Металлические и неметаллические материалы в приборостроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структура неметаллических материалов

1.1 Строение полимеров

Полимерами называются вещества с большой молекулярной массой, у которых молекулы состоят из одинаковых групп атомов- звеньев. Каждое звено представляет собой измененную молекулу исходного низкомолекулярного вещества- мономера.

В зависимости от характера связей между линейными молекулами полимеры разделяют на термопластичные и термореактивные.

Первые способны многократно размягчаться при нагреве и твердеть при охлаждении без изменения своих свойств, вторые при нагреве остаются твердыми вплоть до полного термического разложения.

Линейные молекулы имеют главные цепи и боковые группы. При молекулярной массе 10⁴-10⁶ в линейной молекуле объединяются сотни звеньев и длина главной цепи во много раз больше размеров боковых групп. Боковые группы образуют атомы (водород, галоиды), радикалы ( OH-, CN-, С₆H₅- и др.), короткие полимеры цепи из нескольких звеньев. Очевидно, что при наличии боковых групп нескольких видов имеются возможности разместить их вдоль главной цепи как неупорядоченно, так и в определенном порядке. Полимеры с неупорядоченным чередованием групп называются нерегулярными, а с упорядоченным - регулярными.

Структура молекул определяется способом производства полимера. При обработке полимеров (нагрев, растворение и т.д.) структура молекул почти не изменяется, и нельзя, например, нерегулярный полимер сделать регулярным. Общая структура полимеров складывается из структуры молекул и надмолекулярной структуры, т.е. взаимной укладки линейных молекул в полимерном веществе. Надмолекулярная структура появляется под влиянием сил притяжения между молекулами и теплового движения самих молекул. Для нерегулярных полимеров характерны пачечные структуры, когда на сравнительно больших участках главные цепи соседних молекул располагаются параллельно. У регулярных полимеров типичными надмолекулярными структурами являются кристаллы.

Макромолекулы в полимерном веществе не упакованы плотно, и мерой плотности упаковки является так называемый свободный объём, т.е. разность между фактическим удельным объёмом вещества и теоретическим удельным объёмом при самой плотной упаковке. При нагреве свободный объём увеличивается. В зависимости от свободного объёма полимерное вещество находится в одном из физических состояний: стеклообразном, высокоэластичном, вязкотекучем. Переходы из одного состояния в другое происходят без выделения и поглощения теплоты. Температуры переходов называются температурами стеклования t_ст и текучести t_тек.

Различия между физическими состояниями полимеров наглядно проявляются при деформировании. В стеклообразном состоянии I повороты вокруг связей в макромолекулах затруднены, полимер является упругим твердым телом. Под нагрузкой упругая деформация не превышает нескольких процентов и падает до нуля при снятии нагрузки .При деформации происходит искажении валентных углов a.

Высокоэластичное состояние II появляется тогда, когда свободный объём становится2,5 %. В этом состоянии полимер ведет себя как эластичное тело. Под действием нагрузки скрученные макромолекулы выпрямляются и вытягиваются, деформация достигает 500-800%. Расстояния между атомами а макромолекулах при этом меняются незначительно. При снятии нагрузки тепловое движение за доли секунды возвращает макромолекулы к равновесным формам, и поэтому высокоэластичная деформация обратима.

В вязкотекучем состоянии III полимер ведет себя как вязкая жидкость . Под нагрузкой макромолекулы выпрямляются и скользят одна относительно другой. Главную часть деформации составляет необратимое вязкое течение. Течение прекращается после снятия нагрузки, и вязкая жидкость сохраняет полученную форму. Нагрев сопровождается разрывом ковалентных связей в макромолекулах. Начиная с температуры разложения t_разл термический распад макромолекул быстро приводит к полному разрушению полимера.

Таким образом, конфигурация молекул полимера остается неизменной в разных физических состояниях. В то же время надмолекулярная структура легко изменяется. Неравновесные надмолекулярные структуры при нагреве выше t_cт заменяются равновесными. При охлаждении ниже t_ст в материале легко фиксируются неравновесные надмолекулярные структуры. Если растянуть нагретый выше t_ст термопластичный полимер и, не снимая нагрузки, охладить его ниже t_ст, то высокоэластичное состояние «замораживается»,вытянутые макромолекулы сохраняет свою форму и после снятия нагрузки. Ориентация молекул обусловливает анизотропию свойств. Отклонения надмолекулярной структуры от равновесной имеются в изделиях из полимеров и влияют на прочность.

Регулярные полимеры кристаллизуются при переохлаждении ниже равновесной температуры кристаллизации t_к. Кристаллизация сопровождается выделением теплоты и уменьшением объёма, при этом гибкие макромолекулы укладываются в порядке, который соответствует определенной кристаллической решётке. Степень кристаллизации обычно высока (не менее 60-70%), однако полная кристаллизация не достигается.

В кристаллических полимерах размены кристаллов и их форма зависят от конкретных условий кристаллизации, а механические свойства определяются полученной структурой.

Надмолекулярные структуры в термореактивных полимерах зависят от плотности поперечных связей. При небольшой плотности поперечных связей образуются как пачечные структуры, так и кристаллы. При увеличении плотности и поперечных связей возможность образования надмолекулярных структур уменьшается. Полимерные молекулы образуют общую сетку, в которой подвижные участки молекул между соседними поперечными связями.

Наиболее характерной и важной формой теплового движения макромолекул являются повороты частей молекул по отношению друг к другу. Равновесному состоянию соответствуют определённые значения углов a между связями. Форма линейной молекулы все время изменяется. Установлено, что равновесной формой изолированной макромолекулы, например в растворе, является эллипсоид. Неравновесные изменения формы молекулы быстро уничтожаются при тепловом движении, когда повороты вокруг связей внутри макромолекулы легко осуществляются.

Это происходит выше t_ст(t_к) и, разумеется, выше t_тек, когда тепловое движение доминирует над межмолекулярном притяжением. Благодаря поворотам вокруг связей надмолекулярная структура максимально близка к равновесной, а сами молекулы имеют формы спиралей. Если исходная структура полимера неравновесная, то нагрев выше t_ст(t_к) обеспечивает возможность поворота вокруг связей и перехода к равновесной структуре.

Ниже t_ст(t_к) межмолекулярное притяжение исключает повороты вокруг связей, однако недостаточно сильно, чтобы исключить такие повороты под действием внешней нагрузки.

Полимеры под нагрузкой проявляют низкую жесткость и ползучесть. Низкая жесткость является результатом обратимых поворотов вокруг связей и искажений углов между связями при кратковременном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки деформация по сути является результатом необратимых поворотов вокруг связей и называется вынужденной высокоэластичной деформацией. Вытянутые молекулы представляют одну из разновидностей неравновесных структур.

Надмолекулярные структуры термопластов ниже t _ст (t_к) зависят от условий обработки и охлаждения материала и обычно оказываются неравновесными. Сохранение неравновесных структур в изделиях является характерной особенностью термопластов. Получение одно- или двухосной ориентации в полимерных пленках используют для повышения прочности; полимерные волокна с ориентированной структурой образуют важную группу высокопрочных волокон.

Переход неравновесных структур в равновесные сопровождается короблением и усадкой изделий во время эксплуатации. Для уменьшения этого недостатка используют термическую стабилизацию- отжиг при температурах, превышающих максимальные температуры эксплуатации.

Надмолекулярные структуры, в которых растягивающие напряжения от внешней нагрузки действуют вдоль валентных связей, отличаются большой жесткостью. Подобные структуры образуются после очень большой вытяжки полимерных волокон. Элементарная структурная единица волокна- фибрилла содержит чередующиеся кристаллические и аморфные участки. На аморфных участках молекулы предельно растянуты. Именно эти участки нагружаются при растяжении волокна, в результате чего модуль упругости оказывается очень большим.

У обычного полиэтилена с аморфно-кристаллической структурой Е= 120…260МПа, у полипропилена Е= 160….320МПа. Сополимер этилена и пропилена при соотношении мономеров 1:1 не кристаллизуется и при температуре 20-25^о С является каучуком. Его модуль( при растяжении свыше 300%) всего 9-15 МПа. У полиэтиленового волокна в зависимости от технологии изготовлении Е=100…170 ГПа.

1.2 Строение стекла

Стекло представляет собой изотропное твердое вещество, образующееся при охлаждении расплава компонентов, среди которых хотя бы один является стеклообразующим. Стеклообразующими являются оксиды SiO₂, B₂O₅, P₂O₅,GeO₂, а также некоторые бескислородные соединения мышьяка, селена, теллура.

Основу стекла образует объемная сетка из однородных структурных элементов. В наиболее простом по составу кварцевом стекле такими элементами являются тетраэдры [SiO₄],которые соединяются своими вершинами. Из таких же тетраэдров образована структура кристаллического кварца. Различие между двумя веществами одинакового химического состава объясняется размещением [SiO₄]. Углы между связями Si- О в более в широких пределах(120-180^о), чем в кристаллическом кварце.

Структура аморфного стекла возникает при охлаждении стеклянной массы, когда повышение ее вязкости препятствует кристаллизация.

Основную массу промышленных стекол составляют силикатные стекла с добавками других оксидов. По сравнению кварцевым стеклом они размягчаются при более низких температурах и легче перерабатывается в изделия. В силикатных стеклах атомы соединяются ковалентно-ионными связями; в объёмную сетку кроме кремния и кислорода входит также алюминий, титан, германий, бериллий; ионы щелочных и щелочно-земельных металлов размещается в ячейках этой сетки. Усложнение химического состава силикатных стекол приводит к изменению их свойств, в том числе и цвета, и является причиной структурной неоднородности.

При охлаждении однофазный расплав расслаивается на две или несколько жидких фаз разного химического состава. Затвердевшее стекло имеет многофазную структуру. Расслоение силикатных стекол- характерная особенность их структуры.

При определенном соотношении содержания кремния, кислорода и других элементов очень трудно предупредить зарождение и рост кристаллов.

Кристаллизация или «расстеклование» с образованием крупных кристаллов отрицательно влияет на прочность и прозрачность стекла. Кристаллизацию предупреждают подбором химического состава стекла и условий его варки. Напряжения в стеклянных изделиях из-за различия плотности в разных участках устраняют нагревом, достаточным для перестройки элементов структуры и выравнивания плотности. Из стекол специального состава при помощи контролируемой кристаллизации получают ситаллы, или стеклокристаллические материалы. Структура ситталов представляет собой смесь очень мелких (0,01-1 мкм), беспорядочно ориентированных кристаллов (60-95%) и остаточного стекла (5-40%). Исходное стекло по химическому составу отличается от остаточного стекла, в котором накапливаются ионы, не входящие в состав кристаллов. Такая структура создается в стеклянных изделиях после двойного отжига (первый нужен для формирования центров кристаллизации, второй-для выращивания кристаллов на готовых центрах).Для образования кристаллов в стекла вводят Li₂O, Ti O₂,Al₂O₃ и другие соединения.

В зависимости от условий образования центров кристаллизации ситаллы подразделяют на термоситаллы и фотоситаллы. В термоситаллах для образования центров кристаллизации используют оксиды или фториды Ti O₂, P₂O₅, NaF и др. При отжиге термоситалла получается высокая и однородная плотность кристаллов. В фотоситаллах используют малые добавки золота, серебра, платины или меди. Центры кристаллизации формируются под действием облучения ультрафиолетовым светом и отжига. Необлученные участки после отжига остаются аморфными.

Фотоситаллы применяются как фоточувствительные материалы. Термоситаллы имеют универсальное применение: как износостойкие материалы используются для деталей гидромашин, узлов трения, защитных эмалей; как прочные стабильные диэлектрики- для радиодеталей ,плат и т.д.

1.3 Строение керамики

полимер стекло сталь пружинный

Керамикой называются материалы, полученные при высокотемпературном спекании минеральных порошков. При нагреве исходные вещества взаимодействуют между собой, образуя кристаллическую фазы. Керамика представляет собой пористый материал, содержащий ковалентные и ионные кристаллы- сложные оксиды, карбиды или твёрдые растворы на их основе. Аморфная фаза является стеклом, которое по своему химическому составу отличается от кристаллов. Керамический материал содержит одну или несколько кристаллических фаз; отдельные виды керамики совсем не имеют стекла в своей структуре. Как правило, керамика имеет поликристаллическую структуру с прослойками стекла и с беспорядочным расположением зерен и поэтому однородна по свойствам.

Характерной особенностью керамических материалов является хрупкость. Сопротивление разрушению тем выше, чем мельче кристаллы меньше пористость. Например, плотная микрокристаллическая керамика на основе Al₂O₃ с размерами зерен 1-5 мкм в 5-6 раз прочнее обычной. Изделия из плотной мелкозернистой керамики- тонкой керамики- получают по более сложной технологии, и поэтому они дороги. Пористую керамику используют в качестве огнеупорных материалов, фильтров, диэлектрика в электротехнике. Более прочную керамику применяют для некоторых деталей машин.

Материалы с высокими упругими свойствами

2.1 Основные требования к пружинным материалам

Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения; мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок и т.п.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости разрушения, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении - релаксационной стойкостью.

Релаксационная стойкость оценивается сопротивлением релаксации напряжений. Релаксация напряжений характеризуется снижением рабочих напряжений в изделии от до при заданной упругой деформации . Релаксация напряжений опасна тем, что при переходе части упругой деформации в пластическую ( ) упругие элементы после разгрузки изменяют размеры и форму. Например, долгое время сжатая пружина или изогнутая пластина реле при снятии нагрузки полностью не распрямляются и теряют упругие и эксплуатационные свойства.

Релаксация напряжений происходит путем микропластической деформации, которая совершается в отдельных зернах и накапливается во времени. При напряжении ниже предела упругости микропластическая деформация может быть вызвана изгибом дислокаций или срывом отдельных из них с мест закрепления при малых напряжениях и перемещением заторможенных дислокаций при повышенных напряжениях.

В связи с этим для достижения в сплаве высокого предела упругости и релаксационной стойкости необходимо создать стабильную дислокационную структуру, в которой прочно заблокированы не большинство, а практически все дислокации. Кроме того, такая структура должна иметь невысокий уровень микронапряжений, которые, суммируясь с рабочими напряжениями, облегчают перемещение дислокаций.

Для закрепления дислокаций используют все средства создания эффективных барьеров: легирование, повышение плотности дислокации, выделение дисперсных частиц вторичных фаз. Наиболее благоприятную субструктуру, обеспечивающую высокие упругие свойства, формирует термомеханическая обработка. Ее успешно применяют для всех пружинных сплавов.

2.2 Рессорно-пружинные стали

Рессорно- пружинные углеродистые и легированные стали имеют высокий модуль упругости, ограничивающий упругую деформацию, равную . В связи с этим их применяют для изготовления жестких упругих элементов. Недорогие и достаточно технологичные рессорно-пружинные стали широко используются в авто- и тракторостроении, железнодорожном транспорте, станкостроении. Кроме того, они находят применение и для силовых упругих элементов приборов. Часто эти материалы называют пружинными сталями общего назначения.

Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов рессорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, выносливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетворяют стали с повышенным содержанием углерода (0,5- 0,7%), которые подвергают закалке и отпуску при 420-520^оС.

Закаленная на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура троостита. В этой структуре феррит из-за сильного фазового наклепа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций, которые, кроме того, эффективно блокируются дисперсными карбидными частицами. Поэтому трости отличается стабильной дислокационной структурой.

Кроме высоких упругих свойств отпуск на троостит обеспечивает некоторое повышение пластичности и вязкости разрушении ,что важно для снижения чувствительности к концентратором напряжений и увеличения предела выносливости.

Небольшие пружины простой формы изготавливают из стали, поставляемой а термически обработанном состоянии. Для крупных пружин, требующих больших усилий при навивке, сталь используют в отожжённом состоянии. Термической обработке подвергают готовые изделия, полученные горячей навивкой или штамповкой.

Сталь для рессор поставляют в виде полос. Нарезанные из нее заготовки закаливают в специальных штампах с определенной стрелой прогиба, затем отпускают и собирают в виде пакета. Рессорно-пружинные стали 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г (ГОСТ 14959-79) характеризуется невысокой релаксационной стойкостью, особенно при нагреве. Они не пригодны для работы при температурах выше 100^оС. Из-за низкой прокаливаемости из них изготавливают пружины небольшого сечения.

Легированные рессорно-пружинные стали (ГОСТ 14959-79) относятся к перлитному классу. Основным легирующими элементами в них являются Si (1-3%), Mn (1%), а в сталях более ответственного назначения- Cr(1%), V( 0,15%) и Ni (1,7%). Легирование(за исключением Si и Mn) мало влияет на предел упругости - главную характеристику этих сталей. Более существенно оно появляется в повышении прокаливаемости ,релаксационной стойкости, предела выносливости. В связи с этим легированные стали предназначены для больших по размеру упругих элементов и обеспечивают их более длительную и надежную работу.

Дешевые кремнистые стали 55С2, 60С2, 70С3А применяют для пружин и рессор толщиной до 18мм. Стали стойки к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию- опасному поверхностному дефекту, снижающему предел выносливости. В кремнемарганцевой стали 60СГА этот недостаток выражен менее сильно. Ее преимущественно применяют для рессор толщиной до 14мм.

Стали 50ХФА, 50ХГФА ,которые по сравнению с кремнистыми и кремнемарганцевой сталями подвергают более высокому нагреву при отпуске (520^оС),обладают теплостойкостью, меньшей чувствительностью к надрезу. Они предназначены для рессор легковых автомобилей, клапанных и других пружин ответственного назначения, которые могут работать при температурах до 300 С.

Стали 60С2ХА и 60С2Н2А прокаливаются в сечениях соответственно до 50 и 80 мм и применяются для крупных тяжелонагруженных и особо ответственных пружин и рессор. Механические свойства сталей определяются содержанием углерода и температурой отпуска. Отпуск проводят при температуре несколько более высокой, чем та, которая отвечает максимальному пределу упругости, что необходимо для повышения пластичности и вязкости.

Наиболее высокие механические свойства имеют стали 70С3А, 60С2ХА и 60С2Н2А: 1800 МПа; 1600МПа; 5%; 20%. Их предел упругости составляет 0,01=880…1150 МПа, а твёрдость- 38-48 HRC. При такой прочности и твёрдости стали чувствительны к концентраторам напряжений, поэтому на сопротивление усталости большое влияние оказывает стояние поверхности. При отсутствии поверхностных дефектов (обезуглероживания, окалины, грубых рисок и др.) предел выносливости сталей при изгибе не ниже 500МПа, а при кручении - 300 МПа. Для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений готовые пружины и листы рессор подвергают поверхностному наклепу обдувкой дробью. После упрочнения дробью предел выносливости увеличивается в 1,5 - 2 раза.

2.3 Материалы для упругих элементов приборостроения

Упругие элементы приборов, кроме высоких пределов упругости, выносливости и релаксационной стойкости, должны обладать высокой коррозионной стойкостью, немагнитностью, электропроводимостью.

Одно из важнейших эксплуатационных требований- точная и стабильная характеристика. Характеристикой называют зависимость деформации упруго элемента от приложенной силы P. Примером характеристики пружины является зависимость ее осадки от силы сжатия; пластины реле - зависимость перемещения свободного конца от действующей на него силы.

Характеристика упруго элемента должна быть линейной, иначе нельзя обеспечить необходимую точность прибора. Кроме того, она должна допускать возможно большее упругое перемещение. Чем оно больше при одной и той же силе, тем выше чувствительность упругого элемента .

Качество упругого элемента определяется так же силой, необходимой для создания определенной упругой деформации. Чтобы вызвать деформацию, равную ,для первого элемента требуется меньшая сила, чем для второго, поэтому качество его выше.

Характеристика упругого элемента зависит от его конструкции и упругих свойств материала: модуля и предела упругости. Угол наклона характеристики к оси деформации определяется модулем упругости. Чем он меньше, тем больше упругая деформация, наибольшая величина которой. Стали, имея высокий модуль упругости, не обеспечивают чувствительности упругих элементов приборов. Для их изготовления используют сплавы на основе меди, которые практически одинаковом со сталями пределе упругости имеют почти в 2 раза меньший модуль упругости.

Рабочее напряжение упругого элемента должно быть ниже предела упругости материала, так как при нагружениях, близких к пределу упругости, в сплавах проявляются неупругие эффекты, ухудшающие работу элемента и всего прибора. Чем выше предел упругости материала относительно рабочих напряжении, тем меньше неупругие эффекты и выше класс точности прибора.

К неупругим эффектам относят упругое последействие, релаксацию, гистерезис и внутреннее трение.

Гистерезис проявляется в несовпадении характеристик упругого элемента при нагружении и разгрузки. В результате не совпадают и показания прибора, определяемые упругим элементом. Гистерезис вызван рассеиванием в материале энергии при упругих напряжениях. Мерой рассеивания упругой энергии является площадь петли гистерезиса. Гистерезис оценивают отношением максимальной ширины петли Г к наибольшей упругой деформации .

Перечисленные неупругие эффекты возникают из-за неоднородности строения реальных поликристаллов, вследствие чего в отдельных микрообъёмах при невысоких напряжениях развивается микропластическая деформация.

Внутреннее трение проявляется при циклических напряжениях ниже предела упругости в результате необратимой потери энергии деформирования. Энергия деформирования теряется вследствие теплообмена в окружающую среду, расходуется на изгибание дислокаций и перемещение внедренных атомов, а в ферромагнитных материалах- на магнитно-упругий эффект, связанный с механострикацией.

В идеально упругом материале при циклическом нагружении, частота которого совпадает с собственной частотой упругого элемента, в результате резонанса наблюдается резкое возрастание амплитуды колебаний элемента. В реальных поликристаллах амплитуда А колебаний упругого элемента растет в некотором интервала на высоте 0,7А_max условились принимать за величину внутреннего трения. Отношение резонансной f_рез к ширине интервала f называют добротностью.

Для того чтобы снизить неупругие эффекты, надо повысить сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. сформировать малоподвижную дислокационную структуру. Закрепление дислокаций в рассматриваемых сплавах осуществляется выделяющимися после закалки и старения высокодисперсными когерентными частицами вторичных фаз.

Требование стабильной дислокационной структуры реализовано, а бериллиевых бронзах и железоникелевых сплавах.

Бериллиевые бронзы используют для изготовления упругих элементов ответственного назначения. Бериллиевые бронзы- это сплавы на медной основе с высоким пределом упругости и низким модулем упругости (ГОСТ 18175-78). Такое сочетание свойств обеспечивает малые неупругие эффекты при больших упругих деформациях. Кроме того, сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, электрической проводимостью, немагнитностью, хорошей технологичностью.

Например, сплав БрБ2, в котором содержание бериллия составляет около 2%, после закалки и старения имеет предел упругости =600МП (табл 1)

Увеличение содержания бериллия до 2,5% повышает предел упругости. Однако высокая стоимость бериллия ограничивает применение такого сплава. Широко используют сплав БрБНТ1,9, легированный титаном и никелем. По упругим свойствам он мало уступает сплаву БрБ2,5.

Дальнейшее повышение предела упругости достигается микролегированием бериллиевых бронз бором (0,01%) или магнием (0,1%). Введение этих поверхностно-активных элементов изменяет процессы старения в сторону увеличения объемной доли выделяющихся частиц, степени их дисперсности, а также плотности и равномерности их распределения.

Разработаны способы термомеханической обработки бериллиевых бронз, при которой сплавы подвергают холодной пластической деформации в закаленном состоянии. Это приводит к более значительному росту предела упругости при старении и сильного снижению упругого последствия. Так, сплав БрБНТ1,9, деформированный на 50% в закаленном состоянии, после старения при 350^оС в течении 0,25 ч имеет предел упругости =1000 МПа.

Железоникелевые сплавы (ГОСТ 10994-74) менее дефицитны и дешевле бериллиевых бронз. Они имеют примерно то же предел упругости, но обладает более высоких модулем упругости, что снижает допустимые упругие деформации элемента.

Сплав 36НХТЮ, применяемый для упругих элементов, является сплавом на железной основе. Высокое содержание никеля и хрома обеспечивает получение аустенитной структуры и способствует высокой коррозионной стойкости. Аустенитная структура придает сплаву хорошие технологические свойства в отношении обрабатываемости давлением и свариваемости. Титан и алюминий образуют с никелем и железом фазы переменной растворимости в аустените, что позволяет упрочнять сплав термической обработкой.

После закалки с 925-950^оС сплав приобретает однофазную структуру. В процессе искусственного старения из аустенита выделяется промежуточная метастабильная - фаза, упрочняющая сплав. После старения при 700^оС в течении 2 ч сплав 36ХНТЮ имеет предел упругости =800МПа. (см. табл 1.) Дополнительное легирование молибденом в количестве 8% (36НХТЮМ8) после термической обработки позволяет получить предел упругости = 950МПа. Применение термомеханической обработки для сплава 36ХНТЮ повышает предел упругости до =1110МПа.

Таблица 1. Химический состав и механические свойства термически упрочненных сплавов для упругих элементов приборов

* По ГОСТ 18175-78

Размещено на Allbest.ru