WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 19 |

Двухзначное число, стоящее в начале марки, соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Буквы указывают на наличие легирующих элементов: Б - Nb, В - W, Г - Mn, Д - Cu, Е - Se, К - Co, М - Mo, Н - Ni, П - P, Р - B, С - Si, Т - Ti, Ф - V, Х - Cr, Ц - Zr, Ч – редкоземельный элемент, Ю - Al. Число, стоящее после буквы, показывает примерное процентное содержание легирующего элемента, символизируемого буквой. Отсутствие числа указывает, что среднее содержание соответствующего элемента не превышает 1,0 – 1,5 %. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная (А внутри марки соответствует легирующему элементу - азоту), буква Ш - особовысококачественная. Например, сплав марки 20ХН3А – конструкционная высококачественная сталь, содержащая (в среднем) 0,20 % С, 3 % Ni и не более 1,5 % Cr.

«А» в начале марки, указывает, что сталь автоматная, т.е. обладающая хорошей обрабатываемостью резанием. Такие стали имеют повышенное содержание серы. Кроме того, они могут быть дополнительно легированы свинцом, селеном или кальцием.

Легированные инструментальные стали обычно маркируют однозначным числом, указывающим на среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента, и буквами, обозначающими легирующие элементы.

После закалки легированные инструментальные стали, имеют твердость от 62 HRCЭ до 64 HRCЭ. Их отличает повышенная вязкость, меньшая склонность к деформациям, трещинообразованию. Из стали марок 9ХС, ХВГ, В1, ХВ5 изготавливают инструменты сложной конфигурации для конструкторских целей.

Быстрорежущие стали используют для изготовления режущего инструмента, используемого на металлообрабатывающем оборудовании с высокими скоростями. В их состав входят карбидообразующие элементы такие, как ванадий, кобальт, молибден, хром, вольфрам.

В сталях марок Р6, Р9, Р12, Р18 цифра после буквы указывает на процентное содержание вольфрама (чем больше процентное содержание, тем качество стали лучше).

1.5 Стали и сплавы с особыми свойствами По электрическим свойствам материалы могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками.

Проводниковые материалы классифицируют в зависимости от удельного электрического сопротивления на металлы и сплавы высокой проводимости, криопроводники и сверхпроводники, сплавы с повышенным электросопротивлением.

Среди металлов высокой проводимости широко распространены медь (удельное сопротивление = 0,017 мкОм м), алюминий ( = 0,028 мкОм м) и железо ( = 0,098 мкОм м). Имеют практическое значение также серебро ( = 0,006 мкОм м) и золото ( = 0,022 мкОм м). Железо значительно уступает меди и алюминию по электропроводности, но оно обладает более высокими механическими характеристиками. В качестве проводникового материала железо (низкоуглеродистые стали) применяют в тех случаях, когда прочностные свойства имеют решающее значение.

К криопроводникам относятся материалы, приобретающие при глубоком охлаждении (ниже 100 К) высокую электрическую проводимость, но не переходящие в сверхпроводниковое состояние. Одним из таких материалов является алюминий особой чистоты А 999 (99,999 % Al).

К сплавам с повышенным удельным электрическим сопротивлением (не менее 0,3 мкОм м) относятся медноникелевые сплавы: магнанин (МНМц 3-12), константан (МНМц 40-1,5); сплавы на основе никеля: нихромы (Х20Н80, Х15Н60); на железной основе: фехраль (Х13Ю4), хромель (0Х23Ю5) и др.

Сплавы высокого электросопротивления (нихромы, фехраль, хромель и др.) применяют для изготовления нагревательных элементов электрических приборов. Рабочие температуры таких сплавов 900 – 1200 0С.

Диэлектриками называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле. Для диэлектриков характерно высокое сопротивление прохождению постоянного электрического тока. Важнейшей характеристикой диэлектрических материалов является электрическая прочность. Ферромагнитные материалы в зависи мости от конфигурации их петли магнитного гистерезиса подразделяют на магнито-твердые и магнито-мягкие.

Магнито-твердые сплавы используют для изготовления постоянных магнитов. Они имеют широкую петлю гистерезиса с большой коэрцитивной (размагничивающей) силой Кс, равной 5,103 – 5,106 А/м, и обладают значительной магнитной энергией, пропорциональной величинам Кс и остаточной магнитной индукции Br.

Для постоянных магнитов небольшой мощности могут быть использованы углеродистые инструментальные стали. Обычно применяют, высокоуглеродистые стали, легированные хромом и кобальтом (ЕХ3, ЕХ5К5 и др.). Легирующие элементы увеличивают прокаливаемость стали, повышают его коэрцитивную силу и магнитную энергию. Широкое применение получили литые сплавы типа алнико, например ЮНДК15, ЮНДК40Т8АА, обладающие значительно большей коэрцитивной силой и магнитной энергией, чем легированные стали. В качестве материалов постоянных магнитов применяют сплавы системы Fe-Ni-Al, сплавы на основе редкоземельных металлов (Sm, Pr, Y), получаемые методом порошковой металлургии.

Из магнито-мягких сплавов изготавливают электромагниты, магнитопроводы электрических машин, трансформаторов, электрических приборов и аппаратов. Основные требования, предъявляемые к магнито-мягким материалам – низкая коэрцитивная сила (узкая петля гистерезиса), высокая магнитная проницаемость, высокая индукция насыщения, малые потери на вихревые токи и перемагничивание.

Магнито-мягким материалом является, например техническое железо.

Оно обладает достаточно высокой начальной и максимальной магнитной проницаемостью (µн = 0,3 мГн/м и µmax = 9 мГн/м) и низкой коэрцитивной силой (Нс= 64 А/м). Недостатком железа является низкое удельное электросопротивление ( не более 0,1 мкОм м), обусловливающее значительные тепловые потери, связанные с вихревыми токами, возникающими при перемагничивании.

Наиболее широкое распространение в качестве магнито-мягких материалов, работающих в полях промышленной частоты (низкочастотные поля), получили кремнийсодержащие (электротехнические) стали. Основное назначение кремния – увеличение удельного сопротивления стали, и, следовательно, сокращение потерь при перемагничивании.

1.6 Использование сплавов с эффектом памяти формы в медицине По данным, имеющимся в литературе, в настоящее время в развитых странах мира используют при различных операциях более 2,5 млн. металлических конструкций, вживляемых в организм. Однако крепление их в живом организме производится при помощи различного рода винтов, гаек, спиц, пластин и т.д., что, несомненно, связанно с введением в тело относительно объемных дополнительных инородных элементов. Эти элементы угнетают, а порой и наносят травмы окружающим тканям, оказывая отрицательное влияние на них.

Они не всегда дают ожидаемый эффект. Известно, что одним из важных условий для применения любого металлического имплантата является его приспособляемость к окружающим тканям и жидкостям организма.

Появление сплавов с эффектом памяти формы привело к созданию щадящих имплантатов. Они обладают способностью создавать постоянное по величине напряжение и поддерживать его в течение длительного времени. При исследовании физико-механических свойств костных мягких тканей установлено, что эффект памяти свойственен и живым тканям организма. Разработаны сплавы с памятью формы, что позволило создавать имплантаты с принципиально новыми функциональными свойстами, которые не разрушаются при многократном механическом воздействии, проявляют эластичные свойства и оказывают силовое сопротивление в течении длительного времени. Эти материалы применяют в различных областях медицины, таких как травматология, общая хирургия, стоматология, урология, сосудистая хирургия и т.д.

Проволоке при температуре 450 0С можно придать необходимую форму (например, пружины), охладить ее до температуры 10 0С и выпрямить. После введения проволоки в организм она вновь примет заданную ранее форму (пружины), выполняя заданную хирургом функцию. При выпрямлении имплантата из данного материала не при 10 0С, а при 36 0С и выше, он восстановит свою форму без дополнительного нагрева сразу же после снятия деформирующей силы. Таким способом можно скреплять обломки кости.

Разработаны так же имплантаты с памятью формы для ряда способов исправления деформации позвоночника. Они основаны на возможности имплантатов, с памятью формы, оказывать постоянное по величине силовое воздействие на позвоночник в течение всего периода лечения.

Одним из направлений в медицине, где применяются сплавы с памятью формы, является рентгенохирургия сосудов. Операция производится под местным наркозом без применения традиционного скальпеля, используя трубки - катетеры, вводимые внутрь сосуда через тонкие проколы. Наблюдение за движением катетера и проводимыми манипуляциями ведут при помощи рентгенотелевизионной установки. Поэтому этот метод называют рентгеноэндоваскулярной хирургией («эндо»- внутрь, «васкуляре» - сосуд, перевод с лат.).

Известным фактором является то, что после удаления наростов, бляшек и тромбов с внутренних стенок сосудов и их расширения не исключено, что через некоторое время сосуд вновь сузится. И это обстоятельство привело к мысли о необходимости каким-то образом укрепить стенку сосуда изнутри. Идея такого укрепления сосудов была заимствована из технических наук, а именно из области строительства туннелей, внутренняя полость которых укрепляется железобетонным каркасом. Для создания каркаса сосудов нужен был специальный материал, обладающий биологической совместимостью с тканями организма, пластичностью, прочностью и антикоррозийными свойствами. Таким сплавом оказался нитинол, обладающий памятью формы. Наиболее подходящей формой каркаса оказалась спираль.

По рассмотренной выше технологии проволока сворачивалась в спираль диаметром на десятые доли миллиметра больше диаметра сосуда, охлаждалась и выпрямлялась. Затем электрорентгенографом определялось место поражения сосуда, куда под наблюдением вводился катетер, в котором находилась выпрямленная проволока нитинола (протез). После установки протеза на заданное место катетер удаляется. Нить нагревается до температуры крови и сворачивается в спираль, эластично расширяя стенки сосуда. Такой внутрисосудистый протез устанавливается на всю жизнь. Установлено, что через некоторое время после установки протеза на нем вырастает тонкий (около 0,03 мм) слой новой молодой (гранулированной) ткани. Тромбы на этой поверхности не образуются.

Пока еще возможности этого метода оперативного вмешательства в сосуды ограничены: оперативное вмешательство производится в случаях, когда длина пораженного участка сосуда не превышает 20 см и не нарушен отток крови из места закупорки. Естественно, этими достижениями применения сплавов с эффектом памяти формы не ограничены. Будет совершенствоваться, и расширяться диапазон их применения в рассмотренных областях, появятся и новые направления, где будут использоваться сплавы с уникальными свойствами.

2 Лазерная закалка металлических материалов Одной из лазерных технологий, широко используемых на машиностроительных заводах, является лазерное упрочнение деталей. В результате его применения существенно повышается твердость поверхностных слоев, увеличивается износостойкость и стойкость изделий к коррозии. В отличие от известных способов термообработки с целью объемного упрочнения материала лазерное упрочнение имеет следующие особенности.

Это поверхностный процесс, имеющий большую степень локализации, в силу чего деталь не испытывает искажений формы (коробления). Локальность позволяет реализовать поверхностное упрочнение на строго требуемых участках детали. Скорости нагрева и охлаждения в зоне термического воздействия лазерного облучения велики (достигают около миллиона градусов в секунду).

Время выдержки при высокой температуре практически равно нулю. Нагрев может происходить до максимальных температур, превышающих температуру плавления или даже испарения металла.

Наибольшее использование лазерное упрочнение нашло для повышения стойкости режущих инструментов, валков для прокатки и штампов и для повышения износостойкости контактных поверхностей трущихся деталей (например, поршней и цилиндров).

В настоящее время начинает развиваться технология упрочнения за счет лазерного легирования. Одной из проблем лазерного легирования является нахождение эффективных способов предварительного нанесения легирующего элемента на матричную поверхность. Лазерная закалка характеризуется высокотемпературным лазерным нагревом поверхности обрабатываемой детали и последующим быстрым ее охлаждением.

При импульсном лазерном воздействии закаливаемая поверхность детали (инструмента) нагревается за тысячные доли секунды. Излучение поглощается в тонком приповерхностном слое и через очень короткое время за счет теплопроводности металла может проникнуть на глубину порядка 1 мм. При этом основной объем детали остается холодным. После лазерного воздействия (обучения) обработанный участок детали со скоростью до 108 град/с остывает за счет отвода тепла из-за теплопроводности в основной объем металла. Таким образом, в металлах происходят своеобразные (не достижимые традиционными методами) структурные фазовые превращения, приводящие к повышению микротвердости обработанной поверхности, что повышает износостойкость этой поверхности детали.

2.1 Механизмы упрочнения металлов Под упрочнением материала понимают повышение его сопротивления пластической деформации и разрушению под действием внешних нагрузок.

Пластическая деформация обычно связана с движением двумерных структурных дефектов - дислокаций, поэтому физическое понимание упрочнения заключается в затруднении перемещения дислокаций.

Рассматривают следующие механизмы упрочнения:

Решеточное упрочнение. Металлы с кристаллическими решетками разного типа по-разному сопротивляются движению дислокаций (имеют различное напряжение «решеточного трения»). Если чистое железо (объемноцентрированная кристаллическая решетка) деформируется относительно легко, то чистый титан (гексагональная решетка) поддается деформации хуже.

Твердорастворное упрочнение. Это упрочнение металлов, находящихся в твердых растворах, примесями и легирующими элементами, которые искажают кристаллическую решетку, повышая тем самым напряжение трения.

Дислокационное упрочнение. Перемещающиеся дислокации испытывают сдерживающее воздействие со стороны других дислокаций, находящихся в металле.

Зернограничное упрочнение. Сдерживают перемещение дислокаций и границы зерен и субзерен. Чем мельче зерна, тем сила сдерживания больше.

Дисперсионное упрочнение. Частицы других фаз, остающиеся в металле или выделившиеся при распаде пересыщенных твердых растворов, оказывают значительное сопротивление движению дислокаций.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 19 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.