Презентация - "Презентация по материаловедению "Сплавы с особыми физическими свойствами""

Лекция на тему:

СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Цели занятия:
изучить стали, относящиеся к сталям с особыми физическими свойствами и основными понятиями, ознакомиться с применением этих сталей, научиться расшифровывать марки сталей и сплавов, обладающих особыми физическими свойствами

План
1.Общие понятия о сталях и сплавах с особыми физическими свойствами и их классификация.
2.Магнитные стали и сплавы.
3.Сплавы с высоким электрическим сопротивлением
4.Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения и с заданными упругими свойствами
Рекомендуемая литература: [1] Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. и др. Технология металлов и материаловедение. Металлургия, 1987 (электронная версия), с.302-307
Преподаватель: Миськив Е.П.
2

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами составляют особую группу конструкционных материалов узкоспециализированного назначения, для которых важнейшими являются те или иные конкретные физические свойства, а механические и технологические имеют второстепенное значение
https://studfile.net/preview/2798758/page:31/
3

Понятие о прецизионных сталях и сплавах
К сталям и сплавам с особыми физическими свойствами относятся те, работоспособность которых оценивается не только по механическим, но и по ряду других (теплофизических, магнитных, электрических и др.) свойств требуемого уровня.
Стали и сплавы с особыми физическими свойствами часто называют прецизионными.

4

Классификация сталей с особыми физическими свойствами
5
Условно по группам
5
магнитные стали и сплавы; немагнитные стали и сплавы;
стали и сплавы с высоким электросопротивлением;
сплавы с особенностями теплового расширения;
сплавы с высокими упругими свой­ствами;
криогенные и термобиметаллы.

• с заданным температурным коэффициентом линейного расширения и с заданными упругими свойствами

2. Магнитные стали и сплавы
6
Вспомним физику
Ферромагнетизмом (способностью в значительной степени сгущать магнитные силовые линии) обладают железо, кобальт и никель.
Эта способность характеризуется магнитной проницаемостью. У ферромагнитных материалов относительная магнитная проницаемость достигает десятков и сотен тысяч единиц, для других материалов она близка к единице. Магнитные свойства материала характеризуются остаточной индукцией и коэрцитивной силой.
Остаточной индукцией называют магнитную индукцию, остающуюся в образце после его намагничивания и снятия внешнего магнитного поля.
Размерность остаточной индукции Тл (тесла). 1Тл=1Н/(А∙м).
Коэрцитивной силой Нс называют значение напряженности внешнего магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферромагнитного вещества. Размерность коэрцитивной силы А/м. Она определяет свойство ферромагнетика сохранять остаточную намагниченность.

Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы и магнитной проницаемости делят на
7
магнитно-твердые
магнитотвердые сплавы (имеют большую коэрцитивную силу и малую магнитную проницаемость
Это высокоуглеродистые и легированные стали, специальные сплавы.
Магнитотвердые стали легируются хромом (Cr) или кобальтом (Co) и применяются для изготовления постоянных магнитов. Обозначение буквой «E».
Марки магнитотвердых сталей: ЕХ, ЕХ3, Е7136, ЕХ9К15М.

магнитно-мягкие
отличающийся очень высокой магнитопроницаемостью, обладают малой коэрцитивной силой и применяющийся для изготовления сердечников трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов.
Обозначается буквой «Э» и содержит высокий процент кремния (Si).
Марки: Э1, Э2, Э3, Э4, Э1АА.
Электротехническая сталь — магнитомягкая сталь, применяемая для изготовления магнитопроводов и электротехнического оборудования (электромагнитов, трансформаторов, генераторов, реле, стабилизаторов и т.п.).

К магнитомягким материалам относят:
8

1. Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).
2. Электротехнические кремнистые стали.
3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.
4. Магнитомягкие ферриты.

Электротехнические кремнистые стали
9

10

Магнитомягкие ферриты
11
Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты.
Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют, как правило, в низковольтной электронике.

Магнитотвердые стали и сплавы
12
1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.
2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.
3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.
Магнитотвердые стали легируются хромом (Cr) или кобальтом (Co) и применяются для изготовления постоянных магнитов. Обозначение буквой «E». Марки магнитотвердых сталей: ЕХ, ЕХ3, Е7136, ЕХ9К15М.

Применение
13
Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость μ=(2,78-3,58)∙109 ГГн/м и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др. Электротехническая сталь содержит менее 0,05% С и кремний, сильно увеличивающий магнитную проницаемость. Электротехническую сталь по содержанию кремния делят на четыре группы: с 1% Si - марки Э11, Э12, Э13; с 2% Si - Э21, Э22; с 3% Si - Э31, Э32; с 4% Si - Э41-Э48. Вторая цифра (1-8) характеризует уровень электротехнических свойств.
Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45-80% Ni, их дополнительно легируют Сг, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Например, у пермаллоя марки 79НМ (79% Ni; 4% Mo) μ=175,15∙109 ГГн/м. Применяют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых электромагнитных полях (телефон, радио).
Ферриты – магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферромагнитной окиси железа Fe203 и окислов двухвалентных металлов (ZnO, NiO, MgO и др.).
В отличие от других магнитно-мягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросопротивление, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот.

3. Сплавы с высоким электрическим сопротивлением
14
 Их применяют для изготовления электронагревателей и элементов сопротивлений (резисторов) и реостатов. Сплавы для электронагревателей обладают высокой жаростойкостью, высоким электрическим сопротивлением, удовлетворительной пластичностью в холодном состоянии.
Указанным требованиям отвечают железохромоалюминиевые сплавы, например, марок Х13Ю4 (≤0,15% С; 12-15% Сг; 3,5-5,5% А1), 0Х23Ю5 (≤0,05% С; 21,5=23,5% Сг; 4,6-5,3% А1), и никелевые сплавы, например, марок Х15Н60 - ферронихром, содержащий 25% Fe, Х20Н80 - нихром. Стойкость нагревателей из железохромоалюминиевых сплавов выше, чем у нихромов.
Сплавы выпускают в виде проволоки и ленты, применяют для бытовых приборов (сплавы Х13Ю4, Х15Н60, Х20Н80), а также для промышленных и лабораторных печей (0Х23Ю5).

4. Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения
15
Они содержат большое количество никеля.
Некоторые детали приборов должны обладать постоянством размеров при изменении температуры. Поэтому их температурный коэффициент расширения должен быть близок к нулю. Таким свойством обладает сплав инвар 36Н, содержащий 36 % никеля и 64 % железа. Он имеет также хорошие механические, технологические и антикоррозионные свойства. Низкий коэффициент температурного расширения сохраняется у инвара в диапазоне от -100 до 100 °С. Еще более низкий коэффициент температурного расширения имеет суперинвар 32ХНКД (32 % Nj, 3,6 % Со, 0,7 % Си).

Сплав ковар 29НК (29 % Ni, 18 % Со) имеет такой же температурный коэффициент линейного расширения, как и термостойкое стекло. При этом коэффициенты совпадают вплоть до 420 °С.
У платинина 47НД (47 % Ni, 5 % Си) коэффициент расширения такой же, как и у обычного нетермостойкого стекла и платины. Для пайки с керамикой не требуется такого точного совпадения коэффициентов расширения, как для пайки со стеклом. Для нее используется сплав ЗЗНК (33 % Ni, 17 % Со).

Сплавы с заданными упругими свойствами
16
К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07-0,12% С; 15-17% Ni; 19-21% Сг; 6,4-7,4% Мо; 39-41% Со).
Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионностойкий в агрессивных средах сплав.
Применяют его для изготовления заводных пружин часовых механизмов, витых цилиндрических пружин, работающих при температурах до 400°С.

Контрольные вопросы

1. Перечислите группы сталей, которые относятся к сталям с особыми физическими свойствами.
2. Назовите стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами.
3. Где применяются стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами?
4. Приведите примеры маркировок сталей и сплавов, обладающих особыми физическими свойствами.

Спасибо за внимание!