Э48.

Вторая цифра (1 - 8) характеризует уровень электротехнических свойств.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45 - 80 % Ni, их дополнительно легируют Cr, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Применяют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых магнитных полях (телефон, радио).

Ферриты - материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферромагнитной окиси железа Fe2O3 и оксидов двухвалентных металлов (ZnO, NiO, MgO и др.). У ферритов очень высокое удельное электросопротивление, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот.

Развитие электроники, вычислительной техники, радиотехники обусловило необходимость разработки магнитных материалов со специальными магнитными свойствами.

В электронной вычислительной технике и автоматических устройствах широко применяют магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Основными требованиями к материалам с ППГ являются: заданное значение коэрцитивной силы и минимальное время перемагничивания.

В малогабаритных ЭВМ и оперативных запоминающих устройствах используют тонкие ферромагнитные пленки. Характерная особенность этих материалов - незначительное время перемагничивания (от десятых долей до нескольких наносекунд).

В качестве носителей магнитной записи используют ленты, диски, барабаны и т.д. Магнитную запись производят на специальном материале, состоящем из под ложки и слоя магнитного вещества на органическом связующем, В качестве подложки используют поливинилхлорид, лавсан, полиамид. Магнитный материал - это обычно высокодисперсные оксиды Fe2Cr203, сплавы Fe-Co. Слой магнитного материала наносят электролитическим осаждением, распылением в вакууме.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением. Сплавы с высоким электрическим сопротивлением применяются для изготовления электронагревателей и элементов сопротивлений (резисторов) и реостатов.

Железохромалюминиевые (Х13Ю4) и никелевые (Х20Н80 - нихром) сплавы для электронагревателей обладают высокой жаростойкостью, высоким электрическим сопротивлением, удовлетворительной пластичностью в холодном состоянии. Стойкость нагревателей из железохромалюминиевых сплавов выше, чем у нихромов. Сплавы применяют для бытовых приборов и для промышленных печей.

Стали и сплавы с особыми упругими свойствами. В горной промышлености широкое применение получили материалы, обладающие высоким пределом упругости и пределом выносливости. Эти свойства материалов обеспечиваются их термической обработкой - закалкой и последующим отпуском. Среднеуглеродистые стали с упругими свойствами применяют для изготовления пружин, рессор общего назначения. Для изготовления упругих элементов в приборостроении применяют сплавы с особыми упругими свойствами. Пружины, мембраны, сильфоны - изготовляют из сплавов 42НХТЮ, 17ХНГТ, 68НХВКТЮ, 95НЛ и др. Эти сплавы в закаленном состоянии достаточно технологичны в переработке, а после старения приобретают высокие упругость и прочность.

Для изготовления упругих элементов особого назначения применяют бериллиевые бронзы (БрБ2) с малыми неупругими эффектами при больших упругих деформациях. Они упрочняются термической обработкой. Бериллиевые бронзы дополнительно легируют титаном и никелем, микролегируют бором (до 0,1 %), магнием (до 0,1 %). Для защиты упругих элементов от воздействия коррозионноактивных сред применяют их оксидирование, кадмирование, никелирование.

Для изготовления упругих элементов, работающих под воздействием электрического тока, применяют сплавы на никелевой и кобальтовой основе: 05НЛМ, ЭП431.

Сплавы с "эффектом памяти". "Эффект памяти механической формы" заключается в свойстве пластически деформированного при повышенных температурах изделия, а затем деформированного при данной температуре до потери первоначальной формы, восстанавливать ее при повторном нагреве.

"Эффект памяти механической формы" характерен для ряда сплавов: TiNi, Cu-Zn и др. Наиболее типичным представителем таких материалов является сплав TiNi (нитинол).

Сплавы, реализующие "эффект памяти", используют для изготовления самораскрывающихся антенн космических аппаратов, в устройствах пожаротушения и др.

Список использованной литературы

1. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972

2. Виноградов Ю.Г., Орлов К.С. Материаловедение для слесарей-монтажников. М. 1983.

3. Гузова В.В., Синенко Е.Г. и др. «Прикладная механика: учебное пособие» – 2-е издание, перераб. и доп. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002.

4. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.

5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.

Дата добавления: 2015-07-08