Магнитно-твердые материалы. Марки, состав, применение.

Магнитотвердые материалы – намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и десятки тысяч А/м. Характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы, остаточной магнитной индукции, магнитной энергии на участке размагничивания.

Они являются источниками постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике, в устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Их используют в электрических машинах малой мощности, для записи и хранения цифровой, звуковой и видеоинформации и др. Преимущества постоянных магнитов по сравнению с электромагнитами постоянного тока - повышенная работоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения.

Fe — Со — Mo — (72%Fe, 12%Со, 16%Mo — комол);
Fe — Со — V — (37%Fe, 52%Со, 11%V — викаллои);
Fe — Ni — Cu — (20%Fe, 20%Ni, 60%Cu — кунифе);
Co — Ni — Cu —(45%Co, 25%Ni, 30%Cu — кунико).

В качестве магнитотвердых материалов используются, например, сплавы типа магнико, ални, викаллой, некоторые ферриты, соединения редкоземельных элементов с кобальтом.

Износостойкие стали. Основные марки.

Это высокоуглеродистые хромистые стали, дополнительно легированные марганцем, кремнием для увеличения прокаливаемости. Данные стали рекомендуют для работы в условиях истирающего износа. В подобных условиях работают детали типа ролико- и шарикоподшипников, валы, детали дорожных машин.

Марки: ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ

Износостойкая высокомарганцовистая сталь (сталь Гатфильда) для работы в условиях изнашивания при больших ударных нагрузках – 110Г13 или 110Г13Л. Это высокоуглеродистая, высоколегированная сталь аустенитного класса.

Вариант №21

Вопрос

Твёрдость — свойство материала не испытывать пластической деформации вследствие местного контактного воздействия (обычно сводящегося к внедрению в материал более твёрдого тела —индентора). Способы испытания твёрдости подразделяются на статические и динамические.

К статическим относятся способы измерения твёрдости по Бринеллю, Викерсу, Роквеллу, Кнупу; к динамическим - способы измерения твёрдости по Шору, Шварцу, Бауману, Польди, Морину, Граве.

Измерения твёрдости осуществляют при 20±10°С

Твёрдость по Бринеллю

Бринелля метод [по имени шведского инженера Ю.А.Бринелля] - способ определения (измерения) твёрдости материалов вдавливанием в испытываемую поверхность стального закалённого шарика диаметром 2, 5; 5 и 10 мм при нагрузке P от 625 H до 30 кН. Испытания по методу Бринелля проводят на стационарных твердомерах - прессах Бринелля, обеспечивающих плавное приложение заданной нагрузки к шарику и постоянство её при выдержке в течение установленного времени (обычно 30 секунд). ГОСТ 9012-59.

Твёрдость по Виккерсу

Виккерса метод [по названию английского военно-промышленного концерна " Виккерс" ] - способ определения (измерения) твёрдости материалов вдавливанием в поверхность образца или изделия алмазного индентора имеющего форму правильной четырёхгранной пирамиды с двухгранным углом, равным 136° при вершине. Твёрдость по методу Виккерса определяют твердомерами, позволяющими проводить испытания в стационарных условиях и измерять каждую из двух диагоналей отпечатка с погрешностью до 1 мкм. ГОСТ 9030-75.

Твёрдость по Роквеллу

Роквелла метод [по имени американского металлурга С.Роквелла] - способ определения (измерения) твёрдости материалов (главным образом металлов) вдавливанием в испытываемую поверхность алмазного индентора с углом при вершине 120° (шкалы А и С) или стального закалённого шарика диаметром 1/16 дюйма или 1, 588 мм (шкала B. Твёрдость по Роквеллу выражается в условных единицах. За единицу твёрдости принята величина, соответствующая перемещению индентора на 0, 002 мм. Испытание методои Роквелла проводят на специальном настольном приборе, снабжённом индикатором, который показывает число твёрдости. ГОСТ 23677-79.

Минералогическая шкала твёрдости

Минералогическая шкала твёрдости, шкала твёрдости Мооса - набор стандартных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания эталоном испытываемого объекта. За эталоны приняты следующие 10 минералов:

тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз.

Вопрос

Инва́ р (лат. invariabilis — неизменный) — сплав, состоящий из никеля (Ni, 36 %) и железа (Fe, остальное). именуются по ГОСТ как 36Н.

ИНВАРНЫЕ СПЛАВЫ - группа магнитоупорядоченных сплавов, обладающих очень малым коэф. теплового линейного расширения (КТР).

Физические свойства

Инвар имеет однофазную внутреннюю структуру. Плотность 8130 кг/м³, температура плавления 1425 °C. Сплав обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения и практически не изменяет линейные размеры в интервале температур от − 100 до +100 °C. Его коэффициент теплового расширения ~1, 2·10− 6/°C в интервале температур от − 20 до 100 °C[2]. Очень чистый сплав (с содержанием кобальта менее 0, 1 %) имеет ещё меньший коэффициент линейного расширения 0, 62—0, 65·10− 6/°C.

Применение

Используется в точном приборостроении для изготовления мерных проволок в геодезии, эталонов длины, деталей часовых механизмов (балансиров хронометров, пружин[4]), деталей барографов и высотомеров, несущих конструкций лазеров и др. Применялся в трубе космического телескопа «Астрон». Стоек против коррозии.

Интересные факты

При вопросе, какова высота Эйфелевой башни, то прежде чем ответить: «300 метров», вы, вероятно, осведомитесь: В какую погоду — холодную или тёплую?

Ведь высота столь огромного стального сооружения не может быть одинакова при всякой температуре. Значит, высота Эйфелевой башни может колебаться на 12 см (равно как и длина Октябрьской железной дороги.

Прямые измерения обнаружили, что Эйфелева башня ещё чувствительнее к колебаниям температуры, нежели воздух: она нагревается и охлаждается быстрее и раньше реагирует на внезапное появление солнца в облачный день. Изменения высоты Эйфелевой башни были обнаружены с помощью проволоки из особой никелевой стали, обладающей способностью почти не изменять своей длины при колебаниях температуры. Замечательный сплав этот и носит название «инвар» (от лат. invariabilis — неизменный, инвариантный).

Билет 22

Белые и серые чугуны

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 % углерода. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы. Различают несколько видов чугуна.

· Белый чугун, в котором весь углерод (2, 0...3, 8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.

· Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0, 5%). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит по реакции Fe3C~> --»-3Fe-[-C. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.

· Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа.

Какие сплавы используют для изготовления нагревательных элементов?

К настоящему времени вопрос использования качественных нагревательных элементов в электропечах сопротивления различных типов (термические и плавильные печи, сушильные камеры и т.п.) и промышленных нагревателях является весьма актуальным. Существует несколько основных типов сплавов сопротивления, предназначенных для изготовления нагревательных элементов:

· «Нихромы» (сплавы Ni-Cr и Ni-Cr-Fe) известны с начала века и применяются до сих пор как в промышленности, так и в бытовых приборах.

· «Фехрали» (сплавы Fe-Cr-Al) стали широко применяться с 30-х годов. Имеют по сравнению с «нихромами» такие улучшенные характеристики: – более высокая температура применения; – больший срок службы при высоких температурах; – меньшую удельную плотность сплава; – меньшую стоимость. Однако широкому применению «фехрали» вместо «нихрома» долгое время препятствовали плохие механические свойства «фехрали», а именно, низкая пластичность в исходном состоянии (что важно при изготовлении нагревательных элементов), а также резкое уменьшение пластичности сплава при эксплуатации (что важно при работе и ремонте нагревательных элементов).

· «Многокомпонентные сплавы Fe-Cr-Al-Si-Mn-Zr-Ti-Y», известные под названиями фирм производителей: Kanthal, Resistohm, Aluchrom, и др. имеющие базу близкую к «фехралям» (Fe-Cr-Al). Однако, за счет легирования различными элементами Si, Mn, Zr, Y и другими, а также технологическим особенностям изготовления производителям удалось избавиться от основных недостатков, присущих классическим «фехралям»: существенно поднять пластичность, предотвратить сильный рост зерна и межкристаллитное разрушение сплавов при повышенных температурах сохранив основные достоинства этого класса сплавов.