/
Text
МАТЕРИАЛЫ
ТЕХНОЛОГИЯ
СВОЙСТВА
ОБЛАСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ
АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
ВОРОШИВ»!
1 ИИИ
гл МАТЕРИАЛЫ
по ТЕХНОЛОГИЯ
< СВОЙСТВА
г= ОБЛАСТИ
О ПРИМЕНЕНИЯ
КИЕВ НАУКОВА ДУМКА • 1985
УДК 621.762
Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области при-
менения : Справочникам. М. Федорченко, |И. Н. Францевич), И, Д. Радомы-
сельскяй и др.; Отв. ред. И. М. Федорченко.— Киев : Наук, думка, 1985,—
624 с.
В справочнике обобщены данные по методам получения порошков и ян
свойствам составам и технологии изготовления из порошков широкого класса
матеоиалов, используемых я различных областях современной техники, при-
ведены сведения по физико-механическим и другим свойствам спеченных мате-
риалов ващитным средам для восстановления и спекания порошков и изделий
из них,’ а также по охране труда и технике безопасности В порошковой метал»
лургии. ,
Для научных и инженерно-технических работников, а.также преподавате-
лей и студентов вузов.
Ил. 44. Табл. 542. Библиогр.; е. 590—621 (744 назв.).
Авторы
Я. М. Федорченко, ]И. Н. Францевич], И. Д. Радомысельский, М. С. Ковале
ченко, П. С. Кислый. Т, Я- Косолапова, S. К. Май, Н. И. Щербань
Ответственный редактор И. М. Федорченко
Рецензенты О. В. Роман, Р. А, Андриевский
Редакция информационной' литературы
ИВАН МИХАЙЛОВИЧ ФЕДОРЧЕНКО
[ИВАН НИКИТИЧ ФРАНЦЕВИЧ)
ИЗРАИЛЬ ДУВИДОВИЧ РАДОМЫСЕЛЬСКИЙ
МИХАИЛ САВВИЧ КОВАЛЬЧЕНКО
ПАВЕЛ СТЕПАНОВИЧ КИСЛЫЙ
ТАТЬЯНА ЯКОВЛЕВНА КОСОЛАПОВА
ВИТОЛЬД КОНРАДОВИЧ МАЙ
НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ ЩЕРБАНЬ
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
МАТЕРИАЛЫ. ТЕХНОЛОГИЯ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Справочник
Утверждено к печати ученым советом Института проблем материаловедения АН УССР
и редакционной коллегией справочной литературы АН УССР
Редакторы Л. В. Бородянский, В fl. Пекуровский. Оформление художника В. Г. Самсонова
,.ЛД0.*е_ст2-еины" ₽вДМ. Галушка. Технические редакторы И. А. Ратнер, А. М. Ка-
пустина. Корректоры Г. fl. Черная, 7. В. Пантелеймонова, JI. Н. Рееети.
Информ, бланк № 6616
л‘ЛвО.А."ап°’’ И-12-8*; Подл, в печать 03.07.85. ВФ 01635. Формат60х90/16. Бум. тип. № I.
ж»?Займ % Цена ЗЛр.ПИ К.Л- КР''0П- У’-нзд' Л’ 52’9в ТнраЖ 53°°
Издательство «Наукова думка», 252601 Киев 4, ул. Релина, 3.
Книжной фабрики им. М. В. Фр.унзе, 3100S’ Харьков-57, ул Донец-
оаквржевсхого, e/а ня книжной фабрике «Коммунист», 310012, Харьков, 12, Энгельса. II.
Я
2004000666-818,.-
221(64)-85
Си Издательство «Наукова думка», 1985
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие > • •
Принятые сокращения и
Краткий очерк развития
обозначения
*
9
12
порошковой металлургии
Л
19
РАЗДЕЛ I. ПОРОШКИ МЕТАЛЛОВ, СПЛАВОВ И ТУГОПЛАВКИХ
СОЕДИНЕНИЯ
Глава 1. Порошки металлов и сплавов
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1 6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
1.13.
1.14.
1.15.
1.16.
1.17.
1.18.
1.19.
1.20.
1.21.
Введение
Основные методы производства металлических порошков
Маркировка по ГОСТу, составы,
Алюминиевые порошки и пудра
Железный порошок
Иридиевый порошок .
Кобальтовый порошок
Медиый порошок »
Никелевый порошок t
Оловянный порошок .
Палладиевый порошок
Платиновый порошок
Родиевый порошок
Свинцовый порошок ,
*
л
*
к
А
свойства
и
применение порошков
* j ? .
< « Г . • Ц X »
1
в?
й
Серебряный порошок » .
Танталовый порошок первичный
Титановый порошок « . .
Цинковый порошок . . » . .
Порошки и пудры металлических сплавов
Порошки легированных сталей и сплавов
Правила приемки порошков » . . ч «
Обшие положения . . j
1
£
1.21.2.
1.21.3.
1.21.4.
Определение химического состава
Гранулометрический состав порошков
Определение гранулометрического
Определение насыпной плотности
Определение текучести < . . .
Определение удельной поверхности
- Определение прессуемости » .
1.21.9. Определение прочности прессовки
1.21.5.
1.21.6.
1.21.7.
1.21.8.
состава
Глава 2. Порошки тугоплавких соединений v <
2 2 пВДАеИИе *••*>- * * ч ... .
получение порошков тугоплавких соединений
*
33
33
34
38
38
38
52
52
53
54
57
58
58
59
59
60
61
61
61
61
67
69
69
71
72
74
75
76
76
76
77
78
78
78
2 3. Размол порошков тугоплавких соединений . . . • - • * • * - {01
2*4 Химические свойства порошков тугоплавких соединений , » - . iud
2.5,' Применение порошков тугоплавких соединений J W
РАЗДЕЛ н. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ДЕТАЛИ ИЗ НИХ
Глава 3. Армированные композиционные материалы . -г 4 , . . 113
3.1. Введение...............> ИЗ
3.2. Технология изготовления ‘ ‘ f **
3 3. Составы и свойства материалов 4 по
3.4. Области применения композиционных материалов, армированных во-
локнами ‘ ‘ ‘ ' -А » « « «. 125
Глава 4. Дисперсноупрочненные материалы w . 126
4.1. Введение .....................................................126
4.2. Технология изготовления днсперсноупрочненных материалов . .126
4*3. Составы и свойства днсперсноупрочненных материалов , . ? . » 128
4.4. Области применения днсперсноупрочненных материалов 140
Глава 5. Износостойкие материалы > » «, » ь • • * 141
5.!. Введение *#*..41.1. 4 . * » . 4 3 * . 141
5.2. Принципы создании конструкционных износостойких материалов .141
5.3 Материалы с неравновесной структурой ч> л л . » * 142
5.4. Металлостеклянные материалы 144
5.5. Материалы типа прочная металлическая матрица — легкоплавкий
металл 150
5.6. Материалы, содержащие твердые смазки >152
Т
Г л а в а 6. Материалы для несущих деталей машин . , . . 154
6.1. Введеине . «. 4 * < . . » . . < . . . . . » ; . 154
6.2. Технология изготовления порошковых конструкционных деталей » , 156
6.2.1. Приготовление шихты * v • • J -..г» > $ ? * л, 156
6.2.2. Формование 4 . . . . • v » . 159
6.2.3. Принципы конструирования закрытых пресс-форм для холод-
ного прессования . л , j. , * , 4 . 182
6.2.4. Расчет пресс-форм t 185
6.2.5. Принципы конструирования пресс-форм для допрессовки И ка-
либрования изделий , , . „ ч . , » . 194
6.2.6. Горячее прессование деталей из порошков * , . v i .197
6.2,7. Спекание i, . „ , , . .; А у . , , х 200
6.2.8. Термическая обработка . . * •, # . . , . , , $ „ „ 202
6.2.9. Химико-теомическая обработка . . . 4 . * , Г . » « 203
6.3. Составы и свойства порошковых конструкционных материалов
6.3.1. Общие сведения ч 204
6.3.2. Стали порошковые „ * . , , . „ . „ ;, . 205
6.33. Стали порошковые высокопрочные * 220
6.3.4. Нержавеющие стали и сплавы . „ , „ 1 % , 221
J?-3-5’ Цветные металлы и сплавы порошковые . , ч- 4 ч . . . 227
в s Д10ЧИ0СТЬ изделий, получаемых методами порошковой металлургии . >. 231
6.5. Определение механических свойств порошковых конструкционных мате-
риалов ...... V ч 4 23!
С С А’ л₽едел прочности прн растяжении » 231
»• о-2’ Относительное удлинение . 4 232
O.5.J, Относительное сужение ч , , - * . s . 232
6.5.4, Предел прочности при изгибе м , , , д , , ч , * 2.33
0.5. Методика приготовления шлифов г.....,,..,....................................233
6.7. Экономическая эффективность применения порошковых конструкцион-
ных материалов . ... г 234
6.8. Применение порошковых конструкционных материалов » & » Z * . 289
Глава
7. Материалы на основе тугоплавких соединений
71 Введение ..............
7 о физикохимия керметов .......
'•*" 7 2.1- Термодинамическая совместимость фаз . . ... .
7 2-2." Поверхностное натяжение жидких металлов и адгезия на
ницах фаз .................
7 2.3- Термомеханнческая совместимость фаз в керметах , . .
7 3 Технология изготовления керметов
' 7.3.1. формование заготовок изделий , . . . . . , , ,
7'3’2. Спекание керметов
7’3.3. Горячее прессование ........ . , . .
7.3.4. Пропитка ................
74 Составы керметов и их свойства
7.4.1. Керметы на основе оксидов ........ . . .
7Л.2. Керметы на основе карбидов
7.4.3. Керметы на основе нитридов ............
7.4.4. Керметы на основе боридов .
7.5. Применение керметов. . . . .... , , . . ... . ,
. . 242
. . 242
. , 243
. , 243
гра-
. . 249
. . 253
. . 253
. . 253
, . 255
. . 256
. . 256
. . 256
. . 256
. * 258
, . 260
. , 261
. 261
РАЗДЕЛИ!. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕН ИЯ
Г л а в а 8. Антифрикционные материалы . .. .. . . . .... , 263
8.1. Введение . -.......................................... 263
8-2. Технология изготовления композиционных антифрикционных материа-
лов .................................... 265
8.2.1. Общая характеристика технологии > >. . ....... 265
8.2.2. Подготовка шихтовых материалов ....... . , л . . 266
8.2.3. Формование изделий . . 267
8.2.4. Спекание ........ v ъ . 268
8.2.5. Термическая и химико-термическая обработка ........271
8.2.6. Изготовление двухслойных материалов на подложках и металло-
фторопластовых подшипников 273
8.2.7. Механическая обработка поверхностей . », » » . . 274
8.2.8. Введение в материал твердых и жидких смазок ...... 277
8.2.9. Особенности изготовления уплотнительных материалов . . . 277
8.2.10. Особенности изготовления поршневых колец ....... 278
8.3. Составы и свойства основных типов спеченных антифрикционных
материалов .............. 278
8.3.1.
8.3.2.
8.3.3.
8.3.4.
8.3.5.
8.3.6.
8.3.7.
8.3.8.
Материалы на основе меди .
Материалы
иа
основе железа
Материалы на основе никеля и кобальта
278
283
291
291
296
296
Материалы на основе алюминия и. других легких сплавов »
Материалы на основе тугоплавких металлов и соединений .
Металлографитовые материалы ............
Металлические двухслойные материалы на стальной подложке 299
Материалы на основе пористых металлических каркасов,
пропитанных фторопластом 300
8.3.9. Материалы матрично-наполненного типа 301
- 8.3.10. Металлостеклянные материалы . ..................... - 301
8.4. Классификация спеченных антифрикционных материалов по областям
применения . ........................................... ........
Материалы для работы в присутствии жидкой смазки . « .
Материалы для работы в условиях ограниченной смазки . .
Материалы для работы в режиме самосмазывания ....
Материалы для трения без смазки в воздушной среде, вакууме
8.4.1.
8.4.2.
8.4.3.
8.4.4.
301
302
303
306
8.4.5.
8.4.6.
8.4.7.
8.4.8.
и инертных газах ...............
Материалы для работы при повышенных температурах . .
Материалы для работы при высоких скоростях скольжения
Материалы для работы в воде и в коррозионных средах .
Материалы-
. 307
для скользящего токосъема
, 311
. 314
, 315
. 317
8 4 9 Материалы для торцевых и радиальных уплотнений
8,4.10, Материалы для поршневых колец . « * ’
Г л 9 в * 9. Фрикционные материалы . . •
»»*-3**t*'
о 9 2 Выбор и характеристика порошков . . . . .
9.2^3' Приготовление и дозирование шихты
9.2.4. Подготовка несущих каркасов ».
9.2 5. Прессование фрикционного слоя .
9 2 6. Спекание фрикционных изделий s.
*"* _ ____________ |"гтапАи
s ff
* *
г
« *
ч>
>
изделий
. 326
. 328
329
I»
Цуп СПсКдИлС --
9 2 7. Дополнительная обработка спеченных изделий * . * • » »
9 3 Составы в свойства основных типов спеченных фрикционных мате-
риалов
9 3 1. Материалы для работы в условиях сухого трения
0'3’2’ Материалы для работы в условиях жидкой смазки
9.4. Материалы для соприженных деталей, работающих в царе
иыми фрикционными накладками
9.4.!. Контртела из сталей . . . f
СО
«
спечен-
* » •
329
333
333
334
335
336
337
338
342
343
343
351
354
9.4.2. Коитртела из чугунов
9.4 X Контртела из спеченных композиционных материалов
Ь
4
# 354
. 355
, 356
РАЗДЕЛ IV. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Глаза 10. Магнитные материалы из металлических порошков , » .357
10.1. Введение < j. • « . . . . r ? * 357
10.2. Магиитомягкие материалы - 357
10.2.1. Спеченное железо ^58
10.2.2. Железо — кремний — алюминий ь v . 359
10.2.3. Железо — фосфор 359
10.2.4. Пермаллои ........ х . ... 862
10.3. Магнитотвердые материалы 362
10.3.1. Альиико 363
10.3.2. Сплавы марганец — алюминий . . . v ч . . . . . 364
10.3.3. Сплавы системы железо — хром — кобальт ...... 364
10.3.4. Сплавы систем платина — кобальт и платина — палладий —.
кобальт ..... 1? ... v ч, * . 364
10.3.5. Сплавы системы кобальт — редкоземельные металлы . «. -ъ 365
10 4. Магнитодиэлектрики w . ... * . . . ,. 367
Глава II. Огнеупорные материалы
л.
11.1. Введение
11.2. Технология изготовления огнеупорных материалов
„ Подготовка сырья для производства огнеупоров
J**2.2. Формование изделий . . . . . и . . ,
'V
11.2.3.
1!
4
. 369
. 369
•. 370
, 370
..370
; 371
371
. 371
» 373
373
Сушка изделий
»
11.2 4.
11 2.5.
11.2.6.
Обжиг изделий , j,
Горячее прессование
Плавка огнеупоров f
Оксидные огнеупоры . s ....
Ог"Чг“орм из тугоплавких соединений 7 L '.
142 0ГнеУП0Ры «а алюмосиликатной
11 4 а РЛ Д0Вые 0ГиеУП0Р« на связке из нитрида кремния
14 4 КсвТаи^ « -
И б УглЛпУжи™ карборундовые огнеупоры
11.3.
11.4.
4
4
$
связке
*» »
374
374
374
375
375
375
376
- .i 12. Резисторы и термоэлементы • 377
Г Л Я В а
io I Электронагреватели 1 **•*• • . . . . « . t , , 377
*'12 1.1- Введение ................................... . . 377
12 1.2. Технология изготовления электронагревателей из карбида
кремния и дисилицида молибдена ........................ 378
12 1.3. Типы, эксплуатационные характеристики и области примене-
ния нагревателей из карбида кремния . .. 379
I2.1- 4- Типы, эксплуатационные характеристики и области примене-
ния электронагревателей из дисилицида молибдена « . „ 381
.„9 Термопары и термоэлектрические преобразователи » . . 383
* ’ 12.2.1. Введение ...........................«...«« t ,, 383
12.2.2. Технология изготовления термопар и наконечников «... 383
12.2.3. Характеристики термопар и области их применения « . , 387
12 3. Резисторы для радиоэлектроники ...... . . . * , ,388
12.3 .1. Введение ........................................... 388
12.3- 2. Объемные резисторы .............. 389
12.3- 3. Тонко- и толстопленочные резисторы , . . , . . , . , 398
Глава 13. Ферриты .............Л ........ 411
13.1. Введение .................... 411
13.2. Технология изготовления ферритов ........ , , 414
13.2.1. Получение ферритовых порошков . . , „ * ..... 415
13.2.2. Изготовление ферритовых изделий . 417
13.3. Составы и свойства ферритов „ 419
13.4. Области использования ферритов ............ 427
Глава 14. Спеченные электрические контакты ......... 430
14.1. Введение ...................................................... 430
14.2. Выбор материала для спеченных электрических контактов . . . 434
14.3. Технология изготовления спеченных электрических контактов . . 436
14.4. Составы и свойства спеченных электрических контактов . , л . . 437
14.4.1. Контакты высоковольтных сильноточных аппаратов . . 437
14.4.2. Контакты сильно-, средне- и слаботочных аппаратов . . . 442
14.5. Области применения спеченных электрических контактов .. . . . 448
РАЗДЕЛ V. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 15. Сверхтвердые материалы инструментального назначения . 460
15.1. Введение .................................. 4t0
15.2. Технология изготовления сверхтвердых материалов ...... 460
15.3. Составы и свойства сверхтвердых материалов ........ 466
15.4. Области применения и эксплуатационные характеристики инстру-
ментов из сверхтвердых материалов ............ 467
15.4.1. Инструменты на основе алмазных порошков ..... 467
15.4.2. Инструменты на основе нитрида бора 475
15.4.3. Минералокерамика......................... 480
15.1.4. Суспензии и пасты 482
Глава 16. Твердые сплавы и инструментальные стали ....... 483
16.1. Введение .................................. 483
16.2. Технология изготовления твердых сплавов и изделий из ннх . . . 483
16.2.1. Общая характеристика технологии . 483
16.2.2. Подготовка исходных материалов ......... - 485
16.2.3. Приготовление смесей .............. 489
16.2.4. Сушка и грануляции смесей ........... 489
16.2.5. Формование ................. 492
16.2.6. Спекание ................... 492
16.2.7. Горячее прессование ...... ........ 493
' Механическая и электроэрозионная обработка ..... 494
1й а т ''’9’ Занесение износостойких покрытий ........ 495
ю.о. Технология изготовления быстрорежущей стали . ...... 495
16 4
16.5.
16.6.
Технология изготовления износостойких термообрабатываемых мате-
пиялов карбид титана — сталь »>♦.*» •
cSn и свойства основных типов спеченных твердых сплавов и ин-
струментальных сталей f г ’ * * ' > ' -
16.5.1. Карбидовольфрамовые сплавы . . j . . >-< , - ,
16.5.2. Сплавы WC - TiC - Со и WC - TiC - ТаС - Со ,. * .
16.5.3. Безвольфрамовые твердые сплавы < • - * » . » .
16 5 4. Быстрорежущая сталь .-t • - - * » • •
16.5.5. Износостойкие термообрабатываемые материалы карбид ти»
тана — сталь , »
Классификация спеченных твердых сплавов по областям применения
16.6.1. Режущий инструмент . .... t ,
16.6.2. Инструмент для обработки металлов давлением
497
497
497
497
501
501
£02
502
4?
*
16.6.3. Горный инструмент
•V 506
. 509
рдзд Ед VI. МАТЕРИАЛЫ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
Глава 17. Высокопористые материалы . t 510
17.1. Введение 510
17.2. Общая характеристика технологии изготовления . , . f e . 511
1Z3. Методы контроля качества фильтровых материалов . ./ , , -» . 515
17.4 ^ Характеристики физико-механических, фильтрационных и других
свойств высокопористых материалов . . . « v л г 516
17.5 . Области применения высокопористых материалов 518
Глава 18. Материалы для атомной энергетики . . .. . 533
18.1. Вредение «....>»«;*. ...... 533
18.2. Технология изготовления и некоторые свойства твэлов металличе»
ского типа ч v * « 536
18.3. Технология изготовления и некоторые свойства твэлов керамиче-
ского типа ......... . .... г ч . ... . . . # . ч . ч 537
18 4. Технология изготовления твэлов дисперсионного типа 545
18.5. Поглощающие элементы атомных реакторов . $ . « 551
Глава 19. Тугоплавкие металлы * f • .......... 552
19.1. Введение . . . . V о Ь • • « • * V £ J г »• . 552
19.2. Технология изготовления спеченных тугоплавких металлов л * 552
19.2.1. Общая характеристика технологии , 552
19.2.2. Подготовка порошка 553
19.2.3. Формование , < f , , , , , , . . , 553
19.2.4. Спекание 557
19.2.5. Горячее прессование 557
19.2.6. Обработка тугоплавких металлов давлением .. , е . 570
19.3. Свойства спеченных тугоплавких металлов 570
19.4. Области применения спеченных тугоплавких металлов > . у < 570
РАЗДЕЛ VII. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДЫ, ОХРАНА ТРУДА
Глава 20. Защитные среды ............. 571
’• Введение ............................................... .... 571
опо ~сновные Реакции в газовых защитных средах 571
опТ ‘.азовые защитные среды 573
ол е Опекание без применения газовых защитных сред ...... 575
^и.о. Очистка и осушка защитных газовых сред ....... . 576
Глава 21. Охрана труда и техника безопасности . . * ( . ... 582
Список литературы ............. . . . . . 590
Предметный указатель , .......................................... 622
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние десятилетия в нашей стране и за рубежом быстрое развитие
получила новая отрасль науки и техники — порошковая металлургия. Успехи,
достигнутые во многих отраслях новой техники, в значительной мере связаны
с развитием порошковой металлургии.
Исследования в области разработки теоретических и технологических основ
порошковой металлургии, проводившиеся в нашей стране в 30—40-х годах
отдельными учеными, в настоящее время достигли высокого уровня развития.
Над этой проблемой работают многочисленные научно-исследовательские инсти-
туты и лаборатории, широкий круг ученых.
В становлении порошковой металлургии как самостоятельной отрасли науки
и техники, воспитании инженерно-технических кадров большую роль сыграли
монографии М. Ю. Бальшина «Порошковая металлургия» и «Порошковое ма-
териаловедение» (1948 г.), А. Б. Борока и И. И. Ольхова «Порошковая метал-
лургия» (1948 г.), И. М. Федорченко и Р. А. Андриевского «Основы порошко-
вой металлургии» (1961 г.), В. С. Раковского и В. В. Саклинского «Порошковая
металлургия в машиностроении» (1963 г.), Г. И. Аксенова «Основы порошко-
вой металлургии» (1962 г.), С. С. Кипарисова и Г. А. Либенсона «Порошковая
металлургия» (1972, 1980 гг.).. Эти работы стали теоретической основой нового
научного направления и способствовали мобилизации ученых на решение ак-
туальных проблем порошковой металлургии.
Вопросы, связанные с этой отраслью, интересуют все более широкие круги
научной и инженерно-технической общественности, технологов, конструкторов,
преподавателей вузов, студентов. В связи с этим назрела необходимость в опуб-
ликовании информационного материала справочного характера, дающего в кон-
центрированном виде сведения по основным проблемам порошковой металлур-
гии — методам получения и свойствам порошков, технологии изготовления
из иих изделий, составам и свойствам новых созданных этими методами мате-
риалов, возможным областям их рационального применения и эксплуатацион-
ным характеристикам.
Наиболее ранним изданием такого типа в отечественной литературе было
небольшое по объему справочное пособие В. С. Раковского и В. В. Саклин-
ского «Металлокерамика в машиностроении» (1956). В 1963 г. вышел из печати
справочник Г. В. Самсонова «Тугоплавкие соединения», в котором обобщены
свойства карбидов, боридов, нитридов, силицидов и других соединений.
Основным справочным пособием по порошковой металлургии служил вы-
шедший в свет в 1965 г. справочник «Марки и свойства металлокерамических
изделий и порошков» под редакцией И. М. Федорченко, переизданный в 1971 г.,
а также в 1978 г. и в третьем исправленном и дополненном издании под
названием «Свойства порошков металлов, тугоплавких соединений и спеченных
материалов».
Можно отметить также выпуск в 1981 г. достаточно полного справочника
под редакцией Г. Г. Гнесина «Спеченные материалы для электротехники и элект-
роникиг посвященного одному из типов спеченных материалов электротехни-
ческого назяа,®яяя' изааний следует упомянуть «Справочник по порошковой
Из зарубежны д _щД в 1973Уг, X. Хаузнером. Однако он ограничен
металлургии», издаяя J данных о многих важных современных материалах,
технологиях изготовления и оёласт™
’’РИМЛляНуд^оадетвореТияСПпотрХХост^7^аВвочноЙ литературе группой уче-
ных КТпХммер^ловеде"-» АН УССР-специалистов в обла-
стн порТшХй "металлургии - подготовлен настоящий справочник, освещаю-
щий основные проблемы этой отрасли науки и техники.
Авторы поставили перед собой задачу дать в сжатом виде наиболее полную
информацию о типах материалов, получаемых методами порошковой металлур-
гии технологии нх изготовления, свойствах и областях использования.
В справочнике описаны методы получения порошков и их свойства, тех-
нология изготовления из них широкого класса материалов, приведены их
физико-механические в другие свойства, а также сведения об антифрикцион-
ных конструкционных, жаропрочных, инструментальных, фрикционных, ар-
мированных, огнеупорных, атомно-энергетических, радиотехнических, электро-
контактных,' сверхтвердых, сверхпроводящих, композиционных, керамнко-ме-
таллическнх, волокновых, уплотнительных, ферритных, дисперсноупрочнен-
яых, фильтровых, резисторных, тугоплавких металлах и других материалах,
применяемых в СССР.
Данные из зарубежной литературы приводятся для сравнения только
в случаях, когда они содержат новые сведения о составах материалов, тех-
нологических приемах изготовления или открывают новые области их эффек-
тивного использования.
В справочнике приведены свойства материалов, определяющие наиболее
важные эксплуатационные характеристики, а также физико-механические, фи-
зические и химические характеристики материалов, подвергаемые контролю.
В ряде случаев полнота этих сведений ограничена отсутствием соответствую-
щих данных в литературе.
Для удобства пользования справочник имеет несколько разделов, в кото-
рых собраны материалы, сходные по своему функциональному назначению:
порошки металлов и неметаллических соединений; материалы для узлов трения;
конструкционные материалы; материалы со специальными физическими и хими-
ческими свойствами.
В отдельный раздел вынесены сведения о защитных средах и основах охра-
ны труда и техники безопасности в промышленности порошковой металлургии.
Внутри разделов сохранено деление на главы, охватывающие более кон-
кретные узкие классы материалов. Главы размещены в алфавитном порядке
названий материалов.
Во введениях к главам дана характеристика основных этапов развития
порошковой металлургии в увязке с этапами общего научно-технического про-
гресса. Расширение фронта работ в области порошковой металлургии связано
С возникновением новых лабораторий и производственных участков, в которых
организуются работы в этом направлении. На действующих предприятиях рас-
ширяется производство, осваиваются новые материалы. Поэтому сведения по
технологии изготовления порошков и материалов будут полезны технологам
и исследователям, работающим в этой области.
Богатый информационный материал в справочнике найдут для себя кон-
структоры и проектировщики новых машин, которые получат возможность
Яакомить(-Я со свойствами новых материалов и произвести рациональный
выбор того или иного материала для новых разработок.
«иг помощь справочник может оказать также преподавателям вне-
сти заведений, студентам, аспирантам, специализирующимся в обла-
Р аловедения, создания новых материалов и совершенствования раз-
личных машин и механизмов.
такого обширного справочника по порошковой металлургии осу-
ществляечся впервые в мировой практике.
редисловие, краткий очерк развития порошковой металлургии, главы 3,
W
4 a |7, 21 справочника написаны И. М. Фелопов««„. _
ченко н В. К. Маем; глава 1 — Ц. Д. Раломысел^* глава ® — И. М, Феллп-
И. Д. Радрмысельеким и Н. И. Щербанем; ?Лава 2 —“т’ я *’ 6’ 20 -
вы 7, П — п- С. Кислым; главы — 12, 13, 14, 15— 1й~'м ‘ J?S£g^gnogofi; гла-
вы 16, 18, 19 — М. С. Ковальченко. ~"~ * Ранцевичем|; гла-
Большую помощь авторам в подготовке nvU^u
пМ. Карпинос, Л Н. Тульчинский, Г. Н.₽УБратеп« L “г°Лаэал»
^~К- Теодорович), Л. И. Тучинский, Л. р. Вншнякли д е Г' Гиесии,
С. А. БакуГа' оншняков, А. Б. Сапожникова
Авторы выражают благодарность доктопям
О. В. Роману и Р. А. Андриевскому за ценные замечания*е^УК’ вР«1*«»рам
рецензировании данного справочника. замвчаиия, сделанные ими при
Критические замечания и предложения
адресу: 252601 Киев 4, ул. репйна, 3> издательств ЖуковаП°
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
АС — алмаз синтетический
ВТМО —высокотемпературная термомеханическая обработка
Г 'г— галогенид металла
ГИЛ —горячее изостатическое прессование
ГП —горячее прессование
ДТП —динамическое горячее прессование
ДМ —дасперсноупрочнеииый материал
КЗ —карбид кремния зеленый
КМ —композиционный материал
КПД — коэффициент полезного действия
КС —капиллярный слой
КТ — коитртело
М —металлический контакт
МГ — металлографит
Me — металл
НКПВ — нижний концентрационный предел взрываемости
НТМО —низкотемпературная термомеханическая обработка
П — перлит
ПАВ —поверхностно-активное вещество
ПТМО —предварительная термомеханическая обработка
ТВ — твердый восстановитель
Твэл — тепловыделяющий элемент
ТКр —температурный коэффициент магнитной проницаемости
ТКС —температурный коэффициент электросопротивления
ТКЧ —температурный коэффициент резонаисной частоты
ТКВ —температурный коэффициент магнитной индукции
ТКВГ —температурный коэффициент необратимых потерь
ТКЯв —температурный коэффициент коэрцитивной силы
ТМО — термомеханическая обработка
ТО —термическая обработка
ТПФ — токопроводящая фаза
ТТ — тепловая труба
— феррят
Ц —цементит
Цс ЭБ эдс ЭК а, Ь, е «к В ^макс Bi Вг В 6 ^макс Л мня Лет С — цинк сернистый электрокорунд белый •—электродвижущая сила — электрокорунд марки «К» параметры кристаллической решетки ударная вязкость индукция магнитная индукция магнитная максимальная параметр зависимости t-ro прочностного свойства индукция магнитная остаточная индукция магнитная насыщения — индукция магнитная насыщения при V-80Q Гц — толщина толщина максимальная — толщина минимальная — толщина стенки — емкость электрическая
— теплоемкость удельная
d — теплоемкость молярная — диаметр
da — диаметр волокна
авв — диаметр внутренний
— диаметр зерна
— диаметр наружный
— размер поры
— размер поры средний гидравлический
макс — размер поры максимальный
<*ч — размер частицы
— тонкость очистки (наименьший размер частиц, задерживаемых фильт* ром)
— сигнал считывания разрушенной единицы
dVt — сигнал считывания разрушенного нуля
Е — модуль упругости
Ев — модуль упругости релаксируемый
Ed — модуль упругости удельный (удельная жесткость)
Е1 — модуль упругости КМ в направлении осн волокна
Еа. — модуль упругости КМ в направлении, перпендикулярном к оси во- локна
F — площадь поперечного сечения
Ро — площадь поперечного сечения начальная
f — коэффициент трения
fA — коэффициент трения динамический
' макс — коэффициент трения максимальный
fr 'ер — коэффициент трення расчетный
— коэффициент трения средний
макс 6 , — стабильность коэффициента трения — модуль сдвига
нс — коэрцитивная сила
НсВ — коэрцитивная сила по индукции
Hcj — коэрцитивная сила по намагниченности
Нт —поле трогания (напряженность магнитного поля,
уменьшению В, на 10 %)
Н„ — мнкротвердость
НВ —твердость по Бринеллю
НМ —твердость по Моосу
HRA, HRB, HRC— твердость по Роквеллу (шкала А, В и С)
HV —твердость по Виккерсу
Л — высота
соответствующая
/
/г
/л
4
4
J
Х1е
АГЮ
*св
Кт ст
Кувл
K&t. а.
к*
Kt
J’
.риип
L
I
1т
/раб
^маке
Мяп
М'
т
N
№?
Р
Р
Рб
— глубина резания
— сила тока
— износ при граничном трении
— износ линейный
— износ линейный за одно торможение
— ток считывания
—ток записи
— намагниченность насыщения
— константа кристаллографической анизотропии
— коэффициент вязкости разрушения
— коэффициент взаимного перекрытия
— коэффициент магнитомеханической связи
— коэффициент термического старения
— коэффициент упаковки
— коэффициент увлажнения (влагостойкость)
— коэффициент электрического старения
— коэффициент разрушения
— коэффициент вытяжки
— коэффициент нагрузки
— коэффициент нагрузки импульсной
— литейная способность шликеров
— путь резания
— длина
— расстояние между опорами
— длина рабочей части
— момент трения максимальный
— момент трення средний
— съем материала
— удельный съем материала
— масса
— мощность
— мощность номинальная
— мощность рассеяния
— мощность торможения
— мощность торможения удельная
•*- усилие
*“• давление
“•давление боковое
Рнаке
Рв
Ра
^схв
Ро,
Pt
Pso/o.s
?*а
Рх,р
Q
Qara
Я
^»Д
Ява
«Д.т
Ли
р
''ном
Яр
Яг
•a
Sa
*р
т
т
пл
Tt
taB,
t
t.
Деф
К
‘и
^макс
^иакс. д
В
^отп
*п
itui
tv
«“
с
tgd
М/нн
и
— давление допрессовки
— давление максимальное
__несущая способность
— давление прессования
— давление схватывания
— давление кислорода парциальное
— удельные потери
— удельные потери при v = 50 Гц в поле сВ = 0,5 Тл
— давление восстановителя парциальное
— давление оксида восстановителя парциальное
— теплота образования
— добротность относительная
— относительная абразивная способность
— проницаемость фильтра по воде
— проницаемость фильтра по воздуху
— проницаемость фильтра по дизельному топливу
—электрическое сопротивление нагревателя
— электрическое сопротивление нагревателя номинальное
— радиус при вершине резца
— шероховатость поверхности
— радиус поры
— поверхность излучения
— удельная поверхность
— подача при резанни
— температура, К
— температура плавления, К
— температура перехода в сверх пластичное состояние, К
— температура горения адиабатическая"
— температура воспламенения
— температура горения
— температура горячей штамповки
— температура начала деформации
— температура закалки
— температура испытания
— температура максимальная
— температура максимально допустимая при длительной работе
— температура нагрева
— температура отпуска
— температура печи
— температура плавления
— температура рабочая
— температура самовоспламенения
— температура совместимости верхняя
— Температура спекания
— температура поверхности
— тангенс угла магнитных потерь
— относительный тангенс угла магнитных потерь
— напряжение электрическое
^макв иа F V. 1уд V ®макс 0 ОС ®охл ° пл °р °C ®ср Ц> ®0 F. *ги к г, ц? „упр V, ®"s макс а — напряжение рабочее максимальное — напряжение пробивное — кислородным параметр — объем — объем атомный — объемный расход жидкости (газа} — скорость — скорость максимальная — скорость оса ждения — скорост ь охлажде ния — скорость ползучести — скорость резания — скорост ь скольжения — скорость средняя скорость фильтрации — скорость начальная — скорость начальная торможения — работа адгезии удельная работа горячей штамповки — работа когезии — работа трения удельная — часть энергии, превращенная в упругую — энергия магнитного поля полная — энергия магнитного поля максимальная — температурный коэффициент линейного расширения
«» “вз “п “р »г “ТТ «Я а/ «□ ₽Д ₽ф У Уа>Ув Уав У* Ут Ъ Ъ Уч Ус лв0 Дб^вз — угол ориентации волокна — коэффициент избытка воздуха • — отношение свойств пористого и беспористого тела — задний угол резца — коэффициент термо-ЭДС — угол ориентации ТТ — коэффициент зависимости коэрцитивной силы от порист — коэффициент температуропроводности — коэффициент прямоугольное™ — коэффициент проницаемости фильтра по Дарси — коэффициент проницаемости фильтра — плотность — свободная энергия фаз А и В -—энергия границы фаз — плотность насыпная — плотность теоретическая — передний угол резца — плотность утряски — плотность рентгеновская — поверхностная энергия жидких металлов — уширение интерференционной линии — энергия Гиббса
дЯ дт1 ЬР Д5®98 bi bipsA bty bVV 6 fir «n «об 6' e eA' eR Ba, er ширина резонансной кривой _изменение массы за 1 цикл — перепад давления — энтропия образования температурный интервал диапазон рабочих температур область температурной устойчивости — объемная усадка — относительное удлинение после разрыва угол потерь на гистерезис угол потерь на последействие угол потерь на вихревые токн мера обращенности — плотность тока дуги — относительная диэлектрическая проницаемость деформация остаточная (аксиальная и радиальная) — упругие последействия (аксиальные и радиальные)
Ви Вмакс n e« 0. X X 4 и Нм axe Нэф Me V v„„ up ? П Пк n, П. p Pm f>v — износостойкость относительная — износостойкость относительная максимальная — коэффициент вязкости динамический — угол отражения Брэгга — показатель магнитодинамической добротности — параметр квадратности — краевой угол смачивания — точка Кюри — растворимость, массовая доля — коэффициент теплопроводности — магнитострикция насыщения — угол наклона режущей кромки резца — коэффициент Пуассона — относительная магнитная проницаемость максимальная — относительная магнитная проницаемость эффективная — относительная магнитная проницаемость начальная — частота — частота критическая — частота резонансная — коэффициент бокового, давления — пористость — пористость конечная — пористость начальная — пористость поверхностная — электросопротивление удельное — концентрация массовая — концентрация объемная
0 °a °. — напряжение — сечение поглощения нейтронов — предел прочности при растяжении
«г
<М
0
*•
<TS
®од
_гео
®0,5 к»
JO0
аыо~*
т
ТЧ»
К
тсб
*»
V
г»
Ф
Ф,
Ф
S
Ъ
9
Ш
— предел прочности при растяжении при 500°С
— предел прочности при растяжении в направлении, перпендикулярном
К оси волокна*
— предел прочности при растяжении в направлении, параллельном
оси волокна
— предел прочности при разрыве трубчатых образцов
— удельная прочность
— предел длительной прочности
-поверхностное натяжение жидкости
__предел прочности при изгибе
— предел пропорциональности
— предел прочности при сжатии
— предел прочности при радиальном раздавливании
— предел выносливости
— предел текучести
— предел текучести условный
— предел длительной прочности при 700 аС (напряжение, доводящее
образец до разрушения за 10 ч)
— предел ползучести (напряжение, вызывающее деформацию 0,5 % за
100 а при 700 °Q
— предел ползучести (напряжение, вызывающее деформацию со скороо
тью 1 • 10-6 %/ч при 700 °C)
— время
—период атомного колебания
— время измельчения
— предел прочности при кручении
— время нагрева
— время обработки
— время приработки
— предел прочности при срезе
— время спекания
— время рабочего цикла
— время перемагничивания
— тепловой поток
— радиальная плотность теплового потока
— работа выхода электрона
— главный угол резца в плане
— вспомогательный угол резца в плане
— относительная плотность
— относительное сужение после разрыва
— способность к осадке при сжатии
— удельная проводимость
— частота вращения
КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ
ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Решение задач, связанных с повышением скоростей, нагрузок, надежно-
сти, продления срока службы машин и механизмов в машино-, автомобиле-,
тракторо- и турбостроении, химической, металлургической, горнодобывающей
и многих других отраслях промышленности, невозможно без применения новых
материалов со специальными свойствами, создаваемых методами порошковой
металлургии. Без материалов, изготавливаемых методами порошковой метал-
лургии, невозможен прогресс в таких областях современной техники, как
авиация, атомная энергетика, электроника и др.
Движимая потребностями развивающейся техники, порошковая металлур-
гия превратилась в один из важнейших разделов современной науки и техники.
Впервые в мировой практике методы порошковой металлургии применили
в 1826 г. русские горные инженеры П. Г. Соболевский и В. В. Любарский для
изготовления монет из платины. Поскольку техника того времени не обеспечи-
вала возможности получения высоких температур, достаточных для плавления
платины, ими был получен порошок платины, из которого методом прессования
и горячей козки были изготовлены монеты.
Порошковая технология затем была использована в конце XIX — начале
XX в., когда возникла необходимость изготовления нитей для ламп накаливания
из вольфрама и молибдена. В то время это был единственно возможный способ
изготовления изделий из таких тугоплавких металлов. Методы изготовления
нитей из вольфрама были разработаны в 1900—1913 гг. Однако волочение тре-
бовало износостойких материалов для изготовления фильер. Производство по-
следних из литого карбида вольфрама представляло большие трудности, кроме
того, последний имел высокую хрупкость. Решение задачи было найдено в из-
готовлении фильер методом порошковой металлургии из порошка карбида
вольфрама с металлической связкой из порошка кобальта (1925 г.).
Дальнейшее развитие порошковой металлургии тесно связано с решением
задач, выдвигаемых развивающейся техникой.
Начатые в 30—40-х годах исследования, направленные на разработку тео-
ретических и технологических основ порошковой металлургии, в послевоенные
годы получили интенсивное развитие. Разнообразие требований к свойствам
создаваемых материалов привело к вовлечению в технологию порошковой ме-
таллургии сотен новых веществ и материалов. Разработаны методы получения
порошков практически всех металлов и их сплавов периодической системы Мен-
делеева, многих неметаллов и соединений — карбидов, боридов, нитридов,
халькогенидов, силицидов, оксидов металлов.
Созданы такие методы получения порошков, как восстановление оксидов
в газовой среде, металлотермическое восстановление, электролитическое осаж-
дение, механическое измельчение, распыление расплавов, автоклавное восста-
новление, разложение карбонилов и др.
Опыт исследований в этой области обобщен в работах О. К.. Кудры
лосА °’ Питмана «Электролитическое получение металлических порошков»
U»o2 г.), Г. В, Самсонова и С. Я. Плоткина «Производство железного порошка»
(1957 г.). О. С. Ничипоренко, Ю. И. Найдич и А. В. Медведевского «Распы-
ЛеИНБольшТи^чИсТе^%ости°гнуты^ в^^раз^зитии методов формования изделий из
плпошковНаряд^с прессованием порошков на холоду в стальных пресс-фор.
мах мзоаботмы?процессы горячего прессования, ковки и штамповки загото-
мах разраоотаны npuiie £ шликерное литье, гидростатическое и изо-
вок, прокатка порошко, РУ®е гие> Рто позволило получать изделия из
дер^дев в виде как отдельных деталей различной сложности, так и заготовок
И0Д Опу^иКде ваныИмои^гр^фии?%бобщаюициеКисследования ® области холод-
«ого и горячего пресгования и прокатки металлических порошков, такие,
А Виноградова и И. Д. Радомысельского «Прессование и прокатка ме-
как i. л. оииоч» а /гопч г V Ю Г. Дорофеева «Динамическое горячее
JSSSSJSSXttk (1977 гУ Й. С. Коаальченка .TeoU?
чески^основы горячей обработки пористых материалов давлением» (1980 г.);
Г А Виноградова, Ю. Н. Семенова, О. А. Катруса, В. П, Каташинского «Про-
катка металлических порошков» (1968 г.) и др.
Разработка теоретических основ и практических методов впекания изделий
иа порошков позволила обеспечить спекание металлов и сплавов, тугоплавких
соединений керметов, в твердой фазе, в присутствии жидкой фазы е использо?
ваниеч различных газовых защитных сред, спекание в вакууме, спекание, ео-
вмещениое с химико-термической обработкой, спекание под давлением и др.
Результаты исследований процесса спекания были обобщены в монографиях
М. Ю. Бальшина «Порошковое материаловедение» (1948 г.); И. М. Федорченко
я Р. А. Андриевского «Основы порошковой металлургии» (1963 г.); Я- Е. Гегу-
зина «Физика спекания» (1967 г.); В. А. Ивенсена «Кинетика уплотнения ме-
таллических порошков при спекании» (1971 г.); В. В. Скорохода «Реологические
основы теории спекания» (1972 г.) и в ряде статей, опубликованных в периоди-
ческих изданиях.
Показателем быстрого развития порошковой металлургии является быст-
рый рост числа публикаций в этой области. Так., если в 1960 в. было опубли-
ковано 640 рефератов по порошковой металлургии, то в 1980 г. их число воз-
росло до 1615 [19]. В настоящее время в мире издается 12 специализированных
журналов по порошковой металлургии.
Развитие промышленности порошковой металлургии тесно связано с успе-
хами в разработке методов изготовления порошков. Хотя в бронзовом веке уже
были известны методы получения порошков золота, меди и бронзы, которые
применялись в качестве красок и использовались в декоративных целях, однаке
в современном варианте технологии изготовления порошков первыми получили
порошок платины в 1826 г. П. Г. Соболевский и В. В. Любарский прокалива-
нием солей платины. Затем в конце XIX — начале XX в- были разработаны
методы получения порошков вольфрама, молибдена и меди восстановлением нх
оксидов. В 30-Х годах были разработаны промышленные методы получения
порошков меди и железа электролизом водных растворов солей этих металлов.
Рост потребностей в железном порошке привел к разработке и освоению
в промышленности в 30—40-х годах методов восстановления оксидов газообраз-
ными и твердыми восстановителями, к размолу сечки проволоки в вихревых
мельиицах и позднее к получению порошков железа, меди и других металлов
распылением их расплавов, восстановлением в автоклавах и другими способами.
В настоящее время промышленностью страны производятся порошки желе-
за, меди, никеля, кобальта, олова, свинца, серебра, вольфрама, молибдена,
ряда редких, тугоплавких и других металлов, освоено также производство по-
рошков нержавеющих сталей, сплавов на основе никеля, получаемых совмест-
^“^А.В?ССТаНовлеиием ОКСИД°В металлов, порошков хромистых сталей методом
узиоиного насыщения, различных поликомпонентных порошков, получае-
ЛАЯЯ^^=ОИ^СКИМ Рааложе«ием карбонилов, и др. Разработаны методы управ-
И Ф°Рм°й частиц порошков. В частности, порошки со сфери-
«Гг^лЛ°Роя0ЙАЧаС™Ц иа бР°нзы- никеля получили широкое применение для
изготовления фильтровых материалов.
ипоич^Г^ЛЛИческие ПОРОШКИ и порошки металлических сплавов являются ос-
новным сырьем для изготовления изделий методами порошковой металлургии:
20
„_и(Ьпвкционных, конструкционных, фильтровых, уплотнительных, электоо-
* Ггяктных, магнитных, жаростойких, коррозионностойких н др. Они находят
широкое применение в сварочной технике, для ианесення коррозионно-
Лаких и износостойких покрытий. Из порошков изготавливают прокаткой
^точные сварочные электроды, биметаллические изделия и др. Металличе-
Лие порошки применяются в химической промышленности, электронике, в сель-
цом хозяйстве.
Порошки алюминия применяют в алюмотермических методах восстановле-
ца металлов иэ оксидов, в производстве ферросплавов и жаропрочных спла-
пв в качестве раскислителей в металлургической промышленности и т д
Кобальт в порошке предназначен для изготовления жаропрочных деталей, маг-
интов твердых сплавов, быстрорежущих сталей. Порошки меди применяют
» авиационной, автомобильной, электротехнической, химической, машино-
упоительной и других отраслях промышленности и т. д.
сгр В -30-х годах в Швеции в значительных количествах был начат выпуск
железных порошков. Во время второй мировой Вонны в Германии изготавли-
валось до 40 тыс. т железного порошка. Быстрый рост объема его мирового
производства в 60-х годах е ежегодным приростом 7,3 % в США и Канаде
7 8 % в Европе (без СССР) и 19,4 % в Японии довел в 1965—1977 гг..произ-
водственный потенциал по железному порошку в США и Канаде до 257 тыс. т,
в европейских странах — до 220 тыс. т и в Японии — до 73 тыс. т. Производ-
ство железных порошков и изделий из них в этот период приобрело массовый
характер и явилось показателем уровня развития промышленности порошковой
металлургии в той или иной стране»
Объемы потребления порошков меди И ее сплавов в 1979 г. достигли в США
и Каивде 28 тыс. т, в Европе (без СССР) — 13 тыс. т, в Японии — 4,6 тыс. т.
Быстрыми темпами возросло потребление порошков илюминня (41 тыс. т
в США и Канаде, 12,7 тыс. т в Японии), никеля (15,3 тыс. т в США и Канаде,
10 тыс. т в Японии). Потребление порошков вольфрама и карбида вольфрама
достигло в 1979 г. в США и Канаде — 6 тыс. т, в Европе (без СССР) —
2 тыс. т и в Японии — 0,97 тыс. т [131].
Важную роль в развитии современной техники сыграли электроконтакт-
ные материалы, изготавливаемые методами порошковой металлургии. Первым
Видом изделий такого типа, которые начали производить в СССР в 1918 г., были
медно-графиковые щетки для оснащения динамомашин. Дальнейший прогресс
в области электротехнического машиностроения, приборостроения, автомати-
зации производственных процессов особенно В послевоенные годы дал стимул
к разработке новых материалов для коммутирующих устройств. Материалы
для электрических контактов должны были обеспечить возможность много-
кратного включения и выключения больших электрических токов в сильноточ-
ной технике, на линиях дальних передач.- В машиностроительном оборудоваиин
требовались электрические контакты, надежно работающие при коммутации
токов средней мощности. В слаботочных приборах, используемых для обеспе-
чения автоматического управления производственными и другими процессами
я для других целей, необходимо было обеспечить безотказную работу коммути-
рующих устройств, совершающих десятки миллионов операций включения
и выключения электрических токов. Разнообразие условий работы требовало
создания электроконтактных материалов, в которых должны были сочетаться
свойства, несовместимые для обычных литых металлов, такие, как тугоплав-
кость и высокая твердость в сочетании с высокой теплопроводностью и электро-
проводностью, высокая противокоррозионная стойкость и низкое переходное
электрическое сопротивление, сочетающиеся е отсутствием склонности к мости-
кообразованию, свариванию и аномальному переносу, нысокие дугогасящие
свойства в сочетании с управляемым благоприятным срезом тока в режиме
размыкания контактов. Наряду с этим от электроконтактных материалов, ра-
ботающих в устройствах для скользящего токосъема, требовались также хоро
е антифрикционные свойства и т. д.
_ Достижение этого сложного комплекса свойств могло обеспечить
Римеиеиие методов порошковой металлургии, которые позволяют е°зда
вдосплавы и композиционные материалы. Такие материалы, объедин-
воем составе различные вещества металлического и неметаллического Р
иипипилуальиые свойства каждого из них и достигать
тера, позволили сочетать и Д ДУ введении в пористый вольфрам
нужных свойств материала цел°“^ая электропроводность, теплопроводность,
серебра илп меди Достают дугогасящне свойства. В композиции се-
тугоплавкость, ’гв®Р^°сТ^че_аются высокая тепло- и электропроводность серебра
?%7тамиИдисп^р“иоГО упрочнения и дугогашения, привносимыми оксидом
КаА*Ппименёиие разнообразных вариантов технологии порошковой металлур-
Применеиие разно н вок из смесей порошков в различных средах,
лпппессовка прокатка, штамповка, волочение, холодное или горячее экстру-
^пппТие горюет или изостатическое прессование, пропитка пористых заго-
днроваии^. горячее металлами или СПЛавами и других, позиолнло создать
2Хие м«го““итактиые материалы е необходимыми длн конкретных условий
работы структурой и свойствами и в виде изделий нужной формы — пластины,
ленты, "Р°^1воекп“<^л"'вкой составляющей электроконтактных материалов
munrtiroe паспространение получили металлы W, Mo, Pd, Ni, а также некото-
рые неметаллы (С, В), оксиды (CdO, WO3, TaaOs, CuO, Fe2O3, YaO3 и др.),
карбиды (WC МоаС и др.), халькогениды, бориды, силициды, нитриды. Роль
легкоплавкой’составляющей обеспечили медь, серебро, золото и их сплавы.
Особенно большие успехи в’ создании композиционных электроконтактных
материалов были достигнуты в последние два десятилетия. Научный задел
в этой области обеспечивает практически решение важнейших проблем, стоящих
перед современной техникой в области коммутации чоков и токосьема.
Первое в стране обобщение результатов исследований по созданию электро-
контактных материалов было дано в работе В. В. Усова «Металловедение элект-
рических контактов» (1963 г.), затем вышла в свет монография В. И. Рахов-
ского, Г. В. Левченко и О. К- Теодорович «Разрывные контакты электрических
аппаратов» (1966 г.).
Одним из важнейших объектов порошковой металлургии являются анти-
фрикционные материалы, создание первых образцов которых относится к 20-м
годам этого столетия. Необходимость обеспечения подвижных сочленений машин
и механизмов износостойкими материалами для различных условий работы при-
вела к созданию большого разнообразия материалов на основе железа, меди
и их сплавов. Применение спеченных антифрикционных материалов позволило
решить такие задачи, как экономия цветных металлов, снижение стоимости
изготовления, уменьшение потерь металла в стружку, повышение производи-
тельности труда, высвобождение станочного парка и др. Наряду с этим спечен-
ИЫв| gHTH$РqKЦИ°нные матеРиалы позволили увеличить срок службы деталей
Универсальность методов порошковой металлургии позволила создать
сложные композиционные материалы, в которых аведение тех или иных доба-
вок обеспечивало получение строго заданных свойств. Если в 30-х годах графит
был единственной добавкой, обеспечивающей и материале эффект сухой смазки,
то в последние годы в качестве таких присадок широкое распространение полу-
чили сера, сульфиды, фториды, фторопласты и реже оксиды. Созданы мате-
риалы, способные работать в условиях высоких скоростей (свыше 5—10 м/с) и бо-
льших нагрузок (более 10 МПа), при повышенных температурах (до 450 °C
и выше), в условиях трення беа смазки, в присутствии агрессивных и инер-
ТН^^ДКИХ и газовых сред, в вакууме, в условиях низких температур (до
•“"Zou С/ н др»
достижеиня заданных свойств при изготовлении антифрикционных
активио привлекать различные виды термической и химико-
термической обработки.
пилив промышленных масштабах широко освоено изготовление из антифрик-
материалов различного рода подшипников скольжения, торцевых
Распорных втулок, подпятников, поршневых колец и т. п. Спечен-
Птп!1ЛгНТИФРИК11И0НИЫе матеРиалы находят широкое применение в различных
техники: Тракторо- и сельхозмашиностроении, автомобильной промыш-
ленности, тяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении, в текстиль-
ион и пищевой промышленности, бытоиой технике, приборо- и станкостроении,
в авиационной и космической технике, в газотурбостроении, химическом маши-
вОСТ^°ольШие потенциальные возможности порошковой металлургии позволяй™
мГОе развития техники повышать уровень требований к свойствам матеом
” » по значениям предельно допустимых нагрузок, скоростям скольжения
ЛОлкяч службы и другим параметрам.
С₽ Если в 50-х годах ставилась задача создания материалов для работы в v,
тоеаия со смазкой со сроком службы до 5 тыс. ч, в 60-х - до 10 тыс Г
„ в настоящее время требуется создание материалов, работоспособных в тече-
”/20—30 тыс. ч, т. е. узел трения без замены должен обеспечить полный
вв vpc работы механизма в целом.
Р Большой опыт, достигнутый за последние пятьдесят лет в области разра-
ботки теоретических основ синтеза антифрикционных материалов, технологии
их изготовления, а также сведения о составах н характеристиках свойств анти-
Аоикционных материалов, изготавливаемых методами порошковой металлур-
гии обобщен в монографии И. М. Федорченко и Л. И. Пугиной «Композицион-
ные’спеченные антифрикционные материалы» (1980 г.).
Технический прогресс в машиностроении, связанный с повышением нагру-
зок я скоростей различных механизмов, потребовал также создания новых
фрикционных материалов для тормозов, передаточных устройств и других
узлов трения машин. Применявшиеся ранее тормозные устройства, основанные
на трении чугунных, стальных или асбофрикционных дисков, не обеспечивали
надежного управления быстродвижущимися объектами и передачи больших
мощностей в передаточных устройствах. Задача получения более эффективных
фрикционных материалов была решена в начале 30-х годов применением мето-
дов порошковой металлургии. Шихта, содержащая порошки меди, олова, свин-
ца, графита и диоксида кремния, в виде тонкого слоя была нанесена под дав-
лением иа поверхность каркаса из листовой стали. Этот метод позволил соче-
тать прочность несущего стального каркаса е высокими коэффициентом трения
и износостойкостью, отсутствием схватывания, плавностью торможения компози-
ционного фрикционного слоя. Такие материалы на медной основе нашли широ-
кое применение в узлах трения с принудительной смазкой (фрикционы, электро-
магнитные муфты, синхронизаторы, гидротрансмиссии и т. п.), а также в узлах
трения без смазки (муфты сцепления, тормоза, электромагнитные муфты и т. п.)
самолетов, автомобилей, тракторов, металлорежущих станков и многих других
механизмов.
Еще более высокие требования к материалам тормозных устройств в послед-
ние три десятилетия выдвинула развивающаяся авиационная техника — у со-
временных самолетов на поверхностях трения тормозных устройств температура
возрастает до 1100 °C и выше при давлениях до 1,0—1,5 МПа и скоростях тре-
ния до 20 м/с. Для работы в этих условиях созданы фрикционные материалы
иа железной основе с введением фрикционных и антизадирных присадок.
Применение спеченных фрикционных материалов позволило повысить дол-
говечность, надежность и эффективность фрикционных узлов машин и механиз-
мов, создать новые конструкции фрикционных узлов с высокой энергоемко-
стью, высоким и стабильным коэффициентом трения, высокой износостойкостью
и термостойкостью обоих элементов пары трения. Применение таких материалов
не только улучшило технические характеристики машин, обеспечило увеличе-
но долговечности узлов трения и дало большой экономический эффект, но
повысило безотказность и безопасность транспортных средств.
Существенные результаты, достигнутые в области создания и применения
“2ехнике спеченных фрикционных материалов за последние сорок лет, обоб-
*с/»Ы В моногРафии И. М. Федорченко, В. М. Крячека и И. И. Панаиоти
ременные фрикционные материалы» (1975 г.).
Дальнейшее развитие порошковой металлургии связано с применением ее
30.,°ДОВ для безотходного изготовления деталей машин. Появившиеся в конце
и иачале 40-х годов первые детали из железного порошка простой формы
вяипи°Сительио высокой пористости положили начало дальнейшему бурному
изгпт!!?10 этого направления порошковой металлургии. Вначале из порошков
воб ВлИвали малонагружеиные детали машин. Однако преимущества порошко-
ехнологии дали толчок к поиску путей изготовления деталей с более высо-
„„„„„„и пппиности и более ответственного назначения. Разработан»
КИМИ ^“ппвы^ения плотности изделий двойным прессованием и спеканием,
методы повышения плотно " ой фазы и с пропиткой пористого каркаса
освоено спекание в присутствии жидкой методын легирования железа угле-
из жел«®”°™ “никнем хромом и₽другими металлами, началось применение
родом, медью, в“келе“’ Р попошков. В настоящее время конструкцион-
предварительно л р металлических порошков, являются наиболее
вые Детали, излавливаемые из мета порошковой металлургии общемашино-
стооительного и приборостроительного назначения. Потребность в них превы-
шает Ю % Хей потребности в порошковых материалах. Типичными предста-
“Хями деталей конструкционного назначения, изготавливаемыми из метал-
ли^ских порошков, являются шестерни, кулачки, накладки, шайбы колпачки,
загХки тройники, храповики, рычаги, накидные и специальные гайки, крыш-
ки Лланцы державки резцов, детали мерительных инструментов, швейных
мшга сельскохозяйственных машин, тракторов, автомобилей и многие другие,
кптопые находят применение в различных отраслях народного хозяйства.
Конструкционные детали изготавливают из порошков железа, углероди-
стых и легированных сталей, латуни, меди, бронзы, никеля и других металлов
и сплавов Широкое применение получили железомедные, железолатунные,
железомарганцевомедные, сталечугунные материалы, обеспечивающие получе-
ние высоких прочностных характеристик.
Методами порошковой металлургии получают изделия с большим разнооб-
разием требуемых свойств — высокой прочностью и твердостью, износостойко-
стью, жаропрочностью, большим удельным весом, нормированным линейным
и объемным расширением и др.
Основными преимуществами технологии изготовления конструкционных
деталей из порошков являются простота технологии, почти полное отсутствие
потери металла в стружку, устранение дополнительной механической обра-
ботки и др. Экономический эффект от применения 1 т деталей из порошков
железа составляет 1,0—1,4 тыс. руб., при этом расход металла на I т готовых
изделий уменьшается на 1,0—1,5 т.
Уровень развития технологии изготовления изделий и исследования в обла-
сти отработки химического и фазового состава материалов позволяют получать
изделия, не только ие уступающие по свойствам изделиям, изготовленным из
литых металлов и сплавов, но и с более специальными свойствами. Эти успехи
закладывают основы дальнейшего быстрого развития этого направления порош-
ковой металлургии.
Широкие возможности методов порошковой металлургии позволили со-
здать такие композиционные материалы, как металл — стекло. Введение в по-
ристый металлический каркас стекла резко повысило износостойкость мате-
риала, особенно в условиях абразивного износа деталей хлопкоуборочных
и других сельскохозяйственных машин, шпулв ткацких станков и др.
Существенные успехи достигнуты в области износостойких материалов за
счет создания композиции на основе карбидов, нитридов и других тугоплавких
соединений с металлическими связками. В 70-х годах положено начало про-
мышленному применению изделий из порошковых нержавеющих сталей. Основ-
ным стимулом развития работ в этой области стала борьба за сокращение потерь
дорогих сложиолегироваииых нержавеющих сталей, имеющих место при обыч-
ных методах изготовления деталей механической обработкой заготовок.
аараоотаииые методы горячей вакуумной штамповки, горячего динами-
пЛ^1°вП„!СС0ВаНИЯ позволили получать материалы, коррозионностойкие при
ПоактичВм-^Т^п««^ЛИМаТИЧесКИХ Условиях> в химической аппаратуре и др.
вии яла ° "рИмененИе спеченные нержавеющие стали нашли в насосострое-
гие етРессив”ые ХкостиПОРНЬ1Х ВТуЛ0К насосов’ покачивающих воду и дРу-
жапоптто>и,гтиРиШи^В0^ ме^аллУРгии открыли новые возможности повышения
иия ппиипипл в Дн°состойкости металлических материалов за счет примене-
тоикимРи вклюа₽ииа?^РСН0Г0 УпР°^енИя металлической пластичной матрицы
ее ою-илпи жаропрочной стабильной неметаллической фазы на otно-
ме-) од'позволил пг,пк,В/1.Кар^ИДОВ или ДРУГИХ высокопрочных соединений. Этот
л повысить порог жаропрочности сплавов. Так, дисперсноупроч*
24
„„ue композиционные материалы (ДКМ) иа основе алюминии (САГП пп
вАсти при высоких температурах превосходят все промышленные литые алю
^«иевые сплавы и нашли применение в изделиях, длительно работающих ппй
-мпературах 300-500 °C. ДКМ на основе бериллия с успехом применяют
пеакторостроении благодаря присущему им большому коэффициенту рассей
«Р нейтронов, малой плотности и высокому модулю упругости. Перспективно
пояменение ДКМ на основе сталей и кобальта в реакторо- и ту рбос гроеиии
° поугих объектах.
“ А|г0четание высокой жаропрочности с высокой электропроводностью откоы
яет широкие возможности для изготовления из ДКМ на основе меди электро
„„тактов, обмоток роторов электродвигателей, эксплуатируемых при высоких
температурах, электродов для стыковой и роликовой сварки и других изделий
а электротехнике.
развитие исследований в области днсперсноупрочненных материалов на-
шло отражение в работах В. А. Шеламова и А. И. Литвенцева «Физико-хими-
««•кие основы производства полуфабрикатов из спеченных алюминиевых порош-
ков» (1970 г.), К. И. Портного и Б. Н. Бабичева «Дисперсноупрочненные мате-
риалы» (1974 г.).
г В последние два десятилетия получили широкое развитие работы, направ-
ленные иа повышение прочности и жаропрочности материалов, за счет армиро-
вания металлов и сплавов более прочными металлическими и неметаллическими
волокнами и нитевидными кристаллами. Наибольшее внимание привлечено
к изучению свойств армированных материалов на основе алюминия, магния, ти-
тана, меди, никеля и кобальта. Применение в качестве армирующих компонент
проволок стали, вольфрама, молибдена, бериллия, тантала, а также ните-
видных кристаллов бора, углерода, карбида кремния, диоксида кремния позво-
лило в ряде случаев достичь резкого повышения свойств прочности и жаропроч-
ности. Так, например, на жаропрочных сплавах на никелевой основе, армиро-
ванных проволокой из сплава вольфрам — гафний — углерод получена удель-
ная длительная прочность в 5 раз выше, чем жаропрочных суперсплавов,
и в 2 раза выше, чем жаропрочных направленно закристаллизованных эвтек-
тик. Тонкая вольфрамовая проволока повышает прочность меди в 3 раза,
а присадка 15 % волокон A12OS к серебру при 500 °C — в 5 раз.
Уникальные свойства армированных композиционных материалов делают
их перспективными для решения ряда ответственных задач в машиностроении.
Так, КМ на никелевой основе предназначены в основном для тяжелонагружен-
ных деталей газотурбинных двигателей в авиационной технике, наземном транс-
порте и энергетических установках, в первую очередь для изготовления лопа-
ток, облицовки камер сгорания, тепловых экранов, жаровых труб и т. д.
КМ на основе титана перспективны для изготовления лопаток вентилято-
ров, створок регулируемых сопел газотурбинных двигателей и др. КМ на ос-
нове меди предназначены для использования в электротехнике в качестве заме-
нителей медных сплавов. Для космических конструкций и ядерных реакторов
представляют интерес КМ на основе магния и т. д.
Достижения в области создания композиционных армированных материа-
лов обобщены в монографии «Композиционные материалы волокнистого строе-
ния* под редакцией И. Н. Францевича и Д. М. Карпиноса (1970 г.), а также
в работах Д. М. Карпиноса, Л. И. Тучинского, Л. Р. Вишнякова «Новые ком-
позиционные материалы» (1977 г.); Д. М. Карпиноса, Г. Г. Максимовича,
/(ото Кадырова и Е. М. Лютого «Прочность • композиционных материалов»
лов (19 9* К" П°РТН0Г0 «Структура и свойства композиционных материа-
Типичиыми представителями изделий, изготавливаемых методами порош-
_ ®°" металлургии, являются высокопористые фильтры. В последние два деся-
и«.ии&ИЯ они ШиР°К0 применяются в качестве фильтров для очистки от загряэ-
о.„пй воздуха, агрессивных газов и жидкостей, масел и жидких топлив,
гася1?аВ0В металлов .Для работы в качестве диспергаторов, демпферов, пламя-
ших элементов, материалов для пористого охлаждения и других целей.
кал™ отличие от сетчатых, керамических, стеклянных, тканевых, фетровых.
Или ЛНых и ДРУГИХ материалов пористые материалы, спеченные из порошк
олокои, более прочны, выдерживают резкие теплосмены и высокие те
, «гоязияют фильтруемое вещество. Применение их позволяет со-
Хаа7ьР в промышленности новые технологические процессы, находить новые
конструктивные „атериалоГприменяются для воздушного транспорта
Желоба ^ХМвная рХа аккумуляторов и топливных элементов бази-
сыпучих тел. Эффектней р электродов. Широкое применение находят
руется на пРи/®наеД““ " Рв качестве носителей катализаторов и т. д.
высокопористые “®У®риа ем в области применения высокопористых материа-
лов впеченных металлических порошков и волокон является разработка
лов из спеченных мет тепдовые трубы, теплопроводность кото-
пых“ ппевышает теплопроводность меди в тысячи раз. Основным работающим
цементом «пдаюй трубы является тонкий слой капиллярной структуры на
^ ТХенГей поверхности, который осуществляет капиллярный транспорт
теплоносителя (вода, спирт, фреон, расплавленный натрий, калий
и т п) из зоны конденсации в зону испарения.
Уникально высокая теплопроводность, возможность работы в течение
тысяч часов автономность, разнообразие возможных конструктивных решений
ъткпывают тепловым трубам широкие обласги применения. В энергетике они
необходимы для отвода тепла в ядерных энергетических установках, в элект-
рических машинах и аппаратах, солнечных энергетических установках, газо-
турбинных двигателях, в трансформаторах для охлаждения внутренних пере-
гревающихся объемов и т. д. В космической технике и авиации тепловые трубы
находят применение для термостабилизации аппаратуры, сброса избыточного
тепла, в радиотехнике и электронике — для охлаждения и термостабилйзации
аппаратуры и др. Широкие перспективы для применения тепловых труб имеют-
ся также в машиностроении, металлургии, химической, пищевой и других отрас-
лях промышленности.
Развитие исследований в области высокопористых материалов обобщено
в работах Р. А. Андриевского «Пористые металлокерамические материалы»
(1964 г.), Е. И. Павловской и Б. Ф. Шибряева «Металлокерамические фильт-
ры* (1966 г.).
Широкие возможности создания новых материалов для работы' в условиях
высоких температур, агрессивных сред, при высоких давлениях и скоростях
огкрыло использование бескислородных тугоплавких соединений — карбидов,
нитридов, борндов, силицидов и др. Технология получения порошков карби-
дов вольфрама, заложившая основы изготовления спеченных твердых сплавов,
была создана еще в начале текущего столетия. Работы же в области создания
порошков других- тугоплавких соединений получили интенсивное развитие
в 50 —60-х годах. В этот период было создано большое разнообразие методов
синтеза тугоплавких соединений. В 50-х годах были разработаны методы син-
теза тугоплавких соединений из простых веществ — кремнийтермический метод
получения силицидов и углетермический метод получения карбида бора, в 60-х
годах были предложены методы магнийтермического получения боридов ме-
таллов, осаждение карбидов из газовой фазы. Позднее был создан плазмохими-
ческий метод получения карбидов и боридов. В 70-х годах получил развитие
метод самораспростраияющегося высокотемпературного синтеза.
В результате широкого фронта исследований были разработаны технологи-
ческие параметры получения карбидов, боридов, силицидов и нитридов боль-
шинства обычных и редкоземельных металлов. В 50-х годах в промышленных
условиях было освоено производство карбидов бора и кремния. Изготовление
других тугоплавких соединений организовывалось по мере изучения их свойств
и определения областей эффективного применения.
Исследования, проведенные в последние два десятилетия, показали, что
неметаллические тугоплавкие соединения, такие, как карбиды тугоплавких
еталлов, нитриды бора, кремния, алюминия и силициды бора, характери-
зуются высокими температурами плавления (3000—3500° С), являются диэлект-
р ками и полупроводниками, обладают высокой твердостью. У карбида бора
®®иаРУжеиа твердость, превышающая твердость всех ранее известных соеди-
Металлоподобиые соединения, представляющие собой соединения переход-
ных металлов с такими неметаллами, как бор, углерод, кремний и азот, имеют
*26
температуры плавления и твердость, высокую химические „„„я
»^ают металлическим характером проводимости, а некоторые^ ниуЙ«°СТЬ'
^кие температуры перехода в сверхпроводящее состояние Имею'г
вЫ Уникальные свойства бескислородных тугоплавких соединений
Активными для создания материалов, обладающих высокой ™„„ЮТ “*
"^ногоггойкостью, способных работать в качестве огнеупооОВ мяЛ^СТЬЮ
’ «обымн физическими и химическими свойствами, а также ценными адяТЛ
с «паяния В химической, радио- и электротехнической пппии,„ ис"
00Лп^й и ракетной технике и в других областях. °И промышленности,
ЯДеРВажную роль в разработке теоретических основ синтеза тугоплавких
соединений и организации их производства сыграли работы Г. В. Ьамсонова
Обобщенные в трудах «Силициды и их использование в технике» (1959 г.) «Tvro-
птявкне соединения» (1963 г.), «Тугоплавкие соединения редкоземельных
«лаов» (1964 г.), «Нитриды (1969 г.), а также Г. В. Самсонова и К И Поо^
«ого «Сплавы иа основе тугоплавких соединений» (1961 г.); Г, В. Самсоном
и Л. Л. Верейкиной «Фосфиды» (1961 г.); Г. В. Самсонова и В. Н. Бондарева
«Германиды» (1968 г.); Т. Я Косолаповой «Карбиды» (1968 г.); Г. В. Самсо-
нова. Т. И. Серебряковой и В. А. Неронова «Бориды» (1975 г.) и др.
Большую роль в техническом прогрессе играют твердые сплавы и новые
инструментальные материалы как основа многих технологических процессов
в машиностроении и других отраслях промышленности, в обработке металлов
и неметаллов резанием и давлением, в горном деле в инструментах для буре-
ния горных пород и обработки камней.
Широкое применение они 'нашли в изготовлении разнообразных деталей,
подвергающихся интенсивному износу, и для других целей. Использование
методов порошковой металлургии для изготовления твердосплавного инстру-
мента, впервые нашедшее промышленное применение в 1914 г., позволило пре-
одолеть такой недостаток высокопрочных карбидов, как высокая хрупкость.
Применение карбидов вольфрама, титана, тантала в виде тонких порошков
я введение в исходную шихту порошков кобальта, никеля и других металлов,
играющих роль пластичной связки, дало возможность в широких пределах
вфьировать твердость и пластичность спеченных твердосплавных материалов.
Высокая твердость инструментатьных материалов при малом содержании пла-
стичного металла обеспечивает возможность обработки резанием высокопроч-
ных закаленных сталей, а повышение их вязкости за счет более высокого содер-
жания металлической связки позволяет изготовлять инструменты, надежно ра-
ботающие в условиях ударных нагрузок.
Непрерывное совершенствование технологии изготовления инструментов
из твердых сплавов за счет применения таких методов формования, как гидро-
статическое и мундштучное прессование, прокатка, шликерное литье, горячее
прессование, горячее изостатическое прессование и других, позволило освоить
изготовление разнообразных видов изделий, необходимых для развития техники.
Дальнейший шаг в улучшении свойств твердосплавного инструмента был
сделан с разработкой метода нанесения на его рабочие поверхности износостой-
ких покрытий из карбида, нитрида, карбонитрида титана или других высоко-
твердых соединений.
Развитие принципов изготовления износостойкого режущего и другого
инструмента из порошков карбидов привело к разработке технологии изготов-
ления методами порошковой металлургии инструментов из быстрорежущей
стали и из композиций сталь — карбид титана или карбонитрид титана, ни-
~~ каРбиД хрома и др. Это позволило обеспечить существенную экономию
Дефицитного вольфрама и расширить разнообразие инструментальных материа-
в' пригодных для тех илц иных условий работы. Большие успехи достигну
создании безвольфрамовых твердых сплавов. hhctdv-
м₽„_, настоящее время различные отрасли промышленности обеспеч РУ
тальиыми материалами на основе карбидов, нитридов и других: с Д
вани^аМЫХ Разнообразных видов обработки — резанием, CBep*®“ . ’ ^£пяцей
ип«Ием’ стР°гаиием, давлением, вытяжкой, прошивкой, холодной P
“чамповкой и др.
Юм ?J“p0Ka и номенклатура материалов, подвергаемых обРабо™еПлавыУДре-
м из твердых сплавов,—стали и чугуны, цветные металлы и их спла , ДР
весина и изделия из нее, пластмассы, стекло, фарфор, камни и другие горные
породы, вулкавизироваины1i каУ’ук и т д. одства ИЗделнй из твердых
₽ Большой опыт, н^^леиный в области прош^ д в Q Раковс^
сплавов и тугоплавкихс°еда“ 0’сгва твердых сплавов» (1951 г,}; В. Q. Ра-
и Н. Р- А"деРсаЛ^“°Вова и И И. Ольхова «Основы производства твердых
ковского, Г. В Самсонова ^кова вМеталлОкерамические твердые сплавы»
да? ."Si
<198°г,; г-г' г“ -к*
бидокремниевые материалы» (1» > новый ддя порошковой металлургии
В начале 40-х годов был РазР ° дов _ керметы. в них вначале сочета-
лись метилы и "инородные соединения металлов. Первый материал представ-
кермет на основе оксида алюминия и железа. Впоследствии в состав
кмм^Й наХ? вводить также бескислородные тугоплавкие соединения. Оо
новиой°задачей при разработке первых керметов было создание жаропрочных
материалов обладающих жаропрочностью кислородных соединений, но меиее
тпчпких чём последние. Введение в состав керметов металлической составляю-
щей ппеследовало цель повысить их пластичность. Дальнейшее развитие работ
в этой области привело к созданию оксидных, карбидных, нитридных, борид-
ных и комбинированных керметов. Работы в области создания керметов были
направлены также иа получение инструментальных, износостойких, огнеупор-
ных и антифрикционных материалов.
Особенно широкое развитие исследования в области керметов получили
в конце 50-х — начале 60-х годов. В это время опубликован ряд монографий
и справочников, посвященных синтезу тугоплавких соединений — карбидов,
нитридов, боридов, силицидов и других, разработке е их использованием кер-
метов различного назначения. Проведены работы по изучению термодинамиче-
ской совместимости фаз металлов г оксидами, бескислородными соединениями
и выбору металлов и сплавов, играющих роль связки в керметах. Разработаны
керметы эвтектического типа на основе карбидов, нитридов и боридов. В связи
с необходимостью обеспечения прочной связи на границах фаз, входящих в кер-
мет, были оценены значения работы адгезии между металлами, играющими
роль связки, и оксидами, карбидами, боридами и нитридами различных ме-
таллов
Существенный прогресс был достигнут в разработке технологии формова-
ния заготовок керметов методами прессования в пресс-формах, гидростатиче-
ским и мундштучным прессованием, прокаткой, шликерным литьем, горячим
литьем под давлением, изостатическим формованием взрывом и т. п. Изучены
также закономерности спекания керметов в условиях присутствия жидкой
фазы, с приложением давления и т. д. В результате этих исследований создан
ряд керметов, нашедших промышленное применение для работы в экстремаль-
ных условиях — в качестве жаропрочных, окалино-, кислото- и износостой-
ких материалов.
В атомной энергетике керметы, состоящие из диоксида урана и нержавею-
Лтали или хР°ма и оксида алюминия, используются в виде твэлов и мате-
топняВпп«пГгУпМИ’>5ГЮ^1'ИХ стеРжне^- Керметы на основе вольфрама и диоксида
™Р“Я обеспечить работу мощных импульсных установок. Для изго-
металллми чехлов термопар, работающих в контакте е расплавленными
деиа или кеРме™ иа основе диоксида циркония со связкой из молиб-
каобилов пн» В связи е высокой износостойкостью керметов на основе
пресс-Фопм ллЛ“ГНЯЮТСЯ для изг°товления калиберных эталонных плит,
^струмеРнТа a Z Г°рячего nPe«°B3B«*. сопел, шгампов, режущего
нее впемя и»п..оТ?КЖе взамен твердых сплавов и для других целей. В послеД-
тугоплавких₽соединенийИфИ,1ИРУЮТ КаК констРУкДИонные материалы на основе
сверхтвсрдь1хИинстп«Г₽^еУИем поРошков°й металлургии является создание
боридов,Рнитридов 7 КЯпбанЛпЬ”ЫХ матеРиалов на основе синтетических алмазов,
иие таких матеоиалоя р идов’ ™ С0ДеРжаш-их дефинитного вольфрама. Созда-
ниях материалов в начале 70-х годов стало важнейшим этапом в развитии
28
„„етрументального производства и металлообработки. Была обеспечена
Юность промышленности в недорогом и доступном инструменте дляобпТ
Йи резанием и шлифованием твердых материалов. Разработан Хд опи'
меТ0Д0В СИНТе5а Та матеРиалов, включающих перекристаллиза
пию углерода через расплав металла в кристаллы алмаза, Спекание кристаллов
“?®за в пористые каркасы, эпитаксиальное наращивание мелких кристаллов
? Ллее крупные, металлизация поверхностей кристаллов алмаза, пропит™
^сплавленными металлами пористых каркасов из кристаллов алмазов, нитои-
бора, высокотемпературное изостатическое и динамическое прессова-
ние, получение различных модификации нитрида бора обработкой взрывом
“ ^Номенклатура известных инструментальных материалов пополнилась
новыми материалами на основе алмаза (карбонадо и балласы), нитридов бора
Альбор, кубанит, белбор и гексанит) и кремния (силинит) и др. Применение
инструмента из сверхтвердых материалов стало основой дальнейшего техно-
логического прогресса в машиностроении. Резцы из кубической и вюрцит-
ной модификаций нитрида бора явились эффективным инструментом для
обработки стальных и чугунных изделий, которые не поддаются обработке
алмазным инструментом.
При обработке закаленных сталей высокой твердости режущий инструмент
из эльбора-Р во много раз превосходит по износостойкости твердосплавный
инструмент. Резцы из гексанита-Р позволяют обрабатывать резанием твердые
сплавы, наплавки из сормайта, стеллита и других наплавочных материалов,
закаленные стали, сплавы цветных металлов.
Режущие инструменты из композиций, содержащих кубический и вюрцит-
иый нитрид бора марок Р20/25Д, 11-5МК и 11-ЗМКТ, могут применяться также
в режимах гладкого и прерывистого точения деталей из карбидных твердых
сплавов, закаленных сталей, чугунов, стеклопластиков, никеля и цветных
сплавов на основе меди и алюминия.
Высокая твердость и износостойкость резцов из эльбора-Р и гексанита-Р
позволяет в ряде случаев заменить операции шлифования операцией точения
при сохранении того же класса обработки. При этом производительность обра-
ботки увеличивается в 2—5 раз, повышается усталостная прочность обрабаты-
ваемого материала, исключаются прижоги и шаржирование.
Многократное повышение срока службы режущих пластин из твердых
сплавов достигнуто в результате нанесения тем или иным способом износостой-
ких покиытий из карбида титана, нитрида титана или многослойных покрытий
из карбоиитрида титана и оксида алюминия.
Новые сверхтвердые материалы стали основой создания суспензий и паст
для тонкой доводки и полирования поверхностей высокоточных изделий —
полупроводниковых материалов, деталей оптики, жаропрочных деталей тур-
бин и др.
Большая роль в техническом прогрессе принадлежит таким тугоплавким'
металлам, как вольфрам, молибден, титан, ниобий и рений. Особенно велико
их значение в электро-, радио-, рентгено- и теплотехнике. Разработка методов
изготовления тонких вольфрамовых и молибденовых нитей и спиралей дли ламп
накаливания в конце XIX в. дала толчок бурному развитию электротехники
вольфрам и молибден стали основными металлами и для изготовления спира-
лей ламп накаливания, катодов прямого накала, сеток электронных ламп„
антикатодов и катодов рентгеновских и газоразрядных трубок, электронагре-
О-Теле® Выс°котемпературных печей сопротивления и деталей различных элект-
Р иных приборов. Тугоплавкие металлы находят широкое применение вэлектри-
ских контактах, электродах точечной сварки, жаропрочных сплавах, атомной
энергетике и ракетной технике,
высокая износостойкость карбидов и интерметаллидов тугоплавких метал-
лей пРИвела к широкому их использованию для получения легированных ста-
в хиТВеРДЫХ сплав°в, инструментальных материалов. Так, тантал применяется
ШалпиИЧеском машииостроеиии для обл'ицовки аппаратов, подогревателей, ме-
daonu»’ «очдаисаюров и других деталей. Из него изготовляют фильеры для
стиха ваиия волокон в производстве искусственного шелка. Ввиду его совме-
ости с живой тканью ои находит применение в костной и пластической
«ГОУОГИИ ДЛЯ скрепления костей. Тугоплавкость и малое сечение захвата элект-
J^ob ниобием делают его незаменимым конструкционным материалом в атом-
*°Й БольшоТопыт?накопленный в последние тридцать лет в нашей стране
DOJIьшои “ • свойств тугоплавких металлов, обобщен в моногра-
« произ^Дстве и изучении «он вМет их металлов (1955РГ
? В CatcS и В И. Константинова «Тантал и ниобий)» (1957 г).; Ч. В. Ко'-
feuKoro «Структура и свойства тугоплавких металлов» (1974 г.); А. Н, Зелик-
»а О Е Крейна и Г. В. Самсонова «Металлургия редких металлов» (1978 г.);
В EUСкорохода, В. В. Паничкиной и Ю. М. Солонина.«Дисперсные порошки
тугоплавких металлов» (1979 г.).
1 Методы порошковой металлургии позволили создать новые составы маг-
нитных материалов И разработать высокоэффективную технологию их произ-
водства Они дали возможность устранить такие недостатки литых материалов
как раковины и крупнозернистое строение, готовить материалы со строго задан-
ными химическими составами и структурой, резко повысить коэффициент ис-
пользования материалов, повысить служебные свойства магнитных материалов,
«а 30—60 % снизить их стоимость в сравнении с литыми.
Магнитомягкие материалы на основе железных порошков нашли широкое
применение для изготовления магни гопроводов статоров, роторов, деталей
электроизмерительных приборов, работающих в статических полях, а также
материалы систем железо — кремний, железо — алюминий и железо — крем-
ний — алюминий для деталей, работающих в переменных магнитных полях.
Для яих характерны высокое удельное электросопротивление и малые потери
па перемагничивание.
Порошковые магнитотвердые материалы типа альнико характеризуются не-
высокой стоимостью, пластичностью при повышенных температурах, допускают
обработку давлением и резанием, что положительно отличает их от литых спла-
вов этого типа.
Использование порошковых сплавов системы кобальт — редкоземельные
металлы позволило получить материалы е высокими магнитными характеристи-
ками. Оии нашли применение при фокусировке электронных пучков в лампах
бегущей волны, магнитных линзах электронных микроскопов, магнитных ча-
сах, различных устройствах СВЧ-техники, в электроизмерительных и других
устройствах.
Исключительно эффективными методы порошковой металлургии оказались
в производстве диэлектриков — композиционных материалов, у которых каж-
дая ферромагнитная частица окружена оболочками из диэлектрика, снижаю-
•щими величину вихревых токов в проводящей фазе. Эти материалы обеспечили
стабильную работу сердечников катушек индуктивности, ферровариометров,
микромодульных сердечников в радиоэлектронных устройствах при частотах
до сотен мегагерц.
Бурное развитие в последние четыре десятилетия радиотехники, вычисли-
тельных и управляющих устройств, телевизионной техники, проводной связи,
-магнитофонной техники потребовало изготовления большого количества магни-
тов, отличающихся особым сочетанием магнитных и электрических свойств.
Решение этой задачи было найдено с разработкой так называемых ферритов,
представляющих собой магнитные полупроводники, подразделяющиеся по
типу структур на феррошпинели, феррогранаты, гексаферриты, ортоферриты,
ферриты — соединения оксида железа с оксидами других металлов, магнитные
•свойства которых регулируются составом и технологией изготовления.
По составу, свойствам, технологии изготовления и экономическим показа-
телям ферриты, изготавливаемые методами порошковой металлургии, обладают
большими преимуществами перед металлическими магнитными сплавами, в част-
ности высоким электрическим сопротивлением, исключающим возникновение
магнитных потерь при эксплуатации в переменных полях высокой частоты.
В настоящее время в качестве магнитотвердых материалов наибольшее распро-
странение получили бариевые, стронциевые и кобальтовые ферриты с ваданиой
структурой. Благодаря преимуществам перед литыми магнитами объем произ-
водства магиитотвердых ферритов значительно превосходит выпуск всех других
видов магиигов. Среди магиитомягких материалов наиболее широко распро-
гтанены марганеп-цинковые, иикель-цинковые, литиевые, магний-марганце-
иттриевые и другие ферриты. и
В *На основе ферритов выпускают кольцевые, овальные, стержневые диско-
ле подстроечные, пластинчатые, трубчатые, Ш-образные, П-образные, броне-
«ые' сердечники для отклоняющихся систем телевизоров и другие сердечники
гТожной конфигурации. Освоено также производство пленочных ферритов на-
носимых осаждением, конденсацией в вакууме, катодным распылением, плаз-
менным напылением и другими методами. Эти ферриты применяют для создания
пленочных индуктивных элементов и магнитных миниатюризованных элемен-
тов ЭВМ, в СВЧ-технике, пря изготовлении ферритных преобразователей упру-
гих СВЧ-колебаний и в некоторых других объектах новой техники.
Во многих областях техники, в первую очередь электронно-вычислитель-
ной, находят широкое применение ферриты е прямоугольной петлей гистерезиса,
позволяющие снизить потери энергии при перемагничивании. Ферритовые
магниты используют также в механизмах с магнитной связью — в тормозах,,
муфтах, подъемных и удерживающих устройствах, узлах автомобилей, бытовых
приборах. Наложение магнитного поля при операциях формования или охлаж-
дения после спекания позволяет получать магниты с анизотропными свой-
ствами.
Высокое качество ферритовых магнитов предопределяет широкое развитие
их производства. Общий объем выпуска ферритов в мире в 1976 г. достиг
ПО тыс. т. Большое влияние на развитие научно-исследовательских работ
и расширение производства ферритов в стране оказали такие фундаментальные-
монографии, как Н. Н. Шольца и К. А. Пискарева «Ферриты для радиочастот*
(1966 г.); Л. И. Ребкииа, С. А. Соскина и Б. Ш. Энштейна «Ферриты. Строе-
ние, свойства, технология производства» (1968 г.); Б. Е. Левина, Ю. Д. Тре-
тьякова и Л. М. Летюка «Физико-химические основы, свойства и применение-
ферритов» (1979 г.) и др.
В последние десятилетия исключительно быстрое развитие получили
электро- и радиотехника, энергетика и приборостроение. Методы порошковой*
металлургии для удовлетворения потребностей этих наиболее современных
направлений технического прогресса позволили создать ценные материалы для-
резисторных и сверхпроводниковых устройств, термоэлементов с высокими зна-
чениями ЭДС и др.
Методы порошковой металлургии сыграли большую роль в развитии атом-
ной энергетики, в частности для изготовления порошков активных металлов —
урана, тория, плутония и их соединений. Для переработки их в изделия широко-
применяются методы горячего прессования, прокатки и экструзии порошков.
В поглощающих элементах атомных реактивов используются порошки
изотопа бора или его соединения с углеродом и переходными металлами, кото-
рые перерабатывают в таблетки прессованием порошковой шихты и спеканием.
В поглощающих элементах дисперсионного типа частицы борсодержащих со-
единений диспергированы в керамической или металлической матрице. Таким*
обрзом, методы порошковой металлургии позволили создать материалы для
наиболее ответственных узлов атомных реакторов.
Обшвриая информация о методах изготовления и свойствах материалов*
Для атомной энергетики обобщена в работах А. С. Займовского, В. В. Калашня-
гкмлВ С- Головкана «Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов»
(Г"о2 г.); В. С. Емельянова и А. И. Евстюхина «Металлургия ядерного горю-
(1968 г У; В. В. Герасимова и А. С. Монахова «Материалы идерной техники*
0973 г.).
Из краткого обзора основных направлений развития порошковой металлур-
ии видно огромное значение материалов, изготавливаемых методами порошко-
вой металлургии, для развития техники. Они используются для решения важ-
„ ших проблем развития новой техники, а также для повышения техиического-
Ши°ВНЯ совРемеииы* машин и механизмов, в огромном количестве деиствую-
хмв Различных отраслях народного хозяйства.
т₽лЛетоды порошковой металлургии, базирующиеся на глубокой разработке-
сопопТИЧеских осиов синтеза новых материалов и процессов их изготовления-
ат неИ:чеРпаемые возможности создания материалов с уникальным»
ствами. Можно предвидеть, что дальнейшее развитие порошковой метал-
л е чтением важнейших проблем энергетики, элскт-
лургии будет тесно свизано«(решен и, машиностроения, радиотехники
ротехники, транспорта, к°мниоч^ех„ики, химической И металлургической про-
и электроники, вычислительной тех хозяйства.
мышленвости и других отраслей иар ошковой металлургии в промышлею
Расширение внедрения техно' так как она наименее энергоемка,
кость позволят Ум®нД™йких материалов для газовых турбин приведет к ио.
Разработка »°»« конструкционные и антифрикционные материалы
вышенкю их КПД- новы счвт уменьшения потерь в производстве
дадут большую экономию м й механизмов. Широкое применение защит-
И продления ,сРДкзаВОдповысить срок службы конструкций, износостойкость
fitJX ПОКрьп**» МЯП1ИН *
-инструментов и дета леи ма магнитные материалы из порошков металлов
Новые мекХкДо™ность улучшить параметры работы различных прибо-
я ферриты и вычислительной технике, а разработка новых жаро-
ров в электро-, радио й материалов позволит создать новые атомив-
^гетическТ/стаиовки е более высокими рабочими параметрами и т, д.
РАЗДЕЛ I
ПОРОШКИ МЕТАЛЛОВ, СПЛАВОВ
И ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ
ГЛАВА 1
ПОРОШКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
1.1. Введение
Металлические порошки и порошки металлических сплавов являются ос-
новным сырьем для производства изделий методами порошковой металлургии:
конструкционных, антифрикционных, пористых, уплотнительных, электротех-
нического назначения, коррозионностойких, жаропрочных и др. Металличе-
ские порошки (под этим названием здесь и далее понимаются и порошки метал-
лических сплавов) используют также для нанесения на поверхность деталей
износостойких и коррозионностойких покрытий. Порошки служат сырьем
в сварочной технологии. Их прокатывают в ленту, которая используется для
наплавки. Железный порошок вводят в обмазку электродов для увеличения
производительности процесса сварки и ликвидации токсичных выделений при
использовании ферромарганца. Порошки металлов применяются в различных
отраслях народного хозяйства: в медицине, где восстановленный железный
порошок используется в качестве лекарства; в сельском хозяйстве — для маг-
ви1иой сепарации семян; в полиграфии — для -специальных видов печати;
в машиностроении — для создания магнитных порошковых муфт и др.
Производство и применение металлических порошков было начато в дале-
кой древности. Методы получения порошков драгоценных мегаллов (серебро,
золото) описаны в древнеегипетских рукописях за 3000 лет до н. э. Так, в запи-
сях, найденных в гробнице Тутанхамона, указывается, что рукоятки кинжалов
украшены порошковым золотом. Найдены украшения (раковины), изготовлен-
ные из золотого порошка со сферической формой частиц. Инки еще задолго
ДО открытия Америки использовали порошки драгоценных металлов для изго-
товления изделий. В 1826 г. русский горный инженер П. Г. Соболевский разра-
ботал способ получения монет и медалей из порошков платины.
Производство металлических порошков в СССР началось в 1923 г. с полу-
®ИИя порошков вольфрама. Первый порошок электролитического железа полу-
ян в 1932 г. Промышленное производство восстановленных железных порошков
освоено в 1942 г.
ляе_?Аиим из самых ранних способов получения металлических порошков яв-
Изгот* метод восстановления металлов из их оксидов. Еще тысячи лет назад
ния ^?ЛИвали металлические изделия из железа, минуя стадию их расплавле-
nouoni снов°й производства были восстановленные порошки либо спекшаяся
порошкпВал Губка- Железный век начался с разработки методов получения
У В м°В0” ГУ6КИ восстановлеиием железа из его оксидов.
технолог«Т°ЯЩем ₽азделе приведены сведения о способах производства, физико-
Рошк/м. „ческих характеристиках и областях применения металлических по-
в и методов контроля их свойств.
2 5-359
(J. Основные методы производства металлически» порошков
Основными промышленными методами получения металлических порощков
являются: восстановление оксидов твердыми восстановителями и газами; рас.
пыление жидких металлов с помощью воздуха, газов, центробежных сил, удар,
ных воздействий с последующим низкотемпературным восстановлением; элект-
ролиз водных растворов или расплавленных сред; диффузионное насыщение из
точечных источников; синтез их элементов; метод обменных химических про-
пессов; диссоциация карбонилов; метод испарения и конденсации. Известны
также многие другие методы, которые не нашли широкого применения, и по,
згому здесь не приводятся.
Восстановление металлов из их оксидов — один из наиболее распростра-
венных методов получения металлических порошков. Этим методом производят
порошки железа, меди, никеля, вольфрама и других металлов, а также порошки
сталей, металлических сплавов — легированных и нержавеющих сталей, ни-
хрома, иивара и др.
Методы восстановления оксидов классифицируюгсяпо применяемому вос-
становителю и агрегатам, виду шихты и методу ее подачи в зону восстановле-
ния, давлению восстановительных газов и температуре процесса (рис. 1.1).
Характеристики основных промышленных методов производства порошков при-
ведены в табл. 1.1.
Рис. 1.1, Схема процессов получения металлических порошков восста»
яовления металла из оксидов
Таблица
порош»08
Метод
Характеристики основных методов получения металлических
Сущность метода
Получаемый
порошок
Исходное сырье
Восстановление во-
дородом, оксидом
углерода и их сме-
сями (конвертиро-
ванный природный
газ; эндогаз; гене-
раторный газ; дис-
социированный ам-
миак)
Восстановление уг-
леродом (сажа, гра-
фит, древесный
уголь, кокс, карби-
ды металлов
Комбинированное
восстановление га-
зом и углеродом
(природный конвер-
тированный газ -|-
4-сажа; обогащен-
ный доменный газ-}-
4-сажа)
Металлотермиче-
ское восстановление
натрием, магнием,
кальцием или гид-
ридом кальция
МеО 4- Н2 2: Me 4- Н2О МеО 4- СО Me 4- СО2 МеГ 4- Н2 Me 4- 2НГ Восстановленную губку измельчают, классифици- руют и отжигают МеО 4- С Me 4- СО Ме^О^, -j- г/Ме^Сд^ (хп 4- ут) Me 4* J/nCO Восстановленную губку измельчают, классифици- руют и подвергают пов- торному отжигу МеО 4- Н2 qt Me 4- Н2О МеО 4-СО 2: Me 4-С02 Н2О4-С^СО4-Н2 СО24-С^2СО Восстановленную губку измельчают и классифи- цируют Fe W, Ni, Re, Mo, Са, Си Легированные сплавы и стали Fe, Nb, W Fe Окалина, рудный концентрат Химические соеди- нения, чистые ок- сиды, их смеси Смеси оксидов же- леза, никеля, воль- фрама, молибдена е небольшим (до I %) содержанием Хрома или марган- ца Оксиды металлов, рудные концент- раты Окалина, супер- концентрат
МеО 4- [ТВ]:* [ТВ]О4- 4- Me Kj-MeFy 4- {у — х) X X [ТВ] Me 4-(#— х) X X[ТВ]F МеГх 4- - [ТВ] Me 4- T?, Zr, Ta, Nf. Cr, Nb Легированные порошки ста- лей и сплавов Оксиды, комплекс- ные фториды (Та, Nb, Zr), галоге- ниды металлов, смесь железного порошка с оксида- ми металлов
+ -J[TB]r4 МеО 4~ СаН2 ~4~ Me 4- 4- СаО 4- Н2 ТВ—Na, Са, Mg; х, у, «—числовые ко- эффициенты, показываю- щие количество атомов в молекуле; Me—Та, Nb, Zr и др. Последующая обработка продукта восстановле- ния слабым соляно-кис- лым раствором и водой, сушка и дополнитель- ный отжиг •
Метод Сущность метода Получаемый порошок Исходное сырье
Восстановление га- зами с наложением электрического или магнитного поля МеО + Н2 [СО] Me + -)-Н2О[СО2] Наложение магнитного поля, с помощью кото- рого из магнитных ок- сидов образуется флоку- лированный слой, легко проницаемый для газа- восстановителя Fe Окалина, супер?, концентрат
Восстановление ме- таллов водородом из водных раство- ров солей в авто- клавах Восстановление ионов металла в водных раст- ворах солей водородом при повышенных темпе- ратурах (до 200 °C) и давлении до 5 МПа в автоклавах Си, Ni > Отходы или амми- ачные комплекс- ные соли металлов
Распыление жидко- го металла возду- хом или газами Диспергирование струи расплавленного синтети- ческого чугуна воздухом под давлением 0,4-г- 1,5 МПа. Сушка и вос- становление порошка- сырца с содержанием О/С « 2. Распыление газами струи расплавленного металла заданного состава под давлением 0,5—1,0 МПа. Сушка и восстановитель- ный отжиг порошка Fe Быстрорежу- щие и нержа- веющие стали (латуни, брон- зы, медь, оло- во, цинк, фер- росплавы, сви- нец, железо) Синтетический чу- гун, стальной скрап Металл заданного состава
Распыление рас- плавленного метал- ла водой Распыление расплавлен- ного металла струей во- ды под давлением 10-> 12 МПа Легированные стали (бронзы, латуни, нержа- веющие стали, порошки цвет- ных металлов) То же
Распыление жидко- го металла центро- бежными силами в вакууме или за- щитной среде Нагрев низкотемператур- ной плазмой торца бы- стровращающегося элект- рода Порошки туго- плавких метал- лов, жаропроч- ных и специ- альных спла- вов .,4» » в
Электролиз водных растворов Осаждение металличе- ского порошка из вод- ного раствора соли при пропускании Постоянно- го тока, сушка и восста- иовительный отжиг Fe, Ni, Со, W, Мо, Си, Сг, Fe—Ni, Fe— Ni—Mo, Ni— Си, Ag Растворы сульфат- ных солей метал- лов с сульфатом аммония, нашаты- рем и др.
— —
Метод | Сущность метода Получаемый порошок Исходное сырье
Электролиз рас- плавленных солей Осаждение металличе- ского порошка из раст- воров расплавленных солей под действием по- стоянного тока при тем- пературе электролиза 700—800 °C» Промывка растворами щелочей и кислот. Сушка или ва- куумное испарение ос- татков электролита Та, Nb, Ab, Zr, Th, Be, Ti Смеси оксидов е комплексными фто- ридами металлов и галогенидами ще- лочных металлов
Диффузионное на- сыщение нз точеч- ных источников Выравнивание концент- раций реагирующих ве- ществ, находящихся в замкнутом объеме с ре- гулируемым давлением, их хлорированием и пе- реносом через газовую фазу, которая образу- ется в результате ряда повторяющихся реакций: NH4C1 NH3 -J- НС1 Me’.-HHCl-^-Me’CLH- + н2 Ме’О + 2НС1 + С 5= 2* МетС12 + со + Н2 Л1е’С12 + Меп 5: 5: Me1 + МеиС12 МепС12 + Н252 5: Me" + НС1 40X, ХВГ, 65Г, X6, X13, Г12, X18, X18H12, X20H80, X23H17, X30, . X17H2 и др. Железный поро- шок, порошок-сы- рец после распы- ления, порошки легирующих ме- таллов или их ок- сиды
Разложение карбо- нилов МеЛ(СО)^-+хМе + уСО Термическая диссоциация карбонилов при темпера- туре 200—300 °C Fe, Ni, Co Восстановленная губка для синтеза карбонилов по ре- акции хМе + t/СО = = Меж (СО)у
Размол в вихревых мельницах Размол исходного про- дукта в вихревой мель- нице, рабочее простран- ство которой заполнено защитной газовой сре- дой. Измельчение взаим- ным соударением частиц в вихревых потоках, соз- даваемых быстровраща- ющимися билами. После размола отжиг порошка в защитной среде Железо, сталь, бронза Стружка, кусочки проволоки
Метод Сущность метода Получаемый порошок Исходное сырье
Измельчение в мельницах, ступах, толчеях, аттрито- рах, дезинтеграто- рах Измельчение за счет ударов и истирания. Раз- мол хрупких или спе- циально охрупченных материалов После из- мельчения отжиг порош- ка для снятия наклепа Fe.Al, бронзы Электролитические осадки и восста- новленные про- дукты металлов
1.3. Маркировка по ГОСТу, составы,
свойства и применение порошков
В соответствии с Государственными стандартами СССР большинство порош-
ков обозначаются буквой П, затем следует буква, указывающая на материал
порошка. В обозначение обычно входят буквы и цифры, характеризующие
химический и гранулометрический составы порошков и их технологические
свойства (табл. 1.2).
Производство порошков в стране освоено на предприятиях Миичермета
СССР (железные и легированные порошки) и Минцветмета СССР (порошки
цветных металлов). Составы, свойства и применение порошков, регламентиро-
ванные стандартами и отраслевыми техническими . условиями, сведены
в табл. 1.3 и 1.4.
1.4. Алюминиевые порошки и пудра
t
Алюминиевые порошки и пудра выпускаются промышленностью различных
видов. Крупные порошки (крупки) используют для производства ферросплавов
для алюмотермического восстановления. Пудру используют в виде красок
и для производства материалов типа САП, порошки — для производства порош-
ковых деталей. Алюминиевую пигментную пудру применяют для окраски ме-
таллоконструкций, станин, деревянных изделий. Каждый вид порошка, крупки
или пудры выпускается по соответствующему ГОСТу или ТУ (табл. 1.3 и 1.4).
Основную массу порошков алюминия изготовляют распылением расплава.
Схема производства алюминиевой пигментной пудры отличается от произ-
водства обычных порошков и включает такие операции: плавление алюминия
в газовой печи; распыление жидкого алюминия азотом в приемник, заполнен-
ный азотом; рассев порошка по фракциям и возврат крупных фракций на пере-
плав; размол мелких фракций в шаровых мельницах в среде азота и пневмо-
сепарация; полирование пудры вращающимися волосяными щетками в бараба-
нах в среде азота с добавлением парафина. <.
Разновидностью процесса получения пудр является толчение в’ ступах
обрезков фольги.
1.5. Железный порошок
Железные порошки в промышленных масштабах производят восстановле-
нием окалины комбинированным способом (Днепровский алюминиевый завод,
Научно-производственное объединение Тулачермет), твердым
восстановителем (Сулииский металлургический завод). Освоено производство
железных порошков распылением синтетического чугуна с последующим огжи-
иоп.«>У?Р0ШК\’сыРца в конвертированном газе (Броварской завод порошковой
металлургии), чистые железные порошки марок ПЖО и ПЖ1 (по ГОСТ 9849—74
38
Таблица 12. Обозначения металлических порошков по ГОСТу
Порошок J Обозначение Пример обозначения ГОСТ
Пор°шКИ металлов Алюминиевый Железный См. табл. 1.3 и 1.4 Буквами ПЖ и цифра- ми (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), указывающими марку по химическому составу, затем буквами, характеризующими класс гранулометрического со- става (К — крупный, С — средний, М — мел- кий, ВМ — весьма мел- кий) и подгруппу (1, 2, 3) по насыпной плотности ПЖ1М2 — порошок марки ПЖ1 по хими- ческому составу, класс мелкий по гра- нуломет ричес кому составу и подгруппа 1 по насыпной плот- ности 9849—74
Иридиевый аф- финированный Буквами ИА и в зависи- мости от химического состава цифрами 1 или 2 (через дефис) ИА-1 —иридиевый порошок аффиниро- ванный марки 1 по химическому составу 12338—81
Кобальтовый электролитиче- ский Буквами ПК и в зави- симости от химического состава цифрами 1у, 1 или 2 (через дефис) ПК-1у — порошок кобальтовый по хи- мическому составу 'Ьоответствует марке пк-iy 9721—79
Медный элект- ролитический Буквами ПМ и в зави- симости от физико-хими- ческих свойств буквами С (стабилизированный),. К (конопаточный), Н (низкодисперсный). А, у, в — специальные свойства ПМС-Ву — порошок медный стабилизиро- ванный для авиаци- онной промышленно- сти 4960—75
Никелевый карбонильный Никелевый электролитиче- ский Оловянный Буквами ПНК и цифра- ми (через дефис), харак- теризующими группы (0, 1, 2),> по химиче- скому составу, группы (Т, Л, К) и подгруппы (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) по насыпной плот- ности Буквами ПНЭ и цифра- ми (через дефис), харак- теризующими группу по химическому составу (1, 2, 3) Буквами ПО и в зави- симости от химического и гранулометрического состава буквой Э и циф- рами 1, 2 з ПНК-ОТГ — порошок никелевый карбо- нильный Группы 0 по химическому со- ставу, группы Т и подгруппы 1 по на- сыпной плотности ПНЭ-1 — порошок никелевый электро- литический первой группы 1 по хим»- ческому составу , ПОЭ — порошок оло- вянный марки Э (электрод итический) 9722—79 9722—79 9723—79
Порошок Обозначение Пример обозначения гост
Палладиевый Буквами ПдАП (Пд — палладий, А — аффини- рованный, П — порошок) и в зависимости от хи- мического состава циф- рами t или 2 (через де- фис) ПдАП-2 — палладий аффинированный в порошке марки 2 по химическому со- ставу 14836-82
Пкатииовый Буквами ПлАП (Пл платина, А —аффиниро- ванная, П — порошок) и в зависимости от хи- мического состава через дефис цифрами 0 (выс- шая марка), 1 (первая марка), 2 (вторая марка) ПлАП-0 — платина аффинированная в порошке высшей марки по химическо- му составу 14837—79
Родиевый аффи- нированный Rh-Al (А — аффиниро- ванный, 1 — марка по химическому составу) Rh-Al — родий аф- финированный мар- ки 1 по химическому составу 12342—81
Свинцовый Буквами ПС и в зави- симости от грануломет- рического состава бук- вой А и цифрами 1 или 2 ПСА — порошок свинцовый е грану- лометрическим соста- вом марки А 16138—78
Серебряный Буквами ПС и цифрами 1 или 2, указывающими гранулометрический со- став ПС1 —порошок се- ребряный е грануло- метрическим составом марки 1 9724—61
Цинковый Буквами ПЦ и в зави- симости от способа из- готовления цифрами 1, 2, 3, 4, 5 (мелкозерни- стый, изготовляемый ректификацией), 6 (круп- нозернистый, изготовля- емый способом распыле- ния) ПЦ4 — порошок цин- ковый марки 4 по хи- мическому и грану- лометрическому со- ставам 12601—76
Порошки та л л и ч е- ски х спла- вов
Алюминиево- марганцевый ПАМр-10 (порошок алю- миииево-марганцевый со средним содержанием марганца 10 вес. %) ТУ 48-28— 390—74
Порошок — - - . . Продолжение табл 17
Обозначение Пример обозначения гост
длюминиево- титановый АСД-Т ГОСТ 5.16607—72
Алюминиевый, содержащий кремний, никель, железо САС-1 и САС-2 (1 и 2 — химический состав) ТУ 48—21—- 447—75
Бронзовый Так же, как и литые бронзы, и буквой П пе- ред маркой ПБрОЦСЗ-7-5 — по- рошок бронзы с сред- ним содержанием олова 3%, цинка 7 %, свинца 5 % (мае.) . Не стандарти- зованы
Латунный Так же, как и литые латуни, и буквой П пе- ред маркой ПЛ65Н5 — порошок латуни с содержани- ем меди 65 %, цин- ка 30 %, никеля 5 % (мае.) То же
Высоколегиро- ванные стали и сплавы Буквой П; буквы и циф- ры, следующие за ней, обозначают соответству- ющую марку стали, а цифра после дефиса — группу порошка по со- держанию примесей (X — хром; Н — никель; Т —- титан; М молиб- ден) ПХ18Н15-1 — поро- шок ст али марки Х18Н15, относящей- ся к первой группе по содержанию при- месей ГОСТ 13084— 67
Нержавеющие хромоникеле- вые стали (рас- пыленные) Буквами ПР (порошок распыленный); буквы и цифры, следующие за буквой Р, обозначают соответствующую мар- ку нержавеющей стали. Десятичная дробь после тире — фракция порош- ка по гранулометриче- скому составу, буквы А или Б после второго дефиса — группа по на- сыпной плотности ПРОХ J8H10-0.3-A— порошок хромонике- левой нержавеющей стали марки 0Х18Н10, полученный распы- лением, фракция 0,3 и группа А по на- сыпной массе ГОСТ 14086—68
начнёт ₽п»лМ * 4 а я и е- На желозный порошок подготовлен проект нового ГОСТа, кот^-Д
с 1956 г- По ЭТО“У ГОСТу после 6уквы Ж » s® 4 5) “о*
’ТУПпи *0™4ecTB° марок по химическому составу Уменьшается до пяти (I, 2. 3, „ . Д
Ческий Васыпн°й плотности будут обозначаться числами 22, 24,26, 28 н 32,J"Pa”y
новое! п5аЛ по максимальной плотности зерна - 450. 160. 71. Пример обозначений мари».
е" ПЖВ2Д60.26-, старое - ПЖ2М2.
М. _ * _ _ - » Я Уимнческий и г«аыу.ппмр.тпический составы, методы изготовления
I а О Л ица " - Порбшок. ГОСТ или ТУ Марка Метод изготовления, исходное сырье Основное применение
Крупка алюминие- вая, ТУ 48-21— 202—72 КАР Распыление жидкого ме- талла. Первичный алю-. мнннй марки не ниже А5 (поГОСТ 11069-74) Алюмотермическое восстановление бария из его оксида
То же А КП Распыление жидкого ме- талла. Первичный алю- миний марки не ниже А5 (по ГОСТ 11069—74) Производство ферро* спланов
Алюминиевый пер- вичный, ТУ 48— 05—80—73 АП Распыление жидкого ме- талла. Первичный алю- миний марок 15—h.7 (по ГОСТ 11069—74) , ' Металлургическая промышленность
Алюминиевый вто ричвый, ТУ 48— 5—152—78 АПВ Распыление жидкого ме- талла. Вторичный алю- миний чушковый (по ГОСТ 295—73) или из алюминиевого лома • То же
Алюминиевый с до бавкой титана ГОСТ 5—16667— 72 (присвоен Госу дарственный Зна1 качества) t » АСД-Т Распыление расплавлен- ного металла нагретым азотом. Алюминий пер- вичны^ марки не ниже Аб (nd ГОСТ, 11069— 74). Титан губчатый марки ТГ твердостью НВ не выше 1200 МПа Для синтеза алюми- иийорганических сое- динений
Алюминиевый пер Ьичиый, ТУ 48— 5—36—78 АПЖ Распыление расплавлен- ного металла. Первич- ный алюминий марки А8 (по ГОСТ 11069—5 74) Для производства жаропрочных сплавов
Алюминиевый дис- персный, ТУ 48-т 01—82—71 ПАД РаспыАение расплавлен- ного алюминия азотом. Первичный алюминий марки А7 (по ГОСТ 11069—74) Для использования в качестве ваполнителя в смесях со смолами на Волжском автоза- воде
Примечание. В порошке 42 АПЖ содержание Zn<0,08 %, а порошке АСД-Т стер*
1 „пименение алюминиевых порошков
т Массовая ДОЛЯ.%
Л Fe Si Си
Гранулометрический
состав
Масса
партии
ие бо-
лее, т
Масса одной
банки не бо-
лее, кг
—-+ Основа 0,35 0,3 0,03 Удельная поверх- ность по прибору ПСХ-4 не менее 1600 сма/г 1,0 Объем 50 л
97,0 0,5 0,3 0,05 Остается на сите № 1, 25 (по ГОСТ 3584— 73) не более 10 %. Проходит через сито № 01 не более 15% 10 60
98,0 0,4 0,3 0,03 На сетке № 2 (по ГОСТ 3584—73) ос- таток не должен пре- вышать 5 % и пол- ностью проходить че- рез сетку № 2, 5 15 80
85.0 • • * < • • « » На сетке № 2 оста- ток ие должен пре- вышать 5 % 15 80
99,0 * * * » « • . . . Остаток на сите № 0125 не более 0,25 % (по массе). Удельная поверх- ность 0,10—0,16ма/г. Форма частиц сфе- рическая 3 Объем 50 л
96.0 0,2 0,12 0,01 Порошок должен полностью проходить через сито № 2, 5 по ГОСТ 3584—73 10 80
99.0 0,2 0,17 р • • Остаток на сите № 01 не более 5%; на сите № 014 — не более 0,5 % (но- мера сеток по ГОСТ 3584—73) 2 Объем 40—50 л
ЖаНие TJ 0.35—0.60 %.
т.Лпмпа 1.4. Пудры алюминиевые .
Ма давая
Нудра. ГОСТ ыли ТУ Метод изготовления, исходное сырье, форма частиц Основное применение Марка Алюминий активный Эксид алю- миния
Алюминиевая пигментная, ГОСТ 5494—71 Тонкое измельчение— истирание, первич- ный алюминий марок А5-А7 (поГОСТ 11069—74), пластинчатая форма, легкомажущнйся про- дукт серебристо-серого цвета Пигмент кра- сок и резино- вых клеев ПАП-1 ПАП-2 * « • * г* •<
Алюминиевая для радиолами, ТУ 48-21-175-2 Истирание заготовки диаметром 10—14 мм, длиной 10—20 мм из алюминия марок А-99 или А-97 (по ГОСТ 11069—74) в жидкой среде осве- тительного керосина (по ГОСТ 4753—68) и последующее про- мывание авиационным бензином (по ГОСТ 1012—72), леткопылящийся и ма- жущийся продукт, частицы серебристого цвета формы лепест- ков или чешуек Для изготов- ления прессо- ванных гет- терных табле- ток для радио- ламп 85—94 ? »
Алюминиевая комковая, ГОСТ 10096—76 Истиранием из пер- вичного алюминия марок не ниже Аб (по ГОСТ 11069—74), продукт серого цвета Для изготов- ления тепло- прочного де- формируемого, материала ти- па САП АПС-1А АПС-1Б АПС-2 АПС-3 Осталь- ное То же » 6-8 6—8 9—12 13—17
Алюминиевая комковая, ТУ 48-21-436-74 Истиранием из пер- вичного алюминия марки не ниже А7 (по ГОСТ 11069-74), продукт серого цвета, частицы имеют метал- лический блеск АПС-3 АПС-4 Г 13-18 18—23
«юи^Лй “Jo49B ?/ Л™ п°Р°ш«ов марок ПАП-1, ПАП-2 содержат» Мп < 0,01; для порой
примесей <0,2 о %, Кроющая способность пудр ПАП-1 >7009 см1/^ ПАП-2 >10000 см’/г>
Тав л ива 1.5. Насыпная плотность, гранулометрический и химический соу4вц
............................. — ’ Содержание Вастиц,
Марке ворошке ТЯ. *7“’ (I группа) <2,5 до 0,45 <0.4 В -сО,45 до 0,25 <0,25 до 0,16 <0,16 до 0.Ю КОЛО —*——. -
пжок1 2,0—2,5 90—100 0—10 б'*-’ а а «
ПЖ0К2 2,6—3,0 90—100 о—ю -• А • X a W
ПЖОКЗ ЛЖ0С1 ПЖ0С2 пжосз ПЖ0М1 ПЖ0М2 ПЖОМЗ >3,1 2,0—2,5 2,6—3,0 >3,1 2,0—2,2 2,3—2,5 >2,6 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—Ю0 90—100 0—10 0—10 о—ю 0—10 о—ю 0—10 0—10 15—30 15—30 15—30 15—30 15—30 15—30 30—50 30—50 30—50 0—1,5 0—1,5 0—1,5 10—30 10—30 10—30 10—30 10—30 10—30 р-ю )—10 1—10
ПЖОВМ! 2,0—2,2 90—100 0—10 15—30 *' ч • **» «.»»
ПЖ0ВМ2 2,3—2,5 90—100 о—ю 15—30 • <ж а- * аг>
ПЖОВМЗ >2,6 90—100 0—10 15—30 « а '» * * * а • *’
ПЖ1К1 2,0—2,5 90—100 0-10 . а . • » • • « » •
ПЖ1К2 2,6—3,0 90—100 0—10 « • • • *»а
ПЖ1КЗ >3,1 90—100 0—10 а а • » • • • « •
ПЖ1С1 2,0—2,2 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 0—Ю з
ПЖ1С2 2,6—3,0 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 0—10
ПЖ1СЗ >3,1 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 О—ю
ПЖ1М1 2,0—2,2 90—100 0—10 • ее 0^* 1 >5 10—30
ПЖ1М2 2,3—2,5 90—100 0—10 ь ь * 0—1,5 10—30
ПЖ1МЗ >2,6 90—100 0—10 •. а > 0—1,5 10—30 »-• »
ПЖ1ВМ1 2,0—2,2 90—100 0—10 • а с »-> ’ - < « М а (
ПЖ1ВМ2 2,3—2,5 90—100 0—10 J»* • • • • «*• • * й
ПЖ1ВМЗ >2,6 90—100 0—10 «а а* •а в •
ПЖ2К1 2,0—2,5 90—100 0—10 а$» * « а а
ПЖ2К2 2,6—3,0 90—100 0—10 « ^а * • аса а а * f
ПЖ2КЗ >3,1 90—100 0—10 Йм а а . а За а » а Ч. '
ПЖ2С1 2,0—2,5 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 о—ю
ПЖ2С2 2,6—3,0 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 о—ю
ПЖ2СЗ >3,1 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 0—10
ПЖ2М1 2,0—2,2 90—100 0—10 Г-» 0—1,5 10—30 1« Я
ПЖ2М2 2,3—2,5 90—100 0—10 4 1. 0—1,5 10—30 • * ч
ПЖ2МЗ >2,6 90—100 0—10 * » i 0—1,5 10—30 a -i ае»
ПЖ2ВМ1 2,0—2,2 90—100 0—10 » > у
ПЖ2ВМ2 2,3—2,5 90—100 0—10 <* . - гЬ а • *^а
ПЖ2ВМЗ >2,6 90—100 0—10 • • Ь Ч» • • •
ЛЖЗК1 2,0—2,5 90—100 0—10 > • S • * а ж* <
ПЖЗК2 2,6—3,0 : 90—100 О—ю
пжзкз >3,1 90—100 0—10 . * J
11/КЗС1 ПЖЗС2 пжзсз ПЖЗМ1 ПЖЗМ2 пжзмз ПЖЗВМ1 2,0-2,5 90—100 0—10 15-30 30—50 10—30
2,6—3,0 >3,1 2,0—2,2 2,3—2,5 >2,6 2,0—2,2 90—100 90—100 90-100 90—100 90—100 90—J00 0—10 0—10 0—10 0—10 0—10 0 10 15—30 15—30 30—50 30—50 0—1,5 0—1,5 0—1,5 10—30 10—30 10—30 10—30 10—30 0—10 о—ю а ж *
ЛЖЗВМ2 пжзвмз 2,3—2,5 >2,6 90—100 90—100 6—16 0—10 %.. И а • Я а-Ч * •>* * • •
40
9849—’
«еле»¥ых nuvui"— у -
1 мм лимический ссстав, % С. пазйром» *"и . - — /Р
» <СО,А до 0.0? 1 «co,a7t до 0,056 •<0,071 до 0,045 <0,056 <0,045 Элементы Массовая доля
• • 20—35 20-35 20-35 0-5 0-5 0—-5 • •• »• • 20-35 20-35 20—35 0—5 0-5 0-5 • в ♦ « • * • * » • • < • • * 20-35 20—35 20—35 0—5 0—5 0—5 • •• «»» • • • 20—35 20-35 20—35 0-5 0-5 0-5 • » « w • • • • « » » • • 10—30 10—30 10—30 Ж а В • * • >•» • • • « Ж Г 10—30 10—30 10—30 • • « • Ж • В • » ж • « ю—зо 10—30 10—30 И » «»• • ** Ж »• • •• а • я 10—30 10—30 10—30 • ж « * • * * в « « а » а а 20—30 20—30 20—30 » • «г в а ж а в « f ж * а а * ж а ж « ж * • • 20—30 20—30 20—30 * а * в а ж в в- а • а * * • • • «f- а а ж 20—30 20—30 20—30 f * ж а к а • а а а а • * в в ж а « 20—30 20—30 20—30 • » г » я в м а а * а « в • в « a J* о в-Л а ж а- • • •, ж 70—90 70—90 70—90 ж а а Ж • 70—90 70—90 70—90 * V - • > ж а Ч а • К а а а а а а 70—90 70—90 70—90 а а а • а а а ♦ а а а «а а а * а 70—90 70—90 70—90 ♦ я я а а » а в а а а а- 15—30 15—30 15—30 я • Я а а а га а ••а и. ? • • 15—30 15—30 15—30 ч» » • • • •> 4* * ** « • ж. • а а*. *** ** Wi^a » 15—30 15—30 15—30 ' . а • • • 15—30 15—30 15—30 • » а» * а а{ в в « ^еобщее С Мп S р О Остаток, не раствори- мый в НС1 Fe общее С Si Мп S Р О Остаток,- не растворимый в на Fe общее С Si Мп S Р О Остаток, не растворимый в на Fe * собщее С Si Мп S Р О Остаток, не растворимый в на >99,0 ж <0,02 <0,10 <0,015 <0,015 <0,015 <0,20 <0,25 >98,8 <0,03 <0,10 <0,10 <0,02 т <0,02 <0,20 <0,35 >98,8 <0,03 <0,10 <0,35 <0,02 <0,02 <0,20 0,30 >98,5 9 <0,08 <0,15 <0,40 <0,02 <0,02 <0,50 0,40
Марка ворошка Ти. г/т* fl группа) -*а*.ГИЦ,
<2,5 до 0,45 <0.45 <0,45 до 0»25 <0,25 ДО 0,16 <0,16 до 0,10 1 <0,10
ПЖ4К1 ПЖ4К2 ПЖ4КЗ 2,0—2,5 2,6—3,0 >3,1 2,0—2,5 2,6—3,0 >3,1 2,о—2,2 2,3—2,5 >2,6 2,0—2,2 2,3—2,5 >2,6 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 0—Ю 0—Ю 0—10 0—Ю •4 о» • 15—30 аал Ж * • 30—50 • ж а 10—30 < • » о—ю
ПЖ4С1 0—10 15—30 30—50 10—30 о—ю
ПЖ4С2 ПЖ4СЗ ПЖ4М1 ПЖ4М2 ПЖ4МЗ ПЖ4ВМ1 ПЖ4ВМ2 ПЖ4ВМЗ 6—10 0—10 0—10 0—Ю 0—10 0—10 0—10 15—30 » « « • г « « « 30—50 0—1,5 0—1,5 0—1,5 л ж'-#1 » а а а а » 10—30 10—30 . ю—зо 10—30 • • ч я о—ю • • а К » • г* ГЧГ' * г;а а •
ПЖ5К1 2,0-2,5 90—100 0—10 а а3 а Р • • Ж »-а
ПЖ5К2 2,6—3,0 90—100 0—10 * '• а а а « аь-чл*
ПЖ5КЗ ПЖ5С1 >3,1 2,0—2,5 90—100 90—100 0—10 0—10 a i 15—30 30—50 ю—зо awe а 0—10
ПЖ5С2 2,6—3,0 90—100 0—10 15—30 30—50 15—30 0—10
ПЖ5СЗ >3,1 90—100 0—10 15—30 30—50 15—30 0-10
ПЖ5М1 2,0—2,2 90—100 0—10 • -а * 0—1,5 10—30
ПЖ5М2 2,3—2,5 90—100 0—10 г < л 0—1,5 10—Зи ku.
ПЖ5МЗ >2,6 90—100 0—10 ♦ Ч • 0—1,5 10—30 Л
ПЖ5ВМ1 2,0—2,2 90—100 0—10 • а а. а-» • > а, » *
ПЖ5ВМ2 2,3—2,5 90—100 0—10 а -а а а а~а
ПЖ5ВМЗ >2,6 90—100 0—10 а. а ' а а а а *» а а •-
ПЖ6К1 2,0—2,5 90—100 0—10 а а а, • » а а « 90
ПЖ6К2 2,6—3,0 90—100 0—10 жав а. Я а Л а « 9. Я М
ПЖ6КЗ >3,1 90—100 0—10 а а • «а* Я *
ПЖ6С1 2,0—2,5 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 о—ю
ПЖ6С2 2,6-3,0 90—100 0—10 15—30 30-50 10—30 о—ю
ПЖ6СЗ >3,1 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 о—ю
ПЖ6М1 2,0—2,2 90—100 0—10 -а» 0—1,5 ю—зо
ПЖ6М2 2,3—2,5 90—100 0—10 а а 4 0—1,5 10—30 а * •.
ПЖ6МЗ >2,6 ро—100 0—10 ^а а л 0—1,5 10—30 а аГ*а
ПЖ6ВМ1 2,0—2,3 90—100 0—10 » а г а.'а'^а v
ПЖ6ВМ2 2,3—2,5 90—100 0—10 а а м - •a-а а. ж аь^е
ПЖ6ВМЗ >2,6 90—100 0—10 • а ♦ а * аг а а Ж
ПЖШ 2,0—2,5 90—100 0—10 а а а а а »
ПЖ7К2 2,6—3,0 90—100 0—10
ПЖ7КЗ ПЖ7С1 ПЖ7С2 ПЖ7СЗ ПЖ7М1 ПЖ7М2 ПЖ'/МЗ ПЖ7ВМ1 ПЖ7ВМ2 ПЖ7ВМЗ 48 >3,1 2,0—2,5 90—100 90—100 0—10 0-10 15—30 30—50 10—30 0—10
2,6—3,0 90—100 0—10 15—30 30—50 10—30 0—10
>3,1 2,0—2,2 2,3—2,5 >2,6 2,0—2,2 2,3—2,5 >2,6 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 0—10 0—10 0—10 0—10 0—10 0—10 0—10 15—30 * • • • < О в~а а 30—50 0—1,5 0—1,5 0—1,5 л а а ав «. а 10-30 10—30 10—30 10—30 0—10
П родолжение табл, t 5
размером, мм Химический состав, %
до :0,Ю 0.071 <0,071 до 0,056 <0,071 до 0,045 <0,056 <0,045 Элементы Массовая доля
1 * * а. а в а. а « • я ч * <• pg общее i^98,0
а * * ж Ж W * а
**< а а а • * «. с <0,12
« а а а в в • Ч. 1|-в • Si <0,25
< * *. w-A » Мп <0,50
20—35 * • а 20—30 а а * 15—30 S <0,03
20—35 20—30 • 15—30 р <0,02
20—35 * » 20—30 15—30 о <1,0
С 1—5 10—30 • а* 70—90 Остаток, не <0,50
С 1—5 10—30 а а а 70—90 • « • растворимый
С 1—5 10—30 а • 70—90 а • • в НС1
« « • а а а * « • • • в ^ебощее S>97,0
а а а а «.
ч» • • • V •- • а в а а • • а, * * № С <0,10
аа а » « • а о а 9 • ♦ а 4 Si <0,25
в* • •ЧЧ* ч» й Мп <0,60
20—35 ж » *• 20—30 15—30 Р <0.03
20—35 а « 1» 20.-30 *’* • 15—30 О <2,0
20-35 • а а 20—30 15—30
0—5 10—30 70—90 4 а- <
0—5 10—30 а аг о 70—90 гт» V
0-5 10—30 • •«> 70—90 > а а
• 44 • • *5 Ер * собщее >96,0
• • а а « а 4 • < • а « j
... . а * 4 а а
« а » а а * Я в л * • Ж С <0,25
* • * а л а «а а * • а Si <0,45
* а «, *;• i..- Мп <0,70
20 —35 в • в 20—30 4 а а 15—30 S <0,05
20 —35 *• *> 20—30 «а а 15—30 р <0,05
20—35 в . « 20—30 . . • 15—30
0 1—5 10—30 а « а 70—90 * *
0 -5 10—30 « " 4 70—90
0 1-5 10—30 а а ® 70—90 а в ♦
Я л »»» а • •> аа- • • « ^еобщее >94,0
г а а а а а * * а а а «
.. J ♦ а * а а
»«* *»» »г( а « а • • -w Si <0,50
• « • а а а * а « »• а Мп <0,50
V * i я t> • . U Са <0,02
2( )—35 ♦ 20—30 jt • • 15—30 Mg <0,02
2( —35 »"а а 20—30 жв -i 15—30 Al <0,08
2( —35 te-я а 20—30 15—30 Ti <0,02
0—5 10—30 • f* 4? 70—90 яЪ а
0—5 10—30 • а а 70—90 raw
J—5 10—30 70—SO • 4» ft.
Марка порошка Ти- г/см* (I группа) <2,5 до 0,45 <0,45 <0,45 до 0,25 <0,25 до 0.16 Содержав <0,16 до 0,10 не <0,0
ПЖ8К1 2.0—2,5 90—100 0—10
ПЖ8К2 2,6-3,0 до—100 0—10 о—ю 0—10 0—10 о—ю 0—10 0—10 0—10 0—10 « - wl
ПЖ8КЗ ПЖ8С1 ПЖ8С2 ПЖ8СЗ ПЖ8М1 ПЖ8М2 ПЖ8МЗ ПЖ8ВМ1 >3,1 2,0—2,5 2,6—3,0 >3,1 2,0—2,2 2,3—2,5 >2,6 2,0—2,2 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 90—100 15—30 . 15—30 15—30 30—50 30—50 30—50 0—1,5 0—1,5 0—1 л 10—30 10—30 10—30 10—30 10—30 10—30 » » * 0—10 0—10 0-10 F » * « • <• • * а •
ПЖ8ВМ2 ПЖЗВМ8 2,3—2,5 >2.6 90—100 90—100 0—10 0—10 * * * • • », • га i-
Примечание. По проекту 26 — свыше 2,5 до 2,7 включений^ 28 - нового ГОСТа предусматриваются следующие нормы
-свыше 2,7 до 3,0 включений. « - - свыше Q,u включении.
содовым рафинированием выпускает Научно-производственное объединение
Тулачермет. Предусматривается производство этих марок порошков электро-
лизом расплавленных солей и повторным восстановлением в водороде порош-
ков марок ПЖЗ и ПЖ4.
Основными марками железных порошков по химическому составу для изго-
товления порошковых деталей машин являются ПЖЗ и ПЖ4. Порошки марок
ПЖО и ПЖ1 используют только для производства порошковых деталей, к кото-
рым предъявляются специальные требования (магнитно-мягкие е высокими
характеристиками, тонкостенные, сложной формы конструкционные детали со
значительной пористостью и др Порошки марок ПЖ5 и ПЖ6 применяют для
изготовления малоответственных порошковых деталей и для сварочного про-
изводства.
По новому проекту ГОСТа на порошок железный восстановленный устанав-
ливается только пять марок по химическому составу. Ниже приведена таблица
соответствия марок порошков по ГОСТ 9849—74 и по проекту нового ГОСТа:
Марки порошка по ГОСТ 9849—74 пжо ПЖ1 ПЖ2 пжз ПЖ4
Марин порошка по проекту нового ГОСТа ПЖВ1 — ПЖВ2 пжвз ПЖВ4
Марки порошка по ГОСТ 9849—74 ПЖ5 ПЖ6 ПЖ7 ПЖ8
Марка порошка по проекту нового ГОСТа ПЖВ5 Отменяется Отменяется Отменяется
пооошкляЧп₽гпа^ гранУломегРический составы и насыпная плотность железных
порошков регламентированы ГОСТ 9849—74 (табл. 1.5 и 1.6).
12 т. Паотия епгтпот * пРиемке предъявляется партиями массой не более
и категооии опилгп^-^^СреДИеНН0Г° поРошка одного смешения, одной марки
нологии₽ия 'rwnlnr°n^unrC^a’ группы и подгруппы, изготовленного по одной тех-
документом о клп₽стая°влаС0СТаВа И ПаРтии’ и Должна быть оформлена одним
50 кг ДопустимыйТВпаяйппСа 0ДН0Г0 Упаковочного места не должна превышать
партии железХ пп^Р^С значении насыпной плотности в пределах одной
партии железных порошков устанавливается в зависимости от класса (К, С»
Продолжение табл. 1.5
^1 размером, мм t Химический состав, %
io.io до -0.071 <0.071 до 0.056 <0.071 до 0.045 <0,056 <0,045 Элементы Массовая Доля
• • •• . . ь ... Fa общее >94,0
• • * » • • *
• Ч • « • ж-
• • * • * « • • • •. • Si <1,7
• •» • • • • •« « • « * • • Мп <0,03
• « • »•« ... Са <0,06
20—35 20—35 • • • 20—30 20—30 И • • 15—Зи 15—30 Mg Al <0^06 <0,4
20—35 . А 20—30 70—90 15—30 Ti <0,06
0—5 10—30 • • в ...
10—Зи ж * 70—90 • > .
0-5 10—30 » в • 70—90
нас ышой плотности, г/сма: 22 —до 2,3 включений, 24 — свыше 2,3 до 2,5 включений.
Таблица 1.6. Допустимый разброс значений насыпной плотности в пределах
одной партии железного порошка (ГОСТ 9849—74)
Класс Разброс значений тн в пределах одной партии, г/сма, для порошков
Группа I Группа И
Подгруппы Подгруппы
f 2 3 1 2 3
К 0,15 0,15 0,15 0,20 0,20 0,20
с 0Д5 0,15 0,15 0,20 0,20 0,20
м С,10 0,10 0,10 0,20 0,10 0,20
ВМ 0,10 0,10 0,10 0,20 0,20 0,20
Примечяняе. По проекту нового ГОСТа устанавливается следующий допустимый
разброс значений насыпяой плотности: для класса ±0,08 г/см3: для класса С и ВМ
±0,1 г/см’.
М» ВМ), крупности порошка, группы и подгруппы по насыпной плотности.
Группы насыпной плотности обозначаются римскими цифрами I и II и и обо-
значение марки порошка не входяг. Группа насыпной плотности указыиается
rivA?3® (табл. 1.6). По требованию потреби1еля железные порошки марок
ИЖ0М2, ПЖ1М2, ПЖ2М2 изготовляют с разбросом плотности в пределах одной
партии не более 0,05 г/см8.
Прессуемость (уплотняемость, текучесть и формуемость) оговорена только
Для железных порошков класса М н марок 0, 1, 2, 3, 4.
Уплотняемость должна соответствовать нормам, указанным в табл. 1.7.
Формуемость определяется по ГОСТ 10937—64. Формуемый брнкет из
слезного порошка должен сохранять заданную форму в интервале плотности
г/см8.
Текучесть железного порошка измеряют временем истечения пробы (не
_тЛее ™ с) порошка массой 50 г через воронку с диаметром выходного отвер-
7.Ия мм (ГОСТ 20899—75, СТ СЭВ 2285—80). Порошки металлические.
<петод определения текучести).
4»
51
Таблица 1.7. *™иСимость плотности железных порошков от давления
.......- । 1 —— ' ' ' " Г у, г/см8, при р, МПа, ие меи<
Марка ворошка 400 ТОО - 1 ,R
ПЖ0М1, ПЖ1М1, ПЖ2М1, ПЖ0Ж ПЖ1М2» ПЖ2М2, ПЖОМЗ, ПЖ1МЗ, ПЖ2МЗ ПЖЗМ1, ЙЖЗМ2, пжзмз ПЖ4М1. ПЖ4М2, ПЖ4МЗ По проекту нового ГОС! а ПВ/KJ ПВЖ2 ПВЖЗ ПВЖ4 ПВЖ5 5,8 5,6 5,3 6,0 5,9 5,8 5,5 Не нор» 6,7 6,5 6,1 7,0 6,9 6,8 6,3 «нруется
1.6. Иридиевый порошок
Иридий аффинированный в порошке применяют для изготовления сплавов
промышленных изделий и для других целей.
Химический состав порошка аффинированного иридия приведен в табл, 1.8.
Иридий аффинированный в порошке (высокой чистоты) е содержанием
иридия 99,99 % и более поставляют по специальным техническим условиям.
Графа «Всего» В табл. 1.8 включает сумму примесей, указанных в ней, и приме-
сей серебра, никеля и меди.
Таблица 1.8. Химический состав иридиевых порошков
Мар кв порошке Массовая доля, %
1Г, не менее Примеси, ее более
(Pt+Pd+Rh-f- +Ru+Os) РЬ Fe Si Ba Mg .Всего
ИА-1 ИА-2 99,95 99,90 0,02 0,045 0,005 0,01 0,01 0,02 0,002 0,005 0,002 0,005 0,001 0,003 0,05 0,10
&П р и и е ч а н к е. Содержание примесей, %: Au < 0,002; Д1 < 0,005, летучих примесей
Размер частиц иридия аффинированного в порошке должен быть не болев
0,8 мм. Иридий в порошке поставляют партиями, каждая из них должна со
стоять из металла одной марки. Масса партии металла должна быть не более
250 кг.
Кадмиевый порошок — матовый зернистый порошок серого цвета, раство-
иЯ<кин В мииеРальных КИсл°тах, контролируются примеси железа, меди, свинца
1.7. Кобальтовый порошок
Кобальтовый порошок изготовляют электролизом. Предназначен для про*
изводства изделий методами порошковой металлургии (жаропрочные детали»
магниты, твердые сплавы, быстрорежущие стали). Марки и технические требо-
®ле^тРол“тического кобальтового порошка регламентированы ГОСТ
И7-Ш7 (табл. 1.9).
Х^блива 1-9- Химический состав кобальтового порошка
Мар«а порошке Массовая доля, % " *
Со. не менее Примеси Потери мас- сы при про- каливании в водороде
Fe S1 N1 С Си
ПК-1у 99,25 «0,2 « 0,025 «0,4 «0,02 «0,04 « 0,1
ПК-1 99,2 « 0,2 «0,03 «0,4 «0,02 «0,05 « 0,1
ПК-2 98,2 « 0,5 « 0,03 « 1,0 «0,05 «0,10 «0,1
Массовая доля влаги в порошке не должна превышать 0,15 %. Насыпную
плотность устанавливают по соглашению сторон.
Размер частиц порошка должен быть менее 71 мкм. Допускается наличие
частиц порошка размером свыше 71 мкм в количестве не более 4 % массы пар-
тии. Массовая доля частиц порошка размером менее 45 мкм должна составлять
не менее 30 % массы партии.
Кобальтовый порошок принимают партиями металла одной марки. Масса
партии металла не должна превышать 500 кг.
1.8. Медный порошок
Химический состав медного порошка должен соответствовать нормам, ука-
занным в табл. 1.10.
Таблица 1.10 Химический состав медных порошк'в
Марка порошка Массовая доля, % прокаленный оста- ток после обработан порошке азотной КИСЛОТОЙ, %, не более
Си. не менее Fe 1 °
не бо лее
ПМС-Ву 99,8 0,02 0,10 0,05
пмс-в 99,5 0,02 0,10 0,05
ПМАу, ПМу, ПМС-lvr ПМС-2у ПМА, ПМ, ПМС-1, ПМС-2 99,7 0,02 0,20 0,05
99,5 0,02 0,30 0,05
ПМС-К, ПМС-Н 99,5 0,08 0,30 0,10
Примечание. Содержание примесей, % (не более): РЬ— 0,05; Аз—0,005; Sb 0,01,
сульфатов в пересчете на ион SO4—— 0,01; влага—0,05.
Медный порошок не должен иметь посторонних примесей и комков и по
Цвету соответствовать образцу, согласованному изготовителем с потребителем.
Удельное электрическое сопротивление медного порошка марки 1 м
не должно превышать 25 мкОм • м.
Насыпная плотность порошка должна соответствовать нормам, ука
и табл. 1,11,
Таблица 1.11. Насыпная плотность медных порошков
Марка порошка 1и> г/см" | Марка порошка 7н- V®**
ПМА, ПМАу ПМ, ПМу ПМС-1, ПМС-1у 1,3— 1,5(1,25— 1,45) 1,25 — 2,0(1,25 — 1,45) 1,25—1,9(1,7 — 2,0) ПМС-2, ПМС-2у пмс-к, пмс-н |ПМС-В, ПМС-Ву 1,3— 2,0 (1,8 —2,1) 2,5 —3,5 2,4 —2,7
Допустимый разброс насыпной плотности в пределах одной партии убегав-
ЛЯеТы^^ка/С^птность медного порошка, используемого в электрете^ниче-
слой почленно™ показана в скобках (см. табл. 1.11). Грануломйриче-
ский с^Гме^ного ’порошка должен соответствовать нормам, указным
в табл. 1.12.
Таблица 1.12. Гранулометрический состав медных порошков
Содержание частиц, %, размером, мм
Марка порошка |<0,45 < 0,224 < 0,180 <0,140 <0,1-00 <0,071 ) <0,063 I <0,045
ПМС-Ву 0,1 1.0 * f 5—15 35—45 Ч л . 25—35 10—25
пмс-в ПМА. ПМАу ПМ, ПМу • г- ж< * ь < Лг 0—0,5 0—0,5 99,5 99,5 90 90 » 9 • » • • 73—80 65—80
ПМС-1 ПМС-ly « « • • < • -«• 0—0,5 99,5 90 < • « 65—80
ПМС-2 ПМС-2у 41 9" М» 0—0,5 * * •• 99,5 4 я 4 85—90
ПМС-К 90 10 * * • < *• т г а * « 9
ПМС-Н 5 95 Ч. » * • ее • • * * • * « • •
Количество частиц с условным диаметром 10 мкм и ниже в медном порошке
марки ПМА должно составлять 25—60 %.
Медный порошок марки ПМА должен иметь удельную поверхность частиц
в пределах 1000—2000 смг7г.
Области применения медных порошков (ГОСТ 4960—75)
Марка порошка
ПМС-В, ПМС-Ву
ПМА, ПМАу, ПМу
ПМС-1, ПМС-1у
ПМС-К
ПМС-Н
Область применения
Авиационная и автомобильная промышленность — для
изготовления фрикционных дисков
Авиационная, электрохимическая, химическая, машиностро-
ительная промышленность — для изготовления ответствен-
ных деталей, щеток электрических машин и фильтров
для тонкой очистки массы
Порошковая металлургия — для изготовления спеченных
изделий, колец, втулок и других, приборостроение
Электроугольная промышленность — для заделки контак-
тов
Порошковая металлургия— для изготовления менее ответ-
ственных деталей, химическая промышленность
1.9. Никелевый порошок
дами^^апбпнилииим1?1 В пР°м«шлеиных масштабах получают двумя мето-
чел и я распространен ГОСТ К9722-79.еСКИМ‘ На П0р0ШКИ обоИХ методов полу‘
ческЙТстаГ™ по ГОСТ 9722-79 и хими-
с^кЙбпоИиаЬсы^оНйКплотХи°Р(тХ иТ™ с Различными характери-
Лержа^а’^Тпооошк^пН^'1 И ПНЭ'2 должен быть менее 71 мкм' а “*
тии. Допускается наличие чРЛти!,Р°М Менее 45 мкм не ниже 30 % массы па₽*
стве не более 3 % массы партии ПОрошка Размером свыше 250 мкм в количе-
...длина t.13. Химический состав никелевых карбонильных
* Агрохимических порошков
и — Марка порск*** маевовая доля, % ' ~ 1 -
NI 4-Со примеси, не более
С Со i Си Z1J
ПНК-УТ1 99,90 0,10 0,0015 < 0,0005 0,0003 0,0003
ПНК-УТ2 99,90 0,10 0,0015 0,0005 0,0003 О'ОООЗ
ПНК-УТЗ 99,90 0,10 0,0015 0,0005 0,0003 0,0003
ПНК-УТ4 99,90 0,10 0,0015 0,0005 0,0003 0,0003
ПНК-0Т1 99,90 0,15 0,0015 0,001 0,001 0,001
ПНК-0Т2 99,90 0,15 0,0015 0,001 0,001 0,001
пнк-отз 99,90 0,15 0,0015 0,001 0,001 0,001
ПНК-0Т4 99,90 0,15 0,0015 0,001 0,001 0.001
ПНК-1Л5 99,70 0,30 0,002 , 0,001 0,001 0,001
ПНК-1Л6 99,70 0,30 0,002 , 0,001 0.001 , 0,001
ПНК-1Л7 * 99,70 0,30 0,002 ' 0,001 0,001 0,001
ПНК-1Л8 99,70 0,30 0,002 к 0,001 0,001 1 0,001
ПНК-2Т1 99,70 0,30 0,010 ’ 0,001 0,003 0,001
ПНК-2Т2 99.70 0,30 0,010 0,001 0,003 ! 0,001
ПНК-2ТЗ 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2Т4 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2Л5 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2Л6 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2Л7 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2Л8 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2К9 99,70 0,30 0,010 0,001 0,003 0,001
ПНК-2КЮ 99,70 0,30 о.ою 0,001 0,003 0,001
ПНЭ-1 99,5 0,02 0,11 0,20 0,06 • • •
ПНЭ-2 99,3 0,04 0,25 0,50 0,08 •• • •
ПНЭ-3 99,5 0,02 0,20 0,50 0,08 • •
Массовая доля, %
Марка Примеси, не более
порошка Nl-j-Co Cd Мп Sti РЬ Sb
ПНК-УТ1 99,90 0,0001 0,0003 0,0001 0,0001 0,0002
ПНК-УТ2 99,90 олоо1 0,0003 0,0001 0,0001 0,0002
ПНК-УТЗ 99,90 o’oooi 0,0003 o:oooi 0,0001 0,0002
ПНК-УТ4 99,90 OjOOOl 0,0003 0,0001 0,0001 0,0002
ПНК-0Т1 99,90 0j0003 0'0005 0,0003 0,0002 0,0003
ПНК-0Т2 99,90 0,0003 0,0005 0,0003 0,0002 0,0003
ПНК-ОТЗ ПНК-0Т4 99,90 99,90 0,0003 0,0003 0^0005 0,0005 0,0003 0,0003 0,0002 0,0002 0,0003 0,0003
ПНК.1Л5 ПНК-1Л6 ПНК-1Л7 99,70 99,70 99,70 0,0003 0,0003 0,0003 0,0010 0,0010 0,0010 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003
Марка ворошка Nl-j-Co Массовая доля, % — Примеси, не более А—.
Cd Мп Sn J Pb j Sb
ПНК-1Л8 99,70 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0010 0,0010 0,0010 О 0010 0,0003 0,0005 0,0003 0,0010 0,0003 0,0010
ПНК-2Т1 99,70 0,0005 0,0010 0,0010
ПНК-2Т2 99,70 0,0005 0,0010 0,0010
ПНК-2ТЗ 99,70 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0005 0,0010 0,0010
ПНК-2Т4 ПНК-2Л5 ПНК-2Л6 ПНК-2Л7 ПНК-2Л8 ПНК-2К9 ПНК-2КЮ 99,70 99,70 99,70 99,70 99,70 99.70 99,70 0,0005 0.0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010
ПНЭ-1 99,5 'лА > .Ж • « • *
ПНЭ-2 99,3 • • ► • • ft • • > • • » г в
ПНЭ-3 99,5 Ж * *• • W « « •
Пйииечяи st Для порошков марок ПНК“УТ, ПНК-ОТ» ПНК-1Д, ПНК-2Т содержа-
же поиыесей %: st<0,00i;Mg< 0.001. S < 0,001; Са < 0,03; N < 0,05; As < 0,001; Р <
<0 001; В1 < 0,0003; Н.О < 0,05; для порошков марок ПНЭ-1, ПНЭ-2, ПНЭ-3 содержание
примесей, %s Si < 0.03; S < 0,08; потеря массы при прокаливании 0,10 %.
Таблица 1.14. Насыпная плотность никелевых порошков
Марка порошка Подгруппа по на- сыпной плотности тн, г/см»
ПНК-УТ1, ПНК-0Т1, ПНК-2Т1 ПНК-УТ2, ПНК-0Т2, ПНК-2Т2 ПНК-УТЗ, ПНК-ОТЗ, ПНК-2ТЗ ПНК-УТ4, ПНК-0Т4, ПНК-2Т4 ПНК-1Л5. ПНК-2Л5 ПНК-1Л6, ПНК-2Л6 ПНК-1Л7, ПНК-1Л7 ПНК-1Л8, ПНК-2Л8 ПНК-2К9 ПНК-2К10 ПНЭ-1 ПНЭ-2 ПНЭ-3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 J. * V -г .* • к Л « • 3,0—3,5 2,5—2,99 1,91—2,50 1,41—1,90 1,01—1,40 0,81—1,00 0,61—0,80 0,45—0,60 1,3—1,7 1,20 и более С 3,4 <3,8 <5,0
ПНК-2Л7ИПНКЛЛвев пмк"?ля "л°тность порсшков марок ПНК-1Л6. ПНЦ-2Л6. ПНК-1Л7. (банке) пйи итпкг Должна соответствовать данным таблицы в каждой емкости более 5 маеты* паптаиКап^С^ЛпЛИЧНе П0Р0Шка ДРУГОЙ насыпной плотности в количестве не ная^cT'nopoS П№.f^XЯ^,oЖBИTeЛ,, е ПотРебителем допускается насып-
глптп^™«^еТРИЧеСКИ® глг^вДарСонильяого никелевого порошка должен
н Л яолжеи^^т Н0Рмам 9722—79. Размер частиц порошка группы Т
бЫТЬ менее Ю мкм- Допускается наличие частиц порошка размером
более 10 мкм в количестве 20 % массы партии для группы Т и 10 % массы
бв
партии для группы Л, в том числе (для группы Л) частиц порошка размером
более 71 мкм в количестве не более 5 % массы партии.
Размер частиц никелевого порошка ПНК-2К должен быть в пределах
71—100 мкм, а частиц порошка марки ПНК-2К10 — 45—71 мкм. Допускается
в этих порошках содержание частиц других размеров в количестве не более
20 % массы партии.
Масса партии карбонильного никелевого порошка не должна превышать
Ю т, электролитического никелевого порошка — 0,5 т.
1.10. Оловянный порошок
Оловянный порошок, поставляемый по ГОСТ 9723—73, изготавливают
распылением расплавленного олова марки О1 и 02 (по ГОСТ 860—75). Он пред-
назначается для производства порошковых деталей, электроугольных изделий,
порошковых бронз и других порошковых материалов в различных отраслях
промышленности.
Химический состав оловянного порошка приведен в табл. 1.15.
Таблица 1.15. Гранулометрический состав и насыпная
плотность оловянного порошка
Марка порошка Гранулометрический состав, % Тн> г/см“
Остаток на сите, не более» с сетками Проходит через сита с сетками
008К 0071К 0063К 0045 К
ПОЭ 0,5 2 85—95 3,0—4,0
ПО1 0,5 2 85—95 3,0-4,0
ПО2 0,5 2 80 3,2—4,2
ПОЗ — 1 100 95 3,2—4,2
Примечание. Номера сеток приведены по ГОСТ 3584—73.
Оловянный порошок марок ПО1 и ПОЭ должен иметь однородный грануло-
метрический состав (табл. 1.16). Разброс по однородности между различными
упаковками одной партии порошка этих марок допускается не более чем на
5 % при просеивании через сито е сеткой № 0045К (по ГОСТ 3584—73).
Таблица 1.16. Химический состав оловянного порошка
Массовая доля . % Массовая доля. %
Марка Примеси, не более Марка порошка Примеси, не более
порошка Sn, не мейее РЬ О Sn, не менее РЬ О
ПОЭ ПО1 99,0 99,1 • 0,25 0,15 0,5 0,5 П02 ПОЗ 99,0 99,0 0,25 0,25 0,5
ш U " е Я а н н е. Содержание примесей. “* — 0,05: Да —0,015; Sb— 0,05; прокаленный %, не болеет. Fe—-0.02: Си-—0.03; S—0.016; остаток после обработки в НС1 — 0,02.
Насыпная плотность различных единичных упаковок одной партии порошка
Чарок ПО1 и ПОЭ не должна отличаться более чем иа 0,2 г/см3.
Порошок поставляется партиями, каждая из них должна состоять из по»
рошка одной марки. Масса партии порошка марки ПОЭ ие должна превышать
500 кг, а марок ПО1, ПО2 и ПОЗ не ограничивается.
1.11. Палладиевый порошок
Палладиевый порошок (ГОСТ 14836-69) применяют для изготовления из-
делий (контактов) методами порошковой металлургии, сплавов, полуфабрика»
тов, химикалий и других целей. пялляяиа пп„
Химический состав порошка аффинированного палладия приведен
в табл. 1.17.
Таблица 1.17. Химический состав порошка аффинированного
палладия
Мярка порошка Массовая доля, %
Pdv ее менее Pt + lr-f-Rh4- + Ru Примеси, не более
Аи Fe Sn Beer®
ПдАП-1 ПдАП-2 99,95 99,90 0,025 0,050 0,005 0,010 0,01 0,02 0,001 0,005 0,05 0,10
Примечая не. Содержание примесей. %, не более: РЬ — 0.. 005; Si—0.005; AI—>
0.005.
Аффинированный палладий с содержанием палладия 99,99 % и более
должен поставляться по специальным техническим условиям. Графа «Всего»
в табл. 1.17 включает сумму допустимых содержаний примесей, указанных
в таблице, а также серебра, магния, меди, никеля, цинка и летучих.
Размер частиц порошка аффинированного палладия не должен превышать
1,6 мм.
Аффинированный палладий поставляют партиями, каждая из них должна
состоять из металла одной марки. Масса партии металла не должна превышать
350 кг
1.12. Платиновый порошок
Порошок платины (ГОСТ 14837—79) предназначен для изготовления изде-
лий, сплавов, полуфабрикатов и химикалий.
Химический состав порошка аффинированной платины указан в табл. 1.18,
где графа «Всего» включает общую сумму примесей, указанных в таблице,
а также примесей серебра, магния, меди, никеля и летучих.
Таблица 1.18. Химический состав порошка аффинированной платины
Марка порошка Массовая доля, %
Pt, не менее Pd + Rh + +Ir + Ru Примеси, ие более
Au Pb Fe Si Sn Sb Al Всего
ПлАП-0 ПлАП-1 ПлАП-2 99,98 99,95 99,90 0,015 0,025 0,050 0,005 0,005 0,005 0,005 0,003 0,010 0,010 0,002 0,005 0,005 b,ooi 0,005 b,boi 0,005 0,005 0,005 0,02 0,05 0,10
Размер частиц порошка аффинированной платины должен быть менее
1,6 мм. Допускается наличие частиц порошка размером свыше 1,6 мм в коли-
честве не более 2 % массы партии.
Платину в порошке принимают партиями, каждая из них должна состоять
из металла одной марки. Масса партии металла не должна превышать 350 кг.
1.13. Родиевый порошок
Родий аффинированный в порошке (ГОСТ 12342—66) применяют для из-
готовления сплавов, изделий и других целей.
Химический состав родия аффинированного в порошке приведен в таб-
лице 1.19.
Таблица 1.19. Химический состав порошка аффинированного родия
Марка порошке Массовая доля, %
Rh, не менее Pt + Rd-H + Ir + Ru Примеси, ие более
Fe г Mg Летучие примеси * Всего
Rh-AI Rh-A2 99,95 99,90 0,02 0,03 0,01 0,02 0,001 0,003 0,01 0,02 0,05 . 0,10
Примечание. Содержание примесей, % (не более): Au— 0,002; РЬ —0,005; Si—
0,005; Ва 0,005.
Родий аффинированный в порошке с содержанием родия 99,99 % и более
поставляют по специальным техническим условиям. Графа «Всего» в табл. 1.19
включает сумму примесей, указанных в таблице, и примесей серебра, меди,
никеля, титана и алюминия.
Размер частиц порошка родия должен быть не более 0,8 мм. Родий упа-
ковывают в пластмассовые банки (масса нетто 25—5000 г) или в запаянные
стеклянные ампулы (масса нетто 0,1—25 г) и поставляют партиями порошка
массой не более 350 кг.
1.14. Свинцовый порошок
Свинцовый порошок получают распылением расплавленного свинца. Ис-
ходный свинец должен соответствовать ГОСТ 3778—77 и ГОСТ 22861—77.
Порошок свинца предназначен для производства щеток электрических машин,
порошковых деталей различного назначения и асботехнических изделий. Марки
и технические требования к свинцовым порошкам регламентированы ГОСТ
Химический состав свинцового порошка
Массовая доля свинца, %, не менее Массовая доля примесей, %, не бо- 99,7
лее:
Железо 0,001
Медь 0,001
Сурьма 0,0005
Мышьяк 0,0005
Висмут 0,005
Кислород 0,2
Прокаленный остаток после обработки
порошка азотной кислотой, % 0,1
Таблица 1.20. Гранулометрический состав свинцового порошка
Марка порошка Остаток на сите с сетками номер* %» ее более Прохождение через сита с сетками номер* %, ке менее
008К 0071К 02БК 02К 0045К
ПСА ПС1 ПС2 1,о 0 0 1,5 3,0 0 0 99 0 0 97 75-90 0 0
Примечание. Нойера сеток приведены по ГОСТ 3584—73.
Гранулометрический состав свинцового порошка указал в табл. 1.20.
Насыпная плотность свинцового порошка марки ПСА должна быть 5—
6 г'см3. Насыпная плотность в различных единицах упаковки одной партии
порошка не должна различаться более чем на 0,2 г/ем3. Массовая доля фрак-
ции —0,045 мм свинцового порошка марки ПСА в различных единицах упа-
ковки одной партии порошка не должна отклоняться более чем на 5 % от боль-
шего значения.
Насыпная плотность и неоднородность гранулометрического состава свин-
цового порошка марок ПС1 и ПС2 не нормируются.
Масса партии порошка марки ПСА должна быть более 600 кг. Масса пар-
тий порошка марок ПС1 и ПС2 ограничивается количеством продукта, изготов-
ленного за одну технологическую операцию.
1.15. Серебряный порошок
Серебряный порошок (ГОСТ 9724—61) получают электролитическим мето-
дом и применяют для производства порошковых контактов и других изделий.
Химический и гранулометрический (ГОСТ 6613—53) составы серебряных порош-
ков приведены в табл. 1.21 и 1.22.
Масса поставляемой партии порошка не должна превышать 1000 кг.
Таблица 1.21. Химический состав серебряного порошка
Марка порошка ______ Массовая доля, %
Ag, не менее Примеси, не более
Си Fe+ РЬ + + А1 4- Bi NO- so— Влага
ПС1 ПС2 99,9 0,02 0,04 0,001 0,005 0,08
Примечание. Влага приведена сверх 100 %.
Таблица 1.22. Гранулометрический состав
серебряного порошка
Марка порошка Остаток на снте с сетками номер (ГОСТ 3584—73), %, не более
0,056 0,16
ПС1 3,0 0
ПС2 0 4,0
1.16. Танталовый порошок первичный
Танталовый порошок первичный (МРТУ 95—136—69) получают натрне-
термическим восстановлением тантала из фтортанталата калия. Химический
состав, %: Та > 98,5 %, Nb < 0,5. Крупность порошка менее 0,15 мм. Пред-
назначается для изготовления твердых сплавов и жаропрочных материалов.
По МРТУ 95—124—69 выпускают танталовый порошок повышенной
чистоты трех классов по крупности частиц: I класс — 40—63 мкм; II класс —
5—63 мкм; III класс — менее 40 мкм.
Предназначается для электролитических конденсаторов и электровакуум-
ных приборов.
1.17. Титановый порошок
Титановый порошок изготовляется электролизом Запорожским титано-
магииевым комбинатом. Содержит примеси, %, не более: Fe — 0,1; Si —0,03;
Ni — 0,06; С — 0,04, Си + V + Al — 0,15. Применяют для изготовления
порошковых деталей конструкционного и фильтрующего назначений.
1.18. Цинковый порошок
Цинковые порошки выпускают в соответствии с ГОСТ 12601—76 и по ТУ
48—6—23—73 и применяют в электротехнической, химической, металлургиче-
ской, фармацевтической, машиностроительной и других отраслях промыш-
ленности.
Цинковые порошки производят двумя способами: ректификацией — мелко-
зернистые, класс А по ГОСТ 12601—76 (марки ПЦ1, ПЦ2, ПЦЗ, ПЦ4 и ПЦ5)
и распылением — крупнозернистые, класс Б по ГОСТ 12601—76 (марка ПЦ6)
и по ТУ 48-6—23-73 (марка ПЦОР).
Химический состав порошков должен соответствовать нормам, представ-
ленным ^в табл. 1.23, а гранулометрический —нормам, приведенным
контрольную сетку № 0315К, класса Б — через сетку Ne
3584—73.
Цинковый порошок должен быть светло-серого или серого цвета. Порошок
класса А ие должен содержать комков, гранул, окатышей прв просеве через
063К по ГОСТ
Масса партии порошка ие должна превышать 60 т.
1.19. Порошки и пудры металлических сплавов
Основными методами получения порошков металлических сплавов в СССР
являются восстановление смесей оксидов металлов или ферригизованной шихты
водородом и другими газами, гидридом кальция; распыление расплавов водой»
Таблица 1.23 Химический состаа цинкового порошка
Марка порошка Массовая доля, %
Zn. не менее Примеси, не более
Fe Gd Си Sb As
ПЦ1 96 0,0005 0,0015 0,0004 0,001 0,0005
ПЦ2 95 0,0005 0,002 0,0004 0,001 0,001
пцз 94 0,002 0,01 0,001 0,001 0,001
ПЦ4 93 0,01 0,11 0,005 0,001 0,01
ПЦ5 92 0,03 0,3 0,005 0,002 0,01
ПЦ6 98 0,006 0,005 0,001 0,001 0,001
ПЦОР 96 0,007 0,01 0,001 0,001 * г *
Продолжение табл, 1.23
Марка порошка Массовая доля, % ГОСТ или ТУ, класе
Примеси, не более Остаток, нерастворимый в соляной кислоте, разбавленной 1 : 1
РЬ Sb
ПЦ1 0,001 0,03 ГОСТ 12601—76, А
ПЦ2 0,002 0,002 0,05 То же
ПЦЗ 0,015 0,05 »
ПЦ4 0,03 0,02 0,1
ПЦ5 0,05 0,02 0,1
ПЦ6 0,014 — К Л 0,1 ГОСТ 12601—76, Б
ПЦОР 0,015 * Л • ТУ 48—6—23—73.
Таблица 1.24. Гранулометрический состаи цинкового порошка
Гранулометрический состав, %
ГОСТ или ТУ, класс я X 2 S <0 Ф ф Ф ф Ф 0) Ф ф ф ф
*© р. а. • ф & а Ф « = ~ ф Stf о
s S S & <0 ~ Ф о ф О ф
О X О X О X о X о я
ГОСТ 12601—76, А ПЦ1 0 0 0 0 0,04 0 0 1.0
То же ПЦ2 0 Без 0 0 2,0 0
остат-
ка
> пцз 0 0,1 0 0 0 2,5 0
» ПЦ4 0 3,0 0 0 0 10,0 0
ГОСТ 12601—76, Б ТУ 98—6—23—73 11Ц5 ПЦ6 ПЦОР 0 2,0 15 3,0 0 0 0 98.0 0 0 0 85 0 0 0 10,0 0 0 0 0 0
Пр амечаяае. Номера сеток приведены по ГОСТ 3584—73.
Таблица 1.25. Свойства порошков алюминиевых сплавов
Порошок, ГОСТ или ТУ Марка Метод изготовления, исходное сырье Применение (основное) Массовая доля, % Гранулометрический состав, %
Мп S1 N1 Примеси
Всего
Алюминиевые спла- вы, ТУ 48—21— 390—74 ПАМр-10 Распыление жидкого сплава соответствую- щего состава Алюминий первичный марки не ниже А7 (по ГОСТ 11069—74) Марганец марки не ни- же Мр 1 (по ГОСТ 6008—51) Для пайки алюминие- вых радиа- торов 7,0—13,0 ‘ » Ji И • < 2 % (в том числе Fe «1 %) Остаток на сите № 1, 25 (по ГОСТ 3584—73) ие более 5 %; ув >. 1,0 г/см»
Алюминиевые сплавы, ТУ 48— 21—447—75 САС-1 Распыление жидкого сплава • ъ • $ 25—30 Г 5-7 < 0,5 % Fe Остаток на сит е № 04 (по ГОСТ 3584—73) не более 5 %; Ун > 1>Ог/см®
САС-2 То же 1 , 25—30 5—7 Fe «. • • Остаток на сите № 04 (по ГОСТ 3584—73) не более 5%; Ув > 1 г/см»
3 П р и м е(ч а н и е„ Порошки алюминиевых сплавов САС-1 и САС-2 поставляют партиями не более 10 т в банках емкостью де 60 л.
Таблица 1.26. Свойства бронзовых пудр
Пудра, ГОСТ или ТУ Марка Метод изготовления, исходное сарье Применение
Бронзовая для красок, ТУ 48—08— 496—71 БПК Фрезерование ко- лец из отлитого сплава с получе- нием крупки, раз- мол ее в шаровой мельнице и поли- ровка в барабанах Медь № 2 (ГОСТ 8590—66) Цинк Ц2 (ГОСТ 3640—75) Алюминий А5 (ГОСТ 11069-74) Для покрытий деревянных, металлических и других по- верхностей
Бронзовая для офсет- ной печати, ТУ 48—21— 5—72 БПО То же Для нанесения декоративных покрытий мето- дом офсетной печати
Бронзовая ювелирная, ТУ 48-21— 36—72 ! БПЮ » Для производ- ства ювелирных камней
Массовая доля, % Гранулометри- ческий состав Площадь покрытия воды, см*/г, не менее Массе 1артик» кг, не более
Си А!, ие более Zn Примеси, %, не более
Fe Жи- ры
80—90 1.2 Осталь- ное 0,8 0,8 Остаток иа сетке №01 (ГОСТ 3584— 73) ие бопее 10 % 800 600
83—87 1,2 То же 0,8 0,3 Остаток на сетке № 1 (ГОСТ 3584— 73) не более 0,5 % 1200-2000 600
90—94 1,2 » 0,8 0,5 Остаток на сетке № 005 (ГОСТ 3588—73) не более 0,5% 1200 600
3 5-359
Бронзовая, ТУ 48— 21— ПО—72 БПИ 1 » (Для вакуумно- порошковой изо- ляции 94 1.7— 2.3 » 1.5 0,8^ Средний диаметр частиц не более 5 мкм Частиц с диамет- ром 15—45 мкм не более 4 % 1200 \ 1500
Бронзовая, ТУ 48—21— 150—72 5ПП-1 БПП-2 » Для изготов- ления фольги, применяемой в полиграфиче- ской и каран- дашной про- мышленностях То же 83—87 83—87 1,2 1,2 » » 0,8 1,0 0,5 0,5 Для марок БПП-1, БПП-3 и БПП-4 Остаток иа сетке № 0063 (ГОСТ 3584—73) не бо- лее 2,0 % Для марки БПП-2 остаток на сетке 1200 (?утр = ®= 1,8 -5- -4*2,2 г/см3’ 700
БПП-3 БПП-4 72—76 88—92 1,2 1,2 » 0,8 0,8 0,5 0,5 № 055 не более 0,5 % 1200 700
Бронзовая, ТУ 48—21 — 355—74 БПФ > » 82—88 0,2— . 1,2 1,0 0,5 Остаток на сетке № 005 (ГОСТ 3584—73) не более 0,5 % 1200 1500
g> 35 „_П₽ ам еч аин е< A"5» ПУДР марок БПО и БПИ и НаО < 0,3 % и HSO < 0,6 % соответственно. Пудры поставляют в банках емкостью
g Таблица 1.27. Химический состав порошков высоколегированных сталей и сплавов
на основе железа (ГОСТ 13084—67)
Марка порошка Массовая доля, %
Основные компоненты Примеси, не более
Ст № Мо Т1 С Т1 С SI Мп S Р Са
ПХ17Н2-1 15—19 1,5—2,5 0 0 0,08—0,17 0,05 0 0,06 0,2 0,01 0,03 0,10
ПХ17Н2-2 15—19 1,5—2,5 0 0 0,08—0,17 0,10 0 0,10 0,35 0,03 0,04 0,20
ПХ17Н2-3 15—19 1,5—2,5 0 0 0,08—0,17 0,20 0 0,20 0,5 0,05 0,05 0Л0
ПХ18Н15-1 16—20 12—16 0 0 0 0,05 0,04 0,06 0,2 0,015 0,03 0,10
ПХ18Н15-2 16—20 12—16 0 0 0 0,10 0,07 0,10 0,35 0,03 0,04 0,20
ПХ18Н15-3 16—20 12—16 0 0 0 0,20 0,12 0,20 0,5 0,05 0,05 0,30
ПХ23Н18-1 21—25 16—20 0 0 0 0,05 0,04 0,06 0,2 0,015 0,03 0.10
ПХ23Н18-2 21—25 16—20 0 0 0 0,10 0,07 0,10 0,35 0,03 0,04 0,20
ПХ23Н18-3 21—25 16—20 0 0 0 0,20 0,12 0,20 0,5 0,05 0,05 0,30
ПХ18Н9Т-1 16—20 7—10 0 0,5—0,8 0,05—0,12 0 0 0,06 0,2 0,01 0,03 0,10
ПХ18Н9Т-2 16—20 7—10 0 0,5—0,8 0,05—0,12 0 0 0,10 0,35 0,03 0,04 0,20
ПХ18Н9Т-3 16—20 7—10 0 0,5—0,8 0,05—0,12 0 0 0,20 0,5 0,05 0,05 0,30
ПХЗО-1 28—32 0 0 0 0 0,05 0,15 0,06 0,2 0,01 0,03 0,10
ПХЗО-2 28—32 0- 0 0 0 0,10 0,30 0,10 0,35 0,03 0,04 0,20
28—32 0 0 0 0 0,20 0,60 0,20 0,5 0,05 • 0,05 0,30
ПХ18Н12М2Т-1 16—20 10—15 2.5—3,5 0,4—0,7 0,05—0,12 0 0 0 06 0,2 0,01 0,03 О.Ю
ПХ18Н12М2Т-2 16—20 10—15 2,5—3,5 0,4—0,7 0,05—0,12 0 0 0,10 0,35 0,03 0,04 0,20
ПХ18Н12М2Т-3 16—20 10—15 2,5—3,5 0,4—0,7 0,05—0,12 0 7 0 0 0 0 0,20 0,5 0,05 0,05 0,30
ПХ20Н80-1 ПХ20Н80-2 ПХ20Н80-3 19—22 18—23 18—23 Основа » 0 0 0 0 0 0 0,05 0,10 0,20 0,10 0,15 0,15 0,06 0,10 0,20 0,10 0,10 0,20 0,01 0,02 0,025 0 0 0 0,Ю 0,20 0,30
6,30 соответатвеиво.ПОрОШКОВ ма₽ки ПХ30 содержание Nl < 0.S %? для ПХ20Н80-1. ПХ20Н80-2.ПХ20Н80-3 содержание Fe не более 0.20J
житными газами, центробежными силами; диффузионное насыщение из точеч-
ных источников (см. габл. 1.1).
* В последние годы в нашей стране и за рубежом проводятся интенсивные
«•ледования в области получения порошков сплавов распылением центробеж-
"ми силами жидкого металла с торца быстровращающегося электрода задан-
"“С. состава с применением высокоскоростного охлаждения (10’—Ю8 К^с).
Высокоскоростное охлаждение осуществляется за счет ударов быстролетящих
«пель металла в массивную медную плиту. Частицы порошков, получаемых
этим способом, имеют пластинчатую форму.
9 Свойства порошков алюминиевых сплавов и бронзовых пудр приведены
в табл. 1.25 и 1.26.
1.20. Порошки легированных сталей и сплавов
Порошки высоколегированных сталей и сплавов (ГОСТ 13084—67) изго-
товляют методом восстановления гидридом кальция смесей оксидов и металли-
ческих порошков. Их химический состав приведен в табл. 1.27. Порошки леги-
рованных сталей и сплавов, полученные диффузионным насыщением (табл. 1.28),
Таблица 1.28. Химический состав порошков легированных сталей
и сплавов, полученных диффузионным Насыщением
из точечных источников
Марка порошка Массовая доля, %
Сг Мп ' NI С Si не более
ПХ1-1 0,8—1,5 «0,45 0 До 0,10 0,25
ПХ1-2 0,8—1,5 «0,45 0 0,11—0,20 0,25
ПХ5-1 4—6 «0,45 0 До 0,10 0,25
ПХ5-2 4—6 «0,45 0 0,11—0,20 0,25
ПГ1-1 0 0,9—1,5 0 До 0,10 0,25
ПП-2 0 0,9—1,5 0 0,11—0,25 0,25
ПНЗМ 0 0,9—0,45 2,9—3,0 0,2—0,30 0,25
пхнзм 1,3 0,9—0,45 2,9—3,1 0,2—0,30 0,25
ПГ13 0 11—15 0 0,9—1,5 0,5
ПН12-1 0 «0,50 9—12 «0,10 0,25
ПН12-2 0 «0,50 9—12 0,11—0,20 0,25
ПН16-1 0 «0,50 13—16 До 0,10 0,25
ПН 16-2 0 «0,50 13—16 0,11—0,20 0,25
ПН24-1 0 «0,50 21—24 До 0,10 0,25
ПН24-2 0 «0,50 21—24 0,11—0,20 0,25
ПХ Id- 1 пхзо ПХ18Н15 ПХ23Н18 13—16 « 0,45 0 0,10—0,25 0,25
28—33 18,25 «0,45 < 0,45 0 14,2 «0,80 «0,10 0,50 0,25
23,50 «0Д5 12,5 «0,10 0,25
Примечание. Р < 0,03 %; S < 0,03 %.
и Г£°ВЛЯЮт по ТУ АН УССР на Броварском заводе порошковой металлургии
oon,vJ4aCTKax ДРУГИХ предприятий. ГОСТ 14086—68 распространяется иа по-
изг«™„Марок ПР0Х18Н10 и ПРХ18Н9. Буква Р в марке указывает, что они
ГЯошиЛЯЮтся методом распыления (табл. 1.29). Распыленные порошки иержа-
И Б бг\СТалей по гранулометрическому составу делятся иа две группы А
сталв»Сл‘ 1-30). Гранулометрический состав порошков высоколегированных
Ле“ "РИведен в табл. 1.312
’• 67
Таблица 1.29. Химический состав распыленных порошков
нержавеющих сталей _______________
" " Массовая доля, % Fe
Марка порошка Сг N1 С S1 Мп S Р
Не более
ПР0Х18Н10 ПРХ18Н9 16,0—20,0 8,0—11,0 0,08 0Д2 0,8 0,8 1,00 1,00 0,020 0,020 0,35 0,35 0(5- таль/ ное — Ум
Таблица 1.30. Гранулометрический состав и нас аЯ плотность распыленных порошков марок ПР0Х18Н10 и IIPAlo
Ситовой состав ворошка, мм 7Н, г/см\ для гр уппы Ситовой состав порошка, мм Тн, г/см\ для группы
А, не менее Б, не более 1 А, не менее Б, Ие более
—1,0004-0,800 2,6 2,6 —0,315+0,200 3,2 3,2
—0,800+0,630 2,7 2,7 —0,200+0,100 3,4 М
—0,630+0,400 3,0 3,0 —0,100+0,063 3,2 3,2
—0,400+0,315 3,2 3,2 - — .а
Таблица 1.3L Гранулометрический состав порошков высоколегированных
сталей и сплавов (ГОСТ 13084—67)
Зернистость порошка Массовая доля остатка, %, на сите №
028 016 0066’
Крупный (К) Средний (С) Мелкий (М) «5 Без остатка Не просеивают Не просеивают » » Без остатка >75 50—80 <50
порошков, „олупми-
ви« П°Р°ШКИ по ГОСТ 14086-68 предназначены для изготовле-
ки млччЛмы₽И»йпЛ^аНТ0В и других пористых проницаемых деталей. Порош-
нзготовлеиияЫп₽^ДЛ0ЬйЦИДГИДрИДНЫМ В0сстан0влением, используются также №й
Деталей конструкционного назначения.
жна ппевышлтъ5^”/? ™^ЭТИХ порошк°н- относительная влажность их не доя*
примесей и комков П0р0шки не Должны иметь посторонних механически*
Таблица 1.32. Физико-технологические свойства порошков легированных
сталей и сплавов, полученных диффузионным насыщением
из точечных источников________________________________
Мар** порошка 7Н> «7см* Текучесть, с/50 г Т, г/см’ (при р = = 700 МПа), не менее) Формуе- мость (нижний предел), г/см’ Гранулометрический состав, содержание фракции, %
—040 +025 —025 +016 —0,16 +0056 —0056
не б злее не менее не менее
ПХ1 2,3—2,6 35—42 6,6 5,25 3 12 70 15
ПХ1-2 2,3—2,6 35—42 6,3 3,25 3 12 70 15
ПХ5-1 2,4—2,6 38—45 6,0 3,75 3 12 70 15
ПХ5-2 2,4—2,6 38—45 5,8 4,00 3 12 70 15
ПГ1-1 2,4—2,8 38—42 6,6 3,25 / 3 12 70 15
ПГ1-2 2,3—2,6 40-45 6,1 4,00 3 12 70 15
ПНЗМ « • • 6,3 4,25 * 9 г НГ i 60 40
ПХНЗМ 4 • • • •> • 6,0 4,25 60 40
ПГ13 2,7-3,1 40—42 5,0 4,75 5 25 55 15
ПХ13-1 2,3—2,8 а • V 5,5 4,25 3 25 57 15
пхзо 2,7—3,1 '• • • 5,4 • 5 • 3- 12 85
ПН12 2,5—3,0 Л - - 3 12 57 15
ПН16 2,5—3,0 в 3 12 57 15
ПХ18Н15 2,5—2,7 « « * 5,9 4,75 • * * 65 35
ПХ23Н18 2,8—3,2 5,8 5,00 • Ав • • • ♦ « * « •
1.21. Правила приемки порошков
Общие положения
Правила приемки порошков оговорены соответствующими ' стандартами
на порошки (табл. 1.33). Физико-химические свойства порошков определяются
по средней пробе. Метод отбора и подготовки пробы оговорен ГОСТ 23148—78.
Для составления средней пробы от партии отбирают выборку (табл. 1.34),
в которую входит определенное число емкостей, зависящее от количества емко-
стей в партии.
От каждых последующих 100 емкостей в партии отбирают одну емкость
Для определения пробы.
Из каждой единицы упаковки выборки вручную щупом отбирают одина-
ковое количество разовых проб. Точки отбора проб должны отстоять от края
упаковки не ближе чем на 1/3 радиуса для упаковки круглой формы или окруж-
ности, вписанной в контур упаковки иной формы.
При взятии проб от непрерывного потока порошка интервал между отсеч-
ками разовых проб (т) в минутах, на колорый должен быть настроен мехавиче-
и пробоотборник, вычисляют по формуле
60m
tpn ’
(1-1)
«а* т ~ масса опробуемой партии порошка, кг; <р — производительность пото-
°пР°буемой партии порошка, кг/ч; ч — число разовых проб, равное коли-
единиц упаковки в выборке.
¥па1спеКОМендУемые конструкции щупов для отбора разовых проб из единиц
23148 *78В зависимости от текучести порошка указаны в приложении 2 к 1 их *
Таблица 1.33. Перечень стандартов, по которым определяется
химический состав порошков
Порошок Определяемые, вещества гост
Алюминиевый Алюминий металлический 5.1667—72 или 5592—71
и сплавы алю- Оксид алюминия По разности между содержа-
МИНИН нием активного алюминия и суммы примеси
Железо 5494—71
Влага, жировые добавки 5592—71
Титан 11756—66
Железный Железо 16412.1—80
Фосфор 16412.2—80
Кремний 16412.3—80
Марганец 16412.4—80
Сера | 16412.5—80
Кислород 1 16412.6—80
Углерод Кремний, марганец (спект-1 16412.7—80 16412.9—80
рально)
Общие требования 1 16412 0 80
Нерастворимый остаток | 16412.3—00
Иридиевый Иридий, примеси 12223-0—76 или 12223.1—76
Кобальтовый * Железо, кремний, никель, медь Углерод I Кобальт 1 Спектральным анализом по ГОСТ 0770-^-79 t Л 741.3—69 По разности 100 % и суммы со- держания нормируемых приме- сей
Медный Медь I
Железо I 13938.1—78
Сурьма 9717.0—75
Свинец 1 Мышьяк 9717.1—75 9717.2—75 или 18938.4—78
Кислород 9717.3—75
Никелевый Углерод I 4960—75
Сера 1 13047.2—67
Фосфор 1 13047.3—67
Прочие примеси 1 г 13047.5—67 спектральным анализом но
Никель 1 ОСТ 6012—78
По разности 100 % и суммы ео- I Держания нормируемых приме-
Палладиевый Платиновый 1ри прокаливаний И0Те₽И Массы 9722—79 Химический состав ' 1 „ 12225—66
Родиевый ” V 1 12226—66
Свинцовый 9 s 1 ЧКелезо 1 12227—66
Иедь 20580.8—75
( 'урьма 1 20580.2—75
Л Мышьяк I 20580.7—75 20580.5—75
Продолжение табл. 1 яя
Порошок Определяемые вещества гост
Свинцовый Серебряный Цинковый Легированных сталей Висмут Кислород, прокаленный остаток Серебро, медь, свинец, висмут, сурьма, железо NO^ и SO^"- Влага Железо Медь Олово Мышьяк Сурьма Цинк металлический Свинец,- кадмий Нерастворимый остаток в НС1 Химический состав Кальций Влага 20580.4—75 16138—78 7979—56 По методикам, согласованным с потребителем 9724—61 19251.1—73 19251.3—73 19251.4—73 19251.5—73 19251.6—73 12601-76 12601—76 12601—76 12344—66 или 12365—66 Трилономегрическим методом 13084—67
Таблица 1.34. Число емкостей (банок, мешков, контейнеров),
ИЗ КОТОРЫХ ДОЛЖНЫ быть ВЗЯТЫ Пробы на испытания
(выборка, ГОСТ 15895—70)
Число емкостей s контролируемой партии Число емкостей, из которых отби- рается проба Число емкостей в контролируемой партии Число емкостей, из которых отби- рается проба
4 1—5 Все 100—149 10
6—15 5 150—199 И
16-35 7 200—299 12
36—60 8 300—399 13
61—99 9 400—499 14
Представительную пробу готовят Представительную пробу
шиванием. Прн необходимости после пеРеме1“ й конструкции которых пока*
сокращают квартованием или с пом°щ^ J представительной пробы
заны в приложении 3 к ГОСТ 23148-78. Масса представ з едуСМОтренвых
быть достаточной для проведения всех испытаний порош
правилами приемки в соответствующем ^ЯИД Р помещают в отдельные уп
Представительную пробу делят на две ча испытаний, а друга» хр
ковки. Одна часть ее предназначена для проведения
интся иа случай расхождений в оценке качест •
UlX Определение химического состава
Со
0ПРеДеляют химическим и спектральным внали-
Четл» 73» еодеожяни«П»И' пР0Квливаяии в водороде определяют по ГОСТ
в^°5.°пРеделеиия ео^>пВ°ДЫ ~ по ГОСТ 18317—73, в котором предусмотрев
” Я’ишера. МетолииДерЖаНИЯ воды электрометрическим титрованием реакти-
д основан иа взаимодействии воды, содержащейся в металли-
. Лишеоя отгонкой ее инертным газом при прока-
ческих порошках, е реак™в°“ Vne ^00 °C, Этот метод сложен и используется
ливанни порошков при температуре
в основном как арбитражный. вппеделяют высушиванием до постоянной
MaccSTpX Г10 гЖпариКтемп«ратуреР100-105 °C в защитной (инертной) среде.
1.11.3. Гранулометрический состав порошков
Существует несколько методов определения гранулометрического состав
порошков. Наиболее распространенным является метод просеивания nnofiu
порошка через лабор снт, взвешивание отдельных фракций и расчеты «
пентного содержания (ГОСТ 18318—73). Цо'
Сита должны быть круглыми е размерами: диаметр — не менее 100
глубина — не менее 25 мм. Высота обечайки — 40 мм.
Таблица 1.35. Размер стороны ячейки в свету и диаметр
гроволоки сеток (ГОСТ 3584—73) _____________________________
Размер стороны ячейки в евету Диаметр проволоки, мм
Номер сетки Номииаль- Максимальные отклонения от номинального размера, % для сеток Номинальный Предельные отклонения
иый, мм контрольных высокой точности
004 0045 005 0056 0063 0071 008 009 01 0112 0125 014 016 018 02 0224 025 028 0315 0355 04 045 05 056 063 07 08 09 1 1,25 1,6 2 2,5 0,0401 0,045 0,050 0,056 0,063 0,071 1 0,080 f 0,090 I 0,010 ) 0,112 1 0,125 0,140 0,160 0,180 0,200 0,224 1 0,250 1 0,280 /- 0,315) 0,355 0,400 0,450 0,500 0,560 0,630 0,700 0,800 0,900 1,000 1,250 1,600 ' 2,000 2,5001 40 30 20 15 12 10 50 40 30 25 20 15 0,030) 0,036 0,036 0,040 0,040 0,050 0,050 0,060 0,060 0,080; 0,0801 0,090 0,100 0,120 0,120 0,120 ) 0,120 } 0,140 J 0,160 > 0,160 0,160 0,200 0,250 0,250 0,300 0,300 0,300 0,400; 0,400) 0,400 1 0,500 J 0,500 1 0,500 f ±0,003 ±0,004 ±0,005 ±0,008 ±0,012 ±0.015
72 . "
Размеры сеток снт даны в т-абл. 1.35. Селкн должны быть изготовлены из
ягкой отожженной проволоки.
М Для изготовления сеток № 004—016 применяется бронза марки
БрОФб,5-ОЛ по ГОСТ 5017-74, а сеток № 0071-2,5 - полутомпак марки
Д80 по ГОСТ 15 527—70. Характеристика сеток дана в табл. 1.36.
Таблица 1.36. Характеристика сеток по ГОСТ 3584—73
Номер сетки Количество проволок на 1 дм. шт. Количество ячеек на 1 см®, шт. Живое сечение сетки, % Масса сеток, кг/ма
полутомпа- ковых бронзовых
004 1429,0 20420,0 32,7 0 18
0045 1235,0 15252,0 30,9 • • 0 23
005 1163,0 13526.0 33,8 0,21
0056 1042,0 10856,0 34,0 /Г • i 0,23
0063 971,0 9428,0 37,4 i - . 0,22
0071 826,0 6823,0 34,4 0,28 0,29
008 769,0 5914,0 37,9 0,26 0,27
009 666,0 4435,0 36,0 0,33 0,34
01 625,0 3906,0 39,1 0,31 0,32
0И2 521,0 2714,0 34,0 0,47 0,47
0125 488,0 2381,0 37,2 0,43 0,44
014 435,0 1829,0 37,0 0,49 0,49
016 385,0 1482,0 37,9 0,53 0,54
018 333,0 1109,0 36,0 0,66
02 ' 313,0 980,0 39,1 0,62
0224 291,0 947,0 42,4 0,58
025 270,0 729,0 45,6 0,54
028 238,0 566,0 44,4 0,64
0315 211,0 445,0 44,0 0,75
0355 . 194,0 376,0 47,0 0,68
04 178,0 320,0 51,0 0,63 u » .
045 154,0 237,0 47,9 0,85 м • •
05 133,0 177,0 44,4 1,15
056 123,0 151,0 47,8 1,06
063 107,0 116,0 45,9 1,33 * л
07 100,0 100,0 49,0 1,24 ч» л
08 91,0 83,0 53,0 1,13 ♦ • »
09 76,9 59,1 47,9 1,70 « >
1 71,4 51,0 51,0 1,58 а. .» *
1,25 61,0 37.2 57,3 1,35 » •
1,6 47,6 22,6 58,0 1,64 fa Л А
2,0 40,0 16,0 64,0 ч 1,38 к яс ♦
2f5 33,3 7 И,2 70,0 1,15 • а •
вого^3^0^ Сит* состав которого зависит от предусмотренного стандартом сито-*
¥стппв°СТаВа ПоР°шка, устанавливается на механический встряхиватель
пг>Л„ь TBoi„₽a^OTaraL1Iee по принципу вращательного движения со скоростью
частот”лЯ ~ об/мин и прн одновременном встряхивании с равномерной
той 180 * ю об/мин.
таль.«Лемя Рассева пробы — обычно 30 мин нли устанавливается эксперимен-
та— и ^ля данноГо порошка. По окончании рассева отдельные фракции высы-
из сит иа глянцевую бумагу и взвешивают с точностью до 0,01 г.
Содержание отдельной фракпии в % вычисляют е точностью 0,1 % по
формуле
х=— 100, (1.2)
т
где та- масса данной фракции, г; т - масса испытываемой пробы, г.
1.21.4. Определение гранулометрического состааа
Для определения гранулометрического состава мелких металлических
посошков со сферической и полиэдрической формой частиц размером 0,5-40 мкм
«пользуются методы весовой и фотоседиментации. Они основаны иа определе-
нии массовой доли частиц различных размеров этого порошка по скоростям их
оседания в вязкой жидкости при ламинарном движении частиц (ГОСТ 22662—77)
Пои весовой седиментации определяют седиментационными весами массу
осадка в вависимости от времени осаждения. При фотоседиментации скорость
оседания частиц определяют по скорости изменения оптической плотности
суспензии порошка. Полученная в результате зависимость фотоэлектродвижу-
шей силы (фототока) от времени оседания служит для распета массовой доли
частиц разных размеров.
При седиментационном анализе используются дисперсионные жидкости
для приготовления эмульсии из исследуемой пробы порошка. Выбрать эмуль-
сионную жидкость можно по данным табл. 1.37.
Таблиц а 1.37. Состав дисперсионных жидкостей
для седиментационного анализа
Порошок Дисперсионная жидкость
Алюминия 0,2 %-ный водный раствор олеата натрия, водный
раствор моющего средства ОП-7 (0,075 г/л), этило- вый спирт
Вольфрама Растворы масла в ацетоне, этиловый спирт, растворы
глицерина в воде или этиловом спирте, 0,01 %-ный водный раствор гексаметафосфата натрия (ГМФ),
циклогексанон
Железа Масло соевое и ацетон (111)
Кобальта, магния Этиловый спирт
Меди, броизы, латуни Бутиловый спирт, ацетон, соевое масло, циклогекса-
нон
Молибдена Никеля Ацетон, этиловый спирт, раствор глицерина в этило- вом спирте, циклогексанон Растворы толуола в машинном или веретенном мае-
Олова ле, циклогексанон
Бутиловый и изоамиловый спирты
Циика Бутиловый спирт, 0,2 %-ный водный раствор ГМФ, с,01 н раствор соляной киелдты в метиловом спирте
паралладьных°оппргг1поиивОДЯТ Не менёе ДВУХ Раз- Отклонение результатов скоро значения должно превышать 10 % среднего арифметиче- значение, параллельных оп^адеданий.^" Принимают среднее арифметическое 74
В основе микроскопического метода определения гранулометрического
-пгТява лежит измерение, и подсчет количества частиц проводят под оптическим
Микроскопом визуально или автоматически (ГОСТ 23402—78). За размеры час-
тил принимают при визуальном измерении максимальную хорду частицы в го-
ризонтальном или вертикальном направлениях; при автоматическом изме-
Ри_____хорду частицы в горизонтальном направлении.
₽вЯ Пробу для испытаний массой 5—7 г отбирают по ГОСТ 23148—78, тщательно
перемешивают на стеклянной пластинке, рассыпают полосой длиной 7—8 см
и разделяют ее на семь или восемь равных частей. Четные части отбрасывают,
я нечетные смешивают и повторно сокращают таким же образом. Операции по-
вторяют до получения пробы массой 0,5—1 г. Затем переносят на кончике стек-
лянной палочки небольшое количество порошка на предметное стекло, добав-
ляют одиу-две капли диспергирующей жидкости, распределяют равно-
мерно смесь палочкой по стеклу, накладывают покровное стекло и надав-
ливают на него осторожно во избежание выхода больших частиц за пределы
стекла. Избыток жидкости удаляют промокательной бумагой.
Измерение размеров частиц проводят при непосредственном наблюдении
микроскопического изображения по микроскопическим снимкам, снятым е об-
разна, или по изображению на экране проектора.
F Интервал размеров частиц разбивают на шесть частей. Площадь, на кото-
рой производят измерение и счет частиц, равна: при непрерывном движении
препарата длине линейки окуляра, умноженной на длину пути, пройденного
препаратом от начала до конца процедуры измерения; при наблюдении отдель-
ных полей зрения — сумме их площадей. При малом увеличении учитывают
только большие частицы, при большом увеличении только малые частицы.
Количество измеренных частиц (при использовании одного увеличения)
или расчетное количество измеренных частиц (при использовании двух или
трех увеличений) должно быть не менее 625. Под расчетным понимают
количество частиц, отнесенное к одному выбранному увеличению и вычислен-
ное по формуле
/б /ср (F \г Л IF х*
'М<) м
i=l fe=l fe=l
(использовано три увеличения),
где N6l — количество частиц i-ro класса, измеренных при большем увеличе-
нии; Nep t — то же, при среднем увеличении; N^i— то же, при малом увели-
чении; F6, Fcp, Fu — большое, среднее и малое увеличения; 1б, 1ер, /„ — число
классов, просмотренных при данных увеличениях.
Число полей зрения, просмотренных при разных увеличениях, должно
быть одинаковым. Количественное распределение частиц по размерам полу-
чают, относя количество измеренных частиц f-го класса к общему количеству
измеренных частиц.
1-21.S. Определение насыпной плотности
Метод заключается в заполнении постоянной емкости (стаканчики) порош
Ком через воронку или волюмометр с последующим определением массыi поро
ка и вычислением насыпной плотности (СТ СЭВ 2283—80). Размеры Р
и волюмометра оговорены ГОСТ 19440—74. Выходные отверстия волюмометра
и воронки имеют диаметр 5 мм. Расстояние между торцом выходного отверст я
о=вер.хийм торцом мерного стаканчика составляет 25 мм. Емкость
*5 см\
Воронка используется для определения насыпной плотности ”°Р°“х°Вд
падающих высокой текучестью. Волюмометр применяется ДД Р
этого испытания иа порошках с плохой текучестью.
Насыпную плотность (г/см3) определяют по формуле
v -4L (М)
где масса испытуемого порошка (г) в стаканчике т » - тг. Здесь щ ~
МаС1аТаХ7ю^СлХ“^ Т₽еХ °ПРеда-
иий. допус^Х расхождения между которыми, округленные до второго деся.
тичиого знака, не должны превышать 2 /о.
1J1.6. Определение текучести
Метод определения-текучести (ГОСТ 20899 75, СТ СЭВ 2285 80) Метал-
личеХ Пашков основан на регистрации времени истечения порошков из
юоонки самопроизвольно просыпающихся через калибровочное выходное от-
крХ диаметром 2,5 А (мм). Этим методом определяют также текучесть сме-
сей порошков и шихт, содержащих неметаллические добавки.
Воронку устанавливают в штативе, закрывают выходное отверстие снизу
и высыпают в нее 50 г порошка, взвешенного е погрешностью не более 0,1 г.
С открытием отверстия включают секундомер и останавливают его одновременно
с падением последних частиц порошка. Испытания проводят на пяти лабора-
торных пробах. За результат испытания принимают среднее арифметическое
результатов пяти испытаний.
1.21J. Определение удельной поверхности
Сущность метода (ГОСТ 23401—78) заключается в определении количе-
ства аргона, адсорбирующего на поверхность адсорбента из потока аргоно-ге-
лиевой смеси заданной концентрации при температуре жидкого азота и после-
дующей десорбции его в ту же смесь при повышении температуры до 20 й: 5 °C,
Масса пробы для крупных порошков е удельной поверхностью 0,1—10 м2/г
составляет от 5 до 0,2 г, а для мелких порошков е удельной поверхностью свыше
10 м*/г до 500 м2/г включительно масса пробы составляет от 0,2 до 0,02 г»
Удельная поверхность определяется в специальной установке^
Удельную поверхность (м2/г) определяют по формуле
4’73 уКдрд [ j _ М /Ро^Аг+1
РкдЩ ' Ро/\ С
(1-5)
где 4,73 — площадь, которую занимает 1 см® (при нормальных условиях)
аргона, адсорбированного мономолекулярным слоем, м2/см8; Укп — объем
крана-дозатора, см’; F& — площадь десорбционного песка, см2; Гкд — пло-
щадь проявительного песка, занесенного при введении пробы аргона краном-
дозатором, см ; т — масса пробы, г; р0 — упругость насыщенного пара аргона
при температуре жидкого азота для переохлажденной жидкости, 3 • 10* Па;
С —константа (для аргона С =50); рДг— парциальное давление аргона
(Па), определяемое по формуле
₽Аг Сдг^бар-
Здесь САг — объемная доля аргона в аргоно-гелиевой смеси; рл „ — баромет-
рическое давление, Па. р
не п^лжииКа«п«Т,,»аСХ°^До/НИЯ междУ Двумя параллельными определениями
К) м»/?и Ю Аг на /о ДЛЯ адсоРбентов с удельной поверхностью 0,1 —
0 т для адсорбентов с удельной поверхностью от 10 м2/г и выше.
1.21.8. Определение прессуемости
и пТЬ ~~ спос5’бность порошка Образовывать брикет заданной формы
Н минимально допустимой плотности под воздействием данного лявпения Прес-
суемость определяется (ГОСТ 25280-82, СТ СЭВi 2286-80) IbvSя техноАогичХ
сними характеристиками; уплотняемостью и формуемостью. У
поесУпААаЯе ~ зависимость плотности брикета от величины давления
m i Характористикой уплотняемрсти является диаграмма прессова-
ния, построенная в координатах «плотность - давление прАсования»
формуемость — способность порошка сохпанять
определенных значениях плотности. Формуемость пооошкГУ^ Ф°рму ПР«
интервалом плотности, ограниченным значениями миним^нпйарактеРизУется
ной плотности, при которых прессовка не имеет разрушений максималь-
из пресс-формы. * крушении после извлечения
Уплотняемость определяют прессованием брикетов ив
ка в пресс-форме с внутренним диаметром матрицы 11,29 мм 7^=7° П2?рош’
и 700МЛШа) или на’машинГс запис1юЮдиагрИам3мыаННЫХ Давлениях (200, 400
щей лилейное распределение плотности”?длинТбрикета *рРМЫ’ обеспечиваю-
сования брикет извлекают из пресс-формы и по делением отпЛ»ТаНИИ Прес'
основании, определяют длину той части брикета rna«^’ спечатанным на его
и не имеют трещин при рассмотрении под лупой с увеличение^”^ 8ьЛражевы
как среднее арифкеткчеекое результата." рТГ.Х"™”"®
121.9. Определение прочности прессовки
Сущность метода (ГОСТ 25282—82, СТ СЭВ 2288—80) заключается в спо-
собности образца с заданной плотностью выдерживать при изгибе напряжение
не менее 6 МПа. Испытание проводят на спрессованных образцах размером
30 X 10 X 5 мм и относительной плотности 75 %. Предел прочности прессовки
(МПа) вычисляют по формуле
„ _9,8ЬЗР/ОП
а 2 • b*h *
(1.6)
где Р— усилие в момент излома, кгс; 1О„ — расстояние между опорами, мм;
Ь — толщина образца, мм; h — ширина образца, мм.
За результат испытаний принимают среднее арифметическое трех определе-
ний, расхождение между которыми не должно превышать 0,01 МПа.
ГЛАВА 2
ПОРОШКИ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ
2.1. Введение
Одной из важнейших задач современного материаловедения является со»
манте материалов для работы в экстремальных условиях - при высоких тем-
пеоатурах и напряжениях под воздействием агрессивных сред и т. п. Широкие
возможности для создания таких материалов открывает применение бескисло-
родных тугоплавких соединений. Повледние можно подразделить на три основа
ные группы.
1. Металлоподобные соединения, образуемые преимущественно переход-
ными металлами с такими неметаллами, как бор, углерод, кремний и азот,.
Эти соединения обладают высокими температурами плавления и твердостью?
химической устойчивостью, низкими значениями скорости испарения и упруго-
сти пара, металлическим характером проводимости, умеренными значениям^
работы выхода электронов, некоторые из них высокими температурами пере-
хода в гверхпроводяшее состояние.
2. Неметаллические тугоплавкие соединения, к которым относятся карбид^
и нитриды бора, кремния, алюминия, силицид бора. Эти соединения плавятся
инконгруэнтно при температурах 3000—3500 °C, являются диэлектриками или
полупроводниками с широкой запрещенной зоной, твердость их колеблется ох
низкой для гексагонального нитрида бора до значений, превышающих твер?
дость всех известных материалов (для карбида бора 490,5—687 МПа).
3. Металлические тугоплавкие соединения — взаимные соединения ме-
таллов, которые обладают в основном свойствами металлов.
Уникальные свойства бескислородных тугоплавких соединений определяют
широкие области их применения. Они используются для создания огнеупорных,
твердых и износостойких материалов, материалов для химической, радио- и
электротехнической промышленности, ядерной и ракетной техники и в других
случаях. Порошки тугоплавких соединений широко применяются в качестве
абразивных и наплавочных материалов.
В этой главе описаны методы получения и свойства порошков бескислороД-
ных металлоподобных и неметаллических тугоплавких соединений.
2.2. Получение порошков тугоплавких соединений
методы получения порошков тугоплавких соединений: синтез
е3Ллт^1тД.»,^ШеСТВ: взаимодействие оксидов или других соединений металлов
аойлй Аяз »• УЮ“ Неметаллами иди их соединениями; осаждение из парога*
ви:°с±3^МеТВЛЛОТерМИческое Установление оксидов металлов в присутст-
пяеплаш«3 ствующих неметаллов; взаимодействие простых веществ в растворе
расплавов, электролиз расплавленных сред и др. Щ
кой ВРОСТЬ|Х веществ при плавлении осуществляется дуговой плав*
Гп^ледуюшЛ Упея,““ электродом в водоохлаждаемом тигле; дуговой плавкой
pacxonv₽=п Расплава в изложницу, дуговой плавкой с помощью
автор У электрода в водоохлаждаемый или подогреваемый кристалл»-
Таблнпа
2.1. Состав плавленных карбидов [455, 483]
Фаза Условия синтеза Массовая доля, %
в», 10—* А/м* | р, 0,1 МПа Me ^связ ''свой
Т1С069 80 65—75 84,8 15,0 Не обн.
ТК^),75 95 70—80 84,1 15,8 й
Т1С0.78 100 70—75 83,1 16,4 0,50
TiC099 120 70—80 79,9 19,8 0,27
ZrC0>ei 140 55—65 92,4 7,4 0,12
ZrC0>72 150 60—72 91,2 8,9 Не обн.
ZrCfl,8S 160 60—72 89,6 9.8 0,60
Zr0>,96 170 56—68 88,8 11.1 0,20
NbCjjg 160 54—65 91,1 8.9 Не обн.
NbC0(g2 170 50—60 91,4 9,7
Ь'ЬСдад 180 50—62 88,5 11,3 0,14
MOjC — 60 5,44 0,44
WC 80 •— 5,8 0,43
Примечание. Плавка производится в дуговой печи с расходуемым электродом из
соответствующего карбида в графитовом тигле, футерованном синтезируемым карбидом.
Таблица 2.2. Состав сесквикарбидов редкоземельных металлов, полученных
дуговой плавкой [286]
Фаза Массовая доля, %
Me Ссвяз ^своб
Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент
YsCj 83,14 84,0 16,86 15,8 Не обн.
Чс, 88,53 88,4 11,47 11,5 »
ЧСг 88,61 88,3 11,39 11,4 ж
88,67 89,0 11,33 11,2 >
Nd2C3 88.90 89,0 11,10 10,8 ж
%с3 89,71 89,0 10,29 10,2 »
Мец.г1?<и К е 4 а и и е • Применяется нерасходуемый электрод, среда аргов, см
содержит 95 % углерода по отношению к расчетному.
Таблица 2.3. Состав силицидов редкоземельных металлов, полученных синтезом
иа простых веществ дуговой плавкой [127, 128| ...... .. .
Фаза Условия синтеза кассовая доля, % ' '“-<4
Избыток Si а смеси, мае. % 4 ac t, мин Me Si Экедери, меит
Расчет Экспери- мент Расчет
Sc.Su 1 1400 180 72,73 72,3 27,27 26,9
ScSi 2 1400 180 61,01 60,5 38,99 38,4
Sc «Si. 1 1300 180 48,99 48,3 51,01 50,9
YxSia 1 1450 180 84,07 84,0 15,93 15,2
ysi I 1450 180 75,99 76,2 24,01 23,5
YjSig 1 1300 180 65,50 64,3 34,50 35,0
YSi. 1 1300 180 61,28 60,4 38,72 38,0
2—3 1450 180 89,18 89,6 10,82 10,3
2—3 1400 120 88.12 87,9 11,88 ПЛ
LaSi * 2—3 1450 120 83,18 82,9 16,82 17,6
LaSi, 1-3 1300 120 71,22 71,6 27,78 : 27,7
CesSi3 1—3 1300 180 89,26 89,6 10.74 9,4
Ce,Si, 1—2 1200 240 88,21 87,7 11,79 12,0
CeSi 2-3 1300 120 83,30 83,0 16,70 16,8
CeSi, 2—3 1200 300 71,38 72.4 28,62 26,1
PrSi, 1—2 1300 360 71,49 72,0 28.51 27,1
NdSi, 1—2 1200 300 71,97 72,0 28,03 27,6
При меч а вне. Применяются водоохлаждаемый медный под и аерасходуемый вольф-
рамовый электрод. остаточное давление 6,67 МПа.
4
Таблица 2.4. Состав силицидов, полученных синтезом из простых веществ (453J
Условия синтеза Массовая доля. &
f, ’C T, МИН Sipac4 Sl3KCn S1cbo6
Mg2Si TiSit ZrSit VSij NbSi, TaSi, CrSi, MoSi, WSi, 750 1000 1100 1200 1000 noo 1000 1000 1000 60 120 120 30 30 60 30 30 30 36,6 53.98 38,11 52,44 37,68 23,69 51,93 36,93 23,40 36,5 51,8 38,2 52,4 37,7 23,6 49,2 34,9 23,5 1.5 0.04 0,29 0,15 0,37 0.13 0.42 0.09
содержит" %еизботка магоияа.’“арГ0И’ вМееь Ие’1«°«етрического состава: шихта иа Mg.Sl
80
Таблииа 2.5. Состав силицидов, выпускаемых Донецким ааводом химических
ТУ Массовая доля, %
Фаза Me Si
MgjSi LaSi, TiSi, ZrSi, HfSi, VSi, 6—09—03—993—74 6—09—03—42—75 >63,0 >65,7—71,2 <35,1 <27—30
6—09—03—370—74 >45,0 <52 0
6—09—03—416—76 >67,0 <37’o
6—09—03—36—75 >76,5 <22,7
6—09—03—18—75 >46,7 <50,0
NbSi» 6—09—03—1—75 >62,2 <36,8
6—09—03—371—74 >76,0 <23,0
6—09—03—416—76 >47,0 <50,2
MoSig 6—09—03—395—74 >61,5 <35,0
WSig 6—09—03—376—74 >76,3 <22,4
FeSij 6—09—03—329—79 >49,5 <47,8
CoSi, 6—09—03—44—75 >49,5 <48,0
Примечание. Силициды получены синтезом из простых веществ.
Таблица 2.6. Состав нитридов, полученных распылением металлических
порошков в азоте [362, 450]
Фаза Условия синтеза Массовая доля, %
i. °C т, нин Me N
Расчет Эксперимевт Расчет Эксперимент
Mg3N, 850 60 72,25 71,3—72,7 27,75 26,6—27,3
Afi? 1100 90 65.82 62,7—64,9 34,18 31,5—33,9
TiNi-x 1200 120 77,37 78,3—79.1 22,63 20,1—21,5
2rN’_x 1200 120 86,39 87,2—87,5 13,31 12,2—13,2
1200 120 92,78 92,7—93.0 7,28 6,9—7,3
NbNj_’ 1200 120 86,90 86,6—88,2 13,1 12,3—13,1
Примечание. При получении Mg3Na bAIN азотируемые шихты содержат по
*0 мае. % соответствующих нитридов.
Условие, препятствующее испарению и диссоциации получаемых
ний,— применение повышенного давления аргона (5,05 8,08 МПа).
синтеза, характеристики карбидов и силицидов, полученных плаилен , р
ведены в табл. 2.1_2.3.
Синтез из простых веществ при температурах ниже температур плавления
осуществляется в электрических печах сопротивления в среде
ного। или инертного газа и в вакууме. птивтгтвуюших
Смесв порошков металла и неметалла в количествах, со пР0ТН-
полному прохождению реакции синтеза, перемешивают в см .а
Рают через сито с сеткой № 08, прессуют под давлением 98,1-190,2
летки и нагревают в печах, после чего измельчают и ПР характери-
с сеткой Хе 004. В табл. 2.4 и 2.5 приводятся условии синтеза и р Р
стики силицидов, полученных синтезом из простых в^ес 'l——. «ли аммиа-
Получение нитридов азотированием порошков металл _ ом кли Повы-
к°м проводят в электрических печах сопротивлении при атмосф р
Таблица 2.7. Состав нитридов, полученных в промышленных печах
револьверного типа |450]______________________________—---------------
Фаза Условия синтеза Массовая доля, %
f, °C т, мня Me N
Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент
AIN ZrNj-x HfNt-x VN._S NbN._B TaN,_x CraN 1250 1250 1200 1200 1200 1200 1200 1200 90 90 120 90 60 60 90 120 65,82 77,37 86.69 92,72 78,44 86,90 92.81 88,14 64.4—65,6 78,3—79,0 87.0—87,5 92,7—93,0 78,8—80,8 86.9—87,7 92,8—93,2 86,7—87,7 34,18 22.63 13,31 7.28 21,56 13.10 7,19 11,86 32,1—33,9 20,0—21,7 12,5—13,2 6,9—7,3 18,0—20,5 12,3—13,0 6,7—6,9 10,7—11,3
Т а б л и Ц а 2.8. Состав нитридов, полученных азотированием металлов [97, 279]
A •* - » Условия синтеза Массовая доля, % Периоды решетки, нм
Me N Расчет Эксперимент
итрид t. °C T, мни i | Расчет Экспери- мент Расчет Экспери- мент а с а С
TiN. - 1200 120—240 77,35 77,5 22,65 22,2 0,4234 — 0,424 —
ZrN._x 1200 60—120 86,69 86,8 13,31 13,2 0,4576 — 0,456 ——
900 60 90,7 90,6 9,30 8,6 0,2835 0,4541 0,283 0,457
1200 240 78,5 78,2 21,50 20,3 0,4126 — 0,413 —
NbX, 900 30—60 92,8 97,82 3,02 6,6 0,3046 0,4986 0,304 0,490
NbN,_x 1200 60—120 86,9 86,9 13,10 13,1 0,2952 1,125 0,291 1,116
CrJ OrN 800—900 60—120 96,39 95,5 3,72 4,2 0,3041 0,4908 0,298 0,489
1200 60—120 92,88 92,6 7,19 7,3 0,5180 0,2904 0,518 0,290
1200—1300 240 88,13 88,0 11,87 11,95 0,4760 0,438 0,476 0,434
900 60—120 78,3 78,6 21,70 21,0 0,4148 — 0,415
Примечание. Размер частиц металла 2—7 мкм.
шейном давлении азота. В случае синтеза в вакуумных печах создается опреде-
ленное разрежение, после чего в систему напускается азот. Для уменьшения
количества тепла, выделяемого при синтезе нитридов, вызывающего спекание
порошка и снижение газопроницаемости, к азотируемому порошку добавляют
некоторое количество готовых нитридов соответствующих металлов.
Получение нитридов азотированием металлов в промышленных условиях
осуществляется распылением металлических порошков. В распыленном состоя"
нии порошки подают в зону нагрева реактора, температура которой выше тем-
пературы воспламенения их в азоте. Частицы металла воспламеняются с обра-
зованием нитрида, после чего в неподвижном слое происходит их доазоти-
рование.
С целью быстрого перехода от получения одного нитрида к другому ис-
пользуются электрические вакуумные печи револьверного типа. Реакторами
служат сменные графитовые капсулы с азотируемым порошком, которые пооче-
редно вводятся в зону нагрева без разгерметизации печи и ее охлаждения,
нежимы получения и характеристики нитридов приведены в табл. 2.6—2.9.
K2
Таблица 2.9. Состав нитрилов, выпускаемых Донецким заводом химических
реактивов
Фазе ТУ Массовая доля, %
Me N
ио * 1 Mgs^a A1N 6—09—03—463—78 70,5 24,5
6—09—110—75 64,0 31,0
Si,N4 TiN 6—09—03—312—77 59—61 37,2—39,9
9—09—112—75 78,0 19,7
ZrN 6—09—4050—75 86,8 11,8
HfN 6—09—03—419—76 92,2 6,8
VN 6—09—03—364—74 78,5 “ 17,5
NbN 6—09—111—75 86,9 11,8
TaN 6—09—03—406—75 92,8 6,5
Cr.N 6—09—03—45—75 86,5—89,0 10,5—11,8
Mn*N 6—09—03—292—76 91,5 5,1
Таблица 2.10. Состав боридов, полученных самораспространяющимся
высокотемпературным синтезом [454]
Состав исходной шихты, моль «ад. °C Массовая доля, %
ЧИСТОЙ смеси смеси б разбавите- лем Me В
Расчет Экспери- мент Расчет Экспери- мент ®своб
Т1 + В 81,60 82,0 18,40 18,2 *
Т1+2В 2920 'а 68,90 69,2 31,10 31,3 *
Zr + 2B 3040 1770—2080 80,82 79,8 19,18 19,0 0,10
Hf + 2B 3250 89,19 89,1 10,81 10,7 0,12
Nb+B , . . 89,58 90,1 10,42 9,8
Nb + 2B 2070 1720—1920 81,11 81,8 18,89 18,5 0,17
Таблица 2.1L Характеристика карбидов, полученных самораспространяющимся
высокотемпературным синтезом [438]
Карбид Марка Массовая доля, % 1, г/см’ ft. S «в я км
Me Ссвяз Ссвоб О
Т1Сг_х СВС/КТ-П 79,4—80,5 19,4—20,0 0,1—0,3 0,09—0,2 4,24 0,0428 500 500—250 250—100 100—40 40
СВС/КТ-500 79,4—80,5 19,4—20,0 0,1—0,3 0,09—0,2 4,96 0,0037
1-1- irin т г и м СВС/КТ-250 СВС/КТ-100 79,4—80,5 79,4—80,6 19,4—20,0 19,3—19,9 0.1—0,3 0,15—0,35 0,09—0,2 0.1—0,2 4,33 4,47 0.00/9 0.0192
СВС/КТ-40 79,4—80,6 19,3—19,9 0,15—0,35 0,1—0.2 4,67 0,0643
X МэС,_х СВС/КЦ-П 87,7—88,4 11,5—11,7 0,1—0,2 0,09—0.3 5.58 в
у* ' 88,25 11.4 0,1 0,06 • • * « *
к.. 93,5 6,1 0.1 0,29
СамораспространяющиЙся высокотемпературный синтез основан на экзо-
терм ичности реакций взаимодействия большинства металлов с бором, углеро-
дом, кремнием н азотом, вследствие чего образование боридов, карбидов, сили-
цидов и нитридов относят к реакциям горения [7, 301, 438J.
Особенностью процесса синтеза является возможность протекания реакции
в узкой зоне, перемещающейся по спрессованному образцу за счет теплопере-
дачи, после локального инициирования реакции. Процесс горения сопровож-
дается ярким свечением, которое не прекращается сразу после прохождения
фронта горения. При этом проходит догорание, т. е. взаимодействие во всем
объеме образца. Скорость распространения фронта горения составляет 0,05—
0,15 м/с.
Горение осуществляется в бомбе постоянного давления, куда загружаются
спрессованные цилиндрические образцы диаметром 1—2 и длиной 3—4 см из
смесн металла н неметалла в количествах, соответствующих получению даи-
Таблица 2.12. Получение силицидов самораспространяющимся
высокотемпературным синтезом [140, 458]
Фаза Характеристика исходных компонентов Si /Me в шихте, ат. доля Массовая доля Si в шихте, % —— Эо и а Фазовый состав продуктов горения
1 Металл ГОСТ вли ТУ
TiSi, Ti ТУ—48—10—75—76 (99,7 о/p Ti) 0,6 2,4 26,1 57,0 ♦ № 1920 870 Ti5Sls TiSi2, TiSi, Si
ZrSi2 Zr M—43 (99,9 % Zr) 2,0 38,1 1820 ZrSi2
HfSij Hf ТУ—48—4—176—72 (99,3 % Hf) 4,0 38,6 . к . 1050 HfSi2, Hf, Si
NbSij Nb ТУ—48—4—284—79 (99,8 % Nb) 2,0 37,7 250 1680 NbSLj, Nb
TaSi, Ta ТУ—95—318—75 (99,5 % Ta) 2,0 23,7 150 1485 TaSi2> Si
MoSij Mo МРТУ—48—16—3—66 (99,8 % Mo) Л 2,0 36,9 • 1660 MoSi2
Примечание. Исходный кремний - ГОСТ 2169-43, марка КР-0 (99,2 % Si).
Фаза Массовая доля, % Период решетки а, нм
Me N Расчет Эксперимент
Расчет Экспери- мент Расчет Экспери* мент
BN AIN TiN ZrN 43,55 65,85 77,38 86,69 43,0 65,6 77,1 87 5 56,45 34,16 22,62 13,31 7,27 13,09 7,18 55,1 32,6 21,7 0,4249 h « • 0,4236
HfN NbN TaN 92.73 86,91 92,92 92Л 87,2 92,2 12,8 7.2 12,9 7,3 0,4537 0,450 0,4386 0,4568 0,4504 0.4382 0,4323
__ продукта. Средний размер частиц металла 50 мкм, неметалла__до 1 мт.
Сжигание осуществляется за счет нагрева электрической спирали' установ'
3Л«яой внутри бомбы. Среда при получении боридов, карбидов и силицидов~
Л гон при получении нитридов — смесь аргона и азота. ‘
аР Если реакция проводится при температурах, близких или соответствую-
щий температурам плавления исходной смеси, последняя разбавляется готовым
проДУкТОМ- Усл0®ия синтеза и характеристики продуктов синтеза приведены
в табл. 2.Ю—2.13.
Таблица 2.14. Состав боридов, полученных боротермическим методом [454, 469]
Массовая Доля, %
Фаза t, °C Me В
Расчет | Эксперимент Расчет | Эксперимент
СаВ, 1600 38,20 38,1 61,80 61,2
ВаВ, 1600 67,92 67,5 32,08 31,2
YB, 1750 57,90 57,9 42,10 42,0
LaB, 1600 68,20 68,1 31,80 31,9
GdB, 1800 70,70 70,5 29,30 29,3
ЕгВи 1450 56,32 55,5 43,68 43,9
ТгпВц 1450 56,56 55,6 43,44 44,0
YBla 1600 • 57,15 56,0 42,85 43,3
LuBu 1450 57,40 56,1 42,60 42,8
TiBa 1500 68,90 ’68,2 31,10 31,2
ZrBa 1550 80,82 80,3 19,18 19,1
HfBa 1700 89,19 89,0 10,81 10,9
VBa 1500—1550 70,10 70,2 29,90 29,8
NbBa 1600 81,11 20,2 18,89 19,0
TaBa 1600 89,32 88,6 10,68 10,9
CrBa 1600 70,62 70,6 29,30 29,3
Примечание. При получении СаВв и ВаВ, избыток СаО — 10 %, ВаО —• 40 %.
Таблица 2.15. Состав боридов, полученных углетермическим методом [454]
Фаза Отношение МеО; В2Оа:С в шихте Массовая доля, % С
Me В
Расчет Экспери- мент Расчет Эксперимент
СаВв 1:3:5 38,1 37,70 61,9 61,2 0,6
1:3:5 57,4 57,30 42,6 42,0 0.1
oath т-п ® 1:3:5 67.9 67,10 32,1 32,5 0,5
Т|В4 1:1,3:5 68,9 31.10 69,2 29,6 0,5
Zr Вл 1 : 1,3 : 5 80,82 19,18 79,6 18,0 0,7
HfB4 VD * 1 : 1,3 :5 89,19 10,81 89,0 10,5 0.32
VB« 1:2,6; 9 70,1 29,90 69,9 29.4 0,43
NbB, 1:2,6: II 81,11 18,89 80,6 18,9 0.45
XI/ о 1:2,6: 9 70,62 29,38 69,9 28,8 0,7
w2BB 4: 6,5 : 27 87,19 12,81 87,0 11,7 0,7
ток ни е. Температура 1900 °C, время "нагрева 30 мин, среда — водород, избьг-
«откоЙ Гопяио^°' При получении СаВ, продукты восстановления подвергают очистке^оор^^
в т«чение10Чмп« ₽аствором НС1 и ацетоном с последующим отжигом при т?£'”®р^уУр®оа кис-
лотой о < 1) [45цИ «««вкой образующихся при этом оксидов металлов и бора солян
Я о., яяоиялк металлов с неметаллами или их соедине-
Синтез взаимодействием okciе иеметаллами проводят в вакууме
~ °™
тивления с графитовой трубой или^^в углеродом и бором, азотирование смеси
Восстановление оксидов ме алл У ₽виях проводят в автоматизирован-
Оксидов с углеродом в промыпи ог' типа с виброперемещающимся слоем
вых вакуумных иеча^и готовых продуктов. Исходные шихты гранулируют
иааЖт-^шине ТП 40 о использованием в качестве пластификатора водНого
раствора поливинилового трубы соединен е вибратором. Гра-
Нагреватель печи в вида н т 6ункер. при достижении в печи заданной
нулированную шихгу загру заданные промежутки времени включают
температуры «Рез оп.роТового продукта поступают в зону охлаждения. При
вибратор, и гранулы готового п^ду * опрокидывают. прн
НаКОП=^то°овымючают и реактор наполняют новой порцией шихты из бун-
этом вибратор выклю ai и ромелЬнице и подвергают классификации йа.
кера, гр»"Улы нзммьчают в виор g азота, что п*
вибросите. Печь работает в уел пдав соединений [4501.
ЗВ°ЛПолучениеапорошков боридов осуществляется тремя способами,
1. Боротермическое восстановление, основанное на реакции
МеО -j- В -+ МеВ2 + В2ОЯ.
Условия получения и характеристика продуктов приведены в табл. 2.14„.
2. Углетермический метод осуществляется по реакции
МеО В2О2 “1“ С ^еВ 4~ ^зО$.
Условия получения и характеристика продуктов приведены в табл. 2 15?
и 2.16.
3-, Карбидоборный метод основан на взаимодействии "
МеО 4- В4С— МеВ 4- СО.
Таблица 2.16. Состав боридов, выпускаемых Донецким заводом химических
реактивов
Фаза ТУ Массовая доля, %
Me В
СаВа 6—09—03—354—79 37,0 59,0
YBa 6—09—03—422—76 56,0 41,0
LaBa 6—09—03—8—75 67,9 31,0
СеВ. 6—09—03—421—76 67,3 31,0
GdBa 6—09—03—422—76 56,0 41.0
Т1В2 6—09—03—7—75 68,3 30,1
ZrBa 6—09—03—46—75 79,5 19,0
HfBj 6—09—03—418—76 88,0 10,5
YB2 6—09—03—261—75 69,5 29,2
NbBa 6—09—4694—78 80 5 18,7
TaBa 6—09—03—415—76 88^5 10,2
CrB2 6—09—03—385—76 68 5 29,5
Mo2B 6—09—03—28—75 94 о 5.0
Mo2Ba 6—09—03—397—74 77,0 21,0
W2Ba 6—09—03—420—76 86 8 12,0
Fe2B 6—09—03—254—75 90,0 8,0
Co2B 6—09—03—427—76 93 5 5,5
Ni2B 6—09-03—500—82 93,2—95 5,0—
Ni2B 6—09—03—407—75 90,4 8.2
„Г2*1""-2.”Лга. 2В20 ."’йр™*-?
’о«ия» полученном углетермическим и карбидоборным методами. Р ВДр'
т.лдииа 2.17. Состав боридов, полученных карбидоборным методом [454, 469]
* фаза t. *c Массовая доля, % Ссвоб
Me в
Расчет Экспери* мент Расчет Экспери- мент
СаВ8 1600 38,2 37,03 61,8 62,3 0,05
SrBe 1500 57,1 56,9 42,8 42,7 0J0
BaBj 1500 68,1 67,4 31,9 32,2 Не оби.
YB,’ 1600 57,81 57,6 42,19 42,1 0,01
LaBe 1600 68,2 68,9 31,8 30,7 0,08
CeB, 1500 68,3 67,5 31,7 32,2 0,02
PrB, 1600 68,5 70,1 31,5 30,0 Не обн.
NdBe 1600 69,1 69,3 30,9 29,3
SmB» 1650 70,1 70,3 28,9 29,6 0,05
EuB, 1600 ' 70,2 69,8 29,8 29,9 0,05
GdBe 2000 70,8 70,8 29,2 29,0 0,10
TbB. 1800 71,2 71,3 28,8 28,5 0,04
YbB, 1600 72,8 72,5 27,2 27,1 0,08
TiB2 1400 68,90 68,2 31,1 31,0 0,02
ZrB, 1500—1600 80,79 80,7 19,21 19,2 0,01
vb2 1400—1500 70,10 70,0 29,9 29,9 0,06
NbBa 1500—1600 81,04 81,4 18,96 18,9 0,09
ТаВа 1400—1500 89,30 89,2 10,70 10,2 0,14
CrBa 1400—1500 70,59 70,6 29,41 29,4 0,02
MojBs 1200 78,00 77,2 22,00 22,6 0,09
W4BS 1200—1300 87,20 87,0 12,80 12,9 0,15
Примечание. Шихта стехиометрического состава, остаточное давление 1.33 Па
время 60 мин. При получении СаВ, избыток СаО в шихте — 10 мае. %.
Таблица 2.18. Состав боридов, полученных карбидоборным методом в промышленных условиях [181]
Фаза Исходные материалы МРТУ Загрузка, кг t, °G Массовая доля, % С
Me В
Расчет Экспери- мент Расчет Экспери- мент
Т1В2 ПО2 6—10—583—65 15 1900 68,90 68,8 31,1 30,8 0,25;
ZrBs ZrOs (99,5 % ТЮ2) . 4355—53 2,0 1900 80,80 80,8 19,18 19,0 0,15
СгВ4 СггО3 (97,3 % ZrO2) V 1275—43 2,2 1800 70,62 69,9 29,38 29,0 '0,15
W4BS W (99,3 % Сг2О3) 3,3 1800 87,19 86,7 12,81 12,7 0,50
а и и е. Печь сопротивления е графитовой трубой» МрЯД?ай74?^£род* ВЫ" нремя подъема температуры-20 -мин. Карбид бора п® МгЧУ
Получение порошков карбидов осуществляется по суммарной реакции
МеО -J- С-* МеС -f- СО.
Условия получения и характеристика продуктов приведены s
табл.
Углетермическое восстановление бориого ангидрида е целью получения
карбида бора проводится дуговой наплавкой, в керновых и бескерновых иечах.
В дуговых печах происходит кристаллизация карбида из расплава, В кер-
новых и бескерновых печах восстановление возможно без плавления или при
частичном плавлении шихты (табл. 2.26 и 2.27).
Карбид кремния в промышленных условиях получают в печах е токопро
рпдагпим сердечником в виде угольного стержня или трубы, ра.сположенных
в центре печи по ее продольной оси. Вокруг сердечника находится шихта, за-
полняющая все рабочее пространство печи. Продукты взаимодействия распола-
гаются концентрическими слоями вокруг сердечника и отличаются по составу,
что связано с различием в температурах по сечению слоя. Характеристики
продукта представлены в табл., 2.28, 2.29. '
Таблица 2.19. Состав боридов, полученных карбидоборным методом
в промышленных вакуумных печах (453]
Фаза Условия синтеза Массовая доля, % Ссвоб
4 "с , т. ч Me в
Расчет) Эксперимент Расчет Эксперимент
Т1В, ZrBj СгВ, 1650—1750 1700—1800 1600—1700 1,4—1,5 0,8—1,0 1—1,5 68,9 80,79 70,59 68,0—68,4 80,5—80,9 69,9—70,5 31,1 19,21 29,41 30,8—31,3 18,9—19,3 29,0—29,9 0,02—0,04 0,01—0,03 0,02—0,04
П р вне ч в и в е> Загрузка 3—S иг брикетов шихты.
Таблица 2.20. Содержание основных компонентов и примесей в дибориде
циркония (222] к
Способ получения Массовая доля, %
Zr В Mg Al € Si
Восстановление смесью бора я углерода Восстановление кар- бидом бора 78,3— 80,2 79,0— 79,7 19,0— 19.7 17,4- 19,2 0,062— ' 0,125 , 0,01 * 0,08— 0,20 0,04— 0,07 0,15— 0,30 0, Io- О.67 0,0018— 0,0024 ' 0,0015
Массовая доля, % —
Т1 N О Сг Мп Fe Mi
Восстановление смесью бора и углерода Восстановление кар- бидом бора 0,049— 0.081 0,043— 0,044 0,04— 0,15 Не обн.— 0.07 а 0,42 0,0027— 0,0070 0,0038 Не обн.— 0,014 -0,015 0,108— 0,42 0,26— 0,51 0,017— 0,080 0,080
’'в':мЛ2+С~м"сГсо^2Т2®ГЭ'""Ьт "°
г*** - Фаза Массовая доля, % ~
Me С Ссвоб
Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент
YC. 78,20 78,8 21,20 20,8 1 0
LaC, 85,26 85,5 14,74 14,5 0,2
CeCi 85,37 85,2 14,63 14,2 0.15
PrCs 85,44 85,2 11,56 14,6 0,5
NdC, 85,73 85,3 14,27 14,3 0,3
GdC, 86,73 86,7 13,27 13,3 Не обн.
TbCi 86,87 87,0 13,13 13,0 9
DyCj 87,13 87,1 12,87 12,5 0,3
ErC, 87,45 87,3 12,55 12,2 0,4
TmC, 87,56 87,2 12,44 11.9 1.1
LuC* 87,93 87,3 ' 12,07 11.4 1.5
Примечание. Температура 1800 — 1900 “С, время нагрева 60 мин, остаточное дав-
ление 1,33 Па.
Таблица 2.22. Состав карбидов, полученных взаимодействием оксидов металлов
с углеродом в среде водорода
Фаза t, °C Массовая доля . .. Литера- тура
Me севяз Ссвоб
Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент
TiCj_x 1950—2000 79,98 79—80,5 20,02 10,0—20,5 0,1—0,8 [453]
ZrUi_* 2000—2200 88,38 88,5 11,62 11,3 0,10 [595]
vc1_» 1900 82.8 83,5 17,3 17,4 0,38 [596]
NbC^ 1900 88,6 81—88,3 11,40 11,1—11,6 0,2—0,3 [453]
CrgLg 1400—1600 86,64 85,9—86,5 13,33 13,1—13,3 0,1 [228, 229]
1200—1300 90,99 89,9—90,2 9,01 8,9—9,1 0,05 [228, 229]
Примечание. Время 60 мин, шихты стехиометрического состава. При получении
»Ч-х шихта состава, соответствующего реакции VaO» + С-* VCQ g+• СО; V2OS получают
жи»Тов,<<5Лениеи VjO, водородом при температуре 800 °C; при получении Сг7Са шихта содер-
жит *• % Углерода от количества, соответствующего стехиометрическому составу.
Таблица 2.23. Содержание основных компонентов и примесей в карбиде
Циркония, полученном разными способами [222] ____________
Способ ’’’Мучения Массовая доля, %
Zr Ссвяа Ссвоб Mg в А1 1 Si Ti
Взаимодействие ^Углеродом в вакууме 88,2— 89,1 10,7— Н.4 0,20— 0,50 0,011 — 0,073 0,010— 0,13 0,12— 0,22 0,01— 0,10 Не обн.— 1,25
Взаимодействие срея?е₽одом в Ч*Д« водорода 87,6— 88,9 10,8— 11,5 0,23— 0,30 0,020— 0,070 * » ( 0,014— 0,180 0,03— 0,11 0,45— 0,82
Продолжение табл. 2.23
Массовая доля, %
Способ получения Hf N О , Ст и 1 N1
Взаимодействие е углеродом в вакууме Взаимодействие с углеродом в среде водорода 1,69— 2,65 0,51— 1,87 Не обн.— 0,4 0,2—0,3 0,4—0,7 0,5—0,7 0,0006— 0,0034 0,0015— 0,011 0,0014— 0,0021 0,00024— 0,00048 0,013- ОД 1 0,09— . 0,12 0,0014— 0,014 0,018— 0,025
Таблица 2.24. Состав карбидов, полученных взаимодействием оксидов металлов
с углеродом в промышленных условиях [362]________________________________
Карбид Условия синтеза Массовая до-ля, % ^саоб
t, °C Т, мин Me <-:свяа
Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент
TiCj-x 1900 120 . 79,95 80,0—82,2 20,05 18,0—19,7 0,3-1,2
1900 90 88,36 87,8—88,7 11,64 10,6—11,3 0,0—1,0
HfCj_x 2000 60 93,7 93,8—94,3 6,3 5,7—6,1 о, о-о,з;
NbCj_x 1700 90 88,55 88,1—88,6 11,45 10,9—11,2 0,1—0,6’
ТаС*_* 1700 90 93,68 93,5—94,0 6,32 6,0—6,2 Не обн;
Примечание. Остаточное давление 1..ЭЗ Па.
Таблица 2.25. Состав карбидов, выпускаемых Донецким заводом химических
реактивов
Фаза ту Массовая доля, %
Me Ссвяэ Ссвоб
в4с Л14СЭ L&, СеС, РгС, NdC. TiC ZrC HfC VC NbC TaC CrgCa Mo,C WC 6—09—668—76 6—09—03—266—75 6—09—03—17—75 6—09—03—16—75 6—09—03—21—75 6—09—3007—73 6—09—03—20—75 6—09—492—75 6—09—03—408—75 6—09—03—361—78 6—09—03—5—75 6—09—03—6—75 6-09—03-33—75 6—09—03—10—75 6—09—03—363—78 6—09—03—360—78 77,5 72,5 78,5 85,2 84,8 84,8—85,5 85,4 79,5 88,0 93,7 80,5 88,3 93,7 85,8 93,3 93,5 20,5 23,5 19,8 13,5 13,6 13,5—14,6 13,3 19,1 10,8 6,0 16,8 11,0 5,9 12,8 5,8 5,9 0,2 0,5 0,5 0,5 0,8 0,5 0,5 0,5 0,1 1,0 0,3 0,15 0.3 0,1 0,1
Порошки СИЛИЦИДОВ
действии
получают кремнийтермическим методом при взаимо-
МеО -f- Si -* MeSi -f- SiO
в инертной среде или в вакууме.
В Условии получения силицидов и их характеристики приведены в табл. 2.30.
Порошки нитридов получают восстановлением оксидов металлов углеродом
в следе азота или аммиака (табл. 2.31, 2.32).
“ Синтез осаждением из парогазовой фазы основан аа взаимодействии легко-
летучих соединений металлов с газообразными или легколетучими соедииеннями
неметаллов. Наиболее эффективно использование галогенидов металлов. Осаж-
леяие порошков возможво в объеме реактора и на нагретой подложке. Водород
способствует развитию реакций и в некоторых случаях значительно снижает
температуры синтеза. Условия осаждения порошков боридов, карбидов и инт-
тридов представлены в табл. 2.33—2.35.
Таблица 2.26. Условия получения карбида бора {422, 451, 638]
Исходные материалы Тип печи 4. °C Характеристика полученного карбида
Смесь борного ангидрида и сажи Дуговая 2200—2300 После отмывки хромовой смесью — мелкокристал- лический карбид содер- жит 3—3,5 % Совоб
Плавленая, предварительно Подвергнутая дегидратации шихта из бориой кислоты и нефтяного кокса Керновая типа Аче- сона 2500—2600 Плавленый карбид, со- держащий 97 % В4С
Водный раствор борной кис- лоты и сажи, подвергнутый упариванию в нагреву до обезвоживаиня Печь сопро- тивления 1600—1800 Карбид бора е размером частиц 1—10 мкм
Борный ангидрид сажа Печь сопро- тивления типа Там- мана 1700—1800 (среда — во- дород) Карбнд бора, близкий по составу К стехиометриче- скому
Н22]ЛЙ^а Технико-экономические показатели производства карбида бора
Способ производства N, кВт Борсодержащий компонент шихты Расход электро- энергии, кВт • ч/кг Произво- дитель- ность печи, кг/ч Расход Н8ВОа, % к расчетному по реакции
Дуговой 30 Н8во3 52,2 0,40 170
30 BgOg 43,7 0,56 100
Вескерновый 200 H3BO3 55,4 23,1 247
100 Дегидрированная губка ВзО3 + С 25—26 10 126
60 То же 36 2—3 155
Таблица 2.28. Фазовый состав карбида кремния по ионам печи [138]
Фаза Место отбора пробы SiCj SiGjj 61СП1 E-Sic
Карбид кремния зеленый Карбид кремния черный Внутри сердечника Из средней зоны Из зоны у поверх- ности Из поверхностного слоя Внутри сердечника Из средней зоны Из зоны У поверх- НОС1И Из поверхностного слоя 0 3 6 ж 0 1 5 11 66 67 52 «ч - 72 72 18 24 0 0 5 0 5 69 42 34 29 37 80 28 22 8 23
Примечанием Бремя 40 ч, шихтакварцевый песок в малозольный кокс, антрацит
или нефтяной кокс*
Таблица 2.29. Химический состав карбидов кремнии [138]
Фаза Массовая доля, %
SiC SiCB06 | ^своб Al Fe СаО SiO,
Карбид кремния зеленый Карбид кремнии черный 98,8 96,2 0,59 0,03 0,13 0,06 4 ч 0,11 1,05 0,0! * Ч •' 0,94
Таблица 2.30. Состав силицидов, полученных взаимодействием Me2Os + Si->
-* MeSi 4- SiO [129, 130, 440]
Фаза Условия получения Массовая доля, % Фазовый состав по данным рент- геновского анализа
t,’C T, иии P< МПа Me. 5*связ ®^своб
Расчет Экс- нер и- мент Расчет Экс- пери- мент
SCjSig Y.S1* LaSi, 1770 1770 1600 180 120 120 1 6,67 1,33 48,95 65,51 71,3 48,8 66,1 70,2 51,01 34,49 28,7 50,0 34,4 26,4 г « 4 Не обн. » Sc3Si5 YgSis LaSia, LaSi
CeSi, 1770 120 6,67 71,38 74,0 28,62 24,2 в (следы) CeSi2< X
TiSi, 1300— 1400 60 #-• » 46,02 в-ва 53,98 ? » х* • «» (следы) TiSi2
Nb)Si2 TaSi, FeSi, 1500 1600 1150 60 60 120 » • a * и »• 76,31 49,84 » 4 48,9 23,69 50,16 50,4 я « Мяв Zr(V,Nb)Si2 TaSi2
Примечание. X — неизвестная фаза,
Таблица 2.31. Условия получения порошков нитридов переходных металлов
азотированием восстановленных оксидов металлов [450]
Фаза Восстановитель t, °C Азотирующий rat
TiN!-, ZrNi_x NbNlx Mo2N Fe4N Fe,N c c c c c H2 (50-70 %) H2 (<30 %) 1200 1300 1300 1250 750—800 500—1000 500—1000 N- Ne n2 Ne n2 nh3 + h2 NH3 H2
Таблица 2.32. Условия получения порошков неметаллических нитридов
Фаза Исходные компоненты Условия синтеза Характеристика продуктов синтеза Лите- ратура
BN B2O3, c, n2 В2О3:С= 85:15 Дегидратация при темпе- ратуре 800 °C, 2—2,5 ч, размол, нагрев при 1400 °C в среде азота 4—5 ч, размол, нагрен при 1600—1700 °C, 2 ч Нитрид бора е со- держанием 97— 98 % BN, 1,2 % В2О3 ц 0,1 % С [473]
BN Н3ВО3, CO(NH2)2 (1 : 1,5) Нагрев шихты при тем- пературе 300 °C, размол, нагрев н токе аммиака при 400 °C с повышением до 1300 °C Турбостратный нитрид бора с не- упорядоченной структурой [50]
Si3N* SiO2, С, n2, SiO2 с удельной поверхностью 300 м2/г, са- жа — 95 м2/г Температура 1400 °C, вы- держка до 10 ч, расход азота 2 л/мин; избыточ- ный углерод удаляется нагревом при 600 °C на воздухе в течение 8 ч Нитрид кремния преимущественно a-модификации, со- держание азота 35—35,5 [683]
Таблица 2.33. Условия осаждения боридов из газовой фазы [454]
Фаза Мета ллсс д ер ж ащий компонент t, °C
TiB2 Т1С14 1000—1300
ZrB, ZrCl4 1770—2500
Н1В„ HfCl4 1900—2700
VB2 VC15 900—1300
ТаВ. ТаС18 1800—2000
СгВ2 СгС13 1200—1600
Мо2В3 MoCl'a 1800—2000
W2B3 wcie 1800—2000
И римечаа не. Борсодержащая фаза — ВС1а.
Таблица 2.34. Осаждение карбидов из газовой фазы [570, 643, 697]
Фаза Исходные компоненты t. °c °OC' кг/(м«-ч) Характеристика продуктов взаимодействия
в*с BCl3(BBrs, BJg), 900—1800 ...
в*с CH4(CCl4) RC1. ССЬ Н» 1600—1700 Монокристаллы в виде
игл и пластин длиной 3—4 мм, содержание при- месей 5 10-4 %
TiC TiCl4, CH4, Hs 1000 1200 0,033 0,045 . а .
ZrC ZrCl4, CH4, H, 1300 1700 • 0,063 0,110
NbC NbCls, CH4, H2 600 0,040 ’ • «
NbCl6, CH4, H„ 900 0,184
Ar 1000—1200 0,094 • • •
ТаС TaCls, CH4 850 0,056
1000 0,384
TiC. ZrC I MeCI*, углеводороды, H2 800—1300 Порошки карбидов с
VC | Удельной поверхностью
TaC ' 3—3,5 м2/г
ZrC, NbC МеС1Л, Ha, графит 1200 • • Чистые однородные по со- ставу карбиды
Плазмохимический синтез порошков тугоплавких соединений. Синтез
тугоплавких соединений из простых веществ, взаимодействие оксидон металлов
с неметаллами, летучих соединений металлов и неметаллов могут осуществ-
ляться в плазме [227, 228, 307, 505, 582].
Таблица 2.36. Условия плазмохимического синтеза порошков карбидов
Фаза Тип плазмы Исходные реагенты Плазмообразу- ющий газ
Высокочастотная тюа, сн4 Аг
Дуговая ТЮ2 (рутил, анатаз), СН4 Не
TiC._ к > TiCl4, СС14 Аг Н2
Высокочастотная ZrO2, С Аг, Аг -j- Н2
В4С » ВС1Я, СН4, Н2 Аг
В4С Дуговая В (аморфный), пропан-бутан
SiC Катод из смеси Si и С в сте- хиометрическом соотношении •..
SIC Высокочастотная SiO2, СН4 АгЧ-Нв
Тяблипэ 2.35. Условия получения нитридов осаждением из парогазовой*^
|45«1___—------------------------------------___-------
фа» Исходные вещества t, °C Фаза Исходные вещества t, ®C
TiNj-х ZrN,_x fifty— х VN,_x Taty-x BN BN BN TiCI4, N2, Hb ZrCl4, N„ H. hici4, n2, h, VC15, N2, H2 NbCl6. N2, H2 TaCl5, N2, H2 BCIg, NHg Мл B3N3H3CI3, n2 1100—1700 1700—2000 1500—1700 1540—1570 1340—1350 2500—2800 1000 1000 1000—1300 BN BN AIN AIN AIN SisN4 BClg, nh8, H2 B2He, NHg A1C1S . NHg, N2 AlGlg, NHg (NHg)gAlFg, NHg SiCJ4, NHg, Na 1000 850—906 (I стадия) 900—1100 (И стадия) 800—1400 800—1ЮО 500 900
Высокие температуры (до 10 000 К) обусловливают наличие ионов, элект-
ронов, радикалов и нейтральных частиц, находящихся в возбужденном состоя-
нии, что определяет активное взаимодействие между ними с высокими скоро-
стями (время прохождения реакций 10 3—10“® с). При таких температурах
практически все исходные вещества переходят в парообразное состояние. Взаи-
модействие веществ в паровой фазе и быстрая конденсация продуктов создают
возможности получения высокодисперсных частиц.
Плазмохимический синтез состоит из трех этапов.
Первый этап — образование активных частиц в плазмотронах дуговых,
высокочастотных, сверхвысокочастотных и установках тлеющего разряда. Наи-
более высокой мощностью и КПД обладают дуговые плазмотроны. Однако полу-
ченные в иих материалы загрязнены продуктами эрозии электродов. Этих недо-
статков лишены безэлектродные высокочастотные И сверхвысокочастотные
плазмотроны.
Место ввода реагентов N, кВт V, мГц dv мкм Состав продуктов Лите- ратура
Плазменное ядро 12,25 ' 2,94 0,1—0,2 TiC,^ С [662]
Плазменная струя 21,9 ... TiC^ [662]
• • • я.. а • • 0,05 Hl
* • • • • - — ZrCt С [692]
Разменный факел 28 2—5 0,02—0,03 В4С, вяо, [89, 690]
» » • ' . «-• в4с [689]
расходуемый элект- .., ... 1-8 40% SiC 60 % Si [428]
... 9,2 ... 1 SiC [686]
Таблиц а 2.31 У-ло-ии плазмохимического синтеза порошков нитридов
Фаза Тип олаамы Реагенты | Плазмообразую- Щнй газ
TiN,_x Сверхвысокочас- тотная TiCU, N„ Н* Ng
TiN,_x Дуговая TiCI*, N„ Hg Na -f- Ar
TiN1—х Высокочастотна я Ti Na 4- Аг
TiNI-x, ZrNt_x Дуговая Ti, Zr размером частиц 40—60 мкм Ng
BN » В (аморфный) Hg, Ng
AIN Высокочастотная Al, N2, NH, N, 4-Ar
TiN,_x. ZrN^x, BN, AIN, Si3N< > Хлориды Ar
Второй этап — взаимодействие активных частиц в реакторе, ъ
Третий этап — выделение продуктов взаимодействия в результате закалки.
Условия получения и свойства порошков, полученных плазмохимическим син-
тезом, приведены в табл. 2.36—2.39.
Металлотермическое восстановление оксидов металлов в присутствии неме-
таллов идет по схеме МеО 4- Me 4* X МеХ 4- МеО.
Наиболее изучен метод получения боридов с использованием в качестве
металла-восстановителя магния. Метод практически не используется, так как
получаются материалы, вагрязненные оксидами металлов восстановителей,
м₽тлпа^аД1о'3качГво<*ства порошков нитрида титана, полученных разными
мс гидами [ulvp Ooji
Метод получения нитридов Массовая доля, % а, нм т» г/см1 Ж м*/г
Ti N
Водородное восстановление TiCI » а » плазме СВЧ-разряда 1 U« в азотной Азотирование титана в плазме R4 А^К0ТеМПературный аммонадизВСЬ 43 Азотирование порошка титана n «г™ 1 мышленных печей Тана В У04081151* про- 76,2 76,5 76,4 77,2 22,2 22,4 22,5 22,3 4,239 4,240 4,239 4,240 5,29 5,21 5,29 5,30 18,0 23.0 18,0 1,0
„ ’“•"“’"“‘«“"-П-П.МЬ
Место ввода реагеатов W. кВт V, мГц ач, мкм Срстав продуктов ратура
Плазменная струя 3 - - • 0,05 TiN0>ge, примесей 1,5 % 1514]
Плазменный факел и » - Кристаллы, содержа- щие до 18 % азота 1742»
Плазменное ядро 30 4 • •> Нитрид, содержащий 70—80% Ti, 11—19% [745]
N, 2—18 % О О*
Расстояние 3 мм от 16 ... • • TiNt_e, TiO2r [667]
среза сопла ZrNj_x, ZrOs
Плазменный факел * • * • •• • w ♦ [582]
Плазменная струя 25 13,5 . 0,05—0,07 95% AIN» 5 %.О [165]
Хлориды —в раз- ряд, NH» —в плаз- 3,5 0,03 •>» • Д693]
менную струю
которые требуют специальной очистки. Условия получения и характеристика
боридов приведены в табл. 2.40. __
Синтез из растворов расплавов состоит во взаимодействии между атомам
металлов и неметаллов или их соединениями, которые находятся в растворен-»
вом состоянии в расплавах металлов или солей. При этом возможны вар а .
при которых растворяющиеся компоненты не образуют е ними соединении,
В качестве металлов-растворителей применяются магний, алюминий, жел ,
никель и др. Растворители удаляются отгонкой в вакууме или отмывкой ки -
лотами. Преимущества метода — низкие температуры (температуры плавле
металлов) (124, 125, 674].
Таблица 2.39. Характеристика нитрида алюминия, полученного разными
методами (222, 284, 609]
Метод получения мкм м2/г , Массовая доля, % _
N Л1своб AlsOa Mg
/ Азотирование алюми- саЛ азотом в печах «•противления 1-3 4,6 64,0— 65,4 31,4— 31,9 0,6— 1,6 <2,5 . 0,002— 0,8
^•азмохимический синтез 0,03— 0,07 30,0 61,9— 63,4 30,1— 32,0 0,1— 0,3 Не обн. о.ооэ- 0,009
4 S-859
Массовая доля, %
Метод получения Si О Т1 с Мп Fe Ni
Азотирование алюми- ния азотом в печах 0,02— 0,11 2,9— 2,5 0,02— 0,14 0,40— 0,50 0,004— 0,007 0,30— 0,42 0,005— 0,085
сопротивления Плазмохимический синтез 0,02— 0,10 2,0— 5,9 0,02— 0,04 Не обн. 0,004 0,13— 0,30 0,004
Таблица 2.40. Состав боридов, полученных магниетермическим методом
[293, 294, 454j_____________________________________________________
Состав шихты, мол-, доля t, eG Массовая доля. % Фазовый состав
Me В
СаО—Н3ВО3—Mg (1:6: 10) 1100 38,9 61,0 CaBe
BaO—Н3ВО3-Mg (1:6: 10) 1300 67,9 31,6 ВаВ3
La,O3—H,BO8—Mg (1:12:21) 1300, 68,2 "31,6 LaBe
СеО,—H3BO3—Mg (1:6:21) 1300 67,4 32,4 СеВв
Gd,O3—Н3ВО3—Mg (1:12: 21) 1200 70,7 29,1 GdBe
Eu.Oj—HsBOa—Mg (1: 12 : 21) 1100 69,5 29,9 EuBg
TiO2-H3BO3-Mg (1:2:5) 1400 69,5 30,0 TiB,
V,OS—B2O3—Mg (1:4:17) 1150 68,9 30,5 VB2
V2O5-B2O3-Mg (1:3:12) 1100 82,3 17,5 VB
Nb,Os—B2O3—Mg (1:4:17) 1200 80,9 19,0 NbBB
Ta2Ot—B2O3-Mg (1:3:12) 1200 94,2 5,6 ТаВ»
Cr2Os-B2Os-Mg (1:2:12) 1200 71,0 28,9 CrB2
MoOj—B2OS—Mg—MgO (2 : 4,5 : 13,5: 5) 1200 79,6 20,3 Mo2Bs
WO3-B2O3—Mg—MgO (2:5; 13,5: 5) 1200 89,1 11,3 W2B5
Таблица 2.41 Условия синтеза порошков тугоплавких соединений
из растворов расплавов [124, 125]
Соединения Металл- раство- ритель Условия синтеза Растворитель металла
t, »C т, 4 Среда •®охл. град/мин
Бориды Fe 1400—2000 » • » • • fr i—loo Минераль- ные кислота
> Na, К 650—1100 2—10 Воздух Н2О
> Zn 907 1—4 Аг, вакуум 100—1000 НС1 (1:1).,
Карбиды Al, Ni 2000 HNOS(1:10)
> Zn 907 1—4 Ar, вакуум 100—1000 НО (1 г 1)> HNO3(l:10). NaOH(10%) HNO3 (Ю%)
Силициды Ctr 1300 2 н2 7,5
> Zn 907 1—4 Ar, вакуум 100—1000 на (1 н)-
Нитриды Zn 907 1—4 N„ Ar 100—1000 HNO3(1:10) на (И ) HNO3(1:10)
Схемы образования порошков тугоплавких соединений:
1. Me -f- Р = МеР,
Х + Р = Хр,
МеР + Хр = МеХ-J-Р.
2. Me 4- Р = Мер,
Мер 4- X = МеХ 4- Р.
3. Х4-Р = ХР,
Me 4- ХР = МеХ 4- Р.
Здесь X — неметалл (В, С, Si, N); Р — металл-растворитель; Мер и Хр —
растворы металла и неметалла в растворителе; МеР и ХР — соединения.
Таблица 2.42. Условия получения боридов редкоземельных металлов
электролизом расплавленных солей [451]
Фаза Состав ванны, мол. доля t, °C и, в h A Массовая доля метал- ла после отмывки от примесей* %
Рас- чет Экспе- римент
YB, YaO3-B2O3—MgO—MgFa (1 : 30 : 15 : 15) 990 8,5 20
LaB( LaaO3—В2О3—Li2O—LiF (1:30 : 15 : 15) 1000 3,2 ' 20 68,2 57,1
СеВ, CeO2—B2O3—CeF3 (1:1: 1) 1000 12 • . • 68,3 65,1
NdB, Nd2B—B2O3— Li2O— LiF (1 : 30 : 15 : 15) 1050 7 25 69,0 49,0
GdB, Gd2O3—B2O3—MgO—MgFa (1 : 30 : 15 : 15) ... 13 25 . . • . •.
^а*йЛ[451] Состав боридов, полученных электролизом расплавленных
Фаза Состав ванны, мол. доля t, *c Массовая доля, % Фазовый состав
Me в
TiBa ZrB, TiO2-B2Os— MgO— MgF. (1:4: 2: 2) 1000 68,5—69,1 30,8—31,2 TiBa
ZrO2-B2O3-MgO-MgF2 990—1050 81,0—86,3 13,8—19,4 ZrB2
VB, NbBa (1: 8 : 4 : 4) (\’0Гзв,?ГМг0_МеР’ NbaO5—B2O3—MgO—MgFa 910—1050 980—1000 69,6—70,0 80,9—81,7 29,4—30,2 18,0—18,2 VBa NbB,
TaB, О : 20: 10 : 10) Да а2®~В2°з—Mg°—MgF2 980—1000 89,1—89,4 10,3—10,7 TaBa
CrB2 Mo2B, (1:20: 10 : 10) Cr*O3-B2o3-MgO-MgFa i.: *0 ; 5 ; 5) MoO3— B2O3—NaF 1000 1000 87,4—87,6 93,6—94,0 11,8—12,1 5,32—5,55 CrB, CrB2 MOgBj
м (1:8:4) WO3—B2O3—Na2O—NaF 960 93,9—94,5 5,1—5,4 WBa
(1:18:9) 2
Примечание. Вместо MgO и MgF, можно применять СаО, CaF, и 1.1,0, LiF.
Таблица 2.44. Размер частиц диборида циркония при размоле а различных средах [147] — — — -
Среда </ч, мкм
*иа» 4
6,87
.^Исходный 2 Циклогексан 3,09 2,82
8 $ 2,05
15 2,99
Исходный 2 Этиловый спирт » X 2,36 1,57
9 1,16
15 Исходный 2 Дистиллированная вода » » 3,05 2,26 1,90
8 15 » у 1,45
Таблица 2.45. Ударная 'поверхность порошков после размола [275]
Фаза S,- м’/Г । Фаза *из» 4 S, if* [Г
ZrC Исходный Р.10 I NbC Исходный 0,50
50 5,10 50 4,10
100 7,90 100 5,30
150 9,00 150 5,80
300 12,00 300 7,10
->
Таблица 2.46. Свойства порошков, измельченных в планетарной мельнице
Фаза Массовая доля фракции, %, е размером зерен, мкм S, м*/г МКМ Тн* г/см’ Массовая доля Fe, %
0-1 1—2 2—3 3-5 Исход- ный После раэ- мола
TIB* ZrB. 75,0 83,0 77,0 83,0 79,0 89,6 70,4 18,4 5,0 Д.6 8,7 0,154 0,75—0,80 1,00 5,20
СП, Сг) В, TiC, 14,0 15,0 12,0 16,5 9,2 25,6 3,0 4,5 » 4 V 3,5 7,5 8,1 0,130 0,157 1,08—1,16 0,83—0,87 0,60 1,20 3,70 3,70
* 1—X ZrC,., MoSi- 4,0 3,0 1,2 4,0 1,0 1,5 » • V-if 8,7 6,0 8,1 4,2 0,140 0,149 0,123 0,275 0,90—0,94 0,93—1,00 0,91—0,99 1,35—1,38 0,35 0,20 0,30 0,25 3,20 2,50 1,80 3,00
P И M в Ч’й й и Измелыдристя ли я ацетона 10-20% объ^ йа аппарате ПУМ модели М-36П. Объ ем шаров 50 %
w Мии, размер исходных частиц 66 мкм Rn.»,,объема барабана, время измельчении ПБ мии. 114 00 мкм- в₽еия измельчения MoSig до 40 мин.
Условия получения порошков боридов, карбидов, силицидов и нитридов
по ведены в табл. 2.41.
"Р Синтез электролизом расплавленных сред осуществляется при электролизе
«оплавленных смесей боратов, карбонатов или силикатов щелочных либо
^ючноземельных металлов с оксидами переходных металлов. При определен-
ных условиях электролиза выделяются осадки бора, углерода и кремния, кото-
пые взаимодействуют с металлами, находящимися в растворе электролитиче-
с-ой ванны с образованием порошков соответствующих соединений. Эффек-
тивно введение добавок фторидов щелочных и щелочноземельных металлов.
™ Режвмы получения боридов представлены в табл. 2.42 и 2.43.
2.3. Размол порошков тугоплавких соединений
Структура и свойства изделий из тугоплавких соединений определяются
такими характеристиками исходных порошков, как размер и форма частиц,,
наличие прймеСей, дефектность кристаллической структуры. В связи с этим
Таблица 2.47. Химическая устойчивость боридон лантаноидов [223]
' 4 Среда Массовая доля нерастворимого остатка, %
LaB6 | СеВ, , РгВ„ NdB,
НС1 (1:1) 98,0 95,2 90,8 _ - .
НС! (у ==1,19) t 96,2 95,0 95,6 95,3
НС1(у = 1,19)4-0,2 Н раствор трилоца Б 98,7 г 98,0 98,9 99,2
H,SO< (1:1) | 88,7 89,6 89,4 96,0
H,SO4 (у = 1,84) 0 0 0 0
HNO8 (1:1) 0 0 0 0
HNOg (у = 1,4) 0 . 0 0 0
H2SO4 (1:4)-]- 25 %-ный раствор Н2С2ОП 99,0 98,2 99,6 99,5
H2SO4 (1 :4)-|-0,2 Н раствор трилона Б 98,9' 97,5 98,1 99,3
NaOH (10 %-ный раствор) i 98,5 98,9 99,3 99,2
NaOH (40 %-ный раствор) 99,7 99,6 99,9 98,9
Примечание. Размер частиц 10—15 мкм, температура кипения растворителя, вре-
ия 60 мин, 100-кратный избыток реагента. ,
Химическая устойчивость боридов переходных металлов
Среда Массовая доля нерастворимого остатка, %
Т1Вг Zr В$ HfBs VB2 NbBj ТаВ, МогВ6 W 2В9
НС1 (1 : 1) SN°3 (1:1) frPOa (1:1) Hci + н л‘“л® Раств°Р) ц ел» (1*1) «^ +4 с*о’ й!.?> 58 П. р. П. р. 84 П. р. П. р. П. р. 60 п. р. П. р. П, р. П. р. П. р. 88 П. р. П. р. П. р. П. р. П. р. П. р. П. р. П. р. 87 П. р. П. р. П. р. П. р. 80 42 П> Г П.'р. П. р. П. р. 80 46 97 52 100 74 П. р. П. р. V 64 98 99 100 96 25 98 61 99 98 90 99 V V П99Р5 99 99,5 99 П. р. 98 П. р. П. р- п. р. 99 99,5
**иперзТ?'?1 е 4 а и и е. Навески 0,3 г, время взаимодействия 60 мен, размер частиц 15 мкм. /₽а кипения растворителя, п. р.— полное разложена»»
Таблица 2.49. Химическая устойчивость порошков карбидов лантаноидов 1224, 225] —-
Массовая доля, % ___ Массовая
Me Ссаяз Среда /, »c доля металла
Фаза Рас- чет Экспе- римент Рас- чет Экспе- римент ^своб в раст- воре, %
LaCj 85,26 85,5 14,74 14,5 0,2 H2SO4 (?== 1,84) H2SO4 (1 :1) H2SO4 (1:5) HNO3 (у = 1,43) HNO3 (1 ! 5) NaOH 40 %-ный раствор 280 136 103 120 101 110 84,9 84,7 85,5 86,1 85,9 Гидролиз
СеС2 85,37 85,3 14,63 14,6 0,1 H2SO4 (у =1,84) H2SO4 (1:1) H2SO4 (1 :5) HNOS (y= 1,43) HNOS (1 5 1) HNO3 (1:5) NaOH 40 %-ный раствор 280 136 103 120 118 101 110 85,6 85,2 85,4 85,6 85,5 85,5 Гидролиз,
РгС, 85,44 85,3 14,56 14,6 0,2 H2SO4 (y= 1,84) H2SO4 (1 : 1) H2SO4 (1 s 5) HNO3 (?= 1,43) HNO3 (I s 1) NaOH 40 %-ный раствор 280 136 103 120 101 110 85,0 85,4 85,1 85,3 85,5 Гидролиг
NdC, 85,70 85,7 14,30 14,2 0,1 H2SO4 (у = 1,84) H2SO4 (11 1) H2SO4 (1л 5) HNO, (y = 1,43) HNO3 (1:5) NaOH 40 %-ный раствор 280 136 103 120 101 110 84,8 85,0 85,1 85,3 85,5 Гидролиз
Объемная доля газообразных продуктов реакции, %
Фаза н, с.н, с,н4 с,н. СО, NO+NO, SOj-f-SO, Высшие углеводо- роды
LaCt 2,5 8,7 15,3 1.5 3,0 88,9 78,3 65,5 35,1 50,2 Следы 5,2 9,2 3,0 3,4 Следы 1,2 1,5 2,1 Следы Следы 5,8 4,9 1,0 0,8 50,0 40,0 5,0 ч- » ж « • * • а * « « а • 4 Vе • • 1,2 1,7
Объемная доля газообразных продуктов реакции, %
Фаза н, С^н, с,н4 с,н. со, no+no. SOs-J-SQe Высшие углеводо- роды
СеС, 2,8 90,0 1.9 Следы Следы » • • 1» •>» 4,9 • • •
9,0 81,8 3,4 2,5 1.0 • в .• • • а
2,2 41,5 5,4 3,5 Следы 45,8 • а » 2,3
2,5 50,7 5,5 3,8 39,0 • •
1,7 53,8 2,5 12,0 . я . 38,5 *
РгС, 2.3 89,0 2,0 0,4 1,0 • . ». 4,9 1,5-
• « * W • • • « • « • а *, » « я а * * •
3,8 69,5 12,1 9,5 2,2 • - . ж Л л 2,8
1Л 48,9 7,5 9,7 Следы 31,5 0,8
2,5 57,3 Ю,1 11,3 18,3 *• в» • Следы
NdC, 1.3 85,8 2,0 1,5 2,2 • . . 5,0 1.8
• • • » • • • • • • • • В я вл а а а
2,5 68,9 8,8 9,2 Следы i а . Следы
0,8 49,8 8,4 5,7 34,9 1,5
2,5 57,3 10,1 11,3 Следы 18,3 Следы
большое значение имеют процессы размола порошков перед спеканием. Размол
осуществляется в шаровых мельницах ударного действия. Более высокая ско-
рость размола и большая дисперсность порошков достигаются в мельницах
с повышенной энергией шаров — вибрационных и планетарных. В табл. 2.44
приведены данные о влиянии жидких сред на размер частиц порошков после
размола. Размол в вибромельнице осуществляется при загрузке 45 кг стальных
шаров диаметром 14—18 мм; 2,5 кг измельчаемого порошка и 1 л спирта
(табл. 2.45).
Размол в планетарной центробежной мельнице модели М-36Л дает порош-
ки. свойства которых приведены в табл. 2.46.
2-4. Химические свойства порошков тугоплавких соединений
миие'ральиЧеСКНе Св0®ства изучены при взаимодействии порошков с различными
TeMnenaTJlblMH «лотами, их смесями, растворами щелочей при комнатных
ства оцен аХ й температурах кипения соответствующих растворителей. Свой-
Чаях пл иваются по содержанию нерастворимого остатка и в отдельных слу-
Поооп°СТаВУ остатка и раствора (табл. 2.47—2.57).
свойстя«..ШК? тугоплавких соединений обладают следующими каталитическими
,-*»ами [456J:
Фаза
Карбид и нитрид скандия, силицид
«олибдеиа
Карбиды
циркония, молибдена
'вольфрама, силицид молибдена
Катализируемая реакция
Дегидрирование циклогексана
Дегидрирование спиртов
Таблица 2.50. Химическая устойчивость ворошков карбидов переходных
металлов IV и V групп [236]___________________________________________________
................................... Массовая доля нерастворимого остатка, о/д
Среда h «с ю о р 0> ® сэ У N О- {X S о 07 fl 2 1 0k 0) 6s £
на (у «1,19) на <1:1) HNO, (у = 1.43) НО 100 НО 100 97 Гид- 5 98 ! 95 5 5 (ОО 43. 0 м • , 4 * 98 99 Гид- 98 98 99
ролиз ролиз
HNO, (1:1) 105 0 0 0 0 98
H,SO4 (У =1,84) HtSO4 (1:4) Н»РО4 (7 = 1.7) 280 140 88 97 0 76 0 ' 88 ? j* * • * 0 98 0 93
ж • «- 98 Гид- 0 . •> . Гид- Гид-
ролиз 90 релиз ролиз
HSPO« (1:1) 140 99 88 <4г 99 98
HQ + HNO, (2:1) 130 0 10,3 0 0 98,5 96,0
НС)(у = 1,19) + (NHJAO, 100—110 50,2 43,9 0 60 94 98
(25 %-ный раствор) НО (у = 1,19)Н,О, 100—110 43,8 45,5 2,9 78,6 99,1
(30 %-ный раствор) 100—110 0,8
НО (у = 1,19)4-бромная 17 8,4 45,7 88 98
вода
HtSO4 (1:4) 4- Н А (30 % - 100—110 0,75 1,25 0 60 15,5 77,8
яый раствор)
Нявоипо + сш^до, (25 %-ный раствор) 100—110 60 1,5—4 0,3 37,8 62,8 97,8
НА (30 %-иый раствор) 100—110 0 98,5 100 4—5 0 85
HA4-NH*F (5 %-ный 100—110 5 0 0 30 0 0
раствор) НА *г комплексон III (NH^SA (25 %-ный раствор) 100—110 12,5 9,8 76 30 0 4
100—110 82 36,5 0 32,2 80 91
(NH4)2S«O4 (25 %-ный раст- вор) -f- NH4F (5 %-ный 100—110 80 3 0 »* « 83 64
раствор) *
Примеченае. Размер частиц 10-15 мкм, время 60 мин.
Таблица 2.51. Химическая устойчивость карбидных фаз хрома [232]
Массовая доля нерастворимого остатка, %
Среда
CraCs | Cr»aCi
на (1:1) H0S04 (111) СНаСООН (1: п 96,2 3,49 3,9
68,5 1,62 1.3
HQ4-HNO, (3:1) на 4-НА (5:1) НеЗО.+ЗДо, /1:1) (30 %-ный раствор) NaOH 4- бромная вода (5:1) Щелочной раствор K8[Fe(CN)„] 98,8 98,9
90,9 93,8 97,5
83,5 94,1 99,8 88,1 61,5 90,6 3,93 96,1 85,9 53,2 96,7 1.4 85,0 85,0 Ж
п Р в и е ч а и и е. Температура кипения растворителя, время J20 мин,
Карбид вольфрама
Карбиды и нитрид хрома
Карбиды хрома
Каталиаируемаи реакция
Г идрирование диме гилэтинилкарбинолэ
и изоамилового спирта
Термическое разложение метана
Дегидрирование бутана и бутилена, аро-
матизация Н-гексана и Н-пентана
Таблица
2.52. Устойчивость порошков карбидов хрома в токе кислорода
1231]
-7 Фаза т, мяя Содержание окислившегося углерода, мае. %, при температуре, ° С
400 500 600 700 800 900 1000
Сг»С, 20 0,24 1,04 1,34 4,38 5,12 14,1 25,9
40 0,39 1,04 1,64 5,20 7,87 16,7 37,9
60 0,39 1,04 1,64 5,64 9,58 19,3 43,6
Сг?С, 20 0,67 1,66 2,66 4,76 13,60 41,5 81,4
40 0,67 1,66 2,88 5,86 16,0 45,9 74,2
60 0,67 1,66 2,88 6,75 17,46 51,8 84,9
20 0 0,50 0,80 3,08 10,78 22,8 32,1
40 0 0,50 0,80 4,11 14,88 25,5 35,6
60 0 0,50 0,80 4,96 •18,64 28,2 38,3
Примечание. Содержанке углерода в исходных карбидах принято за 100%.
Таблица 2.53. Химическая устойчивость карбида бора [326]
Массовая
доля
Среда *,°с т, ч нераствори- мого остатка, %
на (у= i,i9) 115 1 98,0
на (1«1) ПО 4 97,6
на+нсю4 116 4 97,5
Htso4 (у= 1,84) 280 1 98,0
HtSO4(l;l) } 120 4 97,0
H,SO4 + HNOa HNO, (i; в 130 120 4 1 91,2 97,0
ПО 4 96,9
HCIO4 (коиц.) НС1О4 (1:1) 120 115 1 4 98,0 97,8
116 2 90,8
ПОи’Л^50* + НС10< + К*Сг‘°’ Ни-10:5) мл: 10 мг НДинР Н^Ж‘+С'°« N«H + ?£,’„a, вод„ Кипение 280 Кипение » » » 100 100 100 100 0,5 2 3 3 3 3 2 2 2 2 89,0 91.5 100 81,1 87,8 89,7 98,5 99,0 96,0 98,0
Таблица 2.54, Химическая устойчивость силицидов переходных металлов
{ЗвЗ—365]
Массовая доля иерастяор! 1миго оста тка, %
Среда TieSia TiSi Zr.Si, ZrSi Cr3Sl CfgSie CrSf
на (у -1.19) на (1:1) H,SO4 (7=1.84) HtSO4 (1:4) HNO3 (у =1,4) HNO3 (1:1) Н3РО4 (у >1.9) Н5РО4 (1:1) HF Н2О3 (30%-иый рас- твор) Бромная вода NH4F (10 %-ный рас- твор) NH4F-f-HA (NH4)3S2Og (25 %) КОН (20 %) NaOH (40 %) NaOH (5 %) 91.0 96,6 88,5 97 93 0 86,4 0 95,5 100 40 95,8 1,5 100 95,1 97,8 92,6 97,1 97,5 0 0 100 98,7 «**' «V 46,0 96,5 T e • 2,0 99,8 74,7 65,5 61,4 93,2 84,3 0 16,5 0 99,9 _ 98,7 t • 1,5 78,2 4.2 99,9 90,3 96,0 82,8 97,4 93,0 0 18,3 0 98,1 99,2 r • e 8 82,2 2,0 99,7 32,5 » • r 63,0 94,6 97,8 0 0 в . £ • в • «АГ 100 100 100 66,4 95,1 100 99 98,4 98,7 0 93,0 0 t • • 50 100 99,8 99,8 •> 97,2 98,6 95,6 98,5 97,2 0 99,9 0 л » X 0 100 100
Массовая доля нерастворимого остатка, %
Среда ReSl2 Fe,Sl Fe gSig FeSi FeSlt CoSi, NiSi,
ЯС1 (у ==1,19) 94,6 0 8 29 96 97 92
HC1 (1:1) 4 . a 0 4 38 97 95 • •"»
HaSO4 y=l,84) 86,0 0 8 29 96 99 73
H,SO4 (1:4) 87 87 95 * * «. 100 99,5 99 96 98 77 Л
HNO3 (1:1) 48 93 86 98 ««• f »"• <K 44 »
H3PO4 (y> 1,9) 0 0 0 0 • * № 85
H»PO4 (1; I) 68,8 35
HF 0 0 6 0 53
HA (30%) 71,5 100 100 100 100 99
Бромная вода 84 92
NH4F (10 %) NH4F4-HaO2 56,1 a » Ж • • • 12 22 36 71
(NH4)2S2Oe (25 %) •(» * • - - -A 93
KOH (20 %) «ii 83 64 17 96 73
NaOH (40 %) NaOH (5 %) 71,8 86,8 л в a • • a *• 1» • w»" • * * ar • w •
Прямей а и а е. Температура кипения раствора, время 60 мин.
106
^вблиав 2.55. Химическая устойчивость дисилицидов переходных металлов
Среда Массовая доля нерастворимого остатиа. % "
TiSi, ZrSi, HiSi, VSi, NbSf,
на (T-MSJ 100 100 100 100 100
НС1 (1:0 , а.' 100 100 100 100 100
HjSOi (Vе,1’®4) 100 100 100 100 job
HNO3(y==M) 100 100 100 100 100
HCI + HNOS (3:1) 95,5 95,5 я . « 95,5
и,ро* 0 0 0 0 6
HNO3 + HF 0 0 • • 0,2
Н2С,О4 + Н3О3 86,4 86,4 . • - 96 5
NaOH (20 %-ный раствор) 59,0 63,0 84,0 - - -
NaOH (40 %-ный раствор) -f- -f- комплексов III (насыщен- ный раствор) (1:1) 52,0 85,0 87,0 • • а • • •
NaOH (40 %-ный раствор) + -f. К2Сг2О7 (10 %-ный раст- вор) (1:1) 98,0 75,0 87,0 • а • • » »
Массовая доля нерастворимого остатка^ %
Среда TaSij CrSi, MoSU WSi,
HCI (у =1,19) 100 87-97 99,8
HCI (1:1) 100 90—97 99;в те*
100 100—98 99,8 Л
HNO, (у = 1,4) 100 95—98 99,8 В tr •
HCI + HNO, (3:1) 95,5 91,6 99
НзРО« (y= 1,9) 0 О' 0 0
HNO34-HF 0,2 0 0 0
H,C2O4 4- Hao 96,2 41,4 99,2 93,4
NaOH (20 %-ный раствор) 95,0 90,0 67,0
NauH (40 %-ный раствор) 4- 4* комплексон III (насыщен- ный раствор) (1:1) %-ный раствор) 4~ + КаСгаО7 (10 %-ный раст- вор) (1:1) в • 91,0 92,0 45,0
• « 96,0 80,0 78,0
<40 М е 4 3 И 8 е“ Температура кипения растворов» время 60 мин, размер частиц
*•5. Применение порошков тугоплавких соединений
аЛп,?СН0Вная область применения тугоплавких соединений в виде порошков
скпаЗВвные материалы. Обладая высокими твердостью, прочностью и хим иче*
Твопа?СТо$чивостью в сочетании с некоторой хрупкостью, эти порошки УДовле-
Требованиям, предъявляемым к абразивам, обеспечивают при' абразив-
с?«й бработке высокую производительность, чистоту обработанных поверхн
Рйал’а “'НИмальное накопление напряжений на поверхности и в объеме мате^
как при шлифовании, так и при полировании 13, 43JJ.
Таблица 2.56. Химическая устойчивость нитридов переходных металлов
е различных средах [279]
Массовая доля нерастворимого остатка, %
Среда TiNO,996 ZrN0,98 HfNji00 vnx j CrN | Cr,N
Н2О 100 100 0 U v *
НС1 (1:1) 99,8 18,7 17,2 100 99,8 0
HCI (у = 1,19) 100 5,8 2,9 100 99,3 0
H.SO. (1:1) 99,4 7,4 2,7 100 88,9 7,4
HjSO4 (у = 1,84) 99,3 10,0 3,7 100 68,1 71,4
HNO3 (1:1) Гидролиз 58,9 2,3 98,9 99,9
HNOS (у = 1,41) » 87,1 37,4 0 80,0 99,2
NaOH (10 %-ный раствор) 99,9 99,9 0 г * • я r £«
NaOH (20 %-ный раствор) 99,8 99,7 0 в «. •Л * *<
NaOH (40 %-вый раствор) 99,8 0 0 3» » •
Примечание, Температура 100 °C, время 60 мин.
Таблица 2.57. Химическая устойчивость нитридов бора и алюминия [280]
среда Массовая доля нер астворимого остатка, % Среда Массовая доля нерастворимого остатка, %
BN A1N ВЫ AIN
Н2О 99,7 100 H2SO4 (1:1) - 98,2 • 96,0
НС1 (у =1,19) 99,0 93,6 HNO3 (у = 1,4) 99,5 98,1
НС1 (1:1) 99,5 95,3 HNO3 (1:1) 99,4 94,3
HjSO4 (у =1,84) 68,0 96,4 NaOH (40 % -ный раствор) 99,1 32,8
При Нечаеве. Температура кипения растворителя, время 60 мин.
Таблица 2.58. Абразивная и полирующая способность порошков тугоплавких
соединении [3]
Абразнв Метод получения порошка 9 после поли-4 рования, мкм М' за 10 мин, г
TiC TiC ZrC NbC B4C CaB9 TiBa ZrBj CrB- MojBe W4B. КЗ 8 ЭБ Плавление Спекание » Плавление • а Плавление Спекание » » » Промышленный » 1,36 0,91 0,65 1,18 1,18 0,49 0,50 0,38 0,32 1,20 1,66 1,00 1,7 1,4 3,0 1,8 1,8 • *•» ЧТ • ч 1,6 2,0 * • л 0,0324 0,0306 0,0284 0,0255 0,0298 0,0283 0,0214
п р и и е Ч а и и е. За единицу о принят еъем стекла К8 электрокорундом.
Таблица 2.59. Микроскопический анализ зепе»
„оаерхности ниобия^и после доводки ими (врёмЛ ™ нЙ""* и качество
Абразив Массовая доля фракции. % Rgtмкм г ГЛубйна на- рушенного слоя,‘мкм
До доводки После доводки До довод- ки После до- ВОДК1|
Ю/7 7/5 5/3 10/7 7/5 5/3
TiC ZrC WC 67 66 66 18 17 16 15 17 18 30 35 42 36 45 47 34 20 11 0,37 0,37 0,37 0,085 0,10 0,16 0,0015 0,0045 0,0057 4,51 6,2
Примечание. Обрабатываемый материал — ниобий.
Таблица 2.60. Классы чистоты поверхности материалов, обработанных пастям-
из диборида циркония и синтетического алмаза [439] “мн
Обрабатываемый материал . Зернистость паст — . 1 —- *
60/40 40/28 28/20 20/14 14/10 10/7
м CQ Й Алмаз сч CQ ь NJ SBWITtf Й Алмаз S3 «ч N 1 : Алмаз W CQ Ьч Ы Алмаз еч CQ N СВ со S Ч <
Титан 9в 8а 10а 86 9в 8в 9в 9а Юа 9в «Юа - 9в
Сталь Р18 9в 8в Юб 9а Юв 10а Юв Юа 11 а 116 11в Па
Сталь 65Г 10а 9в 10а 9в Па Юб 11B Па 12а 116 12а 11в
Сталь ШХ15 Юб 9в Юб 9в Юв Юа 116 Юб 11в На 12а 11в
Сталь ХВГ 10а 9а Юб 96 Юв Юа 116 Юв 11в Па 12а Ив
Сталь 4Х 10а 9а Юб 96 Юв Юа 116 Юв Па Па 126 11в
Чугун СЧ-22-44 96 8а 96 8в 10а 9а Юв 9в На Юа 116 Юб
Бронза Бр КУИЗ-1 Юв 9а Юв 9а Юв 9а На 96 Ив Юа 12а 106
Бр-ОФ-Ю1 9в 8а Юб 8в Юв 9а На 96 Юв Юа 12а Юб
Латунь ЛС-59-1 10а 8а 10а 86 Юв 9а На 96 Ив Юа 12а На
Медь 9а 7а 96 76 Юв 8в Нб 96 116 Юа 126 Па
Основными показателями, характеризующими a®paB^®”“® шероховатость
ляются абразивная способность, прочность зерна iа сжатие,
обрабатываемых материалов. Эти свойства о раже играет магнитно-
Особую роль в Финишной обработке в пос Д полдирует^я порошками,
абразивное полирование (МАП). Поверхность Д полем 'при перемещении
частицы которых прижимаются к детали маги • Такая обработка сни-
порошка и поверхности детали друг относит —в создает прижогов, микро-
«аег шероховатость поверхности иа 4—5 классов,
трещин и шаржирования [282, 3281. собой композиционные мате-
Магнитно-абразивные порошки предста таые и абразивные свойства-
риалы, компоненты которых определяют м а^033ИВный — порошки туго-
Оптимальный магнитный компонент — железо, р ,
плавких соединений. , ых материалов приведен
Свойства некоторых магнитно-абразивных ма у
• табл. 2.62. ' „аппшков тугоплавких соединений
Большое значение имеет применение порошко^ соЗДанИЯ износостойких,
Дл* наплавки деталей машин и механвам°® пытий, существенно п0В““Д^Ле_-
РРозионностойких и эрозионностойких Р ериалам гФеД'ьявяя®!1-огТОй1
.ксплуатационные свойства. К наплавляем .Р плавления и износ 1
Дующие требования: высокие твердость, температура
Таблица 2.61. Сравнительная характеристика полирующей способности
микропорошков {34, 35J ______________
Полируемый материал Ь'якропо- рошок Материал притира Яг- До полиро- вания мкм После поли- рования М', г •4
Размер зерна М3 0,22 0,20 0,16 0,18 0,0098
Кремний моно- АС Чугун 0,25 0,24 0,25 0,24
кристаллический То же ZrCj-,, > 0,0093
АС Фетр 0,18 0,095 0,0079
> ZrCj-j, я 0,18 0,095 > • л
АС Медь 0,53 0,20 0,1203
» TiC1—x » 0,53 0,20 0,1100
> ZrCj_x » 0,53 0,18 0,1123
AC Фетр 0,2 0,10
> ZrC1_.x а 0,2 0,095 •
Сталь У8А W,B. Хром 0,24 0,08 0,0771
> * TiCb-х а 0,24 0,11 0,0823
> » ZrC,., » 0,24 0,08 0,0845
э > AC » 0,24 0,09 0,0900
> » ZrCt_x Фетр 0,23 0,1 0,0185
» > AC 0,23 0,095 0,0347
Размер зерна М40
Бронза В4С Чугун 6,0 2,70 0,0600
> SiC » t 6,0 2,25 0,0620
> ZrB2 ж 6,0 2,00 0,0625
> MojBg » 6.0 1,75 0,0628
> TiC^ » 6,0 1,43 0,0635
» Z^-x » 6,0 1,60 0,0633
Таблица 2.62. Свойства магнитно-абразивных материалов [282, 328, 577]
Материал (мае. доля) MKM Класе чисто- ты г/(м’х Хмии) Материал (мае. доля) Rz. MKM Класс чисто- ты Муд, г/(м’Х X мин)
Обрабатываемый ма Fe—TiC (85:15) Fe—ZrC (90:10) Fe—ZrC (80:20) Fe—ZrC (70:30) Fe—Cr3C, (80:10) Fe—Cr3C2 (70:30) Fe—W2Bj (90:10) Fe-WjBg (80:20) Fe—W2B5 (70 30) Fe—SiC (80:20) гериал 0,035 0,080 0,300 0,220 0,250 0,150 0,400 0,380 0,450 0,090 — сталь 12а Па 9а 96 96 10а 8а 8в 86 10в П1Х15 370 155 150 154 120 155 53 83 120 ! •rif Обрабатываемы Fe—TiC(...) Fe—TiC— WC(-) Fe—ZrC(...) Fe—NbC (...) Fe—Cr3C2 (...) Fe—MooC (• •.) Fe-WC (...) Fe—SiC(...) й мате 0,4 0,06 0,3 0,1 1,0 0,3 0,58 0,3 зиал — » « Ч чя« «и * Ч«- сталь 45 10,4 3.3 0,7 3,2 0,3 0,7 0,3 0,73
нанесенного на
„.-.Л химическая инертность по отношению к матрице, но способность смачи-
Я ею. Твердость наплавленного слоя толщиной 3—5 мм, ------------
Мгунную поверхность, зависит от состава наплавок [452]:
Состав наплавок (кас. долн> HV после наплавки Состав наплавок (мае. доля) HV после наплавки
TiB, ZrB4 СгВ, „ (Ti, Ст) В, (Ti, Сг) В,—N1 ' (9:1) W,BS 694 649 720 710 730 WaB6—Ni (9:1) TiC CrsCa WC SiC—(Ti, Cr)Ba—WaBs—FeV—Fe (25:25:25:5:20) 720 746 750 803 629
750 B4C—Cr gCa—W2B6—FeV—Fe (25:25:25:5:20) 694
Наплавка порошками осуществляется электрошлаковым методом. Свой-
ства наплавленных слоев приведены в табл. 2.63, 2.64. Марки и составы порош-
ков для твердосплавных смесей приведены в табл. 2.65.
Таблица 2.63. Износостойкость наплавок тугоплавкими соединениями [329]
Материал иаплавки /л, в, при угле атаки 7, г/см’
30 | 90
TiBa 1,983 2,961 5,56
CrBa 2,5184 2,8316 6,32
(Ti, Cr)Ba 0,9030 1,7520 6,24
WaB5 1,1978 2,5174 9,92
B4C 2,2553 2,7148 4,28
SiC 2,3064 2,9658 4,74
3,3131 3,7051 7,65
(Ti, Cr) B2-W2B6-B4C (80:15:5, мае.) 0,02 0,06 6,26
Таблица 2.64. Порошкообразные наплавочные смеси, содержащие бориды [119]
Смесь Массовая доля, % _ HRA ви
Нприд Fe . Ni
WB-Fe WB—Fe WB—Ni WB—Fe—Ni JX-fZ WA-Ni ^«Bs—Fe—Ni 5—50 50-90 20—40 20—30 30—40 40—60 30—50 30 95—50 50—10 75—55 70—60 60—40 65—55 80—60 5—15 70—50 5—15 60—80 77-79 67—73 76—81 80—83 83—86 76—79 80—82 1,03—2,92 2,92—5,21 2,56—3,24 1,80 1,52 2,45—6,82 e. *
отношение износостойкости
Примечание. Относительная износостойкость (ви)
иного материала к износостойкости отожженной стали 45.
Таблица 2.65. Характеристика порошков карбидов для твердых сплавуб
Массовая доля, %
Марка ^общ Ссвоб
Фаза порошка TiC Nb
TiC—Ni—Мо (ТУ 48-19—289—78) ТН-20 ТН-30 ТН-40 79 69 61 *•* * Д < v Г я * •> < <0,5 <0,5 <0,5 0,05—0,1 0,05—0,1 0,05—0,1
СгА—Ni (ТУ 88 УССР 147—007—77) КХН-5 кхн-ю : i t V 95 90 «»
КХН-15 • • 85 ВТ* * * ** * •>
КХН-20 80 В * • а, • • * • *
КХН-25 75 Р • »
кхн-зо 70 ж »• »• » * •f» •
КХН-35 •* 1 65 •*»/
КХН-40 *<•/ 60 »•!• «
WC—Со вкюкс • г 3 «А 5,40—5,60 0,10
(ТУ 48—19—154—80) ВК20КС ВК20С а В • * • • * * * 4,70—4,95 4,70—4,95 0,10 0.10 ? J f <
Фаза Марка порошка Массовая доли, % ‘
О Ма Fe Со J41
TiC—Ni—Mo ТН-20 » • а 6 * 15
(ТУ 48-19—289—78) ТН-30 „ » * « 8 №• • 23
ТН-40 * а в 10 • В • 29
Сг3С,—Ni КХН-5 « « * « 5
(ТУ 88 УССР 147-007—77) КХН-10 » • « • Я 10
КХН-15 • * • * в а 15
КХН-20 • в * •| • И « V В * В, 20
КХН-25 * !• • м у « « в «В В 25
КХН-ЗО « *« • • » В. • V в * в 30
КХН-35 X • ИГ 1» » » - в* ж • в 35
КХН-40 • « i в а « • • * в 40
WC—Co вкюкс 0,50 й • в 0,30 9,50—10,0 «лК-
/ТУ 48—19—154—80) IBK20KC 0,50 ж а •• 0,30 19,5—20,5 •» • а
BK20C 0,50 0,30 19,5—20,5
раздел II
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ДЕТАЛИ ИЗ НИХ
ГЛАВА 3
армированные композиционные материалы
3.1. Введение
Композиционными материалами (КМ) называются материалы, которые об-
разованы объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой
границей раздела между ними. Они отличаются по свойствам от каждого от-
дельно взятого компонента. В КМ достигается сочетание лучших свойств
различных составляющих фаз — прочность, пластичность, износостойкость,
малая плотность и т. п.
Обычно эти материалы состоят из пластичной осноны (матрицы), служа-
щей связующим материалом, и включений различных специальных компонен-
тов в виде порошков, волокон, тонкой стружки и частиц другой формы, доступ-
ных для смешивания и последующего формования.
Матрица играет не только роль материала, связующего изделие И придаю-
щего ему форму, но и обеспечивает возможность использования прочностных
свойств включений за счет перераспределения напряжений в материале и пере-
дачи напряжений от разрушенных волокон и частиц к неразрушенным. Включе-
ния обеспечивают прочность н жесткость композиций, а связующий материал —
адгезионную связь между составляющими материала.
Матрица обеспечивает прочность и пластичность материала как единого
Целого при воздействии механических и других нагрузок. Иногда связующий
материал предохраняет наполнитель от агрессивного воздействия окружающей
среды. Название КМ дается по характеру матрицы — металлические, полимер-
ные, неорганические, металлопластики, органопластики, боропластики и т. д.
К КМ относятся многие материалы, изготавливаемые методами порошковой
металлургии,— антифрикционные, фрикционные, электроконтактные, дисперс-
иоупрочнениые и др. Сведения о них приведены н. соответствующих гланах
справочника. В Настоящей главе характеризуются КМ, упрочненные волокнами.
В качестве волокон используют нитевидные кристаллы (усы), проволоку, неор-
ганические и органические волокна. Благодаря ббльшей доступности наиболее
широкое применение находят металлические волокна — в виде проволоки стали,
тугоплавких и других металлов.
Применение неметаллических волокон ограничено их высокой чувствитель-
иостью к механическим повреждениям и хрупкостью. Однако вследствие их
высокой прочности, малой плотности и химической стойкости они находят
Широкое применение для армирования пластмасс и металлов. Для этой цели
используют волокна нз стекла, углерода, бора, карбида кремния, кварца,
оксида алюминия и др.
Для упрочнения металлов применяют в основном металлическую прово-
ЛокУ, нитевидные кристаллы и неметаллические поликристаллические волокна
лк<.им алюминия, магния, кремния и др. Для армирования металлов перепек,
тивно также применение кварцевых, кварцоидных, цирконовых и алюмосили,
катных млоко ? вСВЯЗИ с их малой плотностью, высокой прочностью и химиче-
3 стойкостью Для армирования широко применяются отдельные, прово-
лпки I также тканГи сетки, изготовленные из металлических проволок.
Ф^^о-механические свойства КМ в значительной степени зависят от коли-
честм частиц ?п?оГняющей Фазы, их взаимного расположения, размеров,
свойств и сильЛсвязи на границе раздела включение основа. При наличии
видений в виде волокон физико-механические свойства могут различаться,
п зависимости от их ориентации, на одни-два порядка.
В конечной структуре КМ компоненты с ориентированным или хаотичным
оаспредалеиием сохраняют, как правило, индивидуальные свойства, которыми
«ин обладали в исходном состоянии. Для КМ характерно отсутствие существен-
исто взаимодействия (взаимной растворимости) между упрочняющими фаза-
ми - '“окнами или частицами - и материалом матрицы как в процессе теп-
ловой обработки при их изготовлении, так и при температуре эксплуатации,
что обеспечивает длительную стабильность их свойств.
3.2. Технология изготовления
КМ в большинстве случаев изготавливают методами порошковой металлур-
гии! шихту из порошков, образующих основу, волокон или других добавок
подвергают смешиванию, прессованию, спеканию (или горячему прессованию,
прокатке), экструзии, штамповке или другой обработке. Возможно также полу-
чение КМ пропиткой каркасов расплавленным металлом., плазменным напыле-
нием, химическим и электрохимическим осаждением, диффузионной сваркой,
направленной кристаллизацией, импульсным прессованием.
После прессования смеси с короткими волокнами образуется структура
с хаотичным расположением армирующих добавок, ориентация которым может
быть придана экструзией материала. Возможно получение ориентированных
структур и до прессования, непосредственно в пресс-форме, е помощью вибра-
ции, магнитного или электрического поля. Компоненты шихты смешивают в спе-
циальных барабанах, конусных смесителях или в других устройствах в среде
бензина, спирта или в воде. Прессование смеси осуществляют в пресс-формах
на прессах или молотах, экструзией, прокаткой, вибрационным уплотнением,
взрывом и т. д.
Формирование физико-механических свойств материалов завершается при
спекании в защитной среде (в водороде, диссоциированном аммиаке и др.)
яри температуре, составляющей (0,7—0,8) Тпл металла основы. Иногда после
спекания изделия подвергают повторному прессованию и спеканию, термической
или химико-термической обработке для дальнейшего улучшения физико-хими-
че91их СА°ЙСТВ’ 3aill,i™ от коррозии, придания им окончательных размеров
я форм. Применение метода горячего прессования при температуре, составляю-
щей (О,о—0,8) Тнд металла основы, позволяет получить практически беспори-
стые материалы.
При изготовлении КМ пропиткой расплавленными металлами пористых
каркасов спрессованный металлический войлок, состоящий из отрезков про-
волоки или нитевидных кристаллов, либо длинные волокна, уложенные в опре-
порядке, нагревают в вакууме или инертной среде, пропитывают рас-
металлом основы и медленно охлаждают. Пропитывающий металл
смачивать (но не растворять) армирующую фазу. Его температура
плавления должна быть значительно ниже Тпл материала волокон. Неметалли-
ленным 3 $азУ ДЛЯ УлУЧП1енйя смачивания ее поверхности расплав-
ленным металлом иногда подвергают металлизации.
«я n«nl„v^L4at0T ТаКЖе элекР°литическим осаждением компонентов шихты
“ металла с последующей термической обработкой, литьем под
давлением, в вакууме и центробежным способом
^п»±Иб°Лее изУ,,енные процессы изготовления КМ на основе алюминия -
Горячее прессование, прокатка, совместная экструзия, пропитка жидким ме-
114
таллом, сварка взрывом, плазменное напыление и электролитическое осажпе
вне. Исходными в этих процессах являются такие материалы, как ФолТгГ
лента, листы, порошок, плазменно-напыленный порошок. Этими методами
получают многослойные ленты, листы, стержни, профили, лопатки компрессо-
ров я турбин.
КМ иа основе магния изготавливают преимущественно пропиткой непое-
рывным литьем и диффузионной сваркой. Упрочняющей фазой в этом’ случае-
служат волокна бора, углерода, карбида кремния, волокна стали, оксида алю-
миния и др.
Изготовление КМ на основе титана требует предотвращения взаимодей-
ствия на поверхностях раздела титан — армирующая фаза. Поэтому изделия
из этих материалов получают преимущественно методами плазменного напыле-
ния и скоростной прокатки. На титановую фольгу, покрывающую цилиндр
наматывают борные волокна и затем плазменным методом наносят слой сплава
титана, содержащего 6 % алюминия и 4 % ванадия. Полученные ленты подвер-
гают горячему прессованию в вакууме [102]. При скоростной прокатке сэндвич
вз трех слоев фольги титана и промежуточных двух слоев волокон бора (объем-
ная доля 20—25 %) прокатывают между валками машины диффузионной
сварки со скоростью 0,15 м/мин. В этом случае толщина образующегося проме-
жуточного слоя хрупкого диборида титана составляет менее 50 нм [477].
КМ на основе меди и волокон вольфрама получают преимущественно мето-
дом пропитки пучка проволок вольфрама расплавленной, медью [167, 477,
525, 623, 663]. Применяется также технология динамического горячего прессо-
вания при 950—1000 °C [520] и диффузионной сварки при 550—800 °C, давлении
45 МПа с выдержкой 2 ч [672].
Для изготовления КМ на никелевой основе применяют методы динамиче-
ского горячего прессования, пропитки расплавом и порошковой металлургии.
Основной задачей в получении этих композиций является предотвращение взаи-
модействия между металлами матрицы и армирующими волокнами, так как ни-
кель активно растворяется в вольфраме, молибдене и других металлах. Для
предотвращения этого взаимодействия на поверхность армирующих проволок
наносят барьерные слои или легируют металл проволок таким образом, чтобы
уменьшить растворение в нем никеля.
В сплавах кобальта в качестве армирующих материалов используют про-
волоки вольфрама и молибдена. Технология изготовления их аналогична тех-
нологии, применяемой для никеля.
3.3. Составы и свойства материалов
Работы по созданию КМ, армированных волокнами, ведутся в основном
стакими металлами, как алюминий, магний, титан, медь, никель и кобальт.
Эти металлы обладают высокой пластичностью, обеспечивают хорошие свой-
ства матрицы и поддаются значительному упрочнению.
КМ на основе алюминия и его сплавов при армировании высокопрочными
волокнами имеют высокую удельную прочность и жаропрочность-, обладают
высокой жесткостью и регулируемой анизотропией свойств. Для получения
КМ на основе алюминия применяют сочетания алюминия и его сплавов с волок-
нами из стали, бора и борсика (волокон бора, покрытых карбидом кремния),
углерода, оксида кремния, карбида кремния, а также е волокнами тугоплав-
ких металлов — вольфрама, молибдена, бериллия и др. „„Л~,
.... ® табл- 3.1 приведена зависимость механических свойств прокатанн
КМ — сплава алюминия АМГ6, армированного стальными волокнами, от тем-
пературы испытаний, содержания и прочности армирующих волокон.
Влияние содержания волокон бора на прочностные '
Рованного алюминия и его сплавов представлено в табл. 3.2. Степ®нД ®л„ии„ ^
Дополнительной термической обработки на свойства КМ сплаа км
Горные волокна видна из данных табл. 3.3. Важным показателем свойств КМ
является их жаропрочность и сохранение свойств при возможно более
температурах. В табл. 3.4 показано влияние температуры испытаний и направ-
ния приложения нагрузки на прочность и упругость КМ на о
Таблица 3.L Влияние содержания н ПР04™"" "“кмТплав^АМГб - сталь и температуры испытаний на механические свойства КМ сплав ami b — сталь [101, 166, 184, 185, 214, 604] . .
Сбъемная доля волок- на. % 'и. °C ’в» МПа «'s- МПа Объемная доля волок- на, % *И> °C «в, МПа МПа «. %
Сплав АЛ1Г6 — волокно стали Х18Н9Т (ов=2000 МПа) Сплав АМГ6 — волокно стали Х13Н13М2 (Ов = 2700 МПа)
5 10 15 20 20 20 20 20 394 459 536 628 f ч* « ч» 5 10 15 25 20 20 20 20 422 525 692 1020 • -Ч 4 Ч ’ * * ( * '• J *
5 300 163 98 19,2 5 300 212 143 5,1
10 300 236 171 6,2 15 300 302 * • • 3,7
15 300 243 6,0 5 350 193 128 12,3
20 300 251 183 15 350 624 8,9
5 350 126 75 17,1
10 350 163 102 10,3
15 350 184 107 9,9 —а
Таблица 3.2. Влияние содержания волокон бора на свойства КМ на основе
алюминия и его сплавов (372, 614, 632]
Состав КМ (об. доля) ав, МПа Е, ГПа %
А1 70—140 70 *
А1—В (90:10) 300—380 150 г
А1—В (80-20) 300—650 130—140
AI—В (70.30) 700—900 180 0,7
А1—В (60:40) 900— И 40 190—220 0,7
А1—В (50:50) 1100—1400 200—257 0,6
Сплав 6061—В (50:50) 1100—1200 220—240 >*•»*>(
Сплав 6061 — В (40:60) 1400—1600 260—227 0,5
Сплав 2024 — В (50:50) 1100—1200 220—240
Сплав 2024 —В (30:70) 1600—1800 280 07
Сплав 1100 —В (50:50) 1100—1200 220—240
3Л Ълияиие термической обработки на свойства КМ сплав
алюминия — бориые -волокна [372, 614, 631, 632]
Состав КМ (об, доля) МКМ <*в, МПа В, ГПа ь, %
Без ТО ТО Без ТО то Без ТО ТО
Сплав 6061 Сплав 6061—В (1:1) Сплав 6061— В (1:1) Сплав 6061—В (1:1) 101 142 203 130 1510 1200—1540 1580 320 1550 1380—1520 1670 239 200—238 232 238 139 0,7 0,6—0,7 0,8 0,7—0,8 0,8 4
Праиечаняе. ТО-термическая обработка; закалка с искусственным старением.
Табляда 3.4. Влияние температуры испытаний и направления поиложения нагрузки на свойства КМ сплав 6061-—В (1:1, об.) [372, 614 , 632]
<В.’С Одц. МПа ®bj. г МПа £ц, ГПа £х.ГПа
20 100 200 300 400 500 1100—1300 1100—1200 900—1150 . 850—1050 750—1000 650—950 83—155 85—130 83—112 40—74 •4 • i 210—257 190—258 248 189—240 176—232 225 141 135 131 126 Л» ж •
Таблица 3.5. Влияние состава и температуры испытаний на свойства КМ
сплав алюминия — углеродные волокна [372, 477, 614]
Состав КМ *в. °с а8, МПа Е, ГПа
Al— С (68 : 32, об.) 20 457—816 182,5
AI — С (65: 35, об.) 20 597—732 150
fД1 — Zn (93: 7, мае.)] — С (68 :32, об.) 20 415—918 169
[Al — Zn (93:7, мае.)] — С (62 : 38, об.) 20 716—1055 194
[Al — Zn(93:7, мае.)] — С (69:31, об.) 20 612-876 199
[Al — Zn (87:13, мае.)] — С (78:22, об.) 20 513—618 168,5
[Al — Zn (87; 13, мае.)] — С (72 :28, об.) 20 730 148
[AI — Zn (87:13, мае.)] — С (72 : 28, об.) 500 • 660 * •«
Таблица 3.6. Влияние температуры на свойства горячепрессованного-- КМ
А1 —волокна SiO2 (1 :1, об.) [214, 477]
*н» °C ов, МПа ад (на базе 10’ циклов), МПа- °с ав, МПа ад (на базе КГ циклов), МПа
20 770—840 127 300 730 98
100 820 127 400 470 98
200 780 127 500 390 98
ниевого сплава и волокон бора. Перспективным является применение для арми-
рования алюминиевых ’ сплавов углеродных волокон, которые обеспечивают
получение высокого уровня прочностных свойств (табл. 3.5).
Широким фронтом ведутся работы по изысканию неметаллических волоко
Для упрочнения сплавов алюминия. В табл. 3.6 показана зависимость пр
постных свойств горячепрессованного КМ алюминий - волокна SiO2 jот тем-
пературы испытаний. Предел выносливости этого материала сохраняется дос
очио высоким до температуры 450 °C. ___v»n-
Высокую степень упрочнения дает введение нитевидных кр Р
0Ида кремния [372, 477]:
Состав КМ (об. доля) »0, МПа
Al — SiC (90: 10)
Al — SiC (70 : 30)
Al—SiC (50:50)
270
610
950
Существенное влияние на достижимый уровень свойств.оказывают методы
изготовления КМ (табл. 3.7 и 3.8).
Перспективным является создание КМ на основе магния. Материалы на
основе магния и борных волокон по удельной прочности и жесткости превосхо-
дят многие КМ, в том числе на основе алюминия (табл. 3.9).
Большое внимание в последнее время уделяется разработке КМ на основе
титана и его сплавов. Хорошо зарекомендовали себя материалы на основе спла-
ва титана, содержащего 6 % алюминия и 4 % ванадия. Этот сплав в сочета-
Таблица 3.7. Влияние состава и способа получения иа прочность КМ на
основе алюминия (372, 477]
Объемная доля волокна, % Способ получения ад, МПЗ 1 Объемная доля | волокна, % Способ получения °в. МПа
1,8 W IOW 9-17 W Сварка взрывом > » я я 131,2 370 403 20 Мо 1 40 Мо Диффузионная сварка То же 440 780
Таблица 3.8. Влияние состава и способа получения иа прочность КМ
на основе алюминия [214, 316]
Объемная доля нитевидных кристаллов, % Способ получения Ч8, МПа о®00, МПа Е, ГПа
20А1,О3 Вакуумная пропитка а 210 126
20А1,О3 Горячее прессование е после- дующей прокаткой 380 • я-я
23 SiC Горячее прессование 380—440 • а •> Л Я'Я
23 SiC Пропитка 800 V . я Я1-4 Я
Таблица 3.9. Влияние содержания волокон бора и способа получения
на свойства КМ иа основе магния
Объемна» доля волокон бора. % Способ получения ов, МПа „400 мп ав j, МПа Е, ГПа б. % Лите- ратура
10 14 19 28 30 50 69 25 30 75 25 30 45 48 Пропитка > > > » > в Непрерывное литье » » » я Диффузионная сварка » » » » » » 155 213 312 545 1 950 1250 1400 ’ 960 1300 914—970 960 1200—1300 1200 ъ * 8, * * f * • • ..» и * 1 V я. Я ‘eio' 770 800 820 59 83 ПО П9 2I5 200 у »»• .Л4" 220 330—340 •4 я * 22о' 219 0,43 0,52 0,42 0,30 г • • « • * 4 . -• 1 • V « я г « 0,6 0,5 0,6 [671] 671] 671] 671] 517] 615] 8] [8] [8] [8] 281] 281] [515] [183]
118
„ с волокнами иэ бора, борсика, карбида кремния и бериллия показал наи-
"ЯИ-Г высокие свойства.
б°л в табл. З.Ю приведены прочностные свойства КМ титан — волокна бора
„онгимости от содержания волокон. Максимальные свойства показал мате-
ЯяГл имеющий 50 % волокон бора.
Ри Высокий уровень свойств обнаруживается также при введении в материал
„.„он карбида кремния. В табл. 3.11 показано влияние содержания карбида
®° меня на механические свойства сплава титана, содержащего, волокна кар-
«м кремния, в зависимости от ориентации волокон и температуры испытаний
движение еще более высокой прочности имеет место при введении волокон
лопсика (табл. 3.12).
Существенно влияет на механические свойства ориентация волокон в мате-
В табл. 3.13 показано влияние температуры и угла ориентации волоков
Р“а' на свойства материала на основе сплава титана.
Введение в титан волокон молибдена привело к значительному повышению
почностных свойств (табл. 3.14). Однако применение легированного сплава
итаиа (б % А1, 4 % V) и легирования этого сплава дополнительно магнием
изволило еше больше повысить прочностные характеристики материала
"табл. 3.15 и 3.16).
Таблица З.Ю. Влияние содержания волокон бора на свойства КМ на основе
титана [102, 593]
Объемная доля волокон бора, % ов ц , МПа огв х» МПа Е у ( ГПа Е±. ГПа
25—30 50 984 1240 422 455 180,7 240 154,7 180
Таблица 3.11. Влияние содержания волокон карбида кремния, температуры
и угла ориентации на свойства КМ на основе сплава титана Ti Al V (90 : 6.4,
мае.) [214, 593]
Объемная доля волокон SiC. % °C ®в. град МПа °пц> МПа Е, ГПа •— Объемная доля волокон SiC. % «и. °C ®в> град ®в* МПа аПЦ’ МПа Е, ГПа
28 20 20 20 0 30 90 998 794 668 822 731 373 253 225 197 50 20 20 540 540 0 90 0 90 1200 520 1030 340 * * • 260 210
Таблица 3.12. Влияние содержания и Диаметра волокон б°Рс™а / пог? 661 ] на свойства КМ на основе сплава титана T1-A1-V (90 :6.4, мае.; !» ,
Объемная доля •олокон B/SiC. % Дв, мкм ав, МПа Е, ГПа в. %
11 21 27 50 50 106 106 106 106 145 970 990—1240 1270 1150 1366 131 145—166 179—193 266 266 0,72 0,64—0,73 0,61 0,50 0,60
- - 119
Таблица 3.13. Влияние температуры и угла ориентации на свойства КМ
(Ti—Al—V <90 г 6 г 4, мае.)] —В/SiC (1 г 1. об.) [2141 ....... . .
t*. -С Ов» град огв, МПа £, ГПа fl. % *В- “с ав г₽ад 0В, МПа Е, ГПа в. %
20 20 20 0 15 45 984 703 464 292 259 219 0,33 0,32 0,42 371 454 454 0 0 15 752 766 605 7 г а / w * А а *
20 260 90 0 295 836 209 0,31 454 454 45 90 373 246 • ’ ! « л * *
Таблица 3.14. Влияние содержания волокон молибдена и температуры
на свойства КМ на основе титана [186] ___________________________
Объемная доля волоков молибдена. % ги. °C <хв, МПа «. % Объемная доля волоков молибдена, % /и, °C яв,- МПа —1
0 20 210 22 44 200 540 8
10 20 286 12 0 400 40 16
20 20 680 11 10 400 80 9
32 20 830 9 20 400 250 9
44 20 1000 8 32 400 360 8
0 200 140 17 44 400 460 6
10 200 170 10 20 800 160 8
20 200 350 9 32 800 270 8
32 200 500 9 44 800 330 5
Таблица 3.15. Влияние угла ориентации на свойства КМ сплав [Т1—Ai—V
(90:6:4. мае.)] — Ма (7:3, об.) [102]
ов. град аа, МПа t Os, МПа $пц» МПа Ei ГПа
0 1400 1360 780 188,4
15 1370 1300 700 V «. д.
30 1290 1200 700 •а,- -U,
45 1100 1070 500
90 650 .<*•. «4 и*1 450 155,4
Влия,,ие Дополнительного легирования магнием на прочность
КМ сплав ВТ15— волокна бора [518]
Состав КМ Т. г/см’ ав, МПа
!пт!ч~ м® 1MaC,)I - В (50 : 50, об.) вт ч ~ : ?5’ мас,)1 ~ в (80 :20, об.) ВТ15 —Mg(93:7, мае.)] — В (75 : 25, об) (ВJ 5 — МАВ (93 : 7, мае.)] — В (75 : 25, об.) [ВТ15 — ВМД1 (93: 7, мае.)] — В (75 : 25, об.) 3,44 3,79 4,15 4,16 3,94 1320 1310 1490 1510 1510
Большой интерес представляет получение армированных матепия™,
-.вОве меди для электротехнических целей. Возможными компонентами Иа
Sa медь, являются волокна вольфрама, железа, титана Е таблУ
"введены данные а влиянии содержания вольфрама на Физико-мруя^?’17
КМ медь - волокна вольфрама, из которых видно возрастание пппц!
“де?ж“м -»*- ssssas
^Существенное повышение прочностных свойств материала наблюдаете
:й
Интерес К армированию никеля и его сплавов волокнами связан е поисками
путей повышения ИХ жаропрочности. Так как эти сплавы предназначается вдя
работы при высоки* температурах, особое значение имеет проблема предотвТа-
щеиия взаимодействия между матрицей и армирующими волокнами пои высо-
ких температурах. В качестве армирующих материалов наибольшее внимание
привлекают вольфрам, молибден, керамические нитевидные кристаллы и во-
локла.
Для уменьшения растворения вольфрама при высоких температурах в мат-
ричной структуре применяют сплавы никеля, предельно насыщенные вольфра-
мом. Для уменьшения взаимодействия между матрицей и волокнами в процессе
изготовления используют различные методы формирования материалов^
В табл. 3.19 приведены механические свойства композиционных материалов на
Таблица 3.17. Влияние содержания волокон вольфрама на свойства КМ
на основе меди, полученных методом пропитки [212J
Объемная доля волокон w,% ов, МПа „1089 аюо ’ МПа * % (к меди)
12 200—250 90
25 450 85—80
35 700 W а . 70—75
50 850 414 55—60
75 1780 634 “ • г
Таблица 3.18. Влияние легирования меди на свойства КМ медь—волокна
вольфрама, полученных прокаткой [477]
Состав КМ • ffi МПа г 6» %
Cu~W(25;75, об.) 1750 34
M>-Ni (95:5, мае.)] — W (21:79, об.) 1730 ‘6 ‘
(90:10, мае.)] — W (25:75, об.) (99 j 1, мае.)] — W (23: 77, об.) 762
1540
:5» мас-)1 — W (24 : 76, об.) С^д ™ : 5’ мас->] — W (24 : 76, об.) 1490 1080 0
Сп“*т! £2 ‘ 10« Мас-)1 — W (24 : 76, об.) 970 X * *
Си"?! «: 10* мас-)1 w <22:78> об-> Си"?* № • 25> мас-)1 — W (24 : 76, об.) СЙ"7Г г 10> мас-)1 W (24 : 76, об.) 1560 1310 1510 * л •’ к а К 0 Л
CuZr1" ££! 33» мас.)] — W (24 : 76, об.) Си-гГ '1' мас-) 1 — w (23:77’ об-) ГСи-$Ж: 20’ *ис.))-W (24; 76, об.) 1 “^Nb (99; 1, мае.)] — W (25:75, об.) 747 1580 1690 1660 7,5 16,4 20,6
3.19 С«>«ст» KM M t»’"»’»™»
Состав КМ (об. доля. Метод получения Ов, МПа as, МПа в. %
Ni—W (67:33) ХН60В—W (66:34) ХН70Ю—W (74:26) Хастеллой-Х—Мо (64:36) Хастеллой-Х—Мо (63:37) InCo-713—W (73: 27) ДГП дгп Заливкв Порошковая металлургия То же » » 850 1220 628 834 784 980 '520 • • • • • ? • * 5,3 J • 29 • ? » • # S
T.6,.«. 3.20. в™»,». KM “ ~~
армированных волокнами вольфрама [51», o-wj_______,__________
Состав КМ (об. доля) ff8, МПа as, МПа «к % ф. %
ЖС6К- W (55:45) 20 1100 580 538 500 0,8 3,4 6,5 Н,5
1200 386 365 7,4 26
1300 290 7 3,2 4,5
Нимокаст-258—W (50: 50) 20 847 360 0,4 * я •
250 825 465 1,7 Я • tf
500 832 630 2,4 в • »
550 685 . . . 2,2 * « •
1000 492 388 2,8
1100 343 165 4,0 • < г
ЕПД-16—W (50 : 50) 20 * 670 а . . 1,2 V
500 637 480 4,1 ъ
900 588 480 в »
1000 512 . • * . я. - Г
Таблица 3.21. Влияние температуры на прочность КМ на никелевой основе
различных методов изготовлении [48, 102, 114, 187, 267, 296]
Состав КМ (об. доля) „900 1000 „1100 «1200
Метод изготовления °в • % • °в • °в 4
МПа МПа МПа МПа
NI—W (67:33) ДГП 502 (о®50) 480 308 .. . г
ХН60В—W (66:34) дгп 568 ? 412 314
ХН60В—W (50:50) Прокатка 685 568 490 352
ХН78Т—W (76 : 24) XH78T-W (65 :35) Диффузионная сварка » » • е » 206 255 • W «
ХН78Т—Мо (65 : 35) 122
ХН78Т— W (60: 40) ХН70Ю-Мо (76 : 24) ХН70Ю—Мо (74 :26) ХН67ВМТЮ—Мо (81 :19) Хастеллой-Х—W (63:37) Хастеллой-Х—Мо (64:36) InCo-713—W (73:27) Прокатка Литье и прессование То же » » Порошковая металлургия » » » » 570 320 350 620 600 500 716 500” 230 230 380 508 402 490 430 190 150 170 410 315 364 ‘140 ’ ’во’ 380 255 « < *
Таблица 3.22. Влияние содержания и размера волокна и условий
^ прочность КМ никель — нитевидные кристаллы А12О8 [ 679] У й пОлУчения
Объемная доля ролокна, л dB, мкм Условии I up я чего прессовании Ов, МПа я1100 м_ ов • МПа
4, “С Pi МПа т, мин
20 <10 1100 16,5 120 196
Предварительный нагрев з вакууме при 1100 ’С, 2 ч
13 <10 1300 7,8 1 18 189—210
20 <io 1300 5 30 252
24 1—3 1300 7,8 | 30 286—306 »
Предварительный нагрев в вакууме при 1175 ’С, 2 ч
0 1175 19,2 15 316 26
12 <10 1175 19,2 15 359—364
13 1—3 1175 19,2 15 368—373
15 1—3 1175 19,2 15 357—371
20 1—3 1175 19,2 15 302 48
20 <10 1175 19,2 15 и * 46
21 <10 1175 19,2 15 » • X 38
Таблица 3.23. Влияние содержания нитевидных кристаллов, типа армирования
и способа получения на прочность КМ на основе никеля и нихрома [102,316,616]
Объемная доля волокна, % Тип армиро- вания Способ полу- чения КМ Ов» МПз о1в000, МПа В, ГПа
Для КМ нике .ль — нитевидные кристаллы А12О3
16 Н А и л * 282 а * а
21 Н А 495 • а л
22 Н А 1230 я »'
29 Н А 759 • • •
39 Н А 1350 • а а • « •
51 Н А 1050 • * «. • • «
9 д Б 1520 • • • 23
10 д А J . • 269 • » *
11 д А 938 • • в * • •
17 19 д д А А ’1180’ 451 » W • 27
20 д А 618
28 д А 621 106 • • •
Для КМ нихром — нитевидные кристаллы SiC
10 1 д А 2030 31,2
16 д А 2200
ДлинТ?J?" ечаиие. Н — длина нитевидных кристаллов д™аждение^атрицы на ните- вИдиыеНИ3^ВИДиых кристаллов меньше длины образцов; А— алектр “д зующим экструзия. спека«и?ристаллы'’ Б - смешивание волокон с порошком никеля и связующ «канне, прокатка.
никелевой основе, изготовленных различными методами. Температурная эави-
ашоггьлгеханических свойств материалов на основе сплавов никеля ц вольфра.
TJS“8! SSSSi’Sb.rS WW* «р™»™
материала на основе сплавом никеля с волокнами вольфрама и молибдена, изго-
товленного различными методами.
При повышенных температурах высокие значения прочности показали материа-
лы. изготовленные прокаткой и методом порошковой металлургии. Одним из на-
правлений получения армированных материалов является введение в матрицу не,
металлических веществ — оксидов кремния и др. При введении этих наполните-
лей. также необходимо решать задачу предотвращения взаимодействия между во<
локнами и матрицей. Оксид алюминия А1аО3 термически устойчив при контакте с
никелем. Однако окисление никеля при высоких температурах приводит к появле-
нию оксида NiO, взаимодействующего е А12О3 е образованием шпинели. ДдЯ
предотвращения этого процесса на волокна А12О3 наносят тонкие покрытия из
оксидов иттрия и тория, вольфрамовых пленок И получают материал методом
горячего прессования. ~
В табл. 3.22 показано влияние условий изготовления методом горячего прес-
сования КМ никель — нитевидные кристаллы Д12О3 на прочность при растяже-
нии. Содержание волокон и их расположение также во многом влияют иа свой-
ства (материала. В табл. 3.23 показана зависимость прочности КМ на основе ни-
келя я нихрома от содержания волокон А1аО3 и SiC. <
-В качестве перспективного армирующего материала для сплавов никеля рас-
сматриваются также углеродные волокна. Зависимость прочности КМ никель—
углеродные волокна от температуры испытаний показана в табл. 3.24.
В связи с дефицитностью кобальта разработке КМ на его основе уделяется
меньше внимания, чем на никелевой.
Таблица 3.24. Влияние температуры на прочность КМ никель—углеродные,
волокна (1 :1, об.) [192]
*и. "С ав, МПа - Д>_^кДж/кг | ‘ 'и. °C стрр А^Па кДж/м
20 670 126 982 397 75
539 536 ' 101 1093 265 50
660 397 75 1204 106 20
Таблица 3.25. Прочностные свойства КМ на основе кобальта, армированного
волокнами вольфрама и молибдена [677]
Состав КМ (об. доли)* Характеристика волокнового нал олнителя <JB, МПа 1090 МПа xjg 4 Mila
Со Со— W (82:18) Со—W (82:18) Со—W (81; 19) Со—W (78:22) Со—W (69,5 : 30,5) Со—W (67 : 33) Со— W (65; 35) Со—Мо (83:17) Сплав £-605 Сплав £-605—W (77:23) Непрерывные волокна Произвольно ориентирован- ные волокна Непрерывные волокна » » » •> 3 После прокатки Произвольно ориентирован- ные волокна / Непрерывные волокна Непрерывные волокна 390 Ж • 520 540 749 1020 180 364 900 650 19 170 40 310 4 s 4 ’ • ь « 140 330
В качестве армирующих металлов применяют вольфрам и молибден из
неметаллических материалов опробованы А12О8 и SiC. ’
Уровень свойств, полученных из материала на кобальтовой основе, приве-
ден в табл. 3-25.
3.4. Области применения композиционных материалов,
армированных волокнами
КМ на основе алюминия и магния отличаются малым удельным весом, по-
этому их целесообразно применять в авиаконструкциях и космической технике
1102 214]. Такие материалы из алюминия можно успешно применять в газо-
турбинных двигателях, в конструкциях самолетов и ракет [102, 214]. Для мате-
риала на основе армированного магния в литературе указываются такие обла-
сти применения, как ядерные реакторы и высоконагруженные конструкции
[281]. Более высокая прочность армированного титана позволяет применять
его в условиях больших нагрузок и повышенных температур, например для
сопел газотурбинных двигателей и лопаток вентилятора [214, 274, 587],
Композиционные материалы на основе никеля и кобальта представляют
Р?чбл/тьи1ий-инте|рес для работы в качестве жаропрочны^, материалов при повы-
шенных температурах — для изготовления деталей авиационных газовых тур-
бин и других энергетических установок, прежде всего таких, как рабочие
й сопловые лоцаткйз тепловые экраны, жаровые трубы,^стенки камер сгорания
в др.'[371, (711 ” ' . . . ,
Наиболее эффективном дбластью ррцмен.еция композиционных материалов
цй основе7 меди ^является эдектрргехника. При сохранении высокой ?лектропро->
водности э|и^пЛавы.имеют более высокую прочность при комнатной и повы-
шенной темпёратурад,‘чем чистдя медь и ete сплавы. Наиболее известны мате-
риалу ра ^снове меди / волокнами водьфррма^ лделэда'',, графита.
ГЛАВА 4
ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4.1. Введение
Дисперсноупрочненные материалы (ДМ) относятся к классу композицион-
ных. Характерным для них является упрочнение металлической матрицы тон-
•кими включениями частиц тугоплавких соединений (оксидов, карбидов, нитри-
дов и т. й.). Эффект упрочнения зависит от размера частиц твердой фазы (опти-
мальные размеры в пределах 0,01—0,05 мкм) и равномерности их распределе-
ния в металлической матрице (расстояние между частицами 0,1—0,5 мкм).
Объемная доля упрочняющей фазы обычно составляет 5—10 %. Упрочняющие
частицы в материал вводят искусственно на одной из операций технологического
процесса путем смешивания или совместного размола порошков металлов и
упрочняющей фазы, окисления поверхности частиц металлов, химического
осаждения и другими методами. Универсальной технологией, позволяющей осу-
ществить разнообразные варианты процессов, является технология порошковой
'металлургии. Для обеспечения длительного эффекта упрочнения, особенно при
повышенных температурах, частицы прочной фазы должны не взаимодейство-
вать с металлом матрицы, быть термодинамически стабильными и не обладать
'склонностью к коалесценции при высокой температуре. В этом случае обеспе-
чивается высокая жаропрочность материала, более высокая, чем дает обычное
-легирование основы материала другими элементами.
4.2. Технология изготовления дисперсно-
упрочненных материалов
подготою^°мхопн3пйТпВлпеНИЯ состоит И3 следующих основных этапов:
уплотнение ватгаплк “°р°шковой шихты, формование заготовок, спекание,
Наиболее ^пп^т° ? ПОРИСТОГ° состояния. термическая обработка.
механического смешив1ни« методом подготовки шихты является метод
используют различные М(.ЯиИ совместного размола порошков. Для этой цели
йжг* юбРа-»»»»»=. -ч-i-.
тера исходных пооошклп Время смешивания в зависимости от харак-
С». pS“, •
порошков, Поэтому процесс размолГ ппппА неконтролируемому окислению
жидкости, в качестве исходных ne°™ "роводят в защитной газовой среде или
мерой частиц менее 5-10 мкм « братЛ порошки металлов с раз-
»вха«ие"ко,"е"«етХТ ««•
рование, заключающееся в том смешивания является механическое леги-
легированного сплава размол ‘исходных поп1ГеНИЯ конечного порошка в виде
порошков легирующих алкимил, лных поР0шков основы ведут в присутствии
•шаров, участвующих* в 2^? При этом масса размольных
массы обрабатываемой8 шихты^В Рэтом°ЛелТччя₽ЖНа бЫТЬ В 10-20 раз б°ЛЬШе
новки,, охлаждаемые водой. “ лучае применяют смесительные уста-
426
Поскольку В процессе размола частицы порошка приобретают большой
* внутренней энергии в результате деформации и накопления большого
8 «аества дислокаций, а также имеет место локальное повышение температур
Уместный размол различных элементов может сопровождаться протеканием
С\шческих реакций. Например, при размоле смеси порошков алюминия с гра-'
активно идет процесс образования карбида алюминия А14С,, частицы
А^оого играют роль упрочняющей дисперсной фазы. Этот процесс продолжа-
К я при последующем спекании заготовок.
'^Химическое взаимодействие имеет место также при так называемом хими-
ческом смешивании, в котором порошок матричного металла размалываете»
в смеси с раствором соли, содержащей металл упрочняющей фазы. Последний,
переходит в твердое состояние непосредственно в процессе смешивания. После-
дующая термическая обработка приводит к превращению этого металла и остат-
ков соли в оксиды, которые играют роль упрочняющей фазы.
Наиболее равномерное смешивание металлов дает смешивание жидких,
растворов солей с последующей их дегидратацией и термическим разложением.
Гидратный остаток удаляют последующей сушкой, замораживанием е возгон-
кой растворителя.
Разновидностью процессов введения твердой фазы в металлическую мат-
рицу является поверхностное.и внутреннее окисление.
Первый процесс осуществляют распылением жидкого металла в контроли-
руемой окислительной среде, дополнительным окислением частиц нагревом или-
при размоле в мельницах. Этот метод применим в том случае, когда упрочняю-
щей фазой являются оксиды матричного металла.
Метод внутреннего окисления применяют для тонкодисперсных порошков*
низколегированных сплавов, у которых растворитель имеет низкое сродство*
к кислороду, а растворенный металл — более высокое. Такие порошки подвер-
гают окислению нагревом при температуре, обеспечивающей достаточно высо-
кую скорость диффузии. Этот, метод позволяет получать включения оксидов-
размером 10—20 нм.
Известны и такие химические методы получения исходных порошков-
содержащих включения упрочняющей фазы, как восстановление водородом,
жидкого раствора комплексного соединения, химическое осаждение из раствора-
соединения матричного металла, смешанного о коллоидными частицами упроч-
няющей фазы.
Химические методы получения исходных порошков для ДМ имеют малое
распространение из-за их сложности и трудоемкости.
Следующий этап изготовления ДМ — формование заготовок. Последнее
осуществляется на холоде на обычных гидравлических прессах е применением-
пресс-форм. Ввиду худшей прессуемости порошков, содержащих частицы твер-
дой фазы, процесс прессования требует приложения более высоких давлений,
чем при прессовании порошков чистых металлов.
Разновидностью процессов прессования является гидростатическое и изо-
статическое прессование заготовок из порошков, помещаемых в эластичных
оболочках в камеру высокого давления, с приложением давления жидкостью-
или газом. Этот метод позволяет получать практически беспористые заготовки
габаритом до 1 м.
Возможно также получение заготовок в виде ленты прокаткой порошков-
ежду валками прокатных станов.
„ Спрессованные заготовки подвергают операции спекания с целью упроч-
Гп??я и Уплотнения заготовки, дегазации ее, восстановления оксидов и под-
п^?ВКИ к последующей операции пластической деформации. Операцию спекания-
Роводят обычно при (0,70 + 0,95) Тпл.
Мым*1НОгг£ операцию спекания совмещают е горячим прессованием, проводи-
”Ым "РИ (0,50,8) Тпл [196, 531], в результате чего получают почти беспори-
ФаамГОТовки и предотвращают нежелательное взаимодействие упрочняющей-
"С матрицей.
кати» <??чательные высокие свойства ДМ придает горячая экструзия Л™ ПР°‘
и фоом^еЛЬ этих операций — доведение материала до беспористого состояния
Рмирование структуры, обеспечивающей высокую жаропрочность. В P
„ оаот обжатия до 1 : 40. Эта операция обычна
иессе экструзии металл npeJep"eBB ппедохраняющих материал от окисления
поводится в эластичных оболочках, Р Д Материала оболочек определяется
в облегчающих процесс вкцструзЯботки: для низких температур применяют
температурными У“°вия1Ине°р реющую сталь. Давление экструзии обычно
алюминий, для высоких и
составляет I—-1.4 ГПа. материалов характеризуется применением обжа-
Процесс прокатки таких ма^Р марНОМ обжатии 40-50 %.
тнй за одни проход дислокационной структуры, обеспечивающей
Для создания необходшмои Д ддя йзмельчения частиц упрочняю-
повышение длительной^прочности няют дополнительную холодную или
шей фазы после горячей экстру ротационная ковка) с обжатием за
теплую деформацию (волочение, лР^атии до 95 %.
проход 5-25 % при Ау“аРя Обработки материала — отжиг (рекристалли-
Заключительная операции к й привОдит к укрупнению зерен,
аация) при повышенны «мнер»^х^°опРрочноРти и пластичности.
что сопровождаетсяi повыше ® аллизоваНног® металла является также
Особенностью ”рУ ур“в Ротжига, снижающих скорость распространения
трещин8 ^способствующих повышению сопротивления материала разрушению
(42J.
4.3. Составы и свойства дисперсноупрочненных материалов
Наибольшее применение находят ДМ на основе алюминия, бериллия, воль-
фрама, железа, золота, кобальта, магния, меди, никеля, олова, платины, свин-
ца, серебра, урана, хрома, цинка и циркония.
Составы и некоторые характерные свойства ДМ приведены в табл. 4.1.
В алюминиевых ДМ упрочняющей фазой служит тонкая и плотная оксид-
ная пленка на поверхности исходных частиц.
Наилучшие сочетания прочности и пластичности достигаются при содер-
жании оксида алюминия 4—14 %. В промышленности применяются три марки
—д НЛ ®спове алюминия: САП-1 (спеченный алюминиевый порошок), САП-2'
и САП-3.
Механические свойства материалов на алюминиевой основе приведены
материалы поддаются горячей пластической деформации при
₽™^л°,Г550 изг°тавливают в виде листов, фольги, полос,
чиаят avnmu рФФективцое упрочнение алюминиевой матрицы обеспе-
пе”й,я карбидов алюминия в сплавах системы Al - С (табл. 4.3).
вых сплавах bi rrnirS“ение обеспечивает возможность получения в алюминие-
(табл. 4.4, 4.5) ° значений пределов длительной прочности и ползучести
обеспечивается ° ппи 4^<яггле П-рочности и пластичности в ДМ па основе Al - С
wcuueHBBderca при массовой доле углеооля Ч_к Ы
При температурах 30ft Чоп им , " ** « /в •
П₽0УвеличеХМс“ХеИяЛ ^юминневыГил™1"111151 ПреВ0СХ0ДЯТ П°
мость некоторых физических лпЛ-НИе ™ теплоемкость. Температурная зависи-
-В..ТЛбл- ^-Твердой упрочняющеS^ЛаЛ?®”и.н.иево« основе приведена
оксиды (ВеО) и карбиды (Ве дляДм на основе бериллия являются
шают прочность материала uaL Рериллия- Последние более эффективно повы-
бериллия возрастает с увеличение«СИДЫ бериллИя- Прочность ДМ на основе
риалы имеют пониженную> пластичип^ т2НИЯ оксидов (табл. 4.7). Эти мате-
ческих свойств Be и ДМ Вр рН°Ять' Температурная зависимость механи-
бериллия изготавливают в виш> приведена в табл. 4.8. ДМ на основе
«а вольфрамовой осноЛ в°ЛОКИ И Др™ "Рофилей.
п HfN, ZrN. В матепияЛЛ качестве упрочняющей фазы применяют
2 /о ThO2. Зависимость прочности2 3 «™кАМЬ’Шленных маР0К используют 0,75—
Дена в табл, 4.9. в°льфрамовых ДМ от температуры приве-
Т «б л я да 4.1. Состав и свойства ДМ [42)
I д у* •’ Металл матрицы Упрочняющие тугоплавкие соединения Объемная доля упроч- няющей фазы, % Метод введения упроч- няющей фазы Характерные свойства
Алюми- ний AlaOs 10—14 Поверхностное окисле- ние при распылении расплава и последую- щий размол Высокая жаропроч- ность, коррозион- ная и радиационная стойкость
» С (сажа) 4—5 Совместный размол Высокотемператур- ная устойчивость против рекристал- лизации
Бериллий ВеО, ВеаС 20—22 Поверхностное окис- ление порошков бе- риллия, смешивание порошка бериллия с сажей и термическая обработка для получе- ния ВеаС Высокое сопротив ление ползучести', коррозионная стой- кость в воде под давлением
Вольфрам ThO2, ZrOa, HfN, ZrN тюа- 0,75—2 Механическое смеши- вание Устойчивость про- тив рекристаллиза- ции
Железо ThO4, А1аОя, ZrOg А1аО3—2—4 Механическое смеши- вание, термическое разложение солей с по- следующим селектив- ным восстановлением Пониженная склон- ность к охрупчива- нию под облучением
Золото ThOa, A12O3 3,5 Механическое смеши- вание Высокая стойкость против коррозии, высокая электро- проводность
Кобальт ThO, 2 Механическое смеши- вание, химическое осаждение с последую- щим восстановлением в водороде Высокая жаропроч- ность
Магний MgO, BeO 1,0—1,1 Окисление при размо- ле в контролируемой окислительной газовой среде Радиационная стой- кость
Медь А120з, BeO, ThO4, TiC, BN, TiN 1,5—2,0 Механическое смеши- вание, " химическое осаждение и восста- новление в растворах, внутреннее окисление Высокая электро- проводность, тепло- проводность, жаро- прочность
Никель ThOj, HfO,, ZrOg, YgOg 2—3 Химическое осаждение из растворов солей и водородное восстанов- ление в растворах Высокая жаропроч- ность
иЛово SnO, 0,25 Мех а ническое смеши- вание Повышенная проч* иость
Продолжение табл, 4.1
Металл матрицы Упрочняющие тугоплавки® соединения Объемная доля упроч- няющей фазы. % tteioA введения упроч- няющей фазы Т1 Характерные евойетва
Платина Свинец ThOa, TiC, ZrC PbOa 0,5—1.8 6 Механическое смеши- вание,? химическое осаждение Механическое смеше- ние, окисление и раз- мол Высокая жаропроч- ность Повышенная уста- лостная прочность хорошая коррозион- ная стойкость
Серебро AlsOs, CdO, CusO 1.0 Механическое смеше- ние, внутреннее окис- ление Высокая электро- проводность, ИОВЫ, шейная прочность, износостойкость
Уран UOa, AlaO3 7.5 Механическое смеше- ние Сопротивление пол- зучести, размерная стабильность превращения, повы- шенная радиационг ная стойкость
Хром MgO М' Л То же Жаростойкость и коррозионная стой- кость
Цинк ZnO / » 'f » » Меньшая -анизотро- пия свойств
Цирконий ThOa, Y2O3 Л 39 » > Повышение проч- ности в 2—3 ра й при 650 °C
Таблица 4.2. Влияние температуры на механические свойства ДМ на основе
алюминия [370, 481}
Материал W’C о3,. МПа МПа fe •!
САП-1 САП-2 САП-3 20 250 350 500 20 250 350 500 20 250 350 500 290—310 180—190 140—150 100 320 190 150 100 400 240 190 130 200 «4 ?•' V* М < 230 (К * й * Ч * f 340 #• W * 7-9 4—6 3—4 2 4 1 2 1 3 1,5 1
_ л ч Влияние содержания углерода и температуры на механические
Т\бДВ. ДМ [673] ________________________________________________
евойс™ J --------—-----; « -------и-----:--'.. ;---------------------
Массовая ° ДОЛЯ 9 углерода, 1 о а X •W (Гв, МПа 10 С S 1? 6, % Массовая доля углерода, % У и Яв, МПа Oq МПа с©
1 20 260 • » • 7,5 3 300 '205 183
1 1 4Й0 110—120 * * at 7,0 3 400 145 4,5
J О 20 360 . . . 3,5 3 500 75
О 400 130—140 . а . 4,0 4 20 470 - - - 3,5
20 450 430 4,2 4 400 150—175 4,0
V з 100 421 407 4,4 5 .20 520 3,5
3 200 300 288 3,5—5,0 5 400 180—200 ... 2,0
Таблица 4.4. Влияние температуры на длительную прочность и ползучесть
ДМ типа САП [481] J
Материал т„. °C ’юо. МПа °юоо» МПа ®0,5/100* МПа ff0,2/100« МПа а0,5/1000- МПа а0,2/1000, МПа
САП-1 200 120 120 105 90 95 80
250 95 90 80 65 75 60
316 80 75 75 60 65 50
430 45 45 45 35 40 * я г
САП-2 250 ПО я » я * ж а а 115 90
300 а а а а а •е » 72
350 80 а а * а а а 70 .1 . . 63
400 • » 63 46
500 50 я я Я • • 40 • я я
САП-3 250 120 . • • • • 5 125 99
350 90 а а я •
400 а. — — • • • л «к • 71
500 55 • * я • » 36
Таблица 4.5, Влияние температуры на длительную прочность ДМ А1—С (97:3,
'ис.) [673]
'и- °C о», МПа О10, МПа 0юо* МПа 'и. °C <т4„ МПа а10, МПа Ошо* МПа
200 300 230 140 210 130 190 120 400 500 ПО 70 95 65 80 60
2егировании>Смрмви^егИР°ванного железа имеют малую жаростойкость. При
быть довелрим пМИ1оллВо^ш£гощими жаростойкость, рабочие температуры
*’ + 2 % Д»™ «о 1200 °C. В частности, ДМ состава Fe + 20 % Cr + 5 %
ВУЮ) прочности »?гУРи температуре 1200 °C имеет длительную (100-ча-
ДМ на £ ”ВД° 42„Mfa в прутках и 28 МПа в листах [42].
ше««ой стойкостью .ЛЛЙ ФеРРйтного или аустенитного класса обладают повы-
5* ью к ползучести и пониженной склонностью к охрупчиванию
Таблица 4.6. Влияние температуры иа физические свойства ДМ на основе
алюминия [481]
Материал
Характеристика ta. °C САП-1 САП-2 САП-Э
у, Г СИ9 20 2,7 2,7 2,71
а • 10*. К-1 20—100 20—200 21,2 22 21,2 22 19,5 20,2
20—300 22,9 22,9 20,9
20—400 23,7 23,7 21,7
20—500 24,8 24,8 22,7
100—200 22,9 22,9- 21,0
200—300 24,6 24,6 22,4
300—400 26,2 ' 26,2 24,1
400—500 29,4 29,4 26,6
Л, Вт/(м • К) 0 100 1760 1720 J760 1720 1460 1420
200 1720 1720 1380
300 1720 1720 1380
400 1670 1670 1380
500 1670 1670 1380
с, ДжДхг • К) 100 880 в -в а 920
200 920 • • 960
300 960 1040
400 1000 А а 1090
500 1040 ИЗО
р • 10s. Ом м 20 3,9 4,0 4,5
Таблица 4.7. Влияние содержания ВеО и температуры на механические
свойства ДМ Be —ВеО [698]
Массовая доля ВеО, % °C ов, МПа <JS> МПа «. %
0.8 25 ' 275 195 2
200 230 165 2
400 245 145 14
600 200 115 15
1.8 25 310 240 2
200 290 215 2,5
400 240 175 4
600 185 140 6.5
3,0 25 325 245 1
200 310 225 1.5
400 325 210 7
600 285 175 14,5
ИОД ©«лучением, что определяет эффективность их использований в реакторо-
строении (42].
Температурная и концентрационная зависимость ДМ иа основе нержавею*
...ей стали Х22Н22, упрочненной частицами А12О3 или ThO2, характеризуется
яаниыми таблицы 4.10, на основе стали Х13М2 — данными табл. 4.11.
** Аналогичные результаты для ДМ на основе фехраля приведены в табл. 4.12.
Дисперсноупрочненная сталь Х22Н22, уступая по прочности и пластин'»
«ости этой стали без дисперсного упрочнения при комнатной температуре, имеет
преимущество по крипоустойчивости при высоких температурах. Сравнение
злияиия добавок оксидов алюминия и титана показывает преимущество послед»
него по влиянию на длительную прочность.
Значительное повышение прочности (в 1,5—2 раза) дает введение в фех-
раль (Fe —10% Al —25 % Ст) 2 % оксида титана или циркония в сравне-
ния с неупрочненной матрицей.
В табл. 4.13 приведены данные о длительной прочности стали Х22Н22 при
650 °C, упрочненной оксидами алюминия или титана^
Таблица 4.8. Влияние содержания Ве2С и температуры на длительную
прочность ДМ Be—Ве2С [698]
Массовая доля Be,С, % /„.•с о,, МПа О.», МПа (Гщл» МПа Массовая доля Ве2С, % *и. °C 01, МПа О10, МПа МПа
0 650 732 46 14 30 9 14 4 2,5 650 ‘ 732 70 45 55 35 40 25
Таблица 4.9. Влияние температуры на прочность ДМ W — ThO2 (98:2,
мае.) [42]
Вид полу- фабриката ив, МПа, при t, °C
1650 1920 2200 2420 2760
Проволока 400 320 240 180 80
Лист 200 180 120 70 80
Таблица 4.10. Влияние содержания, типа упрочняющей добавки и температуры
па механические свойства ДМ на основе нержавеющей стали Х22Н22 [720]
Массовая доли Добавки, % 1и, °C ав, МПа 6, % ФВ. %
6 А1.О, 20 540—580 2—3 2
650 530 4,5
10 А12о, 20 635 2 3
650 620 4
12 А12О, 20 420—440 1—7 2—5
650 210 5
15 А12О, 20 640—660 3—4 и « •
650 340 1,5 •ля •->
«о тю2 20 660 5 *4#
*—- - 650 350 1
т.«л... 4.п. ву-г. иа механические свойства ДМ на основ» — *
Массоваи доля А1,О,. % ав, МПа as, МПа 6, % % МПа
0 20 650 564 170 328 147 38 47 55 63 3—4
1 20 650 920 332 720 288 14 36 14 51 3-4
2 20 650 877 295 705 252 13 36 11 38 • 5—7
3 20 650 931 302 757 263 8,5 28 9 35 5—7
Таблица 4.12. Влияние типа упрочняющей добавки и температуры на
механические свойства фехралей состава Fe — AJ — Сг (65 l 10 : 25, мае.) [132]
Массов я доля добавки. % #и.‘С <тв, МПа а02> МПа й.,% Ф.в %
0 20 640—680 570—590 3—4 7—13
750 120—130 100—ПО 40—65 50—93
1100 12—15 12—13 57—73 Л- -
2 Т:О. 20 10S0—1140 760—810 5—10 27—36
750 180 180 47 75
1100 24 20 37 97
2 ZrO, 20 ‘ 900—1060 730—780 3—8 26
750 170 170 37 80
1100 26 20 , 97 85
Таблица 4.13. Влияние содержания и типа упрочняющей добавки на
длительную прочность ДМ на основе стали Х22Н22 [720]
Массовая доля добавки, % 650 ощ , МПа 650 „„ °100» МПа 650 мп.- °1000’ МПа
5 А1гО, 10 А1*о’ 12 А1гОа 15 А12О8 10 TiOa 185 200 по 170 270 160 150 93 125 230 93 ПО 70 77 195
Дисперсное упрочнение золота 3,5 % оксида тория увеличивает прочность
материала при температуре 550 °C в 3 раза, причем электропроводность со-
ставляет 90% электропроводности чистого золота. Коррозионная стойкость
«слота не уменьшается [42].
Кобальт в чистом виде недостаточно жаростоек, поэтому его легируют
дополнительно никелем (до 30 %), хромом (до 30 %), молибденом или вольфря*
мои (до 15 /о). Легирование кобальта приводит к повышению прочности при
^А^тельн0 иевысоких температурах (до 900 °C). При температурах выше
1U0U С прочностные характеристики сплава мало отличаются от материала с не-
пованной матрицей. В табл. 4.14 и 4.15 приведены механические свойства
*еГ оазличных температурах ДМ на основе кобальта, упрочненного диоксидом
при Р« рластичн0Сть материала позволяет изготавливать из него полуфабри*
виде прутков, труб, листов и т. п.
ка/-плавы на основе магния обладают низкой плотностью, высокой прочно»
g вибростойкостью, высоким потолком рекристаллизации (до 0,9 Т^],
СТЬ^гечиы. Температурная и концентрационная зависимости ДМ на основе
мп характеризуются данными табл. 4.16, а длительная прочность и ползу-
__ данными табл. 4.17. Коррозионная стойкость этих сплавов иа воздухе
пвморской воде низкая. Применение их для работы при повышенных темпера-
rvnax требует нанесения специальных защитных покрытий. Пластичность маг*
ия позволяет изготавливать из ДМ заготовки сложных профилей.
И ДМ на основе меди имеют высокие свойства жаропрочности, высокую тем*
пеоатуру рекристаллизации. Разупрочнение ДМ на основе меди происходит
при температурах (0,80 4- 0,95) Тпл. Материал имеет хорошую пластичность,
поэтому позволяет изготавливать сложные профили методом холодной дефор.
нации. Жаропрочность ДМ на медной основе превышает последнюю для литой
легированной меди. Эти преимущества проявляются при температурах выше
Таблица 4.14. Влияние состава и температуры на механические свойства*
ДИ ва основе кобальта [370]
Состав ДМ (мае. доля) tB, «С ав, МПа O'O, 2- МПа e, %
Со—Th2O (98:2) 20 960 8
[Со—Zr (99,8:0,2)] —ThO2 (98 :2) 20 1020 • « Л 13
[Со-Ni—Cr (62:20: 18)] —ThO2 (98 : 2) 20 1037 661 14
Co—ThO2 (98:2) 780 170 16
(Co—Zr (99,8:0,2)]—ThO, (98:2) 780 250 . _ , 24
[Co—Ni—Cr (58: 20:22)] —ThO, (96: 4) 780 465 • « • w*
[Co—Ni—Cr (50:20:30)] —ThO, (96: 4) 780 585 • •
[Co—Ni—Mo (75:15:10)] —ThO, (96 : 4) 780 580 < » a • • К
[Co—Ni—Mo (70:15: 15)] -ThO, (96: 4) 780 731 • • «
[Co—Ni—Cr—W (60: 10: 20:10)] —ThO, (96: 4) 780 698 • w . .
Co—ThO2 (98:2) 1090 85 > • « 9
Co—Zr (99,8:0,2)]—ThO, (98:2) 1090 140 . . • 13
Со-Ni—Cr (62: 20: 18)] —ThO, (98: 2) 1090 158 155 13
Co—Ni—Cr (62:20: 18)]—ThO, (96:4) 1090 191
Co—Ni—Cr (58:20:22)] —ThO, (96: 4) 1090 < 163 » » •
: 20'30)l ~Th°2 <96 4) 1090 138 « •
-Mo (75:15:10)] —ThO2 (96 : 4) 1090 154 • » • • w
Co-N -Mo (75:15:15)] -ThO2 (96:4) 1090 128 • •*» . • .
[Со-Ni—Cr—W (60:10: 20:10)] —ThO2 (96: 4) 1090 137 ь • a
..
“Поснове1 кобал* ^370]Ие состава и темпеРатУРы на длительную прочность ДМ
Состав ДМ (мае. доля) °C <ТИ0> МПЭ
780 1090 1090 1090 200 100—110 70—80 80—90
Таблица 4.16. Влияние содержания упрочняющей добавки и температуры на
механические свойства ДМ иа основе магния [620]..................... ,
Массовая доля MgO, % «я. "С ов> МПа во,а. МПа 6. %
0,3 10 1,0 1.0 1.0 5,0 20 20 400 450 500 20 270 285—300 50—60 25—30 15—20 270 250—260 16—18 Л « л ** "% 8 9 9 10—12
Таблица 4.17. Влияние температуры на длительную прочность и ползучесть
ДМ Mg—MgO <99:1, мае.) [620]_____________________________________________
«я. "С Оюв» МПа °пл« "/о/ч, при О. МПа
5 10
450 9 10-6 6- 10-3
500 10 8 . 10-« 3 - 10-а
Температурная зависимость механических свойств ДМ на основе меди
характеризуется данными табл. 4.18, а длительная прочность *—данными
табл. 4.19.
У ДМ оптимальное соотношение прочности и электропроводности обесле^
«енвается при содержании включений оксидов 1,5—2 %. Малые добавки окси-s'
дов магния, алюминия и циркония уменьшают склонность меди к окислению,-
Введение упрочняющих добавок повышает электросопротивление меди, кото-
рое при комнатной температуре у дисперсиоупрочненной меди в среднем на
15 % выше, чем у чистой. Однако при температурах выше 700—800 °C значе-
ния электросопротивления для обоих материалов становятся близкими.
Таблица 4. 18. Влияние температуры на механические свойства ДМ
на основе меди [709]
<н. °C НВ, МПа Од. МПа МПа С, %
Си — ВеО (99,2 : 0,8, об.)
200 400 600 800 1270 • »* *•- * » » 455 440 330 200 393 390 330 190 20,5 • » • 5 * •
Си — А1»О8 (98,6 ; 1,4, об.)
20 400 600 800 1340 А • « ’ f ’ 457 450 350 200 400 420 300 190 21,0 К • • ♦ • е1 • *
Си —- А!2О8 (97,6:2,4, об.)
20 1400 465 । 425 । 18,5
aa никелевой основе в качестве упрочняющей фазы обычно приме*
° <-илы обладающие более высокой стабильностью в никеле при высоких
яЯ1от очс да*. сравнении с другими тугоплавкими соединениями. ДМ на нике-
кмпеР^нове сохраняют высокое сопротивление ползучести до 1200—1300 °C,
левой осн разработан ряд жаропрочных ДМ: ВДУ-1 — Ni—ThO.
ВДУ-2 - Ni—HfO2 (98:2, мае.); TD-иикель - Ni-Tho!
(98 : * у ’TD-нихром — X20H80 — ThO2 (98 : 2, мае.). Основные механи-
(98: A •grM щд на основе никеля приведены в табл. 4.20—4.23. ДМ на
веские “ _ованн0Го никеля при температурах до 800 °C по прочности превос-
основе л н на основе нелегированного никеля, при более высоких тем-
ходят уступают им. Однако они выигрывают по жаростойкости.
ператуР“ромы'1Л^нности ВЫПуСКа1от прутковые и листовые заготовки TD-ии-
ХрОМНекоторые4 физические свойства ДМ на основе никеля приведены
8 ТауЛ'дМ^иа основе олова упрочняющей фазой обычно служит оксид олова.
Наличие его в материале в количестве 0,25 % при комнатной температуре повы-
Таблица 4. 19. Влияние температуры на длительную прочность ДМ на основе меди [709]
/.••с МПа о,„. МПа а,в0. МПа °с МПа г а,,, МПа МПа
Си—ВеО 400 600 800 (99,2:0,8, 400 320 140 об). 390 280 100 380 240 80 Си — А12 400 600 800 О3 (98,6: 1 380 300 160 ,4, об). 340 250 » ПО 300 200 80
Таблица 4. 20. Влияние температуры на механические свойства ДМ на
основе никеля (TD-никель, DS-никель и ВДУ-1) [487, 516]
<И. °C £, ГПа ов, МПА G , МПа •»* в. % Фв-" %
20 145 540—570 390—410 20—24 70—75
200 132 440-460 320—340 21—24 •;
400 118 350—370 260—270 21—24 . - 1
600 100 280—300 210—230 21—24 40—50
800 90 200—220 150—160 12—18 25—35
1000 75 140—160 120—130 10—13 20-25
1200 •» * . 120—130 100—110 7—9 15—20
TD-никел Э ^ВДУ ^ияние температуры на длительную прочность сплавов
Вид полу- Фабриката 'и. ’С МГ?з’ МПа ^1000» МПа Вид полу- фабриката °C О1П. МПа а10О» МПа МПа
Лист Пруток Лист Пруток 900 • • я 115 105 Лист 1100 78 75 ! 65
900 • 4 я 150 140 Пруток 1100 108 105 100
1000 W — 95 85 Лист 1200 67 50 40
1000 • • • 125 140 Пруток 1200 88 75 65
шлет величину пв до 6.S МПа и обеспечивает относительное удлинение 10-
12 %. Пр» температуре 150 °C (0,84 Т„л) аио составляет около 10 МПа, что
В 3—4 раза превышает предел прочности литых сплавов на основе олова [421.
Упрочняющей фазой для ДМ на основе платины служит оксид ThO2 или
карбиды TiC, ZrC. Значение механических свойств дисперсноупрочненной
платины приведены в табл. 4.26.
На тарированной платине получены значения длительной (100-часовой)
прочности при температуре 1400 °C до 40 МПа против 14 МПа у сплава Pt +
4“ 40 %Rh н 2 МПа у литой платины.
Практическое значение имеют ДМ на основе илатинородиевых сплавов.
Упрочненный сплав Pt + 10 % Rh имеет длительную прочность (100-часовую)
около 18 МПа при 1350 °C и около 12 МПа при 1460 С, что в 3—5 раз выше,
чем у обычной платинородиевой проволоки состава Pt Н- 10 /о Rn.
Упрочняющей фазой в ДМ на основе свинца является оксид свинца. Уве.
личение содержания оксидов на 1 % вплоть до 6 % повышает прочность на
5—6 МПа.
При содержании оксида свинца 6 % материал характеризуется следующими
значениями предела прочности: ов •— 55—60 МПа; ов°° — 50 МПа; —
15 МПа; о30® — 5 МПа. На материале в виде лент получены такие значения
длительной®прочности: aiw _ 15 дПа; — 7 МПа.
В ДМ на основе серебра упрочняющей фазой являются тугоплавкие окси-
ды. Материал, содержащий 1 % AlaOs, имеет предел прочности при комнатной
температуре 350 МПа и относительное удлинение до 20 % [709]. Его электро-
Таблица 4.22. Влияние температуры на механические свойства сплава ВДУ-2
[516J
Вид полу- фабриката °C ГПа 0В, МПа о . МПа 99 Г 8т % Фв« %
Лист 20 145 500—550 400—450 12—15
Пруток 20 145 450—500 300—350 20—24 70—75
Лист 500 НО 260—300 200—220 5—9
Пруток 500 ПО 220—250 180—200 21—24 40—50
Лист 800 90 200—230 185—210 3—5
Пруток 800 90 140—160 120—140 12—18 25—35
Лист Пруток 1000 1000 75 75 140—160 105—120 130—140 95—100 7—8 10—13 25—30
Лист Пруток 1100 1100 ... £ * « « 100—ПО 95—Ю0 85—95 , 80—85 7—10 8—10 20—25
Лист Пруток 1200 1200 t г • •> 75—85 80—85 65—75 75—78 5—8 7—9 _ 15—20
Гз70 “«eV 4'23’ ВлИЯИИе темпеРатУРы на длительную прочность сплава ВДУ-2
Вид полу- фабриката ta, °C МПа Я’бо» МПа ?’Мо> МПа Вид полу- фабриката «И, „«С МЙ’а tftoo» МПа , _ - -w Giooe* МПа
Лист Пруток 900 900 • • • г а • 95 105 85 95 Лист Пруток 1100 i 1100 62 75 55 70 — 45 65
Лист Пруток 1000 1000 78 95 75 90 65 ' 80 Лист Пруток 1200 1200 42 60 35 55 25 40
_ х к > п a 4.24. Влияние температуры на механические свойства сплава
t370' _____________________________________________________________
ВяД полу* фабриката | ‘в. “С | ®в» МПа f МПа Пюо. МПа 5. % 4. %
Лист Поггок 20 900—950 600—650 • • 22—24
20 800—850 440—460 а • 18—19 25
220 850—900 500—500 • в • 18—20 - _ _
Лист Пруток 220 700—750 400—420 я а 14—18 20
420 780—820 450—500 • * а 16—18 • «'
Пруток 420 650—700 380—390 • а а 18—19 20
620 450—550 350—400 • • • 8—12 ш л л
Пруток 620 480—500 250—260 а »е 20—23 23
820 250—260 220—240 а • а 4—5 » w *
Пруток 820 240—260 200—220 В» е»> 20—22 30
Лист 1020 120—140 110—120 45—50 2—3
Пруток 1020 130—140 110—120 85—90 15—16 25
Лист 1120 90—100 80—85 30—35 2—3 е*а •
Пруток 1120 95—105 85—90 75—80 14—15 25
Лист 1220 60—70 50—60 20—25 2—3 а
Пруток 1220 80—90 75—80 60—65 10—12 15
Таблица 4.25. Физические свойства сплавов TD-никель* В ДУ-1, ВДУ-2 [516]
tu. ’С а 10«, К-1 L, Вт/(м • К) «, Дж/(к1>. К) р • 10е, Он • м
20 13,8 (20—100 4С) 9
100 14,6(100—200 °C) 78 530 12
200 15,5 (200—300 °C) 71 550 19
300 16,5 (300—400 °C) 62 650 25
400 15,5 (400—500 °C) 59 550 34
500 15,9 (500—600 °C) 57 545 37
600 16,0 (600—700 °C) 58 540 40
700 17,0 (700—800 иС) 59 535 42
800 18,0 (800—900 °C) 63 530 * a v
900 а и г 70 а а а • • *
4-26- Влияние температуры на механическую прочность ДМ
Pt-ThO2 (98,2 ; 1,8, мае.) [42]
'в-’С <тв, МПа ». % <а. °C ав> МПа 8. %
25 380 3 800 190 6,5
400 375 3 1000 120 9
600 285 3 1100 95 13
Риал°»пООТЬ составляет 0-9 от электропроводности чистого серебра. Этот мате-
коп *°Р0Ш0 сохраняет прочность при высоких температурах: длительная проч*
сть составляет а*"» — 140 МПа и a»00 — 100 МПа.
Высокий эффект упрочнения обнаруживает уран при введении оксидов
урана “адугих металлов. При комнатной температуре ДМ на основе урана
Имеет предел прочности 800-850 МПа, предел текучести 460-520 МПа и отно-
сительное удлинение до 20 %. Упрочнение урана 7,5 UOa позволяет при
одинаковой скорости ползучести повысить допустимое напряжение в 4 раза
пов 500 °C » в Ю раз при 600 °C. f
₽ Ценным свойством урановых ДМ является повышенная размерная ста-
бкхьность пои a i В-превращениях, а также повышенная радиационная стой»
кость что уменьшает опасность распухания тепловыделяющих элементов при
ЧЯ»» в ДМ «•
хрома введение оксида магния сдвигает порог хрупкости в область отрицатель-
ных температур. По сопротивлению ползучести при высоких температурах дис-
персноупрочненный хром не имеет преимуществ перед сложнолегированными
хрома, однако обладает лучшими пластическими свойствами.
ДМ на основе цинка с оксидами цинка имеют предел прочности при ком-
нзтной температуре до 400 МПа в относительное удлинение до 20 25 %, При
напряжения 180 МПа, что превышает предел прочности чистого цинка, у таких
материалов скорость ползучести не превышает I % в год. Цинковые ДМ отли-
чаются меиьшей анизотропией свойств, чем обычные сплавы цинка [421.
У ДМ на основе циркония упрочняющими фазами являются оксиды тория
и иттрия, При температуре 650 °C предел прочности таких материалов в 2—
3 раза выше, чем чистого циркония [42].
4.4. Области применения дисперсноупрочненных материалов
Области применеиия ДМ определяются их специфическими свойствами
(см. табл. 4.1).
Сводные данные о типичных областях применения таких материалов при-
ведены в табл. 4.27.
Таблица 4.27. Области применения ДМ
Металл
матрицы
Назначение
Алюминий
Бериллий
Вольфрам
Железо
Золото
Кобальт
Магний
Медь
Никель
Платина
Свинец
Серебро
Урая
Хром
Цирконий
Авиационная техника для длительной работы при 300—500 °Ц и крат-
ковременной при 700—1000 °C в коррозионных условиях
Авиационная техника
Электровакуумная техника
°СТроение ~11а основе нержавеющих сталей, в качестве нагреб
вателей — на основе фехралей
Прецизионные приборы, агрессивные среды
Конструкционные материалы для газовых турбин
в авиационноГтнике Легирований бериллием - в реакторостроенвв,
двигателей, эксплуатируемых при высоких темпера-
я теплообменники, детали электровакуумных приборов
и контактов, сварочная техника -
хХай^яаЯп^ХН?Ка’ работа при температурах выше 1000 °C
Ядеоная т₽гии<^ЫШЛеНН°СТЬ’ пРоизв°Дство стекловолокна
химическая промышленность (пластины аккумулято-
ров, оболочки высоковольтных кабелей!
Электротехника '
Атомная энергетика
Авиационная техника
Реакторостроение
ГЛАВА 5
ИЗНОСОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
5.1. Введение
Конструкционные детали, работающие в условиях интенсивного- износа,
широко примеаяются в машино- и приборостроении. К ним относятся шестерни,
храповики, звездочки, статоры и роторы масляных насосов, кулачки, детали
ролико-втулочных цепей, прядильные кольца текстильных машин в др.
Основными требованиями, которые предъявляются к материалам износо-
стойких деталей, являются высокие прочность, пластичность и износостой-
кость, умеренный коэффициент треиия. Эти свойства позволяют обеспечить
вадежную эксплуатацию (без схватывания) тяжелонагруженных узлов трения
при работе без смазки или ограниченном ее подводе.
Порошковые износостойкие материалы характеризуются хорошо выражен-
ной гетерогенной структурой.
Основные технологические операции получения таких материалов опи-
саны в гл. 6.
Высокие значения физико-механических свойств порошковых конструк-
ционных износостойких материалов достигаются при высокой относительной
плотаости изделий (практически беспористых), рациональным легированием
и термической или термомеханической обработкой. Эффективным средством
повышения износостойкости этих материалов является введенве противозадвр-
иых добавок. Обычно это тугоплавкие или интерметаллические соединения
(карбиды, бориды, алюминиды, силициды), оксиды, стекло. Реже в состав этих
материалов вводят твердые смазки (графит, сульфиды, селениды) или легко-
плавкие металлы.
Основным условием надежной работы износостойких материалов является
исключение макросхватывания поверхностей трущихся тел, которое приводит
к интенсивному износу.
5.2. Принципы создания конструкционных
износостойких материалов
J5 основным принципам создания порошковых износостойких материалов
относятси следующие [397]:
зеоен С’РУКТУР“ материала должна быть гетерогенной и состоять из твердых
случае РавномеРно распределенных в упругопластической матрице. В этом
фазы _п1>иложеиная нагрузка действует в основном на включения твердой
2 Г ’ матРице происходит релаксация напряжений.
треиа'я „РУктУРа материала не должна существенно изменяться в процессе
трения и изио°ЛЖНа ПеРестРаиваться в структуру, выгодную с точки зрения
иость' ПовеРхностный слой трущихся материалов должен иметь меньшую проч-
4 Пп* иижележащие слои (правило положительного градиента [238]).
б', п аеРХностный слой не должен наклепываться в процессе трения.
^груктуп * влнянием окружающей среды в материале не должны происходить
уриые изменения, ухудшение характеристик прочности и пластичности.
6. В состав материала рекомендуется вводить вещества, способные р/бо-
материала должна существовать
аДГТ Противозадирные добавки не должны значительно снижать прочность
МаТе9РИКоаЭффициент трении твердых включений между собой и по материалу
МаТРПереч*слениыеЫтребованияЛсра?внительно просто реализуются при полу-
ЧеНИМакр^терогев^^юДстрИуктуРр°уШможно ^оздатьРвведением противозадирных
обычно составляет ®°л произойти гомогенизация материала. Порошко-
ы .Хны быть плотным, (П < 10 %), О,и могу,
быть^юлу^ы Двойным прессованием и спеканием прессовок их горячим
п^сомиием горячей или холодной штамповкой, пропиткой более тугоплав-
кой металлической заготовки неметаллическим расплавом и т. д.
5.3. Материалы с неравновесной структурой
Материалы с неравновесной грубогетерогенной структурой, формируемой
в процессе спекании, представляют собой прочную пластичную металлическую
матрицу и равномерно распределенные в ней твердые иключения оксидов, туго-
плавких соединений или интерметаллидов в количестве 15—20 об. %. Такая
гетерогенная структура позволяет исключить макросхватывание и повысить
износостойкость материалов. В процессе трения изделий из этих материалов
возможны следующие случаи контактов: металл — металл (М — М), металл —
твердое включение (М — ТВ), твердое включение — твердое включение
(ТВ — ТВ).
Первый случай характеризуется схватыванием контактирующих поверх-
ностей, интенсивным износом и высоким коэффициентом трения.
Второй (М — ТВ) и третий (ТВ —> ТВ) случаи контактов обычно не сопро-
вождаются схватыванием. Поэтому лавинообразное микросхватывание (до сва-
ривания), имеющее место при трении металлических поверхностей, в грубо*
гетерогенных поверхностях превращается в микросхватывание, соответствую*
щее моменту образовании большинства металлических контактов. В следую*
щий момент времени оии прерываются контактами М — ТВ и ТВ — ТВ.
Интенсивность износа и коэффициент трения в первую очередь опреде-
ляются параметрами микросхватывания между трущимися поверхностями.
Максимальные значения коэффициента трения наблюдаются при трении одно-
именных металлов с ОЦК- или ГЦК-кристаллической решеткой, а также разно-
именных металлов с высокой растворимостью в твердом состоянии или образую*
щих интерметаллические соединения. Пониженные значения коэффициента
трения имеют место у металлов с гексагональной плотноупакованной кристал-
лической решеткой, твердых металлов, не образующих сплавов, а также у ма-
териалов с хорошо выраженной гетерогенной структурой (типа бронз, чугунов,
закаленных сталей). Сравнительно невысокие значения коэффициентов трения
металлДаКПСЯ ПРИ ТРении паР типа Неметалл (оксид, керамика, стекло) —-
Не наблюдается схватывания при трении пар типа стекло — стекло идя
тугоплавкое соединение — тугоплавкое соединение.
стая с?ХеРмОаМпЛКЖЦ9чхчРИйЛО" являются спеченная конструкционная хроми-
стая сталь марки 2КЧ25ХЗ, более износостойкая, чем сталь IUX15 и цемеито-
а®яяая 20Х' использовавшиеся ранее при изготовлении узлов трения
машин» •*
„„„ Температура спекания этих сталей выбирается такой, чтобы не происхо-
Х п«пТпТЦ„ИЯ материала по хрому. Структура материала представляет
собой перлитоферрит с относительно крупными включениями феррохрома, обла-
дающими высокой по сравнению с металлической матрицей твердостью. Физико-
142
и фрикционные характеристики стали ЖЧ25ХЗ приведены
иеха1”*4?? Созданная как аналог (по химическому составу) стали ШХ15 спе-
а табл. *•** ж Ч20ХЗ обладает большей износостойкостью, несмотря на то
чеиная стаЛ „истость 10_12 % и уступает ей по прочности и твердости. Испы-
qT0 имеет порн г„аНИЧНого трения со сталью Р9 при скорости 2,5 м/с и давле-
тания 8 показали, что материал ЖЧ20ХЗ по износостойкости превосхо-
ди 3.4 ли'8.'- в 5 pa3i Промышленное применение порошковых деталей мас-
" т сталь Шл‘ К„зиечно-Прессового оборудования, изготовленных из стали
я?н0ГКЗИапозволило повысить ресурс масляного насоса с 3000 до 12 000 ч.
Таблица 5.1. Физико-механические и фрикционные характеристики стали
4'425X3 состава (массовая доля, %): углерод 0,6—0,8; хром 2,8—3 3-
железо- остальное
т. т/04* Микроструктура ®а, МПа
Исходное состояние После закалки и отпуска
6,8—7,0 Легированный перли- тоферрит и хроми- стая фаза Мартенсит (Нр. = 8 -5- 9,5 ГПа), тростит и тростомартенсит (Н^ = = 5-5-7 ГПа), хромистые вклю- чения (Ни = 10,5-5-13,0 ГПа) 250—300
7,50-7,65 То же То же 600
. Г/СМ* Ои, МПа ». % Яд, кДж/м* HRC Нц, ГПа 1г, мкм/км, КТ—Р9, » = 2,5 м/с. р = 3,4, МПа
6,8—7,0 550—600 1,4-1,5 120—140 40—45 8,0—9,5 0,05
7,50-7,65 1100 1,5 150 50-57 7,5—8,7 « • •
Высокой прочностью и износостойкостью обладают порошковые ма р
яа основе железа, содержащие карбид бора (табл. о. ). ние 2 ч) обра.
При спекании изделий из этих материалов (°бь^о Спе£аиия порошковые
ауется жидкая фаза, активирующая усадку [584]. По перлита или
материалы имеют доэвтектоидиую мелкоаернистук» „Сложенную граНицам
ферритоперлита с карборидами железа, а также расположенную по
аерея эвтектику.
Таблица 5.2. Объемная усадка, физико-механические свойст
и износостойкость материалов железо — карбид Р I J
‘ед, *с Массовая доля карбида бора, % у- • 100. % НВ, МПа <УИ, МПа Повышение из носостойкости по отношению к стали 46
1100 0,5 1,5 1100 650 3,0
1,0 3,0 1400 700 3,4
1200 0,5 3,0 1300 650 3,3
-— .. 1,0 6,0 1'600 680 3,6
Лргиоованиая матрица и дисперсные твердые включения сложных карби-
и боридов обеспечивают повышенную прочность и износостойкое™/ Мате-
ЙЛ. Я».* - «арб»л бора рекоме«АУ™« »Р» »»««»»=»»» дета-
феррохром, железо — ферромарганец, железо — ферротитан, железо карбид
ТИТай»<™ой оаботоспособностью при высоких температурах обладают износа-
Высокой раоотоиюсоонос о н КОбальта,. содержащих в Качестве
стойкие материалыiw' ^«ове.^гаия М«О или муллит ЗА1аО3 • 2SiOa. Мате-
1400 °C в течение 12 ч. При трении по стеллиту при 600 С и » — 0,89 ч/с
/Тб 09 / = 5 X 6 мкм/км [540]. Весьма износостойким при высоких темпе-
сатурах’является материал, содержащий 40—65 4 молибдена, 1—19 /о вольф-
рам! 20^55"% кремния и 5-20 % оксидов циркония, цинка или хрома 1540).
₽ Ярко выраженной гетерогенной структурой и высокой твердостью обла-
дают твердые сплавы, чем объясняется их высокая износостойкость в условиях
абраКарбидохИромовые сплавы изготовляют из смесей порошков высшего карбида
хрома и 5—30 мае. % никеля (материал КХН) или никель-фосфорного сплава
(материал КХНФ) прессованием и последующим спеканием в среде водорода
иля вакууме при 1150—1300 °C»
Карбндохромовые сплавы рекомендуется использовать при изготовлении
фильер, матриц, оправок для протягивания металлов ц сплавов, калибровоч-
ного и измерительного инструмента, пресс-форм. Стойкость против истирания,
например у карбидохромовых твердых сплавов, превышает эту стойкость у бы-
строрежущих сталей в 20—40 раз, а в некоторых случаях — в 100 раз. По-
дробнее этот вопрос рассматривается в гл. 16.
5.4. Металлостеклянные материалы
Металлостеклянные материалы — порошковые материалы, полученные из
смеси порошков металла и стекла. Изделия из них получают холодным прес-^
сованием шихты с последующим спеканием заготовок, горячим статическим
прессованием или горячей штамповкой заготовок, пропиткой расплавленным
стеклом пористых металлических заготовок. Стеклянную компоненту представ-
ляют собой порошки тарного, оконного, кварцевого, термостойкого, электрова-
куумного и других стекол, полученные измельчением в различных мельницах
иля аттриторах.
Стекла являются аморфными, метастабильными и изотропными веществами.
Характерная особенность стеклянного расплава — возрастание вязкости при
понижении температуры, причем процесс твердения идет без образования
Фазы- Структура представляет собой скопление чрезвычайно мелких
Нм” значительно деформированных кристаллов или кристаллитов,
ЧаСТЬ КОТ°РЫХ имеет структуру, близкую к строению кристалли-
w/a пеРиФеРийная ~ аморфную. Вязкость стекла во время варки
bS.'i5W“ и""° м“л"й _ не б“ее 4 •|0'н/"-
ЛЯЗК°мТЬпСТ!-К^а 7-составляющие, как SiO2, А12О3, ZrOa,
значительно PbO, BaO, ZnO. Борный ангидрид В2О3
иие В О до 1?Во/Ш Л1» вяэкоср> стекла при высокой температуре; содержа-
содержаиие Д1Икп,ямИИЗп0Й температуре повышает ее значение, большее
с повышеиной^кппппа^й ивго,,овлеиия металлостеклянных материалов
№ 36 № 40 Й№ 4fiP« пп пЙ стойкостью рекомендуют стекла № 23, № 29,
ре«о«мут е&Л""“эм"ЗС-Т*
вое1*и ДрОлучения жаропрочных материалов — пирекс, 13В, № 40, кварце-
ЛИче?койСиежилкой°г^пОВЫХтМТрИаЛОВ "а гРаниае раздела твердой метал*
дкой стеклянной фаз происходит взаимодействие свободного
«пемнезема с оксидами металла. Расплавленное стекло хорошо смачивает все
металлы при наличии на их поверхности пленки оксидов при достижении тем-
пературы, достаточной для взаимодействия оксидов и кремнезема расплава,
которая обычно ниже температуры плавления основного металла. Последняя
должна существенно превышать температуру жидкого расплава. При Соедине-
нин размягченного стекла с поверхностью окисленного металла оксиды раство-
пяются в стекле и образуются комплексные соединения (силикаты). При удале-
нии оксидов с поверхности металла смачивания их стеклом не наблюдается
ПОО, 401].
1 Приготовление шихты включает операции подготовки исходных компо-
нентов, взвешивание и смешивание. Режимы приготовления шихты аналогичны
приведенным в гл. 6. Введение стекла ухудшает уплотняемость шихт при прес-
совании. Закономерности уплотнения металлостеклянных шихт аналогичны
общим закономерностям уплотнения металлических порошков (401, 406, 410,
413].
Процессы спекания порошковых конструкционных материалов значительно
активизируются при введении в шихту порошков стекол [408, 409] и подчи-
няются общим закономерностям спекания. В результате химического взаимо-
действия оксидов металлической фазы и стекла образуются минералы типа
файялита FeaSiO4 [100, 401], т. е. в процессе спекания происходит ситаллиза-
цня с повышением твердости (с 6,5—7,2 до 10,5—12,0 ГПа) и прочности неме-
таллического наполнителя. Следствием химического взаимодействия оксидов
и стекла является рафинирование поверхности металлических частиц.
Кинетика пропитки металлических пористых загртовок расплавленным
стеклом подчиняется общим закономерностям пропитки, однако в связи с высо-
кой вязкостью расплава скорость процесса в 10—100 раз ниже, чем при про-
питке расплавленными металлами [411].
Режимы горячего прессования и горячей штамповки заготовок из металло-
стеклянных шихт (при содержании стекла до 12 мае. %) аналогичны [406] ре-
жимам, приведенным в гл. 6.
Металлостеклянные материалы имеют ярко выраженную гетерогенную
структуру — металлическую матрицу и равномерно распределенные стеклян-
ные включения. Структура металлической матрицы аналогична структуре
материалов, ие содержащих стеклянную фазу (при их одинаковых химическом
составе и технологии получения). Стеклянные частицы в процессе спекания или
нагрева под штамповку изменяют свою форму с осколочной на более округ-
лую, их средний размер возрастает от 1—10 до 20—60 мкм.
В пористых металлостеклянных материалах стеклянная фаза снижает
прочность, пластичность и упругость [190]: в этом случае механические свой-
ства определяются соответствующими механическими характеристиками спе-
ченного металлического каркаса. При получении беспористых металлостеклян-
ных материалов стеклянная фаза ситаллизируется и повышает общую проч-
ность материала по сравнению с пористыми. Металлостеклянные беспористые
материалы иа основе углеродистых сталей подвергают чакалке и отпуску, при
этом твердость возрастает до 55—60 HRC [401].
. Механические свойства металлостеклянного материала железо + 1 % гра-
в табл 5 3 <5^5КЛЭ ПРИ повышенных и пониженных температурах приведены
Теплофизические и магнитные характеристики указанного материала при-
ведены в табл. 5.6—5.8. •
С повышением содержания коррозионностойкого стекла в железостек-
кппНЫХ МатеРиалах До 12 мае. % и температуре спекания до 1200 °C скорость
коррозии материала снижается в 5—7 раз [401]. Материалы на основе порош-
хяп нержавеюших сталей Х23Н18 и Х18Н9 е 10 мае, % стекла марки ВВС
кпп^КТеРИ?Х{?тся иаиб°лыпей склонностью к пассивации и повышенной стой-
костью в 1 %-ном растворе серной кислоты [607].
Hui B е теРмической обработки металлическая матрица на основе углероди-
Иая Л легироваиных сталей имеет микротвердость порядка 5—6 ГПа, стеклян-
стекл За ~~ 8—ГПа, что предопределяет высокую износостойкость металло-
оигт яиных материалов. Влияние стеклянной фазы на фрикционные характе-
F стики материалов отражено в табл. 5.9, 5.10. Оптимальные фрикционные
Табл на a 5.3. Механические свойства материала железо+ 1 9? графита +
-f-5 % стекла [190] _ ___________________ —------------------------
т® л» /, *С ав, МПа а„, МПа- И’ J, %
Исх ТО Исх ТО Исх то
—195 —130 —90 —70 —60 20 100 150 200 250 300 590 530 460 440 380 290 280 270 260 280 290 870 810 ж Ж < 750 710 600 640 650 670 610 1200 1060 950 890 800 800 500 480 500 520 560 1640 1540 .л 1460 1450 1100 1100 1120 1280 1220 • г Г 0,1 0,3 1,1 1,4 1,8 1,9 1,9 2,0 »»• • « • ю 0,4 0,1 0,1 0,1 1,5
350 300 500 670 1120 2,0 1,1
400 240 380 620 890 3,0 1,3
500 230 210 550 540 3,0 1,4
600 120 100 440 380 6,5 4,5
t, °C У. % аи, кДж/м8 £, ГПа е, ГПа На
Исх ТО Исх то Исх Исх Исх
—196 ч • * 20 30 18,9 7,38 0,280
—130 аы >«« 30 е»« • 18,7 7,31 0,280
—90 в * • . • v а • а • с« Г *
—70 0,2 » а а 30 Л а • 18,6 7,22 0,285
**-60 1,2 • а г 30 45 18,5 7,19 0,284
20 2,1 88 100 18,2 7,10 0,283
100 1,6 0,8 88 100 • . . . at* *
150 1,2 0,6 87 100 к * • а л &
200 1,2 0,5 86 100 а — . • . 4 а
250 0,9 0,5 96 82 • • « _ - • « «
300 0,8 1,0 70 65 —
350 1.8 1,0
400 2,5 1,9 69 65
500 3,0 1,8 54 50 "Чат
600 10 4,9 63 63 » ♦ я .« * * ♦
Примечание. Исх — исходное состояние} ТО — термическая обработка.
25^о(5И^%*1с1екла',еСКИе Сво®ства матеРиалвв наблюдаются при введении 15—
_ „М„атеРиал состава, мае. %: стекло 5—10, графит 2—5, дисульфид молиб-
дена 2 4, стеарат цинка 1,0—1,5, железо — остальное, сохраняет работоспо-
собность (табл, 5.11) при тренин в едком натре' [212].
Одним из применяемых в технике износостойких материалов, работающих
оез смазки в вакууме, является металлогтеклянный материал ПС5ГШ на основе
ввтектоиднои стали с 15 об. % стеклянной фазы, введенной в виде стеклянного
порошка. Материал подвергают термической обработке — закалке с 820—
146
Таблица 5.4. Температурная зависимость модуля Юига беспористых железостеклянных материалов [190]
Массовая доля стекла» % £, ГПа, при 1, °C
30 100 200 300 400 600 600 6S0
о 200 190 180 175 165 155 150 141
з 162 160 152 150 143 137 134 132
5 155 150 144 140 135 132 130 127
7 138 137 131 129 126 121 120 118
12 120 116 115 110 106 101 100 100
Таблица 5.5. Температурная зависимость модуля сдвига беспористых
железостеклянных материалов [190]
Массовая доля стекла, % 4?, ГПа, при £, °C
20 100 200 300 400 500 600 650
0 70 70 68 66 64 62 60 60
3 58 56 52 50 48 46 44 » а Л
7 45 44 42 40 40 39 38 37
Таблица 5.6. Теплофизические свойства материала железо-]-! % графита4-
4- 5 % стекла [190]
У Я* 7 к © «4 8 X, Вт/(см • град) S и о 8** Эо *4 а ' 10», К-* К, Вт/(см * град) а* • 10’, см’/с
—150 • • • 0,49 16,8 500 12,7 0,26 7,9
—100 • * • 0,45 13,1 550 13,0 0,25 7,7
—50 Я • • 0,43 11,8 600 13,3 0,23 7,5
0 0,43 11,3 650 13,6 0,21 7,3
50 10,0 0,44 10,9 ' 700 13,9 0,19 6,8
100 10,4 0,43 10,4 750 13,7 0,18 5,3
150 10,6 0,41 9,9 800 13,2 0,16 6,7
200 10,9 0,39 9,4 850 13,7 0,15 8,0
250 11,2 0,37 9,1 900 14,2 0,14 8,8
300 11,5 0,34 8,7 950 14,7 0,13 9,3
350 11,8 0,32 8,3 1000 15,1 0,12 9,8
450 12,4 0,28 8,0
840 °C в водные растворы солей и отпуску^при 200520В дШа; <*и — ‘
механические свойства материала: ов • НРС
4- 1200 МПа; ан - 100 кДж/м2; 8 = 2 -4- 3 Л1 52 о geg смаЗКИ,
Фрикционные характеристики материала вус о в лкаж^ж представлены
исследованные на установке МФТ-1 (схема у
Таблица 5.7. Некоторые магнитные характеристики материала железо -J-
4-1% графита 4-5 % стекла (190] __________________________________
Состояние Ир, кА/м вг, Тл Bsr ц, Омаке
Исходное После термообработки 2,4 5.7 0,03 0,11 1,40 1,47 270 176
Таблица 5.8. Коррозионнаи стойкость при комнатной температуре материала
лелезо+1% графита+ 5 % стекла (190]
Единица измерения Коррозионная стойкость в растворах
3 % NaCl 4 % NaOH 1.2 % НС1 65 % H2SO4 5 % HNO» 30% HNO,
г см* • я 0,0273 0,00495 3,950 0,512 1,135 0,419
Мм год 0,0337 0,00611 4,87 0,756 1,405 0,516
Баллы 4 3 8 7 8 7
Таблица 5.9. Интенсивность износа железостеклянного материала
П = 23 -5- 27 % при р = 3 МПа, V = 0,25 м/с [399]
Массовая доля стекла, % I, мкм/км, при t, ч
4 s 12 16 2D 24 28 32
0 20 30 47 62 83 98 102 120
0,5 10 20 30 43 57 64 * 72 88
1,0 20 30 39 47 62 72 82 94
2,0 3,0 5,0 7,0 12,0 14,0 15,0 20 6 2 1 8 8 6 30 9 3 3 12 12 13 43 9 7 5 13 28 31 52 17 12 10 14 л • » 62 14 16 14 14 в * < 81 18 20 16 . 15 *. > 99 26 24 18 18 120 36 26 20 25
16,0 18 14 36 Л <Г й.» « *•*
17,0 12 20 42 • • « * *'-• а с*
18,0 14 22 46 4 . « • • *
20,0 16,0 21 47 И» • г. ’ • г • U
5S HR(?),8 * * ' Я ЯИ *' Тренив без емазки по «пальчиковой» схеме (КТ—сталь 45. 50 —
пература в' aoiT/ треии^поевьппяat ^пп^геСЯ повеРхности схватываются, тем-
в 20—30 раз. т₽еиия превышает 600 С, интенсивность износа возрастает
«‘по"»’™"»" ’ Ь5_5 ““““ легированной стала
и ₽«: V=4-“’“г п “аз" - ’ ?7.
•Веретенаое-З, (р _ 9 МПа, , _ 2 U;
т.Ллипв 5 10. Коэффициент трения железостеклянного материала
П == 23 -=- 27 % при т = 8 ч [399]______________________________
Массовая f при р. МПа
ДОЛЯ стекла, % 1 2 3 4 5 6 7 8
о 0,52 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 « • а
05 0,52 0,53 0,54 0,55 0,57 • • • « г
1,0 0,45 0,49 0,52 0,54 0,56 0,56 #• » » < •
2.0 0,36 0,37 0,38 0,41 0,43 0,45 • ♦ • г*- ♦
3,0 0,35 0,37 0,39 0,40 0,42 0,44 0,45 » •«
5,0 0,32 0,37 0,42 0,45 0,47 -0,48 0,48 0,50
7,0 0,35 0,35 0,36 0,36 0,37 0,37 0,37 0,38
12,0 0,35 0,40 0,43 0,45 0,47 0,48 0,48 0,48
14,0 0,39 • * • а . . -
15,0 • » ♦ 0,42 » • • •’ь* > • ‘
16.0 • я 0,44 • • • • «я • • S • • • * * • • • X
17.0 « • 0,45 а • • • • X • » - - . • •
18,0 а • • 0,46 • . • ' . • • • • • • • * i • •
20,0 • • • 0,47 • *• • • > • < Ч ’ а •
П рвмечаиие. Условия испытания см. табл. 5.9.
Таблица 5.11. Износ железостеклянного материала П = 25 -ь 30 %
при р = 1,5 МПа [212]
Массовая ДОЛЯ стекла, % /л, мкм/км при о, м/с
Дистиллированная вода 5 %-иый р-р NaOH 15 %-ный р-р NaOH 35 %-ный р-р NaOH
0,42 0,84 1,28 0,42 0,84 1,28 0,42 0,84 1,28 0,42 0,84 1,28
0 1 3 5 7 10 14 8 4,5 3,5 2,8 3,0 14 10 6 4,0 2,4 2,5 10 6 3,5 3,0 3,2 3,5 7 5,5 4,0 з,о 2,5 2,8 5,5 4,0 2,5 2,0 2,0 2,5 4 3,0 2,0 1,5 1,6 2,0 6 3,8 3,0 2,5 2,0 1,8 3 2,5 2,0 1,7 1,5 1,2 2 1,7 1,2 2,0 1,0 2,0 5 4 2,5 2,0 1,7 2,0 2 1,5 1,0 1,0 1,0 1,8 3,5 3,0 2,0 1,5 1,2 1,0
ста ль’<0 "зГ *8 ЯМИ1П;С^еИИе НЯ машине МИ-IM в водных растворах едкого натра; КТ—
наи™. с1?£га,вляла менее 1 мкм/км при коэффициенте трения 0,08; интенсивность
Мрто 3аКаЛеНная Сталь Р18) не превышала 0,022 мкм/км [401].
0 25 лос™ля“иый материал состава (мае. доля, %): графита 0,005—
^«б1₽юаВ0я’Й”20А^И?Г45’ стекла состава (В8О8-65, А12О3- 20,
Работе °) —4,0 железо — остальное, обеспечивает длительную
Матеья ”0СТЬ *ЗЛ0В кУлачк°вых валов внутреннего сгорания [401].
Механический На Рснове легированного нихрома сохраняет до 700 °C высокие
вых и е свойства и высокую износостойкость в условиях действия газо-
MeS СреА Ао 75 к/с> Р ло °>5 МПа) [401].
женных учлппТеКЛЯННЫе матеРиалы применяют при изготовлении тяжелонагру-
*одовой сие тРения (шестерен, кулачков, храповиков, уплотнительных колец
в Других сДеМЫ тРактоРа> шпуль ткацких машин, деталей хлопкоуборочных
при ее отсут °ЗМаШИН)’ Рабо'га1°ших при ограниченном подводе смазки или
Таблица 5.12. Влияние содержания стекла на фрикционные характеристики
железостеклянных материалов при испытаниях на установке МФТ-1 [396]
Массовая доля стекла, % г/с’м‘ Массовая доля углерода С'общ* % HRC /л, мкм/км f * в зоне трения, °C
Неподвиж- ный образец Подвиж- ный обр азец Суммар- ный
о 7,56 0,76 48—50 т 0,9 600
1,2 3,2 4,7 6,9 10,4 11,6 14,7 7Л5 7,18 6,97 6,62 6,12 605 0,58 0,70 48—50 33—46 6,1 5,1 11,1 0,9 0,25 600 380
0>9 44—48 3,3 4,0 7,3 0,21 260
0,68 40—46 2,1 2,1 4,2 0,22 280
0,75 30—43 3,5 26 29,5 0,19 295
0,78 34—40 5,6 49 54,6 0,20 350
5,78 0,84 30—35 37 63 43,3 0,18 400
5.5. Материалы типа прочная металлическая
матрица — легкоплавкий металл
Перспективными для работы в условиях трения без смазки являются мате-
риалы, в которых в прочной достаточно тугоплавкой матрице равномерно рае?
пределеиы включения легкоплавкого металла. Подобные материалы обычна
получают пропиткой спеченного пористого каркаса из тугоплавкого металла
легкоплавкими металлами после обработки его флюсом. При эксплуатации де-?
талей из таких материалов иа сопряженных поверхностях создаются раздели-
тельные пленки из мягких металлов.
Мягкие структурные составляющие (обычно олово, свинец, магний, сереб^
ро) должны хорошо смачивать и не растворяться в металлической матрице.’
Материалы на основе сталей 45 и Х18Ц9Т (табл. 5.13), содержащие до
60 об. % серебряного припоя ПСр40, характеризуются [540] предельной нагруз-
кой при трении без смазки в вакууме до 20—23 МПа, на основе стали Р18 —
до 60 МПа.
Материал на основе титанового сплава с 6 мае, % алюминия, содержащий
15 об. % магниевого сплава ИМВ-3, имеет ств = 580 МПа при /^0,14-г-
"лл тРении без смазки в паре е закаленной сталью 45 твердостью
40—50 HRC износ 150 мкм/км при & = 2 м/с и р — 100 МПа [583]. Введение
в эти материалы дисперсных включений карбидов циркония и гафния снижает
интенсивность износа в 5—7 раз.
б;13’ фР“к!?и°"иь,е характеристики материалов, пропитанных
серебряным припоем ПСр40, при и = 1 м/с [540]
Материал f р,.МПа i в зоне трения, °C
Серебряный сплав, наполненный частицами стали г* 18 размером ие более 1 мм ^^1Ср40 СТаЛЬ пРопитаиная припоем ^ПСр™0 СТаЛЬ Х23Н18, пропитанная припоем ^°Йср40 СТалЬ пРопитанная припоем 0,14—0,19 40—50 350—380
0,15—0,22 16—18 270—310
0,18—0,27 15—18 320—350
0,14—0,18 48—52 390—440
Таблица 5.14. Фрикционные свойства материала иа основе волокон диаметром
кп мкм. пропитанного при 500° С объемной долей (20 %) эвтектики
50 % Sn + 40% Ga+ 10 % In [540]__________________________________________________
р< МПа f орк трении в паре /л, мкм/км, при треини в паре
с азотированным титановым сплавом ВТ-14 со сталью 45 твердостью 49—50 HR С с азотированным титановым сплавом BT-U се сталью 45 твердостью 49—50 HRC
з 0,27 0,40 <25 <25
5 0,25 0,42 <25 <25
7 0,25 0,47 <25 <25
9 0,30 0,55 <25 <25
10 0,35 0,57 50 80
11 0,37 Схватывание 150 190
Пр имев а в в е. Испытание в вакууме 4 • 10-»Па, при 0 = 1 м/с.
Таблица 5.15. Фрикционные характеристики свинцовой спеченной бронзы
при трении без смазки (р = 1 МПа, V = 6 м/с) [540J
Массовая ДОЛЯ свинца» % Фрикционные характеристики Массовая ДОЛЯ свинца» % Фрикционные характеристики
f I, мкм/км f 1л, мкм/км
5 0,65 140 30 0,28 30
10 0,40 50 40 0,35 60
20 0,30 20
Примечание!. Испытание при тренив без смазки КТ — сталь 45, 45—48 HRC.
Таблица 5.16. Фрикционные характеристики бронзы Бр0-10, пропитанной
легкоплавкими металлами [540]
Состав пропитываю- щего сплава, мае. % П брон- зового карка- са, % , f ири p, МПа ря. МПа ^Л' мкм/км
2 4 6 8 10 18 20
10-15Cd + ] 10 0,42 0,38 0,34 0,36 0,40 • « N 8,0 45—80
+10—15Sn + > 30 0,28 0,24 0,23 0,23 0,33 в • в • ** 8,0 25—50
4- Ga — остальное J 50 0,27 0,23 0,21 0,21 0,31 6,0 62—84
HCd + HSn + + 2WSej 0 в « •’ 0,18 • • г • • Г 10,0 22
HCd + iiSn + + 6WSe2 98Pb + 2In 0 0 0,16 • t 0,20 0,11 0,4 •Г » • 16,0 5,0 18 15—25
0 0,15 0J4 0,13 0,16 0,18 * * tr • 11,0 15—25
S + 2°In S + 62Sn S + 62Sn 38Pb+ 62Sn 0 30 0,14 0,12 0,13 0,14 0,11 0,25 0,40 0,10 0,18 • • • 9,0 15,0 15-25 » *
40 0,10 0,10 0,08 0,10 0,18 20,0
50 0,15 . . • 0,12 0,14 0,20 15,0 «•*
о ш 1Пм/7 **е 4 а а в е. Испытание при трении без смазки и вакууме 1,4 • 10-*1 -Z- 1.4 • Ю-з Па,
Высокими фрикционными характерней иками обладает материал на основе
волокон нихрома (табл. 5.14), содержащий 20 об. д> олово-галлий-индиевой
эвтектики (5401. Введение 20—40 об. % легкоплавких металлов значительно
повышает фрикционные характеристики порошковых материалов иа основе
бронз (табл. 5.15—5.17).
Таблица 5.17. Фрикционные
легкоплавкими металлами, при
характеристики бронзы БрОФЮ-1, пропитанной
объемной доле легкоплавких металлов 40% [540]
Пропитывающий легкоплавкий металл Фрикционные жарактеристики при р, Mila
2 4 ё
1л, мкм/км t, °C 1Л, мкм/км 4, °C 1л, мкм/км f. °C
Без пропитки Галлий Индий Олово Саннец 0,20 0,10 0,15 0,15 0,10 20 20 20 20 20 30 30 50 30 30 0,20 0,20 0,15 0,10 0,10 20 70 20 20 20 60 60 100 60 80 0,35 0,15 0,10 0,30 20 100 20 20 20 . 120 ' 100 100 120 130
Фрикционные характеристики при р, МПа
Пропитывающий легкоплавкий металл 8 10 '1? io
«и» /л, мкм/км Эо 1 /л, мкм/км Эо •? 1 1 /л, мкм/км и •а». / л, мкм/км и о '«К
Без пропитки Галлий Индий Олово Свинец 0,45 0,10 0,15 0,40 30 20 20 20 200 120 180 250 • * » 0,05 0,15 0,45 на » * 20 20 60 130 200 260 • м • 0,10 0,10 20 20 140 220 -*i • • Г 0,10 В 4 « а 20 » 300 *•*
Примечание. Трение без смазки а вакууме 1,4 « 10-< Па, о = 1 м/с.
5.6. Материалы, содержащие твердые смазки
Весьма перспективны самосмазывающиеся порошковые, материалы, содер-
твеРДые смазки типа дихалькогеиидов тугоплавких металлов [539,
540]. Твердые смазки сохраняют смазочную способность до температур разло-
жения, обеспечивая эффективное функционирование изделий при повышенных
нагрузках и скоростях, работе, в вакууме и различных газовых
Для снижения интенсивности взаимодействия металлической освовы и твер-
дых смааок рекомендуется легировать матрицу, например медь — никелем,
броязу — свинцом, иикель — молибденом, кобальт — серебром [540].
Фрикционные и прочностные характеристики, а также результаты стендо-
вых испытаний деталей зубчатых зацеплений из некоторых материвлон с твер-
дой смазкой приведены и табл. 5.18, 5.19.
in тп мпеСТВе обычно используют сталь 40X13 при давлении порядка
JW—40 МПа, коэффициент трения качения составляет 0,020—0,028. что в 5—
Ю раз меньше, чем при скольжеиин.
Та блина 5.18. Физико-механические свойства порошковых материалов
с твердыми смазками [14, 15]_______________________________________
Марка материале Метал- лическая основа Твердая смазка If, Г/СМ* HB 2,5 (62,5) 30, МПа to к 3= Й b CO c s CO c s I c E, ГПА У &. •*«
ВАМ К-2» Со — Ag MoSa 7,4 1500—1900 200 150 800 125 450
ВАМК-25 Ni—Мо MoSg 8,0 1000—1300 240 180 800 130 700
ВАМК-26 Бронза WSea, Pb 8,5 1000—1400 210 180 700 95 350
ВАМК-27 > WSea, Pb 8,5 1000—1250 • • 4 90 400 92 350
ВАМК-28 Со —Ag WSe, 7,7 850—1000 170 110 500 450
Таблица 5.19. Результаты стендовых испытаний деталей зубчатых
зацеплений редукторов из материалов типа ВАМК [14, 15]
Марка материала Тип передачи Параметры зубчатого зацепления
Модуль, мм Число зубьев Передаточное отношение
BAMK-24 Прямозубая 1 28 3
1 64 3
ВАМК-25 » 0,5 48 3
ВАМК-26 Глобоидная 0,7 225 200
червячная
Условия -эксплуатации или испытаний
Марка материала Среда Рабочая температура Контакт- ная нагрузка, МПа Р, м/с гт ч
испыта- ний эксплуа- тации
ВАМК-24 Вакуум О1 +45 200 0,1 500 3000
(10-ь — — 10-« Па), до —25 0,5
ВАМК-25 воздух Вакуум +600 500 0,2 100
(10-« —
ВАМК-26 - 10-» Па) Вакуум От +30 до —30 1000 0,1 500 500
ГЛАВА 6
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НЕСУЩИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
6.1. Введение
Пооошковые конструкционные материалы - наиболее распространенный
вид проРдувдии порошковой металлургии общемашиностроительного р приборе-
строительного назначения. Потребность в этой группе деталей превышает 60 %
всей потребности в порошковых материалах.
Типовыми деталями конструкционного назначения, изготовляемыми мето-
дами порошковой металлургии, являются шестерни, звездочки, кулачки, на-
кладки корпуса, кольца, шайбы, крышки, фланцы, колпачки, заглушки, ры-
чаги детали замочных механизмов, державки резцов и другие детали машин
и приборов. Они выпускаются в виде готовых изделий или заготовок, требую-
щих незначительной механической обработки [413].
В зависимости от условий эксплуатации конструкционные порошковые
материалы можно подразделить иа две группы (рис. 6.1):
материалы, заменяющие обычные углеродистые и легированные стали,
чугуны и цветные металлы, описываемые в настоящей главе;
материалы со специальными свойствами — высокой износостойкостью,
твердостью, жаропрочностью, жаро- и коррозионностойкие, со специальными
магнитными, электро- и теплофизическнми свойствами, с большой или малой
удельной массой, которые описываются в соответствующих главах справочника.,.
Физико-мехаиические свойства порошковых конструкционных материа-
лов при прочих равных условиях определяются плотностью (или пористостью)
изделий, а также условиями, их получения и испытания.
Зависимость физико-механических свойств в интервале (0 СП с 1) от
изменения пористости описывается выражением [622, 623]:
Gi= a0i (i ~ п® )®exp( — Bi л).
(6-1)
где о# — механическое свойство беспористого материала; Bi — коэффициент,
определяемый условиями получения и испытания материалов, Bi = 1,2 -г-
9*0 |622j«
По степени иагруженности порошковые конструкционные детали можно
подразделить на четыре группы: малонагруженные, умереннонагруженные, сред-
иенагруженные, тяжелонагруженные.
К малонагружеиным и умереннонагруженным можно условно отнести
детали, работоспособность'у которых при действующих напряжениях обуслов-
ливает необходимость использовать порошковый материал, предел прочности
которого не превышает соответственно 20—25 и 50—55 % предела прочности
беспористого материала. Большинство таких деталей не подвергаются расчету
Л л?°ЧН0СТх’ гтНХ РазмеРы выбираются из конструктивных и технологических
' ПрИ этом, запа5 прочности литых деталей становится чрезмерно
большим и составляет 10 и более.
„„К сРедиеиагРУженным и тяжелонагруженным можно условно отнести
У КОТ°РЫХ Работоспособность при действующих удельных нагрузках
вает необходимость использовать порошковый материал, предал
прочности которого составляет соответственно 70—75 и более 90 % предела
154
Конструкционные порошковые
материалы
прочности беспористого материала (шестерни, рычаги, кулачки и т. д.). Детали
этой группы подвергаются расчетам на прочность, жесткость и долговечность
в заданных условиях эксплуатации.
Изменяя пористость порошковых конструкционных материалов, при про*
чих равных условиях можно в широких пределах управлять их физико-меха-
ническими свойствами.
Для малонагруженных деталей можно применять материалы высокой
пористости (порядка 15—25 %), для умереннонагруженных — материалы пони-
женной пористости (10—15 %) (табл. 6.1). Применение пористых конструк-
ционных материалов для изготовления мало- и ередненагруженных деталей
дает возможность при заданных их размерах резко снизить вес и запас проч-
ности.
Методы порошковой металлургии позволяют резко улучшить коэффициент
использования материала, снизить трудоемкость изготовления, повысить на-
дежность машин и аппаратов за счет демпфирования нагрузок, возможности
введения в поры и микропоры жидкой смазки и т. д.
Таблица 6.1. Характеристика порошковых конструкционных
материалов и деталей из них [597]
Группа деталей по степени загруженности Характеристика порошковых материалов
Группа плотности материа- ла Пористость материала, % Предел прочно- сти, % пре- дела прочности беспористых материалов Пл астич ность и ударная вязкость, % данных свойств беспори- стых материалов
Мадонагруженные £ мереннон агруженные JiP® Дненагруженные 1 я*елонагруженные 1 2 3 4 25—16 15—10 9—2 <s2 30—45 45—65 65—95 95—100 25—35 35—60 60—90 90—100
Величина коэффициента Ri в
лучения материала и условиями
формуле (6.1) определяется технологией по-
его испытания (622]:
3,6 —4,6 Т-2,3-3,2 0° 3,0-4,6 НВ — 3,5 — 4,3 Е, G — 2,8 — 3,6 6, ф - 4,5 - 5,3 5,4-5,7 аи —4,0 —9,0
Примечание” лов меньшие значения. Для пластичных материа- для хрупких — большие.
.огамические свойства порошковых конструкционных ма-
Относнтельные меха» пористости и величины коэффициента В( приве-
териалов в зависимости г ми выделены значения относительных
Дены в табл, 6.2. Ломаными нагруженности.
свойств для изделий разных групп на>ру
Таблица 6.2. Относительные механические свойства порошковых материалов ]597]
ц- too. % а = 100 (1 - П«)> ехр (— Bj.II) при значениях параметра В(-
1 2 3 4 5 6 8 10 12
о 100 100 100 100 100 100 100 100 100
2 97,94 96,00 94,10 92,23 90,41 88,62 85,15 81,81 78,60
5 94,64 90,03 85,64 81,46 77,49 73,71 66,69 60,35 54,61
10 88,68 80,24 72,60 65,69 59,45 53,79 44,04 36,06 29,52
15 82,24 70,78 60,92 52,44 45,13 38,85 28,78 21,32 15,79
20 75,45 61,77 50,57 41,41 33,90 27,76 18,61 12,47 8,36
25 68,44 ’53,30 41,51 .32,33 25,18 19,61 11,89 7,32 4,38
6.2. Технология изготовления порошковых
конструкционных деталей
Технологические процессы изготовления порошковых конструкционных
материалов в первую очередь определяются степенью нагруженности деталей.
Допустимая пористость (или минимальная допустимая плотность) деталей
первой степени нагруженности позволяет изготавливать их традиционными
методами порошковой металлургии (холодным прессованием и спекапием),
средне- и тяжелоиагруженных деталей — двойным прессованием и спеканием,
а также высокоэнергетическими методами формования (рис. 6.2).
Процесс изготовления порошковых конструкционных материалов вклю*
чает операции приготовления шихты, формования, высокотемпературной и до*
полнительной обработки.
6.2.1. Приготовления шихты
Одной из главных задач приготовления шихты является обеспечение рав-
номерного распределения компонентов, введение которых необходимо для до*
стижения заданного состава, структуры и свойств материала. Приготовление
шихты обычно включает операции рассева порошков (при отклонении их гра-
156
Рис. 6.2. Классификация технологических схем изготовления и мате-
риалов для порошковых конструкционных деталей общего назначения
иулометрического состава от стандарта), смешивания и предварительной об-
работки.
Рассев порошков производят е помощью различных ситовых металличе-
ских полотен (при размере частиц более 40 мкм), установленных на виброси-
тах. Более мелкие порошки разделяют методом воздушной сепарации.
Смешивание производят механическим или химическим методом, механи-
ческое смешивание — в барабанах, конусных смесителях, шнековых, шаровых
и вибромельницах и т. д. Емкость барабанов обычно составляет 100—500 л.
Барабан заполняют шихтой примерно на 1/2—1/3 объема.
Критическое число оборотов, выше которого прекращается смешивание
компонентов, вычисляют по формуле лкр = 42,4D, где D — диаметр бара-
бана, см.
Скорость вращения смесителя составляет 30—40 % критической и обычно
равна 30—60 об/мин. Длительность смешивания 2—8 ч. Для интенсификации
смешивания в смеситель помещают шары, державки резцов, обрезки в количе-
стве 1/4—1,3 массы шихты. Те же цели преследует смешивание в барабанах
с эксцентричной осью вращения (типа «пьяная бочка»), шнековых, вибрацион-
ных. Для исключения сегрегации по плотности производят мокрое механи-
ческое смешивание в присутствии 0,5—1,5 % бензина, спирта, камфоры.
Химический метод смешивания заключается в осаждении из растворов на
поверхности частиц солей, их выпаривании и восстановлении оксидов на по-
верхности частиц. Химический метод позволяет получать равномерное распре-
деление компонентов шихты: каждая частица основного компонента покрыта
тонким слоем металла-добавки. Недостаток этого метода смешивания в его
неуниверсальности.
Качество смешивания контролируют по технологическим свойствам шихте»
(насыпной массе, текучести, прессуемости, спекаемости), физико-механическим
свойствам спеченных тел, по структуре порошковых материалов или химиче-
ким и микрохимическим анализам проб.
Количественным критерием однородности шихты является среднеквадра-
ное отклонение химического состава от его среднего значения:
1 / S (а; — а)а 100
Д=|/ ‘=1________________(6-2)
где ' п ~ 1 а
п " 4Hcju>e^1,HHg Ное измеРение’’ ® ~~ сРеДнее арифметическое всех измерений"»
Рис.
Прессование в закрытой
ррессррорме
| Пакетное прессование | Прессование в закрытой пресс соорме с приложением вибрации
6.3. Схема технологических
вариантов процесса формирования металлических порошков
Достаточную однородность шихты достигают при А < 5 % 1557],
Отжиг порошка применяют главным образом для восстановления оксидов,
удаления летучих примесей, снятия наклепа и повышения прессуемости. Тем-
пературу отжига порошка выбирают из условия минимального спекания частиц
и легкости растирания порошка, обычно она составляет Тт = (0,4 -4- 0,6) Гпл.
Отжиг производят в защитной восстановительной среде или в вакууме.
6ЛХ Формование
Формование деталей из порошков представляет собой процесс получения
изделия (заготовки) определенной формы и размеров. Прочностные характери-
стики детали зависят от метода формования. При холодных методах формования
деталь имеет относительно высокую пористость и малую прочность, но доста-
точную для извлечения ее из полости пресс-формы, дальнейшей транспортиров-
ки и обработки.
Горячие методы формования обеспечивают получение плотной (практиче-
ски беспористой) детали е высокими физико-механическими свойствами.
Методы формования подразделяются на прерывистые и непрерывные и в за-
висимости от способа приложения давления — на методы с постепенным и мгно-
венным приложением давления. Известны методы формования, выполняемые
без приложения давления (рис. 6.3).
прессование -f- низкотемпературное спека-
ние -j- холодная допрессовка
а
арактеристики и применение методов формования приведены в табл. 6.3.
простолодное прессование в закрытых пресс-формах является наиболее рас-
товлениНеННЫМ с„посо®ом холодного прессования, применяющимся при изго-
лоднпо И издели® из порошков черных, цветных и тугоплавких металлов. Хо-
ним "рессование в закрытой пресс-форме производят е одно- или двухсторои-
"«м приложением нагрузки.
той *?"ОСГоР°ннее прессование применяют при изготовлении изделий проо
более »п1Ы ТИпа ВТУЛОК и колец е отношением высоты изделия к диаметру не’
пределЛи ИЦы' Недостаток этого способа в значительной неоднородности рас-
виаченио Я ”лотн°сти прессовок в направлении прессования: наибольшее
Меньшее •иа°Л1°Дается у стенки матрицы и под подвижным пуансоном, иа
У стенки матрицы возле неподвижного пуансона.
ипа 6.3. Основные технологические процессы формования порошковых
Формование Характер прикладываемой энергии Особенности уплотнения порошка
Прерывистое холодное формование с постепенно
а) в закрытой пресс-форме
Двухстороннее
Одностороннее
Усилие от верхнего и
нижнего пуансонов
С вертикальным »
разделением слоев
С горизонтальным
разделением слоев
Пакетное
Вибрационное
Боковое
Изостатическое
Небольшое статическое
усилие (меньше в 10—100
раз по сравнению с обыч-
но применяемым) и энер-
гия вибрации
Усилие от бокового кли-
на
Усилие от верхнего и
нижнего пуансонов
б) в открытой пресс-форме
Г идростатическое Давление жидкости, по- даваемой в гидростат
Центробежное За счет центробежных сил, приложенных к час- тицам порошка
Постоянное сечение формуемого
изделия в плоскости, перпендику-
лярной к приложенному усилию
прессования
То же
»
»
»
»
Переменное сечение формуемого
изделия в плоскости, перпендику-
лярной к перемещению ползуна
пресса
То же
Находящийся в оболочке порошок
подвергают равномерному всесто-
роннему сжатию
Переменное сечение формуемого
изделия в плоскости, перпендику-
лярной к оси вращения
конструкционных изделий (403)
Краткое описание процесса
возрастающим давлением
Помещенный в замкнутую полость стальной пресс-
формы порошок уплотняется при перемещении
двух подвижных пуансонов при неподвижной мат-
раце или подвижном верхнем пуансоне в плаваю-
щей матрице при неподвижном нижнем пуансоне
Уплотнение за счет перемещения одного из пуан-
сонов илв матрицы при неподвижных пуансонах
В полость пресс-формы раздельно засыпают слои
порошков и уплотняют описанным выше методом.
Перед засыпкой устанавливают перегородку, раз-
деляющую полость матрицы. Перед прессованием
перегородку удаляют
Порошки поочередно засыпают в полость матрицы:
а) разделением слоев резиновым вкладышем;
б) с шаблонами из испаряющегося при спекании
металла (цинк, кадмий) для получения внутренних
каналов и пустот
Засыпку порошка чередуют с укладкой стальных
шайб толщиной 2,0—3,5 мм
К уплотняемому порошку подводят энергию виб-
раций частотой 200—300 Гц, амплитудой 0,03 мм
в течение 4—160 с. Уплотнение происходит за счет
более плотной укладки частиц
Под действием бокового перемещения клина про-
исходит уплотнение порошка
Уплотнение порошка происходит за счет сжатия
толстостеииой эластичной оболочки из резины или
полимеров при давлении 150—200 МПа
Уплотнение порошка в эластичной оболочке после
предварительного вакуумирования происходит за
счет равномерного всестороннего обжатия под дей-
tnan.etf жидкости, находящейся под давлением до
юио МПа
При быстром вращении матрицы происходит центри-
фугирование порошка, оседающего на стенках мат-
Р ЦЫ, а также удаление Жидкой связки
Примечание
Наиболее распространенный
процесс формования изделий
из порошков. Детали типа
дисков и пластин 1 ^.h/d <
< 5 или гладких втулок при
3 с (17-г-20)
Детали типа дисков и пла-
стин при h/d < 1, втулок
^/^ег < 3 (где h — высота,
d— диаметр, 6СТ — толщина
стенки втулки)
Многослойные пластины, кол-
лекторы, подшипники
Многослойные пластины, кол-
лекторы, гигли
Фрикционные диски толщи-
ной 0,4—1,5 мм
Тигли, кольца, другие дета-
ли сложной формы из туго-
плавких металлов и сплавов
Длинные втулки, детали с
резьбой, выточками и т. Д.
Турбинные лопатки, насадки
сопел и другие сложные де-
тали
Крупные заготовки типа ци-
линдров или труб
Осесимметричные изделия
сложной формы
Формование Характер прикладываемой энергии Особенности уплотнения порошка
Электромагнитное За счет кинетической энергии частиц, получен- ной от электромагнит- ного поля Траектория частиц порошка перпен- дикулярна к неподвижной мишени
Прерывистое холодное прессование с мгновенно
а) в закрытой пресс-форме
Ударное Мгновенное приложение Уплотнение ударной волной от
нагрузки пуансонами движущегося пуансона
б) в открытой пресс-форме
Взрывное Э лектрогидродина- мичеткое Электромагнитное Формование б Шликерное литье Пре рывистое а) в вакрытой прес Штамповка иа прес- сах Приложение энергии взрывной волны Мгновенное приложение давлении за счет энер- гии электрического поля Мгновенное приложение энергии электромагнит- ного взаимодействия двух проводников с то- ком ез приложения да Капиллярные усилия на границе раздела поро- шок — жидкость горячее формовая с-форме Усилие от верхнего и иижиего пуансонов Уплотнение ударной волной Уплотнение ударной волной, рас- пространяемой в жидкости Уплотнение порошка в мягкой обо- лочке ударной волной, получаемой при взаимодействии двух провод- ников с током в л е н и я Т ехнологические операции ведут со шликером — смесью порошка крупностью 5—10 мкм, жидкости и поверхностно-активных веществ ие с постоянно Постоянное сечение формуемого из- делия в плоскости, перпендикуляр- ной к приложенному усилию при температуре t > /рекр
162
Краткое описание процесса Примечание
Частицы порошка получают ускорение в электро- магнитном поле, попадая на неподвижную или ^вмещающуюся мишень, тормозятся и равномерно укладываются в слой возрастающим давлением Уплотнение порошка происходит аналогично прес- сованию с непрерывно возрастающим давлением в закрытых пресс-формах с мгновенным приложе- нием нагрузки от молота или быстроходного прес- са, а также от удара быстролетящей массы Пластины, осесимметричные изделия Аналогично статическому прессованию в закрытой пресс-форме
Уплотнение порошка, помещенного в пластичную
или эластичную оболочку, мгновенно возрастаю-
щим давлением взрывной волны
Порошок засыпают в эластичную оболочку ц уплот-
няют в резервуаре с жидкостью
Порошок засыпают в пространство между стальной
оправкой и медной трубкой, помещают в наруж-
ную трубу из нержавеющей стали, отделенную от
медной изолятором. При разряде конденсаторов
магнитное поле коаксиальных проводников обжи-
мает медную оболочку при давлении до 350 МПа
Пульпу из порошка, жидкости (вода или спирты)
я поверхностно-активных веществ (алгинаты натрия
и аммония) заливают а форму из керамики, гипса
или специального картона, отфильтровывают жид-
кость, сушат осадок вместе с формой и извлекают
изделие пористостью 40—70 %
Плиты, трубы, цилиндриче-
ские заготовки
Осесимметричные изделия
Трубы из вольфрама и молиб-
дена и их смесей с оксидами
урана длиной более 7,5 м
Изделия сложной формы из
плохо уплотняющихся порош-
ков
возрастающим давлением
смещенный в замкнутую полость пресс-формы по- рошок или холоднопрессованную заготовку уплот- J®7 ПРИ Давлении до 1000 МПа и температурах кпм темпеРатУРЬ1 рекристаллизации основного понента за счет деформации частиц порошка пу- передвижения одного или двух пуансонов: ) нагрев порошка теплопередачей от стенок матри- , разогреваемой токами высокой или промыш- ленной частоты; о1НаГреВ П0Р0Шка теплопередачей от стенок мат- Р чы, разогреваемых нагревателями Те же изделия, что н при холодном формовании
6
163
Формование Характер прикладываемой анергии Особенности уплотнения порошка
Штамповка на прес- сах с непосредствен- ным нагревом по- рошка Усилие .от верхнего и нижнего пуансонов Постоянное сечение формуемого изделия в плоскости, перпендику- лярной к приложенному усилии, при температуре t > /р<жр
То же в защитной среде или в ва- кууме То же То же
То же в защитной металлической обо- лочке S »
То же под защит- ным покрытием » »
То же прессование неразъемных мно- гослойных изделий
То же прессование разъемных много- слойных изделий » »
б) в открытой Пресс-форме
Изостатическое Давление рабочего тела, подаваемого в замкну- тую камеру Находящийся в оболочке порошок подвергается равномерному всесто- роннему сжатию с подогревом
Центробежное 164 За счет центробежных сил,, приложенных частицам порошка Переменное сечение формуемого изделия в плоскости, перпендику- лярной к оси вращения
| Краткое описание процесса | Примечание
"" т иягоев пропусканием электроэнергии через ио- посредством токоподводящих пуансонов; Нагоев порошка токами высокой частоты; нагрев порошка импульсами электрического то- 2, подводимого пуансонами Ппесс-Форму вместе с порошком помещают в ва- к1«шроваиную камеру или камеру е защитной га- мвой средой. Горячее прессование производят пуансонами, усилие на которые передается от рас- положенного вне камеры пресса. Нагрев порошка производят методами, описанными в предыдущем пункте Порошок или прессовку, полученную холодным □пестованием, помещают в капсулу с последую- щим вакуумированием и заваркой. Капсулу из жарсстойкого металла с уплотняемым порошком или прессовкой нагревают в печи до температуры, превышающей температуру рекристаллизации, пе- реносят в закрытую стальную пресс-форму для окончательного уплотнения На прессовку распылением, разбрызгиванием или окунанием наносят суспензию из металлических по- рошков и поверхностно-активных веществ, обра- Те же изделия, что и при холодном формовании Крупные заготовки из по- рошков химически активных металлов: титана, бериллия, циркония и их сплавов То же Крупные заготовки из порош- ков химически активных ме- таллов и их сплавов
зующих при температуре нагрева под горячее
прессование защитное покрытие. Прогретую заго-
товку переносят в закрытую стальную пресс-форму
для горячего прессования Холодным прессованием порошков получают заго- товки с заданным (вертикальным или горизонталь- ным) расположением слоев, нагревают и подвер- гают горячему уплотнению по описанной ранее Многослойные пластины, коллекторы, подшипники
технологии Изготовление производят по описанному в преды- дущем пункте методу с установкой между слоями изолирующих прокладок, препятствующих соеди- нению частей в единое целое Диски, пластины
После предварительного вакуумирования уплотне- етпп поРои1ка в оболочке происходит за счет все- лгроннего °$жатия П°Д действием разогретого ра- бочего тела при давлении до 100 МПа: олпвм “ ~расплавленный металл (свинец, олово) при 800—900 °C; °) рабочее тело — газ Ф?гипа5ГР°М вРа1Цении матрицы происходит центри- оицы »аНИ® п°Р°шка> оседающего на стенках мат- спека'ииемП0СЛе'аУЮЩей ДеФ°РмаПией частиц и их Крупные заготовки типа ци- линдров или труб Осесимметричные изделия сложной формы
Формование Характер прикладываемой энергии Особенности уплотнения порошка
Прерывистое горячее формование с мгновенно
а) в закрытой пресс-форме
Штамповка на мо- Мгновенное приложение Постоянное, сечение формуемого
лотах нагрузки пуансонами изделия в плоскости, перпендииу. лярной к приложенному усилию
б) в открытой пресс-форме
Взрывное
Мгновенное приложение
энергии взрывной волны
Уплотнение взрывной волной
вложения давления
Формование без пр
Виброуплотнение Энергия вибраций
Химическое формо- Энергия взаимодействия
вание частиц
Уплотнение порошка под дейст-
вием вибраций за счет более плот-
ной укладки частиц ;
Переменное сечение формуемого'
изделия
Непрерывное колодное формование с постепенно
Прессование ско- шенным пуансоном Прокатка Прокатка верти- кальная Усилие от скошенного пуансона Вращательный момент валков прокатного стана То же & • Переменное давление, плотность й сечение изделия в плоскости, перпендикулярной к приложенному усилию прессования Постепенное уплотнение порошка от состояния свободной насыпки до полуфабриката То же
Прокатка тальная горизон- >
Прокатка слойная двух- » >
Накатка порошка на металлическую Заготовку *
Краткое описание проаесса | Примечание
возрастающем давлением
Предварительно нагретую в защитной среде пори- сгую заготовку переносят в закрытую пресс-форму (штамп), где производят горячее уплотнение (штам- повки)* например, для сплавов молибдена после штам- повки при 1400 °C и давлении 975 МПа относи- тельная плотность 95,3%. Уплотнение за счет перемещения одного или нескольких пуансонов Детали повышенной проч- ности и пластичности
Предварительно нагретую в защитной среде пори- стую заготовку переносят в контейнер, где подвер- гают воздействию взрывной волны; например, мо- либден после нагрева до 1000 °C и уплотнения ударной волной 4—5 км/с имеет относительное удлинение 18—30 % Плиты, трубы, цилиндриче- ские заготовки
Порошок засыпают в керамическую форму, подвер- гают виброуплотнению в течение 1—10 мин и спе- канию при Т>0,87'пл Через засыпанный в форму порошок пропускают газообразное соединение металла, разлагающееся при подогреве на металл и газообразный продукт (например, карбонилы железа и никеля). Получен- ная заготовка спекается при 7':>0,87’ил Пористые изделия (II>45 %J Детали сложной формы (на* пример, турбинные лопатки из никелевого сплава, леги- рованного хромом, кобаль- том, титаном, алюминием, углеродом и бором)
возрастающим давлением
Прессование производят в матрице в виде жолоба, периодически перемещающегося навстречу скошен- ному пуансону. При изготовлении пластин усилие пресса снижается в 60 раз Прн вращении валков благодаря силам трения по- ро ок подается в зону деформации, где и происхо- дит окончательное уплотнение ьК? из ®УнкеРа попадает в щель между вал- н«п™?Д Действием собственного веса или е при- уд тельной подачей порошка шнековым питателем лаХ^ л И3 б\Нкера » щель между валками по- бумажной лентой или шнековым питателем конип^Р вставляют перегородку, которая нижним п°Даваемы7^орГшкиОНЫ деформацйй и Разлеляет Ив 6 леит^ »Кера ПОРОШОК попадает на металлическую в 3nuv "^вДУЮЩей подачей ленты и порошка " 30НУ Деформации Пластины (например, медные) пористостью 10 %, размерами до 6,35x50,8 мм, длиной 11,2 м Пористая лента, профили, проволока Пористая лента а > Биметаллическая лента Двухслойная лента из пори- стой и беспористой состав- ляющих
Формование Характер прикладываемой анергии
Мундштучное прес- сование Усилие от верхнего пуансона
Особенности уплотнения порошка
Переменные сечение и плотность
формуемого изделия в плоскости
перпендикулярной к приложенному
усилию формования, по мере про-
движения порошка к выходному №
верстию фильеры
Непрерывное
Ударное выдавли-
вание
холодное формование е мгновенно
Мгновенное приложение
нагрузки к верхнему
пуансону
Переменное сечение порошковой за-
готовки в плоскости, перпендику-
лярной к приложенному усилию
формования по мере продвижения
порошка к выходному отверстию
фильеры
Непрерывное
Прокатка в защит-
ной среде
горячее формование s постепенно
Вращательный момент
валков прокатного стана
Постепенное уплотнение пористой
ленты до беспористого состояния
за один проход через валки
Мундштучное прес-
сование в пластич-
ной оболочке
Усилие от верхнего
пуансона
То же со стеклян-
ным покрытием
То же
Переменные сечение и плотность
формуемого изделия в плоскости
перпендикулярной к приложенному
усилию, по мере продвижения по-
рошка к выходному отверстию
фильеры
То же
То же с метал ли- »
ческим покрытием
Двухстороннее прессование, используемое при изготовлении деталей с по-
вышенным значением отношения высоты к диаметру, позволяет получить более
равномерное распределение плотности по сечению изделий. Наиболее распро-
странен способ, при котором давление одновременно прикладывается к верх-
нему и нижнему пуансонам. Широко применяется способ холодного прессова-
ния с предварительной подпрессовкой при давлении, составляющем 25—40 %
номинального, с последующим приложением заданного номинального давле-
ния. При использовании специализированных прессов-автоматов находит при-
менение двухстороннее прессование, сопровождающееся принудительным дви-
а ПРИ необходимости и формующего стержня (иглы). В этом
ням ппи2пЛе "Одпрессовки и окончания цикла перемещения матрицы к пуансо-
п!«н«Рмя»лД етСЯ полное Усилие прессования. При двухстороннем прессо-
пуянепня^н нЬымЯ njI0TH0Cfrb прессовок наблюдается у стенки матрицы под
пуансонами, наименьшая — в среднем сечении изделия. У
зависимость плотности порошковой среды у от давления прессования Ри
(рис. 6.4, а) для t-й стадии [412]:
/ Рп \ni
* ’ 'Р*^1
Краткое описание процесса | Примечание
После предварительной подпрессовки при давлении 100—200 МПа шихта или приготовленные. из нее брикеты, содержащие 6—10 % пластификатора (па- пафнн декстрин, крахмал), пропускают через мунд- штук (фильеру), имеющий конический вход и ци- линдрическую (или профильную) формующую часть возрастающим давлением Предварительно спрессованные заготовки из порош- капомещают в пресс-форму и под действием удар- ной нагрузки продавливают через мундштук (фи- льеру) Стержни, прутки, профиль- ные заготовки Изделия с тончайшими стен- ками (трубы длиной 4200 мм, толщиной стенки 0,38 мм)
возрастающим давлением
Пористый прокат нагревают в защитной среде при
температуре, близкой к температуре спекания Т —
= (од -г_ 0,8) Тпл, и подвергают горячей уплот-
няющей прокатке
Пористые заготовки помещают в пластичную обо-
лочку, вакуумируют, нагревают и подвергают
мундштучному прессованию при степени деформа-
ции 80—95 %
Беспористые ленты, профили,
проволока, биметаллическая
лента или проволока
Беспористые профили из бе-
рил пия, молибдена, жаро-
прочных сплавов
Пористые заготовки после нагрева в защитной сре-
де обкатывают в стеклянном порошке и подвергают
мундштучному прессованию
На пористые заготовки наносят жаростойкое покры-
тие, нагревают и подвергают выдавливанию
где ?♦(/) — минимальная для l-й стадии прессования плотность, соответствующая
относительной плотности (и ,(/)) при 4 (иа = 0,33) и 12 (иь=0,74) контактах одной
частицы порошка с соседними, а также соответствующая началу истечения материала
частиц в межчастичные поры (ис — 0,85 4- 0,90) или беспористому состоянию (u0 = 1);
—давление прессования, соответствующее о*цуРа = 1оупр I» Pb = I сто,21> =
вРист» Ро=1стТеор1 (ауПр — предел упругости, а02 — предел текучести максималь-
но наклепанного материала частиц порошка, риет — давление истечения, оте0р —
теоретическая прочность материала частиц, от = £/2л); — постоянная для
‘•Стадии прессования:
щ =? lg?*('r+Q~1SV*(O _
,g p*U+l) “ lg P*(i)'
Зависимость плотности изделий от давления холодного прессования pt
m Циклов- допрессовки (рис. 6.4, б) при давлении ря [412]:
т e v I pn\ni ( РД \"дЮ / Рд I Рд Д<0
7 7*«) • тгЧ 1 ~ Х.ьХМ- J
П
Таблица в.4. Зависимость плотности прессовок от давления прессоваищ
Порошок Марка. _ Плотность при
59 100 150 200
Алюминий АПС-1 2,17 80,2 2,32 86,1 2,52 93,3 2,57 95J
Бериллий ♦ * • - * • * - * » ' » я
Бор хч 0,93 40,2 0,97 42,1 1,04 45,0 1,10 47.5
Ванадий вэл-з 3,14 50,3 3,54 58,1 4,04 66,2 4,30 70,6
висмут 4,94 7,41 8,04 8,07
65,4 75,3 81,8 87,1
Вольфрам вчдк 9,25 48,1 9,48 49,3 9,78 51,8 10,1 52,7
Гадолиний Гм-2 4,65 4,92 5,24 5,57
59,0 62,3 66,4 70Д
Гафвий ГФМ-2 6,14 6,44 6,53 6,98
46,4 48,7 50,1 1 52,7
Германий 1а 3,18 3,26 3,43 3,57
58,1 61,3 64,4 67,6
Железо ПЖ2М1 * О 4,02 4,27 4,66
51,2 54,3 59,4
Иридий ИА-1 1 * • 9,82 10,6 11,0
42,2 45,5 47,2
Кадмий КД-1 5,25 6,18 6,67 7,38
60,8 71,6 т7л 85,3
Кобальт ПК-1 я . .
f * * ч. • « .£•••-
Кремний КрО 1,28 54,8 1,32 56,7 1,41 60,5 1,44 61,8
Латунь ПЛ 62
* ♦ • * аг йк 4,90 ? 5,08
58,2 60,3
* ПЛ 68 5,18
» » <в * , « 4,88
56,8 60,3
> ПЛ80 5,93
♦ » 5,73
66,2 68.5
* ПЛ65Н5 Ш ф 5,24 5,42 5,61
1 70 "" 60^ 62,9 65,3
(181________________________
Толодного прессования, МПа
JOO 400 600 600 700 800 900 1000
2.62 2,63 2,63 2,63 2,64 2,64 V * «
97,3 97,5 97,5 97,5 97,9 97,9 -
at ** * 1,64 1,72 1,76 1,78 1,79 4 t 9
139,1 93,4 95,4 96,6 97,2
мв 1,18 1,25 1,26 1,27 1,28 1,29
50.3 513 54,1 54,6 55,0 55,2 55,7
4.59 5,02 5,15 5,25 5,36 ir * « w • *
753 82,5 84,7 86,2 88,1
0,45 9,57 « * яГ « • в « •• • •
96,4 97,5
11,0 11,7 12,0 12,4 • • >
57,1 60,6 62,5 64,6
5,95 6.12 6,55 6,82 6,87 7,11
75.4 77,6 83,0 86,4 87,2 90,1
7,30 7.71 7,98 8,29 8,34 8,65 « « •
55.2 58.3 60,3 62,6 63,0 65,4
3,79 3,96 4,05 4,11 4,18 4,22 • £ •
713 74,4 76,1 77,3 78,5 79,4
5,28 '5.59 5,94 6,20 6,37 6,44 6,62 6,74
67,3 713 75,6 79,0 81,1 82,0 84,3 863
12,3 12.7 13,2 13,5 13,8 14,1 • « t
52,7 54,6 56,4 58,1 593 60,4 J
8.18
94,7 *
• 9 » л • 6,05 6,24 6,36 6,43 6,61 9 w •
68,3 70,4 71,8 72,6 74,7
1,53 1,63 1,67 1,73 1,75 1,81
65,8 69,8 71,6 74,3 75,2 77,8
5,48 5,82 6,16 6,37 6,61 _ м л
65,4 69,1 73,2 75,8 78,4
5,73 6,11 6,35 6,64 6,81 4 - • « • •
66,8 71,0 73,8 77,3 . 79,2
6,38 6,71 7,00 7,17tj 7,34 « » • • • •
73,7 77,8 80,9 82,9 84,8
6,10 70,9 6,43 6,64 6,87' 7,03 9 * * _ • «
74,7 77,3 79,8 81,8
in
Порошок Марка 2 Плотность при Давлении
60 100 150 200
Медь МП-1 Ж W > 5,00 56,2 " 5,40 60,8 5,65 63,6
Магний МПФ-1 1,43 1,52 1,62 93,2 ' 1,63
82,1 87,3 95,7
Марганец МР1 4,82 64,6 4,91 65,8 5,10 68,3 5,25 70.4
Молибден * * 5,14 5,32 5,76 6,06
50,4 52,2 56,5 59,4
Никель ПНЭ-1 4,50 4,76 5,15 5,41
50,2 53J 57,5 60,4
Ниобий Н-1 4,60 4,73 4,89 5,20
53,6 55,3 57,1 60,7
Неодим НМ-2 5,28 5,54 5,90 6,04
76,4 80,1 85,3 '87,4
Олово ПОЭ 6,32 6,86 7,01 7,07
86,6 94,1 96,1
Осмий ОсА-1 7,96 8,57 9,11 9,50
35,4 38,1 40,6 42,3
Палладий Пд-1 7,78 9,11 9,67 10,6
65,6 75,8 80,5 83,8
Платина ПлА-1 12,6 13,5 15,1 16,2
58,7 63,0 70,3 75,4
Рений Ре-2 10,4 10,7 10,9 11,1
49,5 50,9 51,7 52,9
Родий РА-1 6,20 6,53 6,63 7,17
49,7 52,3 53,1 57,5
Рутений РуА-1 4,51 4,69 4,82 5,21
37,9 39,4 40,6 43,8
Самарий Смм-2 5,75 6,03 6,38 6,50
76,6 80,4 81,5 86,6
Свинец С1 10,4 10,8 11,1 11,2
91,5 95,1 §7^8 987
Серебро ПС-2 6,93 7,48 8,14 8,43
66,1 71,2 77,5 80,4
Сурьма Су! 6,93 7,80 8,53 8,87
70,4 79,3 86,6 90,2
МПа
холоду зоо 400 500 600 700 800 900 1000
6,30 6,74 7,06 7,38 7,53 а а « Г а а • • а
70.8 75.7 79,5 83,0 84,6
1.67 1,68 1,68 1,68 1,69 • а а • * а
96Х> 96,6 96,6 96,6 97,1
5.34 • а в • • а . . * . . "а • а а . « а в • • •
7L6
6,38 6,77 7,10 7,38 7,49 7,66 7,78 а о а
62,5 66,4 69,7 72,3 73,4 75,1 76,2
5,70 6,05 6,31 6,54 6,64 6,88 6,93
63,3 67,5 70,5 73,0 74,1 76,7 77,3
5,6! 5,75 6,06 6,27 6,47 6,60 4 а а а а а
65,5 67,1 70,7 73,2 75,4 77,1
6,27 6,53 в в в • > а а а а а а а а а а • в а
90.7 94,3
7,08 7,09 7,10 7,10 7,11 7,12 • а в в в а
97,2 97,3 97,4 97,4 97,6 97,7
10,3 10,8 11,3 11,6 11,8 12,2 12,3 в в в
44,7 48,1 50,3 51,6 52,6 54,3 54,7
10,5 10,7 11,0 11,1 11,3 11,4 а а а • а а
87,1 89,1 91,5 92,4 93,8 94,8
17,5 18,5 19,0 • а * • а •
81,5 86,1 88,3
12,1 12,8 13,2 13,8 в • а а в а
57,5 60,8 62,8 65,6
7,52 7,38 8,19 8,40 8,54 8,63 мае ев*
60,2 63,1 65,6 67,3 68,4 69,2
5,62 6,05 6,38 6,53 6,76 6,83 6,94 аве
47,2 50,8 §3$ 54,9 56,8 57,4 58,3
6,80 7,18 в а • а а « а в •
90,7 95,8
11,2
’ 98,7 • » • • • • • а а 8 а а а *
8,67 82$ 8,94 85,2 9,25 88,3 > а а • • а а > • • • . • •
9,40 95$ 9,47 96,3 9,61 97,6 а • а а • в • • а в • а •
Порошок Марка Плотность при
60 100 150 200
Тантал * • м а • • 8,50 51,5 9,30 56,2 ,9,92 59,7
Титан ТГ100 « • «’ 2,48 55,1 2,81 64,5 3,16 70,3
Торий 8,87 76,1 9,38 80,5 9,57 82,2 9,86 84,7
Уран • • * > < « а яг * . ж » • » *
Хром хо 3,68 51,4 3,96 55,3 4,27 59,7 4,60 64,2
Церий Се-1 6,28 6,60 6,93 7,16
76,4 80,3 84,3 87,1
Цинк ПЦ-1 4,98 5,42 5,57 6,08
67,4 73,3 75,4 82,1
Цирконий • ч • * t » » « * . . .V
Примечание. Числитель — плотность. г/сма: знаменатель — относительная плат
Таблица 6.5. Уплотняемость авухкомпонентных шихт [18, 359, 400]
Состав шихты, % Плотность при давлении
100 300 4<4< 400
Железо — 99, графит — 1 Железо — 97, графит — 3 Железо — 95, графит — 5 Железо—-90, графит — 10 Железо — 85, графит — 15 Железо —80, графит —20 4,22 55,2 4,24 57,7 4,17 60,1 4,03 64,6 3,88 69,4 3,70 71,4 5,11 66,8 4,96 67,4 4,84 69,8 4,49 72,1 4,05 72,4 3,82 73,7 5,63 73,6 5,51 74,9 5,16 74,4 4,68 75,1 4,18 74,8 3,88 74,9 6,04 78,9 5,93 80,7 5,42 78,2 5,04 80,8 4,49 80,3 4,07 78,6
“^ОЛОДИ^ГО прессования, миа
300 400 | 500 J 60С j 70S 800 900 юоо
, 1 Г" юл 10,6 11.2 11,5 11,8 12,0 ♦ * * • •
62J 62,8 67,5 69,4 71,2 72,3
3,48 76.5 3.52 78,1 3,61 80,1 3,75 83,4 3,90 86,7 3,93 87,5 4 * 9 * '* •
Ю.6 10,9 4» ас -< * * * $ * « * Л * » * » » л *
90,9 93,4
П,48 12,40 12,82 13,20 13,60 13,82 13,88
603 65,2 67,4 69,3 71,4 72,6 72,9
5,06 70.7 5,24 5,46 5,79 5,89 6,06 • * •». 4*4
73,2 76,1 80,8 82,2 84,6
7.42 7,85 ч * < F Ч 4 * ♦ * < • д * я
90,2 95,4
6,78 в • ♦ ш й » ♦ 4 а ♦ » » • • 4
91,7
4,54 4,73 5,09 5,21 5,38 5,52 5.58
70,1 73,0 78,6 80,4 83,1 85,2 86,1 Г
ность, %.
холодного прессования, МПа
60 600 700 800 900 Ю00
6,31 82,5 6,52 85,2 6,68 87,3 6,81 89,0 7,12 93.0 - 7,23 94,4
6.12 83^ 6,31 85,8 6Л7 86,7 6,44 87,6 6,72 91,4 6,91 94,0
5,92 85,4 6,08 87,6 6,14 88,6 6,21 89,6 6,34 91,5 6,46 93,2
5,44 5,62 90,0 5,65 90,5 5,71 91,6 5,73 91,8 5,91 94,7
4,92 8^0 5,01 89,6 5,08 91,0 5,13 91,7 5,23 93,3 5,34 95,6
4,17 80,5 4,38 84,5 4,42 85,3 4,47 §6Л 4,67 90,1 4,71 90,7
Состав Шихты, % s Плотность приуцавлениЙ^
IO»' 200 300 400 — ц
Железо — 95, сульфид цин- ка— 5 4,01 53,3 4,73 62,8 5,17 68,7 5,47 72J
Железо —90, сульфид пин- ка —10 3,96 55,0 4,56 63,3 4,98 69,2 5,16 71,7
Железо —93, хром —7 4,08 52,4 4,69 60,2 4,87 62,5 5,07 65,1
Кобальт — 80, карбид мо- либдена — 20 4,60 52,5 4,92 56,2 5,30 60,5 5,58 63,7
Кобальт—80, карбид нио- бия — 20 4,57 52,7 4,86 56,1 5,24 60,4 5,39 62,2
Кобальт —80, карбид цир- кония — 20 4,56 54,7 4,90 * 58,8 5,23 62,8 5,44 65,3
Никель — 98, карбид вольф- рама —2 4,31 48,3 4,58 51,3 5,19 58,1 5,57 62,4
Никель — 94, карбид вольф- рама— 6 4,26 • 45,9 4,49 48,4 4,97 53,6 5,38 58,0
Никель — 88, карбид вольф- рама — 12 4,16 44,5 4,30 46,0 4,83 51,7 5,19 55,6
Никель—98, карбид нио- бия —2 4,51 51,1 5,02 56,9 5,26 59,6 5,63 63,8
Никель —95, карбид нио- бия— 5 4,42 50Д 4,57 52,1 4,86 55,4 5,33 60,8
Никель — 90, карбид нио- бия —10 4,39 50,5 4,62 53,1 4,81 55,3 5,27 60,5
Никель — 80, карбид нио- бия — 20 4,27 52,1 4,49 54,3 4,77 56,7 5,16 60,9
7олод\ого прессования, МПа
***1 50$ 600 700 800 900 1000
5.68 5,83 6,32 6,41 6,49 6,56
75,5 77,5 84,0 85,2 86,3 87,2
5,32 73,9 5,54 76,9 5,60 77,8 5,81 80,7 5,93 82,4 6,06 84,2
5,32 68,3 5,63 72,2 5,97 76,6 6,32 81,1 6,49 83,3 « а •
5,74 а • • « • • « • « • "• • • а л
65,5
5,63 « * • • • • «г • • • • • • »
64,9
5,61 • • • « » • • • » * • • • л
67,3
5,86 6,23 6,44 6,61 • • а • а а
65,6 69,8 72,1 74,0
5,67 5,84 6,31 6,49 « л • а • а
61,1 62,9 68,0 70,1
5,49 5,75 6,12 6,22 • « • • •
583 61,6 65,5 663
5,94 6,17 6,45 6,57 • • • • • •
67,3 70,0 73,1 74,5
5,45 5,68 6,11 6,63 • • • • • •
62,1 64,8 70,0 75,6
5,36 5,53 5,92 6,34 • а а • • •
61,6 63,6 68,1 72,9
5,33 5,48 5,87 « • а • • •
63,6 65,8 70,2
Состав шихты. % ... - —у — Плотность при да^^—
100- 200 300 (400
Никель — 98. карбид цир- кония—-2 4,46 50,7 4,78 54,4 5,08 57,8 /,53
Никель —95, карбид цирко- ния— 5 4,38 50,3 4,54 52,1 4,77 54,8 5,12 58,8
Никель—90, карбид цир- кония — ю 4,28 49,9 4,40 51,3 4,67 54,4 5,03 58,6
Титан —90, карбид кро- на-* 10 3,10 66,7 3,39 72,9 3,57 76,8 3,68 79,1
Титан — 92, кварц — 8 2,74 . 65,8 2,92 70,2 3,15 75,7 3,26 78,4
Титан — 92. оксид алюми- ния*—8 2,87 65,2 3,07 69,8 ’3,20 72,7 3,32 75,5
Титан — 99, алюминий — 1 3,02 67,6 3,18 71,7 3,43 76,7 3,67 82,1
Титаи — 97, алюминий — 3 2,97 67,3 3,07 69,6 3,26 73,9 3,54 80,3 г
Титан —95, алюминий— 5 2,88 2,93 3,07 3,15
66,2 67,3 70,6 72,4
Титан—93, алюминий —7 2,81 2,84 2,98 3,06
65,3 66,0 69,3 71,2
Титан—99, карбид тита- на-*- 1 3,05 3,22 3,46 3,61
67,8 71,6 76,9 80,2
Титан — 99, оксид тита- на-*! 3,07 3,28 3,48 3,63
68,4 73.1 .77,6 80,8
Титан —99, оксид цирко- ния—» 1 3,03 67,1 3,23 71,6 3,43 76,1 3,60. 79,8
Примечание. Числитель —плотность, г/сма; знаменатель — относительная плотное*^
>го прессования, МПа
600 700 \ 800 j 900 1000
5,39 6,16 6,50 6,64 1 ' ' 4 f •
67J) 70,1 *3,9 75,5
5,49 5,71 6,07 6,26 ъ а
63,0 65,6 67,7 71,9
5,36 5,52 5,92 6,03
62,3 64,3 68,9 70,3
3.76 3,88 3,94 4,02 4,09 4,15
80,9 83,4 84,7 86,4 87,9 89,2
3.36 3,40 3,43 3,48 3,54 3,59
80,8 81,7 82,4 83,6 85,1 86,3
3,39 1 3,44 3,48 3,53 3,57 3,62
77.1 78,2 79,1 80,2 81,1 82,3
3,76 3,88 3,96 4,03 4,12 4,22
84Д 86,8 88,5 ЭОЛ 92,2 94,4
3,59 3,83 3,89 3,94 4,06 4,14
-
81,4 86,8 88,1 89,3 92,0 93,9
3,27 3,66 3,76 3,81 3,84 3,89
75,2 84,1 86,4 87,6 88,3 89,4
3,19 3,52 3,68 3,72 3,75 3,80
74,2 81,0 85,6 86,5 87,2 88,4
3,74 3,86 4,03 4,19 к < л Л *
83,1 85,8 89,6 93,1
3,71 3,84 4,01 4,11 « «г • tf* *
82,6 85,5 89,3 91,5 А
3,66 3,82 3,97 it 4,03
8М 84,7 88,0 89,3 4*
шихты дая в массовых процентах.
Таблица 6.6. Зависимость плотности заготовок из железного порошка
марки ПЖ4М2 (ГОСТ 9849—74) от давления допрессовки
{промежуточное спекание в водороде при §50 °C, 1 ч) J18]
Рп- МПа Vun Плотность при давлении допрессовки, МПа —
150 300 400 500 600 700 800 tooq 1200
150 4,27 4,86 5,31 5,64 5,90 6,11 6,21 6,33 6,60 6,68
54,3 61,8 67,8 71,8 75,3 78,0 79,3 80,5 83,9 851
300 5,28 5,31 5,80 6,00 6,19 6,27 6,44 6J58 677 6,83
67,3 67,8 74,0 76,6 78,8 79,9 82,0 83,8 86,2 87,0
400 5,59 5,60 6,01 6,16 6,28 6,42 6,58 6,70 6,89 6,97
74,2 71,3 76,6 78,5 80,0 81,8 85,3 87,8 88,8
БОО 5,94 5,98 6,19 6,37 6,47 6,60 6,71 6,80 6,92 7,06
75,6 76,3 78,8 81,1 82,4 84,1 85,5 86,6 88,2 89,9
600 6,20 6,28 6,41 6,53 6,65 6,78 6,83 6,93 6,99 7,09
79,0 80,1 81,7 83,2 84J~ £6,4 87,0 88,3 89,0 9Q,3
700 6,37 6,44 6.70 6,81 6,84 6,94 7,01 7,05 7,20 7,23
81,1 82,0 85,4 86,7 87,1 88,4 89,3 89,8 9Ц7 92,1
800 6,44 6,73 6,90 6,98 7,03 7,09 7,12 7,12 7,16 7,1$
82,0 85,7 87,9 88,9 89,6 90,3 90,7 90,7 91,2 91,5
1000 6,74 6,90 7,05 7,10 7,15 7,19 7,21 7,22 7,25 Г*
86,2 87,9 89,8 90,4 91,1 91,6 91,8 92,0 92,4
1200 7,01 7,10 7,19 7,25 7,28 7,30 7,34 7,38 7,41 7,Ф
89,3 90,4 91,6 92,4 92,7 93,0 93,5 94,0 94,4 90
Примечание. Числитель—плотность, г/см*; знаменатель — относительная плат-
ность, %,
Таблица 6.7. Плотность латунных заготовок после допрессовки
(промежуточное спекание при 800 °C, 1 ч, водород) [412, 503]
рп, МПа _ _ Плотность при уплотненна порошков марок
ПЛ62 ПЛ68 ПЛ80 ПЛ65Н5
£ С >- £ £ £ £ tt р С .р £ э _
200 450 5,08 60,3 5,97 70,7 6,41 76,0 7,44 88,2 5,18 60,3 6,24 72,6 6,30 73,2 7,42 86,3 5,93 68,5 6,86 79,3 6,43 74,2 7,60 87,7 5,61 65,3 6,54 76,1 6,53 75,9 7,56 87.9
П родолжение табл. 6.7
Плотность при уплотнении порошков марок
ПЛ 62 ПЛ68 ПЛ80 ПЛ65Н5
й..мп^ £ £ С К д о*
£ ►* £ >— £ ^ис И »— “Ес
650 6,48 7,95 6,73 7,86 7,26 8,08 6,96 8,03
76,7 94,3 78,4 91,4 83,8 93,4 8U 93,4
900 7.26 8,14 7,33 8,22 7,38 8,29 7,34 8,26
86,1 96,5 85,3 95,6 85,2 95,7 85,4 96,0
1100 7,44 8,20 7,56 8,30 7,64 8,37 7,49 8,32
88,2 97,3 87,9 96,5 88,2 96,7 87,2 96,7
Примечание. Числитель — плотность, г/см8; знаменатель — относительная плот-
вость,%; давление допрессовки равно давлению холодного прессования; -[д и — плотность
и относительная плотность после допрессовки.
Таблица 6.8. Технологические режимы холодного формования
изделий разной степени нагруженности {18, 23, 99, 135, 139,
264, 396, 403, 412, 416]
Материал Малонагру- женные (П < 25 %) Умереннонагр уженные (П < 15 %) Средне- н тяжелонагружен- ные (И < 10 %)
рп, МПа, не менее рп, МПал не менее Рд, МПа. не менее МПа. не менее рд. МПа. не менее
Алюминий 70 200 . 300 300 400
Бериллий 800 800 1000 800 1200
Бронза 150 400 600 600 800
Ваиаднй 500 600 800 800 1000
Железо 400 600 800 800 1000
Кобальт 500 500 800 800 1000
Латунь 250 500 800 600 800
Магиий 100 200 300 300 400
Медь 200 400 600 500 800
Молибден 600 600 800 800 1200
Никель 500 500 800 800 1000
Нихром 500 500 800 Зоо 1000
Олово 30 50 100 Юб 200
Палладий 500 500 800 600 1000
Серебро 120 300 400 300 600
Титан Хром Цинк Цирконий $9,6 % железа 300 400 250 500 600 600 Зоо 600 800 800 400 800 800 800 400 800 1000 1Q00 бОО юоь
400 600 800 800 1000
“ 0,4 % гра- фита ®9 % железа и 800 800 1000
500 800
* % графита
где
пд<*>
Igw+I)-^^0
lg ₽*(«+!) ““ P*(i)
Технологические режимы формования изделий разной степени на1-руЖе^
Й»-Р“д.у«№»пок.нгных ш„т „р«»И»м . табл. ал..б1
6Л.З. Принципы конструирования закрытых
пресс-форм для холодного прессования
Холодное прессование в закрытых пресс-формах включает операции дози.
попки шнхты засып°и шихты в полость пресс-формы, прессования изделия,
вы^жм пад давлением и выталкивания спрессованного изделия. При кой-
^Хомиии писс-форм необходимо стремиться к тому, чтобы все операции
происходили за один цикл работы ПР^С^\
Классификация закрытых пресс-форм. (
П по эксплуатационным особенностям - стационарные и съемвые;
2) по принципу заполнения порошком полости пресс-формы - с весовой
и объемной дозировкой; ______
принципу уплотнения — одно- или двухстороннее,
конструкции матрицы — со сплошной или составной матрицей;
количеству формующихся одновременно изделий — одно- или много-
, 3) no
4) no
5) no
гнездные;
6) no
7) no
8) no
9) no
роду применяемых прессов — специализированных и универсальных';
методу прессования — автоматического и неавтоматического;
количеству слоев прессуемого изделия — одно- и многослойных;
контролю за ходом прессования •— прессование до упора или яр
окончательному давлению;
10) по сложности конфигурации прессуемого изделия — для прессования
изделий определенной группы сложности.
Отнесение изделий к определенной группе сложности можно производил^
пользуясь параметрами, приведенными в табл. 6.9 И на рис. 6.5.
При проектировании пресс-форм для холодного прессования изделий из?
металлических порошков или из шихт на их основе необходимо обеспечить
получение прессовок заданной формы и размеров, плотности и достаточно рав-
номерного распределения ее по сечению при высокой производительности и низ-
кой стоимости производства.
Наиболее легко эти требования выполняются при изготовлении изделий I
и II групп сложности: в первом случае проектирование сводится к определению
размеров матрицы и пуансонов, во втором — кроме того, и стержней. Толщина
стенки матрицы должна обеспечить достаточную жесткость и минимальную
упругую деформацию под действием бокового давления. Размеры по высоте
матрицы, пуансонов н стержня должны обеспечить получение изделия заданной
плотности и надежное выталкивание его из полости пресс-формы. Зазор между
подвижными элементами должен обеспечить надежное перемещение пуансонов
относительно матрицы и стержня, заданную точность изделия и исключить
попадание порошка в пространство между подвижными элементами. Это воз-
можно при зазоре, меньшем минимального размера частиц порошка. Точность
изготовления деталей пресс-формы должна быть на класс выше точности, тр?"
оуемой при изготовлении изделий. Рабочая поверхность матриц подвергается
шлифовке после закалки на твердость до 62 HRC. Рабочая поверхность пуан-
сонов в стержней также подвергается закалке на твердость 58—60 HRC с по-
следующей шлифовкой и притиркой. Нерабочая часть пуансонов и стержней
должна отпускаться до твердости 40—45 HRC. Длина рабочей шлифованной
поверхности пуансонов может быть в пределах 10—20 мм остальная часть
пуаисоноа +- нешлифованная при минимальном количестве надрезов. В месте
перехода от инжней части пуансонов к захватам рекомендуется плавное изме*
иеиие размеров при радиусе ие менее 1 мм. Рекомендуются входные фаски пр»
изготовлеиил матриц. J
Т a и I га 6.9. Классификация порошковых конструкционных по группам сложности [403]
изделий
Груп rd Характеристика сечения Характеристика ограни- Отношение высоты
СЛОЖНОСТИ изделия по высоте (вдоль оси прессования) чивающих по высоте изда- ния поверхностей изделия к мини- мальной толщине стенки
I Неизменное сечение, без отверстия Параллельные плоскости 1—3
II То же, с одним или ве- сколькими отверстиями в направлении прессова- ния » в 8—10
ш То же » » 8—10
IV Изделия с наружным или внутренним буртом » » г 6—8
V То же » > 6—8
VI Изделия с несколькими переходами по высоте, без Отверстий » »
VII Несколько наружных или внутренних переходов при наличии отверстий в направлении прессова- ния Непараллельные плоскос- ти или криволинейные поверхности, пересекаю- щие ось прессования
При изготовлении деталей III группы сложности для улучшения распре-
деления плотности по сечению изделия рекомендуется относительное перемеще-
ние матрицы и стержня (плавающая матрица или плавающий стержень).
Изделия IV и V групп сложности имеют переходы по высоте (например,
втулки с наружным или внутренним буртом). Для обеспечения равномерной
плотности по сечению изделия необходимо применять составные пуансоны
с независимо перемещающимися элементами или проводить формование высту-
пающих элементов изделия нз неподвижных деталях пресс-формы (матрица
или стержень).
Условие достижения равномерной плотности в данном сечении изделия
Я = _ ?_ (6.5)
А Л1 ” Vh ’
высота слоя порошка в пресс-форме в соответстнующих сечениях;
Ах — высота изделия в этих же сечениях; у, ун — плотность спрессованного
изделия и насыпная масса порошка.
Для улучшения равномерности распределения плотности в местах пере-
ходов от одного сечения изделия к другому рекомендуется предусмотреть фас-
и на пуансонах или неподвижных элементах пресс-форм или обеспечить при-
ожение усилий к составным верхнему и нижнему пуансонам, пропорциона
„ * площади проекций элементов прессуемой детали. В последнем слу
uJ?,0THeHHe протекает равномерно, практически без «перетекания» п Р
„ полостями. Целесообразно также изготовление деталей в три д
Дпрвссовка бурта; уплотнение хвостовика; полное уплотнение изД®л'
вм»„^зле^ия VI и VII групп сложности имеют большее число пер Д
°те‘ ^ля обеспечения равномерного распределения плотности 1зд_ Р й
еиявдт составные верхние и нижиие пуаисоны. После образования з ут°
Рис. 6.5. Классификация прессуемых изделий по группам сложности
полости матрицей и составными пуансонами производится перемещение порошка
з полрсть» образованную верхними пуансонами, подпрессовка буртов, уплотне-
иие нижней и верхней частей изделий и его полное уплотнение. При необходи-
мости создания кольцевых пазов формующему пуансону необходимо придать
конусообразную форму с обеих сторон с углом наклона образующей до 5—10°.
Характеристика элементов конструкции закрытых пресс-форм дана
в табл. 6.10.
Таблица 6.10. Классификация элементов закрытых пресс-форм [403]
, Группа сложности Характеристика подвижности элементов пресс-формы относительно матрицы Характеристика элементов пресс-формы
Пуансон нижний Игла Матрица Пуансоны Игла
I * Неподвиж- ный — Без переходов по вы- соте Несоставные —
II Подвижный Неподвиж- ная То же » Без пере- ходов по высоте
III > Подвижная 9 » То же
IV » Неподвиж- ная 9 Нижний — составной г
V » Подвижная Небольшое измене- ние сечения по вы- соте для формования буртов То же- »
VI » — С переходами по вы- соте Составные »
VII » Подвижная То же С перехода- ми по вы- соте
6.2.4. Расчет пресс-форм
Исходные данные для расчета:
h — высота прессовки;
. D — диаметр прессовки;
d — диаметр отверстия в прессовке;
?пр, усп — средняя плотность прессовки и спеченного изделия;
Vinp’ ?icn — минимальное значение плотности прессовки и спеченного изде-
лия;
?2пр> ?2сп — максимальное значение плотности прессовки й спеченного изде-
лия;
Ун— насыпная масса порошка;
8Г — радиальные упругие последействия после холодного прессова
НИЯ, % ’ яа.
8а — аксиальные упругие последействи я после холодного пресс
ння, %;
$,,==~l7 ЮО — объемные изменения при спекании (усадка или рост), %;
100—радиальные изменения диаметра при спекании (усадка или
рост), о/о;
Табл ива 6.11. Последовательность расчета общей высоты матрицы J403J
Определяемая величина Формула
Пределы массы готового изделия Плотность изделья после спекания Объем изделия после спекания Высота изделия после спекания при калибровании с припуском! положител ьным отрицательным Пределы массы прессовки Объем прессовки Плотность прессовки Высота прессовки: рост при спекании усадка при спекании Высота слоя порошка а матрице Общая высота матрицы « * М" tc L J5- ’ + с3" е3" 5н ~ 11 И || Ц 11 к н 11 as II g g ‘IT II ’ll S5 s 5 * S £ £ + r s+ si f V-+ T LT I -° b7 L в s? st * * ii “I* . <3® jp1 о о о о о S® а- ' 4* — и х — S .Q .2 ° о ,я - Я - § 8 ~ Г о ? о 8 4- ' - о -4- о 4- ~ <т <гл
Таблица 6.12. Последовательность расчета размеров рабочей полости матрицы (по рис. 6.14)
Определяемая геличина 4 Формула
Номинальный размер полости матрицы Припуск на износ матрицы Максимально допустимый размер от- верстия матрицы где Дм- Dm = Z?mhhI1 М МНИ А [ (jy ±ioo±PkD11 100/ AD = D‘a — Du Ajf, - допуск отверстия матрицы при ее изготовлении л* — П (f —) 4 ^м — ^макЦ' 100/ . SrD „7 4 100 * Пк$ V 100 —.
Продолжение табл. 6.12
Определяемая величина Формула
Минимальный размер изделия после калибрования Размер рабочей части полости калиб- рующей матрицы Размер изделия после спекания при калибровании с припуском: положительным отрицательным Размер прессовки: рост при спекании усадка при спекании Размер рабочей полости матрицы Омии = D + до. где До — допуск радиального размера де- тали согласно чертежу °к = омив0-“/Ю0) г- Dcn = D П Dnp = Deno-6r/m) Onp^cnO+Sr/lOO) Ом = °прО-М100)
Таблица 6.13. Последовательность расчета размеров
матрицы [403]
Определяемая величина Формула
Осевое усилие прессования P = (p + Ptp)F,
где F — площадь сечения прессовки,
Потери давления на внешнее трение FT
°тр = ^0 ~Р'
где f—коэффициент трения порошка
о стенки матрицы; FT— площадь поверх-
ности трения
Боковое давление рб= су"
(для железного порошка т = 6,8, е —
= 0,0725)
Соотношение наружного и внутрен- 1 1°р\ \1/г
него диаметров сплошной матрицы <из условий жесткости а = 2 -5- 4)
где | Ор | — допустимое напряжение раз-
рыва материала матрицы
^ттЬНИ величина приращения матрицы*1 ** ПОВерхнос™ со' е =£?Z’+Jioo еч вв Е а — 1 /
Таблипа 6.14. Расчет пуансонов [403]
Определяемая величина Формула
Сжимающее напряжение °СЖ “ ' ®сж Ь где Fn —площадь наименьшего поперед ного сечения пуансона; [ асж | — допусти- мое напряжение на сжатие материала цу. ансона
Критическая нагрузка при продольном изгибе 1 2ягЕ1„ Р 2 гкр /2 П
Максимальная длина свободной части пуансона /2£/и где /п — момент инерции наименьшего сечения пуансона; Е модуль Юнга; па — коэффициент безопасности (п = = 2-5-3)
Таблица 6.15. Последовательность расчета размеров
стержня [403]
Определяемая величина Формула
Максимальный размер отверстия после dMaIf„ = 4" Дв
калибрования
Размер калибрующего стержня rfK = ^aKC(l-Sr/100)
Размер отверстия после спекания при калибровании с припуском:
положительным SL а и 1 а я
отрицательным ^СП 4* Пк
Размер отверстия после прессования:
при спекании ^p = rfCn (1-М00)
усадка при спекании ^ = ^0 4-^/100)
Рабочий размер стержня в результате упругих последействий:
увеличение отверстия rfcT = rfnp (1-вг/ЮО)
уменьшение отверстия dCT = dffp(I4-er/100) Ad — d^ * ^ст Дст’ где Дст—допуск при изготовления стержня
Припуск на износ стержня
Минимально допустимый размер d„ = dm (1 ± ег/100) ±
стержня ± Sr/100 ± Пк ± Щг/100 .
Таблица 6.16. Выбор пресса для холодного прессования
в закрытых пресс-формах (по рис. 6.15)
Определяемая величина Формула
Мощность пресса Р = k3pF, где k3— коэффициент запаса (йа= 1,25 ч- 1,30)
Усилие выталкивания Р >. Р выт вып' где Рвып — усилие выпрессовки
Ход верхнего пуансона ^В0 =
* где — расстояние от нижнего торца» пуансона до верхнего торца матрицы» Л1 = йц + h6; hg — высота кассеты-пнта- теля; hg — зазор безопасности; hB — путь, прессования
Расстояние между столом пресса и Нр = М + #ВП + + й*»
ползуном в верхнем положении где й3, Й4 — толщина плит верхнего пу- ансона и матрицы;
Открытая высота пресса #пр^р
Ход выталкивателя Явыт>^м н
Часовая производительность 3600пг 3600пг $= t ~ * 1х “общ где /х — время одного рабочего хода;: ^общ — Длительность цикла прессования; пг — число формующих гнезд пресс- формы
Таблица 6.17. Пикнометрическая плотность чистых металлов [462]
Металл Тт» г/см» Металл Тт, г/см» Металл Тт» г/см» Металл 1 Тт» г/см»
Алюминий 2,71 Иридий 23,36 Ниобий 8,57 Тантал 16,6
Бериллий 1,816 Иттрий 4,55 Олово 5,75 Титан 4,50
Бор Ванадий 2,33 Кадмий 8,65 Осмий 22,48 Торий 11,66
6,10 Кальций 1,55 Палладий 12,017 Углерод 3,514
Ьисмут Вольфрам Гафний Германий Железо Золото Мидий 9,84 Кобальт 8,862 Платина 21,5 (алмаз) 2,253
19,23 Кремний 2,330 Рений 21,02 Углерод
13,09 Магний 1,74 Родий 12,48 (графит) 7,16
5,323 Марганец 7,46 Свинец 11,34 Хром
7,86 Медь 8,92 Серебро 10,49 Цинк 7,14
19,30 7,31 Молибден Никель 10,20 8,963 Сурьма 6,69 Цирко- ний 6,490
Рис. 6.6. Схема к расчету общей высоты Матрицы
S 100—аксиальные изменения ио высоте
° h
при спекании (усадка или рост), о/о;
g _ 100 — относительное изменение площади
S поперечного сечения при спека-
нии, %;
Лк— припуск иа калибрование линейных
размеров;
шг— радиальные упругие последействия
после калибровки,, %;
шв—аксиальные упругие последействия
после калибровки, %;
Дз„
§ _____“ ЮО — относительное изменение площади
к s
поперечного сечения при калиб-
ровке, %;
X___прирост плотности при калиброва-
нии или повторном прессовании, %;
Рис. 6.7. Схема к выбору пресса для холодного прессования в закры-
тых пресс-формах
a
в
Рис. 6.8. Кинематическая схема пресс-формы для двухстороннего прессованна
изделий при неподвижной матрице:
а — заполнение рабочей полости пресс-формы порошком; б — прессование; в — выталкива-
ние изделий.
Рис. 6.9. Кинематическая схема пресс-формы для двухстороннего
прессования с неподвижным стержнем:
о —ааполнение рабочей полости пресс-формы порошком; б — прессование;
в — выталкивание иаделий
Рис. 6.10. Схема автоматической пресс-формы е неподвижной матрицей:
в — исходное положение; б —• заполнение рабочей полости пресс-формы порошком; в «
прессование
а
5
Рис. 6.11. Схема формования вту-
лок с наружным буртом:
<в —- наполнение рабочей полости
мы порошком; б — прессование
пресс-фор.
Рис. 6.12. Схема формования втулок с
внутренним буртом:
а — заполнение рабочей полости пресс-формы
порошком; о — прессование
£—уменьшение массы изделия
при спекании за счет выгора-
ния смазск, восстановления
окислов, %;
hB — величина захода в матрицу
верхнего пуансона;
Ли — величина захода в матрицу
нижнего пуансона;
V— объем готового изделия;
До-,-допуск рабочего размера де-
тали по чертежу.
Схемы расчетов общей высоты матри-
цы, рабочей полости матрицы, пуансонов,
стержней приведены в табл. 6.11—6.15.
Необходимая мощность пресса для прес-
сования изделий и основных его размер-
ных элементов определяется по формулам.,
приведенным в табл. 6.16.
В табл. 6.17 даны значения плотнос-
ти различных металлов, которые исполь-
зуют при расчете массы изделий, их от-
носительной плотности или пористости.
Схемы к выбору пресса, расчету пресс-
форм, а также основные кинематические
схемы пресс-форм показаны на
рис. 6.6—6.10.
Схемы перемещения рабочих элемен-
тов пресс-форм при формовании деталей
типа *втулка с буртом» представлены на
рис. 6.11 и 6.12.
При изготовлении изделий повышен-
ной сложности применяют разрезные мат-
рицы (рис. 6.14).
Рис, 6.14, к выбору места разреза разрез-
ных матриц:
о— неправильно; б — правильно
6Л.5. Принципы конструирования пресс-форм
для допрессовки и калибрования изделий [11S, 403, 531]
Калибрование спечевных изделий производят для устранения коробления
и повышения точности размеров, а также для повышения плотаости. Требуемая
величина рабочих ходов подвижных частей прессов и пресс-форм значительно
меньше, чем при холодном прессовании: рекомендуется величина хода плун-
жера. превышающая высоту калибруемого изделия в 4—6 раз. Припуск под
калибрование должен быть минимальным (изменение плотности изделий при
калибровании ие более 1—3 %):
ПК = 1^ЬСТ, (6.6)
ГАе , (O-Wct#
Н и Н1 — высота изделия до калибрования И после него; D В Р} — диаметр
изделия до деформации и после нее; и — толщина стенки до калибра,
ваиия и после него соответственно.
Калибрование и допрессовывание вызывают упругую и пластическую дефор-
мацию изделия. Усилие калибрования и допрессовывания определяется потерями
иа треиие изделия о рабочую поверхность пресс-формы, а также работой уплот-
нения порошкового материала.
Усилие обжатия пористой заготовки определяется ее материалом, его плот-
костью, смазкой, чистотой обработки материала матрицы и стержня пресс-формы,
а также формой входных кромок матрицы и стержня. Часто входная кромка вы-
полвяется ковусиой. Угол конуса составляет 1-2°. Место перехода от конусной
поверхности к цилиндрической скругляется по радиусу, величина которого при-
мерно равна высоте рабочей части кромки. В случае больших (выше 3°) углов
наклона входных кромок матрицы и стержня сдвиговая составляющая усилия ка-
либрования настолько возрастает, что это приводит к разрыхлению поверхностных
слоев материала и даже появлению сквозных поясных трещин в стенках калиб-
руемых изделий.
Составные матрицы скрепляют обоймами. Обойму рекомендуется выполнять
цилиндрической иезависимо от конфигурации внутренней полости матриц.
Рекомендуется тщательно обрабатывать рабочую поверхность пресо-инстру-
меита (шлифование и притирка), наносить смазку (жидкую или твердую) путем
смазывания рабочей поверхности пресс-формы или за счет предварительной
подготовки уплотняемых изделий (галтовка р барабане е твердой смазкой илй
пропитка машинным маслом).
Пресс-инструмент для калибрования и допрессовывания должен конструи-
роваться при условии обеспечения максимальной жесткости е минимальным
числом и величиной зазоров между движущимися элементами е целью сниже-
ния эксцентриситета. Рекомендуется создание устройств, обеспечивающих точ-
ную установку, ориентацию изделий и их устойчивость в начале допрессовы-
вания или калибрования. Для предотвращения образования трещин наружные
поверхности изделий следует калибровать раньше, чем отверстия. Калиброван-
ная поверхность должна находиться в контакте с соответствующим калибрую*
щим элементом до окончания последней стадии калибрования. При обработке
сложных изделий необходимо применять составные пуансоны для калиброва-
ния каждого перехода. Следует применять схемы калибрования, обеспечиваю-
щие последовательную обработку поверхности изделий с целью снижения уси-
лия калибрования.
Типичными изделиями I—III групп сложности являются цилиндрические
втулки. Для обеспечения хорошей чистоты поверхности, прочности носадки
втулок в корпусе целесообразно одновременное калибрование наружной и внут-
ренней поверхностей. После запрессовывания втулки в корпус внутреннюю
поверхность втулки можно калибровать шариками.
Типичными изделиями IV и V групп сложности являются втулки с наруж-
ным или внутренним буртом. Калибрование производят обжатием втулки в замк-
нутом пространстве, образованном матрицей, стержнем и пуансонами. По окон-
чании калибрования деталь выталкивают нижним пуансоном.
При калибровании изделий VI—VII групп сложности необходимы при-
способления для ориентирования, например плавающие стержни. После ориен-
тации детали подвергают обжатию в рабочей полости пресс-формы.
В табл. 6.18 приведены марки сталей для изготовления деталей пресс-форм.
Таблица 6.18. Материалы для изготовления деталей пресс-форм,
предназначенных для холодного формования порошков
и допрессовки спеченных изделий [403]
Детали пресс-форм Рекомендуемый материал для изготовления деталей пресс-форм Твердость
Далон агру женные изделия Мелкосерийное производство
Матрицы ХВГ, 9ХС, 7X3, 5ХНМ, 5ХМВ 55—60 HRC
Пуансоны ХВГ, 9ХС, 7X3, 5ХНМ, 5ХМВ ХВГ, 9ХС, 7X3 50—55 HRG
Стержни Вспомогательные 50—55 HRC
рабочие детали Ст. 45, Ст, 40 40-45 HRC
Среднесерийное производство
Матрицы ХВГ, 9ХС, 5ХНМ, 7X3 55—60 HRC
Пуансоны ХВГ, 9ХС, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ 50—55 HRC
Стержни Вспомогательные ХВГ, 9ХС, БХНМ, 5ХНВ 50—55 HRC 40-45 HRC
рабочие детали Ст, 45, Ст. 40
Крупносерийное производство
Матрицы* Пуансоны Стержни* Вспомогательные ЗХ2В8, 38ХНМЮА, 4Х4МВФС, 5ХЗВЗМФС ХВГ, 9ХС, 4Х8В2ФС, 4Х4МВФС, . ЗХ2В8, 38ХМЮА, 4Х4МВФС, 5ХЗВЗМФС HV —9,0—9,5 ГПа 50—55 HRC
HV—9,0—9,5 ГПа
40-45 HRC
рабочие детали Ст, 40Х, Ст, 45, Ст. 40
Умереннонагру ж ей иые изделия Мелкосерийное производство
Матрицы ХВГ, 9ХС, БХНМ, 7X3 55—60 HRC
Пуансоны ХВГ, 9ХС, 5ХНМ, 7X3 50-55 HRC
Стержни ХВГ, 9ХС, 5ХНМ, 5ХНВ 50—55 HRC
Вспомогательные 40-45 HRC
рабочие детали Ст. 45, Ст. 40
Среднесерийное производство
Матрицы 9ХС, БХНМ, 5ХНТ, 7X3, ХВГ Б5—60 HRC
Пуансоны 9ХС, БХНМ, БХНТ, 7X3, ХВГ 50—55 HRC
Стержни Вспомогательные Х12М, Х12Ф, БХНМ, 5ХНВ 52—56 HRC
_ рабочие детали Ст. 40Х, Ст. 45, Ст. 40 40—45 HRC
Детали пресс-форм Рекомендуемый материал для изготовления деталей пресс-форм Твер дои>
Крупносерийное производство
Матрицы*
Пуансоны
Стержни*
Вспомогательные
рабочие детали
ЗХ2В8, 4Х4МВФС, 5ХЗВЗМФС
4Х8В2ФС, 4Х4МВФС, 9ХС
4Х8В2ФС, 4Х4МВФС, 5ХЗВЗМФС,
ЗХ2В8
У8, Ст. 40Х, Ст. 45
HV — 9,0-9,5 ГПа
50-55 HRC а
HV —9,0—9,5 ГПа
40—45 HRC
Средне- и тяжел онагруженяые изделия Мелкосерийное производство
Матрицы Пуансоны Стержни Вспомогательные рабочие детали Х12Ф1, Х12Ф, К12М, 9ХС, 5ХНМ 9ХС, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ, ХВГ Х12Ф1, Х12Ф, Х12М, 9ХС, 5ХНМ У12, У10, У8, Ст. 40Х 57—62 HRC 52—56 HRC 57—62 HRC 40—45 HRC
Среднесерийное пре Матрицы ИЗВОДСТВО Быстрорежущие стали Р9, Р6М5КЗ 60-62 HRC
Пуансоны 4Х4МВФС, 5ХЗВЗМФС, Х12Ф1, Х12М 55-60 HRC
Вспомогательные рабочие детали У12, У10, У8, Ст. 40Х 40-45 HRC
Крупносерийное производство
Матрицы Твердые сплавы ВК8, ВКП, ВЮ5> КХН1К 87—90 HRA
Пуансоны Быстрорежущие стали Р9, Р6М5КЗ 60 -62 HRC
4Х4МВФС, 5ХЗМФС» Х12Ф1 55—60 HRC
Стержни Вспомогательные Быстрорежущие стали Р9, Р6М5КЗ 60—62 HRC
рабочие детали , У12, УЮ, У8, Ст. 40Х 40-45 HRG
е 4 а и н е'. '^етали’ помеченные «звездочкой», подвергают азотированию; оо тальяые, кроме деталей иа твердых сплавов, - закалке и отпуску.
Относительное приращение радиуса внутренней поверхности
составной матрицы под действием бокового давления в процессе
прессования порошка или при допрессовке спеченных изделий
в табл. 6.19.
Зависимость коэффициента бокового давления от плотности
имеет вид (421];
стальной
холодного
приведено
прессовок
(6.7)
5 = С у».
При уплотнении железного порошка е = 0,00153, т = 2,85 (404]. йдармй
Упругое изменение размеров изделий после выпрессовки из п₽ес^-Ду.
определяется упругими изменениями ее рабочего пространства, а также .
тими последействиями прессовок е. Упругие изменения элементов пре Vй
определяют, используя данные теории упругости. 1412}
Упругие последействия при уплотнении" двухкомпонентных ших
в =» еор2/3,
е0 = 8j (1 — ри) e2Pv,,
(6.8)
Тяблина 6.19. Относительное приращение радиуса внутренней поверхности
стальной составной матрицы вга (%) в процессе холодного прессования
или допрессовки (403]
Л* 1 1 « 1 9 вЛв. % прн боковом давлении pg, МПа
40 100 200 300 400 500
2.0 0,024 0,060 0,120 0,180 0,240 0,300
2,5 0,018 0,045 0,090 0,135 0,180 0,225
3,0 0.015 0,038 0,076 0,114 0,150 0,190
3,5 0,013 0,032 0,064 0,096 0,130 0,160
4.0 0,012 0,029 0,058 0,087 0,120 0,145
где «1 и — упругие изменения размеров прессовок для первого и второго
компонентов; р0— объемная доля второго компонента, 0 < рв < 1.
В случае радиальных и аксиальных упругих последействий величины
еп и ев0 описываются соотношениями [412]:
_ 75 /£в 2/3 Г /3 (1 - НТ W8
Вг0 ~У1\£1 L2/2d + /2)fj
/£В\2/ЗГ /3(1-И2)2 11/3
вв1-15<Ц£^ [2j/-2(l +/а)£] ’
(6.9>
(6.10)
где р — давление холодного прессования; Е — модуль Юнга; Ев — релакси-
руемый модуль упругости; и — коэффициент Пуассона; f — коэффициент тре-*
ния материала частиц о материал матрицы.
Соотношение аксиальных и радиальных упругих последействий составляет
2/2 [412].
Значения коэффициента бокового давления при холодном прессовании
железного порошка приведены в табл. 6.20.
Таблица 6.20. Боковое давление при холодном прессовании
железного порошка ПЖ2М1 по ГОСТ 9849—81 [404]
Т, г/см* р, МПа Pi, МПа Е 1, г/сма р МПа pg, МПа е
4,52 148,8 22,3 0,150 6,40 549,3 212,0 0,386
4,92 205.6 37,0 0,180 6,51 608,9 243,5 0,400
5,17 259,8 50.9 0,196 6,61 666,5 278,6 0,418
5,51 316,7 75,2 0,247 6,73 734,9 316,0 0,430
5,76 352,2 106,9 0,285 6,88 780,5 359,0 0,460
6.00 434,7 143,4 0,330 6,94 895,4 463,0 0,495
6,17 476,3 165,3 0,347
6.2.6. Горячее прессование деталей из порошков
„.„Технология горячего прессования изделий из порошков еще не
»яи₽°кого Распространения, однако она привлекает все „ более
к как позволяет получать изделия практически без пор, обладании
высокой прочностью и пластичностью. Обычно горячей деформации подвергают
спрессованные иа холоду заготовки. Последние нагревают в печах с защитной
газовой средой и затем подают в матрицу пресса.
Принятые температуры нагрева заготовок под горячую деформацию двд
разных металлов характеризуются данными табл. 0.21.
Таблица 6.21. Технологические режимы горячей штамповки изделий
из порошков [141, 264, 403]
Материал *гш> W гш. кДж/см3 Материал w ГНИ кДж/см*
Д тплминяй 420—520 785 Нихром 1050—1200 1800
Бериллий Бронза ПйийпйЙ 1000—1150 700—800 1900 1400 Палладий Серебро 1000—1150 650-750 1500 900
1400-1500 1850 Титан 950—1250 1800
Железо Кобальт 1050-1150 1750 Хром 1300—1500 2000
1000—1150 1600 Цинк 250—350 500
Латунь Магний 750—880 1303 Шихта железо-]- 1050-1150
450—550 700 +0,4 % графита 1800
Медь 800-950 950 Шихта железо+ 1050-1150
Никель 1050—1150 1650 + 1 % графита 1900 “ “ 1
Степень уплотнения материала изделий зависит от температуры нагрева,
давления и времени прессования, а также некоторых других факторов.
В табл. 6.22 показано влияние на плотность и относительную плотность порош-
ковых сред таких факторов, как давление и время нагружения при горячем
прессовании, а также температура предварительного нагрева.
Таблица 6.22. Влияние параметров горячего прессования
на плотность изделий [449]
Материал р, МПа f, °C X, мнн 7, г/см8 •> %
Бериллий 3,5 960 30 1,64 88,8
3.5 1000 30 1,68 91,1
3,5 1050 15 1,60 86,8
3,5 ИОО 15 1,67 90,4
3,5 1115 30 1,84 99,2
5,3 1075 30 1,84 99,2
5,3 1125 30 1.84 99,2
7,0 1030 30 1,71 92,7
Бронза БрОЮ 7.0 1070 30 1,84 7,03 99,2
278 300 2.5 79,8
400 300 2,5 8,40 95,2
Железный по- 790 300 2,5 8,80 99,8
рошок 47 63 800 800 1.0 1.0 7,10 7,46 90,4 95,0
, 63 900 1.0 7.44 94,8
63 79 1100 1100 1.0 1.0 7,46 7,48 95,0 95,1
. ————
Материал МПа t, *с t, мин 1, г/см* «. %
126 900 1,0 7.75 98,8
126 1100 1,0 7,77 99,0
157.5 500 2,5 6,38 81,8
157.5 500 7,5 6,71 85,3.
157,5 600 1,0 6,70 85,2
157,5 600 2,5 6,89 87,5
157,5 600 7,5 7,05 89,6
157,5 700 1,0 7,32 93,0
157,5 700 2,5 7,52 95,6
157,5 700 7.5 7,58 96,4
157,5 780 2,5 7,71 98,0
157,5 780 7,5 7,76 98,7
300 500 1.0 7,05 90,0
300 600 1.0 7,42 94,8
300 700 1.0 7,76 98,9
473 500 1,0 7,42 94,6
473 600 1,0 7,78 99,1
550 500 1.0 7,45 95,2
800 500 1,0 7.70 98,1
Латунь Л65 157 300 5,0 7,00 82,6
278 300 5,0 7,10 83,8
400 300 5,0 7,50 88,5
790 300 5,0 8,00 94,4
157 500 5,00 8,10 95,6
278 • 500 5,0 8,25 97,4
400 500 5.0 8,35 98,4
790 500 5,0 8,45 99,8
Латунь Л60 790 500 5,0 8,38 99,7
790 700 5,0 8,38 99,7
Латунь Л55 790 300 5,0 8,19 98,7
400 500 5,0 8,24 99,3
790 500 5,0 8,30 100
Медь 11 800 5,0 8,38 93,1
400 200 5,0 8,20 92,0
400 300 5,0 8,40 94,5
400 400 5,0 8,63 96,8
400 500 5,0 8,75 98,5
790 200 5,0 8,77 98,3
790 300 5,0 8,90 99,6
790 500 5,0 8,91 99,7
1575 250 5,0 8,37 94,3
1575 300 5,0 8,37 99,3
1575 400 5,0 8,89 99,6
Титан 150 800 5,0 4,35' 96,7
150 800 10,0 4,45 98,9
150 800 15,0 4,48 99,6
150 850 1,0 4,34 96,4
1Ь0 850 5,0 4,41 98,0
150 850 10,0 4,47 99,4
150 850 15,0 4,49 99,7
150 900 1,0 4,35 96,7
150 900 5,0 4,37 97.1
150 900 10,0 4,50 100
Матер вал р, МПа t, °C 1, МИН Т, г/сма %
Титан + 5 % 150 850 1,0 4,13 93,8
алюминия 150 850 5,0 4,16 94,6
150 850 10,0 4,17 94.6
150 850 15,0 4,21 95,6
Титан 4-7.5 % алюминия 150 150 850 850 1,0 5.0 3,98 4,05 91,6 93,2
150 .850 10,0 4,15 95,4
150 850 15,0 4,18 96,0
150 850 20,0 4,23 97,2
Хром 400 1000 120 5,50 76,4
400 1100 120 5,90 81,9
400 1200 120 6,10 84,7
400 1300 120 6,35 88,2
400 1500 120 6,50 90,2 —
6.2.7. Спекание
Спекание — термическая обработка, которой подвергают сформованный
из порошков изделия. Операция спекания состоит в нагреве и выдержке при
Т = (0,7 -4- 0,8) Тщ) основного компонента спекаемой композиции. При изго-
товлении деталей из легированных порошков (или смесей компонентов) темпера-
тура спекания составляет (0,85 -5- 0,92) Тпл.
При спекании изменяются линейные размеры: в' большинстве случаев про-
исходит их уменьшение — наблюдается усадка и резко повышаются физикс-
мехаиические свойства. Усадка и изменение прочности и пластичности спекае-
мых материалов определяются комплексом физических и химических процесс
сов, протекающих при нагреве' пористых тел: окисления —восстановления^
диффузии, крипа и рекристаллизации (531].
Структура и свойства спеченных изделий определяются составом -спекае-
мых материалов (одно- или многокомпонентных), формой и размером изделий,
структурой, дисперсностью и активностью (при спекании) частиц порошка,
условиями нагрева, влиянием защитной среды, влиянием тормозящих или акти-
вирующих процесс химических и физических факторов.
Многокомпонентные порошковые материалы могут спекаться, в твердо-
фазном состоянии при неограниченной растворимости компонентов (медь —
никель, железо — никель, кобальт — никель, медь — серебро, медь — золото,
золото •— серебро, молибден — вольфрам и др.), при ограниченной раствори-
мости (медь железо, железо — медь —1 углерод, железо — углерод, вольф-
рам — медь, молибден — медь, вольфрам — никель — медь, молибден — ни-
кель — медь, вольфрам — серебро и т. д.) или при полном отсутствии раство-
римости компонентов (металл — стекло, металл — ситалл, металл — оксид,
хром — оксид алюминия, алюминий -- оксид алюминия, магний — окись маг-
ния, никель — оксид тория). В последнем случае взаимодействие компонентов
определяется процессами на границе раздела металл—оксид металла —оксид-
ный компонент.
Жидкофазное спекание наблюдается при спекании материалов таких си-
'™',!!пайк1.*“езо“медь (1094 °с)> железо — фосфор (1050 °C), молибден —
медь (1083 С), вольфрам - медь (1083 °C), молибден - серебро (960 °C), воль-
фрам - серебро (960 медь - свинец (326 °C), медь - кадмий (549 °C) и ДР-
о некоторых случаях жидкая фаза- при спекании присутствует не все время-
реактивная диффузия способствует появлению более тугоплавких фаз и спека-
ние происходит в твердой фазе (например, в системах медь — олово, алюми-
ний — никель — кобальт).
При хорошей смачиваемости спекаемого изделия tt металлического или
неметаллического расплава происходит пропитка пор заготовки. В этом слу-
чае можно получить практически беспористый материал (например» в систе-
мах железо — медь, молибден — медь, вольфрам — серебро, медь — свинец,
железо — стекло).
Повышение длительности и температуры спекания, дисперсносги порош-
ков, введение легирующих добавок, способствующих улучшению смачивания
компонентов, применение активирующих газовых сред (например, галогенсо-
держащих), приложение небольших нагрузок способствуют повышению усадки
плотности и физико-механических свойств изделий. В некоторых многокомпо-
иевтных системах с различными парциальными коэффициентами диффузии
одного компонента в другой и обратно образуется диффузионная пористость
(эффект Киркендалла) И вместо усадки наблюдается рост изделий (особенно
при их высокой плотности).
Значительно активируетси усадка при наличии жидкой фазы. Максималь-
ное ее значение наблюдается при заполнении пор 50 %-ным (по объему) металли-
ческим или неметаллическим расплавом, минимальное — при полном заполне-
нии пор.
Спекание обычно проводят в защитной среде, предотвращающей окисление
металлической основы. Защитные среды бывают газовыми (водород, аргои, ге-
лий, конвертированный газ, диссоциированный газ), жидкими (расплавы со-
лей, стекол или металлов), твердыми (порошковые среды, например актнвиро-
Таблица 6.23. Температуры спекания однокомпоиентных материалов
[46, 99, 135, 139, 153, 415, 525, 531, 532]
Металл 'сп. °с Металл °с Металл t °с
Алюминий Бериллий Ванадий Железо Иридий Кобальт 480—520 1050—1200 1400—1500 1100—1200 1800—1950 1050—1150 Магний Медь Никель Палладий Платина Серебро 480—520 750—950 1050—1150 1100—1200 1250—1400 650—750 Тантал Титан Хром Цирконий 2200—2400 1200—1300 1350—1500 1300—1450
Таблица 6.24. Температуры спекании сплавов [46, 135, 139, 416, 503, 531]
Основа Легирую- щий элемент Массовая доля, % <сп> °с | Основа Легирую- щий элемент — - < Массовая . доля, % « f WW} 1 J *сп> °C
Алюми- ний Железо Магний Железо Кремний Магний Медь Бор Кремиий Марганец » Молибден Никель Углерод Алюминий Марганец Цинк 1.7 10 6 5,7 0,4 4 5 10 10 10 0,4 12 3,3 8,4 480—520 500—550 380—420 470—520 1100—1200 1150—1250 1100—1250 1150—1300 1150—1250 1150—1250 1100—1200 370—420 560—600 280—420 Медь Никель Алюминий в Бериллий Марганец Никель Олово > Цинк У глерод Хром Цинк Медь Фосфор Хром 4 8 2.7 10 15 5 10 20 0,8 10 38 1 20 0,2 20 / 900—1000 1 800-980 750—820 800—880 900—J000 780—860 700—760 850—920 1050—1150 1150—1250 820—860 1000—1100 750—820 1150—1250
Ванный уголь, Графит, порошки химически активных металлов). При изготов-
лении изделий из тугоплавких металлов используют и вакуумное спекание.
При небольших обьемах производства изделии спекают в контейнерах
с плавким затвором, под слоем расплавленного стекла или при наличии предва-
рительно нанесенного защитного металлического *и ли неметаллического покры-
тия. При массовом производстве спекание изделий производят в печах (муфель-
ных или проходных) с защитной средой.
Температуры спекания некоторых металлов я сплавов приведены
В Табл. 6.23, 6.24.
6.2.8. Термическая обработка
Термическую обработку обычно проводят при наличии полиморфных пре-
вращений в сплаве, изменении растворимости одного компонента в другом
е изменением температуры в твердом состоянии. В ряде случаев создание задан-
ных структуры и субструктуры в сплаве достигается совместным воздействием
температуры и деформации (термомеханическая обработка).
В процессе термической обработки материала, имеющего полиморфное
превращение, происходит изменение кристаллического строения в интервале
температур от нижней А1 до верхней критической точки.
В случае переменной растворимости добавляемого элемента в основном
компоненте в процессе охлаждения пересыщенного твердого растиора проис-
ходят структурные изменения, сиязанные с выделением избыточного компо-
нента (ивленяе старения).
При нагреве предварительно деформированных материалов протекают
процессы возврата и рекристаллизации, приводящие к изменению микрострук-
туры, сияжеиию прочности и повышению пластичности.
Способность стальных изделий к термической обработке (закаливаемобтв-,
прокаливаемость), определяется составом стали, теплопроводностью, скоростью5-
охлаждения, размером в формой изделий и т. д.
В порошковых конструкционных материалах на железной основе необхо-
димо учитывать влияние пористости, снижающей теплопроводность, степень
переохлаждения вустенита и прокаливаемость. Эго вызывает необходимость.,
повышения температуры основных технологических операций или использова-
ния более активных охлаждающих сред при термической обработке пористых
сталей—
При закалке пористых изделий наличие пор способствует образованию
устойчИиой паровой рубашки, ухудшающей теплоотвод от стенок деталей и вы-
зывающей пятнистую твердость. Интенсивное перемешивание закалочной среды
способствует Повышению твердости изделий: в иоде или водных растворах —
на 2—3 ед. HRC, и маслах — на 2—4 ед. HRC. С повышением пористости
уменьшается время устойчивости переохлажденного аустенита, s-образные
кривые смещаются влево, а область минимальной устойчивости зустенита на-
блюдается при более высоких температурах, повышается температура мартен-
ситного превращения (153]. Максимальная скорость' охлаждения пористых,
углеродистых сталей наблюдается в интервале 550—250 °C. Если у образцов
из порошка ПЖ4М2 пористостью 13 % на расстоянии 2 мм скорость охлажде-
ния составляет 510 К/с, то при пористости 24 % — 290 КУс. Повышение пори-
стости уменьшает [153] закаленную зону и способствует получению на поверх-
ности изделий вместо структуры чистого мартенсита структуры мартенсит-*
бейнит или даже троостита; при переходе от поверхности в глубь изделия может
наблюдаться переход от мартенсятно-бейнитной структуры к трооститной и даже
к сорбитной (закалка в воду и в растворы солей в иоде) или от трооститной
структуры к сорбитиой (закалка в масло). Микротвердость спеченной стали
S?"%ТипИ составляет: при Пористости 13 % — 740—860 МПа, при 24 % —
wv—/Ли МПа [153].
Легирование сталей никелем, хромом, молибденом, вольфрамом и кобаль-
том понижает температуру мартенситного превращении, вначительио повы-
шает устойчивость аустенита, способствует повышению прокалнваемости,
тает S-образную кривую вправо. Совместное введение 1 % никели и 1 % моли
202
дана, кроме того, меняет вид s-образной кривой, выявляет на ней области пер-
литного и промежуточного состоянии [153].
Нагрев под закалку рекомендуется проводить в защитной среде: азот
е небольшими добавками водорода и оксида углерода; 85 % эндогаза с добавками
10 % природного газа и 5 % аммиака, или в углеродсодержащих засыпках;
отработанный карбюризатор, древесный уголь, графитовая крупка и t. а.
Температура нагрева под закалку для углеродистых порошковых сталей
превышает [ 153] температуру точки на 50—80 °C, В качестве закалочной
среды рекомендуется вода или водные растворы солей; замена воды на масло
снижает твердость среднеуглеродистых пористых сталей на 12—15 ед. HRC,
высокоуглеродистых сталей — на 2—3 ед. HRC [153]. Температура нагрева
под закалку для низколегированных порошковых сталей превышает [153]
температуру точки Д^ на 60—80 °C. В качестве закалочных сред рекомендуется
вода или водные растворы солей; для сталей, склонных к охрупчиванию и кор-
розионному растрескиванию, предпочтительно применение масел.
Температурные режимы отпуска порошковых и литых сталей идентичны.
Температурные режимы закалки и отпуска беспористых сталей, полученных
горячей штамповкой, аналогичны режимам термической обработки литых
сталей.
При индукционном нагреве в температурном интервале от комнатной тем-
пературы до точки Кюри (768 °C) скорость нагрева практически одинакова при
измеиении пористости от 0 до 20 % [153]. При более высокой температуре фер-
ритная фаза переходит в парамагнитное состояние. Оптимальными парамет-
рами [153] электротермической обработки легированной порошковой стали
являются скорость нагрева в интервале фазовых превращений 400 К/с, темпе-
ратура нагрева под закалку 1000—1050 °C, температура отпуска 180 °C в тече-
ние 40 мин. Микроструктура легированных пористых сталей после электротер-
мической обработки представляет собой мелкокристаллический мартенсит
с включениями остаточного аустенита.
6.2.9. Химико-термическая обработка
Химико-термическая обработка включает операции нагрева, выдержки
при заданной температуре в активных насыщающих средах (газовых, твердых
или жидких) и охлаждение в последующей термической обработкой или без
нее. Следствием взаимодействия с активными насыщающими средами является
изменение химического состава и микроструктуры поверхностных слоев изде-
лий, образование в нем твердых растворов и тугоплавких соединений (карби-
дов, нитридов, боридов, силицидов й т. д.). Процессы насыщения поверхности
изделий углеродом, азотом, бором и кремнием называются соответственно це-
ментацией, азотированием, борированием или силицированием.
Цементацию производят при температурах выше точки <4Cj. Содержание
углерода в цементированном слое обычно составляет 0,8—1,0%. Повышение
пористости до 10—15 % увеличивает глубину цементированного слоя в 2—
3 раза по сравнению с беспористой сталью.
Азотирование производят в среде диссоциированного аммиака при 480—
650 С С целью повышения твердости, износостойкости, кавитационной стойко-
сти, сопротивления задиру, эрозионной и коррозионной стойкости сталей, со-
держащих алюминий, ванадий, молибден, хром, никель и вольфрам. Наличие
пористости до 10—15 % приводит к увеличению глубины азотированного слоя
8 w ₽аза (п0 равнению с беспористой сталью).
Нитроцементация и цианирование — процессы насыщения поверхности
изделий углеродом и азотом — характеризуются повышенной скоростью полу*
чения износостойкого слоя при пониженных по сравнению с цементацией тем-
пературах. Нитроцементация в цианистых ваннах допускается только для плот-
"ых порошковых изделий.
Технологические режимы поверхностного упрочнения беспористых Тюрош-
ковых изделий алитированием, борированием, хромированием и силипирова-
вием аналогичны режимам, установленным для литых сталей (табл. 6.25).
Таблица 6.25. Режимы химико-термической обработки порошковых сталей
у >7,2 г/см» (133, 153, 156, 396, 398]_______________________________
1 М*— 1 Прочеса Состав насыщающей среды Г, °с t, ч б. мм HRC
Цементация Смесь эндогаза и го- 950 6—12 0,6—1.4 58—-64
Газовая родского газа:
16—20 % СО, 12—16 % CHH-QHe, 30—40 % Н2, 20—30% N
Цементация в твердом кар- бюризаторе Древесный уголь 70—76%, ВаСО3 20-25 %, CaCOs < 920—930 5,5—16,0 0,6—1,8 58—64
3,5 %
Азотирование Продукт диссоциа- 48—520 до 80 0,5—0,7 Нц= 105-ь
газовое ции аммиака при 35—65 0,5-0,7 11,5 ГПа
степени диссоциации 540—560 Нй ,= 9,5ч-
15—50% 10 ГПа
Нитроцемента- Эндогаз (80—90 %), 900—950 2—4 0,7—1,2 58—64
ция высокотем- природный газ
церату рная (5—8 %), аммиак (2-3 %)
Нитроцемента- Эндогаз (80—90 %), 840—870 4-5.5 0,5—0,7 60—62
ция природный газ 4 (5—8 %), аммиак 840—870 8—9 0,8—1,0
(2,5—5 %)
6.3. Составы и свойства порошковых
конструкционных материалов
6.3.1. Общие сведения
Порошковые конструкционные материалы и изделия из них являются
наиболее массовым видом продукции порошковой металлургии. Методы порош-
ковой металлургии позволяют получать разнообразные материалы коп стр у к."
нионного назначения, изделия из которых в зависимости от состава исходный
компонентов и технологии изготовления характеризуютЬя высокой»износо-
стойкостью, твердостью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропроводное
стью и другими специальными Двойствами,
Порошковые конструкционные материалы различают по составу легирую"
®лемеи70В« плотности, структуре, уровню механических свойств, техноло-
гии изготовления и назначению.
Влияние пористости на физико-механнческие свойства порошковых кол*
струкционных материалов описано во введении к настоящей главе.
® малопористых или практически беспористых порошковых конструкцией-
Ллп..^1еРуалаХ вл"яиие Размера зерна D на прочностные- свойства описывав!
формула Холла — Петча [513]:
а = о4-|-fepD-l/2; (.6.Н)
где о* — напряжение прорыва субграницы дислокационным скоплением; йр “*
величина, учитывающая Параметры, определяющие напряжение прорыва гр»
ницы зерна дислокационным скоплением,
Температурно-времеийые зависимости прочности [600]:
при низких температурах —
° = °и ( 1 - *и уД In т/та1) , (6.12)
При высоких температурах —
а = а0 exp ( — k0 In т/тат) , (6.13)
где вв, ®и _ прочностные свойства, полученные экстраполяцией иа 7= О К;
ц , * температурные коэффициенты прочности; т, гат — длительность на-
гружения и период атомного колебания.
Истинное предельное разрушающее напряжение, структурные и темпера-
турные коэффициенты прочности металлов приведены в табл. 6.26.
Таблица 6.26. Истинное предельное разрушающее напряжение
беспористых материалов [513, 599, 600]
Металл а*. МПа "s С £ о. А. Истинное предельное разрушающее напряжение» МПа, при размере зерна D, мкм
100 5
20 К 300 К 500 к 20 К 300 к | 500 К
Алюминий 203 1,81 1,06 6,95 188 788 14,7 403 209 15
Ванадий 410 3,67 4,80 10,1 785 566 419 2080 1500 1110
Гафний 232 208 3,57 > . . 444 297 203 1179 796 540
Железо 615 5,50 2,65 6,80 1180 785 522 » « « 2080 1381
Иридий 1590 14,2 1.38 4,77 ** 2360 1905 8070 626 5060
Кадмий 182 1,63 2,76 6,20 348 61,5 19,5 924 163 19,5
Кобальт 569 3,93 3,10 6,55 971 612 372 . , . 1490 906
Магний 131 1,18 1,50 5,17 251 139 615 668 371 61
Медь 345 3,05 1,05 4,49 657 355 153 1740 939 410
Никель 559 3,87 1,61 5,52 955 608 377 . а 1190 863
Палладий 334 2,97 1,05 7,35 637 461 344 1690 1224 913
Рений 1560 14,0 2,30 5,29 «г • < 2573 2292 . .. • • *,
Титан 288 2,57 2,32 11,0 551 366 243 1463 973 645
Хром 552 4,85 3,68 6,65 1047 815 660 » » * • *
6.3.2. Стали порошковые
Спеченные углеродистые и низколегированные стали и изделия из них
являются наиболее распространенными видами продукции порошковой метал-
лургии, Детали из порошковых сталей могут выпускаться в виде готовых изде-
лий или заготовок, требующих незначительной механической обработки.
Таблица 6.27. Подгруппы плотности порошковых сталей
Подгруппа плотности п, % у, г/сма Подгруппа плотности и. % ». г/см’
1 25—16 6,0—6,6 3 9—2 7,2-7,7
2 15—10 6,7—7.1 4 <2 >7,7
Таблица 6.28. Химический состав порошковых конструкционных материалов
Группа Марка материала Содержание
Cr
Малоуглеродистые СП10 СПЗО <0,2 <0,3 4»’ ж
Углеродистые СП70 СП90 0,5—0,8 0,8—1,1 * » *-
Медистые СПЗОДЗ <0,2 • • »
Медно-углеродистые СП70ДЗ СП90ДЗ 0,3—0,6 0,6—0,9 & • • » в и
Медно-фосфористые СПЗОДЗП <0,3 •
Медио-никель-углеродистые СП60Н2Д2 0.5-0,7
Никель-углеродистые СП60Н СП60НЗ 0,55—0,65 0,55—0,65 «г« •
Никель-молибде новые СПЗОНЗМ 0,25—0,35 >• •
СП60НЗМ 0,55—0,65
СП80НМ 0,75—0,85 • " •
СП80Н2М 0,75—0,85 • * •
СП80Н2М 0,75—0,85 4^.
Хромистые СП20Х <0,20 0,8-1,1 , А
СПЗОХ 0,25—0,35 0,8—1,1
СП40Х 0,35—0,45 0,8—1,1
СП50Х 0,45—0,55 0,8—1,1
СП60Х 0,55—0,65 0,8—1Д
СП45ХЗ 0,40—0,50 2,8—3,1
Хромоникелевые СП50ХН 0,45—0,55 0,8—1,1
СП60ХН2 0,55—0,65 0,8—1,1 -
Хромоиикель- медистые СП45Х2НЗД2 0 40—0,50 1,0—1.5
СП20Х2Н2Д4 <0,20 1,0—1,5
Хромомолибденовые СП50ХМ 0,45—0,55 0,45—0,55 0,8—1,1
СП50ХМ2 0,8—1,1
Хромоникель-молибденовые СП20Х2НЗМ <0,20 0,35—0,45 0,45—0,55 0,8—1,1
СП40ХНЗМ СП50ХНМ 0,8—1.1 0,8—1,1
Хромоникель-молибденовые СП60ХН2М 0,55—0,65 0,55—0,65 0,8—1.1
СП60ХНЗМ 0,8—1,1
Марганцовистые СП20Г <0,25 0,35—0,45 0,60—0,70 0,75—0,85 «•
СП40Г СП65Г СП80Г СП40Г2 » ж •Л
СП50ГМ2 0,35—0,45 •
СП50ГН2М 0,45—0,55 0,45—0,55 а**®1*
Примечание. О,< 0,2 %, S < о,06 %.
общеняшияостроительного назначения на железной основе
8
1 О SB 0,3 0,03 tft ф о о 66 о о Iftlft ОО ОО 00 О* 1ft О О* 1ft tft О О 0*0* Ф ift Ю tft Lft о о o^ о о о* о’ о* о* о ф Ф Ф Ф Ф (ft о о о, о о о о о о’ о* о о ф ф о о о о 0,05 0,05 ф ф о о 0*0* 0,05 0,05 0,05 ф ф о о 0*0* К 5₽ S “5 из O~O_CD О О о G> О О' О О О О
а •
й со со ОО 1ft 1ft 0*0* 0,5 Ю Ф о о $ 0.5 tft ю 0*0* Ift tft tft Ift, tft, о* о* о* о* о Ф ФФ ФФ о о 6 о о о ф ф 0*0* 1ft ф 0*0* фф ОО* ф tft ф 0*0*0*" ф ф 0*0 ф Ф^Ф^Ф^Ф ф ф о о о о о о о
’ Ф -М «
МП ФФ ФО o'o" V» О* ОО 4 О* 0*0 о о о* о о о о* о* о о* о 0*0 0*0* 0*0 ООО 0*0 7777777 00 00 00 ОС Ф оо оо
о о’ О О — о‘ о
1ft фф
о » « • • в 00 J, со со 1 ) СЧ <м СО 1 G4 еч 1 ф * • : : : : : ; f : г $ ; i - a -f • • • ir со м- 1 1 ф ф А 2 Ф-» * * * »<»*?*• * » » ь i • • • ж * w А » • •
•-* сч об
СО ф ф ф ф СОФ СО СО СО СОСС —«О
О £ - А * « ♦ » ♦ 9 • а а t • и • 1 i о’ о* о о* о* 1 1 1 1 1 со со оо со со • а • • • 4 « * а • а * « 4 о— 1 1 со о о’о о I И СО СО СО ОО I I со со *“ • * ’ * 00 <0
о о о* о о О’-» ООО о о — o'
2 • • 9 » « * ♦ *. » » « 1.5-2.5 s*e-s*3 It—8*0 1ft Ф — tft ф со со'*-‘сч* см 1 1 1 1 1 Ift 1ft 00 tft 1ft СЧ* 04 о* -** —* *«*** гз—8’1 1*1—8*0 2,5—3.5 1,0—1,5 • « ф ф ф СОСОСр I I I ф ф ф сч* сч*сч «,0—1,5 2,5—3,5 ф :: 1::: 7 • ’ • о
.... .
О
Спеченные детали машин и приборов изготовляются из порошков железа
углеродистых и легированных сталей. Широкое применение получили порощ!
ковые стали, легированные медью, хромом, никелем и марганцем, а так-
же железомедные и железолатунные материалы, полученные методом про»
нитки.
Стали порошковые заменяют обычные углеродистые и легированные стали,
т. е. являются машиностроительными и приборостроительными материалами
общего назначения. , ,
Высокая технико-экономическая эффективность применения порошковых
сталей и изделий из них в машиностроении и приборостроении обусловлена
сочетанием высоких служебных характеристик с технологичностью и низкой
стоимостью производства. ' ,
Стали порошковые могут быть классифицированы по плотности, составу,
структуре, качеству и методу производства.
По плотности стали порошковые могут быть пористыми или беспористыми,
по химическому составу — углеродистыми (с низким, средним и высоким содер-
жанием углерода) и легированными (хромистые, марганцовистые, хромоникеле-,
вые, хромоникельмолибденовые, медистые и т. д.).
В равновесном состоянии, как и литье, стали порошковые бывают доэвтек-
тоидными, эвтектоидными или заэвтектоидными; в зависимости от состава и ско-
рости охлаждения они могут иметь ферритную, перлитную, аустенитную или
мартенситную структуру; по содержанию примесей стали порошковые бывают
обыкновенного или повышенного качества.
Стали порошковые и изделия из них получают холодным прессованием
и”спеканием, двойным прессованием и спеканием, горячим прессованием, горя*
чей штамповкой, пропиткой спеченного тугоплавкого каркаса легкоплавким
металлическим расплавом.
Марки порошковых сталей обозначают сочетанием букв и цифр.
Первый буквенный индекс указывает на класс материалов: С — сталь,
второй (II) — указывает, что сталь получена методами порошковой металлург
гни. Первое число после индекса П отражает среднее содержание общего углерода
в сотых долях процента (содержание свободного углерода при этом не пре-
вышает 0,2 %). Следующие за первым числом буквы, как и в литых сталях,
обозначают легирующие элементы: А — азот; Б — ниобий; В — вольфрам;
Г — марганец; Д — медь; К -1- кобальт; М — молибден; Н — никель; П —
фосфор; С — кремний; Т—титан; Ф — ванадий; X — хром; Ц — цирконий.
Цифры после символов элементов отражают среднее содержание легирующего
элемента в процентах (отсутствие цифры означает, что содержание элемента
менее 1 %).
Цифра после дефиса отражает плотность материала данной подгруппы
(табл. 6.27). Регламентируемое содержание марганца, кремния, фосфора и кис-
лорода обозначают дополнительной буквой А в конце марки.
Химический состав, марки, режимы термической и термомеханической
обработки, структура и физико-механические свойства порошковых сталей,
применяемых в машиностроении и приборостроении или подготовленных к про-
мышленному производству, приведены в табл. 6.28—6.35.
Для повышения физико-механических свойств порошковые стали подвер-
гают термомеханической обработке.
Термомехаиическая обработка (ТМО) — совокупность выполняемых в раз-
’’ой последовательности операций деформации, нагрева и охлаждения, в ре-
у ьтате которых формирование окончательной структуры сплава происходит
гпГ^и„?Д\Г'°ВЫШеНН0Й несовершенств кристаллического строения,
случяях ЛгпГ пластической деформации. ТМО целесообразна в тех
поевпашеииа 9$$eKTHBHa термическая обработка, возможны полиморфные
компонента в другомВра1ЦеНИЯ’ связанные 6 изменением растворимости одного
ческогоПстпо₽ниЯДе^маи»ИИ сталей Увеличивается число дефектов кристалли-
тины Феррита и нем^тит характеР их Распределения, измельчаются плас-
дислокапий п С повышением степени обжатия возрастает плотность
тура $ РРитных пластинках и в результате образуется ячеистая струк*
Таблица 6.29. Физико-механические свойства порошковых конструкционных
материалов общего назначения без термической обработки
Марка материала (7В, МПа, ве менее б, %, не менее ф. % а не менее “я- кДж/м», ие менее Е, ГПа, ве менее НВ, МПа
СП10-1 100 6 10 200 80 500—700
СП 10-2 120 8 15 350 120 700—800
спю-з 150 12 28 500 150 800—900
СПЮ-4 250 18 35 700 200 900—1300
СПЗО-1 120 6 10 200 80 500—700
СПЗО-2 160 8 15 350 120 . 700—800
СПЗО-3 200 12 25 500 150 800—900
СП30-4 250 18 35 700 200 900—1300
СП70-1 120 5 10 150 84 500—700
СП70-2 200 8 15 300 125 700—900'
СП70-3 280 10 20 400 160 900—1100
СП70-4 360 15 30 600 210 1100—1500
СП90-1 120 2 8 100 85 600—800
СП90-2 200 4 12 220 125 800—1000
СП90-3 300 6 20 300 160 1000—1200
СП90-4 450 10 25 450 210 . 1200—1800
СПЗОДЗ-2 220 4 15 300 120 700—900
СПЗОДЗ-З 280 6 20 400 150 900—1000
СПЗОДЗ-4 360 10 25 600 200 1000—1400
СП70ДЗ-2 260 3 10 200. 120 800—1000
СП70ДЗ-3 360 5 15 300 150 1000—1200
СП70ДЗ-4 450 8 25 450 200 1200—1600
СП90ДЗ-2 280 3 8 200 120 800—1000
СП90ДЗ-3 420 4 15 300 150 1000—1200
СП90ДЗ-4 540 8 25 450 200 1200—1700
СПЗОДЗП-2 300 3 8 200 120 900—1100
СПЗОДЗП-З 360 4 12 300 150 1100—1300
СПЗОДЗП-4 450 6 15 400 200 1300—1800
СП60Н2Д2-2 300 3 5 350 120 900—1100
СП60Н2Д2-3 380 5 10 500 150 1100—1400
СП60Н2Д2-4 450 8 15 650 200 1400—1800
СП60Н-2 320 6 10 350 120 1000—1200
СЛ60Н-3 400 10 15 600 150 1200—1400
СП60Н-4 500 15 20 700 200 1400—1800
СП60НЗ-2 180 4 10 500 120 1100—1300
СПбОНЗ-З 300 8 15 800 150 1300—1500
СП60НЗ-4 400 12 25 1000 200 1500—2000-
СПЗОНЗУ-2 200 4 10 350 125 . 700—900
СПЗОНЗМ-З 360 8 15 500 160 900—1100
СПЗОНЗМ4 450 12 25 650 210 1100—1500
СП60НЗМ-2 220 4 10 220 120 1100—1400-
СП60НЗМ-3 400 8 15 300 150 1400—1800
СП60НЗМ-4 500 12 20 400 200 1800—2200
СП80НМ-2 350 4 10 80 125 1300—1600
СП80НМ-3 500 8 15 100 160 1600—2000
СП80НМ-4 600 12 20 150 210 2000—2500
е " Марка материала ав, МПа, ее менее %. не менее ф, %. не менее 1 °н- кДж/м*, не менее Е, ГПа, не менее —'“7——, НВ, МПа
СП80Н2М-2 СП80Н2М-3 CJ180H2M-4 360 500 600 3 6 10 5 10 15 80 100 150 125 160 205 ( 1400—1700 1700—2000 2000—2500
<Л4ОГ2-2 СП4ОГ2-3 СП40Г2-4 350 450 550 4 6 10 10 15 20 250 500 650 130 165 205 1600—1900 1900—2200 2200—2500
СП50ГМ2-2 СП5ОГМ2-3’ СП50ГМ2-4 360 480 580 Ю ОО см 10 18 25 250 550 750 125 160 205 1600—1900 1900—2200 2200—2600
СП50ГН2М-2 СП50ГН2М-3 СП50ГН2М-4 450 550 650 4 8 12 10 15 20 300 600 800 125 160 207 1300—1500 1500—1800 1800—2400
СП20Х-2 СП20Х-3 СП20Х-4 320 5 10 50 125 1300—1500
480 540 8 12 20 30 100 300 160 207 1500—1800 1800—2100
СПЗОХ-2 СПЗОХ-З 340 520 5 8 10 15 50 150 130 160 1500—1800 1800—2100
СПЗОХ-4 580 12 20 200 210 2100—2400
СП40Х-2 360 5 10 о 100 120 1500—1800
СП40Х-3 550 8 15 200 150 1800—2100
СП40Х-4 650 12 20 350 205 2100—2400
СП50Х-2 400 5 10 100 130 1800—2100»
СП50Х-3 580 8 15 200 165 2100—2400
СП50Х-4 700 12 20 300 210 2400—2800
СП60Х-2 450 3 5 50 130 1800—2200
СП60Х-3 580 6 10 100 165 2200—2600
СП6ОХ-4 700 10 15 150 210 2600—2900
СП45ХЗ-2 350 3 8 100 120 1700—2100,
СП45ХЗ-3 550 6 15 150 160 2100—2400
СП45ХЗ-4 650 10 18 200 200 2400—-2800
СП50ХН-2 440 3 10 150 120 1500—1800
СП50ХН-3 520 6 15 300 160 1800—2200
СЛ50ХН-4 600 10 20 450 200 2200—2500
СП60ХН2-2 450 3 10 250 120 1500—1800
СП60ХН2-3 600 6 15 450 160 1800—2200
•СП60ХН2-4 700 10 20 600 200 2200—2500
СП45Х2НЗД2-2 360 3 8 150 120 1500—1700
•СП45Х2НЗД2-3 550 5 12 300 160 1700—1900
СП45Х2НЗД2-4 650 6 15 400 200 1900—2200
СП20Х2Н2Д4-2 400 4 10 20Л 120 1500—1700
СП20Х2Н2Д4-3 600 8 15 400 160 1700—1900
СП20Х2Н2Д4-4 700 12 20 500 200 1900—220»
•СП5ОХМ-2 СП50ХМ-3 СП50ХМ-4 440 540 600 4 8 12 10 15 20 250 500 600 120 160 200 1500—17^ 1700-1900 1900—2300
СП50ХМ2-2 СП5ОХМ2-3 СП5ОХМ2-4 480 580 650 4 8 10 10 15 20 300 500 600 120 160 200 1500-1700 1700—2000 2000—2400
Марка Материала <ув, МПа( не менее бр %, не менее ф. %, не менее “и- кДж/и’, не менее Е, ГПа, не менее НВ, МПа
СП20Х2НЗМ-2 350 4 10 200 120 1500—1700
СП20Х2НЗМ-3 450 8 15 300 160 1700—1900
СП20Х2НЗМ-4 600 10 20 450 200 1900—2200
СП40ХНЗМ-2 400 3 10 200 120 1500—1700
СП40ХНЗМ-3 560 6 15 300 160 1700—1900
СП40ХНЗМ-4 650 10 20 450 200 1900—2400
СП50ХНМ-2 480 3 10 200 120 1500—1700
СП50ХНМ-3 580 6 15 300 160 1700—1900
СП50ХНМ-4 650 10 20 450 205 1900—2100
СП60ХН2М-2 450 3 10 200 120 1500—1700
СП60ХН2М-3 580 6 15 400 160 1700—1900
СП60ХН2М-4 650 10 20 550 205 1900—2100
СП60ХНЗМ-2 470 4 10 150 130 1500—1700
СП60ХНЗМ-3 580 8 15 300 160 1700—1900
СП60ХНЗМ-4 720 10 25 450 200 1900—2100
Таблица 6.30. Критерии прокаливаемости порошковых и литых сталей [123)
Марка стали <а. °C Критическая твердость HRC после закалки при содержания мартенсита, % Расстояние от торца до конца зоны, мм, при содержании мартен- сита, %
50 | 100 50 | 100
СП50-1 850 25 32,5 1,5 0,7
СП50-2 850 40 47,5 2,0 0,75-
СП50-3 850 42 52 3,0 1,0
40 850 42 54 4,5 2,0
СП40Х-! 860 30 35 2,0 0,75-
СП40Х-2 860 42,5 47,5 3,0 1,0
СП40Х-3 860 45 54 5,0 2,0
40Х 860 45 54 8,0 4,О’
СП50ХН-1 820 30 35 2,5 1,5
СП50ХН-2 820 42 50 4,5 2,0
СП50ХН-3 820 45 54 7,0 4,0
40ХН 820 45 56 11 6,0
СП50ХНМ-1 860 30 35 3,0 2,а
СП50ХНМ-2 860 42 52 5,5 2,5
СП50ХНМ-3 860 45 54 9,0 5,а
40ХНМ 860 45 56 18 10
Таблица 6.31. Влияние термической обработки иа механические
свойства порошковой углеродистой стали [531]
Массовая доля углерода в стала, % Схема аи, МПа а0 2, МПа % Ф % ив, МПа
0,28 I 353 241 23,5 25,0 1240
II 420 321 22,5 22,9 1340
III 330 227 34,0 38,8 1200
IV 520 414 13,0 20,2 1580
0,52 I 417 258 17,0 16,5 1370
II 529 363- 14,5 14,7 1460
III 370 263 25,0 30,0 1260
IV 772 642 8,0 8,5 2030
0,64 I 440 271 11,5 10,7 1320
II 610 454 13,0 11,2 1610
III 410 294 16,0 18,6 1320
rv 812 691 8,0 8,5 2180
0,87 I 530 398 7,0 4,1 1580
II 691 545 5,5 5,9 1770
III 438 339 9,5 9,1 1350
IV 961 832 4,0 3,3 2450
Примечание. Сталь получене колодным прессованием шихты при 780 МПа, спе?
канием при 1095 °C, 1 ч, допрессовкой при 780 МПа и повторным спеканием при 1095 °C, I 41
I — спекание и охлаждение с печью от 1095 °C; II — то же и закалка в масло е 860 °C, отпуск,
при 315 °C; III — то же и закалка в масло в 860 °C, отпу'с к при 705 °C; IV — то же и закалка
в воду с 830 °C, отпуск при 315 °C.
Таблица 6.32. Режимы термической обработки порошковых сталей
[123, 133, 141, 153, 156, 178, 398, 402, 531]
Марка стали Режим термической обработки HRC Микроструктура.
<3, °C Закал оч* ная среда ^отп’ °C
СП50-1 СП50-1 СП50-2 СП50-2 СП50-3 СП50-3 СП80-1 СП80-1 СП20Х-3 СПЗОХ-З СП40Х-3 СП50Х-3 СП60Х-3 СП20Г-3 СП40Г-3 СП55Г-3 СП65Г-3 СП80Г-3 спзохгс-з 820—840 820—840 820—840 820—840 810—830 810—830 820—840 800—820 840—860 840—860 840—860 840—860 840—860 800—820 800—820 800—820 800—820 800—820 840—860 Вода Масло Вода Масло Вода Масло Вода » » » »• » » Масло » » » » Вода 180—200 180—200 180—200 180—200 180—200 180—200 180—200 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 30—32 10—12 49—51 35—36 60—64 40—50 40—50 35—42 25—28 32—35 40—45 42—48 45—55 22—55 40—42 42—45 42—45 45—55 40-42 Сорбит + троостит Феррит-{-сорбит Мартенсит Сорбит -{- троостит Мартенсит * > Бейнит в Троосто-мартенсит Мартенсит в » в в в 9 »
Мариа стали Режим термической обработки HRG Микроструктура
*э- 'С Закалоч- ная среда *отп-
СП50НЗМ-3 800—820 Вода 300 35—40 Мартенсит
СП90ДЗНЗ-1 800—820 » 300 35—40 »
СП90ДЗНЗ-1 750—780 450 32—38 в
СП90НЗМ-3 820—840 ж ЗОЭ 40—44 Мартенсит -|- легиро- ванные включения
СП80Н2М-2 860—880 160—180 40—44 То же
СП80Я2М-2 860—880 210—240 40—44 » »
СП80ХЗ-2 860—880 » 160—180 45-52 Мартенсит -(-карбиды
СП80ХЗ-2 860—880 » 200—280 45-50 То же
СП80ХЗ-3 840—860 в 300 45—59 В »
СП40Х2НЗМ-3 840—860 300 35—40 Мартенсит + высоко- легированные вклю- чения
СП70Н2М-3 840—860 Масло 300 47—49 То же
СП70Н2М-3 840—860 » 400 35—43 В в
СП80НМ-3 840—860 Вода 300 45—49 в »
СП80НМ-3 840—860 » 400 38—44 в в
СП80Н2М-3 840—860 300 46—48 в в
СП80НМ2-3 840—860 > 400 35—45 » а
СП50НМ2-3 820—840 180—200 42—44 Мартенсит
СП50Н2М-2 820—840 Масло 180—200 37—99 Т роост о*мартенсит
СП50Н2М-3 820—840 Вода 180—200 51—53 Мартенсит
СП50Н2М-3 820—840 Масло 180—200 46—48 Т роосто-мартенсит -|- 7,5 % остаточного аустенита
СП80Д2-2 750—760 Вода 150—170 40—44 Мартенсит
СП80Д2-2 850—860 150—170 45—48
СП80ДЗ-2 840—860 Масло. 450 32—36 Т роосто-мартенсит
СП80ДЗ-3 840—860 Вода 180—200 40—45 Мартенсит
СП80ДЗ-3 840—860 В 250—300 36—42 Троосто-мартенсит
СП80Д2Н-3 800—820 » 300 38—44 В
СП50ХН2-3 830—850 Масло 200—300 42—46 Мартенсит
СП50ХН2М-3 830—850 200—300 33—38 »
СП50ХМ2-3 830—850 в 200—300 40—46
СП50ГН2М-3 830—850 в 200—300 <1 35—42 «
Таблица 6.33. Физико-механические свойства порошковых конструкционных
статей после термической обработки __
Марка материала Режим термической обработки Физико-механические свойства
<а> ’С Закалоч- ная среда и J qb, МПа, не менее а, %, не менее еанэп эн ‘% Ч “к. кДж/м8, не менее HRC
СП70-2 СП70-3 0170-4 820—840 820—840 820—840 Вода в в 400 400 400 350 500 800 2 6 10 10 15 100 200 450 30—35 38—42 42-52
Маржа матер вала Режим термической обработки Фвзико-мехаиические свойства
'3.°С Закалоч- ная среда О е Е О **• , 1 ав, МПа, не менее %. не менее эанэи эн '% ‘Ф “к. кДж/м’, не менеё HRC
СП90-2 СП90-3 СП90-4 820—840 820—840 820—840 Вода » % 200 200 200 450 650 1000 1 3 8 10 15 50 100 350 32-40 42-50 50—56
СП70ДЗ-2 СП70ДЗ-3 СП70ДЗ-4 820—840 820—840 820—840 Масло в » 200 200 200 550 650 900 1 2 6 е г 4 20 100 150 250 32—40 40—46 46-52
СП90ДЗ-2 СП90ДЗ-3 2П90ДЗ-4 820—840 820—840 820—840 АДА 200 200 200 550 650 900 " 1 3 6 12" 50 100 200 32—40 40—46 46—50
СП60Н2Д2-2 СП60Н2Д2-3 СП60Н2Д2-4 800—830 800—830 800—830 » » 200 200 200 650 850 1050 1 3 10 10 20 100 200 350 32—40 40-45 45-50
СП60Н-2 800—830 200 550 3 в. 150 32—40
СП60Н-3 80С—830 200 700 5 10 300 40-50
СП60Н-4 800-830 200 900 12 20 500 50-55
СП60НЗ-2 800—830 ж 200 480 3 200 32—40
СП60НЗ-3 800—830 » 200 580 6 10 400 40-50
СП60НЗ-4 800—830 200 750 10 20 650 50-56
СП60НЗМ-2 820—840 » 200 500 1 •р • 100 32—3f'
СП60НЗМ-3 820—840 200 700 2 »«>е 200 38—44
СП60НЗМ-4 820—840 > 200 900 6 -1 350 44—52
СП80НМ-2 820—840 300 600 1 * • 100 30-36
СП80НМ-3 820—840 300 900 2 150 36—44
СП80НМ-4 820—840 » 300 1100 5 , ^0 200 44-52
СП80Н2М-2 800—820 » 300 600 1 80 32—38
СП80Н2М-3 800—820 300 950 2 100 38-44
СП80Н2М-4 800—820 « 300 1200 5 * » Л 150 44-52
СП40Г-2 800—840 » 300 500 2 10 200 30—36
СП40Г-3 800—840 » 300 720 4 15 300 36—44
СП40Г -4 800—840 300 900 6 20 550 44—54
СП65Г-2 820—840 » 400 650 1 2 100 35-40
СП bbl -3 820—840 400 900 150 40—46
СП651 -4 820—840 » 400 1000 3 лее 300 46—52
СП80Г-2 СП80Г-3 СП80Г-4 820—840 » 400 700 1 2 3 100 35-40
820—840 820—840 9 400 400 950 1100 • * я 150 250 40—48 46—52
СП40Г2-2 СП40Г2-3 СП40Г2-4 800—840 800—840 800—840 А « А 400 400 400 550 700 1000 2 3 5 ев» 150 200 350 30—36 36—44 50
СП50ГМ2-2 СП50ГМ2-3 СП50ГМ2-4 820—840 820—840 820—840 » » 400 400 400 560 750 1000 1 2 4 * • 10 100 150 200 30—36 36—44 44-50
214
Марка материала Режим термической обработки Физико-механические свойства
*3. °C Закалоч- ная среда о о В 0В, МПа, не менее а. %, не менее ээнэя эн *% ‘ф аэнэн ан •»о HRC
СП50ГН2М-2 СП50ГН2М-3 СП50ГН2М-4 820—840 820—840 Масло 300 300 700 850 1 2 В В В 100 150 30—36 36—44
820—840 300 1050 4 а “ в 200 44—50
СПЗОХ-2 СПЗОХ-З 820—860 » 200 300 1 а • а 100 30—36
820—860 » 200 500 2 • • • 150 36—46
СП ЗОХ -4 820—860 200 800 3 • • • 400 46—55
СП40Х-2 840—860 200 580 1 • • . 100 30—40
СП40Х-3 840—860 я 200 800 2 • 150 40—48
СП40Х-4 840—860 » 200 1000 4 е В в 300 . 48—55
СП40Х-2 840—860 » 200 620 1,0 » • • 100 30—40
СП50Х-3 840—860 » 200 900 2 > а » 150 40—48
СП50Х-4 840—860 200 1050 4 •• • 250 48—55
СП60Х-2 840—860 200 650 1 а . • 100 32—42
СП60Х-3 840—860 200 1000 2 • > • 150 42—48
СП60Х-4 840—860 200 1200 3 « в а 250 48—55
СП45ХЗ-2 840—860 200 650 1 а вв 100 32—42
СП45ХЗ-3 840—860 200 950 2,5 • « а 150 42—48
СП45ХЗ-4 840—860 » 200 Я 300 5 а в а 250 48—55
СП50ХН-2 840—860 200 '650 1 • » * 100 35—42
СП50ХН-3 840—860 я 200 1000 1,5 • а в 150 42—48
СП50ХН-4 840—860 200 1300 3 >> • 300 48—56
СП60ХН2-2 840—860 200 650 I в В * 100 35—42
СП60ХН2-3 840—860 200 950 2 • 4 150 42—48
СП60ХН2-4 840—860 » 200 1250 3 • в 250 48—56
СП45Х2НЗД2-2 830—850 200 600 1 '« . а 100 35—42
СП45Х2НЗД2-3 830—850 200 900 1,5 • • • 150 40—46
СП45Х2ЕЗД2-4 830—850 » 200 1200 3 В В В 250 46—54
СП50ХМ-2 840—860 200 630 2 100 30—40
СП50ХМ-3 840—860 » 200 900 3 150 40—46
СП50ХМ-4 840—860 » 200 1300 6 10 300 46—54
СП50ХМ2-2 830—850 200 640 2 > • в 100 30—40
СП50ХМ2-3 830—850 200 900 3,5 /••Ч в 150 30—48
СП50ХМ2-4 830—850 » 200 1400 5 • В 250 48—56
СП5ОХНМ-2 820—840 400 680 3 100 30—40
СП50ХНМ-3 820—840 400 950 6 Ь я 200 40—45
СП50ХНМ-4 820—840 400 1200 10 20 400 45—52
СП60ХН2М-2 820—840 400 680 1,5 В в * 150 30—40
СП60ХН2М-3 СП60ХН2М-4 820—840 820—840 400 400 950 1300 3,5 6 а а 200 400 40—45 45—52
СП60ХНЗМ-2 СП60ХНЗМ-3 СП60ХНЗМ-4 820—840 820—840 820—840 400 400 400 680 950 1300 1 2 3 в в « • ВМ а • • 100 200 350 30—40 40—45 45—52
Таблица 6.34. Влияние ПТМО на физико-механические свойства
порошковых низколегированных сталей [141, 234, __
Горячая штамповка
Марка материала *отп» с ав, МПа ао,2- МПа а. % | Ф, % HRC
СП20Г-4 СП4ОГ-4 СП55Г-4 СП65Г-4 СП60НЗМ-4 СП80НМ-4 СП80НЗМ-4 СП20Х-4 СПЗОХ-4 СП40Х-4 СП50Х-4 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 980 1100 1230 1270 1150 1450 1450 1120 1170 1320 1400 J* ь а «г * р 4 Н т * » i < ж tt> 10,2, 6,1 2,5 2,5 6,0 7,3 3,8 3,6 а. Г > » • $ г t> • * < ЛЖ • « ж- , • г й р ?. * » 23 41 43 44 44 48 45 26 33 42 45
СП50ХН-4 300 1550 • М.» 8 • • * 48
СП50ХН2-4 300 1100 fc ••• 3,5 44
СП60ХН2-4 300 1150 * 3,5 • 46
СП20ХНЗМ-4 300 1150 2,0 • ж * v Ж
СП20ХНЗМ-4 400 1000 •)» > 2,0 f • • ’•«J»
СП20ХНЗМ-4 500 950 3,0 • ’ * » *9*
СП20ХНЗМ-4 600 700 4,0 ► И •
СП20Х2НЗМ-4 150 950 940 - 12 18 а-
(ВТМО) То же 250 940 880 12 19 »*•
350 900 850 12 19 » »
> > 450 870 850 12 19
Марка материала Степень деформации 50 % Степень деформации 75 %
«в» МПа а0,2> МПа «.% Ф, % HRC *в. МПа а0,2» МПа в, % ф, % HCR
СП20Г-4 1100 * г 7 fe ♦ W 40 Ж ж К й в •> а а 4
СП40Г-4 1500 ’•? * 3 Г» а 42 Мж, * $ • И
СП55Г-4 1630 2,1 Z"* 44 4 ’ > 4.*
СП65Г-4 1680 • 9 • 2,5 49 М и а ъ *
СП60НЗМ-4 1880 3,5 V * 45 1800 *»-• 3,0 •Г 48
СП8ОНМ-4 СП80НЗМ-4 СП20Х-4 СПЗОХ-4 СП40Х-4 СП50Х-4 СП50ХН-4 СП50ХН2-4 СП60ХН2-4 СП20ХНЗМ-4 СП20ХНЗМ-4 СП20ХНЗМ-4 1860 1900 850 1270 1350 1400 1700 1750 1800 1150 1000 950 * i < * а * М* к l e'a * ж и г » а ж » г а > Я Ф 3,0 3,0 2,5 2,3 1,5 0,5 4,5 4,5 4,0 2,0 3,0 3,5 6,0 12 12 12 л а • • К К • ettr * “ ? • * «Г 1 ••jI • • р 48 48 28 35 41 46 46 46 46 *w- • * Я 1880 1860 • • * Ь- »> » 4 .. 1780 1820 1900 1050 1000 и «. Иг Иг Ж » 4 А- *. к • « 3,0 3,0 • а % -4. •> * а. * 3,5 4,0 4,0 2,0 4,0 4,5 8,0 » К * и * • * •'•4 и а •- »г-Ц ч • » « «И И »Ч А а- И • *' 46 48 Л*‘ *48 48 48
СП20ХНЗМ-4 650 .. 4 Г-Л • 900
СП20Х2НЗМ-4 (ВТМО) То же » » 1050 1030 1000 950 950 930 15 18 18 • » а «•» -»• 4 • 600 «и • • <4 жЧ ж » • •< ’••IF * * *
» » 960 930 12 18 »« <
Та б ляпа 6.35. Физико-механические свойства углеродистых сталей
поем закалки и ПТМО |61, 402]_________________
'ото* •С Закалка, отпуск Степень деформации, %
ва- МПа 8. % 10 15 25 50
® в- МПа % ° в- МПа 6. % «в- МПа «. % °в- МПа б. %
Сталь СП60-4
200 950 3 1180 5 1200 3 1190 3,0 1180 3,0
300 1000 7 1250 6 1230 4 1200 3,0 1210 3,0
400 700 8 1250 6 1230 4,5 1190 3,5 1200 3,5
500 510 8 1210 6 1220 5 1230 4,0 1220 4,0
Сталь СП70-4
200 980 3 1200 5 1230 3 1210 3 1200 3
300 1030 7 1270 6 1260 4 1230 3 1210 3
400 770 8 1280 6 1360 4 1240 3 1210 3
500 540 7 1220 6 1200 4 1220 4 1180 4
Сталь СП90-4
200 1000 3 1420 8 ,1480 3 1420 3 1440 3
300 1420 5 1500 4 1520 4 1510 4 1520 3
400 1050 7 1500 5 1510 5 1540 4 1560 3,5
500 760 7 1480 6 1470 5 1520 5 1500 3,5
В зависимости от температуры, при которой протекает пластическая де-
формация аустенита, различают низкотемпературную (НТМО) и высокотемпе-
ратурную (ВТМО) термомеханическую обработку. В этих случаях деформи-
руется аустенит в области его стабильного или метастабильного состояния
и возникшие дефекты строения (дислокации и субграницы) наследуются мартен-
ситом, образующимся при охлаждении. Различие температурных условий де-
формации обусловливает отличие структуры и свойств стали после ВТМО или
При ВТМО деформация осуществляется вблизи точки А3, вследствие доста-
точной термической активации возникающая ячеистая субструктура преобра--
зуется в полигинизованную или частично рекрметаллизированную. При таком
температурном режиме диффузионные процессы обеспечивают перераспределе-
ние атомов углерода путем концентрации на дефектах кристаллического строе-
ния. Скопления атомов углерода на субграницах стабилизируют субструктуру
аустенита и способствуют ее более полному наследованию мартенситом. След-
ствием этого является равномерность распределения дислокаций ввиду проте-
кания процессов полигонизации и меньшая концентрация углерода в кристал-
лической решетке, способствующая снижению ее тетрагональности. Эти фак-
торы обусловливают повышенную пластичность стали, подвергнутой ВТМО,
при высокой ее прочности, определяемой как указанными структурными изме-
нениями, так и упрочнением за счет мартенситного превращения.
При НТМО, проводимой обычно при сравнительно низких температурах
(ниже порога рекристаллизации), процессы аннигиляции дислокации проте-
кают со значительно меньшей интенсивностью и полученная ячеистая субструк-
^УРа аустенита с высокой плотностью дислокаций наследуется мартенситом,
прочность стали, подвергнутой НТМО, несколько выше, чем после закалки
«л» “ТМО, а пластичность несколько ниже. Для повышения прочности нео -
Димо максимально повышать степень деформации, а температуру как
б°лее снижать.
Перспективным методом упрочнения стали является предварительная тер-
«омеханическая обработка (ПТМО), включающая холодную пластическую
Тай липа 6.36. Маркин состав мартенситностареющих порошковых сталей
Марка стала Массовая доля, % "
Ni Со
СПН8ТЮ СПН10ТЮ СПН11М5ТЮ СПН12К5М5Г4ТЮ СПН12Х5МЗТ СПН13К16М10 СПН14К7М5Т СПН14К7М5Т! СПН14К7М5Т2 СПН14К7М5ТЗ СПН14К5М5Г2Т СПН17К5М5Т СПН17К6М5ТЮЦ СПН18К9М5Т СПН18К9М5Т! СПН18К8М5ТЮ 7,5—8,5 9,5—10,5 10,5—11,5 11,5—12,5 11,5—12,5 12,5—13,5 13,5—14,5 13,5—14,5 13,5—14,5 13,5—14,5 13,5—14,5 16,5—17,5 16,5-17,5 17,5—18,5 17,5—18,5 17,5—18,5 ♦ а » • ♦ • 4,8—5,1 . 4,8-5,1 15,5—16,5 6,7—7,5 6,5—7,5 6,5—7,5 6,5—7,5 4,8-5,1 4,8—5,1 5,5—6,5 8,5—9,5 ' 8,5—9,5 • 7,5—8,5
Прияечааие. С<0,02 %.
Та б л в а а 6.37. Марки и свойства мартенситностареющих порошковых сталей
Марка стали Режим термической термомеханической о бработки
Спекание Старение Степень хо- лодной де- формации, % Старение
*сп» °C 'сп* 4 ter> °с ^ст* °C
СПН8ТЮ СПН8ТЮ СПН8ТЮ СПН10ТЮ спнютю СПН10ТЮ СПН11М5ТЮ СПН11М5ТЮ СПН11М5ТЮ СПН12К5М5Г4ТЮ СПН12К5М5Г4ТЮ СПН12К5М5Г4ТЮ СПН12Х5МЗТ СПН12Х5МЗТ СЛН12Х5МЗТ СПН13К16М10 СПН13К16М10 СПН13К16М10 СПН14К7М5Т СПН14К7М5Т СПН14К7М5Т СПН14К7М5Т1 СПН14К7М5Т1 СПН14К7М5П 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 1250 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 а!' » к 480 • * . 480 * < V к > 480 « 4 > ч . 480 4 9 * 500' » 4 « * • tf 480 * • f 480 ‘ * До, » '480 ’ * -аа « ’ з' е V j 3 .» К* Л 3 » . ё 3 f « 4 » . f 3 'з г. . Ч Л i . 3 * JJ6 W * й № 3 • •• 30 • -а- > & 30 а • ». 30 30 ч • * ’ 90 ’ » • • • 90 в * а 90 *• »• * 90 • It -• *500’ 500 Ч Ъ » . - 500 '500' ’ббо’ •г А 500 ь • '500' *500' « F • • 1 » 4 • • » 4 * * * 4 г . 4 к » • * 4 " . 4» * 4 " 4 ' • 4
Массовая доля, %
Мо | Ti А1 Другие элементы
« ♦ • « • • 0,6—0,9 0,6—0,9 » • »
4,8—5,1 0Л—1,1 0,6—0,9 • * <
0,8—1,1 0,6—0,9 Мп 3,4—4,5
2,8—3,1 0,8—1,1 • • А Ст 4,5—5,5
9,5—10,5 • "W • Л « • Я •
4,8—5,1 0,8—1,1 » * • А я а
4,8—5,1 1,1—1,6 Ч 4 • я « »
4,8—5,1 1,7—2,3 V • Ъ * 4
4,8-5,1 2,5—3,5 <• », • • в
4,8—5,1 0,8—1,1 Мп 1,8—2,1
4,8—5,1 0,8—1,1 Nb 0,3—0,5'
4,8—5,1 0,8—1,1 0,6—0,9
Zr 0,2—0,5
4,8—5,1 0,8—1,1 » • • А я я-
4,8—5,1 0,8—1,1
4,8—5,1 0,8—1,1 0,6—0,9 • s> -У
Механические свойства, не менее _
Оа, МПа а « МПа б. % Ф. % К1е, . МПа. мм17 2 Н» i МПа HRG ав * кДж/м! ар» кДж/м1
1000 1120 8 40 2500 *- в « » * f
1700 1600 6 30 л — 4600 < й. я в К 4Р в Я 4
2100 2000 2 15 5100 if % ч * « <
835 800 3 И 1360 .ив 380 62
1160 980 1 3 1110 В. В * 4 я h 120 47
1530 1500 2 3,4 в *. 47 380 62
1300 1100 12 30 - * # * в А- >
2200 2050 8 30 6200 « * в* » •
1000 900 3 15 - - - # • • Ж . • • » А
1140 980 13,5 73 3000 270 * л V
2400 2300 8 30 6400 100 Л О
250 240 6 20 6500 80 • t
900 850 8 35 , _ , » » А •
1200 1100 5 16 • А * А * *
1500 147 3,5 15 38 * * * » -в
840 800. 4,0 12 38 380 • а «
2000 1800 2 10 В а « • ь 100 я «
2400 2300 2 8 « • «
900 860 7 18 1560 760 77
1380 1310 5 14 1590 630 84
1480 1460 2,9 10 40 я
980 940 6 14 1470 630 74
1550 1520 4 11 1680 « в а 460 90
1750 1720 2 4,4 в •'« .» 47 * • • j * а
Марка стали Режим т Спекание -рмической термоме Старение панической обработки Старен ие Степень хо- г——
/ °с *сп* Тел* 4 «ст. °С Тс^1 4 лодной де- формации, % «ст« “cj тлг> Я
СПН14К7М5Т2 1250 4 л Ж «« 480 3 » % я * • ? : г.1 * ? £ < 9 л
СПН14К7М5Т2 1250 4 90 500 4
СПН14К7М5Т2 1250 4 • • * 'Ж •? *
СПН14К7М5ТЗ 1250 4 480' 3 « •
СПН14К7М5ТЗ 1250 4 . > 90 500 4
СПНИК7М5ТЗ . СПН14К5М5Г2Т 1250 1250 4 4 * Xt * 480 3 у -* к , . 1
СПН14К5М5Г2Т 1250 л 90 500 . 4 *
СПН14К5М5Г2Т 1250 4. 4 * *
СПН17К5МТ 1250 д 480 з
СПН17К5МТ 1250 л 90 500 4
СПН17К5МТ 1250 **
СПН17К6М5ТЮ1 1250 4 • * * Ч * г *
СПН17К6М5ТЮ1 1250 4 4oU
СПН18К9М5Т 1250 4 V Г ж Q 9 " » е ,
СПН18К9М5Т 1250 4 480 Q0 500 я * 4
СПН18К9М5Т 1250 4 * ч ж » «
СПН18К9М5Т! 1250 4 Г * J . * • « •
СПН18К9М5Т1 1250 4 480 3 пл ‘ 4<
СПН18К9М5Т1 1250 4 Ш К® • А ”• 90 Dvv
СПН18К8М5ТЮ 1250 4 » в »*« » * > «
СПН18К9М5ТЮ 1250 4 480 3 • в- 4 г. • г У' .
деформацию, промежуточный отпуск, скоростной нагрев и закалку. После такой
обработки наиболее устойчивые дефекты кристаллического строения, создавае-
мые при холодной пластической деформации, сохраняются при протекании по-
следующих процессов и наследуются мартенситом.
При высокой температуре отпуска (500—600 °C) и пониженном содержании
углерода влияние пластической деформации на механические свойства несуще-*
ствеино. Максимальный уровень прочностных свойств порошковых сталей,
соответствующих уровню литых сталей, наблюдается при высоких степенях
деформации (50—75 %) и низкотемпературном отпуске при 300 °G (табл. 6.34,
0-3.3. Стали порошковые высокопрочные
мартенситностареющие П03В0ЛЯЮТ получать высокопрочные
“ио"н“ми методами. В то же’всеми ^аЮЩИе по пР°чности полученным тради-
(2—3 %) количество титана (S сл методами можно вводить повышенное
&Шпа"Это даетвЙмоХД.\И™.Х сталей указанная величина не
сти°оМ£ачо/?°лее при относительном ч™мП°ВЫСИяЬ предел прочности сталей до
сти а =? ЗОО-т- 400 кДж/м«. В QM Удли«ении 6 > 2 3 % я ударной вязко-
Высокие прочностные свой
мееейМв1У»пп идным Упрочнением ВпоспаТпНСИТНос’гарею,цих сталей обусловлены
ленное веЛРо"ИЯ И пониженное сопротипп₽^арИваНИЯ' Низкое содержание при-
я снижен^Никеля и кобальта движени>« дислокаций, обуслов-
ваюшее порога хладноломкости сттп2*СОаСтву1ОТ повышению пластичности
ВысокоПЯ'’Ие ТИТана' Й‘ ЭТ°’ Кр°Ме Того' снижает ОХРУП4»-
ванием и спеканием при 1250—^зог?Я-1?.111116 стали получают холодным прессо-
220 в течение 4 ч. Повышенные прочностные
Механические свойства, не менее
ав, МПа с?0 2» МПа в. % % МПа’ММ А Ни, МПа HRC он, кДж/м2 кДж/м2
1090 760 5 12 1830 '» Г • 550 140
1780 1760 3 7 ‘ 1590 а < •- ' 400 86
2100 2050 1,6 4,0 ’1830 Ч в * 52 a v а.
1150 1060 4,5 12 * * X «Г • 550 140
1960 1930 2,0 6 1370 » X » » 3000 56
2400 2200 1,0 3,0 а а 58 а «.
1180 1140 12,5 71 а « • 2950 * * 280 - * Г
2300 2100 8 35 а > * 6200 • * а 150
2600 2400 1 4 » . * 56 . . • , ,
1100 940 14 75 2650 Я W 650 а Я *
2200 2000 10 58 » а а. 6000 . ж 4 650 • а ай
2400 2300 2 7 а > 6200 а. • V • * .• a a fe
1300 1250 10 35 ч * * 6000 W * а в * • %. *
2500 2400 8 25 6800 • -ч * 4
1000 950 6 25 . . • • 4 • ч я а; а Я в
2000 1900 2 8 • • f- * ? * • » Ж. я- я
2030 2000 1 3 а а а * J» • 51 • • я- * в а.
1200 1100 4 20 • к- Я » *• > 4 а Я Ч*. а 5 •;
2100 2000 2 6 . • а а. А *> « —
2350 2300 1 3 • • 4» 52 • а
1140 980 15 40 • а я *> «- я . ь • а »
2180 1960 8 15 » * * Ч ’ • • • у 610 V ? *
свойства стали приобретают после старения при 480—500 °C в течение Зч. Даль-
нейшее повышение прочностных свойств достигается после холодной пластиче-
ской деформации со степенью деформации 30—90 % е последующим старением
при 480—500 °C в течение 4 ч.
Марки порошковых высокопрочных сталей обозначают сочетанием букв
н цифр (см. «Стали порошковые»).
Высокопрочные стали являются практически беспористыми.
Химический состав, марки, режимы термической и термомеханической
обработки, физико-мехаиические свойства некоторых высокопрочных порошко-
вых сталей, применяемых в машино- и приборостроении, приведены в табл. 6.36»
4.3.4. Нержавеющие стали и сплавы
В современном машиио- и приборостроении широкое применение находят
Детали нз порошковых нержавеющих сталей и сплавов.
Серийное производство таких деталей стало возможным после разработка
промышленных технологий получения соответствующих легированных порош-
ков и высокотемпературной обработки давлением (горячей штамповки пористых
заготовок или горячего вакуумного прессования).
Порошки нержавеющих сталей характеризуются высоким^ содержав
Римесей внедрения (азот, водород, кислород). Спекание изделий в среде в д
„ сопровождается дальнейшим насыщением их фазами внедрения, вслед
го повышается хрупкость. Спекание в вакууме приводит к снижению д р
НИя газов в спеченных нержавеющих материалах (табл. 6.38). .
Т(,„„,а'ля обеспечения безокислительного спекания нержавеющих ст и
температурах выше 1100 °C применяют водород с температурой точки рос
V— 55-J--60 °C) £131]. При более низких степенях осушки нодорода для полу
Таблица 6.38. Сокержаиие газов в материалах, спеченных » рааных среда*
________ - ~ --- 1 Мяссгтяо
1 а и Л И ца V.W, Марка материала Среда спекания Массовая доля,
1600
Н N О
СПХ17Н2 СПХ17Н2 СПХ18Н15 СПХ18Н15 СПХ18Н12М2Т СПХ18Н12М2Т Водород Вакуум Водород Вакуум Водород Вакуум 0,040 0,0017 0,0025 0,0015 0,006 0,001 0,059 0,020 0,070 0,030 0,120 0,110 0,693 0,322 * 0,328 0,173 0,283 0,210
технологические режимы получения, меха
Таблица 6.39. Химический состав,
Марка стали Метод получения
порошка
Технология изготовления
Ь г/ей’]
СПХ23Н18
СПХ23Н28МЗДТ
СПХ18Н15
СПХ17Н2
СПХ17Н2
СПХ28
410
430
СПХ18Н15
Диффузионное насы-
щение
Восстановление СаН2
» »
» »
Смесь порошков
Ге—С сплавов, полу-
ченных методом диф-
фузионного насыще-
ния и карбонильного
никеля 50Н
Распыление
»
Горячее вакуумное прессова-
ние при 1200 °C
Свободная ковка спеченных
заготовок в интервале 800—
1200 °C
Однократное прессование и
спекание при 1350 °C в водо-
роде
Свободная ковка спеченных
заготовок в интервале 800 —
1200 °C
Горячее вакуумное прессова-
ние при 1200 °C
АХ
7,984
7,58>’
7,64
7,75
»
»
Восстановление СаН2
i
Штамповка напыленных заго- 7,73
товок
Горячая штамповка при 7,73
1200 °C
» » 7,74
* » 7,74
Свободная ковка в интервале
1200 — 800 °C, степень укова
1,35
1,50
2,4
5,0
7,73
7,76
7.77
HHj_____________________
при Температуре спекания. °C
1200 1260 1300
н N О Н ы 1 ° Н N О
0,080 0,081 0,561 0,012 0,100 0,371 0,016 0,090 0,010 0,368 0,256
0,0013 0,020 0,276 0,0013 0,010 0,273 о;оооэ
0,0022 0,080 0,288 0,0015 0,036 0,278 0,0018 0,024 0,011 0,265 0,155
0,0011 0,020 0,165 0,0007 0,012 0,160 0,0003
0,005 0,140 0,264 0,0045 0,110 0,243 0,005 0,100 0,015 0,182 0,001
0,0015 0,040 0,156 0,0012 0,030 0,112 0'0002
иические свойства спеченных нержавеющих сталей высокой плотности {4]
Массовая доля. % Механические свойства
Сг Ni Мо Мп ,51 с Другие элементы <тв, МПа 6, % Другие
к арактеристики
26,1 18,4 > * * • * 0,11 - » 638 35,6 » . _
23,0 28,0 3,0 * • *f • •. л •.. Си — 3,0 Ti —0,6 672 40,7 ф = 56,5 %
18,73 14,67 0,10 0,10 0,07 ,• • • 478—535 22,2— ав= 19,8-г-
.17,3 2,0 43,4 у-29,0 кДж/м?
• а 1>. 0,04 А « « 830 13,6 A a f,
яа = 8,5 кДж/мЧ
17,5 1,8 и • в а а а. а - , 0,18 848 1,8 4 > • * •
12,35 0,8 0,6 0,6 0,30 0,12 380 19 в «
17,3 12,1 12,8 2,2 0,2 0,9 0,02 » • 550 40 ф = 57 %; е8 = = 700 кДж м2; о0 2 = 400 МПа п0 2 = 270 МПа
»» *. а « 0,4 ho 0,02 А •• 430 37
16,5 3,0 0,1 0,1 0,9 0,02 • » 450 30 <тО г = 300 МПа
• • * а • • е • г • » в . . . » » » 523 29,2 ф = 45,9 %
» • i в •• » at • • в ч • • 580 37,6 ф = 66,9 %
♦ > и • it * * • • • « 615 56,6 ф = 60,0 %
Таблица 6.40. Физико-механические хяпки НХП80-20 (спекание в водороде п свойства спеченного нихрома [133] ри 1350 °C в течение 10 ч)
₽п> мп» Относительная плотность, % 0 в. МПа ®0,2> МПа % & %
после холод- ного прессо- вания после спекания
200 59 88 ЯЯ 340 350 ♦ 160 150 22 23 16 25
400 71 on 350 - 150 33 38
500 75 Q5 470 270 37 42
600 780 77 81 96 380 250 24 57
Таблица 6.41. Потенциал коррозии металлостеклянных ffi071 J металлопластмассового материалов на основе стали СПХ23Н18 [607]
Коррозионные характеристики материалов
Марка материала Потенциал кор- розии фк0р, в Область устойчивого пассивного состояния Аф, В Ток устойчивого пассивного состоя- ния т,,, мкА/см2
СПХ23Н18-4 —0,300 От +0,09 до +0,90 500
СПХ23Н18СтЗ-4 —0,350 От —0,09 до -j-0,90 630
СПХ23Н18Ст5-4 —0,360 От +0J0 До +0,90 250
СПХ23Н18Ст7-4 —0,300 От +0,10 до +0,90 125
СПХ23Н18Ст10-4 —0,05 От +0,010 до +0,90 63
СПХ23Н18-1БА —0,300 От —0,20 до 4-0,12 12,5
П Рп"м ® ’ ая и е- Испытания в 1 %-ной H2SO4 при 25 °C и скорости изменения потен-
циала 1 В за 59 мин* Пористость горячепрессованных металлостеклянных материалов со Стек-
лом марки ВВС менее 2 % (индекс Ст обозначает стекла, цифра — его массовое содержание, % /•
теталлопластмассовый материал получен пропиткой пористых заготовок бутиловым эфиром
метакриловой кислоты и полимеризацией с образованием полиметилбутилакрилата (индекс БА).
качественных изделий применяют засыпки, в состав которых входят металлы
с высоким сродством к кислороду (титан, хром).
_ поп?еКаИИе В вакУУме можно проводить [133]'при более низких температурах
__л_„^а2ь 03делия повышенной чистоты по примесям внедрения повышенной
плотности и пластичности (табл. 6.39). н
пР01*есса спекание изделий из порошков нержавеющих
-таия Ti „,?,ят ° в0Д0₽0де> полученном в результате разложения гидрида ти-
сы излиЙИпЛ TSK.e обы'1НОГО водорода, но в засыпке е 5—10 % TiHg от мас-
«еожапеюшрб nJ' $ТИм Методом можно осуществлять активированное спекание
тает^с 6 27 ^нИСгп1С°КИМ содеРжанием хрома: плотность брикетов возрас-
в волопопр Г поп "Ро спекании в обычном водороде до 7,27 г/см® при спекании
деталей^ вводят рУ В Тс Разл°женнем TiHa. Для интенсификации спекания
действие мели и 9т1, ®собеино сильное влияние оказывает coBm^7,J?
после холодного Jn *Т' Пр“ В8едении в состав шихты 0,4 % Р и 0,1 % Си
2 ч в водополе пллтмпЛ аН«Я При 600 МПа и спекания при 1250 °C в течение
«= 470 образцов достигает 7,70 г/см®, предел прочности ов
слопи n пг«.п МПа и относительное удлинение 6= 30 Введение 2—3 %
предел прочности €пш1исЮШ'ИХ сталей аУстеннтного класса позволяет повысить
случаях возмо^п0 еЛЛСТа е И6’119 д° 130—148 МПэ [13mV
У озможно спекание в диссоциированном аммиаке 1155].
Таблица 6.42. Результаты коррозионных испытаний порошковых
нержавеющих сталей на общую коррозию при кипячении в HNOS в течение 48 ч
[133)
Марка стал» Режим спекания Дополнительная обработка т. . г/см’ Скорость коррозии, г/и*, в водном растворе HNO, при концентрации., %
*cn> °с тсп- 4
25 | бв
СПХ17Н2 1300 10 в 7,45 0,92 3,74
СПХ17Н2 1400 10 ж В •> 7,65 0,25 1,39
СПХ17Н2 1400 10 Ковка, прокатка, закал- ка с 1000 °C в воду, отпуск 680 °C, 1 я 7,78 0,29 1,31
СПХ18Н15 1100 5 Вь В • 5,40 11,36 Образец растворился
СПХ18Н15 1200 5 • » * 6,25 11,61 То же
СПХ18Н15 1300 5 В В. • 6,50 8,62 120,34
СПХ18Н15 * 1400 10 Ковка, прокатка, закал- ка с 1100 °C в воду 7,98 0,12 0,88
СПХ22Н18 1100 5 * 5,49 8,11 Образец растворился
СПХ22Н18 1200 5 • • » 6,33 2,88 То же
СПХ22Н18 1300 5 в • » 6,75 1,03 » ъ
СПХ22Н18 1400 10 Ковка, прокатка, закал- ка с 1100 °C в воду 7,96 0,071 1,52
СПХ22Н1Э 1100 5 5,39 ? 13 Образец растворился
СПХ22Н15 1200 5 • В 6,22 3,76 То же
СПХ22Н15 1300 5 • 6,79 3,97 93,48
СПХ22Н15 1400 10 Ковка, прокатка, закал- ка с 1100 °C в воду 7,97 0,119 0,981
СПХ23Н28 1100 5 „А 5,94 5,40 Образец растворился
СПХ23Н28 1200 5 в • • 6,09 4,07 84,47
СПХ23Н28 1300 5 ж • • 6,64 0,369 71,68
СПХ23Н28 1400 10 Ковка, прокатка, закал- ка с 1100 °C в воду 7,96 0,051 0,95
спхзо 1100 5 Ж в в 5,39 5,20 Образец растворился
спхзо 1200 5 • • 6,77 1,39 31,38
спхзо 1300 5 * • в 7,14 0,205 7,98
спхзо 1400 10 Ковка, прокатка, закалка с 700 °C в воду 7,66 0,053 1,91
8 S-356
225
Таблица 6.43. Зависимость механических и коррозионных свойств плотной
и схемы изготовления [134] ____________________
Способ изготовления Содержание кислорода в готовых образцах, %
Исходное сырье Схема Защитная среда при ©пекании или отжиге
Порошок сплава, полученный диффу- зионным насыщением То же с добавкой 6 % карбониль- ного порошка никеля I II III I II III Нз На - «-Y Н, Вакуум на Вакуум » * * 0,40 0,29 0,35 0,40 0,42
Примечание. I — без спекания и отжига; II — предварительное спекание; Щ — без
Спекание образцов из стали СП20Х13 в контейнере е плавким затвором
с последующим быстрым охлаждением на воздухе и отпуском при 570—750 °C
позволяет повысить предел прочности до 200—300 МПа, относительное удли-
нение — до 4—6%.
Физико-механические свойства порошковых нержавеющих сталей высокой
плотности приведены в табл. 6.39, порошкового нихрома марки ПХ20Н80 —
в табл. 6.40.
Коррозионная стойкость порошковых нержавеющих сталей чувствительна
к плотности материала и наличию примесей. Введение в материал стекла марки
ВВС способствует повышению коррозионной стойкости металлостеклянных
материалов на основе порошков нержавеющих сталей (табл. 6.41).
Наличие пористости (до 15—20 %) повышает скорость коррозии по сравне-
нию с литой сталью в десятки и сотни раз (табл.. 6.42). Материалы на основе
порошков нержавеющих сталей, полученные горячим прессованием или юря-
чей штамповкой, характеризуются высокой коррозионной стойкостью, сравни-
мой или превышающей коррозионную стойкость литых сталей. Для достижения
высоких физико-механических свойств и коррозионной стойкости рекомен-
дуется после горячей штамповки проводить диффузионный отжиг (табл. 6.43),
при использовании активирующей добавки в виде порошка карбонильного
никеля удовлетворительные свойства могут быть достигнуты при спекании
пористых заготовок [133],
Таблица 6.44. Подгруппы плотности порошковых материалов на основе цвет-
Под- группа п, % 1. г/с«^ л
алюминия бериллия бронзы вольфрама латуни
1 2 3 4 25-16 15—10 9—2 <2 2,0—2,30 2,35—2,40 2,45—2,60 >2,60 к 1,40—1,55 1.56—1,65 1,65—1,76 >1,76 6,5—7,5 7,6—8,0 8,1—8,6 >8,7 14,4—16,3 16,4-17,2 17,3—18,6 >18,8 6,3—7,о 7,1—7.5 7.6—8.3 >8,5
стали марки Х23П18, изготовленной методом ГШПЗ, от типа исходного сырья
т. , Г/СМ* Механические свойства Результаты коррозионных испытаний в 60 %-ном растворе HNO, при 293 К время 264 ч ’
(Гв. МПа «. % °к> кДж/м’
п, мм/год Коррозионная стойкость, баллы
745 575 0.5—9,2 90—120 0,067 5
760 580 2,3—13,8 170—340 0,0017 2
7 ДО 645 24,0—26,0 220—320 0,007 3
748 615 5,0—13,0 120—180 0,014 4
7.42 630 21,0—24,0 260—280 0,0100 3
7,60 530 23,0—28,0 220—350 " 0,0346 4
7^56 610 20,0—25,0 350—400 0,0086 3
7,65 635 24.0—28,0 380—450 0,0069 3
предварительного спекания, отжиг после ГШПЗ.
♦.3.S. Цветные металлы и сплавы порошковые
Порошковые цветные металлы и их сплавы широко применяют в современ-
ном приборостроении, электротехнической промышленности и электронной
технике. Как и литые, эти материалы обладают высокой тепло- и электропро-
водностью, коррозионной стойкостью, немагнитны, хорошо обрабатываются
резанием и давлением. По химическому составу порошковые цветные металлы
и их сплавы могут быть идентичны литым; известны материалы, производство
которых возможно только методами порошковой металлургии.
Цветные порошковые металлы и сплавы различают по плотности, составу,
структуре и методам производства.
Как и другие порошковые материалы, цветные металлы и сплавы могут
быть пористыми или беспористыми. Порошковые сплавы, как и литые, разли-
чают по химическому составу металлической основы, а также легирующих
элементов. По структуре указанные материалы бывают одно» или двухфазными.
Изделия из них получают холодным прессованием и спеканием, горячим прес-
сованием или горячей штамповкой. ,
Марки порошковых конструкционных материалов на основе цветных ме-
таллов и сплавов обозначают сочетанием букв и цифр.
Первый буквенный индекс, как и для литых сплавов, указывает на класс
этериалов; Ал — алюминий; Бе — бериллий; Бр — бррнза; В — вольфрам;
вых металлов и сплавов
—^*т«РИада иа основе
“‘’«Ибдена меди никеля серебра титана хрома | цинка
JM7 |’М,2 9,3-Юо >10,0 6,7—7,5 7,6—8,0 8,1—8,6 >8,6 6,7—7,5 7,6—8,0 8,1—8,6 >8,6 8,0—9,0 9,1—9,5 9,6—10,2 >10,2 3,4—3,8 3,85—4,10 4,15—4,35 >4,35 5,4—6,1 6,2—6,5 6,6—6,9 >6,9 5,3—6,1 6,2—6,5 6,6—6,9 >6,9
Таблица 6.45. Химический состав порошковых конструкционных материалов
общемашиностроительного назначения на основе цветных металлов
Марка материала Массовая Доля легирующих элементов, % “* 1 1 ч
А1 Си Mg Мп Zu Другие элементы
АлП Основа W в в . « а » • ж
АлПД2 э 1,5—2,5 0,3—0,6 0,3—0,7 * В » » м
АлПЖ2 > 0,3—0,7 v«. Fe —1,8—2 5
АлПЖ8 * *-> 0,3—0,7 " 5 Fe —7,8-8’8
АлПЖ12 > 1,5—2,5 0,3—0,7 0,3—0,7 Fe- ll,8—12,8
АлПМг2Д2Ц10 > 1,8—2,2 9,8—10,8 М-'
АлПМг2Д2Ц11 АлПМГ2Д2Ц12 1,8—2,2 1,5—2,5 0,3—0,7 10,8—11,8
э 1,8—2,2 1,5—2,5 0,3—0,7 11,8—12,8
Ал/1МгЗД2Ц8 9 1,8—2,2 3,0—3,5 0,5—0,8 7,8—8,8
АлПМгб —Ч 5,8—6,8 0,5—0,8 *<« д
Алпсю > *•4 0,2—0,5 0,5—0,8 <*» % Si —9,0—Ц
АлПС15 БеП БрПОЮ Основа 0,2—0,5 0,5—0,8 •' If'»- М- 4 л»»* > И» w Si — 14—16 Be — основа Sn— 9,5—>
БрПОЮП » W К» V л>» • 10,5 f Sn— 9,5-
i 10,5
БрПОЮЦЗ > * а$в М»>' I 1 P Sn —9,5 —
ВП > -•> * 10,5 W — основа
дп ЛП58Г2 ЛП59 ЛЛЭЭСв > » в- • ч’ 1,0—2,0 39—41
» * 9 «V, «i • • 40—42 40—42 Pb—0,8—
ЛП65Н5 ЛЛ65Н5 > 9 * * * «*«• A»'» B| 37—39 29—31 1,3 •'a Ni —5,0—
ЛП68 6,5
ЛП80 О» • • 31—33 life
ЛП90 *”? 19—21 a » »
МП Н»-» » . S 9—Н »
МгП •«* fct «Г.1
МгПАл5 4,5—5,5 Основа
МгПАлЮ НП 9,5—10,5 * >.* * чЙ* •
СрП ТП * *1». Ni — основа
• • W ** » Ag — основа
ТПАл2М 1.8—2,2 W Ик* »>» * а в в Ti — основа
Ы » • "« в. Mo — 0,5—
ТПАл4 ТПАл4Г 3,8—4,4 3,8—4,4 3,8—4,4 Ж jB.4 • • а 0,8
ТПАл4Ф а • « 0,5—0,8 •вьв V
^«к в > «tw V —0,2—
ТПАл4МЗФ- 3,8—4,4 » » » * а- В * a J3 0,5 < Mo — 2,8—
I 3,5
V —0,2—
ХП I 0,5
ЦП • » * • *'• Ст — основа
• » • Основа <• *
Таблица 6.46. Физико-механические свойства порошковых
конструкционных материалов общего назначения на основе цветных металлов
без термической обработки
Марка материала сгв, МПа, яе менее 8. %, не менее ф. %. не менее ан> кДж/м8, не менее Е, ГПа, не менее НВ, МПа
АлП-2 70 15 25 250 42 120—180
АлП-3 90 20 40 350 53 180—250
АлП-3 120 30 55 500 71 250—300
АлПД2-4 180 16 25 350 70 350—400
ЛлПЖ2-4 150 6 15 80 72 250—300
АлП}К8-4 250 5 15 60 72 250—300
АлПЖ12-4 350 4 10 60 72 250—300
АлПМг2Д2Ц10-4 750 6 15 80 71 1500—1800
АлПМг2Д2Ц11-4 830 4 10 60 71 1900—2200
АлПМг2Д2Ц12-4 760 8 15 80 71 1000—1400
АлПМгЗД2Ц8-4 500 4 10 50 71 200—250
АлПМгб-3 200 8 15 100 54 350—380
АлПМгб-4 300 15 35 150 72 400—450
АлПС10-4 200 12 25 160 • в • 300—340.
АлПС15-4 210 10 20 120 > в В 320—350
БеП-2 100 0,6 • • • 50 400—800
БеП-3 150 1,0 0,5 80 800—1200
БеП-4 200 1,8 0,8 100 1,6 1200—1800
БрПОЮ-2 100 8 15 80 60 600—800
БрПОЮ-З 200 12 25 120 75 800—900
БрПО10-4 250 15 30 150 100 900—1000
БрПО10П-2 80 3 3 40 40 400—550
БрПОЮП-3 120 5 5 60 60 550—700
БрПО10П-4 200 8 8 80 75 700—900
БрПОЮЦЗ-З 250 12 15 100 75 700—900
БрПОЮЦЗ-4 300 15 18 150 100 900—1100
ВП-2 250 2 • • • • • • 235 1500—2000
ВП-3 400 3 • в, » в « • 300 2000—2500
ВП-4 650 4 i * • • • в 390 2500—3000
ДП-2 100 10 25 140 65 300—400
ДП-3 180 15 35 . 300 80 400—500
Д11-4 240 30 45 600 110 500-г600
ЛП58Г2-2 80 5 ГО 150 40 400—500
ЛП58Г2-3 120 10 20 250 55 500—650
ЛП58Г2-4 200 15 30 400 70 650—750
ЛП59-2 100 5 10 200 40 380—500
ЛП59-3 ЛП59-4 ЛП59Св-2 ЛП59Св-3 ЛП59Св-4 ЛП62-2 ЛП62-3 ЛП62-4 ЛП65Н5-2 ЛП65Н5-3 ЛП65Н5-4 ЛП68-2 150 260 120 200 250 80 120 200 100 180 250 80 10 15 5 10 15 8 12 20 8 15 20 8 20 30 10 20 30 10 20 30 15 25 40 15 300 500 200 300 450 100 200 350 150 250 400 150 55 70 40 55 70 40 60 70 40 60 70 40 500—650 650—750 400—500 500—650 650—800 400—500 500—700 700—850 350—400 400—600 600—800 400—500
fl родолжение табл. 6.46
Марке материала ив, МПа. не менее 6. %, не менее 4>. % не менее аи, кДж/м*. не менее ГПа, не менее НВ, МПа
120 12 ОЙ 20 250 60 500—700
ЛП68-3 35 400 70 700—850
ДП68-4 220 15 80 40 400—500
ЛП80-2 100 10 20 10 15 30 3 Л 20 150 60 500—700
ЛП80-3 150 35 300 75 700—850
ЛП80-4 250 20 120 40 350—500
ЛП90-2 100 30 250 . 60 500—700
ЛП90-3 ЛП90-4 МП-2 150 250 350 650 45 400 50 60 70 120 160 700—850 1000—1400 1400—1600
МП-3 к 80 220 1600—2000
МП-4 МгП-4 МгПАл5-4 1000 220 250 5 4 70 50 40 40 300—400 300—400
НП-2 НЗ-4 НП-4 120 180 280 6 12 15 25 80 180 75 120 400—500 500—600
20 40. 250 140 600—800
СрП-4 150 40 55 500 80 200—300
ТП-2 180 5 10 60 40 600—800
ТП-3 250 8 15 100 55 800—1000
ТПЛ 450 15 25 200 70 1000—1200
ТПАЛ2М-2 300 2 * 15 60 700—800
ТПАл2М-3 450 4 • Ш • 40 70 800—1100
ТПАл2М-4 600 8 100 100 1100—1500
ТПАл4-2 350 2 • «Г * 15 60 700—900
ТПАл4-3 500 4 .. i 50 70 4 900—1100
ТПАл4-4 650 8 у 100 100 1100—1500
ТПАл4Г-4 700 7 ? V 100 100 < 1500—1700
ТПАл4Ф-4 750 8 • « е 100 100 1800—2000
ТПАл4МФ-4 900 8 120 100 2000—2200
ХП-4 250 5 80 288 2000—2500
ЦП-4 120 10 20 200 ПО 300—400
. Примечание. Механические свойства легированных алюминиевых сплавов
после ?тД2Ц,°'4- АлПМг2Д2И12-4 и АлПМгЗД2ЦВ-4 приведены для структурного состояния
Г — марганец; Д — медь; Ж — железо; Л — латунь; М — молибден; Мг —
магний; Н — никель; О — олово; П — фосфор; С — кремнии; Св — свиней;
Ср —-серебро; Т — титан; Ф — ванадий; X — хром; Ц — цинк; Цр — дир-
коний.
Второй буквенный индекс П указывает, что материал получен методами
порошковой металлургии. Следующие после этого индекса буквы обозначают
легирующие элементы, цифры после них — среднее содержание элемента в про*
центах (отсутствие цифры означает, что содержание элемента меньше 1 %)'
Число после дефиса отражает плотность материала данной подгруппы (плот*
иость^материалов разных подгрупп характеризуется данными, приведенными
Химический состав, марки и физико-механические свойства порошковых
материалов на основе цветных металлов и сплавов, применяемых в приборострое-
нии или подготовленных к промышленному производству, приведены в табл. 6.45
и. 6.46.
6.4. Точность изделий, получаемых методами
порошковой металлургии
Точность изготовления порошковых деталей определяется точностью поес-
са пресс-форм, стабильностью упругих последействий при холодном прессова-
нии и объемных изменений при спекании, износом пресс-форм, ростом линей-
ных размеров полуфабрикатов и изделий при хранении и т. д.
Точность размеров холоднопрессованных брикетов при уплотнении «по
давлению» соответствует для высотных размеров 12—14-му квалитетам, для
диаметральных — 6—8-му квалитетам: при уплотнении с ограничителем для
высотных размеров точности соответствует 12-му квалитету, для диаметраль-
ных — 8—11-му квалитету. Схема прессования «по давлению» обеспечивает
более высокую точность диаметральных размеров, а схема прессования с огра-
ничителем — высотных [339].
Распределение отклонений от номинальных диаметральных размеров дета-
лей типа втулок при уплотнении «по данлению» подчиняется нормальному
закону, дисперсия которого определяется точностью изготовления деталей
пресс-формы. Дисперсия нормального закона для соосности втулок численно
равна зазору между подвижными деталями пресс-форм [115].
При изготовлении деталей с точностью по 6—7-му квалитету для обеспе-
чения точности допуска соосности детали пресс-формы изготовляют по 3 —
6-му квалитетам. В этом случае для деталей диаметром 18, 26 и 45 мм реко-
мендуются такие минимальные зазоры между подвижными элементами, мкм;
4—14; 4—18 и 8—26 соответственно [115].
Спекание приводит к снижению точности размеров на 1—2 квалитета [339].
Точность размеров поперечного сечения прессовок (круглость, соосность)
практически не зависит от схемы прессования и определяется в основном точ-
ностью пресс-форм. Для получения прессовок заданной точности точность изго-
товления прессформы должна быть на 1 квалитет выше [115]. Шероховатость
холоднопрессованных брикетов соответствует 6—10-му классам при использо-
вании пресс-формы е шероховатостью формообразующих поверхностей Ra 2,5—
0,02. Шероховатость спеченных изделий составляет Ra 2,5—0,08 [339].
Для повышения точности пористых конструкционных изделий применяют
калибрование путем обжатия в калибровочных пресс-формах при припуске
0,5—1,0 %. Усилие при калибровании составляет 10—25 % усилия холодного
прессования. Упругое расширение после калибрования достигает 0,1 %.
Отклонение диаметральных размеров калиброванных изделий от соответ-
ствующих размеров матрицы или стержня калибрующей пресс-формы не пре-
вышает 5—10 мкм [115, 339].
При получении прессовок по 6-му квалитету из железа и шихт железо —
графит или железо — графит — сера (давление прессования 600 МПа) стой-
кость элементов пресс-форм из сталей ХВГ (твердость 50—55 HRC) составляет
2—3 тыс. шт., из стали 7X3 (твердость 52—57 HRC) — 8—5 тыс. шт., из азо-
тируемой стали ЗХ2В8 (НУ=9ГПа) — 7—9 тыс. шт. В последнем случае износ
после 6—7 тыс. циклов прессования составляет 0,03—0,04 мм, после 15—
16 тыс. циклов — 0,06—0,08 мм [1151.
Точность линейных размеров изделий после горячей штамповки в основ-
ном определяется точностью пресс-инструмента.
6.5. Определение механических свойств
порошковых конструкционных материалов
4.5.1. Предел прочности при растяжении
Предел прочности при растяжении ов пористых материалов определяют
?яоо5аРтными методами на специально приготовленных образцах по ГОСТ
eunf* (рис. 6.15). Холодное прессование образцов производят, как р -
°- ПРИ Двухстороннем приложении нагрузки. Спекание образцов ( Р
Иссп^°ДИМ0Сти^ Дополнительную обработку производят по режимам У.HOMV
леДуемого материала. Перед испытаниями образцы подвергают вн у У
Рис. 6.15. Образцы для
определеиая предела
прочности при растяже-
нии пористых конструк-
ционных материалов
осмотру для определения качества поверхности; при наличии искривлений,
трещи и, расслоений, инородных включений, раковин и механических поврежде-
ний испытания не производятся; следует также удалять заусеницы и приту-
пить острые кромки (радиус притупления не должен превышать 0,5 мм).
Предел прочности при растяжении определяют по формуле crB = P/Ft
где Р — нагрузка, Н; F — сечение образца в рабочей части, м2.
Разрушающую нагрузку определяют с точностью до 1 %, размеры образца
в рабочей части — с точностью до 0,01 мм.
ч
I I- .? ' J ?
ft t
Рис. 6.16. Образцы для определения предела прочности при
изгибе Пористых конструкционных материалов
6.5.2. Относительное удлинение
Относительное удлинение 6 пористых материалов определяют на образцах,
предназначенных для определения предела прочности по ГОСТ 18227—72.
При определении остаточного удлинения на поверхности спеченвого образ-
ца в его рабочей части заносят неглубокие риски, не влияющие на механиче-
ские свойства испытуемого материала. Расстояние между рисками (расчетная
длина) 25 ± 0,1 мм. Начальную /0 и конченую I расчетную длину испытуемого
измеряют с точностью до 0,05 мм. 1 J
Остаточное удлинение (%) вычисляют по формуле б = 100 (I— ?0)/Л>-
6.5.3. Относительное сужение
Относительное сужение W плп
предназначенных для опвел₽лряНоРп ЫХ МатеРиалов определяют на образцах,
Толщину образца измеряют няР^Ла пРОЧНости по ГОСТ 18227-72.
в трех местах (в середине н по кп!»УЧасТке Расчетной длины не менее чем
части с точностью до 0 05 мм Пл аям" а его ширину — по середине рабочей
Щадь поперечного сечения » ”аименьшим из размеров вычисляют пло-
ние (%) рассчитывают по фоомчле ТРуГ1плНЛем до °’1, Относительное суже-
ное и конечное сечение образу. * " 100 (F ~Wb и F - иачаль-
tS.i- Предел прочности при -изгибе
Предел прочности при изгибе пористых материалов определяют етанпяп^
яымя методами на специально приготовленных образцах по ГОСТ
О)ис. 6.16).
Холодное прессование образцов производит, как правило, при двухсотой-
аем приложении нагрузки. Спеченные образцы подвергают визуальному" осмот-
ру для определения качества поверхности (не допускаются искривления тое-
щины, расслоения, инородные включения, раковины и механические повреж-
дения). Рекомендуется удалять заусеницы и притупить острые кромки (радиус
притупления не должен превышать 0,5 мм). '
Испытание на изгиб проводят ца универсальных испытательных машинах,
отвечающих требованиям ГОСТ 7855—68. Для проведения испытания приме-’
вяют специальное приспособление, состоящее из гибочногр пуансона и опор-
ной плиты с гибочными опорами. Оно должно обеспечивать передачу изгибаю-
щей нагрузки перпендикулярно к грани образца. Указанное приспособление
должно иметь расстояние между опорами 40 ± 0,2 мм, радиус гибочных опор —
2 мм, радиус гибочной опоры пуансон» — 2 мм, длину гибочных опор — не
иенее 20 мм.
Направление прилагаемой при испытаниях нагрузки должно совпадать
с направлением прессования образца при его изготовлении. Скорость пере-
мещения пуансона до момента разрушения >должна быть в пределах 0,5—
1,0 мм/мин.
Разрушающую нагрузку определяют с точностью до 1 %.
Предел прочности при изгибе (МПа) вычисляют ио формуле
_ q st ЗР/оп
аи“9’81 262ft •
где Р — разрушающая нагрузка, Н; /оп — расстояние между опорами, мм;
ft—ширина образца, мм; b — толщина образца, мм.
Механические свойства беспористых порошковых материалов, получае-
мых горячим прессованием или горячей штамповкой, определяют по стандар-
там, действующим для литых металлов (ГОСТ 1497—73. Металлы. Методы тех-1
иологических испытаний на растяжение; ГОСТ 1419—68. Металлы. Методы
технологических испытаний иа изгиб; ГОСТ 9454—78. Металлы. Испытание
на ударный изгиб лрн пониженной, комнатной и повышенной температурах;
ГОСТ 9012—59. Металлы. Методы испытаний. Измерение твердости _по Бри-
неллю). *
6.6. Методика приготовления шлифов
Наличие пористости осложняет процесс приготовления шлифов. При шли-
фовании спеченных материалов не рекомендуется сильное нагружение образца.
Сначала используют крупные абразивные материалы, а затем постепенно пере-
ходят к мелким. Направление шлифования при переходе к очередному абразиву
меняют на 90°,
При приготовлении шлифов применяют хромоалюминиевые пасты с повы-
шенным содержанием стеарина или парафина, предотвращающего попадание
частиц абразивного материала в поры шлифа. Составы шлифовальных паст для
получения шлифов спеченных материалов приведены в табл, 6.47.
ДЛ1лпИ пРиготовлении шлифов применяют алмазные пасты АП80П, АП2011,
**П0П с периодическим смачиванием чугунных‘дисков керосином. Хорошие
результаты дает использование эластичных алмазных дисков диаметром 200 мм
марок АСОЮО, АСМ40, АСМЗ (крупность частиц соответственно 100, W
aii МКм)" Полировку образцов ведут на сукне, смоченном суспензией оксид
0 к°МоНлия или хР°ма марки ЧДА в дистиллированной воде (размер частиц
дпеЛ’® мкм). При полировке образцов также применяют алмазную у
илй АПШ. Перед нанесением паст сукно пропитывают траисформ Р
маслом, в ходе полировки периодически смазывают маслом.
Таблица 6.47. Составы рекомендуемых шлифовальных паст [5731
Компоненты Состав шлифоваль- ных паст (%) различной тонкости Компоненты Состав шлифоваль- ных паст (%) различной тонкости
Тонкая Средняя Грубая Тонкая Средняя со 1
Оксид алюминия Оксид хрома Стеарин или пара- фин 28 29 35 32 30 30 37 30 25 Керосин Сода двуугле- кислая Кислота олеиновая 3 2 3 3 2 3 3 2 3
При приготовлении шлифов спеченных материалов применяют электро,
полировку. Режимы процесса подбирают в каждом конкретном случае. Опти-
мальная скорость растворения металла 5 10 мкм/мин, длительность процесса
10—15 мин.
Перед травлением поверхность шлифов обезжиривают метиловым или эти-
ловым спиртом, бензолом, ацетоном.
Химическое травление — наиболее простой и распространенный способ
выявления микроструктуры. Травящий реактив наносят на поверхность шлифа
пипеткой или втирают ватой, смоченной в реактиве. Для материала пористо-
стью свыше 13 % (531] целесообразно применять метод втирания.
Образцы с высокой пористостью, особенно при изучении легированных
материалов, рекомендуется предварительно пропитывать бакелитом или пара-
фином.
Состав реактивов, особенности травления и рекомендуемые для травления
материалы приведены в [531].
Для получения общего представления о структуре, наличии а распределен
«пи дефектов используют малые увеличения; распределение пористости и вклю-
чений исследуют при увеличении в 150—210 раз, детальный анализ микро-
структуры — при увеличении в 200—500 раз и более.
6.7. Экономическая эффективность применения
порошковых конструкционных материалов
Методы порошковой металлургии позволяют в максимальной степени эко-
номить трудовые затраты и материальные ресурсы при выпуске изделий кон-
струкционного назначения. В ряде случаев порошковые конструкционные мате-
Таблица 6.48. Расход энергии при изготовлении 1 т порошковой стали различной плотности и обычной стали [131]
Порошковая сталь Обычная сталь
Плотность, г/см’ Расход энергии, кВт « ч Потеря массы при механической обработке Расход энергии, кВт • ч
6,2 6,4 6,6 6,8 7,2 3150 3250 3360 3460 3500 0 10 20 30 40 3560 3950 4450 5080 5930
„„«ЧЫ по своим уникальным свойствам не имеют аналогов и позволяет „л-
₽*?ать выпуск качественно новой продукции. позволяют обеспе-
’ Применение порошковых конструкционных материалов дает аначител^ш
экономию в сфере эксплуатации, обеспечивая высокие эксплуатационные свой-
ства изделий.
Для получения 1 т конечного продукта методами порошковой металлургии
требуется [1311 3200—3500 кВт ч энергии, тогда как при производстве 1 т
Таблипа 6.49. Сравнение потенциальных возможностей и ограничений
методов порошковой металлургии и литья [131]
Критерий сравнения Порошковая металлургия Литье (прецизионное и под давлением)
Использование исходного материала, % Масса получаемых изделий, кг Формование 100 0,1—1,0 Относительно простое; 60—80 0,1 — 10 Относительно сложное;
Серийность деталей при рен- табельном производстве, тыс. шт. Чистота конечного продукта Микроструктура Однородность Шероховатость, мкм Стоимость производства высота изделия меньше длины и 10 Очень чистый Тонкая Очень хорошая 1—50 Сравнимая обычно ширины высота, длина и ширина не ограничены в пределах размеров изделия 2—3 Возможно попадание при- месей материала формы Возможно грубая Средняя Обычно 10—30, иногда 2 Сравнимая
Таблица 6.50. Основные технико-экономические показатели
производства 1 т изделий из железа [148]
Показатели Механиче- ская обработка Порошковая металлургия
Абсолютные значения В % к меха- нической обработке
Сдельные капитальные вложения, тыс. руб. 3,1 2,0 65
Материалоемкость, т 2,3 1,05 46
Себестоимость, тыс. руб. 2,3 0,9 40
Коэффициент использования материала 0,3—0,5 0,95 190—320
Удельные энергетические затраты Относительная плотность материала 1,0 1,0 0,6 0,8—0,95 □и 80—95 13—15 200
Число технологических операций экономия литых металлов Выработка на 1 рабочего, т Высвобождение рабочих, чел. Высвобождение металлорежущих станков, 30—40 2,5 V* 4,0—6,0 3,0 5,0 0.19 0,08
< •
Окупаемость капитальных вложений, год *-» • 1,4 • • •
экономическая эффективность, тыс. руб. • 1,0—4,2 ———ss*
стали (без учета затрат на переработку первичного или вторичного сырья) рае*
хо дуетея 3600—5900 кВт » ч (табл. 6.48).
Перспективные методы получения порошков позволяют дополнительно
экономить до 4 % энергии, инфракрасный нагрев с КПД 90 % при отжиге
и спекании—до 22%, улучшение теплоизоляций печей — до 5 %, переход
на спекание в азотсодержащих средах — на 10 % [1311. Отмеченное различие
в энергозатратах традиционных методов и методов порошковой металлургии
сохранится и в будущем [131].
Сравнение потенциальных возможностей порошковой металлургии и литья
приведено в табл. 6.49.
Технико-экономические показатели производства I т изделий из железа
традиционными методами механической обработки и методами порошковой
металлургии приведены в табл. 6.50.
Табл и ца 6.51. Соотношение затрат в себестоимости 1 т изделий
общемашиностроительного назначения на примере железографита [377]
в зависимости от массы деталей
Масса изделий, г Относительная фабрично-заводская себестоимость Статьи затрат, доля себестоимости
Сырье и материалы Заработная плата и отчисления на соцстрах Расходы на эксплуатацию! оборудования j Расходы на амортизацию Стоимость инструмента Цеховые 1 расходы 1 Общеаавод- i окне расходы
2,1—5,0 6,12 0,53 0,77 1,56 0,82 0,65 0,88 0,91
5,1—10,0 4,10 0,68 0,43 0,86 0,63 0,49 0,49 0,52
10,1—20,0 3,93 0,69 0,43 0,89 0,14 0,74 0,51 0,53
20,1—40,0 3,89 0,74 0,34 0,71 0,23 1,07 0,39 0,41
40,1—80,0 2,36 0,53 0,24 0,52 0,11 0,38 0,29 0,29
80,1—150,0 1,82 0,59 0,16 0,33 0,09 0,27 0,19 0,19
150,1—300,0 1,94 0,71 0,16 0,33 0,07 0,29 0,19 . 0,19
ЗОО, 1 ** 1,65 0,62 0,12 0,25 0,10 ' 0,27 0 14 0'15
500,1—800,0 1,03 0,54 0,06 0,12 0,08 0^09 0,07 0,07
300,1—1200,0 1.0 0,52 0,06 0,12 0,09 0,07 0,07 0,07
Примечание. За единицу принята себестоимость изделий из железного порошка.
ТЛ?лица Соотношение стоимости пресс-Лоом для холодного прессования различного размера и сложности [ 148J
Габаритные Размеры, мм . Группы сложности деталей
Простая Сложная Весьма сложная
. Подгруппы
1 2 1 2 1 2
До 60 60J—I20 120,1—200 200,1—300 300,1—500 500,1—700 1.0 1,2 1,4 1,8 2,4 3,2 1,2 1,4 1,7 2,1 2,9 3,8 2,5 3,0 3,5 4,5 6,0 8,0 3,0 3,6 4,2 5,4 7,2 9,6 4,6 5,4 6,3 8,1 10,1 14,4 5,4 6,5 7,6 9,7 13,0 17,3
236 &
Статьи затрат, влияние сложности и массы изделий на уровень рентабель-
ности и народнохозяйственный эффект характеризуются данными, приведен-
ными в табл. 6.51—6.55.
Табл и па 6.53. Рентабельность основных видов изделий
из железного порошка [148] из расчета 1 т
Материал Рентабельность, %, для групп изделий массой, г
До 2,0 1 2-б 6-10 10—20 20-40 О со 1 о 80—150 150—300 300—500 008—009 800—1200 1200—1700
Железо- графит Легиро- ванная сталь 160,0 229,7 152 192,3 45,3 145,1 29,4 81,6 29,6 49,4 22,.0 70,1 21,4 67,0 9,2 72,1 18,4 40,9 14,1 46,4 2,4 1 *-5- 94,1
Таблица 6.54. Характеристика уровня рентабельности спеченных изделий
на основе железного порошка [148]
Группа изделий по массе, г Трудо- емкость вормо- часов Стоимость обработки, руб. Прибыль, руб. Рентабельность себестоимости, % Индексы
трудо* емкости стоимости обработки прибыли
1000 шт. 1000 шт. 1000 шт.
I — III группы сложности
До 2,0 . 0,45 4,42 3,28 63,1 1,о 1,0 1,0
2—5 0,96 9,50 5,70 42,2 2,13 2,15 1,74
5—10 1,09 11,98 10,50 67,2 2,42 2,71 3,20
10—20 2,97 12,18 11,80 66,3 6,60 2,76 3,60
20—40 1,60 14,67 22,60 97,3 3,56 3,32 6,89
80—150 7,19 53,0 39,40 45,50 15,98 11,99 18,1
150—300 9,59 124,3 90,53 43,7 21,31 28,08 27,6
300—500 23,49 312,34 231,2 59,9 52,2 70,66 70,49
500—800 28,74 254,30 294,76 56,6 63,87 57,53 89,87
800—3000 49,70 540,97 409,16 48,0 110,44 122,39 124,74
W — V группы сложности
2-5 0,47 18,10 50,20 253,5 1,0 1,0 1,0
5—10 1,56 11,40 14,56 94,3 3,32 0,63 0,29
Ю—20 1,03 10,40 5,40 36,9 2,19 0,5? 0,111
800—3000 20,28 236,30 236,30 66,8 43,15 11,26 4,70
VII группы сложности
20—40 40—80 80—150 6,04 6,17 11,41 49,20 45,96 77,63 33,30 77,30 70,18 49,9 102,0 52,1 1,0 1,02 1,89 1,0 0,93 1,58 1,0 2,32 2,11
*«0—300 11,08 88,36 122,55 66,7 1,83 1,56 3,68
Таблица 6.55. Агрегированные величины народнохозяйственного
экономического эффекта от применения порошковых изделий
общемашиностроительного назначения [148]
Материал Группы сложности изделий Экономический эффект, руб./т, для изделий массой, г
Др 2,0 2«1—5 5,1—Ю юл—ао 20,1—40
Железографит I — III IV-V VI — VIJ 34 200 45000 60000 25 000 34 500 40 000 13000 17 500 24 000 3 000 5 000 7 500 1 500 2000 2700
Легированный железографит I —HI IV —V VI-VII 35 000 47 000 69 500 25 200 36 000 46 500 14 000 18 500 33000 4 500 6000 7 550 1 500 2 200 2 720
Броизографит I —III IV—V VI — VII 140000 160 000 185 000 100 000 120 000 145 000 42 000 50 000 60 000 12 500 15 000 21 500 6000 7300 ' 9200
Продолжение табл. 6.55
Материал Группы СЛОЖНО- СТИ изделий Экономический эффект, руб,/т, для изделий массой, г
08—l*0t 80,1—150 1 150,1—300 300,1—500 500,1—800 1 800.1—3000
Железографит I — III 1 200 1 050 700 500 350 300
IV-V 1 650 1 300 850 650 400 320
VI - VII 2 100 1 500 1 050 > 820 460 350
Легированный 1-Ш 1 400 1 150 1 100 900 650 400
железографит IV —V 1 850 1420 1 250 1 050 720 480
VI-VII 2 350 1750 1 400 1 200 800 550
Броизографит I —III 4 800 4 200 2 500 1 800 1 400 1 100
IV —V 6 500 5300 3000 2 200 1700 1 300
VI-VII 8 000 6 200 3 800 3 000 2 150 2 200
Стоимость порошков в С5—3,5 раза выше стоимости проката, получен-
ного традиционными методами. Поэтому при отсутствии существенного повы-
шения ресурса машии и приборов необходимо тщательно анализировать цело-
сообразность применения порошковых изделий конструкционного назначения.
Более высокая стоимость порошков в некоторой мере компенсируется луч-
шей степенью их использования. Производство деталей методами порошковой
лпрактически не имеет отходов (коэффициент использования металла
и, у и—и,97). Особенностью процессов порошковой металлургии является необ-
ходимость применения достаточно сложных пресс-форм при холодном прессо-
вании. Поэтому такая технология доступна только при серийном производстве
(несколько тысяч деталей, хотя возможны случаи, когда целесообразно их изго-
238
п-вчение при серийности несколько сотен изделий — при близких форме и раз-
мерах деталей, когда смена пресс-формы сводится к смене нескольких ее
частей).
Методы порошковой металлургии являются мощным резервом повышения
эффективности машиностроительного производства.
По данным НИИавтопром [396], на каждые 1000 т изготовленных деталей
экономится 1500—2000 т металла, высвобождается более 50 металлорежущих
станков со снижением трудоемкости на 120 тыс. нормо-часов, производитель-
ность труда возрастает более чем в 1,5 раза.
По данным ИПМ АН УССР [396], себестоимость изготовления порошковых
конструкционных деталей средней сложности в 2—2,5 раза ниже себестоимости
деталей из проката или литья. Внедрение 1 тыс, т порошковых конструкцион-
ных деталей позволяет сэкономить около 3 тыс. т черных и цветных металлов,
высвободить до 150 металлорежущих станков и около 250 рабочих. Производи-
тельность труда повышается в 2—2,5 раза.
6.8. Применение порошковых конструкционных материалов
Принципы выбора исходного сырья и технологических схем получения
деталей конструкционного назначения методами порошковой металлургии:
1. Структура материалов должна быть равновесной, термически стабиль-
ной, обеспечивать заданный уровень механических свойств и безотказную ра-
боту изделий в течение всего периода эксплуатации.
2. Малоиагруженные детали, находящие наибольшее применение в маши-
ностроении и приборостроении, нецелесообразно изготовлять из легированных
посошков (если это не обусловлено необходимостью придать им специальные
свойства, например электрические, магнитные или коррозионные). Наиболее
целесообразно изготовлять такие детали из железного порошка или шихт на
его основе с добавками углерода пористостью 16—25 % холодным прессова-
нием и спеканием при Т > 0,8Тпл. Для обеспечения герметичности изделия
пропитывают металлическими или неметаллическими расплавами, органиче-
скими мономерами (в этом случае е последующей полимеризацией).
3. Умереннонагруженные порошковые детали целесообразно изготовлять
из порошков углеродистых или низколегированных сталей пористостью 10—
15 % однократным или двойным прессованием и спеканием. При необходимости
(для деталей повышенной сложности) применяют механическую обработку,
для деталей простой и средней сложности — калибрование. В зависимости от
условий эксплуатации детали подвергают термической обработке.
4. Средненагружеиные детали для работы в условиях значительных стати-
ческих или небольших динамических нагрузок следует изготовлять из порош-
ков углеродистых или легированных сталей, цветных ' металлов и сплавов.
Пористость материалов не должна превышать 9 %. Изделия для данных усло-
вий эксплуатации (а также при необходимости обеспечения вакуум-плотности)
получают горячей или холодной штамповкой, горячим прессованием или про-
питкой тугоплавкой пористой металлической заготовки легкоплавким ме алли-
ческим расплавом е последующей термической или химико-термической Обра-
боткой.
5. Порошковые конструкционные материалы для работы в условиях высо-
ких статических или динамических нагрузок, а также в агрессивных жидких
или газовых средах при необходимости обеспечения вакуум-плотности целе-
сообразно изготовлять из гомогенных порошков легированных сталей или спла-
вов. Пористость деталей должна быть менее 2 %. Изделия получают горячей
ли холодной штамповкой спеченных порошковых заготовок с последующей
ермической, химико-термической или термомеханической обработкой. При
еооходимости на детали этой группы, как и предыдущих групп нагруженно-
тн, наносят защитные или декоративные покрытия.
Порошковые материалы е заданными структурно-нечувствительными
®"ствами (например, коэффициент термического расширения, термоЭДС, тем-
ратура плавления) можно изготовлять пористыми; значение пористости опре-
яют по уровню действующих удельных нагрузок.
Рекомендуемые порошковые конструкционные материалы для изготовле-
ния деталей агрегатов и машин для различных отраслей машиностроения и врц_
боростроения в зависимости от степени нагруженности приведены в табл. 6.28—
6 46. Физико-механические свойства порошковых конструкционных материя-
лов приведены в п. 3 данной главы. Рекомендуемые параметры технологических
процессов получения порошковых изделий конструкционного назначения при.
«и»пени в п. 2 настоящей главы. Последовательность операции при получении
деталей конструкционного назначения разной серийности, нагруженноети
в сложности приведена в табл. 6.56.
Таблица 6.56. Основные технологические схемы получения порошковых
изделий конструкционного аазиачения
1 Низкосерийное производство Среднесерийное и массовое производство
Степень натру- жениости деталей Л 8S 1 Группа 1 сложности Основные технологи* Дополни- тельные Основные тех нологв- ческие Дополни- тельные
» S xg операции операции операции операции
Малонагружен- ные 1=3 1—7 1-7 А А м, и, Л м, и, п ИЗ к, И, п, к, и, п
Умеренно-на- 4,7 1—7 Б, Е, Ж М, ТО, и, п Б, Е„Ж и, П
груженные 1,3 1—4 Б м, то, и„ п Б то, и, п то, Д, и.
5,7 Б то, д, и, Б
п п *
Средненагру- 4—7 1—7 Г, Е, Ж м, то, п Г, Е, Ж то, п
женные 1—3 1—7 В, Г, Ж то, д, п В, Г, Ж то, д, п
Тяжел онагру- 4—7 1—7 В, Г, Н м, то, п В, Г, Н то, п
женные 1—3 1—7 В, Г. Н то, д, п в, Г, н то, д, п
+ спекание- Г^хплпяяпо "Рисование -f- епекание; Б — двойное прессование +*
яое прессование +спеканинРХС^лоИие + спеканне + горячая штамповка + отжиг; В — холод-
+ спекание 4- гопячая штамповка Ц- отжиг; Н — холодное прессование 4-
4пропитка ле^здл"в^Хта^1ои”СжЧеНИе“ маталла + ®тжиг; Е — холодное прессование4-
ким металлом; К. — калибоовка^и°М' ™ спекание порошка в форме 4- пропятка легкоплав-
мция; М- механическая обр1боткГ Т₽О ^„миРЛМНИЙ°РкаН«ЧеСКо4’> жидкостью и полимера-
Д — Шлифовка или доводка. °°ТКа' термическая обработка; П — нанесение покрытий;
рошковс^металлупгии детаЛе® Для изготовления методами по»
Sob сТизкимсоок^ «У выявление объекта (выявление деталей и уз-
фикацню деталей в зависимости3 пД°Р°ГИж И деФицитных материалов); класси-
режимов и условий эксплуатации? конФигурации, геометрических размеров,
тельный отбор материала мя замены? условий работы Деталей; предвари-
ской эффективности произвестипРедваРятельное определение экономике-
Д^выЯВлен7я объек^иоХ^ПрИМеНеНИЯ пор°шковых деталей-
довать для изготовления методами понпп?„Ы де3'алей>’ который можно рекомен-
ЧИТЬ конструктивные осоЖстГи ^ ппяи0В0Й «металлургин’ яеобходимо изу-
тельно определить наиболее массовыми работы оборудования; предвари-
а также детали, выполненные из ” бы 7Роизнашивающиеся узлы и детали,
годовую потребность в Указанных^?^ металл°в и сплавав; определить общую
руют по таким юсновным Выявленные детали классифнци-
коифигурация и геометоиХие в«мХ-Т₽У,?ЦДя узла' й означение Детали;
и шероховатости поверхности- Режимы Р.требоваиия к точности размеров
мьерхиости, режимы и условия эксплуатации.
По функциональной роли, исполняемой в кинематике и динамике машина
или узла, детали принято классифицировать на антифрикционные, конструк-
ционные и специального назначения (магнитные, электроконтактные, жаропроч-
ные, жаростойкие, коррозионностойкие, проницаемые, со специфическими
ядерными свойствами и т. д.). По сложности конфигурации все детали, с изве-
стным приближением, можно разделить на семь групп (характеристика групп
приведена в табл. 6.9).
При отборе деталей для перехода на изготовление методами холодного
прессования и последующего спекания или штамповки необходимо следовать
таким рекомендациям: размеры деталей должны находиться в пределах 0,5—
60 см* по сечению и 2—60 мм по высоте; масса деталей ие должна превышать
5—10 кг; отношение длины детали к ее диаметру ие должно превышать 2,5—
3,0; острые углы и грани должны быть закруглены радиусом не менее 0,13 мм;
конусность по высоте детали должна быть не более 0,008 мм на каждый милли-
метр длины; точность размеров некалиброванных деталей — 8—14-й квалитет,
калиброванных — 6—7-й квалитет; шероховатость поверхности некалибро-
ваиных деталей от Ra 2,5 до Ra 0,63, калиброванных — от Ra 0,32 до /?а0,08.
К конфигурации проектируемых порошковых деталей следует также учи-
тывать частные требования: для деталей с отверстиями последние необходимо
располагать иа расстоянии не менее 2—3 мм от края изделия; для деталей с ша-
ровой поверхностью следует предусматривать между полусферами цилиндри-
ческий разделительный пояс шириной не менее 2 мм; для втулок с фасками по-
следние следует выполнить с углом ие менее 45° относительно направления
прессования; для деталей с перемычками последние не следует смещать от плос-
кости симметрии; для деталей е глухим .отверстием толщина донной части
должна быть не менее 2—3 мм; для деталей с фланцами рекомендуется проекти-
ровать фланцы толщиной ие менее 2—3 мм, следует избегать их расположения
в средней части изделия; дли ступенчатых деталей следует избегать цилиндри-
ческих поверхностей в верхней части изделия, в этих случаях необходимо пре-
дусмотреть конусность с углом не менее 7°; для конусных деталей следует из-
бегать острых углов у основания, для этого необходимо у основания выпол-
нять цилиндрический поясок шириной не менее 0,5 мм; для деталей с ребрами
я пазами минимальный размер последних должен быть не менее 2—3 мм; для
деталей с круговыми канавками, отверстиями под прямым углом к направле-
нию прессования, обратной конусностью и резьбой следует проектировать де-
тали с последующей механической обработкой.
По условиям эксплуатации детали могут работать в нормальных условиях
(окружающая среда нормальная, наличие постоянной смазки, давления, ско-
рость и инерционные усилия находятся в пределах допустимых значений для
материала детали), в условиях скудной смазки или вообще без нее; в агрессив-
ной среде; в условиях повышенных температур и влажности окружающей среды.
Анализ особенностей работы выявленных деталей включает анализ конст-
рукции, режимов и условий эксплуатации. При рассмотрении конструкций
узлов машин с целью повышения их надежности за Счет применения порошко-
вых деталей необходимо прежде всего проанализировать кинематику и дина-
ику машины и узла; величины удельных нагрузок, скоростей скольжения
инерционных усилий; наличие вибраций и дисбаланса; схему смазки, вид
пряжения и треиия деталей, посадки сопряженных деталей, шероховатость
дет-Рай,ИХ повеРхностей; метод соединения деталей; материал сопряженных
яиеи, их конфигурацию; стоимость деталей и узлов.
Изр„Ри Рассмотрении возможности перевода конструкционных деталей на
ио товлеиие методами порошковой металлургии необходимо учитывать слож-
оп в ИВГ010вления пресс-форм, количество и трудоемкость технологических
во»м влияние конфигурации детали иа ее плотность по всему сечению,
норт2Ж^сть применения калибрования для получения требуемых классов точ-
нзггугД ®пыт показывает, что в первую очередь целесообразно переводить
И спл-!Лен”е мет°Дами порошковой металлургии детали из цветных мет
ные <пР°стой, средней и сложной групп сложности), стальные У У
Рупносерийного производства (простой и средней групп сложи )•
Матепи^°ДЯ из специфики и условий работы деталей, узлов и машиг Р
арнал, обеспечивающий выполнение предъявляемых к ним требований.
ГЛАВА 7
МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ
7.1. Введение
Для обеспечения высокой интенсивности выполняемой работы при макси-
мальиой экономичности от машин и аппаратов современной техники требуется
оабота при повышенных температурах, напряжениях и скоростях. Решение.
ЭТОЙ вадачи в значительной мере зависит от создания новых жаропрочных,
жаростойких и износостойких материалов. Одним из классов этих материалов,,
относящихся к композиционным, являются керамико-металлические материа-
лы — керметы. .
Керметы — материалы, представляющие собой гетерогенные композиции
одной или нескольивх керамических фаз с металлами или сплавами, обладаю-
щие комплексом свойств, объединяющих свойства исходных компонентов. Ком-
позиции, в которых свойства металлов и сплавов улучшает керамическаи фаза,
относятся к дисперсноупрочненным материалам (инфракерметам), а композит
цин, в которых свойства керамики улучшены металлами,— к ультракерметам,
В приведенном определении содержание металлических и керамически)
составляющих не ограничено, так как для различных сочетаний оио суще
ственио изменяется в зависимости от взаимной растворимости, хотя иногда
в оговаривается, что керметы содержат 15—85 % объемной доли керамических’
фаз. В составе керметов могут применяться любые металлы и нх сплавы. Неме-
таллическая составляющая керметов может быть на основе как оксидов, так
и бескислородных соединений. В связи с этим керметы подразделяют по виду
применяемых веществ на следующие группы: оксидные (оксид — металл);
карбидные (карбид — металл); нитридные (нитрид — металл) и боридные (бо-
рид — металл).
Неметаллические вещества в керметах придают им требуемые эксплуата-
ционные свойства твердости, жаропрочности и износостойкости, так как обла-
дают ими в свободном состоянии (табл. 7.1).
Металлическая матрица объединяет твердые частицы в кермете в единый
композиционный материал, обеспечивая изделиим необходимую прочность и пла-
стичность. Поэтому свойства керметов зависят от свойств матрицы, наполни-
це^фаз) емного их «««ношения и адгезии между ними (сцепления на грани-
«™™°'1еИяЫ к®Рметов Должны удовлетворять специальным требованиям
цах фаз еСК°$ '^ильиости, термической совместимости и адгезии на граии-
Иовый класс материалов разрабатывались в основном ДЛЯ
паап^тяпиР«пР^0ГК1ачРАМеНенИЯ в дв«гателнх. Так, фирма «Кеннеметалл»
?97₽мп1 РМ" К 83Апоп о°Лиове карбида титана с длительной прочностью
197 МПа при температуре 980 С и временем испытании 100 ч дли работы в га-
Га ФИРМЯ ‘ХеЙНес сталлит компаня» разработала кермет LT-2
n₽n«vne 1Т0П алюминия е-пределом прочности при изгибе 176 МПа пря тем-
ЖГп™ С ДЛЯ изготовлення конструкционных деталей реактивных дви-
недостатком9тих керметов являются низкие значения ударной
прочности, термо- и жаростойкости. Наряду с применением керметов для изго-
Таблица 7.L Прочностные свойства керамических фаз [191, 442, В55]
Фаза £, ГПа ^d> M Ww, МПа at. МПа
В С (графит) 450 690 17 31 33 700 13000** 20 000
С (алмаз) TiB, 1050 660 30 15 100000 34 000 54 000** 14 000*
Vtt3 273 5,2 28 000
CrB, 215 4,1 21 000
ZrB, 495 8,1 22 500
NbB, 650 9,4 26 000
Mo2B5 685 9,8 23 600
HfB, 509 4,8 29 000
TaB4 262 2,1 25 000
WSB5 790 7,2 26 600 w - .
B4C 460 18 45 000 12000**
SiC 700 22 33 400 21 000
TiC 510 10 31 700 20 000**
VC 430 8,1 24 800
СГз<^ 380 5,6 18 000
ZrC 400 5,9 29 500
NbC 500 6,6 26 000
HfC 470 3,7 28 300 4, >
TaC 640 4,4 23 800 7 000**
WC 731 4,6 21 000 7000**
BN (кубический) 900 4,7 60000 14 000
AIN 350 10,6 12000 7 000
SisN4 390 12,5 32 000 14 000
TiN 350 6,5 20 500 14 000**
VN 267 1,8 13 100
ZrN 400 5,7' 16 700 ‘ А
NbN 493 6,0 15 200 awe'
BeO 360 12 14 900 7000
MgO 208 5,6 9 080
e*A^s SiOt (кварц) 530 13 20 700 15000
73,8 2,9 11500 6 000
Прочность нитевидных кристаллов и волокон.
•* Предел текучести.
товления деталей установок, работающих "Р® огнеупорныхРиХаятифрик-
широко применяются в качестве инструментальных, о Уп Р значителы
иионных материалов. В связи с этим интерес к «ЙМД^н ппсеяеляются усло-
ио возрос. Требования к составам и свойствам керме Р
виями работы, для которых они разрабатываются.
7.2. Физикохимия керметов
7.1.1. Термодинамическая совместимость фаз
В керметах прочные твердые частицы из 0КСЙ®°Л Ит^екаЯИСкомпозиция'яв-
ил авких соединений связаны металлической матрицей. й ям химической
аяется работоспособной, если отвечает 0ПРеделей,™„„„1.яиИ не должно иметь
стабильности. Между вводимыми в керметы комй°® ..ЯРНИй или полное раст-
место химическое взаимодействие е образованием со д.
ворение их друг в друге.
Химическая стабильность фаз в керметах оценивается методом опрёделе.
ния их термодинамического равновесия, для этого используется расчет энер-
гии Гиббса:
А$298 = Д^298 ~ T’ASgga-
где ЛЯ * , AS ° — разность стандартных теплот образования и значений
стандартных энтропий конечных я исходных продуктов возможных реакций:
МеО -|- Me' —► Ме'О Me,
МеС + Me' -> Ме'С + Me,
MeN -f- Me' -> Me'N Me,
MeB + Me' -> Me'B -f-Me.
При отрицательном значении термодинамического потенциала Гиббса пр©,
текание реакций возможно.
Выполняя такие расчеты, необходимо учитывать возможность образова-
вия твердых растворов соединений и металлов.
Кислород образует обширный класс неорганических соединений. Он не
взаимодействует в обычных условиях только е благородными газами и метал-
лами. Однако сродство разных элементов к кислороду различно, многие оксиды,
стабильны в контакте с металлами до самых высоких температур. Термодина-
мические свойства оксидов, наиболее перспективных для создания керметов,
приведены в табл. 7.2.
Таблица 7.2. Термодинамические свойства оксидов, используемых в качестве
керамической составляющей в керметах [555]
Оксид Г-Л^298> кДж/моль AS 2д а, Дж/(моль К) Оксид ~ДЯ°Э8. кДж/моль AS0 Д5298> ДжДмоль - К)
ВеО 599,131 14,109 1130,436 81,224
MgO 602,229 26,921 Y2Os 1758,456 123,511
sfe?’ 1675,557 51,020 ZrOa 1094,848 50>7
858,294 41,868 Се2О3 1821,258 140,258
СаО 635,514 39,775 1
ЗД^лица 7’’3’ Термодинамические свойства оксидов на основе металлов, используемых в качестве связки в керметах [555]
Ме- талл Оксид —ДН298’ кДж/моль д$298» Дж/(моль ' К) Ме- талл Оксид -АЯ298. кДж/моль д5298’ Дж/(моль • К)
Т1 Сг Мп Fe ТЮ TijOg TiOa Сг2О8 СгО3 МпО Мп2О3 МпО. 9 FeO FeaOa 518,744 1519,808 941,611 1130,436 579,453 385,186 971,756 521,257 266,699 822,706 34,792 78,837 50,283 81,224 73,269 59,746 110,532 53,172 54,010 90,016 Со N1 Nb Мо Та W СоО Со3О4 N1O NbO NbOa МоО2 МоО3 Та2Ов WO2 wo3 239,485 854,107 244,509 418,261 798,147 589,501 754,980 2046,508 570,661 840,877 43,961 148,631 38,602 50,242 53,172 60,709 78,209 143,188 62,802 83,317
Наиболее перспективными для разработки керметов являются тугоплавкие
переходные металлы, металлы группы железа и их сплавы. Термодинамические
свойства оксидов этих металлов приведены в табл. 7.3. Используя данные
табл. 7.2 и 7.3, можно оценить возможность создания керметов из любых ме-
таллов табт. 7.3 и оксидов табл. 7.2,
На свойства керметон, в частности на их пластичность, существенно влияет
растворимость кислорода в металлах.
Растворимость кислорода в металлах, перспективных для связывания
в керметах (табл. 7.3), приведена в табл. 7.4. Растворенный кислород мало
изменяет свойства таких металлов, как вольфрам, молибден, никель, кобальт
и железо. Активность металлов к кислороду в сплавах сильно меняется, -по-
этому, модифицируя металлы элементами с более высоким сродством к кисло-
роду, получают пластичные связки в керметах.
Таблица 7.4. Растворимость кислорода в некоторых металлах [220, 572]
Металл z. % Температура, Металл z. % Температура, °C
a-Ti 35 1770 Nb 0,42 1915
B-Ti 6 1740 Mo 0,038 1700
Cr 0,1 1360 Ta 4,2 1300
Fe 0,01 1345 Ta 4,6 1500
Co Ni 0,058 0,073 810 600 Ta 6,4 1650
Таблица 7.5. Атомная доля металла
в эвтектике и температура плавления
эвтектических керметов на основе оксидов
[572]
Оксид Металл Атомная ДОЛЯ, % °c
Cr2O3 Cr 48 1660
Mo 9,6 1860
ZrO, V 0,62 1900
Zr 59 ,1900
Nb 1,14
Ta 5,95
HfO, V 0,16 1900
Nb 0,9 • * •
Ta 3,0
Таблица 7.6. Термодинамические
свойства карбидов, используемых в
качестве керамической составляющей
в керметах [432, 442]
Карбид —д#298- кДж/м ОЛЬ △s298- ДжДмоль - К)
B4C 38,92 27.143
SiC 66,1 16,62
TiC 209,0 24,74
VC 101,783 28,298
сгз02 97,812 85,272
ZrC 199,382 35,53
NbC 140,448 37,202
Mo2C 45,56 82,764
HfC 226,556 41,173.
TaC 144,628 42,218
WC 35,112 35,53
Особую группу керметов на основе оксидов могут представлять так назы-
ааем¥.е эвтектические керметы. Эти сплавы могут быть получены в системах
КЗК и —О’ так и Me—МеО (табл. 7.5).
Наибольший интерес для создания керметов представляют соединения
лпЛеР°Да С металлами —г карбиды. Они, особенно карбиды тугоплавких метал-
e°v’ а 1акже бора и кремния, могут служить основой для создания керметов
Уникальными свойствами. Многие карбиды стабильны в контакте с расплав-
ленными металлами. .
u Термодинамические свойства карбидов тугоплавких металлов, использу
х Для создания керметов, приведены в табл. 7.6, а термодинамические св
ства карбидов металлов, которые чаше всего используются В качестве связок
для создания керметов, приведены в табл. 7.7.
Металлы, используемые для связывания карбидов в керметах, растворяют
углерод и тем самым могут изменять свои свойства. Растворимость углерода в
металлах-связках приведена в табл. 7.8.
Таблица 7.7. Термодинамические свойства карбидов, металлы которых используются для связывания в керметах [442] Таблица 7.8. Растворимость углерода в металлах-связках [572]
Карбид —6^298’ кДж/моль „0 s298> Дж/(моль К) Металл x, % Температура,
Ме,С, 75,24 91,96 Ст 0,026 900
87,78 590,216 58,52 609,444 а-Мп 1,4 4,4 1500 820
203,984 200,63 Р‘Мп 0,23 857
Сг,С. 97,812 85,272 у-Мп 12,1 1260
13,794 • « a о-Мп 0,55 1235
MnsC 15,048 98,648 a-Fe 0,095 723
MnjC» 82,764 238,678 v-Fe 8,91 1147
FeaC" —24,996 101,156 o-Fe 0,46 1493
Fe/3 —20,607 • • a Со 4,5 1309
CojC —16,511 98,23 Ni 2,7 1318
CojC —16,72 74,404 Mo 0,059 1650
NijC —38,456 106,172 0,099 1925
MojC 45,55 82,762 0,16 2200
MoC 10,032 a • • W 0,7 2710
W4C 45,98 . . . 1g Pm=2,03—6510/T 1400—260(1
WC 35,112 35,53
Керметы эвтектического типа на основе карбидов Me — Си Me — МеС
могут быть рекомендованы для широкого распространения (табл. 7.9).
Азот является относительно инертным газом. Со многими металлами
взаимодействует только при высоких температурах. Высокопрочные нитриды
Таблица 7.9. Атомная доля металла и эвтектике и температура плавления
эвтектических керметов на основе карбидов [572]
Карбид Металл Атомная Доля, % *ПЛ’ °G Карбид Металл Атомная доля, %
TiC Cr 9,7 1100 ZrC V' 6 . 1685
Fe 3,6 1460 Сг 4,2 1785
Co 5,9 1360 Fe 2,3 1475
Ni 9,1 1250 Со 7 1370
Mo 20 2200 Ni 6 1290
W 24 2650 Мо 13 23Ю
Re 25—43 2540 W 37,9 2630
VC Fe 10 1350 NbC Fe 4,3 1450
Co 11 Со 7,7 1225
Ni 5,9 1300 Ni 5,6 1330
V2C V 87 1650 MoaC ТяаС Мо Та 87,5 92 2200 2800
образуют тугоплавкие переходные металлы. Металлы группы железа и многие
цветные металлы образуют слабые нитриды или совсем их не образуют. Термо-
динамические свойства нитридов и растворимость азота в металлах, которые
используются в качестве связки в нитридных керметах, приведены в табл, 7.10—
7.12. Создание керметов эвтектического типа на основе нитридов возможно
в системах Me - N и Me — MeN (табл. 7.13).
Бор образует обширный класс неорганических соединений. Он только ие
взаимодействует о благородными газами и элементами подгрупп 1а, 1в—VIb
Таблица 7.10. Термодинамические свойства нитридов, используемых
в качестве керамической составляющей в керметах {442]
Нитрид —Atf298* кДж/моль д$298- ДжДмоль . К) Нитрид —Д#298' кДж/моль д5298« ДжДмоль К
TiN 336,072 30,263 NbN 237,424 43,830
VN 250,80 37,202 HfN 368,843 54,758
CrN ZrN 117,876 364,914 33,44 38,874 TaN 246,620 50,996
Таблица 7.11. Термодинамические свойства нитридов, металлы которых
используются для связывания в керметах {442]
Нитрид —ДН298' кДж/моль AC0 Д5298> ДжДмоль • К) Нитрид —дй298» кДж/моль A*?0 д->298' > ДжДмоль К)
A1N 318,6 20,8 Fe4N 10,868 156,66
Cr,N 105,336 75,24 Fe,N 3,762 101,86
CrN 117,876 33,44 Co3N —8,36 К в а
Mn4N 128,535 • • • Ni3N —0.836 • • .
Mn3N 130,416 Mo2N 69,388 87,78
FegN 11,286 156,66 w2n 71.896 «J ...
Таблица 7.12. Растворимость азота в металлах-связках [567]
Металл г, % Температура, °C
Сг а-Мп ₽-Мп у-Мп a-Fe ?-Fe Со Ni Мо W Igpm= 1,62 — 4130/Т - 4,43 — 7250/Т б’о 20 1gPm = ylgP-’.60-1825/T 1g Рт == 4-1g р — 2,77 — 420/Т А 0 0,002 Igpm = 3,49 - 7910/Т 1g Prt s T 1g P ~ °>036 - Ю200/Т 400—900 800—1320 500 600 1300 500—910 910—1400 <1200 <1200 800—1800 2400—3050
Таблица 7.13. Атомная доля металла в эвтектике и температура плавления
эвтектических керметов на основе нитридов [572]
Нитрид Металл Атомная Доля, % э. -uat Нитрид Металл Атомная доля, % Э. Нитрид Металл Атомная доля, % О j
TIN V 7,5 1870 ZrN V 4,7 1795 HfN V 5,1 1815
Nb 12^5 2350 Nb 10,5 2435 Nb 8,7 2460
Мо 2400 Мо «м» * 2350 Мо 3,3 2470
Fe4N Fe 84 650 Re 2460
Периодической системы, за исключением С, N, О, Al, Si, Р, S, е которыми
образует ковалентные и ковалентно-ионные соединения. Бор образует также
ковалентные соединения с<? сложными структурами е элементами) подгруппы
бериллия. С переходными металлами он образует мета^лоподобные соединения,
химическая связь в которых обладает определенной далей ковалентности. В со-
единениях с высоким содержанием бора! направленная1 связь образуется между
атомами бора, располагающимися в виде каркасов вокруг атомов металлов».
В диборидах атомы бора можно считать внедренными в междоузлия гексаго-
нальной решетки атомов металла. Кроме ковалентной составляющей связи
Me — В в этих структурах наблюдается направленная связь между атомами
В — В, расстояния между которыми близки к ковалентным (0,178 нм). В низ-
ших боридах с малым содержанием бора (Сг4В, Мп4В) атомы бора изолированы
в связаны только с атомами металлов. Многообразие структур в боридах сви-
детельствует о том, что атом бора может как передавать свои электроны метал-
лам (низшие бориды), так и принимать электроны металлов, образуя направ-
ленные связи В — В в высших боридах*. Поэтому активность бора в боридах
остается очен^ высокой. I 1
Термодинамические свойства (табл. 7.14) показывают, что наиболее проч-
ными боридными фазами (являются высшие боридц переходных металлов*
IV группы. Однако, хотя их тепловой эффект образования примерно в три раза
выше теплового эффекта образования боридов металлов VI группы, последние
не могут находиться с ними в равновесии. Бориды металлов IV группы взаимо-
действуют с металлами VI группы с образованием твердых растворов боридов'
и низших боридных фаз (табл. 7.15).
Низшие боридные фазы сосуществуют с переходными металлами в видё
эвтектических смесей (табл. 7.16), образуя керметы эвтектического типа. На
основе переходных металлов группы железа, и в первую очередь железа, можно
создать керметы и с диборидами металлов IV—VI групп Периодической систе-
мы. Они также относятся к керметам эвтектического типа, так как диаграммы
фазовых равновесий сплавов железо — диборид имеют эвтектический характер.
Таблица 7.14. Термодинамические свойства’боридов [442]
Вор ид * 0 —ллгаэз’ кДж/моль ДжДмояь- К) Борид —Дй298> кДж/моль >£ Ч . О оо S < S3 Борид —1 «1 la a. i % % < 5 1 i * S Й оСв
MgBa 55,59 73,57 35,95 51,87 СгВ, ZrB 125,4 163,0 38,95 МоаВе HfB 209,0 196,46 r ••
TiBa 292,6 31,43 ZrB.2 320,6 HfBa 357,80 * • *
Vu 129,58 28,0 501,6 WaB waB8 100,32
VBa 259,16 33,02 МоаВ 106,59 146,30 <» •
Табляпа 7.15. Фазовый состав сплавов диборида циркония с молибденом
и вольфрамом (20 6)
Состав сплава, мае. доля Фазовый состав i Фаза на основе борида циркония
ZrB2—Мо (95:5) ZrB2—Мо (90:10) ZrB3—Мо (85:15) JrB2—W (95:5) ZrB.,—W (90:10) ZrB2— W (80:20) ZrB2—W (70 : 30) ZrB2—W (60:40) ZrB2—W (50:50) ZrB2, ZrB ZrBa, ZrB ZrB21 ZrB ZrBg ZrBg ZrB2, P-WB ZrB2, B-WB ZrB2, P-WB ZrB2, P-WB, a-WB (Zr, Мо) В1>72 (Zr, Мо) B,’4f (Zr, Мо) В^35 5 f • « • ев ж
Таблица 7.16. Содержание металла в эвтектике и температура плавления
эвтектических керметов на основе боридов [572 -
Борид 1 Металл Атомная доля, % о В Х-» Борид Металл Атомная доля, % □о Борид Металл Атомная доля, % и о ч е
TiB Ti 36,46 1670 yb2 Y 4Г,Т 1290 LaB4 La 20,0 890
TiBj Fe 6,3 1340 ZrB2 Fe 6,6 1275 HfB2 Fe 6,9 1265
Mo 25,6 1915 Сг 1550 Cr 1610
V2B3 V 25,0 1550 Zr 53,24 1680 Mo 15,7 2070
Cr2B Cr 18,3 1600 Mo 26,7 2050 Hf 56,24 1820
Мп4В Mn 5.0 1180 W 79,0 2250 Ta2B Ta 10,3 2360
Fe2B Fe 18,3 1200 Re 29,2 2100 W2B W 10,3 2700
Co3B Co 6,0 1095 Nb3B2 Nb 27,0 2180 Re3B Re 25,0 2150
Ni3B Ni 6,0 1110 Mo2B Mo 7,8 2180
Боридообразующие непереходные металлы подгруппы бериллия, а также
алюминия практически не взаимодействуют е диборидами переходных метал-
лов, так как их боридные фазы имеют слишком малые величины термодинами-
ческих свойств. Например, взаимодействие магния с ди боридами титана по
реакции
19 1
TiB, + Mg -> TiMg + т MgBla
о о
невозможно, так как при всех температурах > 0:
AGT = 26,0 4-3,710-8Т.
7.2.2. Поверхностное натяжение жидких металлов
и адгезия на границах фаз
Важнейшим условием возможности создания керметов является
а?2?ной ?вязи иа границах фаз. Она может быть оценена по величине ра°
аиезви (работа разрыва фаз по границе), которая для единичной площади
«дается уравнением
= Та + Ув ~ Уав'
тоа„и,,яХ возникают термические напряжения, а также
Однако в керметах на границах во оиенки прочности связи ча гра.
точечные и линейные дефекты, ч » ’ 0 относительные величины работы
”.Ш Ф» «от ПР» 2 Г./ (т„ + 1в> > *.1чл про»
адгезии 2№а/(Тд т * * больше, чем на одноименных границах,
ность связи на границах фаз иуд определяется типом взаимодействия.
Тип связи между атомами на гр я связей оценивается единицами
При физическом взаимодействии атомами контактирующих фаз хими-
кДж/моль, а в случае оор и кДж/моль.
ческих сил - десятками “ ^ жидкость эту величину можно оценить Wa «
Для границы твердое тело
= аж (1 + cos ©)«
Таблица 7.17. Поверхностная энергия жидких металлов [310]
Металл t, °с j Среда Tt> 1 МДж/м* 1 Металл t, °C Среда If МДж/мг
Mg Al 681 660 Аргон Вакуум 563 865 1 Си 1100 Водород, азот, гелий (325
V Cr 1710 1950 * 1950 1590 Nb Мо 2415 2620 Вакуум 1900
1550 1865 Sn 232 2250 544
Со 1495 1880 Та 2996
Ni 1520 Гелий 1770 W Re 3410 3167 & » 2360 2500 2700
Таблица 7.18. Краевые углы смачивания в системах
Оксид Металл t, ’G Среда * град
ВеО MgO Fe Fe Ni Fe 1550 1550 1500 1550 Водород Гелий Вакуум 147 127 128
AlgOj Fe Al Fe Fe Co 1550 1255 1550 1550 Гелий Аргон Азот Вакуум 123 130 48 139 141
Ni Ni 1500 1500 1500 1500 Водород Вакуум 125 128
Ni Водород Гелий 133 140
Cu 1200 Аргон 141
Cu 1200 Вакуум 138
SiO, p0 1200 Водород 125
Cr,Oa ZrO, Fe Fa 1550 1550 Азот Вакуум 108 75
Fe Ni 1550 1550 Гелий 92 102
Ni 1500 Вакуум 118
Cu 1500 1850 Гелий » 120 109
Табляиа 7.19. Краевые углы смачивания в система г карбид — металл [442J
Карбид Металл t, °C Среда град
в4с Al 670 Вакуум- 118
Co 1780 Гелий 90
Ni 1780 90
Cu 1090 Вакуум 17
TiC Mg 1300 50
Mg 1300 Аргон 15
Mn - 1245 » 68
Fe 1550 Вакуум 41
Fe 1550 Водород 39
Fe 1550 Гелий ; 36
Co 1500 Вакуум 5
Co 1500 Водород 36
Co 1500 Гелий 39
Ni 1500 Вакуум 38
Ni 1450 Водород 1 17
Ni 1450 Гелий 1 32
VC Al 900 Вакуум 130
Fe 1550 » 0
Co 1500 а
Ni 1450 о
CrsC, Al 1000 » 120
Fe 1550 Аргон 0
Co 1450 % 0-
Ni 1400 0
Cu 1200 Вакуум 44
ZrC Al 1000 1 150
Fe 1550 » 45
Co 1500 Аргон । 15
Ni 1380 Вакуум 24
NbC Al 1000 । 134
Fe 1550 » 0
Co 1500 » 0
Ni 1450 » 0
Mo4C Al 1000 Вакуум 118
Fe 1550 Аргон 0
Co 1450 » 0
Ni 1400 > 0
Cu 1200 » а
TaC Al 1000 » 146
Fe 1550 » 0
Co 1500 0
Ni 1400 0
Cu 1200 » 60
wc Al [000 Вакуум 133
Fe 1550 Аргон 0
Co 1500 0
Ni 1450 0
Cu 1200 Вакуум 7
ТяЛлипя 7.20. Краевые углы смачивания в системах нитрид - металл (4421
Нитрид Металл i, "С Среда ft. град
A1N А1 Си 1000 1100 Вакуум э 138 100
SijN* Fe Со 1540 1475 Аргон » 90 90
Ni 1435 90
Си 1100 Вакуум 60
TiN А1 900 Аргон 135
Fe 1550 Вакуум 100
Fe 1550 Аргон 132
Со 1550 Вакуум 104
Ni 1550 » 70
Си 1180 126
ZrN А! 900 Аргон 167
Fe 1550 Вакуум по
Со 1600 & 7
Ni 1550 » 72
Си 1100 138 .
Таблица 7.2h Краевые углы смачивання в системах борнд— металл [442]
Борид Металл t, °C Среда 9. град
TIB, А1 1200 Аргон 60
Fe 1550 100
Со 1600 64
Ni 1500 Вакуум 0
Си .1200 Аргон 137
VB, Со 1600 10
Со 1500 54
Си 1400 9 1И
СгВа AI 1100 Аргон 96
Ai 1200 36
Fe 1550 > 0
Со 1500 » 28
Со 1600 9 0
Ni 1600 31
Си 1100 » 26
Си 1200 » 15
2гВ А1 1200 103
ге 1550 105
VO Со Ni Си г.. 1600 1500 Вакуум 81 39
1500 1400 » Аргон 55 36
МоаВв vU 1100 135
AI
1200 > 88
Со 1550 » 0
Ni 1600 22
1600 0
Значения величин поверхностного натяжения (табл, 7.17) а также крае-
вых углов смачивания керамических фаз керметов металлами-связками приве-
дены дли различных систем в табл. 7.18 (оксид — металл), табл. 7.19 (кар-
бид — металл), табл. 7.20 (нитрид — металл), табл. 7.21 (борид — металл).
Как видно из таблиц 7.18—7.21, краевой угол смачивания во' многих систе-
мах меньше 90 , т. е. в них на границах фаз может образовываться прочная
связь.
Важным для практических целей является то, что добавка переходных
металлов в непереходные значительно повышает работу адгезии на границе кера-
мическая фаза — металл и переходные металлы ведут себя как адгезионно-
активные легирующие добавки. Такое легирование очень эффективно при раз-
работке керметов с заданными свойствами.
7.2.3. Термомеханическая совместимость фаз в керметах
Кроме химической стабильности и возможности образования связи иа
границах фаз компоненты в керметах должны удовлетворять требованиям тер-
момеханической совместимости, а именно должны иметь близкие коэффициенты
термического расширения фаз. При большом их различии при нагревании
и охлаждении кермета на границах раздела фаз могут возникнуть напряже-
ния, приводящие к растрескиванию И нарушению сплошности изделия [195].
Как известно, все твердые тела увеличиваются в объеме при нагревании
до температуры плавления иа 6%. Поэтому керметы на основе легкоплавких
металлов и тугоплавких керамических фаз можно считать системами плохо
термомеханически совместимыми. Так называемые эвтектические керметы по
требованиям термомеханической совместимости являются идеальными систе-
мами, поскольку температуры плавления тугоплавких металлов и низших бори-
дов, нитридов н оксидов отличаются незначительно, как и коэффициенты линей
ного расширения.
7.3. Технология изготовления керметов
7.3.1. Формование заготовок изделий
Для формования заготовок изделий из керметов применяют все известные
методы порошковой металлургии: прессование в стальных и эластичных фор-
мах; гидростатическое прессование; мундштучное прессование; прокатка; шли-
керное литье; литье термопластичных шликеров; изостатическое формование
взрывом.
Для формования любым способом заготовок изделий из порошков смесь
равномерно распределенных частиц керамической и металлической фаз пласти-
фицируют добавлением органических или неорганических клеящих веществ.
В качестве таких материалов чаще всего применяют раствор каучука в бен-
зине, парафин в расплавленном состоянии или растворенный в каком-либо
растворителе, крахмальный клейстер, раствор поливинилового спйрта в воде,
алюмофосфатную связку, жидкое стекло, глину.
Пластификаторы могут вносить существенные загрязнения, поэтому при
их выборе следует соблюдать такие условия: пластификатор не должен реаги-
ровать с керамической и металлической фазами кермета в процессе спекания»
о возможности удаляться, ие внося дополнительных примесей в готовое изде-
** способствовать получению более плотных изделий. Вследствие этого исклю-
нивТСЯ пРИмеиение какого-либо универсального пластификатора для прессова-
я керметов на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов.
MorvZ УСЛОвиях высокотемпературного спекания керметов пластификаторы
(табл. ^Ь,22раТЬ’ коксоваться и возгоняться либо оставаться без иэмененн
HonJ?°'®r0T0BKa Сме<:ей к прессованию играет важную роль для обеспечения
стиииа^1ЬН0Г0 процесса прессования и получения качественных заготовок.
влажоСТЬ СМесей зависит от количества пластификатора и способа его ввд ’
Пости и способа сушки. Для обеспечения достаточной текучести
замешанных на пластификаторах, их гранулируют тем или иным способом,
обеспечивающим равномерное распределение фаз. ’
Смеси порошков керамических фаз и металлов обычно прессую! при давле.
НИЯХ 300—500 МПа. С увеличением давления прессования возрастает плотность
заготовок и уменьшается усадка в процессе последующего спекания. Однако
повышенное давление при прессовании приводит к быстрому выходу из строя
пресс-форм и в ряде случаев сопровождается расслоением заготовок.
Для получения полых изделий и изделий сложной формы заготовки фор.
муют методом шликерного литья. В этом случае водная суспензия норошка
заливается в пористую гипсовую Изложницу, стенки которой поглощают воду,
а порошок оседает на стенках в виде отливки. После получения требуемых раз-
меров заготовки шликер сливают и изделие подвергают сушке и спеканию.
Для формования изделий из керметов широкое распространение получила
технология горячего литья под давлением» В этом случае готовят шликер^ ео-
Табляца 7.22. Содержание золы и кокса в органических пластификаторах [448]
Пластификатор Массовая доля, % Отношение растворителя к растворяе- мому веществу
Зола Коко
Крахмальный клейстер 2,45 6,7 4:1
Раствор поливинилового спирта в воде 0,58 1,1 4:1
Парафин 0 0
Раствор парафина в бензине 0 0 2:1
Раствор парафина в бензоле 0 0 2:1
Раствор каучука в бензине 0,94 1.5 10: 1
Раствор бакелита в спирте •«• 50 10:1
Таблица 7.23. Рекомендуемые
составы термопластичных связок для
шликеров из порошков металлов и
керамики [205]
Массовая доля, %
Таблица 7.24. Литейная способность
шликеров в зависимости от содержания
пластификатора [205]
Массовая доля пласти- фикатора^ % L, %, при t, °C
SO 80
5 10—40 40—100
6 35—60 70—100
7 40—75 75—100
8 20—50 55—90
Лара- фин Олеиновая кислота Пчелиный воск 1 Стеарино- вая кислота
95* 5 0 о
97 0 0 з
94 0 6 0
в кгеффицио1та\пяклпяиЯ о6ъемно® доли пластификатора в шликере в коэффициента упаковки керамических частиц в заготовках [205]
Пластификатор Объемная доля пластификатора» % Ку
Парафин — канифоль Парафин Парафин — олеиновая кислота парафин — касторовое масло Парафин — воск 48 44 43 40 34 0,26 0,28 0,29 0,30 0,39
стоящий из порошка керамической и металлической фаз и парафина с добав-
ками поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые вводятся для образова-
ния на поверхности частиц порошка адсорбционного слоя. ПАВ обеспечивает
снижение свободной поверхностной энергии частиц порошка и уменьшение
количества парафина. Наиболее универсальными ПАВ для шликеров являются
касторовое масло, олеиновая и стеариновая кислоты, а также пчелиный воск
(табл. 7.23). Добавка пчелиного воска в шликер обеспечивает наибольшее сни-
жение вязкости шликера и улучшает его литейные свойства (табл. 7.24).
Свойства шликера существенно влияют на упаковку частиц и объемную
массу отливки. Данные о влиянии количества и состава пластификатора на
величину коэффициента упаковки шликера, приготовленного из порошка с раз-
мером частиц менее 1 мкм, приведены в табл. '7.25. Для получения заготовок
методом литья термопластичных шликеров используют шликер, содержащий
4,5—7,0 мае. % пластификатора, содержащего 85 мае. % парафина и
15 мае. % пчелиного воска. Заготовки отливают при температуре шликера 70—
80 °C, температуре пресс-формы 20—30 °C, давлении 0,7 t МПа.
7ЛЛ. Спекание керметов
Сформированные заготовки керметов спекают, как правило, при темпера»
турах выше температуры плавления металла. Процесс спекания подчиняется
закономерностям спекания в присутствии жидкой фазы. Он состоит из трех
стадий. В первой стадии идет интенсивная усадка с перегруппировкой твердых
частиц керамической фазы. Кинетика процесса зависит от количества металла
(жидкой фазы), начальной пористости, смачивания твердой фазы жидкой. При
спекании жидкая фаза заполняет зазоры между частицами, вызывая взаимное
перемещение частиц под влиянием сил поверхностного натяжения.
Во второй стадии спекания происходит растворение мелких частиц и пере-
нос их вещества на более крупные частицы. Перераспределение между части-
цами с различным радиусом кривизны осуществляется в том случае, если твер-
дая керамическая фаза растворяется в жидкой. В процессе спекания мелкие
частицы исчезают, а крупные еще больше увеличиваются в размере.
Если жидкая фаза кристаллизуется в результате обогащения тугоплавким
компонентом, наступает третья стадия, которая подчиняется закономерностям
твердофазного спекания двухфазных систем.
Влияние температуры и количества жидкой фазы на уплотнение керметов
можно проследить на примере спекания системы TiC — Ni (табл. 7.26). Как
следует из таблицы, усадка заготовок увеличивается с повышением темпера-
туры спекания, исходной пористости и количества жидкой фазы в образце.
Таблица 7.26. Усадка образцов в системе TiC—Ni в зависимости от
содержания никеля и температуры спекания [151J
Объемная доля иикеля, % п. % bVfV, %, при t, °C
1300 1350 1420 1500
5 30 3,8 5,4 7,4 8,6
40 5,1 6,7 9,4 9,2
17 30 7,4 7,7 10,6 13,8
40 8,2 •10,2 14,2 15,0
28 30 40 8,4 13,2 15,0 18,7 15,7 18,8 17,9 23,0
32 30 40 9,0 19,3 17,3 20,7 18,2 21,7 18,2 25,2
7.3.3. Горячее прессование
Изделия из керметов очень часто изготовляют методом горячего прессова-
Изделия из керме. спекание изделий иод давлением,. Горячее пре©.
миниеИ Оправило, осуществляют в графитовых пресс-формах, поэтому дав.
непоевышает 30-50 МПа. При таких относительно низких давлениях
ппи спекании ““готовки деформируются при температурах ниже температуры
плавления4 металла по механизму диффузионной ползучести, а при высоких
тамп^тЛах - по законам спекания тел в присутствии жидкой фазы при
тополнитЛьном воздействии гидростатического давления. Процессы в этом
случае^ринципиально не отличаются от процессов при обычном спекании,
У Гор«её прессование обеспечивает возможность получения изделии с повы-
шенной плотностью и твердостью (табл. 7.2/).
Таблица 7.27. Свойства изделий из кермета ВК6, полученных спеканием
и горячим прессованием (449]
Метод получения Т, г/см8 и, % HRA
Спекание Горячее прессование 14,8—15,0 15,2-16 1 0 90—91 91—92
7.3.4. Пропитка
Керметы с регулируемым уровнем свойств могут быть получены методом,
пропитки. В этом случае прессованием с последующим спеканием можно полу^
чить каркас из тугоплавкого сверхтвердого материала е заданной пористостью^
я пропитать его металлическим, керамическим или полимерным расплавом^,
Так как требуемый уровень прочностных свойств композиционных материалов,?
изготовленных по этой технологии, может обеспечиваться каркасом, для про»
нитки можно использовать также сплавы, не имеющие прочной адгезионной
связи с каркасом, но обладающие специальными свойствами, например анти-г
фрикционными и т. п. Обычно техника пропитки заключается в следующем/
1) спеченный каркас из твердой керамической фазы погружают в ванну е рас-1
плавленным металлом; 2) каркас частично погружают в расплавленный металл;
о) каркас находится в контакте с твердым металлом, который при нагревании
превращается в жидкость и пропитывает поры.
Последии® метод дает возможность точно определить дозу пропитываю--
металла и сократить процессы окончательной обработки. В процессе про-
ёёёХ™™™1? “аменение чРебУемой формы изделий, поэтому пропитку частот
«.тобы кепмм^гмапГНеуПОрНЫХУ*Ормах’ Она может выполняться таким образом,
чтобы кермет имел переменный состав по объему,
7.4. Составы керметов и их свойства
7.4.1. Керметы иа основе оксидов
яостаето^оокога пп°ибЛаДает комплексом свойств, обеспечивающим возмож-
керметы состава То'Т Л кеРметах- На его основе были созданы пер-
А1,О.__Сг котппыр Fe' Наиболее широко используют керметы состава
ной для применения высокой прочностью, термостойкостью, Д°ста'г®’?
используют лиспепснттй Реактивных двигателях. Для изготовления керметов
гидрооксид А1 О Р ЯН П°НКСИД алюмннИя» а также гидрооксид алюминия или
лнза или вос£нёял«?в “еталличе«ий хром, полученный методом электро-
вибрационных мельни.гя»Я’ Порошки размалывают совместно в шаровых ил
операционных мельницах в спирте и прессуют о пластификатором или без него.
256
ИзделИЙ нроводят обычно во влажном водороде (точна посы
—60 С) С целью частичного окисления хрома, что обеспечивает образование
прочной связи между оксидом алюминия и хромом. Для получениЯРкерметов
используют обычно не чистый оксид алюминия, а твердый раствор А1аО3—Сг2О-,
содержащий до 10 % оксида хрома. Твердый раствор оксидов получают отжи-
гом смеси дисперсных порошков оксидов при температурах до 1700 °C. Исполь-
зование твердых растворов оксидов алюминия и хрома или алюминия и никеля
позволяет получить высокопрочные керметы с такими металлами, как хром,
никель, кобальт и железо, модифицированные тугоплавкими металлами. Не-
которые свойства керметов на основе оксида алюминия приведены в табл. 7.28.
Кроме оксида алюминия в составе керметов используют оксид хрома. Высо-
кими физико-техническими свойствами обладают керметы эвтектического со-
става, содержащие 80—85 % СгаО3 и 15—20 % Ст. Однако свойства этих
керметов намного ниже свойств керметов А12О3—Сг (табл. 7.29). Керметы на
основе оксида хрома и хрома могут быть получены не только из названных ком-
понентов, но и-спеканием смесей СгаО3—СгСа. При спекании происходит взаи-
модействие карбида хрома и оксида е образованием хрома.
Таблица 7.28. Свойства кермегов на основе оксида алюминия [504]
Состав кермета, мае» доля п, % HV, ГПа 1' Е, ГПа 1 1200 ст10 • МПа „1200 ст100 > МПа „1200 °1000> МПа ^,»с °и МПа С £ о О
А1„О3—Сг (70; 30) 20,5 11 — 12 366 98,5 93,5 91,5 24 871 1093 1316 388 303 230 171 246 151 J30 100
А1аО3— (Сг— Мо) (34:66) 0,3 315 77 1 с 49 У 28 24 871 1093 1316 612 436 366 274 372 323 190 70
А) 2О3—Сг (23; 77) * • • 37 (HRC) 264 • • W *. • V' 24 316 148
А1аО3—Cr—W (15:25:60) » а а 52 (HRC) 267 г • • • • ” • 24 513 •V » *
П
1093 °C.
рвмечание. Длительная
прочность
кермета Al aOs— (Сг—Мо) определялась при
Таблица 7.29. Свойства кермета СгаО3—Сг (85:15, мае.) при различных
температурах [589|
^И’ °C ав+ МПа аи, МПа асж, МПа я. • 10 е» к-* 4. Вт/(и • Ю
20 60 87 120 7,6 « • •
1000 40 'В г1» 7,6
1100 4 > в - - - в • • 7.6 30
1300 4 • 4 • • • Мая ' 7,6
Широкое распространение в качестве высокоогнеупорных материалов
С Повышенной термостойкостью получили керметы на основе °к Д Р
составов ZrO2—Мо и ZrOa—W. Керметы получают методом перемыл ивания
ооАА»неит0в’ прессования и спекания в вакууме при темпр УР
2200 °C с выдержкой до 4 ч. Керметы, содержащие 30 50 мае. % •
9 5-359
257
обладают достаточно высокими окалиностойкостыо и термостойкостью, что
обеспечивает их применение, например для защитных чехлов термопар для
измерения темперэтуры расплавленной стали. При спекании жидкой фазой в кер*
метах обычно служат металлы, однако иногда ею становится керамическая
фаза, как в керметах AlaOs—W, А1аОэ Мо.
7ДЛ. Керметы на основе карбидов
Карбид вольфрама наиболее широко применяется в качестве твердой состав-
ляющей керметов. Он является неотъемлемой частью всех твердых сплавов. Кер-
меты конструкционного назначения созданы главным образом на основе карбидов
титана и хрома. В качестве связующего металла используют кобальт, никель
е молибденом, ниобием, хромом и вольфрамом (табл, 7.30). Керметы получают
как методом прессования с последующим спеканием, так и горячим прессова-
нием. Прочность керметов на основе карбида титана намного больше прочно-
сти оксидных керметов и близка к прочности жаропрочных сплавов на метал*
Таблица 7.30. Химический состав керметов на основе карбидов титана (504]
Кермет Массовая доля, %
Т1С Ni Со Ст Мо W AI
К152В 70 30 0 0 0 0 0
К162В 70 25 0 0 5 0 0
К163В 60 33 0 0 7 0 0
К183А 60 32 0 2,5 3 0 2,5
К164 В 50 42,5 0 0 7,5 0 0
К184Й 50 40 0 3 4 0 3
К196 28 60 0 5 0 7 0
WZ1B 60 32 0 8 0 0 0
WZ12B 60 24 8 8 0 0 0
WZ1C 50 40 0 10 0 0 0
WZ12C 50 30 10 10 0 0 0
WZld 35 52 0 13 0 0 0
WZ12d 35 39 13 13 0 0 0
Таблица 7.31, Свойства керметов на основе карбида титана [504]
Кермет HRA Е, ГПа. при t, “С сгв, МПа, при t, °C О » МПа МПа. при ь ь
20 870 20 870 980 670 ] 980
К! 52В 85 387 324 875 413 217 1358 130 46
KI62B 89 400 337 284 651 350 1295 221 91
К163В 86 387 * • * 790 546 322 1652 218 84
К183А 87 351 728 504 1288 197
К164В 84 351 281 882 578 294 1484 204 70
К184В 85 351 288 938 658 378 1351 270 95
К196 73 393 232 896 350 203 1421 168 56
WZ1B 85 387 330 249 525 294 1330 W • «
WZ12B 85 387 9 * 9 790 546 322 1400
WZ1C 84 в •• ¥ fe if- 945 560 280 1610
WZ12C 84 • * 4 • V 944 546 294 1715 238 105
WZld 78 9 Г» 994 455 266 1750 ... •г * W
WZl2d 79 323 • « а 1036 455 280 1806 197 113
лической основе (табл. 7.31). Несмотря на достаточно высокое содержание
металлической фазы, длительная прочность карбидных керметов при высокой
температуре намного превышает длительную прочность жаропрочных металли-
ческих сплавов. Керметы на основе карбида вольфрама, содержащие более
30 % никеля и других металлов, являются термостойкими и выдерживают усло-
вия работы в реактивных двигателях.
Особую группу керметов составляют керметы карбид титана — железо
(или сталь). Первым таким материалом явился кермет марки «Ферротик-С»,
содержащий 33 мае. доли карбида титана и 67 мае. долей хромомолибденовой
стали [504]. Он может подвергаться термической обработке: отжигу при 840 °C
в течение 2 ч, охлаждению со скоростью 11 °С/ч до 700 °C и затем охлаждению
в печи до комнатной температуры. После такой обработки материал имеет твер-
дость 38—42 HRC и может подвергаться механической обработке, а затем изде-
лия подвергаются аустенитизации нагревом до 955 °C в нейтральной среде
Таблица 7.32. Свойства керметов на основе карбида титана [660]
Состав кермета, мае. доля HRA ои, МПа °в> МПа осж, МПа Е, ГПа а • io**®* К'*
TiC—Fe (70:30) TiC — сталь (67 : 33) «Ферротик-С» 90 92 68—71 640 810 1340—1580 • • Ч- • -a W 88 2630 3880 •4а а 260 11 11
Таблица 7.33. Свойства кермета Сг3С2—Ni (85:15, мае.) в зависимости от
содержания титана (310, 579]
Массовая доля титана, % Т, г/см’ ои, МПа HRA Массовая доля титана, % 1, г/см8 <ти, МПа HRA
0 6,97 920 89,0 0,75 6,94 780 89,6
0,1 6,96 740 88,8 1,0 6,98 790 89,0
0,3 6,98 720 88,7 1,25 6,96 670 89,7
0,5 6,95 750 88,7
Таблица 7.34. Свойства кермета CrsCs—Ni (80:20, мае.) в зависимости от
содержания легирующего элемента [40]
Элемент Массовая доля, % HRA <ти, МПа Элемент Массовая доля, % HR А Пн, МПа
А1 0 77,5 780 Мо 5,0 82 440
0,5 78,0 505 10,0 83 400
Р 0,1 82 890 Cd 0,1 84 800
0,5 81 660 0,6 83 700
1,0 80 410 1,0 82 650
К 0,1 83 550 Sb 1,0 82 580
0,5 83 500 2,0 80 570
1,0 81 630 3,0 75 500
2,0 81 700 Те 0,5 82 700
Мо 11,0 81 600 2,0 80 650
2,0 82 510 3,0 79 550
9*
259—
Таблица 7.35. Свойства керметов на основе карбида хрома (579, 589]
Марка кермета Массовая доля, % HRA МПа
СгяС2 Ni р TiB2
КХН-12 КХНФ-15 КХНФ-15М 85 84,9 84,36 15 15 15 0 0,1 о,1 0 0 0,54 89 84,6 88,2 920 1179 1096
и закалке в масле. Твердость материала после такой обработки 68—71 HRC.
После закалки керметы обладают большим сопротивлением износу и истира-
нию и в этом отношении имеют преимущество перед инструментальными ста-
лями. Свойства керметов «Ферротик-С», карбид титана — железо, карбид тита-
на— сталь приведены в табл. 7.32.
Широко известны также керметы на основе карбида хрома е никелем, леги-
рованным вольфрамом, молибденом, фосфором и титаном.
Влияние титана и других металлов на свойства керметов CrsC2—Ni при-
ведено в табл. 7.33, 7.34. Как видно из таблиц, даже малые добавки метал-
лов значительно изменяют прочностные характеристики керметов. Наиболее
распространены керметы на основе карбида хрома, содержащие 15 мае. % ни-
келя марки КХН-15, и эти же керметы, модифицированные фосфором и ди-
боридом титана (табл. 7.35). Эти керметы обладают очень высокой износостой-
костью.
7.4.3. Керметы на основе нитридов
Керметы на основе металлоподобных нитридов промышленного назначения
пока не получили. Разработаны и применяются керметы, в состав которых
наряду с нитридами входят другие твердые фазы, например оксид алюминия"’
или карбид титана.
Нитрид титана и карбид титана являются основой разрабатываемых без-
вольфрамовых твердых сплавов [589]. В качестве связующих сплавов в этих
керметах применяют никель-молибденовый сплав Ni—Мо (1 : 1, мае.), в каче-
Таблица 7.36. Свойства керметов на основе карбонитридов титана [589]
Марке кермета Т. г/сма HRA с и- МПа £, ГПа а . 10», К-1
ТН20 ТНЗО ТН40 КНТ16 5,6 5,8 6,0 6,8 90—91 88,5 87 89—90 1000—1100 1100 1150 1200—1400 405 * - 420 7,6 ‘"j 7,6
алюминия П49^7'485^КОТ°РЫе свойства керметов иа основе нитридов и оксида
Состав кермета, мае» доля п, % р, мкОм • и <ти, МПа чсж, МПа
TIN—Д|2О3—Мо (50:30:20) TiN—Д12О3—W (50:25: 25) TiN—А12О8— W (20:20 ; 60) 5,8 2,5 2 6400 5520 2030 2020 3540 5820 8950
стве твердой фазы — Т1С0>5 No s. Технологический процесс производства этих
сплавов отличается от производства твердых сплавов группы ТК тем, что спе-
кание изделий производится в вакуумной печи. Свойства их близки к свойствам
твердых сплавов группы ТК (табл. 7.36).
Керметы иа основе нитридов титана и циркония с оксидом алюминия обла-
дают высокими огнеупорными свойствами с заданным уровнем электропровод-
ности. В качестве связующей металлической фазы в этих керметах применяют
вольфрам и молибден [149, 485]. Свойства керметов приведены в табл. 7.37.
7.4.4. Керметы на основе боридов
На основе диборидов хрома и циркония с преимущественно никелевой
связкой разработаны керметы, * названные боролитами.
Керметы изготовляют методом горячего прессования при кратковременной
выдержке. Они представляют собой неравновесные системы. Керметы могут
применяться при температурах ниже 1000 °C, так как уже при температурах
выше 1050 °C образуются легкоплавкие бориды никеля. Основные свойстга
боролптов приведены в табл. 7.38.
Таблвца 7.38. Свойства боролитов [504]
Материал Та Г/СМ8 HR А МПа
Боролиты на основе борида цирко- ния Боролиты на основе борида хрома* серия 300 серия 400 4,38—4,66 5,44—5,49 5,49—6,41 88—90 73—86 77—88 440 560—970 630—980 130 84—196 84,7
Материал ^ПЛ> °C мкОм « ем а -10е, К-т Сопротивление тепловому удару
Боролиты на основе борида цир- кония Боролиты на основе борида хрома: серия 300 серия 400 2990 1760—1900 1870—1980 17 56—78 27—54 5,76 9,8 9,9 Очень хорошее Отличное »
7.5. Применение керметов
Керметы обладают комплексом физико-технических свойств, обеспечиваю-
щих их применение в различных областях техники для работы в экстремальных
условиях в качестве жаропрочных, высокоогнеупорных, окалиностойких, кис-
лотостойких, износостойких материалов.
Керметы разрабатывались преимущественно для применения в авиацион-
ной промышленности для изготовления деталей проточной части газотурбин-
ного двигателя. Однако в этой области они пока не применяются главным обра-
ом из-за низкой ударной прочности [504].
в атомной энергетике керметы используют довольно широко в качестве
тепловыделяющих элементов (твэлов) и материалов регулирующих стержней.
Обычно диоксид урана или тория диспергируется в кермете в виде порош
или гранул. В этом случае плоский твэл изготовляют в виде пластины, в к
Рой два внешних слоя состоят из кермета, а внутренний — из смеси кермета
с ядериым горючим.
Чаще всего применяют керметы диоксид урана — нержавеющая сталь
или хром — оксид алюминия. Порошки смешивают, прессуют и спекают прй
температуре до 1200 °C. После спекании заготовки помещают в контейнеры из
нержавеющей стали и подвергают горячей обработке давлением.
Широкое применение получили керметы в электронике, например для
изготовления термоэлектронных катодов. Катоды из вольфрама и диоксида
тория используют в мощных импульсных установках. Распределительные ка-
тоды изготовляют из керметов методом пропитки. Обычно металлическая губка
из вольфрама пропитывается материалом-эмиттером, в качестве которого ио
пользуют алюминат бария или бариево-кальциевый алюминат. Катод может
работать при 1100 °C, поддерживая значение тока эмиссии 140 кА/м8 в тече-
иие 500 ч.
Применяют керметы как огнеупорные материалы. Для изготовления защит-
ных чехлов термопар используют керметы ZrO2—Мо, ZrO2 W. Они приме-
няются для защиты термопар при непрерывном контроле температуры стали
в мартеновской печи и в конверторе. Для плавки металлов испольауют тигли
из ZrOj—Ti и ZrO2—Zr. В этих керметах количество металлов не превышает
10 %-
Керметы обладают высокой износостойкостью. В связи с этим их широко
применяют в качестве эталонных плит. Керметы на основе карбида хрома ие-’"
пользуют для изготовления подшипников и уплотнений в насосах, работающих
в контакте с соленой водой под большим давлением.
Карбидные керметы применяют для изготовления пресс-форм для холод-
ного и горячего прессования, калибров, сопел и штампов, для изготовления ре-
жущего инструмента взамен твердых сплавов.
раздел III
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
ГЛАВА 8
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
8.1. Введение
Антифрикционные спеченные материалы используются для изготовления
деталей узлов трения (подшипников скольжения, распорных втулок, колец,
торцевых уплотнений, шайб, подпятников, поршневых колец и др.) различных
машин и механизмов. Они применяются вместо дефицитных подшипниковых
литых сплавов из цветных металлов, подшипников качения, антифрикционных
сталей и чугунов. Применение спеченных антифрикционных материалов обус-
ловливается рядом их преимуществ: экономия цветных металлов; снижение
стоимости изготовления и уменьшение потерь металла в стружку; повышение
производительности труда; высвобождение станочного парка, квалифицирован-
ных рабочих и производственных площадей. Введение в состав спеченных анти-
фрикционных материалов различных веществ, играющих роль твердой смазки,
присадок, повышающих прочностные свойства материала, а также во многих
случаях наличие в материале подшипника остаточных пор (примерно 15—
30 об. %), которые после операции спекания пропитываются смазочными жид-
костями, увеличивают срок службы деталей в 1,5—10 раз.
В качестве присадок, играющих роль твердой смазки, обычно применяют
графит, сульфиды, фториды, фторопласты, иногда оксиды. Наличие запаса
жидкой и твердой смазок обеспечивает хорошую работу таких материалов в ус-
ловиях ограниченной подачи смазки, а также при повышенных нагрузках,
скоростях скольжения, повышенных температурах, в присутствии агрессивных
и инертных жидких и газовых сред, в вакууме.
Универсальность методов порошковой металлургии позволяет создавать
сложные композиционные материалы, в которых введение соответствующих
добавок позволяет достигать строго заданных свойств, необходимых для кон-
кретных условий работы узла трения. Промышленность порошковой металлур-
гии в основном изготавливает антифрикционные спеченные материалы на основе
железа, меди и их сплавов.
На рис. 8.1 показаны примеры конструктивного оформления подши
разнообразного назначения для работы при осевом и радиальном нагруже-
В последнее время для работы в узлах трения в качестве антифрикционных
материалов разрабатывают сплавы на основе алюминия, титана, пр
также твердые сплавы и создают композиционные покрытия. „_„„рНрнив
Спеченные антифрикционные материалы находят широкое> явтомо-
в различных отраслях техники: тракторо- и сельхозмашиностр ’машино-
бильной промышленности, тяжелом энергетическом и транспор* приборо-
строении, в текстильной и пищевой промышленности, бытовой те » Р
Рис. 8.1. Примеры конструктив нога вы-
полнения узлов трения, оснащенных спе-
ченными пористыми подшипниками*,
а) / — отверстие для подвода масла, 2 — по-
ристая втулка; б) I — подрез для ключа, 2^
самосмазывающийся подшипник; 3 — фетровая
прокладка для подачи смазки; а) установка
сферического спеченного подшипника-при кон-
сольном расположении вала; е) 1 — спеченная
втулка е фланцем, подверженная радиальному
и осевому нагружению, I — смазочный резер-
вуар; д) 1 — спеченный подшипник, 2 — фетро-
вое кольцо для смазки; а) неразборная кон-
струкция подшипника; 1 — сферическая пори-
стая втулка, 2 — масляный резервуар, g
фетровые кольца, 4 — резервуарная камера;
<№•)! — пористая втулка, 2 — канал, заполняе-
мый смазкой; s) I — спеченный сферический
подшипник с поджимом; и) i — спеченный под-
шипник, 2 — масляный резервуар
и станкостроении, в авиационной тех-
нике, в газотурбостроении, химическом
машиностроении и др.
Материалы иа основе железа (по-
ристое железо, железографит) предназ-
начены в основном для работы в при-
сутствии смазки, где защита от корро-
зии обеспечивается присутствием по-
следней. Материалы на основе меди (по-
ристая бронза, броизографит) также
рекомендуется применять в присутствии
смазки, но при повышенной влажности
окружающей среды или в условиях воз-
можной коррозии. Выбор типа материа-
ла в каждом отдельном случае опреде-
ляется конкретными условиями работы
узла трения. Так, для работы в усло-
виях повышенных и высоких (свыше
10 МПа) нагрузок, скоростей скольже-
ния (свыше 5—10 м/с), температур (более
200 °C), в условиях трения без смазки,
в присутствии агрессивных и инертных
жидких и газовых сред, в вакууме, в ус-
ловиях низких температур (до —250 дС)
разрабатываются материалы на основе
высакпл₽гипп0,и0^-„ „ , высоколегированных сплавов железа,
нержавеющих стялЛИ СУЛЬФИДИР°В8ННОГО железографита, сульфидированных
XS..SS металлографитовых и металлопластмассовых компози-
цветных металлов В3 'гУГ0Плавких металлов и соединений,
ва, алюминия и т ВапримеР никеля и его сплавов, кобальта, свинца, оло-
яогс|ЧопробованияаТ^гп^В находится ец*е в стадии разработки И промышлен-
производства. ’ Г 1авливается в условиях опытною или мелкосерийною
треиия^бусловлены^гпртя Режимы работы материалов и сроки службы узлов
«* структурой, а так^е ко/крет-
’ 8.2. Технология изготовления композиционных
антифрикционных материалов
ЗЛ.1. Общая характеристика технологии
В большинстве случаев технология изготовления спеченных антифрик-
няонных изделий описывается следующей простой с-хемой: приготовление ших-
ты из порошков, прессование, спекание, пропитка маслом, калибрование. Од-
нако в ряде случаев изделия подвергают дополнительным обработкам — терми-
ческой, химико-термической, механической. Особой операцией является введе-
ние твердых смазок. Существенно отличается от стандартной технология изго-
товления антифрикционных материалов на подложках.
Технология изготовления антифрикционных изделий методом порошковой
металлургии характеризуется схемой на рис. 8.2.
На схеме справа двойной линией показана более простая схема изготов-
ления подшипниковых материалов.
По этой схеме изготавливают материалы с пористостью 15—35 %. С услож-
нением составов и повышением требований к эксплуатационным свойствам
антифрикционных материалов усложняется и технология их изготовления.
Увеличивается количество операций, изыскиваются новые технологические
приемы.
Возможны различные отклонения от приведенной схемы. Так, операции
калибрования или допрессовывания, а также механической обработки могут
Рис, 8.2. Схема изготовления композиционных антифрикционных
материалов методом порошковой металлургии
следовать непосредственно зя операцией спекания до пропитки жидкой смаз-
кой. Операция пропитки маслом может быть заменена операцией пропитки
суспензией твердой смазки, фторопласта или другого полимера или металличе-
ским расплавом. Практикуется также вдавливание легкоподвижкой суспензии
смазки в поры поверхностного слоя.
На рис 8 2 штриховой линией показана схема изготовления антифрик-
двойного материала на основе порошка нержавеющей стали, включающая прес.
сование порошков, пропитку пористого брикета серой и последующее сульфи-
пирующее спекание брикетов.
Технологическая схема изготовления изделий выбирается в зависимости
от типа изделия, его назначения, применяемого для его изготовления мате;
₽ЯаЛп\я изготовления композиционных антифрикционных материалов на основе
железа применяются порошки, получаемые методами восстановления, распыле-
ния расплава, измельчения вихревым методом, а также электролизом или кар-
бонильным методом.
Выбор порошков определяется технологическими и экономическими сооб-
ражениями, а также требованиями к свойствам готовой продукции.
Порошки других металлов изготовляют различными методами: меди —
преимущественно электролизом; никеля — электролизом и карбонильным мето-
дами; молибдена, вольфрама, кобальта — восстановлением оксидов.
81.2. Подготовка шихтовых материалов
До операций шихтования порошки обычно подвергаются подготовительным
обработкам: при повышенном содержании кислорода — восстановительному
отжигу (для железа — 700—800 °C в водороде), размолу, рассеву на фракции,
сушке, прокаливанию. Графит подвергают прокаливанию при высоких темпе-»
ратурах (близких к температуре спекания будущего изделия) с целью удале-
ния влаги и летучих примесей. Серу и сульфиды сушат при низких темпера-
турах для удаления адсорбированной влаги.
Разлом исходных материалов, часто совмещающий и операцию смешивани^
исходных компонентов, является весьма ответственной операцией. Результат
его зависит от величины загрузки, количества размольных тел, времени смв;
шивання, от наличия или отсутствия жидкости, вводимой в размольный аг-
регат. J
При использовании смесей, состоящих из металлических порошков, близ-
ких по плотности (например, железо — медь, железо — никель, медь — олово
и т. п.), применяют сухое перемешивание без размольных тел. Для смесей,
содержащих графит, серу или другие сухие смазки, используют смесители без
размольных тел (типа конусных, с эксцентриковыми осями) во избежание нама-
галловЯ веществ' игРаЮ1ИИх роль твердой смазки, на частицы порошков ме-
ПР« та« «азываемом мокром смешивании в качестве увлажнителя исполь-
зуют V,5 1 fo машинного масла (для материалов, содеожащих графит или
углерод в ином виде); до 2—3 % бензина или спирта; 1—3 % глицерина в спир-
® „_т‘ П‘ Назначение увлажнителя — устранить ликвацию и пыление более
легкого по плотности компонента шихты (графита, серы, сульфидов).
„„ °ычн0 смеситель заполняют не более чем на 1/3 часть его объема. Реко-
^“Дует5я опРеделеиная последовательность в загрузке в смеситель отдельны*
ПеРвыми загружаются металлические порошки, затем
п»«Т»Я ТРаФит «ли другая аналогичная добавка. После перемешивания этой
ЛЛ ’ ГеНИе 5—' ° мин ВВ°ДЯТ Другие неметаллические присадки. Смесь
в сухом состоянии перемешивают примерно 1—1,5 ч, после чего в нее добав-
ляют увлажнитель и процесс продолжают еще в течение 0,5 ч. Допускается
предварительное смешивание металлических порошков с увлажнителем с по-
следующим введением веществ, играющих роль сухой смазки. Смеси железо —
медь, железо — медь — графит, медь — олово, медь — олово — графит, ясел^
зо сера~ графит и подобные им перемешивают при скорости вратцен
смесителей 30—60 об/мин. Применение шнековых смесителей ускоряет пр
Цесс.
При необходимости обеспечения одновременного смешивания и пазломя
рекомендуются высокоскоростные смесительные установки — аттриторы *
* Для предохранения от окисления порошков при размоле конструкция
аттритора предусматривает возможность впуска в камеру защитного газа
При размоле и смешении тонких порошков возможно ухудшение их теку-
чести. Этот недостаток устраняют укрупнением исходных частиц гранулирова-
нием шихты, плакированием неметаллических порошков металлами и др.
Для плакирования применяют меднение и никелирование графитовых по-
рошков химическими и электрохимическими методами. Грануляцию тонких
металлических порошков осуществляют в помощью добавок связующего —
водного раствора поливинилового спирта, силиката натрия, растительных
клеящих веществ, введением раствора гликоля или камфоры в этиловом спир-
те и ДР- ’
8.2.3. Формование изделий
Изделия из подготовленной шихты формуют различными методами: одно-
и двухсторонним прессованием в пресс-формах на холоду, одинарным и двой-
ным прессованием с промежуточным спеканием, гидростатическим и изостати-
ческим прессованием, спеканием под давлением, ковкой и штамповкой предва*
рительно спеченных заготовок, горячим динамическим прессованием, взрывным
прессованием, прокаткой, экструзией, мундштучным прессованием, шликерным
литьем и др.
Большинство деталей узлов трения прессуют из смеси исходных порошков
на гидравлических или механических прессах в пресс-формах, изготовленных
из закаленных легированных сталей или твердых сплавов. Существует большое
разнообразие типов пресс-форм в зависимости от конструкции прессуемых изде-
лий и метода прессования.
Обычно при прессовании подшипников применяют двухстороннее прес-
сование.
Для изготовления изделий более сложной формы или большой массы при-
меняют гидростатическое или изостатическое прессование. В этом случае порош-
ковую шихту засыпают в эластичную оболочку и подвергают всестороннему
гидростатическому давлению. Процесс осуществляют в герметичных камерах
с использованием при гидростатическом прессовании рабочих жидкостей: мас-
ла, воды, глицерина и др.
Изостатическое прессование производят при высоких температурах. В этом
случае в качестве рабочей среды служат инертные газы или жидкие металлы.
Прессование изделий с пористостью 15—35 %, оптимальной для антифрик-
ционных спеченных изделий, работающих в режиме самосмазывания, произво-
дят при однократном прессовании. Изделия с меньшей пористостью требуют двух-
кратного прессования с промежуточным отжигом или иных методов уплотнения.
Величины давлений, применяемых при прессовании, зависят от прочности
и пластичности прессуемого материала, наличия смазки, конструкции пресс-
формы, требуемой конечной плотности и других факторов. Например, для
прессования изделий из порошков железа, меди, никеля до пористости 15—
*0 необходимо приложение давления 590—690 МПа. Для олова, свинца
давление снижают до 98 МПа.
Применение смесей порошков с различной крупностью частиц, добавление
мягких металлов к более жестким и твердым порошкам позволяет значительно
уменьшить необходимое давление прессования для получения заданной плот-
Существенно снижают давление прессования смазка стенок пресс-форм
жидким маслом (масляной эмульсией), мылом и специальными жидкими кис-
лотами типа стеариновой или олеиновой, а также введение в состав шихты сма-
зочных веществ. К ним относятся специальные порошкообразные стеараты
ВДнка, кальция, алюминия, магния, свинца, лития, парафин, а также твеРЛ“
смазки: графит, дисульфид молибдена или другие сульфиды. Они вводятся
* количестве 0,1—2,0 %;
Введение смазки в состав шихты практикуется при прессовании на авто*
Магических прессах, когда ручная смазка стенок пресс-форм невозможна.
Наиболее распространенной и дешевой смазкой является стеарат цинка
Однако для прессования меди, бронзы, нержавеющей стали целесообразно
пользовать стеарат лития. Введение такой твердой смазки, как графит, поло-»
жительно влияет на процесс прессования до его содержания 4 %. При более
высоком содержании существенно повышается упругое последействие материала!
Метод порошковой металлургии позволяет создавать многослойные мате-
риалы с поверхностным рабочим слоем заданного состава и удерживающей
оболочкой с повышенными механическими свойствами. 1
Некоторые основные технологические режимы прессования наиболее рае.
пространенных антифрикционных спеченных пористых материалов приведены
в табл. 8.1.
Таблица 8.1. Технологические режимы изготовления антифрикционных
материалов (540]
Материал. а. % Рв, МПа <сп> °с тст, МИН Защитная среда при сдекании
.Пористое железо 20—30 490—687 390—780 1100—1200 1050—1150 60—120 60—180 Водород, диссоци- ированный аммиак
Железографит 15—30 Водород, ДИССОЦЦ.
(0,5—3 % С), ированный аммиак,
железографит, Я» природный газ.
легированный медью я сульфи- дированный 10-30 эндогаз *
Железографит 294—589 «1050 60—180 То же .
(4—7 % С) Высоколегирован- 5—20 490—780 1050—1250 60—180 Водород, вакуум,,
ные сплавы на основе железа эндогаз
Бронза пористая 10—30 195—390 720-850 30—120 Водород, диссо-
и бронзографит с 1 — 4 % С - ) циированный алн миак, конвертиро- ванный природный
Металлографит (об. доля С 10—50%) 5—15 294—980 1050—1200 60—180 газ, энд’огаз Водород
Оловянистая брон- 30-40 830—880 60—120 »
за из сфериче- ских частиц
Свинцовая бронза »<* «390 660—900 60—180
Алюминиевые спла- ₽ы 5—25 49—490 450—650 10—60 Водород, вакуум, аргон, воздух
прессового оборудования в ряде случаев ограничивают размеры
прессуемых изделий. Поэтому изготовление крупногабаритных подшипников
отношением длины к диаметру, превышающим обычно приня»
1авг«₽ЛЛтС^»В,аНИИ' 0СУи'есгвляют Иными методами: прокаткой, напеканием
а стальную леиту или лист, изостатическим прессованием и др.
8.2.4. Спекание
Спекание — одна из главных операций технологии изготовления материя"
"!т?д П°Р°ШКОВОЙ металлургии. В процессе спекания конгломерат и*
частиц веществ, входящих в исходную шихту, превращается в композиционный
материал, состоящий из металлической матрицы и пор или из металлической
матрицы, пор, включений неметаллических, интерметаллических и друг®*
268
составляющих, которые залегают в основной металлической матрице Поопесе
.спекания сопровождается изменением плотности, объема, массы спекаемого
ррикета, образованием новых фаз - продуктов взаимодействия вводимых ком-
понентов в соответствии с диаграммами состояния и характером их взаимо^й-
йтвий. Имеется большое разнообразие вариантов процессов спекания в том
4исле: по характеру основного процесса — спекание в твердой фазе и в ппи-
Лутствии жидкой фазы; по характеру защитных сред — спекание в газовой и вос-
становительной среде, в вакууме, в герметических коробках с твердой засып-
ай; по характеру нагрева — спекание в электрических печах с радиационным
цагревом, с индукционным нагревом, с электроразрядным нагревом; по типу
Оборудования — спекание в проходных конвейерных или толкательных печах
а садочных печах и др. ’
Одной из особенностей печей для спекания изделий
из порошков является
возможность проведения иагрева в
защитных средах.
Рис. 8.3. Конструкция контейнера е плавким затвором в состоянии упаковки:
а — контейнер е верхним затвором без карманов; б — контейнер е верхним затвором; в —
контейнер с нижним затвором; в — контейнер е нижним затвором; а — контейнер с нижннм
затвором и накрывающим кожухом; / —-обрабатываемые детали; 2— порошкообразная засыл-
ка; 3 —контейнер; 4 — карман; 5—песок; б — гранулы материала плавкого затвора; 7~
верхняя крышка; 8 — накрывающий кожух; 9 — нижняя крышка; 10 — прокладка (аСбест)
В массовом производстве антифрикционных изделий обычно применяют
печи непрерывного действия — конвейерные и толкательные. В таких печах
лодочки или поддоны со спекаемыми изделиями двигаются по конвейеру или
проталкиваются толкателем из загрузочной камеры через нагретую зону спе-
кания в холодильник и далее конвейером или толкателем выдаются наружу.
Защитный газ подают в холодильник, откуда он движется навстречу спе-
каемым изделиям с тем, чтобы свежие порции /аза, еще не обогащенные парами
воды, омывали спеченные изделия во время охлаждения, т. е. в период наи-
большей опасности их окисления.
Печи о конвейерным подом из жаропрочной стали обычно применяют при
температурах до 1100 °C. Нагрузка в них допускается до 147—177 Н на погон-
ный метр конвейера. Их производительность может достигать 200 кг/ч. До тем-
ператур 1000—1100 “С используют нагреватели на основе сплавов железа, ни-
келя и хрома с добавками различных легирующих элементов.
Для температур свыше 11Q0 °C обычно применяют печи е роликовым подом
с толкателями. В таких печах нагрузка на один погонный мегр длины пода
может достигать 980 Н.
Для экспериментальных работ при изготовлении небольших партий изде-
лий используют печи периодического действия е ручной передвижкой изделий.
В массовом производстве спеченных изделий применяют также печи, отап-
ливаемые газом. Муфеля из карбофракса обогревают горелками, расположен-
ными снаружи муфелей. В качестве защитного газа в муфеля подают конвер-
тированный природный газ. По выходе из рабочих муфелей этот газ дожигается
в топочном пространстве.
Для спекания в вакууме применяются вакуумные печи с индукционным
.нагревом, как правило, для изготовления небольших опытных партии изделии.
В последнее время разработан удобный метод спекания изделий из поро
ков в контейнерах с плавким затвором.
Таблица 8.2. Химический состав, достигаемая степень осушки и сравнительна;
Защитная среда Массовая
н, N, со
Водород Диссоциированный аммиак Экзотермический газ Эндотермический газ Конвертированный природный газ Вакуум 1330—13,3 мПа 99,3—100,0 75 15,5—16,0 35—40 75—76 0 0 25 69,0—72,5 Остальное 0,5—1.0 0 0 0 10 18—22,5 22—23 0
Преимуществом метода является возможность использования для нагрева
печей любого типа. '
Контейнеры (рис. 8.3) изготавливают из жаропрочной стали. Спекаемые
изделия помещают в контейнер под засыпкой, которая может содержать веще-
ства, позволяющие проводить одновременно со спеканием химико-термическую
обоаботку. Герметичность контейнера в процессе нагрева обеспечивается затво-
ром, который засыпается песком и порошком веществ, плавящихся при нагреве,
обеспечивая герметизацию внутреннего пространства (в качестве плавкой со-
ставляющей рекомендуют нитро- и боросиликатные стекла для температур
900—1200 °C и борный ангидрид — для более низких температур).
*е,%
io
12
2,0
2,5 5,0
1,ч
Рис. 8.4. Зависимость усадки мате-
риала ЖГр2 от времени выдержки
при различных температурах при
спекании в вакууме:
/ —11 SO ’С; г — 1100 “С; 8 — 1050° С
О 0,5 1,0 1,5
16
В практике порошковой металлургии
из множества защитных сред применяют
в основном водород, диссоциированный
аммиак, газообразные углеводороды (эндоч
п экзогазы, конвертированный природный
газ) и вакуум (табл. 8.2). Значительно ре-
же используют инертные газы.
Влияние защитной газовой среды при
спекании проявляется в изменении хими4
ческого состава материала, например в рас-
кислении или окислении, в выгорании не-
металлических составляющих, таких, как
графит, сера, сульфиды или в науглерожи-
вании материала при спекании в углерод-
содержащих газах.
Избыток паров воды в защитном газе
приводит к обезуглероживанию материала,
поэтому содержание влаги в нем строго
контролируется влагомерами.
Строгому контролю при спекании yi*
леродсодержащих материалов подлежит
также величина углеродного потенциала
защитного газа (последний представляет
собой величину равновесного содержания
связанного углерода (в /о) в данном материале с окружающей газовой средой
заданного постоянного давления при данной температуре). При значениях угле-
родного потенциала в газе ниже равновесного происходит обезуглерожива-
ние спекаемого материала, и наоборот.
В процессе спекания в зависимости от состава шихты отдельные компо-
ненты могут полностью или частично реагировать друг с другом, образуя новые'
соединения, или оставаться в виде инертных включений.
л дНТ^Рвал температур спекания обычно выбирают в пределах (0,7 -?*
~9~ 0,8) Тпя металла, однако в каждом отдельном случае уточняется экспери-
ментально с учетом требуемых свойств, структуры композиционного материала
стоимость защитных газовых сред [90, 193]
ДОЛЯ» % Точка росы, °C Сравнитель- ная стои- мость, %
со, СН, о» Примеси
0 0 0,05—0,1 Н2О < 0,5 —60 100
0 Н2О<0,01; —40 30—50
0 0 NHS—0,02 —40
0,3-4,5 1,0—1.5 0 0 3—10
<1,0 1.0 0 0 От —20 до 20 5—20
1-2 0,4—0.5 0 0 +20 8—10
0 0 0 0 От —61 до —90
и вида изделий. В табл. 8.1 приведены данные о режимах спекания наиболее
распространенных композиционных антифрикционных материалов по темпера-
туре, выдержке и типу защитной среды.
В процессе спекания изменяются размеры изделия (рис. 8.4) [540]. Вели-
чина усадки материала при спекании зависит от температуры, времени, состава
защитной среды и исходной плотности заготовок. В ряде случаев, например
при повышении плотности медных заготовок, возможно увеличение размеров
брикета вместо усадки, так как образующиеся при взаимодействии диффунди-
рующего водорода с оксидами меди пары воды создают повышенное давление
газов вследствие большего объема молекул паров воды в сравнении с таковым
водорода.
8X5. Термическая и химико-термическая обработка
К изделиям, изготавливаемым методом порошковой металлургии, приме-
нимы различные виды термической и химико-термической обработки — закалка,
отпуск, отжиг, науглероживание, хромирование и т. п. Однако наличие пор
в материале и газов в порах, присутствие различных включений с более низкой
теплопроводностью, чем основной металл, ухудшают теплопроводность материа-
ла в целом и, как следствие, его прокаливаемость.
При термической обработке пористых сталей твердость изделий после за-
калки обычно на 5—10 ед. HRC ниже, чем закаленных литых сталей такого же
состава. Операция отпуска после закалки необходима, как и при закалке обыч-
ных сталей. Низкотемпературный отпуск при 150—200 °C повышает пластич-
ность материала, уменьшает внутренние напряжения, не снижая заметно твер-
дость. Для обеспечения более высоких значений характеристик пластичности
и ударной вяакости материала применяют отпуск при более высоких темпера-
турах (500—600 °C).
В материалах, содержащих медь, упрочнение их после закалки достигают
применением операции старения при 200—450 °C.
Из-за наличия пористости в изделиях и возможности их сильного окисле-
ния при нагреве в воздушной среде нагрев под термическую обработку должен
проводиться л защитной газовой среде или в вакууме.
Пониженная прокаливаемость пористых материалов должна учитываться
при выборе охлаждающих сред, а именно необходимы более интенсивная цир-
куляция закалочных сред, применение воды вместо масла и т. д.
Для проведения операций термической обработки пористых изделий могут
использоваться печи для спекания, однако при массовом производстве более
вкономично применение специализированных автоматических печей.
Для термической обработки поршневых колец в практике находит при-
менение метод индукционного нагрева.
При небольшом объеме производства применяют нагрев под термическую
Обработку в ящиках в засыпках, предохраняющих детали от окисления.
В последнее десятилетие особенно возрос интерес к применен»
ири изготовлении спеченных изделий методов химико-термической o6pj
ботки. , , , _ ,
В основном все виды химике-термической обработки литых металлов пр
меинмы и к изделиям, изготавливаемым методами порошковой металлург»
Но наибольшее внимание привлекают такие методы, как науглероживая!
сульфидирование, азотирование, нитроцементация, хромирование и борир
|и.
е,
о.
Ий
ВЭНИСе
Существенное отличие процессов химико-термической обработки взделifi
из порошков в более высокой скорости и большей глубине насыщения изделий в
результате наличия в материале пористости, развитой поверхности пор и выо
Рис. 8.5. Влияние плотности спеченного железа на глубину
слоя (а) и распределение углерода (б) при цементации в твер-
дом карбюризаторе при 850 °C в течение 4 ч:
в) / — общая глубина, 3— эвтектоидная зона,- Д — за эвтектоидная зона;
б) плотность; J — 75 %; 3 — 85 %, 3 — 95 %
кой
шихД^позволяет о^п1ринтНаСЫ1ЦаЮЩИХ вещеСтв в виде порошков в исходную
времТвно обеспечить также насыщение во всей толще изделия одно-
темп^рОзДтуры°,ЦадСителИьи^иНвыдеПрРкки Иобще'й епопНЧе=К°^ обработке зависит от
яия объемов открытой и закпытп&п’ бЩей поРистости материале, соотиоше-
и других факторов. Особенно бапкт^?'°СТИ' характера исходных порошков
иости образцов 95 % и более ппоне^6 значеиие имеет пористость. При плот-
ах беспористых материалов Р(рис вЛИБ^оТ С поверхности идет‘ как и у лй'
осуществлять в контейнерах**0™^ и8зделий нз железного порошка можно
газовой средой. Первый метод6 пп»£Д°Й засыпкой йли в муфеле е проточной
Процесс цементации в проточнп»ИгеПИЧ -Гри небольшом объеме производства,
заданных высоких значений углепоп™™0,? Среде Р^гуяируетея поддержанием
среду природного газа. У еродног<? потенциала аа счет добавок в газовую
шает устЙ^иность'их n^oS схватывания антиФРИКЙИониых материалов повы-
серу вводят в шихту перед прессовянир»» ПрИ треияи* Для сульфидирования
йри 130-140 °C до спекания Ли пР°питкой пористого тела серой
400-450 «С для протекании' p«S^Л°ДерЖа1Цее серу’ затем нагревают до
F кании реакции образования сульфидов с выдержкой
60 мин. При последующем спекании j присутствующие сульфиды или оксигилк-
фнды активируют процесс спекания. 7 у 4>иды или оксисуль-
* Разработано несколько методов нанесения боридных покрытий на мо
таллы й сплавы: диффузионное борирование из твердых, жидких и газоолЛГ
ных сред; электролитическое борирование и наплавка; напыление боридов «2
(поверхность изделий.
8.2.6. Изготовление двухслойных материалов
на подложках и металлофторопластовых подшипников
В практике широко применяются материалы, у которых относительно-
тонкий слой антифрикционного материала укреплен на несущей подложке
чаще всего представляющей собой стальную ленту. Конструкция материала
позволяет армировать тонкий слой недостаточно прочного антифрикционного
материала, уменьшать габариты узла трения, снижать расход антифрикцион-
ного материала. В таких метериалах в качестве антифрикционного слоя хорошо
зарекомендовали себя свинцовистые и оловянистые бронзы.
Основными этапами технологического процесса при изготовлении мате-
риалов с применением свинцовистой бронзы являются следующие: приготовле-
ние порошка свинцовистой бронзы методом распыления; подготовка стальной
полосы для спекания, включающая очистку ее поверхности от ржавчины »
иногда меднение или лужение; нанесение порошка бронзы ровным слоем 0,4—
1,5 мм на поверхность ленты с применением жидких связующих веществ, выго-
рающих при спекании; предварительное спекание полосы в защитной газовой:
среде при 800—850 °C; дополнительное уплотнение напеченного слоя прокат-
кой или обжатием между валками до беспористого состояния; повторное спе-
кание при тех же условиях; повторная прокатка для придания точных разме-
ров; ианесениё на рабочую поверхность полосы приработочного покрытия тол-
щиной до 0,05 мм из сплавов свинец — олово, свинец — олово — медь ил»
свинец — иидий методом электролиза; штамповка вкладышей из полосы и меха-
ническая обработка.
В случае приготовления двухслойного материала на основе оловянистоО
бронзы технология состоит из таких операций: смешивание исходных порош-
ков меди, олова и графита; нанесение ровного слоя шихты на поверхность сталь-
ной ленты; предварительное спекание; уплотняющая прокатка.
Технология изготовления антифрикционных материалов на стальной под-
ложке с пористым слоем, пропитанным фторопластом или полимерными смо-
лами, включает следующие основные операции: подготовка стальной полосы
и припекание на ее поверхность слоя сферических частиц оловянистой бронзы-
толщиной около 0,25 мм; калибрование спеченной полосы; заполнение пор фто-
ропластом, обычно содержащим до 25 % порошка дисульфида молибдена. Вве-
дение фторопласта в поры осуществляют нанесением слоя пасты фторопласта-
и вкатыванием ее в поры ленты.
Затем следуют операции: сушка пасты фторопласта при 80—90° С; спека-
ние фторопласта в печи с температурой 380—390 °C с одновременным калиб-
рованием валками, нагретыми до той же температуры; дополнительное калиб-
рование охлажденной ленты и сматывание готовой ленты в рулон.
При изготовлении подшипников с толстыми стенками или больших разме-
ров возможно напекание пористого слоя бронзы на внутреннюю поверхность
стальной цилиндрической заготовки центробежным способом. Подготовленны»
корпус подшипника помещают в специальную установку, которая обеспечивает
вращение корпуса, со скоростью 1000—1500 об/мин, индукционный нагрев кор-
пуса подшипника до 870—880 °C и подачу в полость подшипника защитного-
газа (водорода). Порцию бронзового порошка до начала вращения подшипника
засыпают в полость между внутренней поверхностью подшипника и ограничи-
вающим полость экраном [540].
Центробежные силы, возникающие при вращении установки, прижимаю
частицы порошка равномерным слоем к внутренней поверхности корпуга
шипника, что облегчает спекание частиц порошка с поверхностью к р у
и друг с другом.
Напеченный пористый слой бронзового порошка затем подвергают 4-крат-
ной вакуумной пропитке водной суспензией фторопласта.
Термообработка фторопласта состоит из промежуточной сушки при 90 °C
в течение 2 ч и спекания при 370 °C в течение I ч.
8X7. Механическая обработка поверхностей
Деформация заготовок подшипников при спекании в результате усадЛ
или коробления, наличие припусков на размеры вызывают необходимость мех, -
«нческой обработки изделий. Кроме того, ее применение позволяет шире испод,-
вовать унифицированные заготовки, из которых с помощью механической обрк
45отки можно изготавливать подшипники близких размеров, что позволяет су-
щественно сократить номенклатуру парка пресс-форм для их прессования.
Иногда требуется небольшая механическая обработка поверхности после
посадки подшипника в гнездо методом запрессовки. f
К методам механической обработки относятся резание, калибрование, раз-
эертывание и шлифование.
При механической обработке пористых материалов необходимо учитывать,
что процесс резания из-за наличия пор имеет прерывистый характер и механи-
•ческая обработка может существенно воздействовать на структуру и свойства
поверхностного слоя материала. При этом могут иметь место упрочнение за
счет наклепа, уплотнение более пористых участков, сглаживание поверхностей
в частичное закрытие пор, разрыхление поверхностей и появление микротре-
дани. Поэтому для каждого материала необходимо установить оптимальные
режимы механической обработки (табл. 8.3, 8.4).
Таблица 8.3. Рекомендуемые режимы обработки пористых материалов резанием
|30, 32, 33}
Ор, м/мин Sp, мм/об Тр> град Области применения
60 До 0,5 — 15 Для обработки поверхностей, сопрягаемых по прес- совым посадкам
100 0,15 —5 Для обработки поверхностей трения
300 0,07 0 Для большинства случаев обработки поверхностей трения
До 500 0,035 —5 Для обработки поверхностей трения высокопорис- тых материалов, содержащих антизадирные при- садки
При обработке резанием пористых материалов не рекомендуют применять
-большие глубины резания, Целесообразнее увеличить число проходов.
1 римеиеиие б°льтих подач (более 0,12—0,15 мм/об) может сопровождаться
зРыхлением поверхностного слоя и ухудшением его чистоты. С другой сто-
-р ы, малые подачи (менее 0,10 мм/об) дают уплотнение рабочей поверхности
и улучшают ее чистоту. г
,та®л‘ 8'5 приведены рекомендуемые режимы резания бронзографита
а кава ВК8, обеспечивающие возможность получения разных по
качеству обработанных поверхностей.
.яти^Р=еНИе обычных методов механической обработки резанием пористых
-антифрикционных материалов позволяет обычно получать чистоту обработка
поверхности в пределах 5—8 классов. 3
Калибрование — высокопроизводительный и технологичный метод прида-
ния спеченным изделиям точных размеров, основанный на деформации поверх-
ностного слоя изделий продавливанием или обжатием в калибровочных пресс-
Таблица 8.4. Оптимальные значения скоростей резания, соответ^». 20-минутной стойкости инструментов для различных материале Flo зЯ?
Состав спеченного антифрикцион- "г . М/мин, при структуре материала
Материалы Перлит (75 _ 80 %) + фер- рит цемеи-
него материала (П-20 %) инструмента Феррит или й-фаэа Феррито- перлит Перлито- феррит
сит (3-5 %)
fe(100 %) ВК8 Т15К6 160 60 • ' л » • • • • Ж
ЖГ-1 (Fe-f-1 % С) ВК8 • » * 145
ВК6М • • » 180 Г * •
Т15К6 • • • 130 a fc •
ЖГ-2 (Fe + 2 % С) ВК8 ВК2 вкзм ВК6М Т15К61 в • • ж * • 125 140 160 175 100 115 130 140 90 100 НО 120
Т30К4/ 120 85 80
ЖГ-3(Ре + 3 % С) ВКЗ » Л • 100 60 40
ВК2 а а а 120 75 56
ВКЗМ • а а 134 120 но
ВК6М Т15К61 • «« 140 90 130 126
T30K4J • * а 65 60
Бронзографит ВК8 50 Д а г
(98 %Бр + 2 % С) ВК2 55 • г г
ВК6М 60 • а а • а а
Т15К6 35 • » а - а а в а^а
формах, причем он позволяет не только придавать изделиям конечные ада
ные размеры, но и улучшать их служебные свойства. ЯРлппмя-
При применении калибрования важное значение имеет с ® $ Р
иии материала у поверхности, которая зависит от припуска пд гтпуктуоэ
На величину припуска влияют составы материалов, n0P^cT > РУ
материала, а также толщина стенки и соотношение диаметре' илинлойче-
На рис, 8.6 и 8.7 [311 на примере калибрования железных цилиндру
ских образцов d = 15 мм и h = 10 мм с пористостью 15 3м ппессования »•
иие пористости, структуры и припуска на величины усилия р
упругого последействия.
Таблица 8.5. Рекомендуемые режимы и Услов1’®'и^?ей°Т<резцы>нТ«мава ВК8>
обеспечения различной степени уплотнения поверхностей (резцы
[30, 32, 33[
Режимы резания Геометрия резца, град Параметры резания 3 м я N or
& & ©. 8 м/мин ?р’ мм /об Й.Я -Ч ж
«Уплотняющий» R = 0 7 0 45 15 8 120—130 0,07 0,2 3.3
«Неуплотняющий» Rp= 0 —7 0 45 15 8 30 или 950 0,115 0,4 6,2
Деформация поверхностного слоя при калибровании сопровождается на*/
«левом и уплотнением, причем степень наклепа и его глубина зависят в осиов-1
ном от пористости материала. С уменьшением последней глубина наклепа воз/
настает. На глубине 50—70 мкм степень повышения микротвердости материал^
Е^алибрования с припуском 0,17 и 0,68 мм возрастает на 100-130 %, д/я
Обеспечения необходимой плотности посадки, оптимального обжатия пористо^
каркаса для его уплотнения и упрочнения рекомендуются калибровочные пр*,
пуски приведенные в табл. 8.6.
У Рекомендуемые величины калибровочных припусков целесообразно изМе-
«ягь в большую сторону при необходимости уплотнения всего объема втулкй.
Рис. 8.7. Зависимость усилия калиб-
рования от припуска на калибрование
и структуры материала при постоян-
ной пористости:
1 — перлит; 2 — феррит
Рис. 8.6. Зависимость усилия калиброва-
ния от пористости и структуры материала
<1ри достоянном калибровочном припуске:
4 — верлит; 2 — феррит
Минимальные припуски под калибрование рекомендуется применять при
небольших нагрузках и спокойных условиях работы подшипников, а также
если толщина стенки втулки не превышает 3 мм и отношение длины втулки
к диаметру не менее двух раз.
Для подшипников, работающих в тяжелых условиях, когда соотношение
длины втулки к диаметру близко к единице, рекомендуют применять максималь-
ные припуски под калибрование. Для обеспечения хорошего качества рабочей
поверхности максимальное значение припуска под калибрование должно пре-
вышать высоту неровностей поверхности в 2,0—2,5 раза. Калибрование поверх-
ности в обработка резанием по уплотняющему режиму повышают износостой-
кость материала в 1,5—7,5 раз в сравнении с необработанным состоянием без
Таблица 8.6. Припуски, рекомендуемые для калибрования наружного
диаметра подшипника [31]
Материал подшипника п, % Калибровочный при- пуск, % от калиб- руемого размера Материал подшип- ника п, % Калибровочный при* пуск, % от калиб- руемого размера
Мини- мальный Средний 1 1 Макси- мальный Мини- мальный Средний Матеей* | мвльный
Железографит 15 22,5 30 0,5 0,8 1,0 0,7 1,0 1,2 0,8 1,2 1.5 Железо 15 22,5 30 0,6 0,9 1,2 0,8 1,2 1,4 0,9 1,3 1,6
существенного влияния на значения коэффициента тоения тякнм
Механическую обработку поверхностей трения антифрикционных
необходимо рассматривать не только как средство придания готовому изделию
В€ЙонныёЫсвойсМЛРа°В’ ”° “ МвТ°Д зиачительн°г° воздействия на их эксплуа-
8.2.8. Введение в материал твердых и жидких смазок
В зависимости от характера веществ, играющих роль смазки, они могут
добавляться в виде порошков в исходную шихту или вводиться в поры металла
после спекания. Применяют различные методы введения смазочных веществ__
сухое и влажное смешивание в различных смесительных устройствах, совмест-
ный размол смесей, пропитка пор, насыщение из газовой фазы и др. Методы
введения веществ, играющих роль смазки, должны обеспечить присутствие их
прежде всего в приповерхностном рабочем слое, за исключением графита в желе-
зографитовых композициях, который в ряде случаев должен упрочнять мате-
риал за счет растворения в железе и образования более прочной перлитной
структуры. Поэтому графит присутствует обычно во всей толще материала.
Положительно влияют на объемные свойства материала также вводимые в ших-
ту дисульфид молибдена, сернистый цинк, сера и некоторые другие добавки.
Вследствие малой плотности графита и склонности его к ликвации при пере-
мешивании в шихты, содержащие более 5 % последнего, обычно добавляют
для увлажнения бензин или масла. Реже практикуется введение графита в поры
материала. В этом случае применяют коллоидальный графит в виде суспензии
в масле. Пропитка пор в этом случае производится при нагревании до 100—
120 °C в течение 2—3 ч.
Введение серы осуществляют несколькими методами. Наиболее распростра-
нен метод введения порошка серы в шихту с последующим прессованием и спе-
канием изделия по обычной технологии. При этом количество серы, обеспечи-
вающее оптимум физико-механических и антифрикционных свойств железо-
графита, составляет 0,6—1,0%. В легированном железе максимальную проч-
ность обеспечивает присутствие серы в количестве 0,4—0,9 %.
Другим распространенным методом введения серы является пропитка серой
спеченного изделия при 120—130 °C с последующим отжигом при температуре
300—450 °C в течение 38—60 мин, что обеспечивает образование сульфидов.
Сульфидирование нержавеющих сталей можно проводить пропиткой серой
спрессованного брикета с последующим спеканием брикетов при температуре
на 200—300 °C ниже температуры спекания нержавеющей стали, не содержа-
щей серы, так как присутствие серы активирует процесс спекания [550].
Возможно также применение газового сульфидирования при спекании
изделий в контейнерах с плавким затвором. В этом случае порошок серы поме-
щается на дне контейнера.
Введение дисульфида молибдена и других твердых смазок осуществляют
в большинстве случаев непосредственно в шихту или пропиткой пористых
заготовок суспензиями. i
Введение в шихту твердых смазок, таких, как нитрид бора, сульфиды,
оксиды, фториды металлов и другие, производят в количествах 0,1—50 об. л
в зависимости от назначения материала, его основы и заданных эксплуатацион-
ных свойств.
Введение больших количеств этих веществ (свыше 10 %) обычно требует
применения спекания под давлением, горячего прессования, двухкратного прес-
сования и спекания.
Минеральные жидкие смазки обычно вводят в поры изделий после спекания
погружением последних в масло при 100—120 °C на 2—4 ч. При ^пористост
2о—30 % количество впитываемого масла составляет 3—3,5 мае. л-
8.2.9. Особенности изготовления уплотнительных материалов
па,7е“пеРатура спекания уплотнительных материалов зависит 5;°”а33
1461]. Материал УПГ-1 спекают при 1150 °C в течение 3 ч в среде^исс^ии₽°е
ванного аммиака или водорода, материал УПГ-1 К — ПРИ Ю00 С
3 ч. Монель-металл — графитовые материалы имеют следующие особенности^
изготовления: предварительный отжиг при 600 °C в течение 1,5—2 ч смеси псу
вошков никеля и меди, приготовление шихты с графитом, прессование загото-
вок уплотнительных вставок, спекание при 1100 °C в течение 2—3 ч, допрессовывание
и повторное спекание при прежних условиях. Для материала КН (никель 4-
кремний — нитрид бора) дополнительно вводят операцию прокаливания нитрида
бора при 2200 5С в среде азота. Двухкратное спекание при 1100 С с промежу-
точной допрессовкой применяют также при изготовлении материала НС-20.1
При изготовлении материала М-1 применяется порошок алюминида нике-
ля, который смешивают с порошками меди, железа и графита, подвергают прес-
сованию, спеканию при 930 °C в течение 1ч.
Материалы М-2 и М-3 готовят аналогичным способом. При изготовлении
сплава Ж-l смешивают порошок алюминида железа с порошками фтористого
кальция, после прессования проводят спекание в водороде при 1150 °C, 2 ч,
допрессовывают и повторно спекают при 1150 С в течение I ч. Основой мате-
риала ХМ-1 являются порошки стали X13М2 и фтористого кальция. Температура
спекания в этом случае 1175 °C в течение 4 ч в диссоциированном аммиаке.
3 > ю Особенности изготовления поршневых колец
В составах иа основе железа, содержащих графит, после спекания можно
достичь прочностных показателей, таких же, как у серого чугуна, употребляе-
мого для изготовления поршневых колец. Однако такие кольца не обладают
необходимой теплостойкостью, теряют после относительно коротких выдержек
при рабочих температурах упругие свойства. Поэтому при создании материалов
для поршневых колец вводят дополнительные легирующие элементы — никель,
медь, хром, молибден. Технология изготовления также предусматривает ряд
операций, обеспечивающих получение достаточно высоких значений модулу
упругости и теплостойкости материала.
Типичная схема технологии изготовления поршневых колец, изготавливаем
мых методами порошковой металлургии; прессование шихты в виде кольцевых
заготовок из исходных порошков при давлении 690—755 МПа; спекание при
Н80°С в течение 2 ч в среде водорода; допрессовывание кольцевых заготовок,
по высоте при давлении 1080 МПа до пористости 7—8 %; калибрование, ра&.
резка замка фрезой, термофиксация колец при температуре 600 °C в течение
1,5 ч на воздухе; шлифование торцов. $
Возможно также последующее паротермическое окисление при 550
с выдержкой 30 мин в среде водяного пара е давлением 0,15—0,05 МПа.
8.3. Составы и свойства основных типов
спеченных антифрикционных материалов
8.3.1. Материалы на основе меди
Антифрикционные материалы на основе меди получили широкое распро-
странение в связи с их высокими антифрикционными свойствами, коррозионной
стойкостью и высокой электропроводностью. Они применяются в узлах трения
различных машин и механизмов и в электротехнике в качестве скользящих
токосъемных контактов. Это такие материалы, как пористая оловянная бронза,
легированная пористая бронза (свинцовистая, фосфористая и др.), бронзогра-
фит, ленточные беспористые бронзовые материалы на стальной подложке, лен-
точные пористые бронзовые материалы на стальной подложке е пропиткой пори-
стого слоя пластмассой, медь -— графит и др.
Пористая оловянная бронза. Обычно содержит 6—12 % олова. Оптимум
свойств наблюдается при его содержании 9—11 % (табл. 8.7).
Пористые бронзы применяют в основном для изготовления подшипников,
работающих в легких условиях, например для приборов (скорости скольжения
менее 1,5 м/с, нагрузки 0,5—1 МПа). Подшипники, пропитанные после с,1Ф<а'
ния смазкой, могут работать без дополнительной подачи смазки 300—5000 »
и имеют низкий и стабильный коэффициент трения (0,01—0,04), низкий уровень
шума и надежно работают в диапазоне температур от —60 до +120 °C. Пр»
278
10Узка снижается до 1 МПа [367], Р До b м/с на'
Из пористой бронзы изготавливают подшипники машин для обработки
иевых продуктов, текстильных и бытовых машин, небольших элек?ромОТоооВ
пусковых устройств, часовых механизмов, насосов для холодной воды венти-
ляторов и др.
Бронзографитовые материалы. В этих материалах графит играет роль твер-
дой смазки. Содержание его варьируют от 1 до 25 %. Свойства бронзографита.
ВЫХ материалов в зависимости от содержания графита приведены в табл 8 R
Масловпитываемость этих материалов составляет 2,5—3,5%. Коэффициент
линейного расширения при содержании олова 8—10 % и графита 2—3 % равен
(12 -г- 17) • Ю К , теплопроводность в интервале температур 100___600 °C
равна 34—43 Вт/ (м • К).
Величина допускаемых давлений для бронзографита в значительной сте-
пени зависит от пористости материала и скорости скольжения. Влияние содер-
жания графита иа свойства бронзографита иллюстрируется данными табл. 8.9.
По показателям pv при работе со смазкой в условиях частых остановок
металлографитовые материалы работают надежнее, чем материалы из графита.
Оии хорошо поглощают попадающие на поверхность трения твердые частицы^
Бронзографитовые материалы могут применяться в тех же случаях, что
и пористая бронза, и, кроме того, в мотоциклах, тракторах, для изготовления
шестерен, работать в паре с контртелом, имеющим грубую поверхность, в не-
смазывающих жидкостях, в циркуляционных насосах для горячей воды, в водо-
масляных смесях. Они заменяют литые бронзы, латуни, подшипники качения.
Свинцовистая бронза. Материал обладает хорошей прирабатываемостью и от-
носительно низкой несущей способностью, которая значительно повышается
при нанесении тонкого слоя бронзы на стальную подложку. Содержание свинца
в сплавах может варьироваться в пределах до 40—60 %. Свинец резко снижает
прочность бронзы, поэтому содержание его понижают до 10—20 % и дополни-
тельно вводят до 10 % олова. Сплавы, содержащие свинец, предназначают пре-
имущественно для работы в масле.
Некоторые марки антифрикционных свинцовистых бронз и их свойства
приведены в табл. 8.10 и 8.11.
Рабочая поверхность свинцовистой бронзы не поглощает попадающие на
нее твердые частицы. Поэтому требуется или высокая степень очистки смазоч-
ного масла, или нанесение на рабочую поверхность тонкого слоя сплава сви-
нец — олово или свинец — индий методом электролиза.
Сложнолегированные бронзы. Свойства бронзы и бронзографита могут быть
значительно улучшены легированием такими добавками, как титан, никель,
свинец, цинк, кобальт, железо, алюминий, а также введением веществ, играю-
щих роль твердых смазок. Дальнейшее улучшение свойств бронз может быть
обеспечено введением присадок, вызывающих старение материала после закалки
и отпуска. Свойства некоторых специальных бронз, склонных к старению, при-
ведены в табл. 8.12.
Применяют материал на основе оловянной бронзы с добавками графита
JJ 2 % свинца. Некоторые типы специальных бронз на основе меди содержат
2.4 % Ni, 0,8% Si, 0,3 % Р. После закалки в воде от 850 С и старения при
450 С этот материал имеет при пористости 12 % пв — 340 МПа, удл
около 1 о/о и HRB 35—40. Подшипники из этого материала могут работать при
₽ ~ 15,7 МПа и о = 9,4 м/с (ри — 147 МПа • м/с). _ ж
Материал, содержащий 0,2 % Р, 3 % 7л, 3 % N1, применяют р
лых условиях работы. Обычно для работы в таких условиях ПРИ<^”Ю* *
плексиому легированию основы и рекомендуют заменять традиц Вана-
Рующие присадки (олово, свинец, графит) никелем, железом, моли д •
Дием, хромом и вольфрамом (335, 654]. /л 1 —-3 0%)
.„.При введении хрома в состав материала добавляют фосф р ( •
12оЗ], при введении никеля — графит (721]. ' __„„„-те также сереб-
К числу вводимых в оловянистые бронзы элементов относ
Ро, бор, цинк, алюминий, висмут и др.
Таблица 8.7. Физико-механические и антифрикционные свойства пористых
Таблица 8.8. Состав и физико-механические свойства бронзографита [47, 367,
Марка материала *> -Массовая доля, % 7, г/см* п, % — *
Su С
С117, 363, 278, 400 117 НД SD60, В80/1, HD72 Essem txijebrons БрОГр 10—3 БрОГр 9—3 БрОГр 8—4 9,5—10,4 9,5—10,5 10 9,3 10 9—10 8 1,75 1,75 1 1,2 3 2—3 4 6,1—6,8 6,8—72 6,0—7,2 6,0—6,5 5,6—6,3 5,5—6,5 18 7 15—25 20 20 18—20 20—25
Таблица 8.9. Влияние содержания графита на свойства бронзографита
Си—8п (90:10, мае.) [710]
Массовая доля графита, % Ов, МПа ®сж' МПа 0ОЖ’ МПа НВ, МПа а • 10', K-f
б 55,6 355 168 785 18
8 41,4 245 136 706 17
10 23,4 168 124 667 16
Таблица 8.10.
свинец [540]
Состав и физико-механические свойства бронз, содержащих
Марка бронзы Массовая доля, %
Sn РЬ С Другие добавки
G-72 (США) СТ-104 (США) 104 (США) 183 (США) Sint-H53 (ФРГ) Sint-H54 (ФРГ) Essem graphitbrons (Швеция) 9,5—10,5 9,5—10,5 9,5—10,5 Есть 11—13 11—13 8 2-4 1,5—2,5 2—4 Есть 4-6 4—6 8 < 1.75 5—6,5 7-8,5 6 0,5 0,75 Zn 1,0 Fe 0,35 Ni <0,5; твердой 4 смазки >18 То же »>- i
«П/М.ЯНИСТЫХ бронз [47, 336, 367, 436]
МПа 8. % НВ, МПа Рмакс- МПа ₽о, МПа • м/с
75-127 93-137 к • • 5 1—3 1—2,5 , 245—392 638—804 39—49 1,5—2,5 • ч • > • г
436, 461]______________
Ов. МПа «. % НВ, МПа Рмакс1 МПа °макс> м/с МПа • м/с f по стали
76—103 0,5—2,0 к • • к < • м *
137 3 • • • » • к л » • г • •
59—137 2—6 490 » • к • г • » • *
88 98 1 196—294 10 3,3 1,63
98 2,5 343 4 5—10 1,5—6,9 0,04—0,07
79—147 5—10 177—294 4 5—10 1,5—6,9 0,04—0,07
» Ж 167—490 4 5—10 1,5-6,9 0,04—0,07
Сяечеяные Применяют для
S.'bT“h« Ге₽Хр“» Ь5% свинца
И °’Некоторые свойства пористых латуней ПРИВ®А®”“ ®й^бдЛя‘Изготовления
Медно-графнтовые материалы. пР“»еия’®’ ®плотнений Ди электрощеток,
неподвижных электроконтактов, радиальных упло электропровод-
В медно-графитовых материалах медь обеспечивав „ пегулнрует койтакт-
иость, а графит в основном повышает ИЗНОС°^™ЙД° 0С ИИ ОРТ назначения мате-
ное сопротивление. Содержание графита в зависимо улучшення свойств
риала колеблется от нескольких процентов до /□ ,о- У
щеточных материалов добавляют олово, свинец, • как сульфиды,
Введение веществ, играющих роль твердой см , ’ не тОлько на-
селеннды, фториды металлов, а также легкоплавки * ’ но й зависит
правлено на улучшение свойств бронз и сплавов до 20 % дисульфида
от функционального назначения сплавов. Так, добавление до п
Марка бронзы f, г/сма п. % НВ, МПа СГВ, МПа 8. % 2 2 2 2 0,5
G-72 (США) СТ-104 (США) 04 (США) } ’83 (США) Sint-H53 (ФРГ) Stnt-H54 (ФРГ) fem4"’1"lbron! 6,5—6,9 6,5—6,9 6,5—6,9 6,4—6,8 7,3 7,0 6—6,6 18 18 к • • к к ж • » • • • •48 •' »" 520 440 200—300 78,5 110 103 127 93 20—25
— —' .281
Таблица 8.11. Сравнительные свойства спеченных и литых свинцовистых
бронз [540]
Массовая доля элементов, % f, г/см8 HV, ГПа с*50, МПа ^Макел МПа
Си РЬ Sn Мини* мальиое Среднее
Смененные сплавы
60 1 38 | 0 9,55 1 3,43 I 43 1 24,0
70 1 30 | 0 9,25 3,92 47 71 27,5
72 1 24 1 4 9,Ю 1 4,55 1 82 1 120 41,2
Литые сплавы
70 1 30 [ 0 9,10 3,43 I • 4 * j 55 ' 24,0
Таблица 8.12. Состав и свойства специальных бронз на медной основе,
способных к старению [47]
Массовая доля, % ®в. МПа а. % Р. % к f меди HRB
Ni Ст р Be Добавки Твердый раствор После старении После получе- нии "55 После ©таре». НИЯ
1 0 0,25 0 0 в tf-J" 23,3 30,0 22 20
2 0 0,5 0 0 314 4 $ 21,0 30,0 19 29
0 0 0,25 0 Мп —0,75 .И 24,4 40,0 33 14
0 0 0,15 0 Мп—0,5 • чЧ 32,2 44,1 44 0
4 0 0 0 Sn — 4 %? *4 11,7 55,6 42 35
5 0 0 0 Sn — 8 Л В * 7,25 12,8 46 4(Ь
0 3 0,5 0 0 л • ie « 8,4 > »k*r 53-
0 3 0,1 0 0 334 7 32,2 64,3 35 51
0 3 0,1 0 TiHa- 0,5 353 8 33,5 69,1 38 68
0 0 0,5 0 Со —2 255 15 28,5 43,4 30 39,
2,5 0 0,5 0,5 0 353 7 61,0 35 72
2,5 0 0,5 0,5 0 387 5 j 52,0 35 5$
2,5 0 0,5 0,5 Si —0,5 422 2,5 35,5 35 80
0 0 0 0,5 Со —2,5 540 3,1 41,6 35 85
Таблица 8.13. Свойства пористых латуней [47, 743]
Массовая доля, %
Си Zn Р « г/см8 ав, МПа 5. X
70 70 90 90 90 90 30 30 10 10 9 9 0 0,3 0 0,7 0,3 0 7,88 7,80 8,25 7,64 я 225 235 221 162 275 177 14 48 18 26 31 И
_яма в медь или в сплав меди с 10 % олова, а также е добавками никеля
воЛЬФра доЛучать самосмазывающийся материал е низкими значениями коэф-
позвол* ен'ия и износа при трении как в воздушной среде, так и в вакууме
фициеи н до 400—600 °C. В условиях повышенных температур хоро-
пр * ^мосмазываюшей способностью обладает также материал на основе меди,
’ержащей 9___I8 % железа н 10—40 % фтористых кальция, скандия или ба-
рия.
8.3J. Материалы на основе железа
Эти материалы являются наиболее распространенными спеченными анти-
фрикционными материалами. Введение различных антифрикционных и упроч-
няющих добавок позволяет создавать высокоизносостонкне материалы, успешно
конкурирующие с литыми и спеченными материалами на основе цветных
металлов.
На основе железа разработано большое количество спеченных антифрик-
ционных материалов — пористое железо, пропитанное смазкой, железо-
графит, [железо — медь — графит, сульфидированные Железографитовые
материалы, материалы с присадками в качестве твердых емазок фторидов каль-
ция или бария, пористые материалы, пропитанные свинцом или легкоплав-
кими сплавами на основе меди, олова, свинца и других присадок, сульфидиро-
ванные нержавеющие стали, сложнолегированные антифрикционные материалы
и т. д. За счет введения различных присадок на основе железа созданы анти-
фрикционные материалы для работы в условиях повышенных нагрузок, скоро-
стей скольжения, температур, в присутствии агрессивных газов и жидкостей,
в условиях абразивного износа и др.
Пористое железо. Это наиболее простой тип материала с ферритной струк-
турой, имеющий при 15—30 % пор следующие свойства [51, 322., 547]:
у— 5,1—6,6 г/см®
ов —98—216 МПа
£—75—145 ГПа
6 — 5—13 %
осж — 640—690 МПа
НВ —340—785 МПа
ак — 2,9—9,8 Дж/см2
р — 22—25 мкОм см
При стабильной подаче смазки длительная работоспособность такого мате-
риала обеспечивается при нагрузках 2,0—2,5 МПа и скорости скольжении
1-2 м/с (pv = 2,5 5,0 МПа м/с).
С Увеличением скорости скольжения и в режиме самосмазывания допу-
"н“а«ВемЛ“ЧННа/НагрУзки Резк0 уменьшается и значение pv не превышает
МПа ' м/с. Для обеспечения нормальной работы такого материала
рабочая температура не должна превышать 70—80 °C.
пористое железо используют в различных отраслях промышленности
. Р°ПНТК0Й П0Р смазочными маслами для обеспечения свойств самосыазы-
ВаИИЯ.
Железографит. Это наиболее
риал на основе железа. Введение графита_ P смазки> подаваемой Д
пользовать материал для работы в ПРИСУТ однако в последнем слу
тельно, а также в режиме самосмазывания. ые нагрузки и скорости
службы его меньше, уменьшаются предельн д струк-
скольжеиия. . с - о/й графита и наличии ютСЯ,
При содержании в материале
Лкиионные/0 свойства дельная
турно-свободном состоянии антифрикциовны смазкн (табл. 8.1 и тем-
особенно в условиях дополнительной п Л тосТИ, содержания гр $ышенЯем
електропроводпость их в зависимости J3 пори уменьшаете п 6_
Пературы находится в пределах 0,01 льная теплопроводное Р
Температуры н содержания графита, а> л ю8—127,5 ГР1а «тно-перлитную
50 Вт/ (м - К) [306]. Модуль упругости р ®. имеют феРР_“ °ее 50 %•
Материалы композиции ПЛе3%7«ляЮЩей рекомендуется меиее
структуру. Содержание ферритной составляюш 283
Таблица 8.14. Влияние содержания графита на свойства антифрикционных
Массовая доля графита, % п, % НВ, МПа Ов, МПа МПа
0,5—0,8 0,8—1,5 1,5—2,3 2,3—3,0 5 6—26 637—785 95—460
14—27 590—1820 180—590 177
15—35 540—1275 78—348 98—590
17—35 295—1420 69—275 216—440
16—1.9 785—960 226—255 356—-456
7 18—25 245—736 147—186 196—319
10 21—23 412—569 84 Д—147 142—231
Антифрикционные свойства материалов этой композиции в значительной
мере зависят от условий работы и присутствия смазки. При удовлетворитель?
ной смазке коэффициент трения их находится в пределах 0,005—0,09, а при огра-
ниченной смазке — 0,02—0,125 (319, 322]. Критерий рч для таких материалов
в различных условиях работы составляет? в условиях самосмазывания —
1,6 МПа • м/с; при периодической и скудной -смазке — до 2,5 МПа - м/с; при
стабильной смазке —до 10 МПа • м/с; при смазке под давлением —до
40 МПа • м/с.
Предельная скорость скольжения для железографитовых материалов до-
пускается до 2—3 м/с. Длительность работы определяется ее условиями и обычно
не превышает 3—5 тыс. ч.
Композиции железо — медь и железо — медь — графит. Присутствие
меди значительно повышает прочность пористого железа, благоприятно влияет
иа процесс спекания. Количество вводимой меди колеблется в широких преде-
лах — от 0,5 до хО %.
Для изготовления подшипников используют преимущественно материалы
с содержанием 5—9 % меди.
Антифрикционные свойства материалов, содержащих медь (табл. 8.15),
мало отличаются от свойств пористого железа и железографита, однако они
имеют более высокие физико-механические свойства. Эти материалы применяют
при работе с дополнительным подводом смазки и реже в режиме самосмазы-
вання. Высокие физико-механнческие свойства материалов, легированных
медью, позволяют применять их в ответственных узлах трения, где требуется
повышенная прочность подшипников. Такие материалы способны выдерживать
статические нагрузки до 285 МПа. Однако величина ри таких материалов
Таблица 8.15. Влияние содержания меди на свойства антифрикционных
спеченных материалов иа основе железа (540]
Массовая
доля меди. п, % НВ, МПа <ТВ> МПа асж> 8 о/ Рмакс’ °макс> МПаХ
% МПа МПа м/с хм/о
2 20—30 589—883 216—265 6 93 1,6
13—18 490—1079 186—314 000 2—5 » г»
5 7-7,5 16—32 245—1275 74—383 863 0,55—3 94 0,5—3 . •*
16—22 579—1256 206—442 1118 0,45—0,8 2,6 0,9—1 0,5 0,5 0,5 ь « »
10 15 20 7—22 18—22 25 40 25 13—20 20 18 18 25 16 589—1275 805—834 • * < 442 • г • 126—383 59 285—314 235 319 186 98 863 • Г»! * Р « 1226 • Л V 123 59 284 •* * * *> • « • « » , ч % 4 « 2,0 1,6 •* • 1,6
спеченных материалов на основе железа [540]
Исж. МПа | Дж/см1 ₽макс» МПа °макс» M/G ₽о, МПа • м/с
490—735 390—785 490—687 490—590 • • • 19—49 9,8—29,4 0,6—5,9 2—9,8 6,9—8,9 1,47—5,9 3,9—4,9 3,93 2,9—9,8 14,7 6,87 2 2—3 2—3 4 4 4 4 7,85 7,85 6,8—29,5 2,45 1,96 ' 1,96
превышает 2 МПа < м/с при ограниченной смазке [367]. Железомедные мате-
риалы, содержащие более 10 % меди (до 70 %), обладают повышенной корро-
зионной стойкостью и по антифрикционным свойствам не уступают бронзе.
Материалы железо — медь — графит — фосфор. Легирование железомедь-
графитовых материалов фосфором позволяет значительно повысить их сопро-
тивление пластической деформации при трении, что уменьшает возможность
закупорки поровых каналов при возможном увеличении нагрузки. Такие мате-
риалы способны работать в присутствии дополнительной смазки при нагрузка
до 7,65 МПа и скорости 4 м/с. Хорошими свойствами обладают композиции на
основе железа, содержащие 1,2 % С и 0,2—0,4 % Р [435] или 0,6 % С и 0,9 %
Р [379]. Такие материалы при пористости 15—20 % имеют твердость в пределах
7,8—9,8 МПа, прочность при разрыве не менее 255 МПа и относительное удли-
нение 1,5—1,2 % [435].
Материалы, содержащие железо, серу, сульфиды и селениды. Сера положи-
тельно влияет на физнко-механические свойства и структуру железографитэ
и существенно улучшает эксплуатационные характеристики материал»
(табл. 8.16). При работе в масле е обильной смазкой такие материалы имеют
коэффициенты трения 0,009. Сера существенно влияет на антифрикционные
свойства материала также при введении ее в виде сульфидов. В присутствии
сульфида цинка в железографите образуется структура тонкодисперсного пер-
лита, обеспечивающая повышение несущей способности, износостойкости и при-
рабатываемостн материала. В табл. 8.17 приведены данные о влиянии содержа-
ния графита и структуры пористого железа и железографитэ при содержании’
4 % сернистого цинка на свойства при трении по нормализованной стали 45
при капелькой подаче смазки, в табл, 8.18—данные о влиянии количеств»
введенных сульфидов на антифрикционные свойства материала.
Введение в такие материалы до 1 % олова значительно улучшает их анти-
фрикционные свойства. Наличие сульфидов в материале несколько увеличивает
значения его коэффициента теплового расширения и снижает коррозионную
стойкость в сравнении с железографитом, не содержащим сульфиды.
ведение сульфидов цинка значительно расширило возможные облает»
„Р“м2Неяйя желез°графитовых материалов благодаря достижению более высо-
то. пРеДельных параметров как при работе со смазками, так и без дополни-
тельной смазки (табл. 8Л9).
ня n/u»=K СЛуЖбы Узлов трения, оснащенных сульфидированными материалам»
сп₽оои2Ве железа> обычно в несколько раз выше, чем бронз, баббитов,
ных материалов на основе бронз. l_ona R мате-
риал^ РИалы желез« ~ графит — молибден. Присутствие ® “аой_
ства железн°й основе значительно улучшает их aHrH*P™°“H“a ™
лост'ная°беННО При тяжелых условиях работы. Увеличиваются в
стог^ел”115 содеРЖания молибдена на антиФРикпи0НН“нЬдаиЙтабл М8Л20°РИ
пжелез°графита (графит 3 %) характеризуется Дан«™“ Температур-
2О-— 4П0°°гОСТЬ матеРиалов, легированных молибденом, в я Р в пределах
”е Снижается. Коэффициент термического расширения пр
ООО с изменяется от 12,6 • 10“® до 13,45 * 10 К .
Таблица 8.16. Составы, свойства и области применения сульфидированных
Массовая доля влементов, % Условия смазки рмакс> МПа
С S Р Си
1.0 0,8—1,0 0 0 Ограниченная смазка 4,9—24,5
1.5 0,4—0,8 0 2,5-3,0 То же 4,9—7,85
<,3—2,0 0,4 0 З—Ю • а • 14,7—18,6
1,5 0,7—1 0,5—0,7 0 Ограниченная смазка при П= 18-4-20 % Без смазки при П = 0 • • в
Таблица 8.17. Свойства сульфидированного железа и железографита
я зависимости от количества графита и типа структуры [545]
Массовая доля. %, в исходном материале Струк- тура мате- риала Массовая ДОЛЯ, %, в спеченном материале и, % НВ, МПа Рсхв при v = 4,5 м/с, МПа 1л при о=0,9 м/с и р = 4,9 МПа f тпр» МВД
с ZnS S ^общ ролика, мг вклады- ша, мкм
0 4 ф 1Д 0,5 16,1 748,5 2,35 Схваты- Схваты- 0,01 10
ПФ 1,0 ванне ванне
1 4 1,0 18,1 466 6,28 1,3 4,0 0,01 10
3 4 ПФ 1,1 2,2 14,6 612 5,1 1,5 8,0 0,007 20
5 4 ПФ 1,1 3,7 21,9 325 2,94 1,2 12,0 0,015 25
0 1 4 4 ПФ п 0,9 1,0 0,8 1,35 15,5 18,7 1118 932 1,57 5,1 1,4 1,4 14,0 9,0 0,02 0,01 40 90
3 4 П 1.0 2,7 13,5 1050 8,83 3,2 5,0 0,007 140
5 4 п 1,0 4,15 19,0 833 2,94 1,8 6,0 0,015 130
ра^рваИнОй^тки.УРе иатериала имеется Д° » % структурно-свободного Де-
Характерным для этот м
сложил/ Увел«чением ckopoc^Td^hhiI3 является Уменьшение коэффициента
«Х?ЛГ^Лаяяых сплавов, сО?ееож:тИв?а:РУ.зяя- С°5™ также ряд более
/.лпРотивлением износу при noRwin аш,их молибден, обладающих высоким
SX^L5rA° ЧА «Js-Ts %ннсыа например сплавы,
« до % Ni, 5—25 % Со ч ^Bo/KO<J°rPb,e Дополнительно могут вво-
могЛ7ТаЛЫ’.соде₽жа1Н«е Фтопмы »5 % С I338J й ДР-
турах ₽Л«иТаТЬ без Смазки и в вакууме пг>иХЛ°₽ИдЫ кальПия' Эти материалы
для п«|2лИ нах°АЯт применение в П0ВыЩеиных нагрузках и темпера-
шяпии^лботки асбоцемента в среде wanfe ПОДШипников автоклавных тележек
шинников установок для 2S<’~350 ”с-’м'
железографитовых материалов
Оу&КС' м/с Области применения Литера- тура
2,4 Заменитель бронзы в тракторах при изготовлении втулок, ше- стерен переключателей скоростей, дисков регулятора, крышки регулятора, шестерен механизма смазки [ИО, 703)
2,8 При температурах до 200 °C, направляющие втулки клапана автомобилей, а также втулки рычажно-тормозной передачи же- лезнодорожных вагонов, хлопковых культиваторов и сеялок, втулки оборудования камвольно-суконного и хлопчато-бумаж- ного текстильного производства, втулки транспортеров, кормо- раздатчиков и др. [63, 379, 380, 391, 655]
0,1 Втулки лебедок грузовых автомобилей и петель дверей грузо- виков, шайбы шкворней и шарниры поворотных кулаков, при повышенных (до 500 °C) температурах для направляющих вту- лок клапанов автомобилей [62 , 429, 435]
• • • Детали токарно-винторезных станков [289]
Таблица 8.18. Свойства сульфидированного железографита з различным
содержанием сульфидов [388, 545]
Массовая доля, % Струк- тура п, % НВ, МПа Рмакс» МПа, при ис = 5 м/с Г
С ZnS FeS
1,5 4 0 ПФ 20 401 4,9 0,006
1,5 8 0 ПФ 19,4 402—461 3,92—6,87 0,005
1,5 8 0 п 17,8 749 2,94—9,80 0,01
0,7 4 4 ПФ 17,5 392—549 2,94—6,87 0,01
0,7 4 4 п 19,0 749 1,97—5,89 0,007
Дополнительное легирование таких материалов молибденом до 1о ,о сущ ~
ственио улучшает их свойства. При этом твердос1ь возрастает в 2,5—о,о раза,
прочность на изгиб — до 785 МПа, прочность при сжатии — до 1080 мна в ин-
тервале температур от 20 до 650 °C (табл. 8.21). P„nu.
Нержавеющие сульфидированные и борированные стали. Применение суль-
фидирования и борирования позволило создать новый класс жаростойких, к р-
розиоиностойких антифрикционных материалов на основе ‘
лей марок X23HI8, Х18Н9Т, Х18Н15, Х17Н2 и др. В табл. 8.22 приведены
^зико-механические свойства антифрикционных материалов на основе стали
*23Н 18, сульфидированных за счет введения в шихту серы, I *•
Дисульфида молибдена (Х23Н18Мс) и дополнительно борированных и цементи
рованных [546]. „
Коэффициент термического расширения этих материалов H“^e’ чем Y.J{ J
Х ?нЙтИЛ^нте₽вале температур 50- 800 °C колеблется^ в пределах ^(П.З .
к9 К-1’ Тогда как для литой стали — (16,1 .К, ) Ндй ВОД0
Коэффициент трения стали X23H18D при трении в дистиллированной в д
XTr?0*™ М м/е и давлении 0,98 МПа равен 0,09; 2,94 МПа - O.UJO и
’.90 МПа — 0,052.
Таблица 8.19. Условия работы и возможные области применения
сульфидированных железографитовых материалов [545]
Массовая доля антифрикционных присадок, % Рмакс- МПа имакс> М/с Условия работы и области применения
С ZnS Sn s
1-1.5 4 0 0 5,89 17,66 6,87 4,5 Трение при ограниченной емазке» Текстильное машиностроение и бы- товая техника
1-1,5 4 1 1 9,8! Низкое я 4,5 48—63 Трение в режиме самосмазывания и при ограниченной подаче смазки Подшипники бытовых приборов
3 ! 0 0 9,81 18,64 0,98—2,94 12 5 100 Трение с ограниченной смазкой в режиме самосмазывания. Подшип- ники скольжения текстильного обо- рудования сельхозмашин, приборов, электрооборудования, торцевые уплотнения быстровращающихся валов
Таблица 8.20. Влияние содержания молибдена на свойства малопористого
экелезографита [540]
Массовая доля Мо, % НВ, ГПа ₽маке» 'МПа f мкм/км
0 1,67—1,77 0,78—0,98 0,35—0,40 15
5 1,96—2,16 1,77—1,96 0,25—0,35 15
10 2,45—2,75 1,96—2,35 0,20—0,33 15
15 3,43 3,92—4,9 0,20—0,26 5—10
Примечание. Трение во стали 45 без смазки при о = 12 м/с.
Таблица 8.21. Составы и свойства антифрикционных материалов, содержащих
фториды металлов [39, 554, 590]
Массовая доля, % П, % НВ, МПа °СЖ’ МПа “к* Дж/см*
Fe СаР, Мо Ni с
94 6 0 0 0 9—10 550 853 3,43
94 5 0 0 1 12—14 687—785 в Ъ • • •*
91 9 0 0 0 4—6 610 883 1,85
88 5 0 6 1 10—12 980—1080 <-« »
79 6 15 0 0 2—3 1815 1079 2,94
Таблица 8.22. Зависимость свойств антифрикционных материалов на основе
стали X23HI8 от температуры испытаний [540]
Условная марка матер нале п,% HRB f, С асж- МПа МПа “к> Дж/см®
Х23Н18КБ 18,7—19,6 70—80 20 200 895,7 505,2 196,2 222,7 63,8 94,2
400 503,3 165,8 50,9
Х23Н18Б 29,0—20,0 50—60 20 905,5 394,4 46,1
200 660,2 338,4 59,8
400 754,4 209,0 106,9
Х23Н18МсЦ 8,0—10,0 92—96 20 1008,5 437,5 145,2
200 905,5 380,6 136,4
400 799,5 338,4 128,6
Х23Н18МсБ 5,0—7,0 87—92 20 953,5 396,3 140,3
200 777,9 314,9 199,1
400 670,5 259,0 159,9
Примечание. КБ—сульфидированные антифрикционные материалы; Б — бориро-
ванные; МсБ — сульфоборированвые; МсЦ — сульфоцементированные.
Применение совместного сульфидирования и борирования стали Х23Н18
вместо только сульфидирования повышает износостойкость материала при тре-
нии без смазки на воздухе примерно в 4 раза (после 120 мин работы износ
в первом случае составил 794 мкм/км, во втором — 3200 мкм/км).
Коэффициент трения у сульфидированных материалов в зависимости от
нагрузки при трении без смазки и скорости трения 0,28 м/с по стали Р18 изме-
няется так: при нагрузке 0,785 МПа — 0,50—0,55, при нагрузках 2,45 —
4,9 МПа — 0,36—0,32.
Эти материалы обладают хорошей коррозионной стойкостью, что позволяет
применять их в агрессивных средах для подшипников скольжения насосов,
агрегатов подачи и распределения топлива, для химической аппаратуры, тор-
иевых уплотнений газотурбинных двигателей и др.
Сплавы, легированные хромом, никелем, кобальтом и другими элемен-
тами. В последнее время появилось большое количество сложнолегированных
антифрикционных сплавов на железной- основе. Составы некоторых из них
Таблица 8.23. Составы некоторых сложколегированных антифрикционных
материалов иа основе железа •
Номер сплава Массовая доля, % Лите- рату- ра
С Ст NI Мп Другие еле менты
1 0 5—10 0 0 Си <40, Sn—3—7 [172)
2 0,8—0,9 4—5 о 0 2—5 Мо, 0,25—25 Si [21 ]
3 0,8—1,4 1—5 0 0,03—0,25 0,1—0,5 Si, 0,1—0,25 В [735]
4 0,6—2,0 0 0,4—4,0 0 0,5—5,0 Мо, 6—11 Со [649]
5 1,0 16—20 0 0 1—2 BN [36/]
6 5—10 0 0,2—10,0 0,2—10,0 Один или несколько по- рошков металлов или со- единений Cr, Мо, W, Nb, V, Та, Si. Р [317]
Ю 6-355
289
характеризуются данными табл. 8.23. Введение тех или иных элементов объяс.
няется стремлением усилить одно из наиболее важных свойств материала. Так
введение хрома преследует цель повысить износостойкость и термическую
чивость (сплав h табл. 8.23). Сплав 5 (табл. 8.23) имеет твердость НВ более
981 МПа и прочность при разрыве 235 МПа при относительном удлинении 6 %
13671 Этот сплав обладает высокой коррозионной стойкостью и может работать
пои повышенных температурах. Введение кобальта и молибдена (сплав \
табл. 8.23) преследует цель повысить стойкость против абразивного износа
и теплостойкость до 500 °C.
Материалы, содержащие свинец или сплавы на основе цветных металлов.
Целью создания таких композиций является улучшение антифрикционных
свойств и повышение прочности. Для подшипников, работающих при давлении
более 1 МПа, предложен материал, состоящий из 60—90 /о железа, осталь-
ное — сплав, содержащий 85 % меди, 5 % сурьмы, 5 % свинца и 5 % цинка.
Сплав вводится в шихту в виде порошка лигатуры на основе меди. Для дега-
лей работающих при больших нагрузках, предложен материал, содержащий
(мае. %): С — 0,8; Si — 2,5; Cr — 3,5; Мо — 6—10; Ni — до 2; Fe — осталь-
ное, который дополнительно пропитывается сплавом Си г- 90 % и Sn — 10 %
1251 Свинцом пропитывают сложные композиционные материалы, содержа-
щие; 0,5—15 % С; 2—4 % Си; 1—3 % Ni; 1—0,5 % Мо; 2,5 % Si [174],
Таблица 8.24. Составы и области применения некоторых антифрикционных ма
Массовая доля,
Fe в Со Сг * Мо Zn
41 0 0 15 0 '
18-45 0 0 0 0
5-30 0 0 0 0
1—25 0 10—18 0 0
11,5-13,5 9-11 25—27 9—11 0
0 20—22 0 10—12 0
0 0 13,5—33 0,35—0,4 0
0 0 0 15—20 5—8
0 0 0 0 6—9
0 0 0 0 0
8.3.3. Материалы иа основе никеля и кобальта
В качестве упрочняющих добавок к никелю и его сплавам кппж.в ...
добавляют бериллий, бор, молибден, тугоплавкие соединения типа SiC Тс
TiC, 1ЛоЪг, ZrBj. Антифрикционные свойства улучшают введением свинна*
графита и фторидов. Значительное улучшение свойств сплавов на основе никеля
имеет место при введении в них боридон циркония и молибдена (табл 8 24)
Никель, а чаще кобальт используют как связку в износостойких сплавах
иа основе карбидов, получивших название «стеллиты». Оии могут работать
при температурах до 540 °C. 3 н-оотать
При создании ангифрикционных сплавов иа основе кобальта для оабогы
без смазки в его состав вводят различные твердые смазки в пределах 5—20 %.
8.3.4. Материалы иа основе алюминия и других легких сплавов
Интерес к антифрикционным сплавам на основе алюминия, изготавливае-
мых методами порошковой металлургии, непрерывно возрастает в связи с их
малым удельным весом, высокой коррозионной стойкостью и невысокой стои-
мостью.
териалов иа основе никеля
% Области применения Лите- ратура
Другие элементы в прнсадкн
с-з Узлы трения, работающие в коррозион- ных средах, при ограннчеиной смазке, в режиме самосмазывания, при сухом трении, высокой скорости скольжения, /< 400 °C [394]
Бориды Мо, Zr или их смесь — 5—10; BaFs, CaFa или их смесь — 5—10 Подшипники, работающие без смазки и в вакууме [390]
В-0,1-0,15; BaFa—1—30 Подшипники для работы без смазки при v = 5 4- 25 м/с, р — 0,1 4- 1,5 МПа [389]
CaFs, BaFj, SrFa или их эв- тектики— 7—15 Подшипники, работающие при t = 5004- -5- 1000 °C [346]
Мп<1; С—1,6—4,2; W — » 11; В—0,05—1; модифи- каторы — 1,0 Подшипники для работы при повышен- ных температурах и давлениях [646]
В«С —3—4; Ti—1—2 Подшипники для длительной работы при t — 650 °C.; р = 1 МПа [49]
Al - 0,5—2,5; Nb — 15—40; оаин из карбидов Ti, Cr, V, 1а Детали насосов, работающих в морской воде, детали турбин [651]
Cu’~t5'720; Cd —8—13; Cu — 5—8,5 Подшипники для работы в вакууме [221]
Pb ~",1’5Г2’55 Be — 0.1—0,5; Pb —3—5; Sb —7—9; С <0,3 Подшипники оборудования пищевой про- мышленности [707]
A1~ 4,5; TiC —45 Уплотнения, подшипники, сопла [644]
Т.блмц* 8.25. Составы я области применений некоторых антифрикционных
- Массовая дол^~^*
Си Mg Si Sn cr Fe
0,5—0,8 0,2 2,5—2,8 0 0,15 ' 0
0 0 0 0 0 0 0
0,25 1,0 0.6 0 0 0 0
4.4 0,5 0,8 0 0 0 0
0,5-0,6 0,3-2,0 5,0—50 1,0—4,0 0 0 0
0,5—10,0 0 0 0 0 0 1,0-6,0
0 0 0 0 0 0 0
10,0 , 0 0 0 0 0 0
0,3—"5,0 0,3—3,0 0 0 4,0—5,0 4,0—5,0 4,0—5,0
0,5—10,0 0.2—2,0 5,0—25,0 0 0,2—5,0 0 0,5—5,0
^4,4 2,5 °-9, 0 0,2 0 0
2,0—10,0 0 0 2,0—8,0 0 0 0
10,0 0 0 10,0 0 0 0
<10 2 0 <ю 0 0 0 f
Таблица 8.26. Свойства графитизированных алюминиевых сплавов [90]
Марка сплава Т» г/см» И, % НВ, МПа асж» МПа
АЖГрб-3 АМГ10-3 2,6—2,8 2,8—2,9 о о 7 1 ю ю 5 196-235 294—343 137—147 226—235
XIР в м е Ч л в в в. Величина f дана для треиия со сиазхо^
% Возможные области применения Лите- ратура
Другие добавка
РЬ — 1,35—2,25; А12О8 — 0,3 Пористые подшипники [723]
Включения сплава Трибаллой (Со—52, Мо—-28, Сг —17, Si-3) То же (645J
0 Подшипники для сельхозмашин, кон- торских аппаратов [623, 648, 725]
0 То же [725]
Sb — 0,3—2,0; Pb — пропитка Подшипники для повышенных нагру- зок [490}
pb — 3,45; С — 0,5—5,0; MoSg “~ 0,5—5,0 Накладки пантографов [610]
С —40 Подшипники [93]
С-30 & [93]
SiC—0,5—5,0 Поршни двигателей внутреннего сго- рания [696]
РЬ - 1,0 — 25,0; MoS2 — 0,5-5,0 Скользящие уплотнения [611, 612]
Мп —0,4; Zn — 5,6 и порошок сплава Трибаллой (Мо — 35, Si — Ю) Износостойкие детали двигателей и компрессоров [628]
РЬ — 1,0; Zn — 1,0—4,0; Мп, Ме, Si <1,0 Подшипники, работающие со смазкой [508]
С—10,0—50,0 Подшипники, работающие в условиях самосмазывания [489]
РЬО — 5,0—20,0 Подшипники, работающие со смазкой [491]
“к. Дж/см» рмакс« МПа., при V « 2,3 м/с а Ор гмакср f
3,9—4,9 3,9—5,9 > 3,4—4,9 100—120 100—120 0,005—0,008 »• ч
8.27.
Основа Cr Mo w NI Tf Fe
o 0 0 0 0 0
V
Мо 0 0 о 0 0 0 0 0 0 0 0
Nb 16,8 4,? Остальное 0 0
TiC, CrsCj, WC или их смесь — 55—80 Io,© 0,3
То же 18,0 1,0 0 12,0 Остальное
Fe 20,5 2,0 0 0,2 0 Остальное
16,8 16,8 4,0 0 0 »
Fe 20,5-37,0 0,5—12,0 0 0,4 0 »
Fe 0 0 0 7,0 0 »
Ni 19 10 0 0 3,0 5,0
Бронза или алю- 0 0 0 0 0 0
миниевый сплав
Си 0 0 0 f 10—45 0 0,5
WC 0,5—5,0 0 0 5,0—10,0 0 0
WB 0 0 0 10,0 0 0
WB CrN 0 n 0 0 20,0 0 0
МоВ 0 n 0 0 20,0 0 0
VSi, 0 0 20,0 0 0
0 0 20,0 0 0
W 25 0 0 0 0 0
Nb Cr 0 0 5,0 20,0 15,0 0 0 0 0 0 0 0
доля,%
Другие добавки Тугоплавкие соединения Области применения Лите- ратура
0 TiC—30—60 Детали, работающие в усло- виях гидроабразивного из- [443]
носа
0 ZrC—40—55 То же [444]
0 ZrC — 45—85 > & [445]
Си —0,8; Nb — 0,3; С —0,03; В —0,02 Си-0,8; С —0,03; 0 0 T iC или W C — 5—80 Подшипники, работающие при высоких температурах, размольные шары, матрицы для прессования То же [653]
[653]
В —0,01
С —0,5; Мп —1.0 Быстроизнашивающиеся де- тали и уплотнительные эле- менты, работающие при > 300 °C в химической про- мышленности, ядерной тех- нике в коррозионно-актив- ных средах [367]
TiC или WC — 5—80
Си — 0,8 То же [367]
Си <1,5; В-0,1; TiC —20—60 [647,
Nb или Та — 0,8; Si — 3,0; Мп —1,0; * 691]
А1—1,5; Ti —1,8; С —0,8 WC—5,5 Износостойкий материал [П6]
Со— 11,0; А1 — 1,5; С —0,09; В — 0,05 0 То же Подшипники для тяжелых [89]
0 Твердые сплавы со- става. WC — 34—94; [538]
условий работы
TiC—1—60; Co — 5—6 или TiC — 35— 75; Ni—15—50; Co—5—15; Cr —
А1 —0,5—3,0; 5 15 WC, NbC, VC или Торцевые уплотнения тор- [7П]
Mg <2,0 TaC—20—45 пед и детали, работающие
Си — 15—30; 0 в растворах солей Уплотнения и подшипники [116]
Со — 0,5 — 5,0 скольжения [617]
Пропитан Ag 0 Детали, работающие при t < 400 °C в паре е инстру- ментальной сталью и спла- вом на основе Ni, Cr, Fe
[617] [617]
Ag—20,0 Ag —20,0 0 o То же
Ag —20,0 0 » » [617]
Ag — 15,0 0 Детали, работающие при комнатной температуре без [617]
0 Al^Og 15,0 смазки Детали, работающие при тем- пературах от —68 до -|-940 С [89]
Zr-1,0; C —0,05 FeO — 2,0 на воздухе и в вакууме [89] [89]
0 AlaOs— 19,0 То же » »
jfuri „а„ прпспективные заменители оловянистых бронз при
Их рассматривают *** “X ®п1ния без смазки. Для улучшения спекания
работе со смазкой и в У-Л°вав*вр добавками тонкодисперсных порошков
алюминия его легируют в основио д также введенйем фторидов щелоч-
(К. Na* LU С) » —0.01-
м US»».
0.1—5% кремния, до 4 % олова, а тифр н ие спечеиного алюминия
нием 0.1-5 % магния [173L Комплексно^л^г првмененвд
п воляет значительно расш. 3р в Оксидов, карбидов, галоидных й ин-
(табл. 8-25). Введение графит а, у Ф использовать сплавы для изготовлевия
терметаллвческих соединений позволяетесьработающих ь условиях
АеТа^е« Алюминиевые материалы, содержащие графит, предназна-
тРеД“* SchTbhom ия"работы в условиях самосмазывания или для скользящих
^^ений падающих в вакууме. Однако такие материалы должны изготав-
уплоткений. раоотающи* поскольку присутствие графита снижает Их
«пучность* Свойства этих материалов характеризуются данными табл. 8.26.
Р В мдаш^ковые сплавы на основе алюминия, работающие при повышен-
ных «мадрах добавляют порошок твердого сплава состава (мае %^~
94 wq 1—60 НС; 5—6 Со или 35—75 TiC; 15—о—ю ио и о io cr
13921
Упрочняющий эффект в материалах на основе алюминия й его сплавов
достигается введением дисперсных частиц СаО и MgO, массовая доля которых
равна соответственно 5,0—7,5 и около 10 % (3441,
8.3.5. Материалы на основе тугоплавких металлов и соединений
Износостойкие материалы готовят введением одного или нескольких соеди-
нений карбидов бора, титана, вольфрама, ниобия, тантала, кремния в смесь
железа с углеродом и рядом металлов (табл. 8.27).
Высокой твердостью, прочностью, вязкостью, устойчивостью к абразив-
ному износу и действию агрессивных сред обладают материалы на основе бори-
дов титана, циркония и гафния, в которых содержится 87,5—70 % боридов
н 12,5—30 % порошка металла этой же группы. Для повышения плотности
и прочности пористый спеченный материал на основе тугоплавких соединений
типа карбидов, боридов, карбоборидов пропитывают при 1250 °C ферроспла-
вами, содержащими бор и кремний с другими добавками. Антифрикционные
свойства материалов на основе тугоплавких металлов и их соединений зависят
от материала сопряженных е ними поверхностей. Из-за невысокой стойкости
ии^пмв°апС^еНпЯ матеРиали на основе карбидов, нитридов, боридов и многих
клоНИ=Илл 0®03дУШН0Й среде могут быть использованы при
сти оптимальных С' Их коэФФиЧиент трения близок к 0,2 в обла-
у вий работы и снижается О повышением температуры.
8.3,6. Металлографитовые материалы
рнх -и-
со«ерж«»7“^"фСит’”м”т" р”7“”"ос»о'"ж » ’« высок»»
ss °ls,-ksj/s;. -
«нем свинца, цинка, сурьмы, кадмия ме1и^6%™кзд1ЖеЙе3а УлУчшают ввеДе<
и электротехнических целей испллия,,^ !ДИ '^ля металлургических
шие кроме графитамедТ, нике™;’ Хбал1тРЖ “а 0СЙ0Ве железа?содержа-
алюминия и серебра. В качестве мятепи»^1 (704, а также на основе бронз,
ников хорошо зарекомендовали с^Гмет1ллого1гЬСиМ°СМаЗЫВаЮ1ЦИХСЯ яодшип‘
л свинцовых броиз. Фиэнко-мехаиически! » Р t ы на основе оловянистых
° механические и антифрикционные свойства метал-
296
Таблица 8.28. Составы и области применения спеченных металлографитовых
материалов
Массовая доля, % Области применения, условия работы Литература
С Добавки
На основе железа
2,0—20,0 Си < 15,0 Работа в присутствии смазки [218]
10,0—30,0 0 Работа без смазки в тяжелых ус- ловиях трения: при температурах от —20 до 4-600 °C в среде воды, газов, паров; при t < 900 °C и «с < 45 м/с [728f
0 То же 1722]
6,0—8,0 0 » » [710]
17,0—30,0 0 3 » [7291
4,0—14,0 0 » » [6271
14,0—17,0 0 1 * * [642]
10,0—15,0 Bi, As, Sb—1,5—3,5 Работа при 1 ~ 50 -4- 370 °C; р = =0,2-г-1,0 МПа и пс=4,35-4-35,8 м/с [741J
< 10 Ni, Mn, Cr, Mo, P, Si, V, Ta, W или Nb — 0,2—10,0 [317]
<10 Один или несколько карбидов Ti, Та, Zr, W, Nb, Cr, Mo, V, Si или В — 2,0—40,0 * • •» [318]
<8 TiHa —5,0 Для работы без смазки [175]
4,0-25,0 Ni — 18,0 Для тяжелых условий работы при высоких нагрузках, повышен- ной запыленности, при трении без смазки [429, 627, 642, 722]
3,0—15,0 Pb <20,0; Cu <25,0; Ni - 1,0—15,0 Ползуны [145, 578, 657, 668, 695]
На основе сплава Fe—Ni
10,0 На осно 4,0—20,0 15,0—16,0 На ochoi Си—Sn—РЬ 12,0—20,0 На осно 4.0—25,0 д-.... Мп —2,0; ZnS —2,5 ве меди Pb, Sn, Zn, Al, Р РЬ — ю—12; Sn — 9—10 зе сплавов Си—Al ✓ Ti, Мп, Со, Ni, [Fe —4—15 | ве бронзы или ле 0 Для работы в режиме самосмазы- ваиия при высоких скоростях, для работы в воде Ползуны, уплотнения и подшип- ники Для работы без смазки , Си—Sn, Си—Sn—AI, Си—Sn—Р, Для работы без смазкя । ту НИ Для работы при температурах от —200 до 4-350 °C в паре, воде, газах f [ [262, 381, 382, 605, |б41] [7Ю1 [1451- Си—Sn —Zn I [7451 [502, 521. 619, 642. 669, 670, 710, 715]—
Продол ж еннетабЛ^в
На основе алюминия Материалы е высокой теплопро- ЯЛПНОСТЬЮ и износостойкостью, [92, 642J
30.0 и [122]
для изготовления контактов, ще- ток генераторов То же
4,0—17.0 0 _ [122]
10,0—16.0 jAg — 2,5—6,0
На основе серебра 10,0 | о *9 | [679]
Таблица 8.29. Физико-механические свойства некоторых металлографитовых
материалов [623}
Основа материала Массовая доля графита, % . «в. МПа асж- МПа НВ. МПа а • 10», К-1
Оловянястая бронза 6 51,1 324 451 18
8 38,3 226 412 17
10 21,6 159 392 16
Свинцовистая бронза (10 % Sn, 10 % Pb) 8 25,5 159 387 20
Железо 6 96 397 373 13
8 68 221 324 20
Таблица 8.30. Антифрикционные свойства сульфидированного металлографи-
Ж^Ла££*ала Марки МГЗ°ЖН1К при трении без смазки по стали У9А
(nKV04) |o4v]
л МПа «у «/с f /л, мкм/км
0.0069 0,0069 0,0069 0,098 0,128 0,128 0,128 11,5 23,0 51,0 75,0 11.5 23,0 51,0 0,34—0.43 1 0,22—0,31 1 0.2—0,19 ? 0,19—0,34 0.36—0,41 • 0,21—0,29 0,15 0,58 0,36 0,24 1,20 0,72 0,40 0,22 120 125 130 200 190 200 • * о
лографитовых материалов в значительной степени определяются их составом
и плотностью.
Свойства материалов некоторых составов приведены в табл. 8.29.
Для повышения прочности металлографитовых материалов применяют
двухкратное прессование и спекание, горячее прессование, экструзию или
жидкофазное спекание.
Материал МГ30ЖН1К обладает высокими эксплуатационными свойствами
при трении в режиме самосмазывания, при высоких скоростях скольжения без
смазки на воздухе (табл. 8.30), в воде и некоторых агрессивных средах.
Высокий уровень свойств, широкие возможности варьирования составов,
структуры и свойств металлографитовых материалов позволяют изготавливать
из них подшипники и торцевые уплотнения, применяющиеся в различных от-
раслях машиностроения, при изготовлении деталей электротехнического назна-
чения, для работы при повышенных^ температурах, для агрегатов текстильной
и пищевой промышленности, конвейеров, транспортеров, моторов и других
механизмов.
8.3.7. Металлические двухслойные материалы на стальной подложке
Эти материалы находят все более широкое применение в автомобиле-
тракторе- и авиастроении и других областях техники. Основными их разно-
видностями являются материалы на стальной ленте е напеченным бронзовым
слоем, дополнительно пропитанным легкоплавким антифрикционным сплавом;
материалы с таким же слоем, пропитанным фторопластом; материалы с тонким
пористым слоем, пропитанным смазкой.
Основными видами антифрикционных слоев, наносимых на подложки, яв-
ляются баббиты на основе свинца или олова, сплавы па основе меди и сплавы
на основе алюминия. В мощных двигателях баббитовые сплавы недостаточно
прочны, поэтому предпочтение отдается сплавам на медной (Си—РЬ или Си—Sn)
и алюминиевой (А!—Sn) основах.
Усталостная прочность этих сплавов в 2—3 раза больше, чем баббитов.
Двухслойный материал, у которого на стальную подложку припечен слой
смеси порошков медь — никель (60 : 40) и пропитан баббитом, допускает рас-
четную нагрузку до 14 МПа.
Двухслойные материалы с припеченным пористым слоем, пропитанным
фторопластом, обладают следующими преимуществами: работа без смазки в слу-
чае применения во фторопласте таких наполнителей, как порошки свинца или
Таблица 8.31. Допустимые значения р“0, МПа м/с, для различных условий
Работа ^биметаллических вкладышей с пористым слоем, пропитанным фторопластом
Типичные случаи применения Контртело — мягкая сталь (а также чугуны, нержавею- щие стали, анодиро- ванный алюминий) —Контртелэ— зака- ленная сталь, НВ = 5300 МПа
Продолжитель ность работы, ч
1 000 I 10 000 | 1 000 I 10 000
ySr )К0ЛЬ11еВЫе ПОДШИПНИКИ (под- правляющие Цилиндрические подшипники: 0,863 0,417 1,040 0.520
0,416 0,206 0,451 0,863 0,246 0,657
с постоянной нагрузкой 0,554 0,417
е 1Раи*аЮ111ейся нагрузкой фиксированной нагрузкой и возврат- поступательным движением 0,863 0,657 1.040 0,834
1,040 0,800 1,148 0,834
мплиблена* пабота t минимальной вмазкой (например, смазка
cfopS в случае пропитки пористого слоя ацетал-сополимерами.
ХтепиЛ такого типа, применяющийся в промышленности, имеет следую-
шие х Хрипикя полоса из малоуглеродистой стали;, подслой для Улучше-
щне характеристики. пористый слой из сферических частиц брон-
StaSS?SS£3hA.«« «я—*» «•» з=«^
наполнитель-фторопласт с дисульфидом молибдена. Поверхность пористого
слоя после пропитки покрыта тонким слоем фторопласта.
Такие материалы успешно работают без смазки в диапазоне температур
200—300 °C. в разнообразных климатических условиях, в космическом вакУУме,
в оазличных нейтральных и агрессивных жидкостях и газовых средах. Коэффи-
циент трення материалов 0,03-0,05 при небольших скоростях скольжения.
С повышением последних коэффициент трения, резко возрастает (до 0,3). Допу-
стимые значения pv для. материалов этого типа харакгеризукися данными
табл. 8.31. Подшипники из них изготавливают методом вырубки из полосы
я свертывания или выдавливания вкладышей.
8.3.8. Материалы на основе пористых металлических каркасов,
пропитанных фторопластом
Основа таких материалов — спеченный каркас из порошка оловяниетой
бронзы, изготавливаемый обычным методом порошковой металлургии. Коэф-'
ф циент трения бронзового подшипника, пропитанного фторопластом ео свин-'
новым наполнителем, в большинстве условий работы лежит в пределах 0,1—0,2
И снижается при больших нагрузках до 0,1—0,05.
Антифрикционные свойства этих .материалов в значительной мере зависят
от структуры .каркаса, характера исходных металлических порошков, а также
от размера и формы пор. Результаты сравнения антифрикционных свойств
бронзофторопластовых подшипников е графитовым наполнителем (30 %), изго-
товленных из сферических и несферических порошков, в сравнении е напол-
ненным фторопластом приведены в табл. 8.32.
_ - Д°пУс™У“е. значения Р» Для бронзофторопластового материала при работе
Л1 7 Чй в Паре С мягким валом для разного типа подшипников состав-
(540) Д&'г’’“7,ЗЬ и п₽и Раб°те с закаленным валом — 5,04—14,72 МПа-м/мин
коэФФ«ииента трения от давления'для бронз различного метода изготовления и наполненного фторопласта [5401
Материал Коэффициент трения при ас = 6 м/с и давлении, МПа
0,98 1,96 2,94 3,92 4,90 5,88
Sn I n "орошков (Си — 90 0Z п ™ 10 %). пористость 50 oz /о,‘ ТХЯ Г И3 ^^«^oro порош- П0Верхиостн°™ слоя твердой g°P°bj,acT Доля П0^ЯДРЛНЗа И3 барического порош-) п^сиЛпг^омоГт твеКой‘ "»s: » XX —— — 0,28 0,2 0.J3 0,14 0,16 0,27 0,24 0,13 0,13 0,16 0,27 0,31 0,13 0,13 0,15 0,25 0,12 0,13 0.15 0,24 *. f 0,11 0,1*3 0,15 0,22 0,1! 0,12 0,14
зоо — *
8.3.9 Материалы матрично-наполненного типа
Эти композиционные материалы имеют гетерогенную структуру состоя
Шую из регулярно чередующихся участков прочного, износостойкого с относи-
тельно низкими значениями коэффициента трения химического соединения или
сплава и металла или сплава, способного прочно удерживать эти включения
и образовывать при трении промежуточный, предохраняющий от схватывания
слой, играющий роль твердой смазки [529, 538]. Они изготавливаются прессова-
нием и спеканием смесей порошков или пропиткой каркаса из твердой фазы
более легкоплавкими металлами. Практическое применение находят два типа
материалов: сферические частицы релита, связанные матрицей на основе сплава
серебро — медь, и сферические частицы стеллита, объединенные с пластичной
матрицей из свинцоио-оловянистой бронзы.
Для сплава применяют сферические частицы размером 0,65—0,90 мм.
Применение этих сплавов для опорных подшипников скольжения шаро-
шечных буровых долот вместо роликовых подшипников повышает проходку на
долото в 2,3 раза, механическую скорость бурения и стойкость долот —
в 1,5 раза.
8.3.10. Металлостеклянные материалы
В этих сплавах на железной основе ситаллизированные включения стекла
играют роль твердых несущих включений, удерживаемых прочно металличе-
ской матрицей. Положительными свойствами стекла являются низкий коэффи-
циент трения, отсутствие способности схватывания е материалом вала, высо-
кая прочность мелких включений стекла, которые оплавляются при спекании
и заполняют поры, менее подвержены опасности хрупкого разрушения, чем
крупные изделия из него.
Железографитовые материалы е перлитно-ферритной структурой пористо-
стью 25 %, содержащие 6 об. % стекла, готовятся введением порошка стекла
в шихту и последующим прессованием и спеканием по обычной технологии
порошковой металлургии. Такие материалы обладают более низким коэффи-
циентом трения, меиьшим износом и на 30 % большим сроком службы, чем
такие же материалы, не содержащие стекла, при работе со смазкой. При работе
без нее наблюдается в 3—5 раз более высокий износ материала контртела.
Дальнейшее улучшение свойств железографитостеклянного материала до-
стигается дополнительным легированием 2—4 % молибдена.
Одним из вариантов таких материалов являются антифрикционные мате-
риалы иа основе пористого ситаллз с пропиткой пор фторопластом [56]. Для
этой цели порошок ситалла с добавкой 30 % меди смешивают с порошком кок-
сика. Выгорание последнего при спекании при 850 °C обеспечивает образование
необходимого объема пор. Затем поры пропитывают суспензией фторопласта
4Д в вакуумной камере. Образцы, пропитанные фторопластом, имеют работу
трения в 2—2,5 раза ниже и износостойкость материала в 7—13 раз выше,
чем без пропитки фторопластом.
Введение меди уменьшает износ и понижает коэффициент трения. Такие
материалы имеют несущую способность до 9,81 МПа и коэффициент трения на
воздухе 0,25—0,31, в вакууме — 0,2—0,25 и способны работать при скоростях
1—30 м/с. 33
Материалы обладают высокой коррозионной стойкостью и пригодны дли
работы в газовых н жидких средах, а также в условиях сухого трени (
гл. 5),
8.4. Классификация спеченных антифрикционных материалов
по областям применения
В связи с большим разнообразием условий работы
антижаннзмов мет°Дами порошковой металлургии создано б узлах
тифрикциоиных материалов различного назначения: для р
„п„„ио го смазкой ДЛЯ трения без смазки в среде воздуха и в вакууме, для
повышенных температурах и высоких скоростях треиии, при смазке
Ра^а п/и пХты в коооозионных средах, материалы для скользящих электро.
XS^b токовых иРрРадиаОльных уплотнений поршневых колец и др, К/ас.
материалов по назначению позволяет более четко показать основные
те&ния которым должен удовлетворять материал, предназначенный для
SSTJSobS работы, и выделить материалы зтого назначений
8Ж1. Материаны для работы и присутствии жидкой смазки
Различают три вида условий работы в присутствии смазкй: жидкостное
твение при обильной подаче смазки в зону трения (часто под давлением), гра-
ничное трение при ограниченной подаче смазки (фитильная, капельная смазка
разбрызгиванием и т. п.) и работа в условиях самосмазывания за счет смазки,
находящейся в порах спеченного материала.
Для работы в условиях жидкостного трения применяются композиционные
материалы иа основе железа и меди. Спеченные материалы на основе железа
композиций: железо, железо — медь (до 20 %), железо графит (до 70 %у,
железо__медь — графит (графит до 5 %, медь 2,5 %) и материалы иа основе
меди типа броиа (олово до 10 %, графит до 4 %) обеспечивают работоспособ-
ность узлов трения различных машин и механизмов при работе в присутствии
смазки в легких и средних режимах трения.
Параметры работы и основные марки таких материалов общемашинострои-
тельного назначения приведены в табл. 8.33. Несмотря на наличие пористо-
сти и более низкие механические свойства, по антифрикционным свойствам эти
материалы превосходят литые материалы.
Таблица 8.33. Параметры работы спеченных антифрикционных материалов
общемашиностпонтельного иазначення [540]
Марка материала Условия работы при наличии смазки
д, МПа «с» м/с- t, ’С х, а
Ж — пористое ЖК(0,8—1,5) БрО (8—10)Гр(2—4) ЖГр(1,0— 1.5)ДЗК0,4 ' ЖГрЗК(0,8-,0) ЖГрЗПс4 1 ЖГр311с4 ЖГрЗЦс4 1,96—5,45 1,96—2,94 2,94—3,92 1.96—3,43 1,96—9,81 4,90—9,81 3,92—5,86 4.90—9,81 3,92—7,87 7,85—17,66 <0,29 <0,98 1—2 1-2 1—2 2—3 2—5 4 4 4—8 5 10 70 20 100 100 60—80 150 100 200 100—150 200 200 200 200 100 1000—2000 3000—4000 2000—3000 (При наличии кор” розионных сред) 2000 2000—5000 2000—3000 3000 до 5000 3000—5000 300—5000 * < 100 < 100
граничного или сухого’&Г£ЗЦс4 ^ительиосг ®печенныхЛ"материПалоТДвНтяжелыхЬ^пеТжи СРаВНИТельных исг И бронзой. тяжелых режимах трения в cpai «паЛ„ТИфрикаионяыв свойства спеченным .. коэффициент трении и износ я енны* материалов (нес ШИМ количеством факторов,’к которы^^реХ^^^Ь ь работы в условиях 1ытаний различных знении с баббитом ущая способность, шределяются боль* сятся: пористость,
Таблица 8.34. Результаты сравнительных испытаний спеченных материалов
при Фе "= Ю м/с и смазке веретенным маслом [47]
Марка материала Испытание в течение 2 ч при р = 2.45 МПа Испытание в течение 10 ч при р = 4,9 МПа Износ после 12 ч работы, мкм
Повышение темпера- туры, °C f Повышение темпера- туры, °C f втулки кольца
Железо пористое 24,5 0,018 40,7 0,013 9,41 0,6
ЖГр1,5 26.6 0.026 36,2 0,014 0,34 0,4
ЖГр1,75 25,6 0,026 33,8 0,016 0,37 0,4
ЖГр2Д7 32,3 0,016 39,8 0,010 0,30' 0,0
Баббит Б-83 26,8 0,057 38,1 0,033 9,0 2,5
Баббит БН 28,7 0,042 35,7 0,024 11,0 6,0
структура, качество и количество подаваемой смазки, качество монтажа под-
шипника и т. д.
Допустимая нагрузка для пористого железа уменьшается с повышением
скорости скольжения [367]:
оср, м/мин <7,5 7,5—15 15—30 30—45 45—60
рмакс, МПа 41>3 17,3 4,1 2,45 1.86
С повышением скорости скольжения свыше 5—12 м/с подшипники скольже-
ния требуют подачи смазки под давлением. В этом случае требуется примене-
ние смазок большей вязкости.
Практика эксплуатации спеченных материалов свидетельствует о том, что
время их црирабатываемости сопоставимо с соответствующими временами для
литых материалов.
8.4.2. Материалы для работы в условиях ограниченной смазки
Для работы в этих условиях могут быть использованы те. же спеченные
материалы иа основе железа и бронзы, что и при жидкостном трении. Несмотря
иа то что их показатели несколько снижаются, они остаются более высокими,
чем у подшипников из литых материалов [47]:
Материал подшипника Время работы, ч
Железо, П= 30 % 970
БрОЦС 6-6-3 70
Ковкий чугун (нормализованный) 27
Серый чугун (отливка) 13
Высокопрочный чугун (отливка) 24
Высокопрочный чугун (закаленный, HRC 48—52) 18 *
Примечание. Работа при ограниченной смазке при ос = 0,67 м/с,
Р = 0,6 МПа.
Jaблица 8.35. Свойства некоторых антифрикционных материалов, выпускаемых
промышленностью СССР [543] _____________________ ..
Марка мвтериала п, % НВ, МПа ®в. МПа ®и. МПа °сж> МПа Рмакс> МПа °макс- м/с *макс> °C
ЖгР1 £piKi ЖГрДЗК —-. 17—23 17—23 17—23 441—785 . 578—883 578—1275 >196 >147 >196 >177 >177 >216 >392 >540 >785 3,9—4,9 3,9—4,9 0,785 2 3—4 3 100 100 150—200
Таблиаа «Л <*"•" Г* .» "»«,«
_. .___ - - . ,-- ••' • 1 * - ~ ~ ACeccoBajj
На Си основе 10—40 0 0 0 0.0—5,0 2-5 ж 1 с е лева 0 0,8 0,8—0,0 1.0—1.2 <1,5* 1.2 | а о 1.5 4-5 11—12 4 0 0 хпо Г 0 2—10 9—10 0 0 0 | 'Г 1 - 0 0,25—2,0 2,0—2,5 0 0 0
2-6 0,9—2,0 2 0,4—0,8 7 t
На 4— основе 0 одного из эле । 0 ментов 0 (Fe, N1, Со) или 0 И х сплавов ‘ б
Т а б Я в и а 8.37. Состав и свойства железографитовых материалов с повышенными
Марка материала Массовая доля, %
С & Мо Si ,
ЖГрО,8Х5КО,25 0,8 5 0 0,25
ЖГрО,8Х5К2,5 0,8 5 0 0,25
ЖГрО,8Х5КО,25М2 0,8 5 2 0,25
ЖГр0,8Х5К2,5М2 0,8 & 2 0,25
ЖГр0,8Х5К0,25М2 0,8 5 5 0 25
ЖГрО,8Х1КО,25М1О 0,8 5 10 025
ЖГрО,8Х5М1ОК2,5 0,8 5 10 0,25
Примечание. !• — материалы после спекания: 2» — материалы после цементаций
Таблица 8.38, Составы и области применения самосмазывающихся спеченных
Массовая Доля, %
С РЬ Sn Mg Zn ' Добавка
На оси* 0.2 0,2 0 0 1-3 эве же; 0 0 3 0 0 еза 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 » а 0 0 0 0 0 0 Си —2—Ц Си < 4,0 BN — 0,1—2,0 ZnS — 4; S—I 4
условиях при ограниченной подаче смазки, и области их применения
ДОЛЯ, % Области применения, условия работы
Добавки ратура
О
О
О
О
Ni — 0,6; Мп —0,4;
В —0,01—0,4
0
Для работы при р > 103 МПа
Для работы в авиационном топливе
ТС-1
При контактных нагрузках >9,8 МПа
Для тяжелонагруженных узлов, напри-
мер буксовых наличников тепловозов
Опоры подшипников призм скольжения
станков
Втулки шарниров рычажной системы
тормозов подвижного состава железно-
дорожного транспорта
Ротор ротационного компрессора
(705]
[26]
128]
[277]
[694]
[537]
[666]
NbSg, MoSj, TaSa, VS—10— 20; TiC, CigCg, ZrC, NbC, MosC, HfC—15 Для тяжелых условий работы [569]
антифрикционными и механическими свойствами [26, 27]
t Рсхв. МЛ®
В масле В топливе ТС-1 В масле В топливе ТС-1
!• 2»* 1* 2» 1* 2* 1* 2»
0,01 0,006 0,08 0,08 ' 5,89 9,32 3,92 2,94
0,0075 0,005 0,1 0,022 9,81 9,81 4,90 6,38
0,006 0,006 0,09 0,59 7,36 9,81 3,43 3,92
0,009 0,005 0,08 0,05 8,83 9,32 6,38 7,36
0,0075 0,007 0,095 0,075 9,81 9,81 4,90 7,85
0,0075 0,007 0,1 0,1 ’ 7,36 4,90 4,90 7,36
0,004 0,003 0,08 0,05 9,81 9,81 7,36 $ /,б5
и закалки.
материалов
Области применения
Самосмазывающиеся подшипники
же
»
Крутильные кольца „ „ ал„„т.
1 Подшипники вьюрковых электроверетен, высокооборотных
Родвигателей, активаторов стиральных машин
Литература
[368]
[369]
[193]
[568]
[541, 591]
Массовая доля., %
с РЬ | sn 1 М8 1 гп [ Др^ки
На осн< 0 >ве мед 0 и 0 0 0 Термореактивная смола — 2—10
0 0 8—11 0 0 0
1,25 0 9,75 0 0 0
4 0 10 0 0 0
На основе алюминия
0 0,5—20 0 <2 0 Си—10
0 1 2—8 Есть 1—4 Си — 2—10, Мп, Si, S, Li, Се
0 0 0 0 0 Си —4—14
В легких и средних режимах, в условиях ограниченной подачи смазки
успешно применяют спеченное пористое железо и материалы композиций на
основе железа: железо — медь (Си 20 %); железо — графит (3—7 %); же-
лезо — графит (Си « 5 %, графит — 1—3 %); железо — графит -г- сера (гра-
tHT — 1—2 %, сера — 0,4—1,0 %)} железо — медь — графит — сера (Си —
,5—3 %, графит — до 1,5 %, сера — 0,3—0,8 %).
Из материалов, выпускаемых отечественной промышленностью, наиболее
высоким уровнем эксплуатационных и технологических характеристик обла-
дают материалы иа основе железа (табл. 8.35).
В тяжелых условиях работы (р = 8 -5- 10 МПа и :>с = 3,-Ь 4 м/с) присут-
ствие смазки не всегда эффективно, так как наступает граничное трение. Для
улучшения свойств в этом случае прибегают к введению веществ, играющих
роль твердой смазки.
В режиме ограниченной или скудной смазки введение 1—3 % графита
® ПР^Имг?е ««^ Л'Величивает’ например, предельную нагрузку от 1—2 до
3—4,5 МПа [348,4661. Присутствие серы понижает износ пористого железа в тя-
желых режимах нагружения почти в 5 раз.
Для обеспечения узлов трения, работающих при повышенных давлениях
(табл*₽8С36* Треиия’ пРименяют сложнолегированные упрочненные материалы
ваиивгпа<ж»лмпгпГАи°ДЯТСЯ РекойенДУемые составы иа основе сложнолегиро-
таюших ’t £ пРедназиаченные для изготовления деталей, рабо-
л«ве ТС-1 в^пяпв гпУС?^ИЯХ ударных нагрузок в масле и авиационном топ-
кость 60 сталями’ имеющими высокую твердость и износостой-
8,4.1. Материалы для работы в режиме самосмазывания
Работа подшипников скольжения в режиме самосмазывания обеспечивается
за счет масла, находящегося в порах спеченного материала, которое вводится
пропиткой после спекания. Они обладают преимуществом при работе в местах,
труднодоступных для подачи смазки.
Такие подшипники изготовляют на основе пористого железа и бронзы»
сплавов на основе алюминия, железографита, бронзографита с содержанием
графита 3—4 %, железомедных и железомедьграфитовых композиций и ДР-
306
_ _____________Продолжение табл. 8.38
Области применения Литература
Самосмазывающиеся подшипники
То же в различных автоматах, приборах, магнитофонах, редук-
торах
То же в различных автоматах, приборах, магнитофонах, редук-
торах
Быстроходные узлы трения маломощных электродвигателей,
настольных вентиляторов, стиральных машин
[299, 300]
[104, 459]
[626]
[36Ц
Самосмазывающиеся подшипники в приборах, автоматах, маг- [491]
нитофонах, редукторах, бытовых приборах и др.
То же [508]
[94, 684]
(табл. 8.38). При небольших скоростях грения (до 1—1,5 м/с) и малых давле-
ниях (до 0,1 МПа) они могут работать без дополнительной смазки 3—5 тыс. ч
при температурах от —60 до +120 °C.
В коррозионных средах предпочтительнее применение подшипников на
основе меди и алюминия.
Самосмазывающиеся подшипники на основе железа и бронзы, пропитанные
маслом, выдерживают, по данным [685], нагрузки до 157 МПа (рв до 19,6 МПа X
X м/с) и могут длительно работать при температурах от —40 до +130 °C.
При скоростях скольжения до 12 м/с или качающихся и вибрационных
движениях самосмазывающиеся подшипники выдерживают более высокие на-
грузки в сравнении с литыми.
При скоростях трения более 0,15 м/с у самосмазывающихся подшипников
проявляется эффект масла [367], поэтому необходимо правильно подбирать вяз-
кость смазочного масла, за счет чего срок службы таких подшипников можно
повысить в 3—5 раз.
8.4.4. Материалы для трения без смазки в воздушной среде,
вакууме и инертных газах
Многие узлы трения различных приборов, испытательных стендов, обору-
дования для криогенной и космической техники, машин химической и пищевой
промышленности, компрессоров, насосов для сжатия и перекачки газов рабо-
тают без подачи жидкой смазки. В качестве основы спеченных антифрикпион-
иых материалов для этой цели используют легированное железо, медь и ее
сплавы, никель, хром, кобальт, алюминий и сплавы на их основе и реже туго-
ш?Вкие металлы и их соединения. Антифрикционные свойства основы улуч-
ю* введением веществ, выполняющих роль сухой смазки, которые снижают
*₽фициент трения и износ материалов. Коэффициент трения таких материа-
а» лП,Ри Ра6°те в воздушной среде без смазки колеблется в широких пределах
” °’1 до 0,6. Наиболее высокие значения коэффициента трения наблюдаются
Р трении в вакууме, они снижаются при трении в аргоне, иа воздухе,
водороде.
Составы и области применения материалов, предназначенных для pa ты
смазки в воздушной среде, приведены в табл. 8.39.
Таблица 839. и области применения антифрикционных материалу _——— —— ~ ‘ “ Маеёов^Г
Сг Мо 1 с Си | Ni sn 1 Прочие ~ 1 элементы a
На осн 0,3—6 0 6-9 0 0 0 0 0 На осн* 0 На оси 0 На оси 0 0 0 0 На осн 0 0,2 0 На осн _и озе »ej <5 3—7 0 а 10—20 5—12 13—20 0 эве ник 0 ове к об t 0 ове мед 0 0 0 0 ове алю 0 0 0 ове сер 0 1еза 0 0 0,1—0,3 0 2—5 0 1,5—3,5 0 еля 0 альта 1 °' и 15—16 Q 0 15-16 мания 0 0 0 ебра 0 1 0 0 4—6 0 0 0 0 2-5 0 1 о 0 0 0 0 5—30 0,25—4,4 17,5 ( 0 1 -Si со о оо о о о о q о оо о?1 о о о о w S ТЧ X. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 ! 0 9—10 0 3—10 9—10 0 0 •Л? 0 1,5-7,0 1 Р— 0,1-2 0 0 0 0 0 0 Мп—1—5 1 Fe—30; j В—0,10-0,15 | Ag—30—40 Pb—10—12 Fe—9—18 Zn—5—20, P—1—2 Pb—9—10 0 Mg—0,5—2,5; Mn < 0,4; Si < 0,9; Zn « 5,6 « Zn — 12 5 •J- 0
S.W. В„.„. ....e.i.j», .„,ф№„ИИВ1[е' -м
Основа " - - v ' Массовая
Ag Си 2п |* Cd
Нержавеющая сталь Никель 8.2—16,4 12—20 3,12—1 5,0—8 5,24 ,5 3,4—6,8 5-8 5,2—10,4 8—13
? и е « а и и е. Остаточное давление 26,7 208
ис = 1 м/с.
предназначенных для работы на воздухе без смазки
доля, % Области применения Литера- тура
Твердые смазки
BN—0,1—5 Трение без смазки [254,2551
Se—1,0—1,25 To же при ue = 0,8-4-1,2 м/с [293]
MoS2—4—8 Трение без смазки [540]
WSes—10—20 Трение на воздухе при ос = 0,05 4- 3,0 м/е [273]
0 Треиие без смазки [386]
MoS,—5—20 То же 537]
о 387]
BaCI4—10—18 it » [532]
BaF2—10 » [389]
BaFa—5—18 Трение без смазки, электропроводен 1 [131
0 Трение без смазки, / = 0,154-0,18 [145]
CaF„ SeFa, BaF3—10—40 Высокое сопротивление окислению и истиранию на воздухе [347]
Моиогидрооксид железа—5—15 То же [211]
0 То же, / = 0,154-0,18 [145]
0 Трение без смазки [336]
0 Высокая износостойкость и устойчи- вость к окислению [629]
MoSg, FeS —10—25 Трение без смазки [659]
WSes> MoSe2, WS2, I MoS2-7-15 То же | [12]
ющихся материалов [221, 366]
Доля, % р, МПа f /л, мкм/км
N1 Мо
0,08—0,14 0 0 15—28 4,9 9,8 14,7 19,6 4,9 9,8 19,6 29,4 39,2 49,0 0,18 0,18 0,22 0,25 0,18 0,22 0,22 , 0,23 0,23 0,26 28 105 625 • »• 25 110
Таблица 84! . to„ кагрук. « ства материала
Си Массовая доля, % Sn Pb п. % Среда
13 30 ' Вакуум
63 24 15 40 »
54 31 1Я 50
46 36 15 40 Воздух
54 31 .
йрч смазки широко используют также биметалличе-
сете « ™г«™ ««*Ф’°Р‘™а«™ь в>
=ы"»^*Sh™«»PpX“" "Р« » = »'=" «•
чеииях^неболее^МПа * м/с.-При кратковременной работе они выдерживают
^« в^кие значения р» (до 42 МПа - м/с).
матеоиалы могут работать в интервале температур от —65 до 1-0 160 С, крат-
“^яо -ДО 160-180 °C. Максимально Допустима я температура для мате-
пиала, содержащего фторопласт, составляет 230—260 С 171/].
v Для работы в вакууме композиционные материалы в основном изготавли-
вают на основе медн, никеля и некоторых сплавов на основе железа. Высокие
антифрикционные свойства при работе в вакууме имеет материал на основе
никеля, содержащий (%)'. Мо — 15—28; Ag —г 12—20; Zn — 5 8; Cd—8—13;
Си —5—8,5, изготовленный путем пропитки пористого каркаса на основе
ннкель-молибденового сплава припоем на серебряной основе типа ПСР [221].
Его свойства приведены в табл. 8.40.
Для работы в режиме сухого трения на воздухе и в вакууме предложен
также сплав на медной основе состава (мае. %): Sn — 25—36; Pb — 13—18;
Си — остальное [533]. Антифрикционные свойства этого сплава приведены
в табл. 8.41.
В качестве материалов для твердых смазок используют сульфиды и селе*
яйлы различных металлов (дисульфиды молибдена и вольфрама, диселенид
вольфрама). Эти вещества вводят в состав материала либо наносят в виде тон-
ких смазочных пленочных смазок в сочетании с такими связками, как В2О3
кия Ва0' НекотоРые типичные значения коэффициента тре?
ния таких емазок со связующими приведены в табл. 8.42. Н
осиовеежелеза,Вепп^п^1^ Раб°ты в условиях вакуума являются материалы на5
основе железа, содержащие в качестве твердой смазки фтористый кальций.
^Фн\^т4игЯИаИ:тиП^ ** температуру
Смазка Связующее | t, ’С | i
Au MoS, — Гр — Bi MoS2 — Г р—Au ™»,— —алмаз MoS». MoS, MoS, MoS. — PbS CaF, Na2S103 Na2SiOa NasHp°4 n^siq, B-Og SiO2—B2Oa—Na2O—Fe2O, 121 121 121 121 121 121 27—538 339 0.17—0,28 0,12—0,14 0,12—0,14 0,11—0,39 • 0,10—0,14 0,28—0,46 0,14—0,37 0,20 0,29
.пРймечаяИй яря toia ГПа. ’ 310 •точном давлении газов 133 мкПа , а смазка CaF, —
Cu— Sn—Pb при трении на воздухе и в вакууме [533]
f при р, МПа ₽макс» МПа
1.96 5,89 9.81 13,7 3 17,66 19,62
0,12 0,11 0,10 0,10 0,18 14,7
0,10 0,10 0,08 0,08 0,10 0,18 19,6
0,12 0,12 0,14 0,16 0,20 л л 14,7
0,15 0,18 0,28 0,25 • • • 9,8
В вакууме и восстановительных средах такая твердая смазка, как графит,
теряет свои смазочные свойства. Хорошо зарекомендовали себя для этой пели
некоторые сплавы на основе серебра и меди.
Из твердых смазок на основе легкоплавких металлов, пропитывающих
пористые каркасы из бронзы, при работе в вакууме лучше всего зарекомендо-
вали себя олово в эвтектика олово — свинец.
8.4.5. Материаны для работы при повышенных температурах
Требования к максимальным температурам, при которых должны работать
материалы, непрерывно возрастают. Если 10—15 лет назад ставилась задача
создания материалов для работы при 200—400 °C, то сейчас уже разрабаты-
ваются материалы для работы при 800 °C и на ближайшее будущее задаются
такие рабочие температуры, как 1300 °C и выше.
Антифрикционные материалы для работы при высоких температурах долж-
ны обладать высокой жаропрочностью, устойчивостью против окисления и хоро-
шей антифрикционностью, поэтому все большее внимание уделяется материа-
лам иа основе тугоплавких металлов и их соединений.
Составы и области применения некоторых композиционных материалов,
упрочненных тугоплавкими и другими металлами, приведены в табл. 8.43.
Для тугоплавких металлов характерна сильная зависимость коэффициентов
трения от температуры. Введение в металлическую основу антифрикционных
присадок, таких, как графит, сульфиды и других, резко снижает коэффициент
трения материалов при повышенных температурах (табл. 8.44).
Представление о некоторых составах и областях применения антифрик-
ционных материалов для повышенных температур Дает также табл. 8.45. °
Большинство материалов для работы при температурах до 450—500 С
изготавливают иа оспове железа и меди. Для температур 700—800 °C в каче-
стве основы чаще применяют иикель и кобальт. При повышении температур
ДО 1200—1300 ЭС рекомендованы сплавы на основе тугоплавких металлов.
Антифрикционные свойства сплавов обеспечиваются введением в поры или
в исходную шихту таких присадок, как графит, сульфиды, селениды, фториды
и Другие соединения.
Повышение жаропрочности сплавов на основе железа достигается ле™Р°-
xnS *Р°МОМ- никелем, молибденом. Для работы при температурах до
С могут применяться все сплавы, приведенные в табл. 8.4э, з
нием бронзы, содержащей 6 % графита и 8 % свинца, которая может при. е-
ияться до температур не выше 150 °C. пплпитан-
До температур 260 °C могут применяться пористые 7 молиб-
ные фторопластом без наполнителя или е наполнителем из ди у Ф
Авиа.
При температурах в пределах 500—540 °C высоко^ д^^фторида
к’’?тся Самосмазывающиеся материалы на основе никеля с д тренИи без
альция и нитрида бора. Высокие антифрикционные св оли^деи __ графит
(о0азк.и_ ПРИ температуре 400 °C показал материал железо~~ температуре 650 °C
: >5 ; 3 мае.). В среде продуктов сгорания топлива при температур
'•г л к » и п я 8.43, Состав и облает в применения композиционных спеченных аи
Тугоплавкая NJ | Мо Ст С**
Основ» составляющая
Железо нс—27—35 12—26 3—7 0 5~11
0 q 0,5—5 0 6—15
» TiC или 0> 0 0 0 -
TiC + WC> 1
> 45 TiC— !0*г50 0-36 0—2 0—2 0
> FesC—0.39 о о 0 29 10 0 0 1—40 0 ч
Кобальт WC 9— П 0 2,5 0
Тугоплавкие ме- 0 0 0 0 0
галлы Мо, Nb, la,
W—0,01—80 < . . ... >.
Таблица 8.44, Фрикционные характеристики спеченных композиций,
работающих без смазки в азоте при ®с== 1,15 м/с, р — 2,0 МПа И £ = 583 °C
в течение 1 ч по стали [89, 622]
Состав композиции, об. доля ( 1 W, ВЫ а
Fe—графит (50 : 50) 0,\1 3,6
Fe—графит (40 : 60) 0,20 3,7
Fe—Мо—Си (64:18:18) 0,44 2,9
Ni — графит (30; 70) 0,07 6,5
Ni — графпт (20 : 80) 0,05—6,0 6,0
Таблица 8.45, Состав и области применении теплостойких спеченных^ анти
_____________________________________________________________________
. » Массовая
С Сг в Мо Sp №
На основе » 0,8—1,4 :елеаа 1,5 0,1—0,25 0 0 °
<0,1 1,5-3,5 л 16—20 0 0 0 0 13—20 0 0 0 0
0,5—1,5 и 3—25 0 0 3—20 5—20 0 0 0 1-15
тифрикционных материалов для работы при повышенных температурах
доля, % , , Область применения, условия работы Лите* ратура
с Добавки
0 06—2,0 0 1,5—6,5 3.25 0.02—2 0 0 Ti—0,15—2,4; Al—0,05—0,6; С—0,03 Си—1 5; РЬ — пропитка 0 Si, Al, CuO, V Ti W— 1,15 Pb —1—20 W — 7 —8 MoS8. NbS2, TaSa, WSa—20—97 Для изготовления инструмента и дета- лей, подверженных сильному износу и повышенным температурам Для деталей с высоким сопротивлением нагреву и износу Детали машин, работающие в условиях трения при высоких температурах и в агрессивных средах То же, а также в условиях вибрации Жаростойкий и износостойкий сплав Высокая сопротивляемость истиранию при высоких температурах Для работы в интервале температур 20—800 °C ' Для работы в интервале температур 20—1300 °C 1648] [734] [691] [652] [733] [321] [724] [540]
Продолжение табл. 8.44
Состав композиция, об. доля. Г >л. мм
Стеллит (П = 60 %) 0,38 2,1
Стеллит —Sb2S3 0,15 2,1
Со—ZrB (15:85) 0,48 1,2
Нержавеющая сталь 0,28 1,2
Фрикционных материалов
ДОЛЯ, % Другие добаэки Аитизадирные присадки, % Условия работы Лите- ратура
• Мп < 0,29 Si—0,1—0,5 0 0 0 Со —5 —25 0 BN —2 0 CaFj—2—10 0 Теплостойкий сплав Коррозионностойкий сплав для повы- шенных температур .ппог Подшипники, работающие до 400 “С Трение без смазки при повышенной температуре Износостойкие узлы трения д соких температур , [434] [367] [387] [553] [338]
Массовая
С Ст в Мо Sn 1,4 0 м 1
1,8 0
0 10—15 0 0 0 О’ 0 0
0,6—2,0 0,07—0.8 0 13—22 0 0,04—10,0 0,5—5,0 0 0 0 0 0,5—20
На основе ь 0 1вкеля 0 0 $ 0 0 Основа
0 10—18 0 0 0 Основа * to
0 0 0 10—12 0 Основа •
На основе и 0 0 едя 0 0 “ 0 0 0 0 4—20 10 2—15 0
я скорости скольжения 1 м'с и нагрузке 98 МПа работают подшипники, изгсй
товлениые из сульфоборированных спеченных нержавеющих сталей Х23Н115
1384]. свойства которых приведены в табл. 8.22.
Для работы при температурах выше 800 °C предлагаются сплавы на основе?
тугоплавких металлов (Мо, Nb, Та, W, Ti) или сплавы, в состав которых
вводятся карбиды тугоплавких металлов (табл. 8.43). Для работы при темпе-
РмТУР\Л С предложены материалы на основе тугоплавких металлов
(Мо, Nb, Та, W) с присадками дисульфидов молибдена, тантала и вольфрама
(табл. 8.43).
8.4.6. Материалы для работы при высоких скоростях скольжения
К повышенным скоростям трения относятся такие, при которых смазоч-
ные масла работают нестабильно, а именно в пределах 3—15 м/с. Свыше 15 м»в
применение смазок становится неэффективным, так как смазки отбрасываются
с поверхности трения инерцией.
Для изготовления деталей узлов трения, работающих при высоких скоро4
стях скольжения, широко применяют материалы на основе графита (типа угле-
графитовых, пластографитовых композиций, пиролитического, силицирован-
ного графитов). Однако в ряде случаев они недостаточно прочны и обычно хруп-
ки. Для работы в условиях повышенных скоростей часто применяют те 316
материалы, что и для работы при высоких температурах, так как высокие ско-
рости трения обычно приводят к повышению температуры поверхностей.
314
Продолжение табл. 8.45.
ДОЛЯ, % Другие добавки Антизадирные присадки, % Условия работы Лите» ратура
Си—11 >8 WSa или CaF2—1—30 Детали газовых турбин, работающих при температурах свыше 200 °C [571]
в. As или Sb—-1 »5—3,5 0 Для работы в интервале температур 50—370 °C, нагрузок 0,2—1,0 МПа и скоростей 4,35—35,8 м/с [741]
Со—6—15; 0 Для работы при температурах 100— 600 °C [732]
0 S—0,05—7,0 Подшипники поворотных устройств двигателей, работающих при 650 °C [384]
Си—10—20, РЬО—1—6, SiO2—1— 5 0 Узлы трения, работающие без смазки при 20—700 °C [21]
Fe—1—25 CaF2, SrF? или BaF»—7—16 Втулки подшипников с высокой ус- тойчивостью к окислению на воздухе при 500—1000 °C [346]
Ti-l—2; В4С—3—4; Со—20—22 1 0 Для длительной работы при 650 °C и давлении до 1 МПа [49]
0 WS2—25 Рабочие температуры 400—450 °C [345]
0 WS2 или MoS2—0—50 Для работы на воздухе и в вакууме до 600 °C [738]
Составы и области применения материалов, работающих при высоких
собны при трении при высоких скоростях ск°ль -рмпепатУО поверхностей
В табл. 8.47 приведены данные о легированных
и коэффициентов трения для железографитов Р 35 я нагрузке
сернистым цинком при торцевом трении без смазки ДР® » •
0,13 МПа по стали У9А, имеющей твердость 56-6^^^оДШЙПНЙКоБ скольже-
Широкие возможности открывает для изготскооостях, сульфоцемен-
иия и торцевых уплотнений, работающих при в веющИХ сталей Х23Н18,
тированные материалы на основе порошков р
Х18Н15, Х17Н2 и др.
8.4.7. Материалы для работы в воде и в коррозионных р
В Присутствии жидких активных сРед Р’^^иромышленности,
оборудования: турбины, насосы, агРегв™ ”“®анЯе для приготовления х
ные красильно-отделочные агрегаты, об?РУд „вание атомных реакторов Р-
ческих волокон и различных пленок, обоРУд масел исключается. Примi
В этих случаях применение обычных смаз антифрикционные мат р
мые в настоящее время для работы в воЛлаСтоГрафит), фторопласт и мь.
«эк углеграфиты, текстолит, антегмИто,^РпЖИвают условия работы,
иластмассовые композиций, не всегда выд р
Табл ива 8.46. Составы в области применения спеченных материалов, работаю
Массовая доля, % 1
На основе железа 0 0 Bi, As или Sb—1,5—3,5
10—15 0 и
3 0 0 0 0 ZnS—4
1,5—3,5 13—20 0 0 0 0
0,5—2 Л о ОП—-□“’“"Z j v, " '1 ' о
1—3 0 A о Ni—37,5—44
2—5 17,5 10—20 0 0 5 0 0 Pb—4,7
19 0 0 0 0 J Pb—4,8
На основе никеля Fp 5 go- BaFo 1—30
од—0,15
л п
0 и Л и п 0 0 Fe—18—45; CaFa, BaFs—
0 и и , 5—10; MoBa, ZrB2—5—10
На основе Cu, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Al
0 0 0 0 0 CaF2—39—50; MoS2, WSa, NbSa, VS2, NbSea, TiSea
Табл ива 8.47. Состав в свойства сульфидированных железографитовых
материалов [544J
Материал Массовая доля, % И, % НВ, МПа ^°с /
С ZnS Cu2S
ЖГрЩс4 1 4 0 10,4 1117 210 0,18—0,31
ЖГрЗЦс4 3 4 0 10,3 767 180 0,14—0,15
ЖГр5Цс4 5 4 0 9,6 931 210 0,14—0,22
ЖГр1Цс5,3 1 5,3 0 8,3 790 190 0,14—0,27
ЖГрЗЦсб.З 3 5,3 , 0 9,1 853 220 0,16—0,19
ЖГр5Цс5,3 ЖГр1Цс4ДсЗ,4 5 1 5,3 4 0 3,4 8,3 13,1 832 1185 200 210 ОД 2—0,30 0,17—0,18-
вым из них присущи высокая стоимость (фторопласт, углеграфит, антегмит),
хрупкость (углеграфит), разбухание в процессе работы в результате влагопогло*
щения (текстолит), сравнительно невысокая износостойкость.
для работы со смазкой водой созданы комбинированные подшипники,
у которых несущий корпус изготавливается из нержавеющей стали, а рабочий
слои состоит из пористой бронзы, пропитанной фторопластом. Они позволяю^
производить вапуск машин без предварительной подачи жидкости в узел тре-
» ^:Л0ГуТ Работать при нагрузках до 14,7 МПа и скоростях трения до 50 м/с
« п^пЛЛ°’”ртелом из нержавеющей стали с диффузионным хромированием
» последующим азотированием.
316
щих при высоких скоростях скольжения
Условия работы Литера- тура
В интервале скоростей скольжения 4,35—35,8 м/с при 50—870 ®С и р = 0,2 -т- 1,0 МПа В интервале скоростей скольжения 2—100 м/с без смазки и в режи- ме самосмазываиия То же Подшипники, работающие в режиме самосмазываиия при vc с 75 м/е При трении без смазки со скоростью 11—22 м/с при t > 400 °C Для повышенных скоростей скольжения при р < 1,8 МПа и / = 300 С Для повышенных скоростей скольжения при р < 1,8 МПа и t ~ 300 °C [741j [383] [383] [542] [386] [714] [714]
При трении без смазки при ос = 5-5-25 м/с То же при ос = 11 -5- 75 м/с [389] [390]
Для высокоскоростных узлов трения [189]
В агрегатах, работающих е коррозионными средами, содержащими кон-
центрированные или разбавленные кислоты, щелочи, окислители, хорошо за-
рекомендовали себя материалы на основе нержавеющей стали, подвергнутые
в процессе спекания химико-термической обработке — борированию или суль-
фо борированию.
Типы антифрикционных материалов, рекомендуемых для работы в воде,
приведены в табл, 8.48.
Для оснащения опор скольжения роликов красильно-отделочных агрега-
тов рекомендован материал МГ30ЖН1К.
Данные о свойствах некоторых материалов при трении в воде приведены
в табл. 8.49.
Характерным для металлографитовых материалов является отсутствие
схватывания даже при предельных режимах работы. Показатели характеристик
трения также зависят от составов рабочей среды и основы материала.
В условиях интенсивного потока воды или другой жидкости применение
металлографитовых материалов малоэффективно, особенно если жидкость несет
в себе абразивные частицы.
Для работы в этих условиях узлы трений изготавливают из высоколегиро-
ванных сплавов или закаленных хромистых сталей, тугоплавких соединений,
керамики или защищают их износостойкими покрытиями.
Некоторые материалы могут работать в среде расплавленных щелочных
8.4.8. Материалы для скользящего токосъема
Такие материалы необходимы для слабо- и среднеточной техники, ими осна-
Щают потенциометры, токосъемники, реостаты, коллекторы, они широко при-
меняются в радиотехнических и радиоэлектронных приборах.
8.48. Составы я области применения антифрикционных материалов.
металлов _ ——“ в.и 11 “ Массовая доля* Л . -
Основа NI Сг с Мо j Другие добавки
Железо > » » 1-10 7 14 0,4—4 0 10 5 0 0,2—1.5 1 1 0,6—2,0 0 0 0 0 В—0,005; Мп—1,0—3,5 0 0 Со—6—If
» 0 1.5 0,8—1,5 0 Si—0,1—0,4; Мп—0,03—0,2
> 0 0 3 0 MoS2—2; стекло — 7
> 12-26 7—16 0,03 3—7 Ti—0,5—2,4; Со—5—11;
Al—0,05—0 6; TiC—27—35
> 0 0 0 15 CaF2—6
Нержавекк 0,5—20,0 13—32 0,07—0,8 0 S—0,55—7,0
щая сталь То же 0 0 Пирогра- фит—15—63 0 Фторопласт—5—17
Ферритная 4 20,5—37,0 0,01 0,5—12 TiC—20—60;
сталь B, Si, Mn, Ai, Ti, Сц, Ta
Никель 24—'0 37-65 13,5-33 0 0,35—0,50 Al—0,5—2,5; TiC—15—40
> 0 0,05—0,3 0 Pb—3,5; Zn—6—9;
Кобальт или никель 50 0 0 0 Sb—7—9; Be—0,1—0,5 Трибаллой T-400
(61, 5Co, 28Mo, 8Cr,
WC Л 5—15 2,5Si) — 50
V 0 NbC—1—5
Ж; *в- 0 0 0 0 Ti, Zr, Hf—12,5—30
при трении в воде по етадиЦ4^(Ж<СХ43аК47|НСТН’СН некотоРых материалов
М2] 43~47) при ®с= 1 м/с и р == 2194 МПа
Материал Стандарт 1 7л< мкм/км
МГ30ЖН1К МЖМЦ10-3-1,5 БрОС10-10 АТМ-ГГрафИТ (МГ) ГФ-5М (БК) 80ФГ 17 318 ТУ 06156—73 ГОСТ 1628—72 МТУ 533-77 ГОСТ 2332-63 » ». • ее 0.4—0,06 0,03 0,04 0,05—0,06 0,03—0,04 0,01 0,04 6,1—1.1 370 40 Катастрофический 60—100 100 80
подвергающихся действию воды, агрессивных жидких
сред и расплавленных
Условия работы Литера- тура
Детали иасосов высокого давления, поршневые кольца Роторные втулки водопогруженных насосов То же Материалы для работы в коррозионных средах при абразивном из- носе до 500 °C Детали с повышенной термостойкостью и сопротивлением абразив- ному износу Детали, работающие в коррозионно-активных жидких средах и без смазки Детали, работающие в коррозионно-активных средах и при повышен- ных температурах Стоек против коррозии в жидком Na до 650 °C, в среде Аг е парами Na при 350 °C Износо- и коррозионностойкий материал Самосмазывающиеся износо- и коррозионностойкий материалы Детали гидроаппаратуры, работающие в коррозионноактивных средах Изиосо- и коррозионностойкий материал для работы в морской воде, в паровых и газовых турбинах Детали, подвергающиеся истиранию и коррозии, в агрегатах пище- вого машиностроения Детали, работающие в условиях сильной коррозии и износа при 980 °C, в химической аппаратуре Материал устойчив против коррозии и схватывания в расплавах Li, К Материал устойчив к абразивному износу, термически стабилен и ииертеи в агрессивных средах [170] 1136] П36] [735] [608] [213] [649] [540] [549] [423] [650] [651] [707] [739] [640] [540]
Контакты в слаботочных приборах передают станках,
ниц ампер. Скользящие электроконтакты в металл°°^
автомобилях, сельхозтехнике, в строительной техник^^эл^рат₽ высоКОЙ
передают токи в десятки и сотни ампер. „„/коэффициента трения, да-
электрозрозиониой стойкостью и низкими значенЛЛ“- пя/Хгаботочной техники,
вать минимум электрических шумов, особенно в пр р сплавы на основе
Для слаботочных электроконтактов ШИР°*° р сеоебро — палладий — ни-
Драгоценных металлов типов серебро — никель, р и & ним для
кель, золото — палладий — серебро, сеР®^р0 вещества, играющие роль
улучшения антифрикционных свойств молибдена, ниобия), халь-
твердой смазки,— сульфиды и селениды (ВОЛЬФР ’ ия фтористый кальций,
когеинды некоторых металлов, галоидные с Д
графит и др. /.„яботочных контактов, при-
Представление о некоторых материалах ДЛ
меняемых в СССР, дает табл. 8.Б0. пкпль3ящих контактов разработано
Для работы в области средних токов дл -ит упрочненный металла
большое количество материалов, содержат Р
ТаблиД» 8-50' Материал | ПдСр-70 (проволо- ка) материалы для слаботочных электрон оммутиру
ИТ«Л«П1** _ ..т. - Массовая доля» % tr 1 Г/СМ® 1 HB, f МПа | Л» Г мкОм, см
Ag—70; Pd — 30 10,8 980 12 ‘ 1
ПдС₽Н-70-5 Ag — 70; Pd — 25; Ni — 5 10,6 980 15
СПдЗ-1ТСу-10 Ag —48; Pd —25; Au — 17; Sb-io ’ 11,5 735—882 2,2
СНДсМ-7,5 Ag —65; Ni— 27,5; MoSa— 7.5 ' 9,05 284, 43 i
СПдФ-2 Ag — 88,5; Pd — 29,5; CaF2 2,0 9,63 I 1009' < 18
СПдН5-3 Ag - 63; Pd — 25,0; Ni — 5,0; C-3,0 10,0 686 18 "
СНДсМ-2,5 Ag-67,5; Pd-b25, Ni — 5,0; MoS3 — 2,5 10,2 980 20
Табл вda 8.51. Характеристик^ материалов скользящих электроконтактов для
электропоездов в троллейбусов
Массовая доля, % Длина пробега при работе без смазка, тыс. хм Литература
Ре Си с РЬ
95 86 0 0 б 0 (7361
82 4 О 14 8 0 2 4—7,6 [727] [740]
веяли® П0Р“ “««Риале- методой пропитка вводится Q.5-10 мае. % А»«
820
ющих приборов (4C1J
Краткая характеристика технологии изготовления контактов Назначение
Исходные материалы: порошок сплава серебро-палладий. Прессование крупнога- баритной заготовки, твердофазное спека- ние, допрессовка, отжиг, экструзия в проволоку, пруток или леиту, отжиг и высадка контактных деталей Скользящие контакты для потенцио- метров е двухсторонним вращением платы, работающие с большими ско- ростями, при нормальной и повышен- ной температурах, коммутирующие токи от миллиампера до 5 А
Исходные материалы: гомогенизированная смесь порошков серебра, палладия и ни- келя. Прессование крупногабаритных заготовок, их твердофазное спекание, допрессовка, отжиг, экструзия, отжиг и высадка контактных деталей То же
Смешивание порошков исходных мате- риалов, прессование заготовки, спекание, допрессовка, экструзия, высаживание контактов Скользящие контакты для потенцио- метров, работающих в условиях по- вышенной скорости вращения платы
Смешивание порошков исходных мате- риалов, прессование контактов, твердо- фазное спекание в среде аргона, допрес- совка, отжиг Скользящие контакты потенциометров, токосъемники, переключатели, рабо- тающие в вакууме
Смешивание порошков, прессование, твердофазное спекание, допрессовка, отжиг, экструзия или прокатка и воло- чение в проволоку, леиту, штамповка контактов Скользящие контакты токосъемников е коэффициентом трения 0,27, рабо- тающие в приборах при температуре 500 °C, не изменяющие контактное сопротивление, коммутируют токи до
Смешивание порошков, прессование с подслоем из серебра, твердофазное спекание, допрессовка, отжиг Разрывные контакты слаботочных ре*- ле, скользящие контакты потенцио- метров, токосъемников
Смешивание порошков сплава серебро — палладий с никелем и дисульфидом мо- либдена, прессование при 300 °C, экст- рузии в прутки, проволоку или Ленту, отжиг, штамповка контактов Скользящие контакты слаботочных потенциометров, токосъемников
Таблица 8.52.
[419]
Характеристики электрощеточиых материалов
Материал Массовая доля, % г/см8 НВ, МПа Р. мкОм-см
Си С
МГЗ 97 3 6,8 235 0,035
МГ5 95 5 6,0 147 0,047
И 5-359
321
B.S3. --------- - "««.а «»»
С Л 2—12 Sn 0 AI 5—10 Ni 0 Массовая Д’ рь 0.3-6.0 зля, % Сульфиды 0 Другие добавки 0
1—15 0 0 0 0 CuS—I—Ю; MoS2—0,5—3,0 0
1-5 0 0 0 0 CuS—1—Ю Сплав F в-—Cr—0,2—5,0
0,3—3,0 2—8 0 0,1 0 * CuS—2—10 Fe—3—12; борид железа -0,2-5,0
0,2—5,0 7-11 0 0,3—6,0 0 0 Mo, FeW или нержавеющая сталь —3—25
0,5—6,0 2-13 0 3-15 2—8 0 0
jw-5 5-15 0 0,5—2,0 0 FeS или CuS—3—15 FeW или FeMo, или FeTi, или FeP—3—15-
1-5 3—15 0 0 0,5 0 Cr—3—20; P—0,1—0,2
1-4 3—8 0 2-6 2—10 CuS—I —10 0
5-30 1-3 2—10 4—10 0 0 -1 0 2—13 . 2—10 0 0 0 Cr—2—30; Ag—2—20 Fe—0,4—*15; Cr—0,6—3; B—0,1—1,0; Si—0,1—1,0
» ”»">««»»» «о.™
Массовая доля, %
c Си Pb Ni Mg Si Другие металлы Лите- рату- Р»
0,5—5,0 0 0,5 5,0 0.5—10 0,5—10 0,5—Ю 3,45 0 1.0—25 t0—6,0 0.5—5,0 0,5—5,0 0 0,2—2,0 0,2-2,0 0 5,0—25 5,0—25 MoSa, Cr—1,0—5,0 Cr—0,2—5,0 MoS2—0,5—5,0: Cr—0,2—5,0 [610] [6111 [612]
322
контактов
Свойства Назначение Литера* тура
ал = 0,41 Дж/сма; р = 25 мкОм см Скользящие контакты электропоездов (574]
«= 7,2 г/см*; НВ = 372ч-392 МПа; 1 ав = 136 МПа; 6 = 0,5 % Пластины пантографов [601]
v= 7,4 г/см3; НВ = 440-5-460 МПа; ав = 134 МПа; 6 = 4%; р = 4,48 мкОм * см Токосъемники скоростных электрокар [ЗН]
ж * * Пластины пантографов [585]
• • • То же [433]
Повышенная ударная вязкость и плас- тичность Т окосьем ники [324]
Повышенная износостойкость Пластины пантографов [5]
» • ж То же [253]
» « «* Наружный слой токо- съемников [312]
• • • Электроды для подвода больших токов [327]
НВ=725ч-872 МПа; ав = 323 -5- 333 МПа; вк — 9,8 ч- 12,7 Дж/см2; р — 18-5-20 мкОм • см Токосъемники скоростных электрокар [171]
Химический состав некоторых матеР’*ал°5’1 П£^спростмнениым классом
поездов и троллейбусов, приведен в табл. 8.51. Еа Р р ов и раЭ.
материалов являются материалы для шегок динамома Р
личных уплотнений» „„„„ _ я ко Эти мате-
Состав некоторых Щеточных материалов привд тренИЯ
риалы позволяют снимать ток 15—20 А/см , раоот ю у их материалов
20-25 м/с с коэффициентом трения 0,20-0 25. Легирование /ока до
оловом и свинцом до 7 % позволяет повысить коэффициент трения до
27 А/см2, скорость скольжения - до 55 м/с и снизить коэфф
0.14-0,17 Ц1]. р „„апа им„_ мест0 ПрИ использовании
Дальнейшее улучшение свойств материала
частиц исходного графита, плакированного мд • появилось большое
В последние два десятилетия в патентао,® л Р„ЛекТроконтактов на мед-
количество сведений о материалах для скол?зща никеля и алюминия
«ой основе (табл. 8.53), на основе серебра, железа, ни
(табл. 8.54).
!!♦
Тзблипа 8.55. Составы и области применение материалов Д** ™РЦе»ы%
- - --Xf- ' ** __ QJ
С Mase Cu овая доля, % А1 Другие добавки
40—70 0 30—60 0
12,5—16,0 23,5—24,5 0 Ni—60—63,0
о 19—24 сплава
76—81 У 32 Си — 38 Sn — 30 Sb
60—75 об. % (частицы графита покрыты Ni) 50—80 1,5—3,6 Остальное Fe или Si < 2 Fe — основа; Pb — 3—4; Ni _ J ,5—8,0
0,6-0,9 0
10 0 0 Ni —44; Fe —43,5;
ZnS2,5
Таблица 8-56. Составы и области применения уплотнительных материалов,
и- .. - - — —-- - _ - -—. - . — — > . - —------' —
Массовая
X——— Cu № Fe Карбиды
18*20 40—42 0 Сг3Сз —8—40; TiC — остальное
0 0 Основа WC и двойные карбиды V, W, Nb, Та — 15-45
55—90 10—45 <5 WC, NbC, VC, ТаС —35—70
0 0 0 TiC — 35—80
Основа 0 TiC — 5—20
и
0 0 0 TiC — 80
Основа 5—10 0 WC
0 Основа 0 WC
уплотнений, содержащих графит
Метод введения металлической составляющей J Области применения «Лите- ратура
Нанесение алюминия на волокна или порошок графита методом элек- троосаждеиия Смешивание исходных порошков Прокладки для роторов двигате- ля Ванкеля {719]
Уплотнительные кольца двигате- лей с температурой газов до 450 °C [465]
Пропитка графита сплавом .. а • [575]
Смесь порошков наносится на тру- щуюся поверхность газовой горелкой Подвижные уплотнения газовых компрессоров [687]
Спекание смеси порошков Уплотнительные кольца [680]
То же Торцевые уплотнения насосов и агрегатов по переработке молоч- ных продуктов [382]
содержащих добавки карбидов
доля, % Области применения » Литера- тура
Другие добавки
0 Уплотнения судовой арматуры, седла торцевых уплотнений [427]
Сплавы Fe—В, Ni—Мп—В, V—А1, СиаР для появления жидкой фазы при спекании Уплотнения ротационно-поршне- вых двигателей [619]
А1 — 0,5—3,0; Мп-<2 для процесса старения сплава Уплотнения, работающие в раст- ворах солей, торцевые уплотне- ния в торпедах [7Н]
Сталь состава I,5C; < 1.5S1; 0.5—12,5Мп; 1,5—20 Сг; 1 — 16 Мо; <3,8Ni; 0,5—2,5 Си; < 1,5 Nb; < I.8A1; <10 Со; <3 Ti; < 0,05 В Торцевые уплотнения, работаю- щие в агрессивных жидкостях [647]
РЬ-3-22; Sn<15 Скользящие уплотнения ротора двигателя внутреннего сгорания [688]
Мо, Ni — 20 (в связке) Торцевые уплотнения [194]
50-7°; Со-0,5-5,0; Сг-о,5—5,0 Уплотнения и подшипники сколь- жения [И6]
Со и С Торцевые уплотнения [92]
Марка материала NL | Си | Fe | Д1 с Другие добавки
у пт* 94 0 0 0 0 6 6 0 0
УПГ-1К М16Г 94 60—65 0 23,5—24.5 0 0 о 12,5—16,0 0 0 Слюда — 7,35
НС-20 92,65 0 о 2—8 Силикат натрия —
нсн 40—60 0 и 18—20; BN — 12—20- СиО — 8—14; CuSO4 —
4—12
С-137 90 0 0 л 0 о 8 0 Si —2 Si— 2—3; BN —4,5—7
КН Ml 91—93 0 0 Основа 0 о 1—13 1-12 о 0,5—9.5 0,5—9,0 0 Мп — 0,5^-4,0
М2 0 Q 0.5—9,0 Мп 0,5—15,0
М3 0,3—0,5 п 70—90 0,5—25 0 BaFa — 0,5—15
Ж-1 ХМ-1 и 0 0 77—81 0 0 Сг —13; Mo —2; CaFg —4—8 I
АМГ 0 0 0 79—87 10—16 Mg — 2,5—5,0 4
8.4.9. Материалы для торцевых и радиальных уплотнений
Эти материалы широко применяются для устранения зазоров, через кото-
рые происходит утечка газов, жидкостей и пара при работе турбин, насосов
и компрессоров. ,
Торцевые уплотнения в различных машинах и механизмах работают в ши-
роком диапазоне скоростей скольжения (1—150 м/с), нагрузок (0,05 0,29^МПа
и температур (от —60 до +500 °C). От материалов торцевых уплотнении тре-
буются низкие значения коэффициента трения, высокая износостойкость, кор-»
розионная стойкость в рабочих средах, хорошая прирабатываемость, достаточ-
ная механическая прочность. Обычно для изготовления торцевых уплотнений
применяют те материалы, которые работоспособны при высоких скоростях
скольжения, достаточно плотны и коррозионностойки.
В табл. 8.55 приведены характеристики некоторых материалов на основе
меди, никеля, железа и алюминия, содержащих графит, для торцевых уплот*'
иений» Повышение работоспособности таких материалов достигается введением
твердой смазки и дополнительного легирования.
Для изготовления торцевых уплотнений в химическом машиностроении
хорошо Зарекомендовали себя пористые нержавеющие стали или термохроми-
рованное пористое железо, пропитанные фторопластом.
Одиим из направлений разработки уплотнительных материалов является
введение, в матрицу из пластичного металла (медь, никель, кобальт, железа)
порошков прочных соединений — карбидов, боридов и т. п. (табл. 8.56).
Радиальные уплотнения (уплотнения проточной части) газовых и паровых
турбин должны обладать такими основными свойствами, как устойчивость
против эрозии в среде рабочего потока, иметь достаточную механическую проч-
ность, обладать малым коэффициентом трения и износом, хорошо прирабаты-
ваться, ие изнашивать детали ротора, не наволакиваться на иих и не схваты-
вать в процессе трения при пуске турбины и во время ее работы. Это дости-
гается введением в металлическую матрицу слюды, окислов, фторидов и других
добавок (табл. 8.57, 8.58).
Эти материалы находят следующие области применения. Никель-графи-
товый материал (УПГ-1 и УПГ-1 К) применяют для уплотнения проточной
части паровых турбин. Никель-медь-графитовый материал (М16Г) обладает
хорошей прирабатываемостью при сохранении достаточной стойкости прогив
326
газовых турбин
и. % НВ, МПа СТИ- МПа ° к- Дж/см» Литература
8—13 441—539 196—215 1—2 [461]
5—8 441—588 294—441 3,9—10,8 [461]
176—343 30—98 [461]
5—6 588—686 294—343 14,7—19,6 [461]
• • * » ж. « ri • • а а [233]
• Л • •' » Ч [53]
24’5—490 88—177 . . а [54]
6—8 490—588 372—411 9,8—14,7 [308]
6—8 490—588 343—392 9,8—14,7 [308]
6—8 392—490 245—343 9,8—14,7 [309]
12—13 588—686 441—490 5,9—6,9 [461]
7—10 980—1049 490—588 24,5—54 - [461]
• • * • " • .. . а < • [122]
газовой эрозии. Он применяется для уплотнения радиального зазора лабирин-
тов турбины, обеспечивая величину зазора 0,2 мм. Материал окалиностоек до
500 °C в течение работы двигателя до 2000 ч.
Уплотнительный материал КН (никель — кремний — нитрид бора) обла-
дает хорошей окалиностойкостью до температуры 850 °C и может быть исполь-
зован для изготовления вставок уплотнительных колец сопловых аппаратов
газовых турбин.
Материал НС-20 пригоден для уплотнения проточной части газовых тур-
бин. Отличается высокой жаростойкостью в интервале температур 800—
1000 °C, высокой ударной вязкостью, стабильностью структуры и твердости
в процессе эксплуатации в окислительной среде, удовлетворительной прираба-
тываемостью. Медь-графитовые материалы (Ml, М2, М3) могут применяться для
концевых, диафрагменных уплотнений и для уплотнения проточной части паро-
вых турбин, а также диафрагменных уплотнений стационарных паровых тур-
бин.
Материал Ж-1 может употребляться для уплотнений проточной части паро-
вых турбин.
Таблица 8.58. Некоторые свойства и работоспособность уплотнительных мате-
риалов для паровых и газовых турбин [461]
Марка материала а. 10», К-» f Срок службы, годы Допустимые параметры газового (парового} потока
6 ®с р, МПа о, м/о
® Упг-|к НС-20 КН М2, М3 хм-1 15—18 15—18 15—18 12,5—13,0 0,006—0,009 0,1 0,2* 0,03—0,1 ’ 0,4’ 1,5—2,0 0,5 0,5 0,5 2 1,0—1,5 2,0—2,5 500 500 1000 850 500 600 600 8,82 а « ха» 8,82 14.7 14.7 300 300 500 500 100 150 150
Железохромомолибденовый материал (ХМ-1) обладает удовлетворител
ной жаростойкостью и эрозионной стойкостью при температуре до 600 °C в Ль
некие длительной работы в паровой среде и применяется для уплотнений
точной части паровых турбин. ₽й'
8.4.10. Материалы для поршневых колец
Поршневые кольца работают при температурах до 250—450 °C, в уело-
виях граничного трения, при высоких напряжениях. Поэтому чугун не является
идеальным материалом для этих условий. Разработан ряд составов спеченных
материалов (табл. 8.59). Главным при создании материалов для поршневых
колец является получение высокой теплостойкости (сохранение упругих свойств
при длительных выдержках при высоких температурах), низких значений коэф,
фициента трения и высокой износостойкости. Эти задачи решаются легирова-
ннем железной основы и введением сульфидов или мягких металлов (типа свин-
ца). Поршневые кольца, изготовленные методом спекания, имеют в 2,0—2,5 раза
более высокую износостойкость в сравнении е кольцами из серого чугуна и при-
ближаются по стойкости к износостойким чугунам, подвергнутым дополни-
тельио хромированию.
Таблица 8.59. Составы материалов иа основе железа для поршневых колец
Массовая доля, % Другие добавки "—"— Лите*
Си 1 с | РЬ ратура
39 6 0 Be — 1 [63lf
0 1.5 0 0 1618]
05 0,5—1,5 1,0—10,0 1 Sn —0,4 [6821
0 <1 4,0—10,0 0 [681]
3 1,25 0 Мо —0,9; Мп —0,5 [736J
10 2,5 0 0 [4791
1,5-5,0 0,9—0.5 0 0 [479] [737] [457] [540] [551] [551] [7231
0 2 0 0,5—1,5 2,5 3,0—3,5 0 0 0 А12О3 —0,25—10,0 0 Сг — 2—6
2 2 4—6 1,35 1,35 0,8—1,2 0 0 0 ZnS — 4 Чугун —5—10; ZnS — 4—5 Si —0,3—0,8; Мп —0,4—0,6; Sn, Zn
4,0—1,5 или Al — 0,4—1,2 .
<3 0 Сг—1,0—5,0; Ni—0,1—0,5; 1470]
0 о 0,8—1,5 0,1—1,0 и 0 Мо —0,5—1,0; Мп <0,1; Si — Сг—1—5; Мп —0,03—0,2; Si- 0,1—0,8 -0,1—0,4 [540]
0 Мо — и,2Ь—в,0; поры пропитывают сплавом на основе меди (Си —5Сг [664}
оэси — 30Zn — 5Sn, бОСи — 30Zn —
OJ-г — 5Sn), свинца CPb -- 20BL
0 0,5-2,0 0,5—10,0 оуъь—40РЬ) или чистой сурьмой Сг— 0,5—10,0 [320]
ГЛАВА 9
ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
так
ты,
ных
9.1. Введение
Фрикционные узлы принадлежат к наиболее важным узлам в машинах,
как они в первую очередь определяют надежность и долговечность их рабо-
а во многих случаях (авиация, автомобильный транспорт) и безопасность.
Спеченные фрикционные материалы предназначены для работы в различ.-
тормозных и передаточных узлах самолетов, автомобилей, гусеничных
машин, дорожных и строительных механизмов, станков, прессов и'т. п.
Использование этого класса материалов для работы с принудительной
смазкой (фрикционы, электромагнитные муфты,- синхронизаторы, муфты пре-
дельного момента, гидротрансмиссии и т. д.) и без нее (муфты сцепления,
тормоза, электромагнитные муфты и др.) взамен применяющихся литых (сталь,
чугун) либо асбофрикпионных материалов в сопряжении с чугуном или сталью
позволяет повысить долговечность, надежность и эффективность фрикционных
узлов машин и механизмов, создать новые конструкции фрикционных узлов
с высокой энергоемкостью, высоким и стабильным коэффициентом трения, высо-
кой износостойкостью и термостойкостью обоих элементов пары трения. При-
менение спеченных фрикционных материалов не только улучшает технические
характеристики машин, но и обеспечивает высокую экономическую эффектив-
ность за счет увеличения долговечности узлов трения и снижения эксплуата-
ционных затрат.
Основные механизмы, где применяют фрикционные спеченные материалы
[534|-. передаточные устройства, обеспечивающие передачу трением вращения
с одного вала на другой, работающие всухую — слабонагруженные (сельско-
хозяйственные тракторы, металлорежущие станки, контрольные системы в са-
молетах, дорожные тракторы), средненагруженные (чеканочные и штамповоч-
ные прессы, промышленный транспорт); тормоза для работы в условиях сухого
трения — средненагруженные (автоматические, штамповочные и чеканочные
прессы), тяжелонагруженные (самолеты); сцепления, работающие в масле
Средненагруженные (легкие автоматические трансмиссии, металлорежущие
станки, сцепления управления тракторов), тяжелонагруженные (силовые транс-
миссии в тракторах); тормоза, работающие е жидкой смазкой средне- и тяж
Загруженные (Гру30ВИКИ для работы в сельской местности).
Основное различие между сцеплением и тормозом состоит в д
еРедачи энергии: сцепление работает около 1 с, а тормоз — * опое.
Условия работы тормозных и передаточных фрикционных у рб „иями
апЛ10™ пРежДе всего их назначением, режимом эксплуатац и Р которых
РабДЪЯВЛяемыми к машине или механизму, в кинематической
°тают фрикционные узлы. „««..тих пои трений
^Характеристики некоторых фрикционных узлов, работают Р
и в масле, даны в табл. 9.1. „„ „-г^яппивают в виде
Дископ ИКВДонные элементы со спеченными материала ОНИ представ-
ляют °’ ?КТ°РНЬ1Х накладок и колодок различной конф УР ' несуЩего кар-
S? о°лб0Й’ как давило, конструкцию, состояшую^из стального^ДЩикцио'.
• облицованного с одной либо с двух стопой слоем
т..лив. 9.1. И»»»—” У»"»
Фрикционное устройство Фрикционная вара й Фарма фрикдиоц.1 ных элементов 1
сУхое
Авиатормоз Асбофрикционный либо Спе- Диск, наклад.
ченный материал — чугуи ка
Муфта сцепления трактора и тяже- лого автомобиля Колодочный тормоз тяжелого гру- Асбофрикционный материал— чугун То же Диск Колодка
нового автомобиля Ленточный тормоз трактора » » Накладка
Электромагнитная муфта Спеченный материал — сталь Диск
Т р е и и%
Фрикцион гидротрансмиссии гусе- То же Диск
яичных машин
фрикцион гидротрансмиссии авто- мобилей & в Ж
Синхронизирующее устройство Спеченный материал — сталь; асбофрикционный материал — Диск, конус
чугун
него материала. Последний состоит из основного металла, компонентов, улуч|;
шающих механические и теплофизические свойства основы, и компонентов*
Рис. 9.1. Конструкция спеченных фрик-
ционных дисков для работы в условиях
смазки
повышающих сопротивление мате?
риала схватыванию и коэффициент
трения пары.
В фрикционных устройствах, ра-
ботающих в условиях смазки, при-
меняют в основном элементы в виде
дисков. Представление о типах по-
следних для масляных узлов трения
дает рис. 9.1.
Размеры некоторых дисков, вы-
пускаемых в СССР, приведены в
табл. 9.2.
При применении спеченных ма-
териалов в устройствах с жидкой
смазкой коэффициент трения, изно-
состойкость и плавность включения
в значительной мере зависят от кон-
струкции рабочих поверхностей
фрикционных дисков. Для обеспече-
ния необходимой циркуляции смаз-
ки между трущимися поверхностями
на последние наносят различной фор-
мы канавки. Они обеспечивают под-
вод охлаждающего масла, служаТ
для быстрого удаления избытка мае*
включения, а также для улавливания
ла с трущихся поверхностей в момент
и удаления продуктов износа. < к<г
Форма и расположение канавок существенно влияют на величину в
рость достижения крутящего момента, атакже на величину коэффициента трев
8 смазке (534]
Квз «с» “/с р, МПа Тц, S Дж/мм* t, “С
рс н <0,7 <30 0,8—1,2 <30 <40 <600>
<0,8 <30 0,15—0,35 1,0—2,0 1.5—4,0 <300
<0,8 5—8 0,7—1,0 • • яг <3,0 <400
<0,7 <6 <1,5 <3 <20 <300
<0,5 <20 ‘ <0,7 <0,5 <1,2 । <юо
в масле 0,4—0,6 6—30 1,5—3,0 0,5—1,0 <2 3 - .
0,5—0,6 15—30 <5 0,5—1,0 1,2
0,5—0,6 <15 <1,5 30 <3 j •
На рис. 9.2 показано влияние девяти различных типов канавок ,_на ско-
рость достижения крутящего момента [534], а на рис. SL3 — влияние геомет-
рии смазочных канавок на величины крутящего момента и коэффициента тре-
яия [675].
Таблица 9.2. Характеристики спеченных дисков, применяемых в СССР [534]
Завод-изготовите ль ——11 1 ——— —г Узел трения А | dH , им ^ВН* —Н 1 к । мм
Ижевский машза- вод мтз, хтз ЗИЛ ХТЗ БелАЗ МАЗ ЧТЗ Муфта сцепления мотоцикла Фрикцион коробки передач трактора Муфта автоматической коробди передач- автомобиля Фрикцион коробки передач траитора Фрикцион гидромеханической передачи самосвала Фрикционная муфта автомобиля Механизм поворота трактора тзз 150 ,150 S16 244 Ь11 |42О 102 111 111 116 ~197 259 320 2,5 2,5 2,0 ,3,5 2—4 3 6
В фрикционных устройствах, Ра^°г®^чиХ^емен[гов я форме дисков пр
моза, муфты сцепления и т. д.), кроме Ра® ,р
меняют детали в виде конусов, лент, к°л°"°*ивают в виде кругов »л«
Чаще всего фрикционные элементы из чьяЫМИ каркасами) я и^чп£Лия
«ентов (преимущественно армированных с’Г9 4). фрикционные надели
их к стальным несущим конструкциям в аиде вакладок
48 материалов на железиой основе чаще в
1ХмоТ£Х”держ имеющей обычно прореви дли предотвращав
„ ^з00--------------
< '
^200
Ci
' 4
-j-j
3,5,8
a
7
в
§
/ 2 “3 4
Время включения, с
S
Рие. 9 2. Фрикционные диски с различной формой канавок (а) и зависимость их
крутящего момента от времени в момента включения to)
коробления ее под влиянием тепловик напряжений, возникающих при трении»
>акая система оформления тормозных элементов хорошо зарекомендовала себя
в тяжелых условиях работы, например в авиационных тормозах.
9.2 Технология изготовления фрикционных изделий
9Л.1. Общая схема технологии изготовления фрикционных изделий
В фрикционных материалах сочетается металлическая несущая матрица,
обладающая необходимыми свойствами прочности, износостойкости, жаропроч-
ности и пластичности, с хрупкими наполнителями, которые вводятся для дости-
жения необходимых значений коэффициента трения, вредотвращевия схваты-
ваиия и стабильности значений коэффициента трения. В связи с этим спеченнв»
фрикционные материалы представляют собой сложные композиции из металла,
веских и неметаллических порошков. Доля последних нередко достигает 50
60 об % Высокое содержание неметаллических добавок снижает прочность
металлической освовы, ухудшает прессуемость и требует приложения иагруЗКи
п^ека^ии Поскол'ь/у "фрикционный материал после спекания хрупок изд 1
лия изготавливают обычно с более прочной/тальнои прокладкой, к которой
с опиой или с двух сторон припекают фрикционный слой- - J
Основные этапы технологии изготовления фрикционных изделий: подго:
товкашикпнков” стальных несущих каркасов; смешивание компонентов исход-
ной шихты- прессование заготовок фрикционных изделий, спекание изделий
под давлеииемР в защитной среде; отделочные операции (шлифовка, нарезка
Общее представление о применяемых вариантах изготовления фрикцион-
ных материалов дает схема на рис. 9.5. „„„„„„„„„
Эта типовая схема меняется или дополниется по мере появления новых
составов, повышения требований к материалам, изыскания путей более эконо-
мичного изготовления н т. д.
При подготовке исходных порошков в ряде случаев применяют такие опеь
рации, как довосстановление оксидов, 'нанесение металлических покрытий на
порошки неметаллов и металлов, предварительное совместное спекание смесей
порошков и размол спека перед дальнейшей шихтовкой и др.
При формовавии фрикционных изделий применяют прессование при ком-*
натвой температуре, горячее и «теплое» прессование, напыление на подложку,
прокатку, прессование е одновременным формованием канавок на поверхности1
фрикционных дисков и другие методы. При спекании имеют место такие ва-^
риаиты, как спекание без приложения давления, под давлением, в присутствии
жидкой фазы, электроразрядное и электроискровое спекание, двойное спека-
ние х промежуточной допрессовкой, спекание и дополнительная термическая
обработка и др.
Операции доводки могут включать в себя рихтовку, токарную обработку
или шлифовку, нарезку кававок, формование конусных или цилиндрических
поверхностей штамповкой,
В технологию включается также ряд контрольных операций — определение-
твердости, прочности припекания фрикционного слоя к подложке, контрол^
химического состава, определение фрикционных характеристик.
9.2.2. Выбор и характеристика порошков
и. 8 качестве компонентов, образующих металлическую матрицу материа-
лов, обычно используют порошки меди и железа.
является матеРИЯЛ0В на медной основе наиболее подходящим
лизом Он обе " Р°“°К С дендРитИ0Й формой частиц, полученный электро-
смешивании бе« плрпоТ Рав“омеРиое распределение порошков-присадок при
Сферические ппппшкя дУЮ1цей сегрегации, обладает хорошей прессуемостькх
Для изготовления’гЬп1^/ЧеННЫе Распылеиием> не имеют этих преимуществ,
порошки марок ПМА 1пмгН?ХпмТ^>иалов пРименяют электролитические
<гост ««>-&>•
тиц, уменьшающую сегрегацию различных1* пИпМнеЮТ РазветвленнУю *°РМУ ча£
мость. Для изготовления ЛпикпиоЛи» пр”садок и улучшающую прессуе-
кие и очень мелкие железные попДпЛизделий рекомендуется применять мел-
исходного порошка наблюдается улу^шениГлпия ° Увелкчением Дисперсности
В некоторых случаях лля ФРикнионных характеристик [I68J.
леза используют порошок железа и^’.Фр"КЦИ0ННЫх изделий иа основе *е-
олова или сплХ медЬ I олово ЬЧ4^п'1Ы КОтоР°го покрыты слоем меди (5341.
«лава медь олово (534]. Плакирование порошков позволяет ио-
334
лучать фрикционные изделия при низком давлении прессования (примеоно
25 МПа) и низкой температура спекания (810—820 °C). р
В материалах, в которых основным компонентом является медь исполь-
зуют порошок железа с дисперсностью менее 60 или 100 мкм [534].
Сорт графита, определяющий его чистоту от зольного остатка, не влияет
существенно на фрикционные свойства материалов, поэтому возможно примене-
ние порошка графита различного происхождения [107, 144, 168, 634[, в част-
ности выпускаемых по ГОСТ 5279—61.
( Значи1вльно большее значение имеет его гранулометрический состав. В ос-
новном оптимальным размером частиц графита является 20—90 мкм [534, 634,
636, 713]. Однако в материалах на основе железа с высоким содержанием гра-
фита (более 10—15 %) предпочтительно применять крупнозернистый порошок
графита, например с размером частиц 300 мкм [534].
форма и размер часгиц порошка олова существенно не влияют на техноло-
гические свойства и структурообразование. В производстве фрикционных мате-
риалов используют порошок олова, получаемый методом распыления, с разме-
ром частиц 50—60 мкм (олово марки ПО, ГОСТ 9723—73).
Другие легкоплавкие металлы — свинец, висмут, сурьма, мышьяк — при-
меняют в материалах на медной и железной основах в качестве твердых сма-
зок. Так как эти металлы в процессе спекания находятся в жидкой фазе, исход-
ный размер частиц не влияет на фрикционные свойства.
Свинцовый порошок, выпускаемый в СССР, изготавливают методом распы-
ления. Применяют порошок свинца марок ПСА и ПС1 (ГОСТ 1638—70), у кото-
рых 75—90 % частиц имеют размер менее 45 мкм.
В качестве фрикционной добавки в материалах на бронзовой и железной
основах наибольшее распространение получил диоксид кремния. Дисперсность
и форма частиц могут изменяться в очень широких пределах и зависят от со-
става материала и предъявляемых к нему требований. Для изготовления фрик-
ционных материалов на основе железа используют кварцевый песок первого,
второго и третьего класса, содержащий не менее 94 % оксида кремния (ГОСТ
2138—56) с размером частиц 160—63 мкм [168].
В материалах на медной основе оптимальным является размер частиц
оксида кремния 20—63 мкм, предпочтительнее 30—45 мкм [144, 534]. Однако
в ряде случаев применяют и более крупные частицы.
Для использования в качестве фрикционных добавок предпочтение отдается
частицам остроугольной формы. При использовании в фрикционных материа-
лах таких добавок, как полевой шпат, муллит, кианит, нефелин и других в боль-
шом количестве (до 20—40 об. %), их частицы должны иметь остроугольную
форму и относительно крупные размеры — 250—400 мкм, при меньшем содер-
жании (5—15 об. %) — 250—800 мкм и выше [534].
Порошки карбида кремния и других карбидов рекомендуется применять
со сравнительно крупными размерами частиц — более 160 мкм [534].
Гранулометрический состав фрикционных добавок влияет не только на
физико-механические и служебные характеристики спеченного материала, но
и на технологичность шихты. Увеличение содержания фрикционных добавок
в материале требует повышения давления прессования, что сопровождается
увеличением износа пресс-форм.
9.2.3. Приготовление и дозирование шихты
Перед приготовлением шихты исходные порошки могут подвергаться вос-
становительному отжигу для удаления избытка кислорода, сушке для умень-
шения содержания влаги в порошках и облегчения их прессования, сушк
подвергают в основном неметаллические порошки. Для удаления внутрикр -
сталлитной влаги в оксидах кремния и алюминия, в минералах, асбестах РУ'
сих материалах рекомендуется подвергать их прокаливанию при темпер т. р
&0~1100°С и выше в воздушной среде. Плпячпвав-
Дл* Уменьшения размера частиц материалов или разрушен|ия р
ихся при восстановлении илн прокаливании агломератов илi „ы_ кон.
nw операцию измельчения в размольных агрегатах раз р
етРукций.
Пля получения порошков заданного гранулометрического состава их I
но просеивают через сетки с "“®х°^им“" материалов металлических и Ие1лУ
Ввиду наличия в GOC’aB%JP™b"o отличающихся по плотности,
таллнческих составляюш > должно быть уделено процессам приготов.
и размеру частиц, особое вним компонентов в шихте обеспечивает
дения ш”хт“'12в“°иХ°их разменов спрессованных изделий, а также гар^З
стабильность геометрически р м Р иа/ов с однородной структурой, оДИн2
ков^и и°стабальными физико-механическими свойствами и эксплуатационный
ХаРапГяР смешивания порошков в производстве фрикционных спеченных' йзд1
лий Хеия^г конусный, шнековые и центробежные смесители, шаровые мел|-
ИИ№ПроХжТ^ь“осТ^мешиванияЮ пГихты устанавливают опытным путем.
Она заРви^™ипа применяемого смесительного оборудования, состава мате_
вняла и яппеКлется от нескольких минут до 24 и более часов.
₽ Пои оасчете состава шихты учитывают возможные постоянные потери н*
котовых веществ в процессе спекания. К таким компонентам относятся графит,
сернокислый барий, свинец и др. Поэтому указанные вещества вводят в шихту
с определенным запасом, учитывающим зольность графита, угар, улетучива-
ние выпотевание расплавленного металла при спекании и т. д.
Некоторые Фирмы с целью предупреждения расслоения компонентов шихты
при заполнении пресс-форм перед прессованием применяют грануляцию шихты,
для чего в нее добавляют стеарат цинка или лития, лауриновый спирт, раствор
каучука в бензине. Шихта может быть подвергнута брикетированию или про-
катке с последующим дроблением в более крупные гранулы, чем размеры исход-
ных частиц порошка.
9JX Подготовка несущих каркасов
Спеченные фрикционные материалы отличаются высокой износостойкостью/
Поэтому необходимая толщина фрикционного слоя составляет 0,5—5,0 мм.
Так как фрикционный слой содержит большое количество неметаллических
составляющих, он хрупок и непрочен. С этим связана необходимость припека-
ния его к несущей прочной подложке. В качестве упрочняющего элемента пре*.,
имущественно используется стальной каркас соответствующих размеров и форм.
Для улучшения припекания фрикционного слоя к поверхности каркаса
последняя покрывается тонкой пленкой металла, которая обычно наносится
гальваническим методом и может состоять из меди, олова, никеля или серебра.
ед гальваническим покрытием стальных каркасов их подвергают следую-
элр^тпЛПЛРаЦИЯМ: гидР°пескостРУйной .обработке в специальных аппаратах,
л'Х РП»Рп»ТК°Му обезжиРива«ию, декапированию в растворе соляной кист
тию MvrMM И в ХоЛОдной воде детали подвергают меднению или покры-
циаиистых вят,1*Л°М' ОпеРация меДнения может выполняться в кислых или
ипаиисгыл ВЗННЭХ.
1Ы4Т4?8И534МКДЧМГ°Пп^Я "а стальном каркасе должна составлять 20—50 мкм
кания порошкового слои 4w°r?nb соединения- получающегося в процессе припе-
прочиости самого спеч₽ниЛпГрЛЬВаИИЧесКИ ПОКРЫТОЙ стальной пластине, выше
слой никеля тмш<ной0^2ао0икм11иТаЯпНа ПОВеРХНОСТЬ подложки наносить
состава Fe_Сн СЯч 1К мео х 0 мкм и дополнительно покрывать его подслоем
кой [168, 418] Нанесение на’ пппрпМ? пРессуют вместе с фрикционной наклад-
тельного слоя порошкообпачипго ппкп ТЬ гальванического покрытия дрполни-
т°влении СособоОотнетственныхГ<летял₽йТИп П₽ИПЫЛа^ Рекомендуется при изгст
основе поомеХ™!»То! ? Деталей. При спекании изделий на железной
клевого nwa ТОЛЩИН°Й "е б°Лее °’3 мм обРазУют с помоть,°
Иногда применяют двойное покрытие — меднение с последующим луже-
нием, которое осуществляют гальваническим путем или окунанием в расплав-
ленный металл. В этом случае рекомендуется слой меди толщиной 10—20 мкм
и олова 3—5 мкм 165]. Двойное покрытие применяют преимущественно при
напрессовке накладок на стальные каркасы вместо отдельного прессования
накладок.
Перед последующей технологической операцией (напрессовкой или спека-
нием) поверхность стальных каркасов зачищают наждачной бумагой или метал-
лической щеткой, обезжиривают (бензином или спиртом), просушивают и по-
дают на нанрессовку или сборку пакетов для припекания.
При напрессовке слоя фрикционной шихты на поверхность стальных под-
ложек большого диаметра (свыше 200 мм) возможно его отслоение, поэтому при
операции рихтовки дисков после нанесения гальванического покрытия спе-
циальным инструментом на поверхность дисков наносят рифления глубиной
0,1—0,8 мм [635].
Поскольку при спекании дисков сталь подложки полностью отжигается,
в процессе работы возможно смятие шлицев дисков. Поэтому для работы в тя-
желых условиях подложки готовят из легированной стали и шлицы азотируют
(106, 624].
92.5. Прессование фрикционного слоя
В практике изготовления фрикционных изделий применяются несколько
технологических приемов формования:
1. Прессование из подготовленной шихты плоских порошковых накладок
(кольцевых или сегментных), сборка накладок совместно со стальными несу-
щими каркасами и спекание под давлением.
2. Процесс, который отличается от предыдущего тем, что вместо плоских
накладок прессуют профильные (со спиральными канавками е одной стороны)
в пресс-форме со специальными пуансонами. В некоторых случаях после спе-
кания следует повторное обжатие, позволяющее получить необходимую высоту
фрикционного слоя и окончательную геометрию канавок [259, 534].
3. Прессование гладких накладок, сборка накладок совместно со сталь-
ными шлифованными каркасами, спекание под давлением с одновременным
формированием канавок на накладках с помощью стальных технологических
профильных колец.
4. Порошковую смесь фрикционного состава напрессовывают (с одной или
двух сторон) на стальной несущий каркас. После спекания под давлением про-
изводят механическую обработку накладок [534, 635].
5. Процесс, в котором реализуется напрессовка порошковых накладок
(с двух сторон) на стальной каркас с одновременным формированием на наклад--
ках канавок и последующим спеканием под давлением е использованием плос-
ких прокладочных колец [65].
Наиболее производительна и экономична последняя схема процесса фор-
мования. Детали, изготовленные этим способом, не требуют механической об-
работки. Возможно также применение нешлифованных стальных каркасов.
* недостаткам этого процесса относятся сравнительно более сложная конструк-
ция прессового инструмента, а также необходимость двухслойного гальваниче-
покрытия стальных каркасов (меднение + лужение).
. Предложены и другие схемы формования фрикционных изделий диффу-
зионная сварка в вакууме [178—180]; электробрнкетирование (смесь порош-
ов подвергают одновременно электрическому нагреву и сжатию пуансонами
“ат₽Ице) [93]; горячее прессование применительно к изделиям из железных
не₽0Шк<,в 1134]; прокатка тормозной ленты на медной основе [6], однако он
получили существенного применения. .
(сеги Ля Формования фрикционных изделий простой геометрической формы
н1Ленты’ пластины, кольца, круги и т. п.) используют сравнительно иеслож
Яятт₽еСС’ФОрмЬ1, Для прессования накладок применяют пресс-форм >
ПВ₽?Л напРессовывать порошковый слой на каркас с одной или с ДОУ Ар '
циони'формн более сложной конструкций применяют при изготовлении фрик
Иных дисков методом напрессовки порошкового слой с двух сторон ]6о].
риала матрицы должна быть в пределах &4 о* нк , у
52—56 HRC „„..„„и, мятоиц из материалов ВК-8 и ВК-15 повы(
Применение "®₽д°“^®в“енИЮ СР износостойкостью матриц из легирова^
шает износостойкость по сРав»еНИ3юхС2В8 в 16—25 раз.
ВЫХ№н^ойкост?мЬриц, изготовленных из различных материалов, харак-
теризуется данными табл. 9.3.
Таблица 9.3. Износостойкость матриц пресс-форм, изготовленных из различных
Материал матрицы Прессуемый материал Количеств© прессо- ваний до полного износа матрицы, тыс» шт.
Легированная инструментальная сталь Легированная инструментальная сталь с азо- тированной поверхностью Твердые сплавы типа ВК Сталь У Ю Сталь ХВГ Карбид хрома с 10% никеля Сплавы КТЖ и КТС Железо Феррит & а 9 25—80 100—120 <1000 х 5 5—8 500 700 —' те
Детали из материала на медной основе прессуют обычно прн давления^
150—300 МПа, при этом достигается пористость 25—35 %. Накладки из мат&
риала иа железной основе требуют приложения более высоких давлений (400-“
800 МПа). При выборе давления прессования для материалов на железной осно-
ве необходимо учитывать, что наибольший прирост плотности наблюдается при
давлениях 200—500 МПа. При давлении более 600 МПа прирост плотности за*
мсдляется, поэтому оптимальным можно считать давление 400—600 МПа.
Возможное различие В пористости изделий, спрессованных в этом интер*
вале давлений, ие влияет на физико-механические и фрикционные свойства
изделий после операции спекания под давлением, так как более пористые за-
готовки при спекании уплотняются больше и их плотность • выравниваете?
с плотностью заготовок, имевших меньшую пористость после прессования.
Операцию прессования фрикционных дисков производят преимущественно
с использованием гидравлических и реже механических прессов.
Для изготовления фрикционных дисков, наружный диаметр которых ДЛЯ
большинства фрикционных устройств составляет 200—500 мм, требуются прес-
сы с усилием 6—30 МН. Детали на основе железа преимущественно прессуют
в„вид« }?еНьшей площадью, что позволяет применять прессы с уси-
лием 0,4—0,8 МН. Для деталей небольших размеров с площадью до 50—60 см’
можнОниспользовать автоматические механические прессы е усилием до 0,6-
9.2.6. Спекание фрикционных изделий
„„СПекание спрессованных фрикционных изделий — основная технологиче-
ская операция, ответственная за формирование структуры, геометрических
” свойств готовой продукции. Обычно температуры спекания Д*я
желД? ШчТТотп «г ЛЛЖат В преде,л.аЛ О65°-950 °C, для изделий на основе
железа — 1030—1070 С (иногда до 1150 С),
Температуру спекания устанавливают в зависимости от химического со-
става материала, его назначения, конструктивных особенностей деталей, У^0"
Рис. 9.6. Влияние температуры спекания на физические (а)
и механические (б), свойства фрикционного материала на медной
основе, спеченного при различном давлении:
1— 0,5 МПа; 2 — 1 МПа; 3 — 2 МПа; 4—3 МПа
вий их работы и обычно определяют экспериментально. Влияние температуры
опекания на физико-механические свойства фрикционного материала на медной
основе марки МК-5 показано на рис. 9.6. Повышение температуры спекания
от 550 до 750 °C приводит к уменьшению пористости, увеличению усадки, повы-
шению твердости и прочности при срезе и изгибе. Эта закономерность сохра-
няется для образцов, спекавшихся при разных давлениях—0,5; 1,0; 2,0 и
3,0 МПа. Повышая давление при спекании, можно получить при более низких
температурах спекания значения плотности и физико-механических свойств,
отвечающие более высоким температурам спекания [9].
Температура спекания существенно влияет и на свойства фрикционных
материалов на железной основе. с ппугими технологиче-
Продолжительность процесса спекания нар ДУ спекания и диф-
скими факторами во многом влияет на завершенность Р гомогенности метал-
фузионных процессов, приводящих к определе НмеждУ порошковой накладкой
лической основы, а также на качество связи между и
и стальным несущим каркасом. „,пвпнй назначается в зависимости
Выдержка при спекании фрикционных зд шихты, температуры спе-
ет многих факторов — химического состава исходно конечной плотности,
кания, величины давления при спекании, ________ составляет от 15—20 мин
требуемой структуры матрицы материала и. др. олова при темпера-
Ж> 4 ч. Так, процесс спекания прессовок и поЛНЫй термический цикл (н-
турах 800-850 °C завершается за 3—5 мин, а полный^^ р охлаждение после
грев до температуры спекания, выдержка Р
«пекання) составляет 15-20 мин [1341. железной основе составляет
Длительность спекания для материал при спекании возрастают
3—4 ч. С увеличением длительности выд р' определенного ма У
рения плотности, прочности и износостс। на дОСТигнутом уровне. От
* Последующей стабилизацией этих величи® каких-либо реакциях У
Ние ©г этой закономерности может иметь м ggg
компонентами шихты, связанных с их разложением, выделением газов, образа,
ванием новых фаз и др. „
Спекание преимущественно осуществляют е приложением давления Ва.
фрикционный слой. Для этой цели фрикционные диски в напрессованным слоем
или с отдельно спрессованными накладками собирают в паре с каркасами в видЗ
стопок, которые помещают в муфели с циркулируют.^i защитной газовой еры
дой (водород, диссоциированный аммиак, конвертированный гаэ, экзогаз, ар!
гои азот азото-водородная смесь). К стопке дисков с помощью гидравлич^
ского* пневматического или механического устройства прикладывают давление,
равное для изделий на основе меди 0,5—1,0 МПа и для изделий на основе желе.
Величина давления, прикладываемого при спекании, существенно влияет
на плотность спекаемого материала и в связи с этим на его физико-механиче-
ские и фрикционные свойства.
Влияние давления при спекании на физико-механические и фрикционные
свойства показывают рис. 9.7, 9.8 на примере материала на железной основе
марки МКВ-50А 1303]. Температура и длительность спекания взяты оптималь,
ными для данного материала.
Приложение давления способствует сближению частиц порошкового слоя
и накладки в пелом к поверхности подложки., в результате чего облегчается
протекание диффузионных процессов и уплотнения материала и возрастает
прочность сцепления накладки со стальным каркасом.
Приложение нагрузки в процессе спекания и при последующем охлажде-
нии предотвращает увеличение объема за счет давления газа в порах иля за
счет диффузионного роста, а также значительно уменьшает или исключает
коробление биметаллических изделий.
Возможно также спекание без приложения давления. Однако оно не обес^
печивает однородного уплотнения материала, дает меньшую механическую
прочность фрикционного слоя и может сопровождаться увеличением пористости
Рис, 9.7. Влияние давления при спе-
плотность материала
MiXd-ouA
Рис. 9.8. Зависимость механических
материалов МКВ-50А от давления
спекании
Графит при спекании частично выгорает в результате взаимодействия с п»
сидами, присутствующими в металлических порошках, и при введении егй
в материалы на основе железа частично растворяется в железе с образованием
перлита или включений цементита. н м
Количество выгорающего графита зависит от температуры, времени спей
кания и среды, в которой производится спекание, а также от количества и со-
става оксидов в порошках и может составлять 1—2 %.
Дисульфид молибдена, по одним данным, разлагается при спекании на
молибден и серу (при этом молибден легирует металлическую основу, а сера
образует сульфиды желеаа, меди или других металлов). По другим данным
(6761, при спекании материала на железной основе, содержащего Дисульфид мо-
либдена и сернокислый барий, разложения дисульфида молибдена не обнаружено
Медь влияет на структуру сплава на железной основе. Растворяясь в же-
лезе при температуре спекания до 7—8 %, медь уменьшает растворимость угле-
рода в ием, в результате чего с увеличением ее содержания в структуре сплава
увеличивается содержание феррита.
Никель при спекании спланов на железной основе растворяется в железе,
в результате чего при достаточно высоком его содержании (2,5 % и более) мик-
роструктура материала из чисто перлитной переходит в перлитно-феррнто-
мартенситную, что повышает твердость материала и сопротивление сжатию
в изгибу.
В материалах на основе меди при нагреве заготовок под спекание олово пол-
ностью переходит в твердый раствор.
Растворимость железа в меди при температуре спекания не превышает
0,4—0,5 %, поэтому почти все количество железа, вводимое в шихту, из порош-
ка меди остается в виде нерастворенных включений.
Свинец при спекании почти не растворяется в меди (около 0,3 % при тем-
пературе выше 600 °C). Поэтому после спекания свинец находится в струк-
туре в виде включений округлой формы, характерных для металла, находивше-
гося в жидкой фазе [247].
При введении в материал алюминия в качестве легирующего элемента
в спеченном материале в зависимости от концентрации алюминия образуется
одиофазиая структура твердого раствора алюминия в меди (содержание алюми-
ния не более 9,4 %) или двухфазная — твердый а-раствор с включениями эв-
тектики, содержащей у-фазу. Присутствующие в Исходных шихтовых материа-
лах оксиды железа, меди и никеля легко восстанавливаются при спекании.
Оксиды железа и никеля ие вносят трудностей в процесс спекания. Присут-
ствие оксидов меди в этих сплавах может быть причиной появлении трещин
по границам зерен или увеличения объема при спекании.
Существенно влияют на фрикционные свойства материалов такие широко
применяемые добавки, как диоксид кремнии, алюминия, сернокислый барий
н др. Некоторые из них, ранее считавшиеся инертными, в определенных усло-
виях способны активно взаимодействовать с компонентами шихты. Так, ди-
оксид кремния может частично восстанавливаться углеродом до кремния, кото-
рый растворяется в железе.
Вводимый в фрикционные материалы сульфат бария при спекании и при-
сутствии углерода полностью восстанавливается до сернистого бария. Оксид
алюминия при спекании остается стабильным [712].
Характерным видом оборудования, применяемого для спекания фрикцион-
ных дисков, являются печи, позволяющие проводить операцию спекания под
Давлением.
В СССР для спекания фрикционных деталей применяют в основном шахт*
"Ые электрические печи сопротивления с силитовыми, нихромоаыми и други в
Нагревателями со стопочной укладкой спекаемых изделий в контейнер с
закрывающейся крышкой. Для создания давления иа спекаемые изделия пр -
Но1?к>ХсЯ, механические, пневматические или гидравлические .РХческие
„ 581]. Наибольшее распространение получили шахтные ГЯвп₽ния
(16Я1 5?пР°тивлення с гидравлическим устройством для создай . ов
спЛ' $НН Работак>т в комплекте с установкой для охлажд окончания
'печенными изделиями. Контейнер переносят в холодильник после окончанв
процесса спекания.
В контейнере для спекания фрикционные диски перемежаются с пройда,
лочными тасками из жароупорной стали для обеспечения параллельности Ио.
веохностсй и предотврашеиия коробления. По завершении процесса спекания
контейнер с изделиями помещают в холодильник,,состоящий из сварного Кор
nvca чиЛнппяческой формы, охлаждаемого водой змеевика и вентилятором^
Х^олод “ьиикР ™е снабжен гидравлическим прижимным устройством
обеспечения охлаждения дисков под давлением.
9J.7. Допопнительная обработка спеченных изделий
Одной нз наиболее распространенных операций, которой подвергают спе-
ченные фрикционные изделия, является допрессовка. Она является основной
в том случае когда первое спекание осуществляется без приложения давле-
ния. Допрессовка возволиет получить детали е заданной плотностью. Если спе-
кание производят е приложением давления, назначением допрессовки является
исправление коробления, брака ио заниженной твердости и толщине.
Допрессовка пористого слоя может совмещаться с выдавливанием канавок
для циркуляции масла профилированными пуансонами.
После спекания пористые фрикционные изделия, предназначенные для
работы в фрикционных устройствах с ограниченной подачей смазки н при
сравнительно легких условиях работы, подвергаются пропитке маслом.
В некоторых случаях пористый спеченный каркас пропитывают смолой.
Большинство фрикционных накладок после спекания подвергают механи-
ческой обработке. Почти все фрикционные изделия подвергают шлифовке по-
верхностей для обеспечения необходимой их параллельности. После шлифовка,
следуют операции отделки, такие, как очистка металлической щеткой или дро»,
беструйиая обработка для удаления продуктов обработки и улучшения внеш?
него вида изделий.
В ряде случаев операции шлифовки предшествуют другие виды механичен
ской обработки: нарезание смазочных канавок на накладках, нарезание пазов
(канавок) перед изгибом спеченных деталей на заданный радиус; сверлеии^
отверстий для заклепок; проточка кольцевых канавок (по внутреннему или
наружному диаметру); нарезание зубьев, шлицев или пазов на стальном кар*
касе фрикционной детали.
Прв проведении операций дополнительной обработки необходимо учиты-
вать хрупкость н пониженную, теплопроводность материала фрикционного
слоя. Поэтому режвмы сверления, резания и шлифования должны выбираться
такими, которые разработаны специально для спеченных материалов, содержа-
^иЛи.^аетал1ЛлЧескИе включения и норы. Некоторые сведения о режимах меха-*
иической обработки приведены в [36, 61].
повышения плп,™ П0ДвеРгаЮт дополнительной термической обработке для
водится индукпион^яИЯпЗН0С0СТ0Й«0СТИ стального несущего каркаса. Произ-
иых MV*T нДчяклляааЛЛаКаЛка аубьев дисков трансмиссионных промышленг-
зов [5^4]. После спекян^я СТИ С° шпоночными канавками дисков авиатормо-
Термическяя лбпяб ИЯ пР0ИЗВ°ДИтся термическая обработка исего диска,
на износные и Фоикпипнт? Фрикционных изделий на медной основе не влияет
структуотг спеченного слоя ^ПВЭ ДИСК0В’ а также на твердость й микро
проводить в защитной спрп» ^агРев под термическую обработку необходимо
Дующим охлаждением ^ТслГи °
ИЗ материалов на осиове^ди этотбпТКИ Фрикцнонных изделий с накладками
применяют для улучшения'свойс™ процесс в материалах на железной основе
ботки: отжиг закалкТ » слоя’ Основные виды обРа'
Фрикционного слоя как слХ^ вр™еняют для снижения твердости
перлита в Км^Ха Т™Х?ЛпЯП°ВЫШеИИ0Г0 еодеР^ания в структуре сплава
от температуры 900—95(/°С мясл<?ТЖИГа около 909 °C. Закалку производят
500 вС. УР С или в Г0Рячую воду, затем отпуск при
9.3. Составы и свойства основных типов
спеченных фрикционных материалов
Основными типами спеченных материалов, предназначенные „„„ „
вых и передаточных устройств, являются материалы на железной и меп™й*Т
"овах. Первые обычно применяются для тяжелых и самыйтяДелыТ условий
работы и, как правило, используются в условиях сухого трения. Материалы
8а медной основе предназначены для работы в более легких условиях и приме-
няются как при сухом трении, так и при работе с жидкостной смазкой.
9.3.1. Материалы для работы в условиях сухого трения
Четко разделить фрикционные материалы по областям их использования
трудно, так как однотипные материалы могут применяться в различных отрас-
лях промышленности. Спеченные материалы наиболее широко применяют для ос-
нащения узлов, работающих в условиях сухого трения, таких, как дисковые тор-
моза, муфты сцепления автомобилей, фрикционные узлы различных приборов, ре-
же Для колодочных и ленточных тормозов и некоторых передаточных устройств.
Выбор типа материала (на железной или медной основе) для применения
в тех или иных узлах определяется технической и экономической целесообраз-
ностью не только производства фрикционных деталей, но и эксплуатации всего
узла трения.
Материалы на основе железа. В табл. 9.4 приведены составы некоторых
фрикционных материалов на железной основе, опубликованные в технической
литературе и в патентах.
В СССР из материалов на железной основе наибольшее распространение
получили ФМК-8, ФМ К-11, МКВ-50 А и СМК- Некоторые физико-механические
свойства этих материалов приведены в табл. 9.5. Более подробную информацию
можно получить в литературных источниках [168, 237, 303, 305, 330, 351, 375,
424, 425].
Фрикционные свойства материала ФМК-8 приведены в табл. 9.5, а мате-
риалов ФМК-Н, МКВ-50А и СМК-80 — в табл. 9.6 и 9.7.
Фрикционные свойства, приведенные в табл. 9.6, определены при началь-
ной скорости скольжения 20 м/с и удельной работе торможения 53 Дж/мм2.
Материалы ФМК-8 и ФМК-П предназначены для работы в тяжелонагру-
женных колесных дисковых тормозах. Материал ФМК-Н превосходит ФМК-8
по величине стабильности коэффициента трения, но обладает меньшей износо-
стойкостью [168, 237, 305].
Материал МКВ-50А также предназначен для работы в тяжелонагружен-
ных дисковых тормозах, его свойства приведены в табл. 9.5—9.7 [303, 305].
Из него изготавливают накладки различных размеров для дисковых тормозов
ответственного назначения.
Этот материал отличается относительно высокой стабильностью механиче-
ских свойств при температурах до 600 °C. По величине и стабильности коэф
фиииента треиия и по износостойкости материал МКВ-50А превосходит мате-
риалы ФМК-Н.
К материалам, отличающимся высокими фрикционными
Работе в тяжелых условиях, относятся также материалы типа СМК.
Риалы отличаются повышенным содержанием марганца, присутствие де о_5
нитрида бора, карбида кремния и дисульфида молибдена (мат®Р плявабо-
табл. 9.4). Различные модификации этого материала рекомендуютс тЫХ
® тяжелоиагружениых многодисковых тормозах закР“Т0Г^ „ тяжелонагру-~
ж₽вКОвых тоРм°зах с коэффициентом взаимного перекрытия д . >' щенЯЯ тор-
«енных ленточных и ко^дочных ТОрМозных устройствах,
Ных устройств тяжелых автомобилей грузоподъемностью различных
мапг£равнительные Данные о фрикционных свойствах материалов^ ?
Р к, определенные по методу теплового удара, ПРИР®Д„яента трения и вели-
Чи«ыМХосааЛЫ СМК ИМе1ОТ в“С0КуГО стабйЛЬН0СТЬ коэффициента трени
<оом^арактеР влияния величины приложенного давл®ввя’ Сериала СМК-80 в
,Орм°жения и удельной работы трения при испытании материал
Таблица 9.4. Составы фрикционных материалов ня основе железа д лясухого
Номер материале Марка материала _ Массовая /
Fe | Св Ni С (Трафит)] &1О,
I ФМК-11 64 15 0 9 3
2 МКВ-50А 64 10 0 8 0
3 СМ К 40—65 9—25 0 9 0
4 СМК-80 48 23 0 0 0
5 СМК-83 §4 20 0 о 0
6 60—75 0 0 5—15 0
7 .** • 31,25 31,25 0 10 0
в » * * 55—70 10—20 0 4—8 0
9 ?•* 60 0 5 0 0
10 > «ф 3—35 0 0 0 0
11 84 9 0 5 0
12 в к w 60—75 0 0 10-^—^5 0
13 71,4—93,2 0 1,9—14,4 0 1,9—11,4
И •• f 67—80 12—25 0 3—4 0,3—0,9
15 и» 90—95 0 6—15 5—10 2—13 ’
16 4 •• 55—75 30 0 0 6 г
17 62—72 Q 15 4—8 5—13
16 " * * -л 45—60 14—16 0 , 8—10 2—4
19 *- • 81—88 0 о * 1.5 0
20 **ч 69—78 0 0 20—25 0
21 62 0 10 0 0
22 67 8 0 20 0
23 85 0 0 10 0
24 ж *» 70 0 0 20 0
25 ж 59—78 5 0 20—25 0
26 • » * TL-Tt 1 0 21—25 0
27 • • ж 60 0 5 0 0
28 *? 84 0 6 4 0
29 30 • 31,25 80 31,25 0 0 0 10 20 0 0
**
Таблица 9.5. Физико-мехаинческие характеристики некоторых фрикционных
Марк, материала Т, г/см’ НВ, МПа <ТВ, МПа хс, МПа асж> МПа К, Вт/(м • К)
ФМК-8 ФМК-11 МКВ-50А СМК-80 6,0 6,0 5,0 5,7 600—900 800—1000 800—Ш00 800—1000 90—100 50—70 30—40 f • • 70—90 80—100 67—85 65—80 450—500 300—350 150—210 200—250 37,7 19—46 18,8—27,2 21—29
Прак.«аяве. Условия испытания - метод теплового удара пря ^=.»м/в.
трения
*~~л % , Страна Литература
~~ Асбест Другие добавки
з BaSO4 — 6 СССР [168]
з FeSOa £>1V* — bj —* 0 СССР [303, 305]
0 Мп— 6.5—10; BN—6—12; B4C —8—15; SiC — 1—6; MoSa —2—5 СССР [324, 326, 351]
1 ° Мп — 6,5; MoSa — 2,5; BN — 6,5; B4C — 1Q; SiC-3,5 СССР [324,326,351]
0 Mn—7; MoS„ —2; BN —6.5; B4C — 9,5; SiC - 1 СССР [324,326,351]
о MoSs < 10; MoSia — 5—20; SiC < 5 США [534]
0 Mo — 5; Sb — 2,5; окалина — 20; возможны добавки Bi, Cd, Pb США [534]
2—4 Co < 5; B4C — 2—10; SiC — 2—10; FeSO4 — 5—10 СССР. [534]
0 Mo — 5; W — 5; муллит — 5; WSa — 20; воз- можны добавки Bi, Cd, Pb ГДР [534]
0 B4C — 10—50; BN — 1—5; ZrC — остальное СССР [29]
0 Pb — 1; Sn — 1 Япония [534]
0 SiC <20; муллит, AlaO3, MoSa, Pb, Sn < 20 США [534]
0 Co 6j5; Zn — 3,8—4,9 Япония [534]
0 Pb—1—3; Zn—1,2—5 ФРГ [534]
0 Co —2—8; Cr—2—4- Япония [703]
6 P<1;A1<9 СССР [536]
0 Co—2; Cr —2 Япония [534]
2-4 Fe2O3 — 8—20; BaSO4 —5—7 СССР [304]
0 Al — 5; Pb — 4,6; возможны добавки Ni > 2, Mg, Ca, Na, Ti, Si, В в сумме < 5 ФРГ [534]
0 MoS, — 2—6 Франция [534]
0 Сг —23; Pb —4,9 ГДР [534]
0 Bi —5 Франция [534]
0 Al — 5,0 США [534]
0 Порошок чугуна — 10- США [534]
0 MoS2 — 2,6; Pb < 3; муллит < 2 Австрия [534]
0 Pb< 1 Австрия [534]
0 Mo — 5; W — 5; муллит — 5; WS2 — 20 ГДР [534]
0 MoS„ — 2; Pb — 2; Sn — 5; AlaOs — 3 США [534]
0 Mo — 5; Sb — 2,5; муллит — 20 США 1375]
0 0 i ЧССР [375]
материалов на железной основе, изготавливаемых в СССР [303, 305}
«• ю-«. К-‘ С, кДж/(кг - К) f ^ср^макс 4 мкм
Фрикционный* материал Контртело (чугун ЧНМХ)
• •• 12,67 < • • 0,50—0,84 0,21—0,22 • » • ж • 0,54—0,55 • • < • • 5—8 • » • • » 1—2 • *
v * а
63 Дж/мм», Л’УДее 2,45 Вт/мма.
Таблица 9.6. основе, изготавливаемых в Ltcr ро ,
Марка материала Вт/мм’ (p=0,46 МПа) 1ср ^ср^макс /д, мкм t, ‘С
Фрикционный Матер иал Контртело (чугун ЧНМХ)
ФМК-11 2,45 3,15 4,12 5,10 0,27 0,26 0,25 0,21 0,90 0,80 ‘ 0,80 • 0,70 16,0 28,0 36,0 44,0 2,0 1,0 0,5 0 430 510 520 590
МКВ-50А 2,45 3,15 4,12 5,10 0,37 0,34 0,30 0,28 0,90 0,85 0,80 0,70 6 8 10 13 5,5 5,0 4,5 4,0 500 550 580 610
СМК-80 « • 0,39 0,73 1,25 4,0 560
Таблиаа 9.7. Фрикционные свойства некоторых материалов в различных
условиях испытаний (168, 237, 303, 305]____________________________
Фрикционная пара м/с р. МПа WT, Дж/мм* fcp ^ср Ааакс мкм
Фрик- ционный материал Контртело.
СМК-80—сталь 38ХС (HRC 50) 20 1,2 15,7 0,36 0,73 5,0 1,0
ФМК-11 сталь 38ХС 20 1,2 15,7 0,21 0,70 30,0 Неощутим
МКВ-50А — сталь 38ХС 20 1,2 15,7 0,29 0,74 7,0 1,5
СМК-80 —чугун СЧ21-40 20 1,2 1,23 0,36 0,80 0,04 0,07
СМК-83 —чугун СЧ21-40 12 0,4 4,41 0,37 0,80 - 0,3 0,2
ФМК-11—чугун СЧ21-40 12 0,4 4,41 0,31 0,85 0,4 о,з
МКВ-50А — чугун СЧ21-40 12 0,4 4,41 0,35 0,80 0,6 0,5
открытом тормозе с коэффициентом взаимного перекрытия 0,12 виден из данных
табл. 9.8.
Приведенные в табл. 9.4 составы материалов № I—11 рекомендуются
для использования в тяжелых условиях работы, при которых температура на
поверхности трения может достигать 1200 °C. Материал № 7 имеет ста-
тический коэффициент трения 0,3—0,6 и динамический — 0,12—0,40. При
температуре торможения 800 °C и энергии торможения 90,5 Дж/мм2 средний
коэффициент трения у него составляет 0,45—0,50, стабильность коэффициента
трения — 0,85—0,90, износ за одно торможение — 6—11 мкм.
Характерным для этого материала является присутствие жидкой метал-
лической фазы при торможении в результате плавления вводимых в его состав
присадок висмута, сурьмы, кадмия и свинца.
Для оснащения тормозных устройств скоростных поездов рекомендованы
составы № 12—16 (табл. 9.4). Коэффициент трения колодок из материала № 12
составляет 0,28—0,43, а износ — 83 мкм на 1 тыс» км пробега. Материал отли-
чается высоким содержанием таких фрикционных добавок, как карбид крем-
яия и оксид алюминия, и противозадирных присадок — графита, дисульфид8
молибдена, свинца.
Таблица 9.8. Фрикционные и износные свойства пары трения СМИ ап
35 при различных режимах эксплуатации открытого тоомоча ^-«0 —сталь
[168, 237, 303, 305] н ~и'12)
р, МПа /ср /макс Л/УД т» Вт/мм’ /д СМК-80, мкм ts макс. «с
„;в 10,25 м/с; Гт = 1,76 Дж/мм2
1,52 3,04 4,56 5,70 1 0,10 1 0,10 1 0,10 0,10 1 0,15 0,15 0,15 1 0,15 0,88 1,76 2.94 3,52 3,4 4,0 6,8 8,3 130 200 300 400
vj = 20,5 м/с; 1ГТ = 7,06 Дж/мм2
1,52 3,04 4.56 5,70 0,13 0,13 0,13 0,13 0,23 0,23 0,23 0,23 2,16 4,71 7,06 8,83 4,0 4,8 7,0 .8,4 300 410 410 600
30,75 м/с; 1ГТ= 15,7 Дж/мм2
1,52 3,04 4,56 5,70 1 0,14 0,13 0,11 0,10 0,24 0,24 0,21 0,20 4,02 5,69 7,85 8,73 4,6 5,6 8,5 9,0 500 600 700 910
oj = 44 м/с; ^т = 31,4 Дж/мм2
1,52 3,04 4,56 5,70 0,11 0,11 0,10 0,10 0,25 0,18 0,16 0,16 3,84 6,37 9,81 11,77 9,5 12,0 16,0 18,0 720 820 920 1060
Составы материалов № 16—20 рекомендованы 3 р ^оза впряди.тьно-ткац-
применения. Материал № 16 испытан в кв Р”ной сКОрОСТИ торможе-
ко«и— ’р««»
В мэтериали иа железной основе для ^„о^угоплазк^еоедапепвя
шения коэффициента трения вводят ПРеимУ®е<^?!?™в коемния и алюминия,
типа карбидов, силицидов, нитридов вместо ок~ д 10_25 % меди.
Характерным является также обязательное пр У материалы на основе
Материалы на основе меди. Фрикционные сп cvxor> треняя. Пред-
али находят широкое применение для работы в у оазлнчных странах, дает
ставлеиие о составах материалов, применяющихся Р гвоед высокой износо-
табл. 9.9. Материалы на основе оловянистой бронзы по щ0 зарекомендовали
стойкости и достаточно высокому коэффициенту тр ичиого назначения,
“бя в тормозных и передаточных устроист значительно меньше истир
сравнению с материалами на основе железа о 4vryHa. „,,„««ых
впряженную деталь, изготовленную из стали изготовления авиапион
, Материалы № 1-7 (табл. 9.9) пРимен^я^Л01шцее в их состав, иногда
«рмозиых дисков. В этом случае олово, обы якоМ для предотврашен^
‘амеяяют титаном, ванадием, кремнием ил вызвать, проникая пр
‘«Жкристаллитной коррозии, которую оно мо
Таблица 9.9 Составы фрикционных материалов на медной основе для cywo
R ~ Маевощщ
Номер катернам Са Sn РЬ Fe С (графит) Асбест SJO4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 50—80 60 70 44,5 67,5 67,5 61—62 70 62-67 60—75 67 62-71 50—65 60—70 67—80 68—76 75 60 25 18 62—86 67 72 86 75 70,9 73 62 67,26 68 66—70 60—90 0 0 . ° " ' 0 0 0 6 7 6—10 6—10 5 6—10 0 5-12 5-12 8—10 0 0 3 2 5—10 6 5 10 . 8 6,3 7,0 12 5,30 8 8—12 <10 Ю 0 0 0 0 0 0 8 6—12 <10 0,5 6—12 0 0 7—11 7—9 0 0 0 0 5-15 9 9 0 5 10,9 14,0 7 9,3 7 9—13 <10 20 0 0 0 0 0 7—8 0 4—6 <5 8 4,5—8 5—15 <10 8 3—5 0 0 0 0 4 <4 4 0 0 8 6,6 7 0 <18 5—15 0 0 0 7,5 7,5 6 8 5—9 1—8 4 5—9 <25 9 6—7 6—8 0 10 0 0 4—8 7 7 0 1—20 7,4 6,0 7 7,1 6 2,4 <10 * 0 0 0 0 0 0 о. 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 30 30 <3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 <5 5 5 5 15 0 0 7 4,5—8 0 3,5 0 0 * 0 4,5 - 0 5 I - 0 <3 4 0 0 . 4,5 и 0 4 4 4,43: 4 1—6 2
ких^ температурах по границам, зерен стальной несущей подкладки (материал
1—Ияиал^яД«УГт 0?ос1авовявляется введение муллита в количестве
ния ал^мииия нТи Га^и!' Р°ЛЬ Фрикционных ^авок играют оксиды крем-
риалЛ 8 РиМ93/тЯ«яДИо о? железноДОРОжного транспорта используют мате-
МатеоиалЫ н<1±.п»‘9)' ” КОТорые bbo^ch 2-20 &/0 диоксида титана.
в автомобиле-** и тпЛтог,^овяиистой бронзы (№ 8—15) широко используются
5—Ю % слова котовое ппя?^ИИ' °НН отличаются введением в их состав
свинца и графита играющих”металлич®ской основе повышенную прочность»
в «вл”""»” "’’И»'™»" тратя некоторых .ы.тернхло» нрхвехви
oxox’S «к-5 »•
о физико-механических и Фоими’оя^; ? ?бл- 911 и 9.12 приведены данные
которыми известными заочбежными хсвойствах материала в сравнении с не-
ламн, рУ ными, а также асбофрикциоиными матерна-
трения ——
ДОЛЯ. % . __ .. . . - Страна Литература
Другие добавки
MoS, < 20; Ti —2—10 Муллит — 20; Bi — 15 > Муллит — 20; Sb — 5 Муллит — 35; Zn—5; Bi 8 Bi — 10; A12Os или MgO— 15 Муллит — 7; Zn—12 TiO, - io Ti, V, Si, As —2—10; MoSa <6 Al^Oj —5; MoO8 —6 Si—4—6 Al,Os — 5; Sb — 4—6 Si. SiOs, SiC, Al,O,<10 0 0 Муллит — 20 Муллит — 20; Mo — 5 Стеклянная фритта — 40 Стеклянная фритта — 40; сульфид алюминия — IV Ni < 2 0 SiC —3 Sn—2 Si —0,75; Zn —6 0 0 0 0 0 0 0 США США США США США США Япония Япония СССР СРР Япония ФРГ ЧССР СССР СССР Франция Франция ФРГ ФРГ СССР СССР СССР СССР СССР США США США США Англия Англия Япония [Е [Е [1 [5 1 34] 34] 534] 534] 534] 534] 534] 534] 534] 534] 534] 534] 534] 375] 375] 375 534 534 460 460 375 375 375 534 534 375 375 375 375 375 375 375
Таблица 9.10. Значение коэффициента трения при работе без смазки
некоторых материалов на медной основе [375] _________
Нойер £
мате- риала Условия испытаний Г
10 Трение по стальному диску, о <30-г-35 м/с, -^Па 0,23—0,28 0,51 0,4—0,5
п Трение по стальному диску, р < 35 м/с, р = 2,5 МПа
12 В колодочном тормозе при р = 3,5 Mila, ® =» 12 м/с, т
13 = 3 мин по серому чугуну . Трение по чугунной колодке, т = 30 мин, & = 12 м/с, р 0,4
14 Трение по стальному диску, »= 6-г 8 м/с, р = 2,4 3,2 МПа 0,32—0,35
^вимечаиие. Номера материалов соответствуют порядковым номер и
Таблица 9.Н. Физико-механические свойства некоторых фрикционных
материалов на медной основе [5341 __________________________________
Материал т. г/см" НВ, МПа, при f, °C
20 60 600 -
МК-5 (СССР) SMI, SM3, SM5, SM6 (Англия, «Феродо Лтд») SM7 (Англия, ЛфеР°д® Днафрихт SI, S2, S3 (ЧССР) Асбофрикшгонные материалы 6,0—6,2 5,9—6,3 4,9 5,4—5,8 1,65—2,0 250—280 •, • • 350—500 150—400 . 180—250 • ж » « а в • Ф •V» а 100—12Q * » *
Материал «к- Дж/см’ ав, МПа аи„ МПа асж, МПа " ' «4 МПа
МК-5 (СССР) 2,9—4,9 24 • в • 250—280 57
SMI, SM3, SM5, SM6 (Англия, • • 45,5—52,4 123—134 * * • 60—73
<Феродо Лтд») SM7 (Англия, «Феродо Лтд») • 33 64 * «X 35,7
Диафрикт SI, S2, S3 (ЧССР) ♦ а •
Асбофрикцион ине материалы 98—205 9—45 60—70 80—100
Таблица 9.12. Фрикционные свойства некоторых материалов на медной осиой
при тренни без смазки [534]
Материал /ст рмакс> МПа *макс> Ч л. *д макс*
МК-5 о л i 0,16—0,32 «V» а 300—350
SM1 0,35—0,38 0,29—0,32 0,24 0,4—2,1 500 300
SM3 0,34—0,36 0,30—0,33 0,26 0,4—2,8 500 350
SM5 0,22—0,24 0,18—0,22 0,20 0,4—3,5 300 200
Sm7 0,31—0,35 0,30—0,34 0,27 0,56—1,05 500 300
SI, S2, S3 0,32—0,35
Асбофрнкцион- ные материалы 0,4—0,5 0,3—0,4 0,3 0,5—1,5 350—400 150—200
В электромагнитных муфтах фрезерных станков, тормозах вулканизаторов-
И ФРики'И0ниых парах торовых вариаторов скоростей применяют
спеченные материалы на основе алюминиевой бронзы [245. 246]. Они имеют
±±.Ц/еНТ трения качения при эксплуатации вариаторов 0,30—0,31, коэфф”'
1реиия скольжеяия по стали в условиях эксплуатации электромагнитны’
уфт фрезерных станков 0,30—0,33 и отличаются повышенной износостойко*
сгью»
ИЯ ”зготовления дисков муфт сцепления применяются также материалы
тябл о чч 22 Т°Й бр°ИЗЫ’ содержащие 2,8 % триоксида молибдена (№ И-
п 913 Лобавка повышает коэффициент трения и сопротивление износу
[W4J. При содержании 2 % триоксида молибдена при давлении 0,53 МПа и ско-
роста 15,25 м/с коэффициент трения равен 0,35, прн 8 % — 0,435, износ —
соответственно 0,375 и 0,275 мм. Коэффициент трения материала без добавок
0,3, износ 0,475 мм.
9.3Л. Материалы для работы в условиях жидкой смазки
Тормозные н передаточные узлы трения, работающие в среде жидкой смаз-
ки, широко примениют в муфтах сцепления, тормозах, фрккцнонах, синхрони-
заторах и т. п. Это связано с тем, что устройства, работающие без смазки, имеют
более высокий темп износа, их эффективность снижается при* попадании масел
иа поверхности трения, когда фрикционные устройства расположены в непо-
средственной близости от обильно смазываемых подшипников, шестерен и
валов.
Преимущество масляных фрикционных устройств в плавности включения,
большей долговечности, легкости и надежности охлаждения. Однако при замене
сухой муфты масляной уменьшается фрикционная эффективность. Динамиче-
ский коэффициент трения спеченных фрикционных материалов в условиях смаз-
ки составляет максимум 0,08—0,10, что примерно в три раза ниже коэффициента
при сухом трении. В результате этого для обеспечении равной энергоемкости
сухих тормозных и передаточных устройств и работающих и масле в последних
необходимо увеличение диаметра дисков, их количества или повышение удель-
ной нагрузки на поиерхности трении. Экономичнее — последний путь. По-
этому в узлах трении, работающих в масле, давление на поверхностях трении
повышают до 6—7 МПа [675]. Спеченные фрикционные материалы в масляных
устройствах могут работать при скоростях до 100 м/с, а в отдельных случаях
и выше [534].
В фрикционных устройствах, работающих в условиях жидкой смазки мас-
лами, применяют спеченные материалы на основе медных сплавов, преиму-
щественно иа основе бронз. Эти сплавы характеризуются высокой износостой-
костью при работе в тяжелонагруженных муфтах сцепления, фрикционах
и тормозах.
Коэффициент трения материалов зависит как от условий работы (скоро-
сти скольжения, удельиой нагрузки, работы тренни, типа и количества смазки)
а конструкции смазочных канавок на поверхностях трения, так в от состава
материала. Дли повышения фрикционных свойств в материалы иводят неметал-
лические твердые компоненты.
Разнообразие составов материалов, разработанных в разных странах, харак-
теризуется данными табл. 9.13.
В большинстве составов в качестве металлической связки используют медь,
легированную оловом и (или) цииком. Твердыми смазками ианболее часто слу-
жат графит и свинец. Многие материалы в качестве фрикционных добавок содер-
жат диоксид кремния и железо.
В СССР в фрикционных устройствах, эксплуатирующихся в условиях мас-
ляной среды, применяют в основном материал марки МК-5 (№ 5, табл. 9.13).
Коэффициент трения материала в зависимости от условий работы колеблется
в пределах 0,04—0,07. Зависимость износа пары МК-5 — сталь 65Г (наружный
Диаметр дисков 216 мм, масло ДП-8) от параметров процесса трения, получен-
ная на машине трения МИФИ-1, приведена в табл. 9.14.
Для работы в условиях смазки рекомендуются также фрикционные мате-
риалы на основе алюминиевой бронзы (типа ФАБ) или алюминиево-оловянистои
оронзы (типа ФАОБ) [245, 246]. Основные служебные характеристики этих мате-
Р адов в сравнении с характеристиками материала МК-5, полученные в лабора-
Рных модельных испытаниях, приведены в табл. 9.15 (диаметр диска 75 мм,
к°итртело - сталь 65Г). /ль 9,
Материалы типа МК-5 с добавками бентонита, асбеста и талька (Л. * >
выеп'»Табл’ 9-13) при определенных условиях работы характеризуютс:
оСНп.КИми Зна’’ениями коэффициента трения. Так, фрикционные „
меДи (№ 6, 7, табл 9.13) обладают следующими свойствами [258J. При
“«Ленин 2,53 МПа, скорости скольжении 3,9 м/с н температуре масла 90
тренияИЗНОС матеРиаля составляет 0,31 мкм за 1000 торможений коэффициент
₽ Ния прн работе в масле АУ —0,102; при работе в масле ВНИИ ни
ТаЛляпа q->3. Составы фтикцноиных материалов.................
Номер материала Массовая
Си Sn Pb С (графит) SiO, Fe
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Основа 73 72 73,5 68—76 Основа * 68 62 50—80 Бронза 72 Основа » » » 68 60-75 60—75 62—72 62—72 60—75 12 9 9 9 8—10 3—9 5-9 8 7 0 75 73,8 7 4-8 4-5 0 5 5,5 5,8 5—15 6—10 6—10 1—15 7 4 7 8 7—9 6—7 5—15 7 12 <10 0 0 6 0 0 0 4,7 9 <ю 0 2—6 6-12 5—Ю 4 4 5 4 6—8 0 0,5-Ю 6 7 5—15 0 3,5 6 25 20—30 25 17.5 6 4—7 5—8 5—9 5—9 1—10 1,5 0 0 0 0 0 0,5—8 4 4 12 9,7 . 3 0 0 0 0 4,5 3—4 2—7 0 4,5—8 0 0,5 6 4 4 3—5 0 0 7 8 <20 10 10 3 5-15 5—30 5-15 0 7 7 5-10 4,5—8 4—6 3—15
Таблица 9.14. Зависимость износа фрикционного материала МК-5
от параметров процесса трения [108, 152, 245, 257]
ое> "7е Дж/мм* мги
1,0 2,5 4,0
10 0,49 б 10 12
1,96 13 25 30
3,43 18 35 40
25 0,49 10 1b 28
1,96 25 30 65
3,43 39 67 90
40 0,49 15 30 40
1,96 17 75 100
3,43 50 100 130
0,124, При давлении 5,96 МПа, скорости скольжения 0,4 м/с и температура
масла 90—110 °C износ материала составляет 2,98 мкм за 1000 торможений
при коэффициенте трения 0,106 (при работе в масле АУ) или 0,128 (при работе
в масле ВНИИ-НП-1). Этот материал рекомендуется для использования в авто-
матических коробках передач.
Для изготовления деталей масляных муфт сцеплений и тормозов за РУ^Т"
жом применяют также материалы следующего состава (мае. %): медь — 74!
олово — 3,5; сурьма — 2; графит — 16; сернистый свииец — 4,5 или медь—
352
на медной основе для работы со смазкой
доля» % Страна Литература
Другие добавке
Феррокремний— 0,5; асбест — 2; Ni—1 Бентонит—2; асбест—2 Асбест — 3 Муллит— 1,5 0 Тальк —7—8 Тальк — 1—16; асбест 0,5—8 0 0 Ti, V, Si, As — 2—1 0; MoS2 < 6 SiC —3 SiC —3 MoOj — 4 A1,OS, корунд, карборунд или асбест —В Корунд, карборунд, асбест — 3—10 А1,О, —5; Sb —4—8 0 0 Асбест — 3—4; А12О3— 3—4 Zn—5—10 Si —4—6 0 MoS2 —1—10 СССР СССР СССР СССР СССР СССР СССР США США США США США Англия ФРГ ФРГ ФРГ ФРГ Италия ПНР ПНР Япония Япония Япония [ 1521 152 108 108 245 l257 258 534 534 726 534 658 658 '534 534 534 534 534 534 534 Г534 [534 [534
Таблица 9.15. Служебные характеристики фрикционных материалов иа медной
основе [245, 246]
Материал ос»**/с р, МПа Пр " т» Дж /мм* Тип масла f <100 2 л г мкм
МК-5 20 3,8 2,06 МТ-16П 0,05 1,4
МК-5 15 1,45 0,59 ДП-8 0,06 0,4
ФАБ 20 3,8 . 2,06 МТ-16П 0,04 0,5
ФАОБ 20 3,8 2,06 МТ-16П 0,05 0,3
ол°в° — 7; свинец — 6; железо — 3; графит — 6; диоксид кремния — 3
««сульфид молибдена — 4 [658]. Материал может быть использован также при
сухом трении.
Олопл Японии разработан материал на медной основе, содержащий (мае. %):
2 д. ’—8; никель —[не более 3; графит — 4—8; дисульфид молибдена
— не более 3 [534]. Материал может работать под большими на-
бм “и (Давление 2,0 МПа, скорость скольжения 30 м/с) длительное время
« схватывания.
0,04—л*па ПРИ Работе в условиях трения со смазкой за 100 ч составляет менее
pL, мм, за 5000 ч — менее 0,2—0,3 мм. ’
некоторые из приведенных в табл. 9.13 фрикционных спеченных матерна-
Я при сухом°^ основе успешно применяются как при работе со смаз о ,
9 4. Материалы для сопряженных деталей, работающих
в паре со спеченными фрикционными накладками
Спеченные фрикционные элементы работают в узле трения в паре с контр.
. «« спппяженных поверхностей создает момент трения, характе-
=шиГ*ХиИЧнн1₽рХы, совершаемой узлом трения. Поэтому долговеч-
ризующий велич у р ния определяется свойствами не только спеченного
д"’
стали и чугуны, и » некоторый случаях бронаы.
Таблица 9.16. Содержание основных легирующих элементов в сталях
контртел [534]
Марка стали . Массовая доля, %
С Si Мп Сг Ni
Г*та чк 35 0,32—0,4 0,17—0,37 0,50—0.8 0,25 0,25
Сталь 40 0,37—0,45 0,17—0,37 0,50—0,80 0,25 0,25
Сталь 65Г 0,60—0,70 0,17—0,37 0,9—14 0 0 — -4
94.1. Контртела из сталей
Наиболее часто для изготовления сопряженных дисков (контртел) приме-»
няют углеродистые стали марок 20, 35, 40, 45, а также сталь 65Г. Содержа-
ние в них основных легирующих элементов характеризуется данными табл. 9.16.
Недостатком контртел из сталей является возможность местной закалки
поверхности в результате нагрева при трении с большими нагрузками, след-11
ствнем чего может быть коробление!, трещины, снижение коэффициента трения.
Поэтому стальные диски применяют при работе в паре в бронзовыми фрикцион-
ными дисками в масле, а иногда с фрикционными дисками иа железной основе,
но при сравнительно невысоких тепловых нагрузках. Для работы в фрикцион-
ных узлах с масляной ванной стальные диски обычно применяют в термически
обработанном состоянии (HRC 40—50). В условиях сухого трения термическая
обработка уменьшает износ стали в 2—3 раза, но увеличивает износ фрикцион-
ных дисков в полтора раза [95].
При термической обработке деталей из стали 65Г (закалка в масле с после-
дующим отпуском при температуре 500—600 °C) необходимо принимать меры
для предупреждения коробления, возникающего при эксплуатации отрихтован-
ных дисков. С этой целью закаленные детали следует подвергать отпуску в за-
жатом состоянии (удельная нагрузка не менее 0,3 МПа). После рихтовки в хо-
лодном состоянии целесообразно провести термофиксацию деталей при темпег
мофиксаци^^б^О^^МП^^ЗТб^^Р^ отпуска, с удельной нагрузкой при тер-
„„ Стал“ _с $олее высокой степенью легирования обладают лучшими фрик-
СВ0ЙСтвами и износостойкостью, однако применение их ограничено
высокой стоимостью. .
„ *°Р°ШИе "Р°чнопс.т,ные и фрикционные свойства имеет графитизированная
(Ма.С'о%LУглеР°Д“ 1.3-1,5; кремний — 1,3—1*6; марганец-
0,3-0,5, медь — 1,2-1,5; титаи - 0,25-0,4; хром — 0,20; никель - 0,20. Ее
ОияУ^ГД теРмообРаботки состоит из сорбита е включениями графита.
Оиа имеет следующие механические свойства: а в— 8,5 МПа; аоа — 6,5 МПа;
0—11%; ак - 19,6 Дж/см2; НВ - 255-302 МПа. Эта сталь имеет белее
о!25КК]ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ 8 сравнении с ДРУГИМИ и коэффициент трения 0,08-
Применение химико-термической обработки деталей контртел иэ стали
~82Т1гоч1ВаНИе' *Р°миР°ваиие, алитирование) ухудшает их фрикционные свой-
СТВа IwOja
Напыление поверхности стального диска вольфрамом для условий работы
повышенных температурах улучшает его фрикционные свойства. Даже
„ри работе при повышенных температурах коэффициент трения не снижается
„енее 0,3 [375].
ЫД. Контртела из чугунов
В качестве материалов для контртел в фрикционных узлах широко приме-
няют чугуны. Они обладают удовлетворительной износостойкостью при низкой
стоимости, простоте изготовления и хорошей обрабатываемости. Химический
состав фрикционных чугунов приведен в табл. 19.17.
Та б ли на 9.17. Содержание основных легирующих элементов в фрикционных
чугунах [534]
Марка чугуна Массовая доля, %
С 31 ' Мп Ст N1 Другие элементы
СЧ15-32 3,33 1—89 0,75 0,15 0,14 0
СЧ18-36 2,75—3,20 1,75—2,25 0,50—1,00 0,30 0,50 0
МФ 3,00 1,70 1,90 ' 0 0 Р—0,70
ЧНМХ 3,6—3,8 1,6—2,3 0,6—1,0 0,1—0,4 0,8—1,4 Мо — 0,2—0,6
ЧНМ 3,2—3,8 1,6—2,3 0,6—1,0 0,30 0,8—1,4 Мо — 0,2—0,5
Чугуны СЧ15-32, СЧ18-36 и некоторые другие, имеющие перлитную струк-
туру, применяют в средненагруженных муфтах сцепления и тормозах. Реко-
мендуется применять мелкозернистый серый чугун с твердостью примерно
25 МПа. Эти чугуны хорошо работают в паре е фрикционными деталями на
основе меди. Однако при работе в более теплонапряженных условиях они могут
давать трещины, имеют фазовые превра*
щення, в их структуре возможно увели-
чение количества феррита, что приводит
к повышению их износа при нагрузках
более 0,6 МПа [161].
В тяжелых условиях эксплуатации
при сухом трении более износостойки
и долговечны легированные чугуны. Они
более термостойки и прочны, хотя и
* ии* возможно появление трещин.
В СССР для изготовления контртел
яжелоиагруженных муфт сцепления и
рмозов наиболее широко применяют-
чнмги^оваиные Чугуны маР0К мф»
Ва Л маРганцево-фосфористых чугунах
стиг?Лее высокая износостойкость до-
Таблица 9.18. Влияние твердости
чугуна на свойства фрикционной пары
ФМК-11 — чугун ЧНМХ [121, 168]
НВ, МПа f при 1000 ’С 4 мм
Материал ФМК-11 Чугун ЧНМХ
1600 0,20 0,15 0,35
1800 0,19 0,25 0,28
2200 0,18 0,30 0,25
““WAOM ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДО- .
К и..61051 ПРИ определенном соотношении содержания марганца 0 Ф Ф Р
Од. * вносится чугун состава (мае. %): углерод — 2,8—3,1; Ф0СФ°Р.911 ’
• • марганец - 1.6-1,9; кремний - 1,4-2,1; сера - не более 0,1 [121].
«ыми е„гирова«ные чугуны марок ЧНМ и ЧНМХ при работе в парефрикцион
бильнп^еталями на ОСИОве железа имеют достаточно высокие зн темпепа-
’Урах КоэФФиВ0ента трения и износостойкость при различи P
1и,оинваИШНе ВЫс0Кая твердость чугунов снижает коэФФаяи®”1^ает "износе-
^ойкосЙ.Пары и повышает износостойкость чУгУ”а, °Днако п
ик°сть второго элемента фрикционной пары (табл. 9.18) [121, loej-
12' 355
Существенно влияют на износостойкость и другие фрикционные свойства
микоостоуктуРЫ чугуна. Лучшими фрикционными свойствами обладают чугу.
ны, имеющие перлитно-графитовую структуру с содержанием феррита не более
10 %. При более высоком содержании феррита снижается коэффициент.трения
я облегчается схватывание поверхностей. Содержание структурно-свободного
цементита не должно превышать 2 %, так как последний вызывает появление
пои эксплуатации глубоких термических трещин
Сравнение фрикционных свойств пар, состоящих иэ фрикционного мате-
риала на основе железа с контртелами из трех типов материалов — никель
хромового чугуна, эвтектического чугуна и доэвтектоидной стали, показало
лучшие результаты по коэффициенту трення и износостойкости в контртеле Из
эвтектического чугуна состава (мае. %): углерод 3,83, кремний — 2,38;
марганец — 0.95; никель — 0,24; хром — 0,44: титан — 0,23; медь — О.ц
фосфор — 0,10; сера — 0,05 [534].
9,4. 3. Контртела из спечеиных композиционных материалов
Эффективным методом дальнейшего улучшения фрикционных характери-
стик узлов трения для работы в средне- и тяжелонагруженных условиях яв-
ляется применение контртел из спеченного материала.
В авиационном тормозе на англо-французском самолете «Конкорд» приме-
нены для фрикционных дисков и дисков контртел спеченные материалы^ По
величине крутящего момента, плавности включения и сроку службы эти пары
превосходят пары, в которых спеченный материал работает е контртелом из.
легированной стали [534/ 675].
Преимущества фрикционной парц с двумя спеченными элементами видан/
иэ данных табл. 9.19.
Таблица 9.19. Характеристики трения фрикционных пар с контртелами из
тугуна н спеченного материала [534]
Фрикционная пара f [ср/^макс jlOO Л * МКМ !•>
ФК-16Л ФАБ емк СЧ18-36
ФК-16Л—СЧ18-86 ‘ 0,49 0,87 118 10
ФАБ—СЧ18-36 0,38 0,87 15 - i/. 50
СМК—СЧ18-36 0,34 0,78 15 20
ФАБ—СМ К 0,60 0,87 10 8 «• *
Диски с наружным диаметром 75
дующем режиме: оо 20 м/с; «
мм испытывали при сухом трении в еле-
1,47 Дж/см2; р = 0,25 МПа.
Раздел IV
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ГЛАВА 10
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ
ЮЛ. Введение
Порошковые магнитные материалы широко применяются в электротехнике,
радиоэлектронике, измерительной технике, системах автоматики и телемеха-
ники, акустических, магнитострикционных преобразователях и других обла-
стях техники. Методами порошковой металлургии получают магнйтомягкие
и магнитотвердые материалы, ферриты, магнитодиэлектрики, магнитомягкие
материалы с повышенным электросопротивлением для цельнопрессованных
мэгнитопроводов и др. При этом резко повышается коэффициент использования
материала, а также значительно улучшаются служебные свойства магнитных
материалов в результате возможности изготовления изделий строго заданного
химического состава, с заданной структурой, изолирующими прослойками
с использованием исходных порошков высокой чистоты. Стоимость порошковых
магнитных материалов на 30—60 % ниже стоимости деталей, изготовляемых тради-
ционными методами.
10.2. Магнитомягкие материалы
От магнитомягких материалов требуется максимальная магнитная прони-
цаемость, минимальные коэрцитивная сила, потери на гистерезис и на вихре-
вые токи. Для получения комплекса таких свойств материал должен иметь
гомогенную структуру, минимальный уровень внутренних напряжений, быть
максимальной степени очищенным от примесей внедрения и неметаллических
ключений. Для улучшения служебных свойств в магнитомягкие материалы
а основе железного порошка вводят кремний, фосфор, алюминий и другие
’лементы.
Кремний повышает удельное электросопротивление {табл. 10.1), снижает
Рнитивную силу, потери на гистерезис и вихревые токи. Одновременно й
&в°е содержание кремния придает материалу твердость, В“ Д'
в чего сплавы, содержащие более 6 % кремния, не находят пр '
Магнитные свойства^ порошковых ферромагнитных материалов зависят от
op. .XS or 2 ло 30 %
проницаемость сильно снижается, коэрцитивная сила п с Р
вала^ависимость коэрцитивной силы от пористости П для указанного инте
описывается равенством
= HCq + &цП>
Таблица ЮЛ. Удельное электросопротивление беспористых железокремнистых
сплавов [420]
Массовая доля St, % 1. г/см’ р, мкОм • м Массовая доля S1, % т» г/см’ в» мкОм • м
0,25 1,05 1.75 2,55 7,85 7,80 7,75 7,70 0,16 0,25 0,33 0,42 3,35 4,15 4,85 7,65 7,60 7,55 0,51 0,60 0,68
где Я — коэрцитивная сила беспористого материала; ан— коэффициент
для электролитического железного порошка равный 1,67, для железного порош-
ка марки ПЖ4М2 — 1,62.
10X1. Спеченное железо
Магнитомягкие спеченные изделия из железных порошков применяются
при работе в статических полях в качестве магнитопроводов, сгагоров, роторов,
деталей электроизмерительных приборов. Удельные потери спеченных мате>*
риалов из железных порошков зависят от пористости, их магнитные свойства
приведены в табл. 10.2 и 10.3. Для работы в переменных нолях перспективна
чешуйчатые порошки железа и его сплавов.
Таблица 10.2. Магнитные свойства образцов из разных железных порошков,
полученных двойным прессованием и отжигом в водороде при 1300 °C в течение
20 ч [420]
Порошок Bs. Тл Цмаке
Электролитический 1,55 64 6500
Восстановленный железный порошок марки АГЩМ-А 1,45 80 6000
Полученный восстановлением из мартитовой руды 1,3 104 3500
Восстановленное железо марки А 1,35 108 3500
Вихревое железо 1,4 100 3800
Электротехническая сталь марки Э • « в/ 96 3500
потеРи порошковых образцов при 50 Гц и разной
магнитной индукции [420] г
П, % Удельные потери, Вт/кг, в поле с магнитной индукцией, Тл П. % Удельные потери, Вт/кг, в поле с магнитной индукцией, Тл
0,5 1,0 0,5 1.0
10 16 18 24 4,35 4,8 5,0 5,2 23,8 30,5 31,1 27 43 44 49,5 5,2 6,4 6,16 7,4 32,0 35,7 34,0 40,0
«итУ™™,™6 ?Отери иа частоте 50 Гц материала на основе чешуйчатых желез-
ных порошков (толщина чешуек 5 мкм) и 0,5—0,6 % связуюшего лишь немного
нении ЧмстлтпиИНпТ°ХННЫХ сердечник°в из железокремнистой1 стали при сохра-
нении достаточно высоких значений магнитной проницаемости. Разработан
технологически й процесс получения магнитопроводов для маломощных транс-
форматоров и дросселей. Дальнейшее улучшение свойств изделий из чешуйча-
того железного порошка возможно за счет выбора оптимальной формы и разме-
ров частиц» уменьшения содержания связующего, более совершенной ориента-
ции чешуек вдоль направления силовых линий действующего магнитного поля,
введения изолирующих прослоек толщиной 0,01—0,1 мм из оксида алюминия,
ферритов или стекол {352].
Материалы систем железо — алюминий, железо — кремний и железо —
кремний — алюминий применяют при изготовлении деталей, работающих в пере-
менных магнитных полях. В этих материалах при достаточно высоких магнит-
ных свойствах наблюдается высокое удельное электросопротивление (1 —
2 мкОм - м).
Железо — кремний — алюминий
ЭКелезокремнистые спеченные изделия получают [420] из шихты, в которую
кремний вводят в виде железокремнистой лигатуры или химико-термическим
насыщением порошка железа кремнием. Для получения гомогенных твердых
растворов кремния в a-железе требуются длительные отжиги при 1250—
1300 °C.
Процесс гомогенизации активируется при наличии жидкой фазы в коли-
честве свыше 15 %.
Магнитомягкие спеченные изделия е большой магнитной проницаемостью
и малыми потерями на вихревые токи получают из предварительно окислен-
ного при 700—950 °C железокремнистого порошка с примесью 0,5—10 % оксида
магния. Шихту прессуют при давлении 600—800 МПа с пластификатором, изде-
лия спекают в водороде или вакууме при 1050—1250 °C. При спекании обра-
зуется стекловидная магнийсиликатная пленка, повышающая удельное элект-
росопротивление материала. Так, материал, содержащий 4 % кремния и 3 %
оксида магния, характеризуется потерями на вихревые токи 10 Вт/кг при ин-
дукции 1 Тл [479].
Гомогенные порошки системы железо — кремний получают диффузионным
насыщением из точечных источников [352],
Магнитные свойства порошковых изделий приведены в табл. 10.4 и 10.5.
10J.3. Железо — фосфор
На магнитные свойства спеченных изделий влияет способ легирования
фосфором и равномерность его распределения» Для получения железного по-
рошка с равномерно распределенным в нем фосфором используют [62, 360]
водный раствор диаммонийфосфата (NH4)2HPO4, при разложении которого
при 800 С образуется фосфор за счет восстановления водородом. Разложение
ДИа-монийфосфата при нагревании в среде водорода и процесс образования
фосфора протекают в соответствии с реакциями:
I.
П.
(NH4)2 НРО4 = 2NH3 + Н3РО4,
Н3РО4 + Н2 X Н3РО3 + Н2О,
2Н3РО4 + ЗН2 X 2Р + 6Н2О.
Н3РО8 + ЗН2 РН3 + ЗН2О,
2РН8^2Р + ЗН2О.
пп, ^олУчение изделий из легированного порошка включает [352] холодное
"Рисование при 800 МПа, предварительное спекание при 800 С в течение 2 ч
авп“СокотемпеРатурное спекание при 1250 °C в течение 4 ч. Оптимальное с -
Ржание фосфора 1,5 мае. % [352]. Магнитные характеристики железофосфор-
х сплавов в табл. 10.6.
Таблица 10.4. Технология получения и магнитные свойства порошков^
Массо- вая доля Si, % Метод легирования кремнием Технология получения изделий
Рпр- МПа Ten’ 4 Среда
4 4 Введение лигатуры в 20 % кремния в восстановленный железный порошок Диффузионное насыщение из точеч- 700 800 1250 1300 4 2 Водород Вакуум
6,5 ных источников Введение лигатуры в железный по- 800 1250 2 Водород
6,5 рошок вихревого помола , Введение лигатуры с добавкой и,ио % 800 1250—1280 2 Вакуум
6,5 Введение лигатуры марки СИ75 800 1300 20 *
Примечание. Индукция в поле 4000 А/м.
Таблица 10.5» Технология получения и магнитные свойства материалов
Массовая Доля, ' ч1"" % Режим спекания
А1 Si в *СПй °C ХСП' 4 Среда
12 0 0 1350 4 Водород
6,4 11,8-12,4 П.7 0 1150 3 Вакуум 5 а 10~? Па
1,2-1,3 0,01—0,05 1200—1300 1—2 э в *
Таблица 10.6. Технология получения и магнитные свойства железофосфорных
Исходный порошок Массо* вая доля Р. % Технология получения
Подготовительные операции °с хсп> 4
Железо электрическое с железофосфоо- ной лигатурой р Порошок ПЖ4М2 с железофосфориой лигатурой н Железо электролитическое с добавлением красного фосфора Порошок железа ПЖ4М2 с добавлением красного фосфора Железофосфорный порошок, полученный разложением диаммонийфосфата 0,7 0,7 0,7 0,7 1.5 Смешивание 8 ч То же » Отжиг 900 °C, 2 ч 1200 1200 1200 1200 1250 4 3 4 4 4
железокремнистых сплавов 1420, 479]
т. г/ем* Магнитные свойства 1
Bs.Ta ^макс Нс, А/м fit00, Тл pso/i'
1.1 2500—3100 90—120 1.2 В В *
7,0 1.2 3500 80—120 1.1 5-7
1.6 ► «• в • • • 1,1' 9,5
9 • • 1.18 в в • в* в в # *• 8,6
> * 1,5 11400 33,6 7
системы железо — алюминий—кремний {420]
Магнитные свойства
в постоянных нолях ‘ в переменных нолях
Т. г /см» В’'°, Тл 1 ‘ ве, Ь/м й’/.Тл 'р, Вт/кг
6,0—6,1 0,745 ^50/0,8 6,4
6,49 7,3 2000 6,4 • * * • *«.
• Г « 1220—1350 Л • В Р50/1,5 26,2—27
сплавоа [352]
Магнитные свойства
в постоянных полях в переменных нолях
as, тл и Нс, А/м в800« Тл р,„Вт/кг р 10/1 S’ '
1,36 4600 120 • • * « lit
1.14 1900 240 • « »
1,42 4900 120 - » « « •
1,17 19500 200 • •
1,25—1,30 7500—7800 40 1,15—1,20 7—10
<0.2.4- Пермаллои
Начальная и максимальная магнитная проницаемость пермаллоев (епла.
нов железа и никеля) в 10—15 раз превышают эти значения для технически
чистого железа, потери на гистерезис примерно во столько же раз меиьщ4
Методы порошковой металлургии позволяют получать материалы задан.'
кого состава, обеспечивая высокие значения магнитной проницаемости. В зтоц
случае в противоположность литому или катаному иермаллою начальная
магнитная проницаемость не зависит от толщины ленты 1479J.
Порошковый пермаллой марки 50Н, полученньгй совместным восстанов-
лением смеси хлоридов железа и никеля, содержит [479J 51,0 % Ni, 0,0010 % с,
0,002 % S (Fe — остальное). Магнитные характеристики сплава: коэрцитивная
сила Нс — 7,95—3,98 А/м, индукция — 1,5 Тл.
Магнитные характеристики порошкового пермаллоя марки 79Н, получен,
вого смешиванием исходных компонентов, двойным прессованием и спеканием,
приведены в табл. 10.7. Введение легирующих элементов повышает величину р
от 2 до 0,55—0,60 мкОм • м.
Таблица 10.7. Влияние легирующих элементов на магнитные характеристики
порошкового пермаллоя марки 79 Н [479], полученного двойным .
прессованием и спеканием
Способ получения шихты сплава Массовая ДОЛЯ, % Не, А/м . 10“ •*макс Ю4"
Смешивание карбонильных 2,3—3,1
порошков железа и никеля Смешивание карбонильных порошков железа, никеля и порошка молибдена Смешивание порошков же- леза, никеля, молибдена 0 4,37 125,60 785,0*
2,5 4 —Мо 2,78 251,2 728,48
и марганца 4,5-5 5 —Мо 3 —Мп 3,18 628,0 238,6 ' —тг
Првмечание.* Закалка на меднов плите.
взмеоительны^тпянггь^^1011 Реком®‘,дУются Для изготовления магнитопроводов
реле> "агер”л “,ор“‘
10.3. Магнитотвердые материалы
flyKUHK>rBH^°KO9puMTHBHvl₽cHj!v 50л2Кны иметь максимальную остаточную ня1
Эти величины определяются мн^м н “^Имальную магни™Ую энергию IFMaKC-
иетнка, а также₽ его пористостью. M^KpoCKOIIH4eCKHM« свойствами ферромаг-
Согласно А. Б. Альтману [479], *
- ВГ„ - (20 ВГл - 2,5) П . 10-а,
иакс - ^макс(0) ~ (43.5 ^макс(0) — 85) П - 10-з,
'70СТаТ0ЧНаЯ ИНДуКЦИЯ "Ористого магнита, Тл5 В -остаточная иа-
дукция беспористого магнита, Тл' W „а1,„ г° «г.
ная энепгия „„„„„ 1 ’ Чаке максимальная удельная магнит-
ная энергия пористого магнита. кДж/м®- п? . J
магнитная энапша а- кдж/м , IF — максимальная удельная
магнитная энергия беспористого магнита, кДж/м*; П - пористость, %.
362
10.3.1 » Альнико
Технология получения порошковых магнитов включает [420] операции при-
готовления шихты, добавления в нее пластификатора (стеарат цинка или ли-
тия), смешивания компонентов. Холодное двухстороннее прессование произво-
дят при давлении 600—1000 МПа. При двойном уплотнении и спекании первое
прессование производят при 400—600 МПа, повторное — при 1000 МПа. Спе-
кание производят в остроосушеином водороде или в вакууме при 1200—1300
Б течение 1—5 ч. *
Магниты, содержащие более 15 % кобальта, подвергают термообработке!
подогрев до 800 °C в течение 4—8 ч, нагрев до 1200—1280 °C с выдержкой 15—
45 мии и охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Закаленные детали
подвергают отпуску: нагреву до 580 °C, после выдержки 4—6 ч — охлаждение
иа воздухе [479].
Магниты, содержащие более 24 % кобальта, подвергают термообработке:
подогрев до 800 °C в течение 6—8 ч, нагрев до 1280 °C с выдержкой при этой
температуре 15—45 мин, охлаждение в магнитном поле 15—20 мин, отпуск
Таблица 10.8. Химический состав порошковых магнитов альнико
(ГОСТ 13596—68)
Материал Массовая доля, %
А1 Ni Со Си Ti Nb
ММК-1 12 23 0 0 0 0
ММК-2 13 25 0 4 0 0
ММК-3 13 24 3 4 0 0
ММК-4 10 17 12,5 6 0 0
ММК-5 10 17 12,5 6 0 0
ММК-6 9 19 15 4 0 0,3
ММК-7 8 15 24 3 1 0
ММК-8 8 13,5 23 4 0 0
ММК-9 7,5 14 34 3,5 5,5 0
ммк-ю 7,5 14 34 3,5 5,5 0,3
ММК-11 7,5 14 38 4 7,5 0
Таблица 10.9. Свойства спеченных магнитов альнико (ГОСТ 1359—68)
(П < 3 %)
Магнитные свойства Механические свойства
Материал Вг, Тл Het кА/м ^макс» кДж/м’ асж' МПа аи, МПа
ММК-1 0,60 24 3,0 2000 400
ММК-2 0,48 39 3,5 1700 300
ммк-з 0,52 44 4,0 1700 300
ММК-4 0,76 0,60 0,65 1,2 1,10 0,75 0,80 0,70 52 7,5 1700 300
ММК-5 ММК-6 44 44 4,7 5,0 1700 1700 300 300
ММК-7 54 14 1200 250
ММК-8 40 14 1200 250
ММК-9 ммк-ю ММК-11 80 , 100 128 12 15 16 1000 1000 1000 200 200 200
— .. .
, 630 -с после .влерж™ 2 . «л« отпуст.« 580 -С поело .в«ерж«» 0 ш»
дение с печью до 100 С в «Ч®“И? темпер5а°туры до 900 °C на воздухе со скоро.
сти»°м5м’к/"»."аиЖ № 650«С. Д скоростью 15-25 К/«к . «««««ом
““'сгг^^«“ НаЙь ”
"’^0^й^с“ыдар1>ж?о2 30-40 «га, о, л.ждете на воздухе » 900-С
До К/мии изотермическая выдержка в металлическом или соля-
со скоростью 200 К/мии из т р в ма ном поле напряженностью
;Ж“;^"Ло° ct«T ’ Т№
Х®Уг/^?"х"“>5е^У«м“так»я'>оара»етрамк: В, = 1,12-1- М8 Тл;
II= 44-£-48 кА/м; 1Гмакс = 14 -3- 16 кДж/м [420].
Состав я свойства материалов типа альнико приведены в табл. 10.8 и 10.9,
10.3 Л. Сплавы марганец-алюминий
Эти сплавы отличаются невысокой стоимостью, коррозионной стойкостью,
не содержат дефицитных компонентов. Сплав 71,4 % марганца и 28,6 % алю-
миния гомогенизируют при 1100 °C в течение 2—3 чг закаливают в масло, от^
пускают при 500 °C, дробят до кусков 2—3 мм, размалывают в порошок дисперс-i
вестью 5—10 мкм [420]. *•
Изделия прессуют при 500 С е выдержкой под давлением 15 мин.
Свойства магнитов: Вг = 0,27 Тл; На ==> 104 кА/м; Нсв = 80 кА/м; П7иаке =
= 4 кДж/м®; 7 = 5,1 г/см3,
10.3.3 * Сплавы системы железо — хром — кобальт
Эти сплавы отличаются невысокой стоимостью, пластичностью при повы-
шенных температурах, Допускают обработку давлением и резанием.
Шихту подвергают холодному прессованию при 1000 МПа. Спекание про-
изводят в сухом водороде при 1300 °C в течение 3 ч. Изделия подвергают гомо-
генизации, закалке в воде, ступенчатому отпуску, термомагнитной обработке
» магнитном поле 200—300 кА/м при 360—640 9С [420].
Состав*, режимы и .магнитные свойства железохромокобальтовых- сплавов
приведены в табл. 10.10.
ТаблицаПО.Ю, Состав й свойства магнитов системы железо — хром [334]
Массовая доля, % •Термическая обработка Магнитные свойства
ft с со V И SI Гомогени- зация Отпуск вп Ъ ^св» кА/м ^макс' кДж/м3
t. °C т, я t, °C т, ч .
Основа - » » 35 23 30 23 15 23 -0 -3 0 0 2 0 0 0 1 1300 1000 1300 3 1 0,5 580—640 560—660 640 1—4 1 1 1,0 1,35 1,3 56 44 78,5 . 13 22 32
40.3.4. Сплавы систем платина •—
кобальт и платина — палладий — кобальт
8» Аля „бр.ц.оЛы. галь..«о»«-
Типовой процесс [3341 предусматривает приготовление шихты из поопт.
ков платины, содержащих ие более 0,1 % примесей, и кобальта марки ПК-1
крупностью ие более 60 мкм в соотношении: платина — 76,6 ± 0 5 % и ко.
бальт — 23,2 ± 0,5 % (по массе). После вибросмешивания в течение 15 я
прессуют заготовки при давлении 800 МПа, спекают при 1350 °C в вакууме
•О"* Па 20 мин, допрессовывают при 800 МПа, повторно спекают пои 1400 °C
15 мин, повторно допрессовывают при 1000-1100 МПа, подвергают третьему
спеканию при 1400 С в течение 15 мин. Заготовку прогревают при 1000 °C
в аргоне с выдержкой 2—3 ч, производят изотермическую закалку в соляной
ваине при 660 G (выдержка 45 мин) и охлаждение на воздухе до комнатной
температуры. Состав соляной ванны: 21 % NaCl; 31 % ВаС12, 48 % CaCU
Без ухудшения магнитных свойств до 5 % платины можно заменить пал-
ладием.
Свойства магнитов: Вг = 0,7 Тл; Ясв = 280 кА/м; Гмакс = 32 кДж/м3;
у = 14,8 -5- 15,2 г/см3; точка Кюри 520—530 °C [334].
10.3.5 . Сплавы систем кобальт — редкоземельные металлы
Постоянные магниты, системы Со6 — РЗМ обладают рекордными магнит-
ными характеристиками.
Технология получения магнитов включает [334] операции выплавки соеди-
нения Cos — РЗМ в керамических тиглях, размол в порошок крупностью 5—
20 мкм в среде азота, толуола или изопропиловом спирте в вибромельницах
нли в шаровых, химическое никелирование порошка, ориентация порошка во
внешнем магнитном поле напряженностью 3000 кА/м при умеренном давлении,
гидростатическое уплотнение при 2000 МПа до относительной плотности 0,82.
Спекание производят в аргоне высокой чистоты при 1100 °C в течение 0,5 ч.
Таблица 10.11. Технология получения и свойства магнитов сплавов
РЗМ—Со5, полученных жидкофазным спеканием [334]
Материал Мас- совая доля, % * Режим спекания •т, г/см8 Магнитные свойства
В s,_ Тл Вг. Тл кА/м ^макс* кДж/м*
^СП' °G TCni 4
nCo6Sm 63 1125 0,5 8,12 0,933 0,845 6 70,4
ПСо6Рг 63 1110 1,0 8,11 1,091 0,936 4,16 56
nC°5Pr0,5Sm0 5 62 1100 0,5 8,00 0,999 0,890 6 75,2
ЛСо5Рго<58п1о15 63 1105 0,5 8,15 1,008 0,920 6,5 80
„Co5Pr0r6Sni0 s 63 1100 0,5 8,04 1,002 0,893 7,05 80
jlCOjPro.gSniog 63 1100 0,5 8,22 1,030 0,950 6,65 - 88,8
w^OsPro gSmo 5 63 1100 0,5 8,09 1,013 0,908 6,96 80'
^°jPr0,5Sm0 5 64 1100 0,5 8,11 1,052 0,949 5,53 78
HGo5Pr0 5Sm0 5 64 1100 0,5 7,91 1,062 0,950 5,05 60
ncOSDr0’sSm°'8 nCosPro.sSmn - JCoSPro,5Sm0’& nCo8Ce0j5SrPo>8 nC°-L3o.s HCosMM*’ Ui Э 65 1100 0,5 7,85 1,091 0,955 3,12 57,6
63 1115 1,0 8,16 1,069 0,996 5,45 92
63 1100* 0,5 7,85 1,205 0,890 1,24 21,6
62 1100 0,5 8,24 0,834 0,766 3,05 54
64,5 1105 0,5 7,91 0,857 0,727 5,7 32,8
63 1070 1,0 7,99 0,863 0,788 5,36 60,8
Примечание: * твердофазное опекание; ** ММ — мишметалл.
Таблица 10.12. Физические свойства магнитов РЗМ - -кобальт [334]
Материал г/см’ оги> МПй °СЖ’ МПа '«в» МПа Е, ГПА HV, ГПА HR С
(ММ)Со4 (Sm, Рг)Со5 Ce(CuFe)Coa Sm—Со Sm—Со Магннтопласт Sm—Со Магннтопласт 8,0 8,03 8,3 8,6 8,0—8,2 5,2—6,8 4,5—6,4 160 93 140 120 93 55—140 а а « « .!* 294 450—500 510—530 294 310 «ч 34,5 17,3 •« « *> 180 165 117 151 165 1 2,8 5.5 5,1 5,3 5,3 5,1 • о • • • ф .52 54,5 Vt Щ. 52,9 *4 * **г
Продолжение табл. 10.12
Материал e> Дж/(кг-К) К, Вт Дм-К) а-10», К-*, 11 оси с а-10% К~% X к оси 6 ₽ И оси С, мкОм-м РJL косиС, мкОм-м
(MM)Cos (Sm, Pr)Cos Се (CuFe) Cos 380 363 11,0 12,1 25 3,9 6,1 5,6 12,2 12,5 14,0 4900 11200 и • • 14000
362 9,5 » И К * • *
Sm—Co 373 9,6 5,6 12,8 4900
Магнитопласт Sm—Co * » • 0,42—0,84 * а а а а?
Магнитопласт < • < • * « •• * * I1 • • **
Таблица 10.13. Марки и химический состав промышленных
самарий-кобальтовых магнитов (ГОСТ 21559—76)
Массовая доля, %
Sm Sm-f-Pr Со
КС37 КС37А КСП37 КСП36А 36,0—38,5 36,0—38,5 0 0 § 1 36,0—38,5 36,0—38,5 Основа » » >
Примечание. Буква А указывает иа улучшенную структуру»
Таблица 10.14. Магнитные свойства промышленных
самарий-кобальтовых магнитов (ГОСТ 21559—76)
Марка материала В г. Тл 10е, кА/ма Нс 4 10», кА/м макс* кДж/м*
КС37 КС37А КСП37 КСЛ37А 0,77 0,82 0,85 0,90 13 10 8 6,4 5,4 5,6 5,2 5,0 55 65 65 72,5
Состав, технология получения и свойства магнитов системы Со6 — РЗМ приве-
дены в табл. 10.11 — 10.14. к
Постоянные магниты из этих материалов используют при фокусировке
электронных пучков в лампах бегущей волны, магнитных линзах электронных
микроскопов, магнитных часах, различных устройствах СВЧ-техники, электро-
измерительных приборах и других устройствах.
10.4 . Магнитодиэлектрики
Магнитодиэлектрики — композиционные материалы, в которых каждая
ферромагнитная частица окружена одной или несколькими оболочками из орга-
нического или неорганического диэлектрика, снижающими величину вихре-
вых токов в проводящей фазе.
Магннтодиэлектрики изготовляют нанесением на Отдельные частицы кар-
бонильного железа первичной изоляции — жидкого стекла (ЖС), ортофосфор-
ной кислоты (ОФК), полиорганосилазана (ПОС), вторичной изоляции (бакели-
тового лака 4 %), холодным прессованием изделий при 600—1000 МПа и термо-
обработкой при 130 °C в течение 1—2 ч.
Магнитодиэлектрики обеспечивают стабильную работу сердечников кату-
шек индуктивности, ферровариометров, микромодульных сердечников в радио-
электронных устройствах при частотах до сотен мегагерц.
Зависимость магнитной проницаемости материала от содержания изоли-
рующих веществ (479):
ц=цоф> ПО-D
где р,а _ начальная магнитная проницаемость (при рф 1)‘> Рф — Дол» ферро-
магнитной составляющей, рф = (1 — аи) тф; ай — доля изолирующего мате-
риала; тф — относительная плотность упаковки ферромагнитных частиц.
Потери электромагнитной энергии характеризует тангенс угла потери
tg<5 = tgS4 + tgSr+ tg6nr (Ю.2)
Таблица 10.15. Состав и свойства магнитодиэлектриков
на основе карбонильного железа [506]
Марка порошка Средний размер частиц, мкм Массовая доля примесей в карбонильном железе, % Первичная изол яция
С 1 N о
РЮ 3,5 0,8—1,2 0,7—1,0 0,8—1,2 —
РЮ 3,5 0,8—1,2 0,7—1,0 0,8—1,2 0,2 % ЖС
РЮ -3,5 0,8—1,2 0,7—1,0 0,8—1,2 0,2% ОФК
Р20 2,5 0,7—0,9 0,6—0,9 0,8—1,2 —
Р20 2,0 0,7—0,9 0,6—0,9 0,8—1,2 1 % же
Р20 2,5 0,7—0,9 0,6—0,9 0,8—1,2 0,2 % же
Р20 2,5 0,7—0,9 0,6—0,9 0,8—1,2 0,2% ОФК
Р20 2,0 0,6—0,8 0,5—0,8 0,8—1,2 0,2% ОФК
Р100 1,5 0,7—0£ 0,8—0,9 0,8—1,2 0,2% ОФК
Р20к 2,5 07—0'9 0.6—0,9 0,8—1,2 0,2% ОФК, 1 % ПОС
РЮ0ф 1,5 0,7—0,9 0,7—1,0 0,8—1,2 0,2 % ОФК
рюоф 1,5 0,7—0,9 1,0—2,0 0,8—1,2 0,2 % 6<5К
1,5 0,8—1,0 0,7—1,0 0,8—1,2 0,2% ОФК
рюой 1,5 0,7—0,9 0,6—0,9 0,8—1,2 0,2% ОФК, 1 % пос
Р200А ф 0,8—1,0 0,8—1,0 0,7—1,0 0,8—1.2 1 % ОФК
7 Продолжение табл, /0.15
М рка порошка Qs Г* эф Мо ^100, “% тка 10е, К-1 еР. №. м/А бч‘ 10», Гц->* «й'Ю»
РЮ РЮ РЮ Р20 Р20 й? Р20 РЮЭ Р20к РЮОф Р100ф1 Р1£0фа Р100к Р200ф 1,75 1,85 1,85 1,90 2,60 2,00 2,00 2,00 ио 2,06 1,10 1.10 1,10 1,26 1,30 2,90 2,90 2,90 2,95 2,85 2,95 2,95 2,90 1,60 2,96 1,60 1,60 1,60 1,66 1,55 16 15 15 15 И 14 14 13 12 12,2 12 12 12 10,3 9,5 1.5 1,8 0,8 1,5 2,8 1,6 0,8 0,8 0,8 0,5 0,75 0,75 0,75 0,3 0,75 260 190 180 180 130 170 150 ПО 80 12 120 80 150 25 125 8,0 6,5 5,0 5,0 1,5 4,0 2,5 1,5 1,2 6,85 2,1 2,0 2,2 0,4 0,6 4,5 4,0 3,5 4,0 3,5 3,5 3,0 3,0 2,8 2,1 2,4 2,2 2,5 0,6 L0 0,30 0,25 0,25 0,15 0,15 0,12 0,10 0,20 0,10 0,06 0,14 0,15 0,15 0,11 0,10 — *
Таблица 10.16. Влияние старения на параметры магнитодиэлектриков
из порошка карбонильного железа марки Р200ф (ТУ 6—02—1—296—77) [507]
Марка ^связующего До старения После старени-я Марка связующего До старения После старения -
Оотн л эф $отн Нэф Оотй 11 эф Оотв 14 эф
ГКЖ960 КО960 КО979 КТ75 1,34 1,35 1,35 1,34 1,79 1,78 1,80 1,81 1,24 1.21 , 1,34 1,29 1,75 1,74 1,80 1,79 МВЭТ1 МСН7 ФФС 1,33 1,34 1,31. - 1,77 1,81 1,81 1,24 1,25 1,21 г Т- 1,76 1,77 1,77
где 6, — угол потерь на вихревые токи; 6Г • угол потерь.- на гистерезис; 6_ —
угол потерь на последействие. п
в табл^Ю. 15, СВ0®Ства промышленных магнитодиэлентриков приведены
7 ч с цмью повышения mCJrtuHBaTb Магни™Диэлектрики при 150 °C в течение
тивна такая обработка для матерков1?РпаМетров во вРемени- Особенно эффект
КО 979 по ТУ 6—02—1028—75 (таблМО 1П^Л1’органосилоксановым лаком марки
ГЛАВА 11
ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ff.f. Введение
Современная электротехника требует большого количества специальных
конструкционных материалов, которые обладают особыми свойствами по отно-
шению к электрическому, магнитному и электромагнитному полям. Среди них
особое место занимают огнеупорные материалы е высокими электроизоляцион-
ными свойствами, обеспечивающие работу электротехнических устройств, глав-
ным образом электрических печей при высоких температурах. Эти материалы
должны сохранять свои химические, физические и механические свойства при
высоких температурах и химически не взаимодействовать е электрическими на-
гревателями, газовыми средами печей и нагреваемыми в них материалами —
металлами, сплавами и шлаками. Обычно к огнеупорным относят материалы,
имеющие температуру размягчения или разложения 1500—4770 °C, к высоко-
температурным — 1770—2000 °C,- к материалам высшей огнеупорности — более
2000 °C. «
Огнеупорные материалы подразделяются на три больших класса: оксидные
огнеупоры; огнеупоры нз бескислородных тугоплавких соединений; огнеупоры
из углеродных материалов, графита.
Большинство огнеупоров для промышленного использования состоит из
смеси оксидов. Огнеупоры из тугоплавких еоединений и графита применяют
в основном в защитных'и нейтральных средах для плавки металлов и сплавов.
Объем производства огнеупоров в технически развитых странах приведен
в табл. 11.1.
Таблица 11,1. Производство огнеупоров в некоторых технически
развитых странах, тыс. т [417]
Страна 1955 г. Г960 г. 1965 г. 1979 г. 1975 г.
Англия 517 597 662 627 710
СССР 5241 6714 8058 8345 8727
США 5384 4175 4354 4162 4032
ФРГ Япония 2544 684 2646 1522 2655 1704 . 2717 ЗОЮ 2363 2891
дамиОксидные огнеупоры (керамика) имеют преимущества перед ДРУ™™ ®и
““«огнеупоров. Запасы сырья для их производства имеются
ПооиЛРаииченном количестве во всех странах мира, saJPaT йстРа огнеупо-
РовИанзДСТВО относительно малы. Достигнутые прочностны н0 пойы-
|“аюХаЧв1ельно яиже еретического предела, °Днако °" оксида алюми-
Л' Если в I960 г. предел прочности на разрыв. керамики из оксида
я составлял всего 200 МПа, то в 1980 г.— 700 МПа.
11.2. Технология изготовления огнеупорных материалов
Огнеупорные материалы изготовляют традиционными методами порошвд.
вой металлургии. Исходные сырьевые материалы тщательно размалывают, пе-
пемешивают. пластифицируют, прессуют и спекают.
₽ Огнеупорные изделия из оксидов изготовляют обжигом при высоких тем-
пературах или путем затвердевания вводимых в шихту специальных связок
при низких температурах. В качестве связок обычно используют цементы, суЛь.
фатво-спиртовую барду, жидкое стекло и водные растворы фосфорной кислоты
и фосфатнатриевых солей.
11.2.1. Подготовка сырья дяя производства огнеупоров
Для получения огнеупоров е требуемыми воспроизводимыми свойствами
необходима специальная подготовка исходного сырья. Она заключается глав-
ным образом в размоле и перемешивании компонентов. Обычно такие состав,
ляющие, как кварц и полевой шпат, имеют размер частиц порошков около
10 мкм, а пластичные глины — значительно меньше (1 мкм). При подготовке
смеси оксидов фракционный состав порошков подбирается так, чтобы после
формования получить заготовки е возможно меньшим содержанием пор. Это
достигается добавлением к грубым частицам мелких, которые заполняют про-
межутки между крупными частицами и уменьшают пористость.
Формуемую массу из порошков оксидов готовят сухим и мокрым способом.
При сухом способе материалы взвешиваются, размалываются, к ним добав-
ляется связка, затем масса обрабатывается на бегунах, сушится, смешивается
с водомасляной эмульсией и прессуется. Однако в последние годы массу гото-
вят преимущественно мокрым способом: материалы подвергают мокрому раз-
молу со связкой, затем сушат в распыленном состоянии для получения гранул,
смешивают с водомасляной эмульсией и прессуют. При подготовке массы мок-
рым способом она захватывает большое количество воздуха, поэтому ее пропуь
кают через вакуумную шнек-машину для удаления воздуха, а затем продавли-
вают через мундштук.
Порошки оксидов для изготовления специальной керамики приготавли-
вают с помощью химического осаждения и последующей кальцинации, обра?
боткой порошков в автоклавах е использованием реакций в среде пара длй
соосаждения смеси гелей.
11.2.2. Формование изделий
Огнеупорные изделия формуют методами прессования в стальных пресФ
формах, продавливания через мундштук, а также методом литья водных и Teg
мопластичных шликеров. *
uu«,J}?ec£nnarrie в Стальных пресс-формах обычно осуществляют при давле»
пл У-' что обеспечивает получение изделий со строгими допусками
лЛ1₽мнлмРпПЯ'и^/=Т метод позволяет осуществить полную автоматизацию при
ллиниомепны» Р„яВаНИИй пРессУемой шихты, однако не может обеспечить получение
исключается^чпи^пплг ' равномеРной плотностью по высоте. Этот недостаток
масс наппимеп п дР°статичес/сом прессовании сухих слабопластифицированных
ках обеспечнпяётгяеппН°ВЫХ Формах- Этим способом на специальных установ-
Для? пооИЧПпплТИаР0ИЗВ0ДИТеЛЬН0сть до 1500 изделий в час [377].
иое ы^ен^е об^иил илпГ1еяП0рН0Г0 киРпича и изоляторов, имеющих постоян-
рованных масс. ользуют метод мундштучного прессования пластифици-
монтмооилл^итппЛТяТм0ФпКаТОроВ пРеимУЩественно применяют глины класса
мундштука лппРпй’ля1л/ШаННЫе На воде‘ Количество воды в смеси и геометрия
ные паоаметоы м«япп1т',СИЛИе прессования и пористость заготовок. Оптималь-
реологическим еПлй™УКа подбиРают экспериментально или оценивают по
Р„;„™^еск"м свойствам масс и потребляемой мощности. Перед продавлива-
Из смеси. yWK массы вакУУмиРуют в шнек-машине для удаления воздуха
Для получения огнеупорных изделий сложной формы обычно поименяшт
метод шликерного литья глинистых суспензий в гипсовую форму Послепия»
активно впитывает воду, поэтому на ее поверхности образуется плотный слой
огнеупорной массы. При достаточно длительном пребывании суспензий в (Ьопме
получают изделия с полным заполнением ее объема. Подбор литейных шлике-
ров сложен, так как они должны удовлетворять следующим требованиям (195]'
иметь низкую вязкость и малую скорость оседания; давать чистую поверхность:
обеспечивать небольшую усадку при сушке; иметь достаточную скорость набора
дерепка; быть свободным от пены и газовых пузырей.
112.3. Сушка изделий
Огнеупорные изделия, сформированные любым способом, содержат влагу,
которая удаляется при сушке. Скорость сушки заготовок зависит от темпера-
туры, влажности и скорости движения воздуха над поверхностью изделий. Она
сопровождается усадкой и часто короблением изделий. Поэтому обычно ста-
раются применять в шихте минимальное количество тонкодисперсиых глин,
у которых частицы разделены тонкими водными прослойками.
Одним из методов сушки является сушка изделий на стеллажах при ком-
натной температуре и нормальной влажности. Иногда их помещают в специаль-
ные камеры с регулируемой влажностью и температурой. Часто изделия сушат,
используя тепло отходящих газов, в каналах и подовых сушилах, через кото-
рые дымовые газы или пар перемещаются за счет естественной тяги. Тонкостен-
ные изделия сушатся с помощью инфракрасных сушил, обеспечивающих быст-
рую сушку.
11.2.4. Обжиг изделий
Огнеупорные изделия после сушкн спекают или, как принято называть
в производстве огнеупорных материалов, обжигают при температурах до 2000 °C.
В зависимости от состава огнеупоров обжиг проходит или в твердой фазе, за
счет интенсификации диффузионных процессов, или в жидкой фазе, когда лег-
коплавкие составляющие расплавляются. В процессе обжига наблюдается
усадка изделий, которая достигает обычно 30—40 об. % и соответствует вели-
чине исходной пористости. Это обстоятельство требует особых мер предосторож-
ности для избежания коробления и образования трещин. С этой целью при
обжиге тщательно контролируют равномерность нагрева, скорость, время
в температуру обжига.
Обычно огнеупоры обжигают и печах большой емкости с газовым обогре-
вом. В этом случае иногда для защиты изделий от вредного влияния газовой
среды печи их помещают в специальные защитные капсулы. Особо ответствен-
ные изделия чаще спекают в печах е электрическим обогревом и контролируе-
мой газовой средой.
112.3. Горячее прессование
Огнеупоры высшей огнеупорности очень часто получают методом горячего
прессования, нагревая их до высокой температуры под давлением. Применение
Давления обеспечивает получение высокоплотных изделий при малых выдерж-
ан» что позволяет избежать значительного роста зерен. Только этим способом
ожно получить огнеупоры из чистого карбида кремния, нитрида бора, оксидов
бриония и бериллия с пористостью до 2—5 %. Такие изделия прессуют в гра-
п5 м'Л Ф°Рмах> поэтому обычно применяют давления, не превышающие 25,0
Ваий ^а‘ Йз-за частого разрушения графитовых форм метод горячего прессо-
"Я является малопроизводительным и относительно дорогим.
... Крупные высокоплотные огнеупорные изделия изготовляют в п д
н я в газостатах с давлением до 200 МПа и температурой 1/ии ь.
Таблица ПЛ. Тяпы, группы я содержание основного
компонента огнеупоров [290] _______
* Тив. Группа Массовая доля, %
Кремнеземистые Алюмосиликатные Магнезиальные Магнезяально- известковые Магнезиально- шпииелидные Магяезиально* силикатные Углеродистые Карбидокремние- вые Цирконистые Оксидные Бескислородные 5а Кварцевое стекло Динасовые ва Известковой связке Динасовые на различных связках Полукнслые Шамотные Муллнтокремнеземистые Муллвтовые Муллитокоруидовые Корундовые Магнезитовые Магнезитовые на различных связках Магнезитодоломитовые Доломитовые Доломитовые стабилизированные Известковые Магнеэитохромитовыё Хромомагнезитовые Хромитовые Периклазошпинелидные Шпинельные Периклазофорстернтовые Форстеритовые Форстерито-хромитовые Углеродистые графитированные Углеродистые неграфитированные (угольные) У глесодержащие- Рекристаллизованные На различных связках Карбидкремнийсодержащие Бадделеитовые Бадделентокорундовые Цирконовые Из чистых оксидов Бориды, карбиды, нитриды, силициды > 99 S1O, >53 SiO2 >80 SiO2 >28 А12О8 65—85 SiO, 28-45 Al Д 42-62 ALO* ' 62—72 А1Д 72-90 Al Д >90 MgO >80 MgO >50 MgO, > loCaG 35-50 Mgof 30 45-70 CaO 35—65 MgO, 6—15 SiO2, 15—40 CaO > 70 CaO >60 MgO, 5—18 Cr2O3 40—60 MgO, 15—30 Cr2O3 <40 MgO, >25СгД 40—80 MgO, 15—55 A12O3 25—40 MgO, 50—70 A12Os 65—80 MgO,>10 SidL 50—65 MgO, 25—35 SiO2 45—60 MgO, 20—30 SiO2, 6—15 Cr2O3 >98 C >85 C <70 C >90 SiC >70 SiC < 70 SiO >90 ZrO2 >35 ZrO2 < 65 A12Os >35 ZrO2 > 18 SiO2 Максимальное содер- жание определяю- щего оксида Максимальное содер- жание соединения
If.j.6. Плавка огнеупоров •
Плавленные огнеупоры применяются редко, главным образом для стеколь-
ной промышленности. Это так называемые бакоровые огнеупоры, содержащие
30-60 % оксида циркония. Огнеупорную массу обычно расплавляют в дуговых
печах и отливают в стальные или песчаные формы. Литым изделиям присущи
такие виды дефектов, как усадочные раковины, поры, крупные кристаллы.
Литые огнеупоры имеют невысокую механическую прочность.
11.3. Оксидные огнеупоры
Оксидные огнеупоры наиболее широко применяются в промышленности.
Огнеупоры, состоящие главным образом из диоксида кремния и циркония, отно-
сятся к кислым, из оксидов алюминия и хрома — к нейтральным, а из оксидов
магния и кальция — к основным огнеупорам (табл. 11.2). Они применяются
в виде плотных изделий или легковесной керамической пены. В последние годы
применяют огнеупоры с добавками оксидов РЗМ и волокон. Новые разработки
последних лет собраны в обзоре патентной литературы США [430].
Таблица 11.3. Распределение (%) оксидных огнеупоров по видам
в некоторых странах [291]
Группа огнеупоров Англия СССР США
Шамотные, высокоглиноземи-
стые и легковесные 46 72 70
Динасовые 15,4 6,9 10,5
Основные 27 19,7 17
Прочие 11,6 1.4 3,0
Характерное распределение выпуска огнеупоров иа примере США, Англии
и СССР за 1964 г. показано в табл. 11.3.
Таблица 11.4. Удельное электросопротивление чистых оксидов [291]
Оксид р, Ом • м.при (, °C
1000 1200 1400 1600 1800 2000
ВеО 1,6- 10» 7 - 10* 6 • 108 3,5 - 10я 65 16
MgO 6-10» 1 • 105 9 • 103 * 5
с')*?8 5-10* 8 - 10» в • век * • •
SiOj 1,1 - 10® 3 • 10» 2 • 10» В • •
СаО • i Г 1 • 105 2 • Ю8 • • • V •*«
Сг4О3 40 23 21,3 • • • В • • » » »
ZrO, 10 4 0,6 о,1 0,05 0,01
Огнеупорные материалы применяют в виде изделий (блоки, к Р ыв
йорошков. К последним относят мертели, засыпки, набивны Ф Р
«ассы, которые используют для производства.бетонов-^«Ки^свой.
Оксидные огнеупоры обладают высокими электро (табл. И-4)
^вами. Однако удельное электросопротивление ^^упоров.состоя-
намного превышает электросопротивление промышленных о У Р
“*их из смеси оксидов (табл. 11.5).
Таблица 11.5. Удельное электросопротивление одного из составов
данного типа оксидных огнеупоров [291]_________________,___________
₽ Ом • м, при t. "С
Огяеупоры 700 900 1100 1300 1500
Динасовые Шамотные Муллитовые Магнезитовые Хромомагнеэи- товые Шпинельные Цирконовые 7,8 - 10® 2,2 10® 7 - 102 2,3 10» 3,6 104 3,4 < 10* 4 10* 48 1 . 102 1,6 - Ю4 1,2 - Ю4 6- 10® 4.3 - 10® *15 30 8 • 10® 3,7» Ю® 6,8 102 ' 6 10 45 3 • 102 1 102 60 3 5 3 6 18
11.4. Огнеупоры из тугоплавких соединений
Многие тугоплавкие соединения обладают высокими огнеупорными свой-
ствами. Однако пока только карбид кремния широко применяется как огне-
упорный материал в современной промышленности. Известны карборундовые
огнеупорные изделия на минеральных связках (нитрид кремния, алюмосиликат-
ные глииы), органических связках (каменноугольная смола и пек) и самосвя-
занные (рекристаллизованные, на кремнеземистой связке, пропитанные крем-
нием).
11.4.1. Карборундовые огнеупоры на алюмосиликатной связке
Карборундовые огнеупоры на алюмосиликатной связке изготовляют в боль
шом количестве. В зависимости от назначения изготовляют изделия, содержа-
щие 5—10 % глины в шихте. " »=
Карборунд различных фракций и глину в виде шликера смешивают, добав-
ляя 1—2 % сульфатно-спиртовой барды. Масса подвергается вымешиванию^
в течение 2—3 суток, протирке через сита и полусухому прессованию или трам?
бованию. После формования изделия сушат и обжигают при температур^
1350—1425 С в течение 40—48 ч. В зависимости от содержания связки полу^
чают три группы карборундовых изделий (табл. Ц.6).
Таблица 11.6. Свойства карборундовых огнеупоров
на алюмосиликатной связке [291]
Группа Массовая доля SiC, % п< % ®сж* МПа Гд, *С, при Р — 0,2 МПа X, Вт/(м-К)
А Б В 88—89 80—84 80 24—26 20—25 15-21 48—62 30—50 40—100 1380—1530 1530—1680 1680—1700 7,8—9,8 (500 °C) 8,3—9.8 (800 °Q
11.4.2. Карборундовые огнеупоры на связке из нитрида кремния
ляютВнГс?яПзкГнГнЛ.пТ«?10СТ0ЙКИе °гнеУП0Р“ на основе карборунда изготов-
и зТоГкпХиия К0АКреМН^,°^ЧИ0 готовят смеси из 70 % карборунда
ваствооом сильЖятиЛп иР0 ИЛ^ <^Р1’ тщательно смешивают, увлажняют
50 МПа Ияпапм О'Спиртовой барды (1 %) и прессуют под давлением 30
п?и^темпеоатуое’iSOO^^r^ влажнос™ °-5 %, подвергает обжигу в азоте
в табл” fl LP 1300~1350 С в течение 5—6 ч. Свойства изделий приведены
Табл ива U.7. Свойства карборундовых огнеупоров
на нитридной и углеграфитовой связках [291]
Огнеупоры карбоРУнД°вые п, % Е, ГПа °сж» МПа «д. «С а • 1о•, к-» К, ВтДм.К)
На связке из нитрида крем- ния 15—19 180 200 1800 (Р = 0,2 МПа) (20—4200 °C) 9,6 (850 °C)
На связке из углеграфита 27—39 120 160 1750 (р = 0,175 МПа) 2,7 (20—1400 °C) 15,36 (1000 °C)
11.4.3. Карборундовые огнеупоры на органических связках
На органических связках (смолопековая связка, каменноугольная смола)
изготавливают карборундографитовые огнеупоры, главным образом из карбо-
рунда (40—60 %), графита (15—30 %), шамота (5—10 %), ферросплавов (10 %)
в смолопека (20 %). Шамот и ферросплавы вводят для образования глазури на
поверхности изделий. Массу готовят в смесителе е подогревом до 120 °C в тече-
ние 15—20 мин. Изделия формуют любым методом и обжигают по следующему
режиму: медленный нагрев до 200—400 °C для удаления летучих, затем нагрев
с постоянной скоростью до 1350 °C и выдержка при этой температуре в течений
I ч в слабоокислительной среде. Изделия имеют следующий химический состав
(%): SiC —41—45; С — 27—34; SiO2 — 10—14; Д12О3 — 2—12; FejO*— 1-
1,5. Свойства изделий приведены в табл. 11.7.
11.4.4. Самосвязанные карборундовые огнеупоры
Карборундовые огнеупоры без введения связки изготовляют тремя спосо-
бами:
1. Изделия из карборунда формуют на мучном клейстере и обжигают при
1350—1450 °C в слабоокислительных средах. После обжига изделия содержат
обычно до 12 % SiO2.
2. Изделия из карборунда на мучном клейстере формуют и обжигают в гра-
фитовой крупке при 2170—2200 °C в течение 2 ч.
3. Изделия из карборунда и сажи формуют на органическом пластифика-
торе и обжигают в парах кремния при 1750 СС с последующим нагревом до
2000—2100 °C. Изделия состоят из первичного карборунда и карборунда, обра-
зовавшегося при обжиге, а также из остаточного углерода « 1,5 %) и свобод-
ного кремния (до 10 %). Свойства изделий приведены в табл. 11.8.
Таблица 11.8. Свойства самосвязанных карборундовых огнеупоров
(ЮЗ, 112, 239, 291]
Огнеупоры П, % 0СЖ, МПа ta. °C, ПРИ „ р = 0,2 МПа а . 10», К-1 л, Вт/(м-К)
Самосвязанные с _SiO2 15,4 158 1700 4,0—5,2 (20—1400 °C) ...
*-амосвязанные с Si 3 1100—1760 '« • • 4,1—4,3 (20 -1200 °C) 36,1
Рекристаллизован- ные 24—25 50 1760 « • * 28.4
11.5. Углеграфитовые материалы и графит
v материалы относятся к особому классу ^“’^“^окс^^каменно-
Упоров. Их изготовляют главным образом из ,кОВОй металлургии.
Угольной смолы (пека) по общепринятой технологии порошковой метал ун
мАпамошипяЧУГ с пеком для получения необходимого состава
Кокс размалывают, ' |!ресс-формах или выдавливают через иуНд’
шихты. Смесь формуют в сталь “х - р гаытрпрИ температурах до 1300—1350 °с
штук. После формования “здели* °^>м ПОд давлением, снова обжигают. пр5
:,у™ «’ пол:'’и‘"'
изделий. гпаАитппых огнеупоров проводят процесс высокотемпеоя Для п<¥УчяХииРвФпе™а^“сопротивления при температурах выше 26Со\ турио^АР|Фс^ пои полной продолжительности цикла до 15-17 сут. Степей в течение 31 сут. при полной Р д заВИСЯТ от теМпературы и времени графи. «SS А Некоторые гр»*«о»ых огиу„„’л, приведены в табл, иль Таблица 11.9. Свойства углеграфитовых огнеупоров [295]
Огнеупоры п. % Ё, ГПа °сж> МПа а 10», Км %, Вт/(м.К) Ом.и " “ — —
Угольные Графитовые поли* кристаллические Графитовые моно кристаллические 8 0 0 158 89 516 344 «4 г $ 5—6 i 6,6 (вдоль базиса) 26 1 (поперек базиса) 5,18 130 « 4100 • 10« 10,2 * Ю-« *
11.6. Применение огнеупоров
Оксидные огнеупоры являются основными огнеупорными материалами
в применяются практически во всех отраслях народного хозяйства. Основные
потребители: черная и цветная металлургия, химия, машиностроение, электро-
техническая промышленность.. Без них невозможно представить производство
металлов и сплавов, обработку деталей машиностроения и электронной техники.
Графитовые, карборундовые и огнеупоры из других тугоплавких соединений
имеют специальные области применения.
Графитовые огнеупоры применяют в аппаратах с защитной газовой средов
для футеровки, изготовления тиглей для плавки и желобов для транспорти-
ровки цветных металлов.
Карборундовые огнеупоры в черной И цветной металлургии применяют
рекуператоров, обогреваемых подов, муфелей, цементационных ящиков, цпвК’
дистилляционных колонн, реторт, направляющих рельсов и тяг; футеровкй
циклонов, пылесборников, желобов, трубопроводов, подвергающихся интея*
сивиому истиранию, этажерок для вагонеточных туннельных печей,, фильтров
для очистки газов.
„„„.Бл,1Г0Даря использ°ванию тугоплавких соединений в последние годы пой>
^1а^жРОКОе пРименение вакуумная металлизация: Применение ее дает боль-
nnm-Jne оКТ В технологических процессах алюминирования стекол при произ-
ВМеСТ° сеРебРения, алюминирования рулонной черной жести
сатоонойб?мТг«ТИ„^Я ¥’HcePBK0® промышленности, алюминирования кочде»'
В качестве емкпстРЙП™а°фаНа ” бумаги ДЛЯ кондитерской промышленности.
*азныа мятепияпЛ®^ ИСпаРения алюминия, меди, никеля применяют гетер0*
и нХиля тиРЛ»а ГЯ7Я1 °пН0Ве нигридов бора и алюминия, карбида, борида
лов типлкл Jn«a Огнеупоры на основе дисилицида молибдена и дибори
иогп^литпАпаР^1ОТСЯ в качестве защитных чехлов термопар для непрерыв-
ного контроля температуры окислительных газовых спел стекла и стали, чугуна-
меди и сплавов цветных металлов [447]. азовых сред’ Стекла н стал ’ 3
ГЛАВА 12
РЕЗИСТОРЫ И ТЕРМОЭЛЕМЕНТЫ
12.1. Электронагреватели
12.1.1. Введение
Среди материалов и изделий, получаемых методами и средствами порошковой
металлургии, особое место занимают резисторные материалы, для которых
основным параметром, характеризующим эксплуатационные свойства, является
электрическое сопротивление. Если резисторные материалы, изготовленные по
традиционной технологии,— металлы, то материалы порошковой металлур-
гия — в основном полупроводники, и этим определяются их основные преиму-
щества: уровень электросопротивления, благоприятный во многих случаях ход
температурной зависимости электросопротивления, нелинейность вольт-ампер-
ных характеристик, высокое значение коэффициента Зеебека, тугоплавкость
и окалиностойкость и т. д.
Порошковые резисторные материалы и изделия применяют в качестве
электронагревателей в электропечах разного назначения, пленочных и объем-
ных сопротивлений, широко используемых в радио- и телевизионной технике,
термоэлектродных элементов . термопар и термоэлектрических преобразовате-
лей энергии, термометров сопротивления балластных и нелинейных сопротив-
лений, компенсаторов и т. д.
Материалы для электронагревателей должны обладать комплексом свойств,
определяющих стабильную эксплуатацию печей сопротивления в заданном
интервале температур, как правило, без использования защитных газовых сред
или со строго контролируемым их составом. К материалам электронагревателей
предъявляют следующие общие требования: заданный уровень электропровод-
ности, определяемый параметрами источника питания электропечи; низкий
температурный коэффициент сопротивления; отсутствие фазовых превращений
в ходе эксплуатации; химическая стойкость по отношению к окружающей среде.
Для работы в восстановительных и нейтральных газовых средах, а также
в вакууме используют нагреватели из тугоплавких металлов (W, Мо, Та) и из
графита. В этих условиях они могут эксплуатироваться до 2500—3000 ®С.
В окислительных средах и на воздухе в качестве электронагревательных эле-
ментов могут работать платина (до 1500 СС), а также некоторые жаростойкие
стали и сплавы. Однако максимальная рабочая температура последних не пре-
вышает 1250 °C.
В небольшом количестве и главным образом в рамках лабораторных опро-
оований в нашей стране изготавливались электронагреватели, предназначенные
мя применения в окислительной среде (на воздухе), на основе карбида титана
в !аектР°пРов°ДНых оксидных материалов на основе хромитов, оксида никеля
Пепа ИХ'* АЛЯ Ра^оты в защитной среде или в вакууме при очень высоких тем-
бидаТ^гафХ $000 Иа основе карбида ниобия, карбида тантала в кар-
Пользу8 Ра<5°ты в окислительных средах при более высоких температурах ис-
пРоводи>Т НагРеватели из спеченных материалов на основе некоторых электро-
окислени* 1Угоплавких соединений, обладающих высокой стойкостью против
йечиваютЯй ^ТИ матеРиалы Допускают более высокие ваттные нагрузки в обес-
я др<) [43ijee ВЬ[сокое значение cosq> (карбид кремния, дисилицид молибдена
12.1.2. Технология изготовления электронагревателей
из карбида кремния и дисилицида молибдена
Кяпбилокоемниевые нагреватели изготавливают мундштучным формова-
Карбидокремниевые и р состоящей из карбида кремния зеленого
Sn или &Хэт) сПоследующим силицирующим спеканием в печах сопро-
SZ1S В l^nlax, содержащих карбид кремния, кварцевый песок, нефгя.
В0Й В0пооц^сеРсилЛИИцТ^УЮщего спекания углеродом в засыпке восстанавли-
вается кремнезем с образованием паров элементарного кремния и испаряется
и П^ыпки Хид кремния. В результате взаимодействия сажи, находящейся
в мХвке нагревателя, и компонент газовой фазы в теле заготовки карбидо-
кремниевого нагревателя формируется вторичный карбид кремния, цементирую-
щий зерна первичного карбида кремния. Заготовка превращается в компакт-
ный электронагреватель с незначительной порисгосгью или беспористыи е тре-
буемыми электрическими и механическими параметрами. Для того чтобы под-
водящая электрический ток концевая часть электронагревателя не нагревалась
вместе с рабочей частью, нагреватели изготавливают е утолщенной концевой
токоподводящей частью либо эту часть нагревателя изготавливают из более
электропроводного карбидокремниевого материала, обогащенного кремнием или
пропитанного металлическим сплавом, или же используют составные нагрева-
тели, концевые элементы которых также изготавливают из обогащенной крем-
нием карбидокремниевой массы. Карбидокремниевые нагреватели изготавливают
по следующей технологической схеме [562].
Массу из порошка SiC готовят на бакелитовой связке; прессование ocy-i
ществляют, совмещая процесс прессования с процессом поликонденсации свя-
зующего. В качестве прессующего устройства используют любую емкость (бал-4
лои), выдерживающую давлением до 20 МПа при температуре 200 СС. Баллон*
заполняют жидкостью с достаточно высоким коэффициентом термического рас-»*
шнрения (глицерин). Прессуемой массой заполняют резиновые оболочки тр&
буемого профидя, концы которых плотно закрыты резиновыми пробками. Для
поддержания формы заполненные резиновые оболочки помещают в перфориро^
ван.н“е металлические обоймы, которые подвешивают к крышке, герметизую-
щей баллон. В крышке устроен регулятор давления. В этой установке отпадает
необходимость в компрессирующем устройстве. *
«л 1япе<уУемое давленйе 15 МПа) в емкости реализуется при ее нагреве
вследствие термического расширения жидкости, заполняющей ем-
точиой^почи^^11»» заготовки> освобожденные от оболочки, обладают доста-
вергать после ^бп^бптиНМ°ЖН° дополнительно механически обрабатывать й под-
товыми нагревателямиГ(пе™ Таммна)". СПеканИЮ В губчатых печах с графил
спеметюй ЮэаготовкиЯЗпД«о^И СИЛИциР0Вании в парах кремния образует в теле
технологии изготавлш5ЯЮТ ПТАпм/илш 1а ___ рбИД кремния. По згой
става, трубчатые и спиоальны!.Р^НеВЬ1е нагРеватели переменного сечения и со*
дена готовят из смеси порошков диенпи^111' НагРеватели из дисилицида молиб-
Эти нагреватели такжТ имеют v™ »а молибдена и Цементирующей связки,
ствующих длин. Прямолинейными™ ще”НЫе токоп°дводящие концы соответ-
в защитной атмосфере пои тРмпеп^УЛДР,ИАепскиЛЛаГРеватеЛй после спекания
шем в нагретом стоянии SEa^ J400”1700 °С подвергают в дальней-
ДЛЯ эксплуатации форму (обычНОР'и ?0Гтл’ Чтобы прпддть им УД°бнУ?
дена уже при температуре 1100 °Г ппл УЮ^ Изделия из дисилицида молиб-
и деформативиость. Высокая р0ЯВЛЯЮт весьма заметную пластичность
силицида молибдена в окислительнойтв нагревателей из карбида кремния и дя-
действием образующейся на их плпеп»Реде ири нагРвве обусловлена защитным
Для того чтобынагревателииРнН°СТИ пленки из Si0^
высокую сопротивляемость окислениюД^СИ1?йЦИДа МОлибДена имели достаточно
с поверхности кислородом за счет В Ра^оте> их предварительно окисляют
1800 °C, БРОДОМ за счет кратковременного нагрева в этой среде пря
378
12.1.3* Типы, эксплуатационные характеристики
и области применения нагревателей из карбида кремния
В настоящее время в СССР и за рубежом серийно выпускают электрические
нагреватели различного вида и размеров из карбида кремния и дисилицида
молибдена.
Более широко производят и потребляют нагреватели из карбида кремния.
Ори дешевле, чем нагреватели из MoSia. В рабочем интервале температур
(1200—1500 °C) они сохраняют длительно свои эксплуатационные свойства
н отличаются высокой термостойкостью.
Нагреватели из MoSi, более дорогие, и, хотя они надежно работают в окис-
лительной среде при температуре до 1700 °C, их эксплуатация в печных устрой-
ствах более сложна из-за сравнительно низкой термостойкости.'
Карбидокремниевые нагреватели в СССР серийно выпускают Подольский
и Запорожский заводы огнеупорных изделий и Саткинский завод «Магнезит».
Типы, конструкции, размеры и свойства карбидокремниевых нагревателей
регламентированы ГОСТ 16139—76 «Электронагреватели карбидокремниевые
для печей сопротивления». . Производятся нагреватели следующих типов:
КЭН А — трубчатые с утолщенными выводами; КЭН Б — сплошные с выво-
дами пропитанными металлическими сплавами для снижения их электриче-
ского сопротивления; КЭН БС — сплошные с приставными выводами, пропи-
танными металлическими сплавами; КЭН ВП — трубчатые е выводами, пропи-
танными легированным кремнием.
Выпускаются нагреватели с более низким (Н) и более высоким (В) электро-
сопротивлением. Нагреватели, выпускаемые промышленностью, имеют широкий
диапазон размеров: типа КЭН А — диаметры 8—25 мм; активная рабочая
зона — 100—600 мм; общая длина — 270—1200 мм; типа КЭН ВП — диаметры
18—30 мм; активная рабочая длина 200—1200 мм; общая длина — 1000—
2000 мм.
В табл. 12.1 сведены электрические характеристики выпускаемых в СССР
карбидокремниевых электронагревателей и поверхности их излучения в актив-
ной части.
Основным электрическим параметром электронагревателя является номи-
нальное значение электросопротивления в пределах допустимых его отклоне-
ний при испытании под напряжением в открытом пространстве при температуре
активной его части 1000 zt: 15 °C.
Прн работе карбидокремниевых нагревателей в порах накапливается ди-
оксид кремния, который при охлаждении претерпевает тридимитно-кристоба-
литное превращение, сопровождающееся изменением объема до 14 %, что при
многократном повторении нагрева и охлаждения нагревателя может приводить
к его разрушению.
Долговечность карбидокремниевых нагревателей может быть увеличена
за счет их непрерывной эксплуатации при высоких температурах.
Максимально допустимые рабочие температуры на поверхности нагревате-
лей нз карбида кремния по ГОСТ 16139—76 следующие:
Газовая среда в электропечи ^макс Ор Газовая среда в электропечи Гмакс* °C
Инертные газы (Не, Аг и 1500 Окись углерода 1300 1300
И др.) Водород влажный (точка
Азот Воздух Углекислый газ Кислород 1470 1450 J450 1400 росы 4-Ю °C) Водород сухой (точка росы —50 °C) Вакуум, 13,3 • 10-3 Па Вакуум, 6,65 10“» Па 1250 1200 1100
900 ч.
КаиП£н 9ТИХ температурах ресурс нагревателей типа КЭН А составляет
КЭН Ё - 500 ч, КЭН БС - 1000 ч и КЭН ВП - 1300 ч.
Таблица 12.1. Внутренний диаметр rfBH, поверхность излучения
S активной части и сопротивления электронагревателей
(по ГОСТ 16139—76)________________________. ___________
‘ ' RH, Ом, группы
Тип нагревателя г dBH, ММ 5И, см2 Н £
КЭН А 8/100/85 КЭН А 8/100/130 КЭН А 8/150/60 КЭН А 8/150/85 КЭН А 8/150/110 КЭН А 8/150/150 КЭН А 8/150/180 КЭН А 8/180/60 КЭН А 8/180/85 КЭН А 8/180/110 КЭН А 8/180/150 КЭН А 8/200/100 КЭН А 8/200/150 КЭН А 8/250/60 КЭН А 8/250/100 КЭН А 8/250/150 КЭН А 8/300 1500 КЭН А 12/250/250 КЭН А 14/200/250 КЭН А 14/200/350 КЭН А 14/250/250 КЭН А 14/250/350 КЭН А 14/300/250 КЭН А 14/300/350 КЭН А 14/400/250 КЭН А 14/400/350 КЭН А 18/250/250 КЭНА 18/250/350 КЭН А 18/250/400 КЭН А 18/300/250 КЭН А 18/300/350 КЭН А 18/350/400 КЭН А 18/400/250 КЭН А 18/400/350 КЭН А 18/500/350 КЭН А 18/600/150 КЭН А 18/600/250 КЭН А 25/400/400 КЭН А 25/400/400 КЭН В 12/190/45 КЭН В 12/230/45 КЭН В 16/230/45 КЭН В 32/560/75 КЭН БС 25/300/70+340 КЭН БС 25/300/70+230 КЭН БС 25/400/70+230 КЭН БС 25/400/70+340 КЭН ВП 18/200/400 КЭН ВП 18/250/400 КЭН ВП 18/250/500 3,5. 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 5,0 6 6 6 6 6 Б 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 11 И 25 25 38 38 38 38 38 4,5 4,5 4,5 4,5 50 50 63 63 63 75 94 88 88 ПО ПО 132 132 176 176 141 141 141 170 170 198 226 226 283 339 339 314 314 72 87 116 563 235 235 314 314 113 141 141 1,20—1,80 1,20—1,80 1,65—2,65 1,65—2,65 1,65—2,65 1,65—2,65 1,65—2,65 2,10—3,30 2,10—3,30 2,10—3,30 2,10—3,30 2,25—3,65 2,25—3,65 2,90—4,65 2,90—4,65 2,90—4,65 3,60—5,80 1,50—2,40 0,70—1,10 0,70—1,10 0,75—1,25 0,75—1,25 0,90—1,50 0,90—1,50 1,80—2,90 1,80—2,90 0,70—1,10 0,70—1,10 0,70—1,10 1,00—1,60 1,00—1,60 1,10—1,80- 1,25—2,05 1,25—2,05 1,60—2,60 1,95—3,05 1,95—3,05 0,80—1,30 0,80—1,30 2,10—3,15 2,50—3,70 1,85—2,75 1,30—2,00 0,85—1,15 0,85—1,15 1,25—1,55 1,25—1,55 0,70—0,90 0,85—1.05 0,95—1,15 1,85—2,25 1,85—2,25 2,70-3,30 2,70—3,30 2,70-3,30 2,70-3,30 2,70—3,30 3,35—4,05 3,35—4,05 3,35--*4 05 3,35—4,05 8,70—4,50 4,70—5,70 4,70-5,70 4,70—5,70 5,85—7,1^ 2,45-3,00 1,15—1,45 1,15—1,45 1,30—1,Й 1,30-1,6}- 1,55—1,90 1,55—1,9$ 2,95—3,65 2,95—3,6$- 1,15-1,45 1,15—1,45 1,15—1,4^ 1,65—2,05 1,65—2,05 1,85—2,25 2 10—2,60 2,10-2,6th 2,65—3,25 3,10—3,80 310—3,80 1 35—1,65 1,35—1,65 3,20—3,90 3,75-3,90 2,80-3,40 2,05—2,55 1,20—1.50 1,20-4,50 1,60—2,00 1,60—2,00 0,95—1,15 1 10—1,30 1,20—1.3°
Продолжение табл. 12.1
_ Ян, Ом, .группы
Тип нагревателя ^ВМ’ 5И, см’
В в
КЭН ВП 18/300/400 170 1,05—1,25 1 зо 1 60
КЭН ВП 18/350/400 198 1,20—1,50 1,55—190
КЭН ВП 18 400/400 226 1,35—1,65 1,70—2 10
КЭН ВП 18 400/450 7 226 1,40—1,70 1,75—2*15
КЭН ВП 18/500/400 283 1,65—2,05 2,10—2 60
КЭН ВП 18/600/350 339 1,95—2,35 2,40—2,90
КЭН ВП 18/600/400 *• 339 2,00—2,40 2,45—2,95
КЭН ВП 18/600/450 339 2,00—2,45 2'50—3,10
КЭН ВП 18/800/400 452 2,60—3,20 3,25—3,95
КЭН ВП 18/800/500 452 2,70—3,30
КЭН ВП 25/250/400 196 0,36—0/4 0,45—0,55
КЭН ВП 25/300/400 ’ 235 0,41—0,50 0’55—0,65
КЭН ВП 25/300/450 235 0,43—0,50 0 55—0,65
КЭН ВП 25/300/500 235 0,44—0,50 0 55—0,65
КЭН ВП 25/350/400 275 0,46—0,55 0 60—0,70
КЭН ВП 25/400/400 314 0,50—0,60 0 65—0,75
КЭН ВП 25/400/450 314 0,55—0,65 0 70—0,80
КЭН ВП 25/400/500 12 314 0,55-0,65 0’70—0,80
КЭН ВП 25/450/450 353 0,60—0,70 0,75—0,85
КЭН ВП 25/500/400 353 0,65—0,76 q 80—0,90
КЭН ВП 25/600/400 471 0,70—0,90 0,95—1,15
КЭН ВП 25/600/450 471 0,70—0,90 0,95—1,15
КЭН ВП 25/700/400 549 0,80—1,00 1,05—1,25
КЭН ВП 25/800/250 628 0,90—1,10 1,15—1,35
КЭН ВП 25/800/400 628 0,95—1,15 1,20—1,45
КЭН ВП 25/800/500 628 1,00—1,20 1,25—1,55
КЭН ВП 30/300/400 283 0,35—0,43 0,44—0,55
КЭН ВП 30/350/400 330 0,39—0,48 0,49—0,60
КЭН ВП 30/400/400 377 0,43—0,55 0,55—0,65
КЭН ВП 30/400/450 377 0,45—0,55 0,55—0,65
КЭН ВП 30/500/400 471 0,50—0,60 0,65—0,75
КЭН ВП 30/600/300 12 - 565 0,55—0,65 0,70—0,80
КЭН ВП 30/600/400 565 0,65—0,70 0,75—0,95
КЭН ВП 30/600/450 565 0,60—0,70 0,75—0,95
КЭН ВП 30/1000/400 942 0,90—1,10 1,15—1,35
КЭН ВП 30/1000/500 942 0,95—1,15 1,20—1,45
КЭН ВП 30/1200/400 ИЗО ч 1,10—1,30 1,35—1,65
12.1.4. Типы, эксплуатационные характеристики и области применения
электронагревателей из дисипицида молибдена
Электронагреватели, из дисилицида молибдена предназначены для
окислительной среде при температурах, более высоких, чем для P рне.
Невых. Их высокая стойкость объясняется образованием на п ер
Рврывной стекловидной пленки из SiO2 за счет реакции
2MoSi2 + 7О2 = 4SiO2 + 2MoO3f
М°О«легуч уже при температурах, превышающих 600 С.
• При недостаточном содержании кислорода в рабочей р д
Разрушается:
защитный слой
2SiO2 = 2SiO + О2.
В свою очередь при этом разрушается и MoSi2:
15 MoSis->-3 Mo6Sis + 21 Si5 MosSi + 25 Si - 15Mo-|-30SI.
При высоких температурах (~ 1500 °C) кремний испаряется, а остающиеся
в пористом поверхностном слое MoBSis, Mo3Si и Мо не стойки в окислительной
среде. , „
С понижением парциального давления кислорода в рабочей среде и ее раз.
режении стойкость нагревателей из MoSi2 уменьшается.
- Па 1.33 • 10-® 1,33 66,5 266 1330 10,108. 1Q4
Максимальная тем- 1200 1300 1400 1500 1600 1700
пература иагрена-
теля °C
Нагреватели из MoSi2 не работоспособны в среде водорода из-за образова-
иия летучих силанов.
Максимальные рабочие температуры для нагревателей из MoSi2 в различи
иых газовых средах следующие [480]:
Газовая среда ^макс- °C Газовая среда ^макс> *С
Благородные газы 1650 Оксид углерода (СО) 1500
(Не, Аг, Ne и др.) Углекислый газ (СО2) 1700
Кислород (Ог) 1700 Водород сухой (Н2) 1350
Азот (N2) 1500 Водород влажный, tp
Оксид азота (NO) 1650 10 °C 1400
Диоксид азота (NO2) 1700 20 °C 1500
Сернистый ангидрид (SO2) 1600 35 °C 1600
Дисилицидные нагреватели, даже при введении в их состав упрочняющих
добавок (SiO2 и др.), проявляют заметную ползучесть при рабочих температу-
рах. Для того чтобы нейтрализовать этот дефект, нагревателям придают U-ofr-
разную форму и размещают в печи вертикально.
Удельное сопротивление MoSi2 существенно меняется е изменением тем;
пературы:
°C 100 300 500 700
р 0,35—0,4 0,65—0,7 1,0—1,1 1,3-1,35
t, °C 900 1100 1300 1500
р 1,95—2,05 2,4—2,5 2,9—3,0 3,4—3,5
Таблица 12.2. Основные характеристики /7-образных нагревателей
отечественного производства из MoSi2
Тип нагревателя Я я £ яз О. 1, мм Ом, при t, °C Тип нагревателя •> £ я мм Ян> Ом, при t, °C
20 1700 20 1700
ДМ-180/250 ДМ-180/400 ДМ-250/250 ДМ-250/400 ДМ-315/250 ДМ-315/400 ДМ-315/500 ДМ-400/250 ДМ-400/400 180 180 250 250 315 315 315 400 400 430 580 500 650 565 715 815 650 800 0,0058 0,0060 0,0067 0,0075 0,081 0,0088 0,0094 0,0098 0,0106 0,0612 0,0652 0,0808 0,0848 0,0990 0,1030 0,1080 0,1226 0,1266 ДМ-400/500 ДМ-500/250 ДМ-500/400 ДМ-500/500 ДМ-630/250 ДМ-630/400 ДМ-630/500 ДМ-800/700 400 500 500 500 630 630 630 800 900 750 900 1000 880 1030 1100 1500 0,0111 0,0119 0,0127 0,0134 0,0145 0,0153 0,0158 0,0270 0,1293 0,1508 0,1548 0,1575 0,1888 0,1910 0,1935 0,2700
В табл. 12.2 приведены основные характеристики
отечественного производства, изготавливаемых МосковскимР «Лей из MoS1*
дых сплавов и Кировоканским заводом высокотемператуоныг «ЛННатом тве₽'
С учетом тех же особенностей защитного слоя вчSin Х нагревателей,
кремниевых нагревателях, днсилицидомолибденоные И иа каРбй»°-
дуется эксплуатировать в непрерывном режиме При ?еватели рекомен-
при температуре 1650—1680 °C срок их службы спг?аб0Те В недельном режиме
₽ Дисилицид молибдена имеет металлич/скЙ xTpZX^J^0 250 Ч‘
довательно, положительный коэффициент электппгпп™Р»Пр0В0ДИМ0СТИ и’ сле'
,„н. кок.роГО . ««.рМле И-Ж-ТХГоК’та
12.2. Термопары и термоэлектрические преобразователи
11X1. Введение
Термопары, ветви которых изготовлены из литых металлов (медь — кон-
стантан, хромель — алюмель), пригодны для измерения сравнительно низких
температур-
Температуры, превышающие 1000 °C, можно измерять термопарами, изго-
тавливаемыми из тугоплавких металлов (платина — платинородий, плати-
на — платнноиридий, вольфрам — молибден) или же полупроводниковых туго-
плавких соединений, иногда в сочетании с графитом. Такие термопары изготав-
ливают методами порошковой металлургии. »
В случаях, когда не представляется возможным подобрать материал термо-
пары, устойчивый в рабочей среде, ее помещают в защитный наконечник из
тугоплавких и коррозионно-стойких материалов. В отдельных случаях наконеч-
ником может служить одна из более коррозионно-стойких ветвей термопары
(карбид кремния в паре карбид кремния — графит; дисилицид молибдена в паре
дисилицид молибдена — дисилицид вольфрама).
Термопары и термоэлементы из тугоплавких соединений, в отличие от
металлических проволочных, обычно состоят из центрального стержня, пред-
ставляющего внутренний полуэлемент, и цилиндрического колпачка, представ-
ляющего внешний полуэлемеит. Внешний полуэлемент обычно представлен
более коррозионностойким материалом.
В табл. 12.3 и 12.4 приведены тепловые и электрические характеристики
материалов, которые должны быть использованы при выборе термоэлементов
термоэлектрических преобразователей.
12.2.2. Технология изготовления термопар и наконечников
Спай термоэлемента формируется в процессе ^СЛвиде готового
менте в качестве одного из электродов служит гр ф ’ 0,.а и такую заго-
стержня запрессовывают в дно внешнего колпачко „е является графитом,
товку подвергают спеканию. Если внутренний д с графитовым элект-
его готовят отдельно и монтируют подобно термоэлеме у внеЕщнег0 электрода
родом. Иногда центральный электрод припекают кд * й засыпкой «а
в специально подготовленное гнездо, заполняемое у
материала внешнего электрода. ^„Мпач₽ментов и термопар из
Как наконечники, так и термоэлектроды т р ' 0йде ваГотовок, обычно
тугоплавких соединений перед спеканием фоР*1 РУ процесса мунДштУчп°^
методом мундштучного прессования. Для обв'в „ состав исходной ПОРО1В* '
прессования применяют пластификаторы, ввод V„HOM прессовании использу
ьой смесн. В качестве последних при 'У спирта в воде, парафин, р
крахмальный клейстер, раствор поливинилов парафина в бензоле, бак
’воры каучука в бензине, парафина в бензи , жид-
**3 качестве пластификаторов используют ^^^^влияют в готовом
стекло, когда неорганические примеси существен
спеченном изделии на основные свойства.
Таблица 12.3. Физические свойства важнейших химических
соединений (441} ______ ______
1 Соединение s u ”4. £ Q • 10-*, Дж/моль Сц яри 20 °c Дждмо ль» К) Оо 1 а. 10" при 20—1000 °C, К-» К, вт/(м • К) ио • иояя ‘ч! ТКС < 1 ' к-* 1
TiC 4,93 183,85 33,663 3147 7,74 36.385 52,5 1,16
ZrC 6,90 184,10 61,130 3530 6,73 41,868 50,0 0,96
HfC 12,60 338,20 3890 5,60 29,307 45,0 1,42-
VC 5,36 126,20 33,370 2810 7,20 39,355 65,0 • >
NbC 7,56 140,60 37,348 3480 6,50 18,421 51,1 0,86
TaC 14,30 156,00 36,803 3880 8,30 22,191 42,1 1,07
Cr«C. 6,68 87,92 97,891 1895 11,77 19,260 75,0 2,33
Mo,C 9,18 17,50 2410 7,80 6,699 71,0 3,78
WC 15,55 38,10 35,715 2720 , 3,84 196,780 19,2 0,495
TiN 5,20 332,10 37,096 3205 9,35 19,260 25,0 2,48
ZrN 6,97 341,50 45,554 2980 7,24 20,516 21,1 4,30
HfN 13,84 369,20 2980 6,90 «, • • 33,0 » .
VN 6,04 250,20 38,217 2360 8,10 11,304 85,0 0,70
NbN 8,40 236,20 43,586 2300 10,10 3,768 78,0
TaN 13,80 250,20 40,613 3090 3,60 8,583 128,0 0,03
TIB, 4,45 292,20 44,256 2980 8,10 24,284 14,4 2,78
ZrB2 5,80 320,60 50,244 3040 6,88 24,984 16,6 1,76
HfB, 10,50 3250 5,73 • Ч f 8,8 3,60
VB, 4,60 w * • «. 4 л 2400 7,50 . . л 19,0 3,16
NbB, 6,00 150,20 3000 7,9—8,3 16,748 43,0 1,39
TaB. 11,70 216,50 3100 5,12 10,886 37,4 1,48
CrB, 5,60 125,20 51,248 2200 11,10 22,358 84,0 2,60
Mo,Ba 8,00 209,00 2100 26,796 18,0 3,30
w,B5 11,00 104,188 2300 ч > г 31,821 43,0 4,26
MoSis 6,30 108,50 58,534 2030 8,25 48,468 21,6 6,38
LaS 5,75 1970 11,62 92,0 0,44
4,93 1432,00 . .. г 2150 2. 10е • • *'
5,88 489,10 2100 12,37 • г < 170,0 0,67
Cegbj 5,25 1250,00 1890 1,9 - 10» . i •
ThS 9,56 502,00 2400 2 - 10» , « *
nhASa 9,69 1286,00 . . S 1900—2000 ? • *' ». • г
2,52 576,00 28,890 2350 4,50 121,42 10» <» • *
SiC 3,22 129,50 28,890 2200 5,68 41,868 2» 10» « Ч." 4
BN 2,30 252,50 23,572 3000 7,51 15,073 1,7 - 1019 • Ч «
Si,N4 3,20 749,20 * X * 1900 2,75 17,166 1О1?-1О20 » яь «
AiN 3,05 320,50 * л в 2200 4,80 30,146 Ю?— Ю10 г W *
И.?ЛИ„“а 12,4, Те1’моалектРические свойства металлов и тугоплавких соединений [441]
Вещество ау, мкВ/К И • 10*», м’/Кл Вещество «7% мкВ/K Я - 104 м8/Кл
В1 —70,0 —5800,000 Pd —6,0 —0,855
Со — 17,5 +4,400 Та —5,0 +1,010
N1 —18,0 —5,910 Na —4,4 —2,500
К —12,0 * » Pt —3,3 —0,127
Продолжение табл. 7Я 4
Вещество ap, мкВ/K R • IO»», м*/Кл Вещество ay, мкВ/K R • I0‘« м’/Ка
Hg Al Mg Pb Sn Cs Ir Y Rh Zn Ag Au Cu Ti Zr V Nb Cr w Cd Mo Fe Sb •Те Se WC HfC ZrC TiC W,C CfjCj TaC NbC Mo2C vcaCe B4c CrN ZrN VN TiN TaN Cr2N NbN BN CaBe ZfB, BaBe YbB* EuB К TiB, TaB, —3,4 —0,6 —0,4 —0,1 4-0,1 4-0,2 4-1.2 4-2,2 4-2,5 4-2,9 4-2,4 4-2,7 4-2,6 • * » • • • • • n '4-'i.5 4-2,8 4-5,9 4-16,0 4-35,0 4-400,0 4-1000,0 —23,3 —11,7 —11,3 —11,2 —8,17 —7,2 —6,7 —5,0 —4,0 —1,9 4-2,76 4-3,7 4-80,0 —88,0 —3,9 —3,3 —2,6 —2,3 —2,3 4-0,6 4-200,0 —32,0 —30,3 —26,2 —25,5 —17,7 —7,7 —5.1 —3,1 —6,280 4-6,090 —0,040 4-0,402 4-0,763 —0,510 —0,705 —0,470 —0,200 4-0,230 4-0,820 4-0,870 4-3,630 4-1,180 4-0,880 4-1,260 4-8,700 4-219,000 —13,100 —12,400 —9,420 —6,700 —21,800 —0,380 —0,470 — 1,10 —1,32 —0,85 4-1,20 —0,48 —280,00 — 1,42 —0,67 —0,41 —0,72 —0,13 —91,00 —76,30 —57,50 —83,60 —50,20 — 17,80 —2,20 CrB. NbB2 TaBe PrBe- YBe CdBe LaBe NbBe ZrB2 CeBe Mo2Bs W2B5 SmB6 VB2 CoSi Co2Si CoSi2 Cr2Si MoSi2 LaSi2 Fe3Si NisSi PrSi2 Mo3Si WSi2 Cr5Si3 Mo5Si3 Ti5Si3 TiSi CrSi TiSi2 NiSia NiSi Ni2Si3 FeSi CeSi2 FeSi2 VSi2 MnBSi3 TaSig NbSig ZrSi2 CrSi2 Mn3Si MnSig MnSi ReSig BaSig MnS FeS2 MoS NdS PrS LaS —2,3 —1,4 —1,1 —0,6 —0,5 4-0,1 4-0,1 4-0,4 4-1.2 4-2,8 4-3,2 4-3,2 4-7,6 4-9,2 —46,0 —8,0 —8,0 —4,0 —3,0 —2,3 —2,0 —2,0 —1,6 —1,0 —0,2 —0,14 4-2,0 4-2,3 4-2,4 4-5,0 4-5,2 4-7.0 4-8,0 4-9,0 4-9,0 4-9,7 4-10,0 4-10,5 4-14,0 4-14,0 4-14,4 4-14,7 4-15,3 4-18,0 4-46,0 4-102,0 4-174,0 --356,8 —770,0 —430,0 —200,0 —21,8 —19,3 —11,98 —1,20 —2,10 —4,57 —4,38 —4,56 —4,39 —4,96 *—4,39 —17,60 —4,18 —0,50 —1,70 4-1.54 -0,54 —1,73 ’+2,53 12,70 9» A • • ’ *0,26 4-8,41 —0,42 —0,27 —0,43 —0,46 —0,63 4-3,77 • * • » • • я « ’—1,95 —0,88 —1,46 4-66,6 a * • 4-8700,00 » u • » * * • * • * ♦ •
13 Т£ЙГ '
Продолжение табл. 12.4
Вещество ay, мкВ/K R • IO»», м'/Кл Вещество ay, мкВ/к R • io>« и’/Кл
CuS CeS FeS TbS ThS La<,S3 CesSs TiAl —7,0 4-10,0 4-26,0 4-100,0 • 4-200,0 4-270,0 4-430,0 —5,5 +2000,00 • ‘ • Jt • • ’—0,74 VAlg VAln Zr2Al ZrsAl TiAl3 VA]e ZrAls v5ai8 —5,5 —0,3 4-0,8 4-1Л 4-4,4 4-5,6 4-48,00 +2,20 +1,20 +2,20 +2,20 —2,10 —2,30 +2,40
П ржмечави е. R — постоянная Холла.
Таблиц» 12.5. Режимы спекания наконечников из тугоплавких
соединений J447J
Материал наконечника 'n. °c /сп» °c TH> * теп» 4
TiC 1300 2500—2600 2,5 2,0
ZrC 1300 2500—1600 2,5 2,0
TiB. 1000 2200—2300 2,5 1.5
ZrB, 1000 2150—2250 2,5 1,5
ZrB. + 5%Mo 1300 2200 2,5 1,5
MoSi2 1000 1300—1350 1,5 3,0
1600 0,4 0,2
WSi, 1000 1300—1350 1,5 3,0
1600 0,4 0,2
Si3N4 700 1350 1,5 1,5
1600 1,0 3,0
75% Sl8N4 + 25%SiC 1700 1700 2,0 3,0
AIN 800 1800 2,5 4,0
BN 0 1900 4,0 3,0
Mo 1000 1850 2,0 1,5
Таблица 12.6. Режим спекания заготовок из тугоплавких соединений,
спрессованных методом мундштучного прессования [480]
Материал Теп, мин Среда Засыпка V % S, %
MoSij, WSi2 на глине MoSi2, WSi2 на крахмале 1300 1650—1700 1700—1750 1650—1700 180—240 5—10 60—80 5—10 Водород Воздух Водород Воздух А12О3 Без засыпки Алундовые трубы То же 12-13 2—3 14—16 «1 8-Ю 2-5 4—~8
в табл. 12.5 приведены режимы спекания наконечников из тугоплавких
соединении.
в органические пластификаторы вводят обычно компоненты в возможно
более низким коксовым числом во избежание образования в спекаемом надлии
избыточного активного углерода Влияние пластификатора на режимы про-
цесса спекания показано в табл. 12.6. Для измерения температур свыше 2000 °C
изготавливают термопары нз NbC, ТаС или HfC, вторым плечом в которых
иожет служить графиг или же один из этих карбидов. Термопары из этих со-
единений спекают при температурах выше 3000 °C, так как остается высокая
осгаточиая пористость. В этом случае эффективно применение активированного
спекания за счет присадок СоС12, NaCl, К.С1 и др. G их применением темпе-
ратура спекания может быть снижена до 2500 °C.
12.2.3. Характеристики термопар и области их применения
В табл. 12.7 показаны пределы измерения температур и коэффициенты
термоЭДС (при 600 °C) термопар с электродами из тугоплавких соединений.
Наиболее широкое применение получили чехлы для термопар типа СКК из
самосвязанного карбида кремния. Их используют для измерения температур
в различных агрегатах цветной металлургии в отражательных печах, рекупе-
раторах, в доменном производстве для измерения температуры подогреваемого
воздуха и степени нагрева рекуператоров.
Таблица 12.7. Пределы измерений и термоЭДС термопар
с электродами из тугоплавких соединений [447]
Термопара Электрод f «С смаке» при 4 > 600 °C, мкВ/К
Внешний Внутренний
C/TiC TiC c ( 2500 65
C/ZrB2 c 2000 65
C/NbC NbC c 2500 26
ZrB2/ZrC ZrB2 ZrC 2000 9
MoSi2/WSi2 MoSi2 WSi2 1700 8
Термопары из тугоплавких соединений пока широкого распространения
не получили, так как они требуюг тарирования каждой термопары.
Наибольшее распространение получили термоэлектрические преобразова-
тели на основе термоэлементов, изготовленных из селенидов либо теллуридов
некоторых металлов, например Bi2Te3, РЬТе. Эти вещества используют не
в чистом виде, а в виде раствора в добавками, рационально подбираемыми на
основании оценки их влияния иа концентрацию носителей тока, их подвиж-
восгь и на уровень поверхности Ферми.
В РЬТе обычно обеспечивается избыток либо свинца, увеличивающего кон-
центрацию носителей n-типа, либо Те, увеличивающего концентрацию носи-
телей р-типа.
Названные селениды и теллуриды низкоплавки, поэтому термоэлектриче-
Ские преобразователи на их основе эксплуатируются при температуре спаев,
ие превышающей 350 °C.
„„.Для термоэлектрических преобразователей с температурой спая, достигаю-
щей 800—1000 °C и выше, эффективны некоторые сульфиды и силициды, д
"н не применяются в чистом виде. Необходимо вводить ло‘бпот-
РУющие свойства этих материалов по всем показателям, определяющ ₽
“ость и КПД термоэлементов термоэлектрических преобразователей энергии.
13* 387
12.3. Резисторы для радиоэлектроники
12.3.1. Введение
и папипалрктпонной технике очень большой объем потребления линейных
В радиоэлектронной электронных и радиотехнических схемах они
.термостабильных ре^сгор в. В^мек £регуЛирования и распределения
в“одамыхколичествах меРждУ многочисленными узлами, цепями и элемен-
Та“ Мировой объем производства резисторов радиотехнического назначения
ПреВо!«лЛ°пыЛпо назначению подразделяются на резисторы е постоянным
Резисторы по “аа п типам они подразделяются на проволочные,
и переменным «протнвл,внием^По ™пам ДР^ непроволо^их
по^вОССР методами порошковой металлургии свыше 70 разновидностей.
РК резисторам предъявляется широкий комплекс требований [120].
I Допуск по номинальному значению сопротивления, регламентирован-
НЫЙгГ^Гемпературный коэффициент электросопротивления (TKQ. Его опрег
деляют по формуле
Т17Г____^20
К Rw(J\~Tia)
Tint Rw — номинал резисторов при 20 °C; Rj —номинал резисторов при мак-
симальной эксплуатационной положительной температуре Т\.
3. Номинальная мощность рассеяния №ном — допустимая электрическая
нагрузка в течение гарантированного срока службы при заданной гарантиро-
ванной стабильности электросопротивления. Удельная мощность рассеяния
определяется отношением номинальной мощности рассеяния к объему
резистора.
4. Предельное рабочее напряжение
^маке = Т^^ном ' ^иом'
Оно определяется уровнем тепловыделения при пропускании тока, за грани-
цами которого наступает электрический пробой, а также возможными локаль-
ными тепловыделениями, приводящими к очаговому разрушению.
5. Коэффициент напряжения — относительное изменение сопротивления
резистора, измеренного при напряжениях, соответствующих 10 и 100 % его
номинальной мощности рассеяния.
6. Коэффициент электростарения
^=^100%.
после э«кт°рот?еанирРоевкиТОРа Д° электРотРениР°вкй; Кз - номинал резистора
7. Коэффициент увлажнения (влагостойкость)
^увл
Яя — ^?а
$2
ЮО %,
“Пр0ТИВЛеНИе Резист°Ра ДО увлажнения; R^ - сопротивление рези-
стора после длительного воздействия повышенной влажности.
небол’ьшаяКпеоеменнйяаЯгпИЛа шумов’ появляющаяся на выводах резистора,—
ЙХ“Хак™ыГпп^„, ТаВЛ?ЮЩИЯ иапРя*е*ия, обусловленная флуктуа-
иымн ерхностей и, как следствие, беспорядочными контакт-
недостаток свпйгтпвии границах проводящих частиц или кристаллов —
* ой твенный главным образом непроволочным резисторам. ЭДС
388
шумов для объемных постоянных резисторов не должна превышать 10 mkR/r
$ для переменных — 10 мкВ/B. D/D'
9. Сохраняемость резистора — способность сохранять уровень эксплуата-
ционных параметров в условиях длительного хранения. Кроме удовлетворения
этим специфическим требованиям непроволочные резисторы должны обладать
возможно большими электросопротивлением и величиной рассеиваемой мощно-
сти, малыми температурным коэффициентом электросопротивления (ТКС)
коэффициентом термического расширения (КТР) и высокой термостойкостью.
Токовые шумы резисторов, возникающие вследствие процессов возбужде-
ния и рекомбинации носителей тока, и тепловые шумы, связанные с флуктуа-
ционными изменениями объемной концентрации электронов в токопроводящем
слое, обусловленными тепловым движением, должны быть минимальны.
12.3.2. Объемные резисторы
Объемные резисторы содержат в качестве токопроводящего элемента ком-
позиционный материал гетерогенного строения, состоящий из проводящей
компоненты, органического или же неорганического связующего, наполнителя,
пластификатора и отвердителя.
Регулирование величины ТКС резисторов осуществляют подбором соста-
вов проводящей компоненты и керамической связки, существенно отличающихся
величиной КТР. При более высоких значениях КТР проводящей компоненты
при повышении температуры образуются дополнительные мостики проводимой
сти вследствие уменьшения контактных зазоров между частицами проводящей
фазы, в результате чего ТКС приобретает отрицательные значения. При обрат-
ном соотношении КТР проводника и связки ТКС может стать положительным.
Соответствующим подбором состава токопроводящего композита регулируют
знак и величину ТКС, вплоть до нулевого его значения.
По такому же принципу конструируют и высокоомные компенсаторы, выбо-
ром состава которых удается в них реализовать ТКС или равный нулю в желае-
мом интервале температур, или же того или иного знака.
В низкоомных компенсаторах величина и знак ТКС в желаемом интервале
температур обеспечиваются рациональным сочетанием металлической и полу-
проводниковой составляющих в композите типа сэндвича либо другого строения.
Объемные резисторы подразделяют на два типа: СПО и TBQ. Пер-
вые — с переменным сопротивлением и вторые — с постоянным сопротив-
лением, отличающиеся повышенной теплостойкостью и влагостойкостью. Прин-
ципиальное различие этих типов резисторов в том, что резисторы с переменным
сопротивлением имеют токопроводящий слой, сохраняющий электрический
контакт со средой, в частности со смещаемой щеткой. В резисторах с постоян-
ным сопротивлением токопроводящая фаза в смеси с изолирующей керамиче-
ской заключена полностью в объеме стеклоэмалевой связки.
Технология изготовления объемных резисторов обоих типов на керамиче-
ской связке достаточно близка и сводится к подготовке смеси порошков токо-
проводящей компоненты, наполнителя с высоким сопротивлением и стеклоэмали
их напрессовке на керамическую основу.
Варьирование фазового и химического составов и технологического режима
изготовления позволяет изменять удельное сопротивление резистора в преде-
лах 10~а—ю11 Ом, обеспечивая требуемое низкое значение ТКС в рабочем ин-
тервале температур. Широкое распространение получили объемные резисторы,
которых в качестве проводящей компоненты служит порошковый графит
» сажа на органической связке (тип СПО). Дешевизна в изготовлении является
их основным преимуществом. Однако они недостаточно термостойки и вл
тонки, а также имеют сравнительно высокий ТКС. „ртп,
_ ® гРафитокерамических резисторах (тип «Керакс»), изготавлива „,вес_.
Лом высокотемпературного спекания, указанные выше недостатки
гли Ме₽е Устранены. В них в качестве связки и наполнителя поессо-
вание И В 76X1,07101,1111 высокотемпературное спекание или горя Р
В объемных резисторах в качестве токопроводящей компоненты XP°J£
У ля ц графита используют простые и сложные карбиды ( as в>
S Таблица 12.8. Характеристика различных типов керамики [22]
Марка Состав *сп» среда Т. . г/см* П. % tg 4 • 10* Wn. кВ/мм °и> ГПа ТКС. 10% К“* р. Ом < см X- 10% Вт/(м » Ю
а при 20 °C И частоте V Значе- ние Интервал темпера, тур, °C Значение Интер- вал . темпе- ратур, °C Значе- ние
Высокоглиноземистая керамика
№ 102 А1аОд, 1320—1340 3,51 3,4 8,3 при 4 35 0,33 20—200 5,5 100 101* 54,418
(светло- SiOa, v = 1 МГц
серый) BaO, v = 1 МГц 20—400 6,0 200 3 . 101а
NaaO 8,1 при 17 20—800 6,8 400 3 - 10’
или KaO v= 10 ГГц v = 10 ГГц
22-Х AljOg, 1600—1630 3,88 5,7 9,0 при 3 53 0,46 20—200 6,5 100 1012 104,65
(на алунде, SiO2, v = 1 МГц
розовато- МпО, V = I МГц 20—400 7,1 200 8 . 10го
сиреневатый) NaaO 8,96 при V - 10 ГГц v = 10 ГГц 10 20—800 400 10е
22-ХС AlaO3, 1570—1580, 3,65 2,0 9,3 при 5 50 0,54 20—200 6,5 100 101* 133,95
(на глино- SiOa, восстанови- v = 1 МГц (15) 20—400 6,9 200 2 1012
земе, розо- MnO, тельная v = 1 МГц 20—800 7,6 400 3 • 1012
вато-сирене- Na2O
ватый) М-7 (белый) AljjOg, 1720, вос- 3,83 4,6 9,5 при 2 53 0,46 20—200 6,2 100 101» 100,46
SiO2, станови- v = 1 МГц 101»
CaO, тельная v = 1 МГц 20—400 6,7 200
Na2O * 8,66 при v= 10 ГГц v = 10 ГГц 20—800 7,6 400 9 » 101*
ГБ-7 А1аОя, 1540 3,86 5,6 9,5 при 2 34 0,40 20—200 6,3 100 101» 104,65
SiOa, MgO, v = 1 МГц v= 1 МГц 20—400 7,1 1 200 101»
Поликор полупро- врачный NaaO AlgOj, MgO 1800, вакуум 3,91— 3,99 0,5 9,0 при v == 10 ГГц v s= 10 ГГ ц 10,8 прн V == 1 МГц v = 1 МГц 10,0 при v= 10 ГГц v= 10 ГГц
Полнкор-68 AlaOs, MnOa 1800, вакуум 3,98 0,3— 1,0 10,1 при v = 1 МГц
v = 1 Мгц
9,8—10,2 v = 10 ГГц
при V = = 10 ГГц
Сапфи рит-16 AlaOj 1680—1690, водород • Л р 0,5— 1,8 10—10,7 v = 1 МГц
при V = = 10 ГГц v«= 10 ГГц
ГМ-1 AlaOa 1750—1770, • • » г « t 10,5 при
окислитель- v = 1 МГц
ная v= 1 МГц 10,0 при v = 10 ГГи v = 10 ГГц
Ц-54 * Л 1360-1490 • Ч * 7,0—8,0
УФ-46 Основ- 1350—1380 »• * • * Ъ 9,0
ная
фаза AlaOa корунд
И
3 I 1 • » • >0,28 1 20—800 20—1000 8.2 7,54-8,0 400 ' 150 300 !0« 1014 1012 293,02— 334,88
0,5— 1.0 1.0 V * * * • 20—100 6,6 « • » » Л f 322,32
1,0' 4 9" i fr • 20—300 6,5—6,7 . > - < * ? 209,3— —251—16
2,0 1.0 40 0,20 10—1000 8,0 ±0,3 100 300 IO14 1012 « <9 •
50—60 20—30 0,20 2,0 20 10“ i * •
12,0 20 0,20 • ‘ n 4—6 , В W
$
ю
Продолжение табл, 72.8
Марка Состав ^сп- *С« среда г/см* П, % tg » . 10* кВ/мм ГПа ТКС • 10*. к-* р, Ом • см 1 . 10». Вт/(м . К)
а при 20 °C В частоте V Значе- ние Интервал Темпера- тур, "С Значение Интер- вал темпе- ратур, *сс Значение
УФ-53 * Основ- ная фаза А1аО3 1350 • « * л » 9,0 • в 12,0 20 0,20 " * я 4-6 » « : * * * » • •
Корундо-м уллитовая керамика *
КМ-1 Корунд (А1Д), Муллит (ЗА1аО3Х X2SiOa) 1320-1380 « л * > 8,0 . 20,0 20 0,14 3—4,5 9- * f • • • *
Стеатитовая керамика
СК-1 MgOSiOa 1250—1290 7,5 100-30 , . 10 20 0,14 5—7 • • в • • • 4
1 Б-17 MgOSiOa 1340—1370 2,95 • 9 9 7,8 ? • -i 10 20 0,14 20—100 6-8 X X (7-7,5) 20 101»
С-4 MgOSiO2 1320—1340 « • -W 6,5 r , . 7—8 25—30 0,14 20—100 6—6,5 101»
С-55 ^MgOSiOa 1320—1340 « < «• + . 6-7 » 3—6 20—30 0,16— 0,2 20—100 6,5—7,0 10ls
Ф-58 ZMgOSiO, и 5% стекло- фазы 1350—1420 ♦ * * * * ? 9,0 .. .
КВФ4 2MgOSiO, и 25 % стекла- фазы * • * « К • л • * ’ •
Шпинеле-форстеритовая керамика
ШФ-59 Форсте- рит (2MgO X X SiO8), Шпи- нель (MgO х X А1аО3) 1360—1400 8,0 . . .
Цельаи аиовая
ЦМ-4 {Цельзиан (ВаО j AhOeSiO, I 1340—1400 )| 7,5 .
Шпинелевая t
Ш-15 , f I Шпинель IlMgOAhO.) 1300—1390 . % » 7,5—8,0
<0
"" 1и ¥"“
4,0 25 0,15— 0.2 » 1 > 9.5—11,0 1О‘«
•w 0,17— 0,24 ♦ -ч > 7.5 20 5,9х 10“ 1,5x10»
4 25 0,1 а • * 4,5—6,0 20 104- ГО14
&
4 25 0,08 • •а 1,8—3,0 20 1 » 1 101«— 1 ГО1» 1
я*- К
4—6 20—30 0,14— 0,18 >' - 9 5,5-6,1 20 101®
Таблица 12.9. Основные виды н параметры объемных резисторов |120|
Знд Резисторы Яцоч Вт <86 «О тцс« 10», К-» *макс> •С ДУ/У, мкВ/В Кр. % | ^эл. ст» %
ТВО (СССР) Теплостойкие, влаго- стойкие, объемные 1 мОм — 3 Ом 0.125—60 (25—155 °C) 6—12 (25-155 °C) 80 10 10—15 3
СВО (СССР) Сопротивления пере- менные объемные 4,7 мОм — 47 Ом л 0,15—2,0 8—12 80 5—25 « • fl 6
«Дефор» (СССР) • Для высоковольтных установок 6 мОм — 10 Ом ; 0,2—1,0 15 120 * fl * ДО 10 3,3
СП-4 (СССР) Объемные из прово- дящих пластмасс 4,7 мОм — 47 Ом 0,125—0,5 6,4 * ч > 3—6 * * -‘Я*-, А » •
Объемные постоян- ные (США) Постоянные общего применения (настекло- связи) 2,7—100 мОм 0,1—4,0 6,3—19 (25—105 °C) 70 • fl ? * ч * • Л Ч
Объемные пере- менные (США) Переменные общего применения 5 мОм —50 Ом 0,2—3,0 2—12 70 fl *. • a it V fl * *
Таблица 12.10, Основные параметры резисторов [120]
Состав токопроводящих элементов Содержание проводников В КОМПОЗИ- ЦИИ, % Лном после шлифовки КуВЛ" % ткс. ю«, К-* ^ЭЛ. СТ’ % ЭДС шумов, мкВ/В
Sn^SbyO—С-3—A1N 45—33 15 кОм — 1 мОм От —0,44 до -f-3,8 От —2,1 до —11,6 От —4 до —13 3—5
vo.4Wo,6C—С-З-А13°3 45-55 15 Ом — 10 кОм От —0,9 до —0,4 От +2,2 до —1,8 От —2,4 до —6,1 • • •
Tao3woi6C-C-3-A1N 84—78 1 Ом— 10 Ом От —3,1 до +4,4 От —3,9 до +2,5 * От —6,8 до —4,5 • • м
Примечание. Размер частиц токопроводящей фазы до 10 мкм.
Таблица 12.11. Характеристики постоянных резисторов [120]
Композиция, состав, об. % ^НОМ» Ом Кувл» (100 ч), % ЭДС шумов, мкВ/В Кр имп, % Кэл. СТ’ % (100 Ч) V % ткс. ни, К-1 (156 °C) ТКС. 10*, К-1 (—60 °C) Термо- циклы, %
WgBs—стекло—К (36: 30: 34) 4-г9 1 . . < 0,4 0,1 3,4 9,4 10,9 —1,о
W2B5—стекло—К (36:31г 33) 10—12 1 • * • 0,8 3,3 2,5 7,5 8,9 1,4
(SnOa)0i88(Sb2O5)0j8 — стекло (50« 50) 560—620 1 • • * 0,9 1,0 8,9 10,0 12,7 0,7
(SnOg)0 88(SbgO5)Q <1а — стекло (48« 52) . (1,2— 1,5). 103 1 • » • 0,8 1,6 ‘ 20,6 10.,2 13,6 0,3
(SnO2)0 88(SbgO8)0 — стекло— К (50:40:10) 8 °* • 750 • 10» 1 2,3 0,3 1,0 9,6 11,1’ 9,6 0,1
Таблица 12*12. Характеристики постоянных резисторов прн различных
°* температурах прессования (120)
Композиция. состав, об, % 740—760 °C "'Т п-.....-.— 820—840 *С 870-930 *С 960— 970 *С
4?ноя* ^увл* % ^ном> О* Кувд, % ^иои< Куын % $МОМ- Кувл» %
(SnO2)0 88(SbsO6)0>12 эк (80:20) (700— 1200). 10» 0.4 » * « *»^Sr л # • » 4 7 »
WaBjj — стекло ЭК (60:30:10) • -Ж-v ж 4,36 1,9 1-3 0.6 2-3 —0,7
WaBe — стекло — ЭК (45; 45; 10) « f * Г |Г • Дз- * • 15-30 0,2
W8Be—стекло — ЭК 1 (50:45:5) Ж- < ж » » t (0,2—11) » 10е .. . 0,5 . .. 8—11 0,5 3—12 —0,5
Zr#7^re.s^» Nb,,|Wk»C, Vn.iW0,8C, Ta04W0,eC, Ta^Mo^C), борида (Co»B,
Ni.B), силициды (Ti0,5Crk5Sia)> полупроводниковые оксиды [(SnO). «
(SbA>o.J » ДР- \
В качестве наполнителя высокого сопротивления используют А12О,, A1N
ВЫ И другие и в качестве связующего применяют стекла с электронным типом
проводимости в системе RO — А1аХХ — В2О3 — SiOa (например, марки «Млп»
Таблица 12.13. Характеристики объемных резисторов
на основе Мо2С [120]
Массовая доля Мо3С, % Яном> ТКС. !0\ К-1 Ку8Л> % ^эл. ст», %
60 235 —0,4 1,02 —5,6
65 15,2 —10,9 2,3 —0,13
70 1,4 —6,4 6,6 —0,82
75 0,27 —8,95 1,45 — 10,9
80 0,25 — 1,2 2,8 —7,9
П рямечавн е. Допуск для ТКС—15 %; Кувл — 8 %; — 15—9 %.
Таблица 12.14. Характеристики резисторов на основе тугоплавких
соединений (120]
Состав ^НОМ' Ом ткс. 10», К-1, при 25—155 °C КуВЛ, % ^эл. ст.» %
ТаО,4^о,бС 1 3 0,01 1,5
Moo^Wfl^is (5—6). 10е 7,0 —0,2-0,7 Г- .
50 5,0 1 2,2
NbC0>„ I 5,0 1 1,3
Примечание. Значения Кувл й Кэл ст> даны при 100 ч испытаний при 40вС и 98 %
относительной влажности. ‘
Таблица 12 15. Характеристики резисторов на основе диоксида олова
с пятиоксидом сурьмы [120]
Параметр Номиналы
Сотни ом Единицы килоом Десятин килоом Сотни кило- ом, единицы миллиом
Кувл за 100 ч, % 1 1 1 1
ТКС (25-155 °C), К-1 10 10,2 13,8 1,0
ТКС (60—25 °C), К"1 12,7 13,6 9,6
^р» % 8,9 20,0 16,0 9,6
^₽ИМП» % 0,9 0,8 10,0 0,4
^СТ. эя за 100 ч, % 1,0 1,6 0,2 1,0
Термоциклы 0,3 1,6 0,8 0,1
ЭДС шумов, мкВ/В • ? • « * 1,1 2,3
Таблица 12.16. Характеристики переменных объемных
сопротивлений (1201 _______
Состав токопроводящей компоненты Содержа- ние токо- проводя- щей ком- поненты, % Диапазон но- минальных значений со- противления/ после шли- фования ^Кувл. % ткс • Ю», К-* ^ЭЛ. СТ> % Эдс ШУМОВ, мкВ/В
SnxSbyO—С-3—AIN 45—33 От 15 кОм до 1 мОм От —0,44 до 4-3,8 От —2,1 до —1 1,6 От —4 до —13 От 3 до 55
VO4Wo6C—С-3-А1 А 55—45 От 15 Ом до 10 кОм От —0,9 до —0,4 От 4-2,2 до —1,8 От —2,4 до —6,1 « > %
Tao^WoeC-L-S-AlN 84—78 От 1 Ом до 10 Ом От —3,1 до -)-4,4 От —3,9 до 4-2,5 От —6,8 до —4,5 2 <'
«й. — '
г । С__3 С—2 С), и, наконец, в качестве подложки — высокоглинс^
земнстую керамику" В табл. 12.8—12.16 приведены свойства различных кера=
мик, применяемых в качестве подложек, характеристики основных типов и от»
дельных видов объемных резисторов.
12.3.3. Тонко* и толстопленочные резисторы
Большую роль в радиотехнике и электронике, а также в практике проиэй
водства гибридных интегральных схем играют тонкопленочные и в особенно»
сти толстопленочные переменные резисторы,
В тонкопленочных резисторах проводящим элементом служат пленки,
нанесенные на изоляционную основу из пиролитического углерода, сплавов,
или окислов металлов (например, резисторы СП2-1, СП2-2). Тонкопленочные
резисторы имеют узкий диапазон номинальных значений сопротивления (не
Солее 100 кОм).
Толстопленочные резисторы не имеют ограничения по номинальному со-?
противлению. Изготавливают два типа таких резисторов: подстроечные и регу-.
Таблица 12.17. Характеристики отечественных толстопленочных подстроечных
Тип резистора Np, Вт ^ном > Ом А^ном/^ном* %
СПЗ-19 0,5 при 70 °C 10— 10е i 10; 20
СПЗ-28 СПЗ-34 0,125 при 70 °C 0,5 при 50 °C 10—10° 10—10° ±10; ±20 i 10; 20
СПЗ-37 1,0 при 70 °C 10—10° ±10; ±20 (до 22 - Ю4Ом) ± 20; ± 30 (свыше 22 X
СПЗ-456 0,5} 1,0; 2,0 при 85 °C 1004-10-10° X Ю4 Ом) ±20; ±30
РП1-466 0,5 при 85 °C 334-10-10° ±10; ±20
лировочные. Подстроечные резисторы бывают как одно-, так и многооборотные
открытого типа» предназначенные для печатного монтажа*, резисторы однообо-
ротные закрытого типа, как^-и регулировочные однооборотные, предназначены
для навесного монтажа. Главным элементом при создании толстопленочных
резисторов являются резистивнее пасты.
Миниатюрные подстроечные резисторы также на основе благородных метал-
лов (серебро, палладий и рутений) ''Широко распространены и в нашей стране
(типы СПЗ-19 и СПЗ-28).
Ниже приводится технологическая схема [120] изготовления резисторов
СПЗ-19:
Прнготовление резистивных компози-
ций для высокоомных резисторов (вы-
ше 300 Ом)
Нанесение резистивного слоя (пасты)
на основание высокоомных резисторов
_ 4
Приготовление резистивной пасты
для низкоомных резисторов (ниже
300 Ом)
Нанесение резистивного слоя на осно-
вание низкоомных резисторов
4
Обжиг резистивных элементов
I
Разбраковка по номиналу
4
Припайка выводов к резистивному элементу
Промывка и сушка резистивных элементов
I
Сборка резисторов
4
Проверка /?мин, плавности изменения сопротивления
и величины начального скачка
4
Заливка резисторов
4
Термотренировка
4
Маркировка и покрытие лаком
резисторов [22]
ТКС. 10’, к-1 Ы, °C ^макс> В п, цикл Габаритные размеры» мм
±250 (/?>360 Ом); ±500 (<360 Ом) От —60 до + 125 150 500 0 6,6; h = 4,1 7,6x9,0x6,5
±250(>330 Ом); ±500 «330 Ом) От —60 до + 125 50 200 4,5X4,5X1,5
±250 (>470-j-1 - 10е Ом); ±500 (<470 Ом) От —60 ДО + 125 200 19,0X7,0X5,5
±500 (10 4-33 - 10* Ом); ±1000 (>33 * 10* Ом От —60 ДО + 155 200 35,0X6,5X8,5
v 1Ав2Л°: ±5о° (Ю04-1 X х 10»Ом);— 2000 (>1 . 10е Ом) От —60 до + 155 500 500 012; 016: 021
v 1пЛ°\±25° (100-5-68 X X 10* Ом); ± 500 (>€8 - 10* Ом) От —60 ДО + 155 250 500 010
ft при приготовлении резистивной пасты дла
В качестве временной связки пр и £ й р/СТВОр ноливинилбутирол,
„„«мтомных резисторов применяют г - (ОЛ г). ТКС резисторов СПЗ.19
(18 5 т) + ацетона (12 г) т _330 0м) составляет 500 * Ю"® r-i
(И СПЗ-23 для вивкоомного диапазона (lO-W^J,
к S3 высокоомного (>30^-*чн°е p/исторы изготавливают на ОСНове
В последние годы тол
и неблагородных металлов. Лены сравнительные характеристики под-
В табл. 12.17-12.20 Представле тИПОВ> предназначенные
гтпоечпых резисторов иа кеРа“вч“*емых в нашей стране и за рубежом.
2J, разных монтажных схем,й хараКтеРистик толстопленочных рези-
Существенную роль в формиров зы^ которая слуЖИт и связующим
сюров играет состав.АЛ в^ктрофизических, термических и механических
к регулятором комплемассы (табл. 12.21, 12.22).
свойств электропроводящей массы к сто й g первую очередь углелаковые
Существуют толстопленсгч Р р0Ртеплостойкости и другим свойствам
яа полимерных оРганич“к“ХЛебоВаниями являются нолиимидные материалы:
наиболее удовлетворяющими требо ПМ-2., ПМ-3, ПМ-4, ПМ-19, ПМ-351;
пслиимндный лаД, РА пМ-69- стеклопластики СТП и СТП-3 в связующих
иресс-порошки IL !• > ГП-95 а также клей СП-1. С использованием их
^амий^углеГоДистне резисторы и резисторы на основе проводящН?
“^кТараетериетики толстоплеиочных резисторов существенно влияет выбор
материала подложки,
Таблица 12.18. Сравнение параметров подстроечных керметных резисторов^
Резисторы Мр, Вт яном» Ом
Отечественные СПЗ-19 РП1-43 Зарубежные аналоги: Тип 62 (США) Т12, Т13 (Франция) 3322 (США) 3369 (США) Rs-б, Rs-13 (Япония) 0,5 при 70 °C 1,0 при 70 °C 0,5 при 85 °C 0,75 при 25 ЙС 1,5 при 40 °C 0,5 при 85 °C 1,0 при 125 °C 0,5 при 70 °C * 0,75 при 70 °C 10—10® 10—10® 10-4-1 -10® 22-7-2,2 * 10® J0-4-1 - 10® 100-4-5.10® 10-S-5 -10®
Таблица 12.19. Сравнение параметров подстроечных керметных резисторов^
Резисторы #р, Вт ^НОМ’ Ом А^вом/^вом*
Отечественные: СПЗ-28 0,125 при 70 бС 10-—1 . ю® ±20; ±1°
Ниже приведены последовательные этапы их изготовления (120]:
Приготовление t Трафаретная печать Изготовление
проводниковых паст Приготовление резистивных паст Приготовление диэлектрических паст проводников “* _ 4 Сушка и вжигание 4 , Трафаретная печать резистивных элементов ’ 4 Сушка и вжигание 4 Трафаретная печать защитного стекла 1 4 Сушка и вжигание — ‘ 4 Подгонка номинальных значении сопротивления резисторных элементов 4 Присоединение выводов 4 Герметизация фотошаблонов и трафаретов
закрытого типа для печатного монтажа [22]
ТКС • 10*, к-1 • Ы, °C п, цикл ^макс- 8
±250 (/? = 470-5- 1 . 10» Ом) ±500 (10-5-360 Ом) От —60 до -]-125 200 150
±100 ±250 От —60 до -J-125 500 250
±100 (100-М • 10» Ом) 0-5-450 (менее 100 Ом) От -55 до 125 • • • В • *
От 4-200 до —100 (22-5-2,2 . 10® Ом) ±150 (4,7 • 10®-5-2,2 . 10» Ом) От —55 до -J-125 500 350
±100 От —65 до -]-175 • • • *
±150 Or -65 до 4-175 • г* » • »
±250(10-5-20 Ом); ± 100(50-=- •1-2 • 10» Ом); ± 250 (5,0 . 10» Ом) От —55 до 4-120 с. • »
открытого типа для печатного монтажа [22J
ТКС. и», К-* а/, °C п, цикл ^макс> В Габаритные размеры, мм
±250 (R = 470-5- I 10» Ом) ±500 (10 -5-360 Ом) От —60 до -[-125 200 50 4,5 X 4,5
Резисторы Np. Вт «иом- Ом А^иом/^иом» %
Зарубежные аналоги:
Т4 (Франция) 0,2 при 40 °C 0,15 при 70 °C 10-5-1 - 10е ±20; ±Ю
модель 91 (США) 0,5 при 40 °C 10-5-1 - 10е ±20
модель 82 (США) 0,5 при 70 °C 10-5-1 f 10» ±10; ±20
3326 (США) 0,5 при 70 °C 10-5-1 « 10е ±10
Таблица 12.20. Сравнение параметров подстроечных керметных резисторов
Резисторы Np, Вт Яном- Ом п ч
Отечественные:
СПЗ-456 РП1-466 0,5; 1,0 и 2,0 при 85 °C 0,5 при 85 °C 1004-10 ‘ 10е ЗЗ-г-10 - 10е ±30; ±20 • ±20; ±10
Зарубежные аналоги:
модель РС39, РС19 серия Р8РТ (Франция) 0,5 при 70 °C ’ 0,75 при 40° С 10-5-2,2 • 10» ±20; ±10
3852 (США) тип Р (США) 1,0; 2,0 при 70 °C 0,8 при 70 “С* 50-=—5 «10е 100-5-5 м 10« * ±20; ±10 ±10; ±20
ристики резисто2р3Ных2сТоевРнГомпВрРИМеры влияния подложки иа характе-
иараметры переменных резистопля »°Ве полиимидного резистивного материала,
ними добавками Достижение °СН0Ве Ag~Pd и двуокиси рутения е раз-
ческих свойств толстопленочных пДеиКСа необх°Димых механических и терм£
голстопленочных резисторов обеспечивается выбором соответ-
Продолжение табл. 12.19
ТКС . 10'. к-1 Ai, °C Ki цикл умакс, В Г абаритиые размеры, мм
От 0 до 4-250(10-5-100 Ом) ±100 (220-5-1 - 10е Ом) От —65 до -4-155 50 100 4X1,8
±100; ±50 От —55 до -J-125 • a • я • • 9,7
±150 От —25 до 4-125 • » • • • 6.3 X 3,8
±100 От —50 до 4-150 я <- * • • • 6,4x3,6
закрытого типа для навесного монтажа [22]
ТКС • ю«. к-» At, °C п, цикл ^макс> в N, Вт Габарит- ные размеры, мм
±500 (/?=100-5-1 * 10® Ом) —2000 (> 1 , 10® Ом) От —60 до 4-155 500 0,5—150 1,0—250 2,0—350 0,32 012X14 016X16 021X18
±(150—250) (100-5-68 х X Ю* Ом) От —60 до 4-155 500 150(250) 0,64 (0,7) 010X10
От —100 до 4-200 (10-5-1 . 10® Ом); ± 15С (2,2 - 10® ч-2,2 » 10® Ом) От —55 до 4-125 500 250 1,3— 2,6 08,6X6,6
±150 От —60 до 4-150 <?•* .. « 0,83 в ч.#
От ^—60 до -{-150 • V « • • • • • 012,7
етвующих наполнителей (нитрид бора, тальк, свойства, используют
В качестве наполнителей, регулирующих и электрич_ nAIz ц титанатбария.
Фторопласт 40Д, А12О8, тальк, BaSO4, SiO2, TiO2, слюду, прменных подстроечных
В табл. 12.27 приведены важнейшие параметры переменных под р
Резисторов разных классов.
Таблица 12.2L Состав стекол, применяемых в качестве связующего в тоЛСтп
Состав токопровоч 1 дящей фазы 1 Массовая Додя
PbO | SiO, Na,O Kao А1аО, | MgO~~p
SnO. + BSOS 30,0 56,0 54,2 88,0 21 5,5 7,5 ч » a 0,5 22 0,5 я «и '
SnO,+SbxOy SnO, -f- SbxOy » «, * » • • «4 • *- «* « « • я «
wc+w T1,O, 45—485 7—40 49 4 ° * СП « и » 0—3 9,5
In,o, SnO^ T1O, 0,012 20‘0J 10,84 4,05 0,41 0,016
ln*O, D/i • SbtOs 50 49,4 14,6 д « r< 9,5
Pd Pd-f-Ag Pd+Ag Au, Pd, Rh 73,5 0,7 73,6 9,15 21,25 24.5 12 4» 8—10 8,7 •Jew ♦ * S’ 3—7 8,0 *
Au, Pd, Rh Резинаты 66,3 72,15 3,2 13,41 X *? Л. «г . 1
tr, Au 61,40 21,0 •s,4 4* • • •' 0,3.
Jr. Au 65,68 16,5) a » • > ж «В-
Au, Ag 65—68 1-10 ч « «* с »
Pd4 • Ag г*-! 24,5 8,7 3.0 «чг !
PdO+Agl 65 25 ..A- *,. V
RhO + AgJ 7,3
Ag4-Pd0 12,7 ч * • • < 4f-
Pt. 50-73 Ml i 4» 0
Pt, Au 72,15 13,41 2 0 •> 0 0 ‘
Ag, Pd, Jr 65,68 16,51 у- « •a-w r Л~вг*»-
Ad, Pd, Jr 61,4 21,0 ч • -4 4г а 0,3 ?
Pd, Ar * 0,1 ~ 50 > * «t 0—10 л
вместо
Au, Ag, Pd 72,16 13,4 *1 ВаО
Au, Ag, Pd 65,68 16,5 • • i •*» «5
«g Ag, Pd Ag, Au Au, Pt, Pd, Rh, Ag, станнат меди, 75,0 65—68 65,74 66,7 10,0 1—10 17,49 1,87 ’ч * • «к 3,23 4 ” J?•• у 7,38 » А • V- »1|Г1
Bi,O3. SnO., Cr,O,
Au, Au i Ag, Pd hRu 31,68 65? 12—43,5 16,5 24,5 16,5 20,0 0,1—50 0—3,6 J 4 0—3,4 JC<*
RuH Ru- Ru-j Ru -Pd l*Rh -Rh 68?J 65,68 59,20 * » » $* ♦ к *•». 4^^ д 6,4 ** f < "s • e ' • * Же. в-лу*- » в'» » * *t*4
IrO, Ru Ru RuOs 63 * *# 12 50 Ж I., * м* в г* tn
Ru Ru Ru Ru • • r 65,0 66,0 65,0 a»» « 47 25,0 11,0 34,0 /- r . A-H ® » » «а * ж 4 V..A U-« ».*•<
404
Пленочных резисторах (22]
компонентов, % ______________
’"'j в,о» CaO | ВаО ZnO | ZrO, | Прочие компоненты
* •• а • • « в • *• >
7,5 13,2 3,1 * жав
12,0 • а « а а а • i <•
23 8 48 ♦ в«а а Н« Добавки Bi, Cd
2—19 • • * в. в ж а » в
10,4 « а а 14 30,3 »а« « »>« Негцелочные окисли — 0,4
28,59 0,74 14,34 а а » » • 4 Г Г ... Т1ОЯ — 2,653; InO» — 18,33; FeaOa —0,009
10,4 • • • 30,3 « На
35,4
17,35 •"« • ». а • * Ч *
25—26 3- 4 0,8 27—33 4,0 Р»О5—4
26,7 •»' 33,1 4.0
9,0 « к 4 в » 5,4 ж > в «*•
10,0 • • * Ика 5,4 г 15,1 • • *
9,04 лее 5,4 к «Ч в * И
11,00 а в к. вал 6,30 > • а в ал
10,00 • • * 5,41 0,2
1—15 4—70 Л в а Ag2O —1—24
26,7 » • • < 4,0 PbF2— 33,1
10 < • « а * • * в « • в в в 4».
16,9 л в « а в • а «"к в" в в CdO — 63,1
37—27 а »к> в в • 4 в ж B,W«> PbF2 — 5 + 30
9,04 •»< • в. а 5,4 “В в в • Ч Г
10,0 •-4 . в • 5,41 2,4 « а
11,0 «аг *"* * * 5,0 лев ZnO2 —1,3
0,1—60 0—10 35-70 a Hb-W *"• к TiO2—О—10
вместо вместо ВаО
Al^Og
9,04 « а к’а 5,4
10,0 «а • к в * 5,4 2,4 * * w
18,00 • а « к а а Я ’ * • W ВаО —2,82
15,0 Л-,* « • а Г» • м » Г Добавки ZrO2, Т1О2
в » * а а а /• * а Ag2O-l-24
8,98 *»Г « » • 5,4 в а в ZnO - 2,39
0—14,7 0—5,6 а »* 0-5,14 0—2,4
10,0 *<* «г aai 5,4 2,4 « * В
11,3 1.» а а а 5,4 1,2 в «. а
10,0 « а м- а. а» 5,4 2,4 • •>
14,4 а в 4
0,1—60 0,1-10 35-70 к в а А12О3 + TiO2- ОД - 10
вместо А12ОЯ вместо ВаО вместо ВаО
25 <*• 4 '• к-» к в> л в а
i < И 25 • а«т TiO2 —25
• • * *** а 20 а« • , и. V2O5 —20; GeOa —60
10,0 12,0 1.0 • С * ч ««аж а а » • к л а а а в г а к 4 В к » ei в- * S« MnO —53 Bi2O3-lI,0
Состав токопрово- дящей фазы Массовая^рздГ
PbO SiO, Na2O Kzo AjjOg MgO
Ru 72,15 13,41 >• • • о
Ru 35,0 30,0 • « • 1» • • 0,0—2,0
Ru 55,0 5,0 5» * • • • • / **
Ru 57,28 13,28 • • r 7,84 r Mt
Ru 52,63 12,23 W • * 15,17
Ru 52,76 .12,27 * 4? •» • • 7,21
Ru 62,4 5,56 8,43 П»
Ru 63,18 14,7 a • • 8,61
Ru 51,89 12,1 a • 7,11 * * ar
Ru 62,01 14,47 Л * « a ** »•
Ru 66,0 16,0 • • • a a » a
Таблица 12.22. Составы стекол, применяемых в качестве связующего в оте
Марка стекла Массовая
PbO SiOa В 2^3 Al^Qg
302—6 39,8 7,4 26,2 13,1
CZPf-Sc 2,13 30 a a a
660a 64,0 28,5 5,0 • • tp
278 29,4 32,2 2,9 0,6
279-2 26,3 30,7 5,2 0,6
C5I—1 *• • 14,0 31,0 31,0
OCa—20 30,0 30,0 10,0
O10—Pb 40,0 30,0 20,0 10,0
Таблица 12.23. Влияние типа подложки на характеристики полиимидйых
_________________резистивных слоев [22]
Материал подложки эдс шу- мов, мкВ/В ТКС. 10», к-* (-4-155’0 ТКС. 10», К-4 (—60 “Q Аувл> % (56 сут) Ат, ст. % (4-155 °C, 1000 я) Аэл. ст’ % I85 N=NmlP ЮОч)
Высокоомные слои
Мииалундовая М-7 Стеатитовая СК-1 3,4 2,1— 8,2 2,9 0,6 540 290 520 490 4,2 6,4 6,8 6,8 3,2 (У — 1 Вт) 3,5 (У =1,5 Вт)
АГ-4В, защищенная СТЭФ-1-0,5 780 480 200 500 8,3 2,3 15,0 26,2 4 4 W = 0,5 Вт) 3,3 ^ = 0,5 Вт)
Низкоомные слои
Мнналундовая М-7, шлифованная, об- работанная в р-ре ПАК-1 гк 235 230 0,8 1.2 1,8 (У = 1 Вт)
Продолжение табл. 12.21
компонентов, %
7 в«°* Сао ВаО ZnO ZrO2 Прочие Компоненты
9.04 * * » • а а 5,4 а а « • Ч'
15,0 0,0—2,0 а д • • . . в « « в a .
5.0 • • а 2,0 0—5,0 MgO —2,0—10,0
13,76 • • в* « да 7,84 а <4* а в .
12,69 • • в * 7,28 a • в» • в
12,73 а аХ 15,03 а в а в В •
15,01 « •• а а а 8,6 а • а в А
4,9 • • « а а 8,61 аал а в -
21,79 * « • а а * 7,11 < о а в в •
14,97 * « » а а а 8,55 а в а • «8»
10,0 а • а а • а 5,0 3,0 в •
чествеиных керметных слоях [22]
доля, %
SrO СаО ZnO ТЮ2 Добавка
• а • х <
• * • • а- « . в 35 SrQ, CuO
2,5Mg • в в
3,4 6,4 l,5Mg 20,4 ВаО ZrO2, 3,2
3,1 5,8 А в • 1,3 MgO 24,2 ВаО ZrO2, 2,8
4,0 20,0 • в в * « « а а в
• а а 30,0 в в Аг • я '»
в в • • м в в а в га а в в.
Продолжение табл. 12.23
Материал подложки ЭДС шу- мов, мкВ/В ТКС-10», к-1 (+155 °C) ТКС-10’, к-1 (—60° Q KyBJS. % (56 сут) су, % (+155 °C. 1000 ч) Ядл. ст- % <85 °С> N = ЛГЯ0М. ЮО ч)
АГ-4, зачищенная, тер- мообработанная в р-ре • а а 205 130 4,1 2,7 2,6 (N = 0,5 Вт)
Стеатитовая СК-1, шлифованная, обра- ботанная в р-ре ПАК-1 • А» 235 230 1,8 3.7 1,4 (Н = 1 Вт)
К-124-28, зачищенная, промытая в спирте •*« 120 165 14,8 6,6 0,6 (Л/=0,5 Вт)
СТЭф-1-0,5 в - в 150 180 1,8 2,9 - j 0,6 (W=0,5 Вт)
Таблица 12.24. Параметры переменных резисторов на основе системы
Ad—Pd (22} ______________________________________________
Параметр Номиналы
Сотни ОМ Десятки килоом Сотни килоом Единицы МИЛЛИОН
ТКС • 10е, К"» Длительная влагоустойчи- вость (21 сутки), % Сопротивление изоляции, ом От —305,2 до +327,1 От +0,4 до -Н,1 2 - 10*— 9- 10т От —256,3 до +129,1 От —0,5 до +1,2 13 - 105— 5 - 10’ От —110,8 до +559,4 • * « <* - * От —511,8 до +137,8 От —1,з До 0,0 12 »10*— 4 И0’
Кэл.ст’ % ос ар 100 ч, 85 С 100 ч, 0,1УНОН. 155 °С От —0,1 до +0,4 От - До - От - до - -0,2 -0,5 -0,3 -2,5 От —2,1 до —0,1 • *1*
Износоустойчивость, %- после 125 000 циклов после 25 000 циклов От —3,1 до +3,6 От —3,2 до +4,4 От —2,1 до +0,2 От —2,5 до +0,3 От —4,9 до —1,2 От —4,6 до —1,0 ir-eja
Электропл явность: после 125000 циклов после 25000 циклов Удовлетво- рительная Удовлетво- рительная Удовлетво- рительная » «4»
Таблица 12.25. Электрические характеристики токопроводящих слоев на основе
RuO, (800), легированной пятиокисью тантала [22]
Состав композиции, мац. доля Содер- жание Та2О, в ТПФ Режим Легирования $ном> кОм ТКС-10», к-« (+25 °C, 155 °C) эдс шумов, мкВ/В Кэл. ст>4£ (85 °C, 100 ч, И = = l,5/Vg0M)
ТПФ — стекло 279-2 (30:70) 10 850 ®С, вы- держка 1 ч 220 От+ 165 до +207 5,0—6,1 От-0,9 до —1,0
ТПФ — стекло 279-2 (28; 72) 10 930 °C, вы- держка 1 ч 470—680 От+ 107 до+ 150 19—21 От —3,0 до —7,0
ТПФ — стекло 279-2 (30 : 70) 20 850 °C, вы- держка 1 ч 930 °C, вы- держка 1 ч 220—680 10 ♦ 10»— 15 - 10» От +13 до +81 От—150 до —200 16—32 16—36 От —2$ до —10 От-2,7 до—4,5
ТПФ — стекло 279-2 (35 : 65) 20 Помол на шаровой мельнице, 850 °C, выдержка 1 ч 4,7-10»— 6,8 - 10s От —70 до —80 12—44 От_2 5 до — 5.»
ТПФ — стекло 279-2 (38 : 62) 20 850 °C, вы- держка 3 ч 3,3-10»— 6,8 - 10» От—133 до —144 4,7—7 ОТ—4/ ДО —6
fa блица 12.26. Характеристика токопроводящих элементов на основе
оксида рутения е оксидами свинца и висмута [22]
ТПФ Стекло- фаза Состав ТКФ — стекло, мае. доля Темпе- ратура обжига слоев. °C ^ном> кОм ТКС-10', к-» (от +25 до + 155 ’С) Кувл» % Й аут) Кд л. ст* % (85 °C, I. 5л,ном. 100 -г)
РЬО • 3RuOa 279-2 9899 30: 70 30: 70 750 800 0,68 0,68 +1100 +600 От +0,0 до +0,4 От+0,4 до 4 0,6 От—0,1 до —0,2 От—0,3 до +03
PbO • 2RuOa 279-2 30: 70 750 1,5 От +500 От+0,1 От —0,3
9899 30: 70 800 1,0—1,5 до +950 От +600 до +800 До 4*0,7 От+0,4 до +0,6 до —0,0 От +0,2 До +0,4
PbO RuOa 279-2 9899 30: 70 30: 70 750 800 33,0 68,0 +400 От+120 до +200 От+0,2 до +0,3 От+0,1 до 4-0,4 От —1,4 до +0,8 От —0,1 до —0,4
BigOg • 3RuOa 279-2 30: 70 750 150,0 От+Ю до +260 От +0,2 До +1,4 От —5,7 до —5,0
279-2 25: 75 700 Не заме- ряется • в . •м ч » »
272-2 25: 75 800 То. же к • V
9899 30: 70 800 » . . Д • • » а •
BijOa • 2RuOa 279-2 30: 70 750 » . . . я а- а •
279-2 40: 60 750 33 От +30 до +96 От +0,8 ДО 4-1,8 От —1,1 до +0,7
2Bi,O8.3RuO. 279-2 40: 60 700 Не заме- ряется • • а *•» • ..в
279-2 40: 60 750 То же < в» ам а •г
Таблица 12.27. Влияние наполнителя на свойства высокоомных
резисторов [22]
Состав композиции, мае. доля 71 ном • кОм ТКС . 10», к-» эдс шумов, мкВ/В Кувл> % (98 % влаж- ности, 35 °C 30 еут)
RU27|-28((28+2)°Nb2°S ~ СТеКЛ° 4,7—10 От —212 до —290 2,5—6,2 0,5
R®Wra?Nbl°‘ - He заме- ряется в • а. * «.« '
$970 2°Nb,,0j — стекло 279-2-CaFe. (28:67:5) 10 От —80 4,9—6,1 От -0,1
до —280 до +0,3
+ 2°Nb2O5 — стекло 279-2—BaTiOa (28: 67: 5) 22 От —90 до —284 7,1 +0.1
$u<2?/800) + 20Nb2O5 — стекло 279-2—TiO. (28:67:5) 4,7—68 От —228 до —426 9,5—10 От +0,1 до 4-1.1
Состав композиции, мае. доля
RuO, (800) -f- 20Nb,Os — стекло
279-2 (28:72)
RuO, (800) 4- 20Nb,Os — стекло
279-2 (25 : 75)
RuO, (800) -f- 20Nb,Os — стекло
279-2—CaFe, (28:67: 5)
RuO, (800) -f- 20Nb,Os — стекло
279-2—BaTiO, (28 : 67 : 5)
RuO, (800) 4- 20Nb,Os — стекло
279-2 —TiO, (28 : 67 ? 5)
Продолжение табл. lon-i
Стабильность (Af = 85 °C, 100 ч) Изяосеустойчив^^Т*-
25 000 циклов 50 QO0
От —0,2 до 4-0,3 От —2,4 До —8,5 От —з i До -3,5
♦ • «h г Ч
От —0,2 до 4-°>3 От —7,2 ДО —11,6 °т —8,0 До —122
От 0,0 до 4-0,1 От —2,6 до —2,0 —2,0
От —0,3 до 4-0,1 От —1,7 до —2,1 От —1,9 До -4,0
ГЛАВА 13
ФЕРРИТЫ
13.1. Введение
Ферриты — нескомпенсированные антиферромагнетнки или ферримаг-
нетики — эго магнитные полупроводники ионного строения на основе
соединений окиси железа и окислов других металлов е общей формулой
(Ме£+О$~)от/2 (Fe|+O|—)п, где k — валентность характеризующего металла Ме>
а я и т — целые числа. Совокупность магнитных и электрических свойств фер-
ритов определяется природой и расположением ионов в кристаллической решет-
ке, а также характером и распределением в решетке точечных дефектов. Суще-
ственную роль главным образом в процессе ферритизации при формировании
структуры феррита прн его изготовлении играют и линейные дефекты (дисло-
кации).
Ферриты подразделяют на структурные типы феррошпинели е ре-
шеткой типа шпинели (MgO А12О3); феррогранаты со структурой типа
граната (Са8А12 (SiO2)3); гексаферриты со структурой магнетоплюмбита
(PbFej 5Мпз 5А10 5Ti0 5О19); ортоферриты с искаженной структурой перов-
скита (СаТЮ3).
Ферриты со структурой шпинели кристаллизуются в кубической решетке
с пространственной группой О&, в элементарной ячейке которой содержится
8 формульных единиц MeFe2O4.
Основой структуры является гранецентрированная кубическая решетка,
образованная ионами кислорода. В кислородной решетке содержится 64 тетра-
эдрические и 32 октаэдрические пустоты, которые частично заняты катионами —
8 в тетраэдрических (А) и 16 в октаэдрических (В) положениях. Это ионы желе-
за и ферритообразующих металлов (Fe2+, Со3+, Ni2+, Mn2+ Zn2+, Cu2+, Cd2 ,
Mg® и др.).
К этому же классу относится и литиевый феррит Li^O2- (Fe2O3)B. Ферро-
шпинели могут имегь структуру нормальной шпинели, когда все ионы Меа+
Занимают А-положення (ZnFe2O4, CdFe2O4 и др.), и обращенной шпинели,
Когда все ионы Ме3+ занимают В-положение, а ионы Fe3+ поровну распределены
между А- и В-поЛожениямн (NiFe2O4, CoFe2O4 и др.), наконец, смешанную
структуру шпинели, которой можно приписать формулу
Fe’+ ,Me»+ Fe^' °"
О < О < 1.
ва^79₽пп^±?л.?бРа^енности).определяет долю ионов Fe3+, расположен-
'еские паплм^»,. ес*5ом положении. В табл. 13.1 представлены кристаллохими-
В не РаМетрЫ ФеРР°шпинелей.
йа реитг₽нл^?ЫХ ФеРР0Шлинелях имеет место упорядочение, проявляющееся
Рещ4ки жММах в ВИЛе сверхструктурных линий.
,)0»анНую ” лРрОГранатоив основе своего строения имеют объемноцентри-
4ией распоп ОнческУю решетку, образованную ионами кислорода. Катионы
н олагаются в пустотах между плотноупакованными анионами кислорода
Таблица 13.!. Кристаллохимические параметры феррошпинелей [2661
Химическая формула а, нм <7q. $об Г/см»
MgFe2O4 MnFegO* 0,838 0,850 0,840 0,838 0,834 a = 0,822, a =0,871 0,844 0,869- 0,833 0,833 0,382 0,385 0,379 0,9 0,2 1,0 4,52 4,99 5,20
FeFe3O3 0,381 1,0 5,30
CoFe2O4 NiFe^O* CuFe3O4 ZnFesO4 0,381 0,380 0,385 1,0 0,1 0 0 5,37 5,41 5,32 5,84
CdFesO4 y-FegOj 0,382 1,0 1,0 4,76 3,67
П ри ие ч а к » е- Кислородный параметр Z?o2> характеризующий смещение ионов кис-
лотюда обусловленное размерами ионов, находящихся в А- й В-положениях, равен рассгоя-
нию кислородного иона от грани элементарного куба.
в трех положениях: 1) октаэдрических (а); 2) тетраэдрических (d) и 3) доде-
каэдрических (с). $
Ионы Fe®* размещаются в феррогранатах в 16 a-положениях и в 24 а-поло-
жениях, а ионы Me® * (РЗМ) — в 24 е-положениях.
Широко применяются и феррогранаты более сложного состава, в которых
трехвалеитные ионы могут быть замещены комбинацией двух- и пятивалент-
ных иоиов в отношении 2 : 1, например;
Скобками здесь показаны разные положения в решетке, в которых находятся
катионы.
В ортоферритах (орторомбическая структура) элементарная ячейка вклю-
чает 4 формульные единицы MeFeO3 в виде моноклинных ячеек типа перов-
скита. Иоиы кислорода образуют кубическую почти плотную искаженную
решетку. Формула ортоферрита:
Me3O3F е2О3,
где Me — ион РЗМ.
Ферриты перечисленных выше структур, за исключением кобальтрвой
феррошпинели, по магнитным свойствам являются магннтомягкимй. В основ-
ном это материалы с высокой начальной магнитной проницаемостью; ® прям®"
X'Sti петлей гистерезиса (ППГ); о повышенным гиромагнитным эффекте
(соч-ферриты); магнитострикционные материалы. Различные классы ферр»‘
тов значительно отличаются друг от друга по электрическим и магнитным сво -
ствэм.
Гексаферриты применяют в качестве магнитотвердых материалов и актив
иых элементов в устройствах СВЧ-днапазона. Это ферриты е общей формуло“
[(р Ме*+ +1 Ме|+) О 2-#)U (Fe2O3)n,
где р = 1 3; t — О ~ 2; т в разных ферритах принимает значения 1 иЛИ *
и л — от 6 до 14; Mei — катионы Ba, Sr, Pb; Me, — катионы двухвалентны»
металлов Мп, Fe, Ni, Со, Zn, Mg. а
Гексаферриты бария, стронция и свинца имеют гексагональную структур
магнетоплюмбита.
в соответствии со сложными структурными особенностями гексаферрнть»
разделяют на типы:
М — ВаРе12Ои или ВаО . 6Fe2O3;
W — BaMeaFei6O27 или ВаО • 2МеО • 8Fe,O3;
Y — Ba2Me2Fe12O22 или 2ВаО - 2МеО • 6Fe2O3;
Z—Ba3Me2Fe24O41 или ЗВаО 2МеО « 12Fe2O3;
X — Ba2Me2Fe28O4e или 2ВаО • 2МеО • 14Fe2O3,
Структуры этих типов построены из сочетания шпинельных блоков, содер-
жащих два слоя ионов в кислороде (блоки S и /?), связанных гексагональны»
блоком R, в котором находится ион Ва2 + «
В формировании структуры участвуют также блоки 3* и /?*, возникаю-
щие за счет поворота блоков 3 и R вокруг оси с на 180°. В группу ферритов
в системе ВаО—Fe2Os—МеО входит также феррит Me2Fe4Os со структурой
шпинели (тип 3). В табл. 13.2 представлены структуры гексаферритов.
Таблица 13.2. Структура гексаферритов [266]
Химическая формула Тип Строение элементарной ячейки Число слоев в гексаго- нальной элементарной ячейке Параметр &, нм id- г/си’
M RSR*S* 10 • 2,32 5,28
BaeMeaF 2^23 Y (TS) 3.6 9-1,45 5,39
BaMe2Fe13O27 W (MS) rs2r*s* 14 3,28 5,31
Me2Fe4O8 s S V и я- л 4 Г 5,24
Ba2Me2F m2s (RSR*S* )3 3-12 3-2,8 5,29
Ba3Me2Fe24O41 Z (MY) RSTSR*S*T*S* 22 5,23 5,33
MZY rsr*t*s* 16 3,81 5,31
Прииечайие. S — шпинельный блок, содержащий два слоя ионов кислорода; R —
блок, содержащий ион бария: Т — блок, содержащий Два смежных слоя с ионами бария;
S*, R* — блоки, образующиеся прн повороте блоков S и 2? иа 180° относительно оси с.
Элементарная ячейка BaFelaOig содержит 2 формульные единицы, в окта-
эдрическом положении содержится 18 катионов Fe3+, в тетраэдрических —
4 катиона Fe8* и в положениях, образованных двумя бипирамидами,— 2 ка-
тиона Fe3*.
Осью легкого намагничивания в этом феррите является ось, параллельна»
оси с, а осью трудного намагничивания — ось, перпендикулярная к оси 6.
На основе ферритов получают магнитные материалы е моно- и цоликри-
сталлической структурой. Ферритовые монокристаллы анизотропны по магнит-
ным и другим свойствам. Такую же анизотропию можно создать и в поликри-
сталлическом феррите, ориентируя при его формовании входящие в его состав
микроскопические монокристаллы в направлении определенной кристаллогра-
фической оси (анизотропные гексаферриты). После спекания такой феррит
является поликристаллическим с одинаково ориентированными кристаллами.
Ферриты, образованные из неориентированных монокристальных частиц, полу-
чают^в виде поликристаллических спеков с квазиизотропной магнитной струк-
На основе ферритовых порошков, полимеров или эластомеров получают
соответственно магиитопласты или магнитоэласты.
Большинство магнитных и электрических свойств ферритов структурно-
увствительные. Они, таким образом, существенно зависят от исходных веществ
“Условий их изготовления, от режимов и совершенства операций смешивания,
обеспечивающих однородность смесей, полноту их ферритизации — приведе-
я к составу соответствующего феррита, формования и спекания порошков
ферритов в готовые изделия.
основной операции в технологической цепи
Надежным методом контроля о Аеоритизации является метод фазового
изготовления ферритовых издеЛ подробные сведения о межплоскостных рао
рентгеяоструктурного анализа, люди отражений основных структур ферритов
стояниях, интенсивности и индексах Г ррита может быть также установлен
«оиведены в монографии Ubbi- uoeian ч
^намагниченности насыщения.
изготовления ферритов
плаве, на ориентированных затравках, из гидротермальных растворов солей
кислот или щелочей, методами Вериейля, Бриджмена, Чохральского) и фер-
ритовых пленок (конденсация в вакууме, окисление металлических пленок
осаждение при разложении химических соединений). *
Значительный объем выпуска ферритов определяет территориальное раз-
деление на производство ферритовых порошков, отдельные марки которых
выпускаются как самостоятельная продукция, и ферритовых изделий, обычно»
связанное с их использованием в электронной технике и машиностроении. Это»
разделение связано также с различным характером производства, которое имеет
химический профиль при выпуске порошков или соответствует обычным мето-
дам порошковой металлургии (прессование, спекание) при получении феррито-
вых изделий. Ферритовые порошки могут длительное время храниться на воз-
духе без ущерба для их технологических свойств. Распространенными являются
три варианта технологии изготовления ферритовых изделий (рис. 13.1).
13.2.1 . Получение ферритовых порошков
Качественные изделия могут быть получены только на основе высокогомо-
генизированных и достаточно высоко активных исходных ферритовых
порошков.
Наиболее простым и распространенным является метод смешения и помола
порошкоообразных оксидов. В отдельных случаях оксиды (марганца, бария,
стронция) заменяют легко разлагающимися углекислыми или азотнокислыми
солями соответствующих металлов, что не сказывается на характере техноло-
гического процесса. Соли целесообразно использовать, если в оксидах металл
может иметь различную трудно контролируемую валентность.
Окисная технология обеспечивает отсутствие отходов и соответственно
минимальный объем перерабатываемого сырья, отсутствие вредных атмосфер-
ных выделений и сточных вод, возможность точного соблюдения заданного
состава при учете фактического содержания основного вещества в материале.
Ее недостаток: необходимость тщательного измельчения и смешения окис-
лов для получения высокой однородности смеси.
Смешение и помол производят в шаровых или вибрационных мельницах
в воздушной или жидкой среде (мокрый помол). Тонкие порошки получают
в струйных, планетарных, вихревых, электромагнитных мельницах и ультра-
звуковых диспергаторах.
Продолжительность мокрого помола в вибромельницах составляет 1—2 ч;
для интенсификации процесса в жидкость вводят ПАВ. Высушенную шихту
в виде брикетов, гранул или порошка обжигают на воздухе при 80б—1200 °C
и повторно размалывают. При крупнотоннажном производстве ферритизацик>
проводят в камерных, туннельных или вращающихся печах. Последние обла-
дают наибольшей производительностью.
Первое место среди выпускаемых ферритовых порошков занимают порошки
магиитотвердых бариевого и стронциевого ферритов.
Магнитотвердые ферритовые порошки получают из окалины (отходов про-
катного производства) или оксидов железа заданной чистоты, углекислого
бария или стронция и добавок, улучшающих спекание порошка и способствую-
“ранению мелкозернистой структуры: SiO2, А12Оа, каолин A12OS X
X2SiO3 • 2Н2О, Bi2Og и др. При использовании порошков стехиометриче-
ского состава не удается получить оптимальные магнитные свойства. В гекса-
гональных ферритах это связано е тем, что часть оксидов бария (стронция),
связывается примесями. Присутствие моноферрита бария BaFe2O4 способствует
образованию легкоплавкой фазы, препятствующей росту зерен. Поэтому для
производства порошков бариевого феррита обычно используют состав На х
х 5,6 Fe2O2, стронциевого феррита—SrO-5Fe2Os. Наряду со стехиометрическим
кобальтовым ферритом используют материалы с избытком окиси железа, на р
МеР Co0j8Fe2 2Oj. При изготовлении порошков стронциевого феррита исп ль-
зуют также минерал целестит, содержащий 34 мол.% SrO, 4 мол. % щелочно
1—2 мол. % тугоплавки» окислов, способствующих
ма™мняХ частицВс размерами, близкими к одиодомен-
Необходимость получения част ипроведения мокрого помола в бара-
(Г»»>. Л»«У“ "SSS”» “»»У 1000—IS00 кг. Поел,
банных мельницах с загрузкой и б^ ого феррита отстаивают в течение
помола водную суспензиюпороши /влажный порошок подсушивают в су-
3-5 суток, после чего воду слившот, цеСса отстоя в 3—4 раза суспензию
шильных агрегатах. Дл*п2б00 кА/м, в результате чего ферритовые частицы
омагиичнвают в поле к доугу.
коагулируют, "Ритя™вая“ масштабов для помола порошка используют аттри-
В производстве средних масш ной вращения).
торы (шаровые мельницы в вер ают не ТОлько для изготовления из
1Р Порошки бариевого феррита в качестве наполнителей для
вих а1еченн“*мна™“™и;о”лаСтов. в процессе размола под действием ударных
магнитопластов и магнито^ воЗНИкаЮт многочисленные дефекты напряже-
магрузок на п0В®Рх“°^“епа, чт0 ведет к снижению магнитных свойств. При
ния (в результате наклен }’ * магнитные свойства восстанавливаются.
ST.Х.ЙГ =' оргии,еской с.икой (»,™ято.
мХтоэласты), то дефекты должны быть устранены посредством
при температуре 700-800 °C. Чтобы не происходило припекание чао
«ц «рХа друг К другу, ИХ разделяют высокодисперсной окисью алюминия
А ,0,, 'и которой освобождаются после отжига посредством магнитной сепа-
V Магнитные ферритовые порошки можно вводить в каучук, резину, винило-
ВуВ в эпоксидные пластики, нейлон и т. д. Благодаря высокому электриче-
скому сопротивлению порошки не влияют иа изолирующие свойства резинового
и. и пластикового носителя и инертны по отношению к химическим продуктам.
В составе магнитоэласта после намагничивания порошки проявляют высокую
стойкость к размагничиванию.
Высокое электрическое сопротивление порошков определяется малым со-
держанием двухвалентного железа (0,2 % по ТУ 6-09-1452—76). Порошки
марок А, Б и В по ТУ 6-09-1452—76 поставляются после сухого помола (удель-
ная поверхность соответственно 0,6—0,8; 0,8—0,9; 0,8—1,0 м2/г). Перед прес-
сованием анизотропных магнитов такой, порошок, должен быть подвергнут
дополнительному мокрому помолу для получения частиц размером порядка
0,5 мкм. Порошок поставляют в аавалвцованных стальных банках, барабанах
массой до 80 кг, мягких контейнерах массой до 1500 кг или бумажных мешках
с полиэтиленовым вкладышем,
хичи^^-«0Я^ЧеяиЯ П°Р°ШКОВ магнитомягких ферритов широко используют
2ОЗЗОЛТО1ЦИе производить высокогомогенные смеси без
турных характеристикЫС°К011 Воспроизводимостью физико-химических и струк-
в качестве истошшпг ЯЗЛожения солей предусматривает использование
«твующих металлов, сояепжлт,,,,* __ рнокислых солей соответ-
кристаллизационную воду. В смесь взятых
массы солей), нагревают ло пягпп°баВЛЯЮТ иебольшое количество воды (20 %
‘20 П удаляют “«пения <100—
на скислы (950—1100 °С1 Ппспо ВОДУ (30° Затем смесь разлагают
«ают до заданной дисперсности.0 ждения массУ окислов дробят и размалы-
шихты. Однако полная^днородность'в'*п одноР°дность смешения компонентов
практически не достигается ич-я?п,, Распределении компонентов ло объему
Таллов. из аа Различной растворимости солей разных ме-
нетод получения ферритовыхПпооошклявГ бездиФФузионный, или шенитный,
честве исходного «рья ткрдых ₽0°асХ ’ »СН0Ванный на использовании в ка-
общую формулу ₽дых Раств°ров шенитов. Соли типа шенитов имеют
Ме’%+(1?О4).6Н,О,
где
Ме»+ —Mg, Мп, Ni, Со, Fe, Cu, Zn, Cd;
Ng” — LI, Na, K, Rb, Cs или NH4;
R—S, Se, Те, Cr.
Их кристаллизация может осуществляться как равновесным, так и неравно-
весным методами (криохимической кристаллизации, распылительной сушки,
замены растворителя и т. д.).
Очень важны стадии дегидратации и термического разложения солей,
которые и должны обеспечить предельную гомогенизацию феррнтообразующих
компонентов — их ферритизацию и активирование, определяемое состоянием
поверхности частиц, дефектностью кристаллической решетки и соотношением
полиморфных модификаций.
Метод совместного осаждения солей или гидроокисей позволяет из раствора
серно- или азотнокислых солей соответствующих металлов осадить нераствори-
мые продукты реакции, соотношение металлов в которых соответствует задан-
ному составу феррита.
Пастообразный осадок тщательно отмывают, сушат, прокаливают при
300—800 °C до разложения на окислы, которые размалывают до необходимой
дисперсности. Порошок является высокодисперсным и однородным по
составу.
Недостатком химических методов получения ферритовых порошков яв-
ляется необходимость переработки значительных количеств сырьевых материа-
лов, потребление значительного количества воды для отмывки осадка (метод
осаждения), загрязнение окружающей среды.
Качество порошков оценивается определением фазового состава, удельной
поверхности, гранулометрического состава, коэффициента усадки и микро-
искажений Lala, определяемых по уширению линий на рентгенограмме АВ:
Да ДВ
4tg0*
13.2.2 . Изготовление ферритовых изделий
Формование ферритовых изделий производится в пресс-формах на гидрав-
лических прессах, литьем горячего шликера, •' мундштучным прессованием
в экструдерах, изостатическим прессованием, взрывным прессованием, горячим
прессованием и, наконец, вибрационным уплотнением.
При формовании в порошки обычно вводят смазки и органические связую-
щие вещества — пластификаторы (водный раствор поливинилового спирта, па-
рафин, искусственный воск и др.).
Спекание пресс-заготовок производят в туннельных печах непрерывного
действия с зонами удаления связки, предварительного нагрева, спекания и
контролируемого охлаждения как по температурному режиму, так и по составу
газовой среды (марганец-цинковые ферриты).
В некоторых случаях, главным образом для магнитотвердых кобальтовых
ферритов, ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса и магнитострикцион-
ных, применяют термомагнитную обработку—термическую обработку в маг-
нитном поле, обусловливающую появление в феррите наведенной магнитной
анизотропии. Ее аффективно применяют для изменения формы петли гистере-
зиса, уменьшения начальной и увеличения максимальной магнитной проницае-
мости.
Имекися некоторые особенности в технологии изготовления постоянных
магнитов из бариевых (стронциевых) ферритов.
Объем производства магнитотвердых ферритов значительно превыше
выпуск всех других видов магнитов. Это связано с тем, что, обладая магнит-
ной энергией на уровне магнитов альнико с высоким содержанием кобальта,
магнитотвердые ферриты значительно превосходят их по величине коэрциги -
ной силы. Важным преимуществом является также иедефицитность и низка
,, 417
14 6-359
т „ 1 кг исходного сырья для производства фер.
«нко^ферритового порошка » магни вой массы в пресс-форму вклю-
После загрузки влажной Ф РР (обычно в Направлении прило-
Й^магеитное поле и отверстия в Пуансоне при помощи форва.
^яия давления) через спе^алЬН“ с одновременным приложением давления.
Умного насоса «^"^Хм поле в зависимости от размера магнита
Время набора Да™енйЯ В “а™ ых брикетах (заготовках) 60-70 % частиц
составляет Ю-ЮО с. В й ДУ намаганчивания (кристаллографическая ось с)
ориентированы осью леГ*°£°®а“ ого поля. Сырые брикеты (остаточная влаж-
Хправленин приложения'-«^«^Хёльных печах при 1150-1250 °C в тече-
вость ДО Ю М су5иаТ’к"нёя в Анизотропных брикетах вследствие преимуще-
вие 1—3 ч. После спеканияв н о неориентированных степень
етвенного роста ориентир д5 0 ,РВ спеченнОм анизотропном феррите зерна
^3&РТплАсТх чешуек, причем гексагональная ось < направлена вдоль
толщины чешуйки, без приложения магнитного Поля Под дав-
лением ₽0₽2—0 5°ГПа.^После спекания при температуре 1000 °C магниты охлаж-
мот Амаптном поле до комнатной температуры. При этом возникает наведен-
ная магнитная анизотропия в направлении поля.
В технологический процесс входит также шлифование рабочих поверхно-
стей (обычно торцов кольцевых магнитов), отбраковка по размерам и внешнему
виду магнитным свойствам, размагничивание. Обычно магниты размагничи-
вают вагревом до точки Кюри (45Q—460 °C для бариевых и стронциевых ферри-
тов, 520 °C для кобальтовых).
В технологии изготовления магнитострикционных ферритов, предназначен-
ных для преобразования электромагнитных колебаний в механические и для
которых основным показателем
тела при наложении иа него
печено оптимальное значение
является способность изменять форму и размер
внешнего магнитного поля, должно быть обес-
коэффициента магнитомеханической связи:
К — упр
св >
где IFynp — часть энергии, превращенная в упругую, Я ^.. — полная накоп-
ленная магнитная энергия.
Этому услоаию соответствуют высокие Значения магнитострикции насыще-
ния X, в начальной магнитной проницаемости р0.
Высокому значению Ксв также удовлетворяет минимум суммы энергии
кристаллической магнитной анизотропии и внутренних Напряжений. Магнито-
стрикционные ферриты должны быть термостабильны. Всем этим требованиям
удовлетворяют в наибольшей степени ферриты в системе Ni^CoxFe^ (при
яяв 8 отличи® от обычной технологии производства магнитомягких ферритов.
шательное смешение и высокие температуры
гих₽свойствИ М°ГУТ обеспечить однородность не только магнитных, но и упру-
стабмьность ыпготНк ,МиГНАТОМеХаМИЧески^ характеристик и их температурная
ХепЛй и об.еспечены только в высокоплотных изделиях с рав-
ных АаппЛЛ и. Р то® структурой. При производстве магнитострикцион-
стосЛ™₽Си«п3Т тонко»ис«рсные порошки в узких пределах зерии-
спекаиия Давления при прессовании порошков и высокие температуры
vhv паппЛ*
Эффективным средством реализации оптимальных свойств в этих ферритах
является их изостатическое или же горячее прессование, а также введение в их
состав малых легкоплавких добавок (CuO, V2OB).
Как указывалось выше, при производстве магнитострикционных ферри-
тов широко применяется операция термомагнитной обработки.
Определяющими параметрами, характеризующими эксплуатационные пре-
имущества магнитострикционных преобразователей, являются Ксв — коэффи-
циент магнитомеханической связи, 0S — показатель магнитомеханической доб-
ротности, ТКЧ — температурный коэффициент резонансной частоты vn и v —
скорость распространения упругих колебаний. р .
В объектах вычислительной техники, создаваемых на основе упряппярмы*
цилиндрических магнитных доменов, и в некоторых других объектах новой
техники широко применяются монокристальные феррошпинели и феррогранаты.
Их изготавливают выращиванием из расплавов в установках Вериейля, приме-
няя методы Чохральского или же Бриджмена.
Поликристаллические ферритовые пленки получают, используя общеиз-
вестные методы нанесения пленок конденсацией в вакууме или же катодного
распыления. Применяют в последнее время также метод плазменного напы-
ления.
Кроме того, что вакуумной конденсацией получают непосредственно на
подложке ферриты требуемого состава, иногда эту операцию расчленяют на
процесс нанесения на подложку металлического сплава е последующим его
окислением при температуре 700—1200 °C с целью ферритизации. Пленки по-
лучают также разложением смесей солей, наносимых на подложку тем или иным
способом с последующим термическим их разложением и обжигом при 800—-
1000 °C в нейтральной или окислительной среде вплоть до достижения полной
ферритизации. Во всех случаях обязателен дополнительный отжиг, обеспечи-
вающий гомогенизацию, регулирование состава и магнитных свойств пленки.
Ферритовые пленки значительной толщины (до-300 мкм) получают из фер-
ритовых порошков с пластификаторами, формуя их шликерной отлиакой, про-
каткой, пульверизацией; иногда используют метод электрофореза.
Этим методом на платиновом электроде получают пленки магний-марган-
цевых ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса, используемые в быстро-
действующих микроэлементах памяти ЭВМ.
Монокристальные ферритовые пленки получают эпитаксиальным выращи-
ванием иа подходящей подложке, удовлетворяющей условию структурного
соответствия. Для получения эпитаксиальных пленок феррошпинелей в каче-
стве подложки используют окиси магния, алюминия либо природную шпинель,
В качестве подложки при эпитаксиальном наращивании пленок феррогранатов
используют кристаллы иттрий-алюминиевых или гафний-галлиевых гранатов,
Монокристальные пленки ферритов получают также, используя метод транс-
портных реакций либо, как его модификацию, метод парофазных реакций.
Подробные сведения о строении, природе электрических и магнитных
свойств ферритов и технологии их изготовления могут быть почерпнуты из
монографий [242, 261, 395, 475, 592] и в первую очередь из [266].
13.3. Составы и свойства ферритов
По технологии изготовления, эксплуатационным параметрам и экономиче-
ским показателям ферриты имеют преимущества перед металлическими спла-
вами. Главным из них является высокое электрическое сопротивление ферри-
тов, исключающее возникновение потерь на вихревые токи при использования
в полях высокой частоты. _
Изделия из ферритов (кроме пленок и монокристаллов) получают иеп
средственно из порошков, сочетая процессы образования материала и изгот
ления изделия. Классификация изделий из ферритов приведена на рис.. . •
Наиболее широко распространены марганец-цинковые (Мп}, н
ковые (НН) и литиевые ферриты.
На основе ферритов выпускают сердечники “0Дьце®“ ' П-обпазные,
Дисковые, подстроечные, пластинчатые, трубчатые, Ш-образны , Р
«ппмышленных марок ферритовых сердечников [480]
Тяблипа I3.J, парамер»
Укрпри teo = 0,l? МГц V при tg S
Марка й,. Гс/Э Нмакс Тл вг.Тл Не. А/м МГЦ Г- ' №
100 ня 400 НН 600 НН 1000 НН 2000 НН 1000 НМ 1500 НМ 2000 НМ 3000 НМ 500 НТ1 100±20 «чЙЙ 1000±200 2000tSS 1000±200 15ОО±ЗОО 2000+|S 3000±500 600±Ж 0,44 0,25 0,31 0,27 0,25 0,35 0,35 0,38 0,35 0,35 0,29 0,12 0,14 0,15 0.12 0,11 0,11? 0,13 0,12 0,21 56 64 32 20 8 28 24 24 12 48 • * ««Л iik» * *1 г • 2 *^*»г <i> »« *»« % • ч Г! 7—9 <125 <18 <22 <50 <85 <13 <15 <15 <35 Л» *
1000 НТ! 700 НМ кюо нмз 100»±ж 700±200 1000±200 0,32 0,38 0,33 > 0,15 0,05 0,10 32 , 140 28 16 16 0,80 » * • W w •> V 2—3 я) « * <80 <5 <15 ^с5
1500 HM1 1500±300 0,35 0,10 -5-"
1500 НМЗ 1500 ±300 0,38 0.08
2000 НМ1 20 ВН 2000*^500 Л'01'—300 30±5 0,38 0,26 0,12 0,07 16 520 » kt <15 <170
150 ВН 150±20 0,35 ОД 5 240 • • » <> 136
3000 НМС 2000 ±400 0,25 (Ам, ’Ч 0,36 *
2500 НМС! 1700±Б00 0,29 0,40 * **• «ч
2000 НМС •Л* 0,24 $>• * ГЧ 0,33 к
2000 НМС1 *• Btf 0,22 % г** ! 0,34 >•
броневые и сердечники для отклоняющих систем телевизоров сложной конфигу-
рации. Параметры основных марок ферритовых сердечников приведены в
табл. 13.3.
Во многих областях техники, в первую очередь в электронно-вычислитель-
ной, широко используются ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Ос-
новным показателем для этого ряда ферритов служит высокое значение относи-
тельной остаточной индукции aQ =» Вг!Вт (0,90 -5- 0,94), называемое прямо-
угольностью петли гистерезиса, или же коэффициентом прямоугольности.
Параметр квадратности оценивается через отношение поля трогания к ко-
эрцитивной силе НТ/НС, где Ят — напряженность поля, соответствующая
уменьшению остаточной индукции Вг на 10 %. Кроме этого, ферриты данного
типа должны быть термостабильны.
„ .^слполУчеиия в ферритах прямоугольной петли гистерезиса е высо-
ким коэффициентом прямоугольности: F
®ысокая степень симметрии кристаллической решетки материала, обес-
печивающая его полную изотропность, r г
кристаллографической анизотропии над другими видами
при отрицательном значении Кт' отрицательная константа кри-
”алло^РаФической анизотропии Ki соответствует наличию восьми направлений
намагничивания вдоль пространственных диагоналей куба и, таким
образом, максимальной величине коэффициента прямоугольности.
t, Ом•м Ps. Вт/М». Гц »К- ’с ns,. % Т, в/см’ ТКм
при 20 “С при 120 °C
10е я » ч * » • 300 •• • • 4,7—5,0 • *JK
10* *• • 300 я. 4,7—4.9 • я at
10* * » • • • • НО • • • 4,8—5.0
10* * • » 110 • • • 4,8—5,1 • •
10 • « * • 4 70 • • ' 4,8—5,1 • • •
0,5 * • 4 Ч * 200 •Я 4,4—4,6
0,5 200 • •т» 4.4—4,6 • ••
0.5 • «г « 200 • « 4,4—4.6
0,5 • • • ч • 140 ... . 4,6—4,8 • •.*
10» 150 <0,3 5,3 Я Я
10» • • * • • 140 <0.3 5.3 i • я
20 « • л • • * 240 • * 4,3—4,7
10 • • • я • 200 * 4,3—4,7 Л . .
5 • « я « • « 200 • • я 4,3—4.7 * • »
20 • 4 • • я 200 4,3—4,7
5 • • V • • •> 200 •• •• 4,3—4,7
10s 10* • • V •• • • <450 <400 • 9л 4,5—4,8 4,5—4,8 —35—f-35 —4—J-3 4
1 <2,5 <2,5 <200 Я * * 4.7—4,9 • ч Я
1 <10,5 <8.7 <200 • • • 4,7—4,9 я я.»
1 <4,2 <4,6 <200 • * » 4,6—4,8 • я
1 <3,2 <3,2 <200 Я 4,7—4,9 * • •
3. Высокая степень структурной однородности по всем показателям.
4. Наличие равномерно распределенных магнитных неоднородностей, обес-
печивающих возникновение в материале доменов обратной намагниченности.
Эти условия могут быть реализованы как выбором химического состава,
так и технологической схемой производства.
Широко используют ферриты е прямоугольной петлей гистерезиса системы
MgO—МпО—Fe2Og (марки 0,9ВТ, 0.7ВТ, О.ЗВТ, 0.27ВТ, 0.16ВТ и 0,12ВТ);
ферриты, относящиеся по составу к системе LisO—Na2O—Fe2O8 (марки 100П,
Ю1П); к системе LisO—Na2O—МпО—Fe2O8 (марки 103П, Ю5П) и к системе
LigO—МпО—MgO-Fe2O8 (марки ЗВТ и 5ВТ).
Характеристики ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса, в частно-
сти для запоминающих устройств, представлены в табл. 13.4 и 13.5.
В настоящее время для применения в области СВЧ получили наибольшее
распространение:
I. Иттриевые феррограиаты, характеризующиеся малыми диэлектриче-
скими потерями, легко управляемой величиной намагниченности насыщения
и малой шириной линии ферромагнитного резонанса.
2. Литиевые ферриты, характеризующиеся высокой термостабильвостыо
с прямоугольной петлей гистерезиса.
3. Магний-марганцевые ферриты, не очень термостабильные, но с мал
иагнитными и диэлектрическими потерями.
-. « „ „ „ . 13.4. Основные свойства феррите >вых ма сериалов с ППГ [268]
Нт/Яс, ТКНс,% « К~*, при t. С °® Эм » и.
Система Марка феррита Не, Тл не ме- нее от —60 до +20 20—100 не ме- нее не ме« нее
Mg—'Мп 2.1ВТ 1.75ВТ 168 140 120 104 0,18 0,21 0,22 0.23 0,72 0,75 0,70 +0,7 4-0,7 4-0,7 —0,60 —0,60 т—0,50 240 250 250 5-10* 1-10» 5-10»
1,5ВТ 1.3ВТ 0.9ВТ 0.7ВТ 0,ЗВТ 0.27ВТ 0.2ВТ 0.16ВТ 0.12ВТ 0.75 4-0,8 —0,60 250 3-
Mg—Мп—Zn—Са 72 56 24 22 16 13 10 0,25 0,23 0,21 0,20 0,23 0,20 0,20 0,75 0,70 0,70 0,72 0,75 0,72 0,65 оо оо со ь-oooCs О О — — — — СЧ +++++++ —0,60 —0,70 —0,80 —1,30 г-0,65 —1,20 —1,30 230 240 170 110 210 130 110 2-10* 2-10« i - io* 2- 10s 2-10* 5- 10а 6-10*
Mg—Мп—Са—Ст 0.37ВТ 0.44ВТ 30 35 0,14 0,16 0,70 0,70 4-1.3 4-1Д —1,0 —0,80 140 180 1.10е 2-10»
Li-Na 100П—2 101IL—2 173—211 230—282 0,24 0,24 0,75 0,75 4-0,2 +0.12 —0,2 —0,15 630 630 1-10’ 1-10’
Li—Na—Мп 103П 105П 256 96—160 0,26 0,26 0,75 0,75 +0,23 +0,23 —0,18 >-0,18 530 530 108 108
Lt—Mg—Мп ЗВТ 240 0,23 0,75 +0,22 —0,22 570 ‘ 5-10*
5ВТ 400 0,23 0,75 4-0,22 *—0,22 560 5-10*
4. Никелевые ферриты е высокими значениями намагниченности насыще*
ния И "малов шириной линии ферромагнитного резонанса. Они высоко термо-*
Стабильны. Высоко термостабнльны и феррогранаты. Они имеют высокую тем-
пературу Кюри и могут быть получены е заданной величиной Zs, узкой шири-
ной линии ферромагнитного резонанса.
Совокупность названных свойств в СВЧ-ферритах и определяет предпочти-
тельные области их применения в объектах техники СВЧ.,
В табл. 13.6 приведены основные характеристики употребительных марок
СВЧ-ферритов.
В качестве магнитотвердых материалов широко применяются бариевые
й стронциевые ферриты с кристаллической структурой магнетоплюмбита и ко-
бальтовые ферриты со структурой шпинели.
Таблица 13.5. Параметры ферритовых сердечников для запоминающих
устройств [266]
Фирма Марка Размеры (^нар К X М мм А» — /j. мА ' Kd dV\. мВ
«Ампекс» 1801 0,46x0,28x0,11 580 0,62 34
2975 0,56x 0,36x 0,15* 640 0,635 30
2909 0,56x0.34x0.14т 720 0,645 40
«Электроиик 148—101 0,36x0,23x0,09 400 0 6 25
меморие» (США) 144—101 18—109 0,36x0,23x0,09 0,46x0,28x0,11 800 440 0,625 0,625 29 31
24—Юи 0,53x0.36x0,14 725 0,64 30
38— 1U4 0,75x0,46x0,25 600 0615 47
5ВТ 0,60 x 0,40 x 0,13 740 0,61 28,5 _
Продолжение табл. 13.5
Ч " фирма 1 Марка dVz, мВ TS, нс ТК/ш, мА/К Диапааон рабочих температур,°с
«Дмпекс* 1801 10 240 1,4 От —25 до -f-75
(США) 2975 10 320 0,8 От —55 до 4-100
2909 12 250 2,1 От 0 до 4-50
«Электроник 148—101 6,5 255 1.2 От —25 до 4-75
меморис» 144—101 7,5 160 1,1 От —55 до 4-100
(США) 18—109 8,0 330 1.3 От—25 до 4-75
24—100 7,5 330 0,8 От —55 дб 4-100
38—104 1.1 520 0,7 От —55 до 4-100
5ВТ 6,5 340 0,84 От —55 до 4-75
Таблица 13.6. Характеристики некоторых нормализованных иттриевых
ферритов [266]
Марка Состав Ss-I0%, Тл ЬН, кА/м, пои v = = 3000МГц е при V = 3000МГц tgS.103, не бо- лее 7, г/см3 tg8 . 10» при v = 10 ГГц
10СЧ6 Y —Fe 0,176 <4,8 14,8 ± 1.0 7 5,02 ± 0,15
зосчз Y —AI 0,120 <5,6 14,6 ± 1,5 . 6 5,01 ±0,15 <3.2
30СЧ6 Y —Gd 0,130 < 8 15,0 ± 1,5 j 5 5,4 ± 0,16 -
30СЧ9 Y —Al 0,100 < 4,8 14,5 ± 1,4 5 4,98 ±0,15 <2
40СЧ2 Y —Al 0,078 <4.8 14,4 ± 1,4 5 4,97 ±0,15 < 4
40СЧ4 Y —Gd 0,090 < 12,8 15,5 ± 1,5 3 5,60 ± 0,16 <0,9
40СЧ5 Y—Al 0,065 <4,8 14,5 ± 1,4 4 4,96 ±0,15 < 3
60 СЧ Y —Al 0,047 <4,8 14,0 ± 1,4 4 4,92 ±0.15 < 4
80 СЧ Y —Al 0,035 <4,8 13,5 ± 1,3 4 4.91 ± 0,15 <2
90 СЧ Y —Al 0,021 <4,0 13,0 ± 1,3 3 4,89 ± 0.15 < 1
Благодаря высокому значению константы магнитокристаллической анизо-
тропии (табл. 13.7) эти ферромагнетики обладают высоким значением коэрци-
тивной силы, определяющей их магнитную твердость. Так, для бариевого фер-
рита значение коэрцитивной силы, вычисленное по величине константы анизо-
тропии, составляет 1360 кА/м.
(480]ЛИЦа 13'7* ®сиовные “ойства магнитотвердых ферромагнитных окислов
Феррит Химическая формула Ki - 10-«, кДж/мЗ Параметры решетки, нм т» г/см3 &к, °C fis _ при 20 °C. Тл
а С
Бариевый BaFe12O19 3.0 0,5876 2,317 5,28 450 0,47
Стронциевый SrFe12O19 3,3 0,5864 2,303 5,12 460 0,50
Кобальтовый CoFe2O4 2.4 0,8395 5,27 520 0,53
В постоянных магнитах реализуется значение НеГ, в 4—5 раз меньшее
этой величины. Это связано с тем, что перемагничивание происходит не в ре-
зультате вращения вектора намагниченности, а главным образом в результате
зарождения и роста зародышей обратной намагниченности. В спеченных из
порошков с размером частиц порядка 1 мкм постоянных магнитах образуются
зерна размером 1—2 мкм, что вызывает затруднения в процессе образования
еародышей обратной намагниченности и замедление процесса роста этих варо-
вышей за счет смешения границ.
НанболеГэффективная задержка границ происходит на различных дефек,
тах микроструктуры (поры, яемагнитные включения и т. Д-), размеры которых
соизмеримы в толщиной границы. Такой механизм перемагничивания 0преде.
зваадяия 300 4-350 кА/м. В результате спекания возникает взад-
молействие между зернами, что нарушает ял однодоменность и исключает воз-
можность увеличений до значения поля анизотропии. Создание немагнит-
ных прослоек между однодоменными зернами приводит к значительному паде-
нию остаточной индукции. Хотя величина Haj значительно меньше поля анизо)
тройня, достигнутое ее значение достаточно для получения значений
на 20—25 % ниже теоретического значения (табл. 13.8).
Как было отмечено ранее, магнитотвердые ферриты получают из промыщ-
ленных ферритовых порошков (табл. 13.9).
Таблица 13.8. Параметры постоянных магнитов на основе магнитотвердых
ферритов [480] _
Материал Назначение Bri Тл Нев, к А/м макс, КДж/м*
Техническое 0,40 184 15
Наилучшие лабораторные образцы 0,41 184 16
Теоретический предел 0,47 380 22
Sr Fe«O« Техническое 0,41 240 16
Наилучшие лабораторные образцы 0,46 230 20
Теоретический предел 0,50 400 25
CoOFcjOg Техническое 0.27 152 бЛ
Наилучшие лабораторные образцы 0,40 160 12
Теоретический предел 0,53 420 28
Таблица 13.9. Свойства магнитов из промышленных магнитотвердых ферри-
товых порошков [480]
Стрма Марка» ТУ Состав вг.- Тл HeJ, кА/м «св, кА/м пг* w SMAKb, кДж/мЗ AV/V, %
СССР А (ТУ 6-09-1452-76) ВаОл . Fe,Os 0,330 188 8,8 15—17
Б (ТУ 6—09—1452—76) В (ТУ 6—09—1452—76) (fi===5i 5—s*-5t*8) 0,365 216 12 17—19
каолин: А.Б—l»z 0.395 192 14,4 17—19
Канада В—0,5%
Порошок стронциевого ф ррита 201 (для магии- 0,343 336 320 10,8 15,5
тов «керамик 7») 0,326 9,6 14—17
Порошок стронциевого 0,385 252 13,9 15,5
феррита 201 (для маг- нитов «керамик 8») 0.367 240 Ml 12,8 14—17
П р Для мега Ш4Я, Порошок бзриевого фер- рита 106 (для магнитов ке- рамик 5 и 6) ’ ® ® * 6 и и * . Для магнитов В-ов марки 201 в числителе i BaO.6FeaOs-[-2% (l/3BaCOs-4- Al»O,) 0,385 206 200 13,6 15.8
по ТУ 6 — 09 — 1452 казаны средние, а в “—76 даны минимальные значения; знаменателя ** минимальные энач&*
424
Марки я свойства ферритовых постоянных магнит™
приведены в табл. 13.10. Физические свойства различныхаемых в СССР,
зуются следующими данными 1480): различных ферритов характери-
а °с Бариевые ферриты 450
VK’ Стронциевые ферриты 460
Кобальтовые ферриты 550
Обратимая про- ницаемость Изотропные ферриты Анизотропные ферриты 1,15—1,35 1,03—1,25
Бариевые ферриты 10—10®
р, Ом • м Кобальтовые ферриты 10-1—Ю
ТКВ, К-1: Бариевые ферриты в интервале от 70 до 200 °C —0.2
Кобальтовые ферриты;
в интервале от — 100 до 20 °C в интервале от 20 до 80 °C 0,05 0.08
a • 10-*, К"1 Бариевые и стронциевые ферриты:
параллельно ориентации 13-15.5-
перпендикулярно к ориентации 8—11
Л, Вт/(м. К) Бариевые и стронциевые ферриты 1.9—3,2
с, Дж/(кг • К) » » 600—700=
нм » »
Е, ГПа » * 6—7
G, ГПа » » 100—200
р » » 40—70
осж. МПа » » 0,2—0.4
<г. МПа » * 200
са, МПа » » 25—30 70—90
т МПа КР » » 40—50
у, г/см® » » 4,5-5,1
у/, г/см® » » 5.27
Таблица 13.10. Магнитные свойства промышленных магнитотвердых ферри-
тов, выпускаемых в СССР [480]
Марка Вг. «с/, »св, IF w ялакс*
Тл кА/м и А/м кДж/м8
6БИ240 (1БИ) 0,19 240 125 3
7БИ300 (1БИ2) 0,20 300 135 3,5
16БА190 (2БА) 0,30 190 185 8
15БА300(2БА1) 18БА220 (2,ЗБ А) 0,30 0,33 300 220 200 210 7.5 9
22БД220 (2.8БА) 0,36 220 215 11
25БД150 (ЗБА) 0,38 150 145 12,5
24БА210 (ЗБА1) 0,37 210 205 12
25БА170 (3.1БА) 0,38 170 165 12,5
28БА190 (3.5БА) 0,39 190 185 14
21СА320 (2.6СА) 0,34 320 240 10,5
ЮКА165 (1,5 КА) 0,24 165 143 5
етвУкл-Р3иачени1п °бознв’ении марки феррита цифры, стоящие перед буквами, соответ.
В, С или КпРоиавеДвиня (ВН)мако - 2^SMaK0, выраженном/в кДж/м8. Первая буква
вторая буква И Т5‘,?ЯлП0Сле ЦИ*Р» обозначает бариевый, стронциевый или кобальтовый феррит;
Втиа букв. , “* изотропный или анизотропный соответственно; цифры, стоящие после
риевого фе °гветствУ,от значению Hej в кА/м. Магнитные параметры для изотропного ба»
Чеиия .шгнитоыа п^и^еДены в иапРаалении прессования. В перпендикулярном направлении зва»
n₽B leMneSX^o^l^P?® на 6—16%. Магнитные параметры определены.
v уре с. Свойства ферритов регламентируются ГОСТ 24063—80.
п.11. c»to~ фе!'!>“,‘ lwL.
Фирм*» страна Марка ваполиителя Тип связки Содержание наполнителя г/см1 Раз- мер час- тиц Фер- рита , мкм
мае. % | об. %
«Ferro-Corp. Порошок № 303 А 90 67,5 3,83 1,6
Ottawa Chemical в 90 63,5 3,65 1,6
Division» (Канада) Порошок № 334 А в 90 90 67,5 63,5 3,83 3,65 1,7 1,7
Порошок № 304 А В 90 90 67,5 63,5 3,83 3,65 1,8 U
«Krupp Widia Fabrtk» (ФРГ) Коэрокс Р Оксилит G *» Анизотропный Резина 90 91 «. » • 4 * « й . 2,3—3,9 Ц -« hf S . X-
оксилит Са
<N. V. Phil ips FXDSP30 13/19 Термо- 85
Ooeilampen fab- пластик с
riken» (Нидерлан- ды) FXDP40 15/19 Р40 То же 90 « -•$ * ‘•«i
Продолжение табм 13.11
Фирма, страна Марка наполнителя Тип связки Магнитные свойства
Bf. Тл ®cJ,> кА/м ^сВ- кА/я ^smskc. кДж/м*
«Ferro-Corp. Ottawa Chemical Порошок № 303 А 0,18 148 108 2,96
Division» (Канада) 0,17 128 100 2,60
В 0,17 136 104 2,66
1 0,16 128 96 1,92
Порошок We 334 А 0,18 176 ‘ 116 3,00
0,17 158 108 2,64
В 0,17 178 112 2,7
Порошок № 304 0,16 160 ЮГ" 2,36
А 0,18 144 124 3,04
6,17 136 П6 2,68
В 0,17 136 120 2,74
«Krupp Widia fabrik» (ФРГ) Коэрокс Р <е « Ф 0,16 0,063— 128 112 107 2,4 о:ф-
Оксилит G Анизотропный оксилит 0в Резина * 0,160 0,15 0,22 f •ж * ’ i г 49 92 122. 2,4 1,8 4,4
Ш
Продолжение табл. 13.11
фирма, страна Марка наполнителя Тип связки Магнитные свойства
Вг, Тл кА/м нсВ’ кА/м IF- «макс. кДЖ/м
CN. V. Philips FXDSP30 13/19 Термо- 0,125 190 88 1,4
Gloeilampen пластик 0,115 84
fabriken> 1,2
(Нидерланды) FXDP40 15/19 То же 0,145 190 96 1,8 1,6
Р40 0,135 88
Примечание. В числителе дроби указаны средние значения, в знаменателе — мини-
мальные.
Состав связки А Состав связки В
Компонент Масса, г Компонент | Масса, г
Хлорированный полиэтилен 800 Полиэтилен & введенным хло- 680
Полимер-пластнфнкатор 200 .ристым сульфонилом
Эпоксидированное соевое масло 40 Поли изобутилен 320
Ba—Cd — стабилизатор 28 Бесканифольная алкидная смола 54
Смазка (стеариновая кислота) Плотность связки 1,18 г/см’ 15 Смазка (стеариновая кислота) Плотность связки 1,03 г/см’ 22
На основе магнитотвердых ферритов в СССР изготавливают кольцевые,
стержневые, дисковые, трубчатые, пластинчатые магниты, а также магниты
сложной конфигурации.
Свойства магнитоэластов на основе бариевого феррита приведены
в табл. 13.11.
13.4. Области использования ферритов
Объем производства ферритов возрастает ежегодно на 20—30 %, прибли-
жаясь по каждой из промышленно развитых стран к 100 тыс. т в год.
Использование магнитомягких ферритов значительно расширило частот-
ный диапазон использования магнитных устройств: катушек индуктивности,
ферровариометров, магнитных антенн, дросселей, трансформаторов и др. Бла-
годаря свойственному ферритам, как оксидным полупроводникам, высокому
удельному электрическому сопротивлению (1—1 • Ю10 Ом * м) ферритовые
сердечники сохраняют значение магнитной проницаемости до сверхвысоких
частот.
Материалы, приведенные в табл. 13.3, используют для работы в сяльнык
полях в радиотелевизионной аппаратуре (3000 НМС, 2500 НМС1, 2000 НМС,
2000 НМС1), в термостабильных узлах аппаратуры проводной и РаДД?
(700 НМ, 1000 НМЗ, 1500 НМ1, 1500 НМЗ, 2000 НМ1, 30 ВН, 150 ВН), для
магнитофонных головок (500 НТ1, 1000 НТ1), а также в узлах общего прмге-
нения (100 НН, 400 НН, 600 НН, 1000 НН, 2000 НН, 1000 НМ, 150С нм.
2000 НМ, 3000 НМ). СВЧ-
Феррошпинели и феррогранаты широко используются в кач
В миллиметровом диапазоне применяются также некоторые ферриты
'агосв4ир«™кХ’и "sssr.
чтобы были до минимума снижены потери, быть термо тоебУемого уровня
Интервале температур, высокоплотными для обеспечения Р У
„ г ШИПИНЫ резонансной кривой Л/Г, диэлектри-
«амзгкнченности насыщення
нса угла потерь tg 6е,
ческой постоянной е0 и танге”Д* мв свойствами ферриты обладают также
Наряду со многими пОЛО^ЛДо сравНению с металлами) намагниченностью
2wt»T*sMH в частности малой (по срав fi стабИльностыо.
ййс^яия недостаточной временной ие^ пер®т^ий.гаЛлиевых, иттрий-индие-
^онокри^аллы и"Р«ДЖ=ныхГ висмут-кальций-вана диевых и евро-
вых иттрий-скандиевых, индукцией насыщения (0,03—0,2 Тл), относи-
яи«ых феррогранатов в низкой ™ДУ«Ц й резонансной линией применяют
тельно малыми полями анизил
в СВЧ-устройствах. адектоонно-вычислительной технике они исподы-
В оптических приборах и элеKJ₽° сной области и возможности реала-
дуются благодаря пРозра’“°" доменов.
заики в них * на основе магниевого, никелевого, никель-
Монокристзллы ФеРР°®"®” и марганцевого ферритов, в отличие от ферро-
цинкового, марганеп-цинкового и м Р индукции насыщения и поля анизо-
^аяэтов, обладают высокими 3«алчяе”ЯЯ^и”0ТДрУ0ПИЙ (до 1,5 МА/м) характер*
ТР°“В“- Еще ^ллы^ксаферритов типа М И Zn8Y. Монокристаллы орто-
эуклся монокристаллы гексаферр ОООб._о,О14 Тл, оптической прозрачностью
ферритов с ииюкйиeJ ;^пии применяются в голографии.
Я высокой энергией анизотр р ферриты применяют в интеграла
веночные моя* и пол^кристаллич^еские^рр
Гм’ин^КыТэлемеитов ЭВМ, а также в СВЧ-технике при изготовлении фер-
₽ИТО1ерРиты°2Рпрямо7голи широко используют в логи-
ческих я запоминающих устройствах ЭВМ в качестве сердечников и многоотвер-
иных плат. Свыше 80 % мини-ЭВМ изготавливают в применением ферритовых
элементов памяти, а общий объем их использования составляет 300 млрд. шт.
в год.
Магнитотвердые ферриты превосходят все остальные магниты по объему
выпуска (ежегодный прирост в ведущих зарубежных странах, по многолетним
данным, составляет 25—28 %). Используются в электрических машинах, элект-
ронных приборах, динамических громкоговорителях, магнитных системах ламп
бегущей волны, магнетронов, в магнитных линзах, генераторах, магнитных
сепараторах, муфтах, редукторах, подшипниках, бытовой технике и в каче-
стве лечебных средств.
Ферритовые магниты используют ие только в традиционных областях
применения, связанных с электротехникой и радиоэлектроникой, но и в меха-
низмах с магнитной связью (тормоза, муфты, подъемные и удерживающие уст-
ройства), в узлах автомобилей. Ниже приводится примерное распределение
ферритовых магнитов по областям применения в СССР в 1974 г. [24 Ц:
Области применения
Громкоговорители
Устройства связи
Двигатели
Магнитные столы и сепараторы
Игрушки
Прочее
Потребление, %
57
2,5
2
21
2,5
15
Благодаря высокой коэрцитивной силе ферритовые магниты простых форм
(кольца, диски) допускают многополюсное намагничивание, что значительно
расширяет возможности конструирования магнитных систем.
Ферритовые магниты широко применяют в технике и бытовых приборах.
Стоимость их составила в 1960 г. 3,9 млн., в 1977 г.— 70 млн., в 1985 г. one-
* 115 млн>,дол- Общее мировое производство ферритовых магнитов
в 1У/о г. составило (включая социалистические страны) Г10 тыс. г.
_л_ тСТЪ пРомышленности в постоянных магнитах удовлетворяется не
полностью. Только создание высокоскоростного транспорта^ на магнитной п»"
428
душке требует около 150 т ферритовых магнитов на I км пути, т. в. необходим»
Сличить производство этих магнитов в десятки раз. неооходим©
’ На основе порошков магнитотвердых ферритов получают магнитопласты
(магниты с пластмассовой связкой) и магнитоэласты (магниты © резиновой
кой)» выпуск которых в промышленно развитых странах составляет десятки
ТЫСЯЧ тонн.
Магнитопласты и магнитоэласты применяют в магнитных системах гепкп
нов, электродвигателей, акустических приборов, в магнитной оснастке магнит-
вых подшипниках, в качестве уплотнителей в холодильниках, магннтоЛопах
(многополюсных эластичных магнитов) для медицинских целей. На основе
магнитоэластов получают магнитные ткани, транспортерные и крепежные ленты
детали полиграфических машин и автомобилей. нга’
ГЛАВА 14
СПЕЧЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
14.1. Введение
В материале электрических контактов должны оптимально сочетаться разно-
образные, а иногда и несовместимые для обычных металлов свойства: тугоплав-
кость и высокая твердость в сочетании с высокими теплопроводностью и элект-
ропроводностью; высокая противокоррозионная стойкость и низкое переходное
сопротивление, сочетающиеся с отсутсгвием склонности к мостикообразованию,
свариванию и аномальному переносу; высокие дугогасящие свойства в сочета-
нии с управляемым благоприятным «срезом тока» в режиме размыкания кон-
тактов^
Часто материалу электрических контактов необходимо придать дополни-
тельно высокие антифрикционные свойства в условиях сухого трения, в разных
средах, в сверхвысоком вакууме в широком интервале температур и при токо-
вых нагрузках. Иногда требуется сочетать электроконтактные с определенными
магнитными свойствами.
Кроме состава на эти свойства существенно влияет структура контактного
материала: величина зерна, текстура и малые примеси, влияющие на электро-
физические, высокотемпературные, прочностные и капиллярные свойства.
Для электрических контактов важна воспроизводимость свойств от партии
к партии и от изделия к изделию, их надежность в работе, которая может быть
° «“а высоко® эрозионной стойкостью и долговечностью при разных режи-
paтypBax?>^ЖeHИЯ, ПрИ Ра<’оте в Разных средах, в вакууме и при разных темпе-
ио в тРадицнонной металлургической технологии, невозмож-
свойсТ котопими „п„РЗаЛИЗО<Вать миого°бразный и противоречивый комплекс
современные эРтектпг»тнЖеН обладать 9дектроконтактный материал. Поэтому
*мта.“
”• ’,ей" "
волокна, нитевидные кристаллы ₽«ппЫ’ У КОТОРЫХ в матричную среду внедрены
из волокон нли кристаллов МятиД аРмиРУюЩие пространственные решетки
лерсная фаза, может иметк металлХг^’ Как И Распределенная в ней дис-
В таких материалах обеспечивяя-Да есКую или неметаллическую природу,
свойств, привносимых в матепиял иолУчеиие аддитивной совокупности
В табл. 14.1 приведены различиДвет5гвУюш‘ими фазовыми составляющими.
РяоенЛ легиРУ|0ЩИх добавок к ним композиционных материалов и пе-
188, 118, 260, 269, 373, 384 474 40йЛИаа7ЦИЛ1на электроконтактные свойства
Контакты в электрокоммути^юши, 97, 501’ 558> 5641-
замыкания электрической цепи* иР5пл?ИХ аппаратах служат для размыкания,
43О Ц ПИ и пропускания электрического тока через
контакты в замкнутом состоянии. При этом на рабочих поверхностях контактов
„ „ нх объеме происходят необратимые изменения. Характер изменений вели
чина площади, охваченной ими, и глубина их распространения определяются
количеством выделяющейся энергии в объеме контактов н на их рабочих по.
верхностях.
Количество энергии в виде джоулева тепла зависит от величины и плотин,
сти электрического тока, проходящего через контакты, величины удельного
сопротивления материала контактов, их переходного сопротивления и времени
прохождения тока. Под воздействием этого тепла происходит рекристаллиза-
ция и разупрочнение материала выступов на контактирующих поверхностях
ях пластическая деформация под контактным нажатием. Значительный рвзо-
грев материала в отдельных точках поверхности контактов в результате стяги-
вания линий тока способствует, помимо сглаживания неровностей, к их схва-
тыванию и свариванию. Нагрев контактов приводит к появлению пленок и кон-
гломератов из продуктов взаимодействия материала поверхности контактов
с окружающей средой. Если параметры электрической цепи обеспечивают воз-
можность возникновения и горения электрической дуги, то в зоне ее непосред-
ственного воздействия на рабочую поверхность контактов — под опорным пят-
ном дуги — температура достигает 15—20 тыс. °C и давление 1000 МПа. Такой
мгновенно появившийся и локально действующий источник тепла расплавляет
я испаряет небольшой ограниченный вследствие погасания дуги или ее переме-
щения по поверхности контакта объем материала.
При перемещении опорного пятна дуги и при последующих коммутациях
электрического тока на поверхности контактов появляются кратеры или обра-
зуются их комплексы, возникают трещины и отколы как следствие термиче-
ских н усталостных напряжений Ц, 37, 38, 64, 117, 154, 162, 270, 374, 421,
523, 576. 602].
На работу контактов и их разрушение в процессе службы в аппарате дей-
ствуют три группы факторов, которые Приводят к нарушениям ритма работы
электрического аппарата и к выходу его из строя. Это такие факторы, как сила
тока, напряжение, вид тока, мощность источника тока, характер нагрузки
электрической цепи (омическая, емкостная, индуктивная); количество и час-
тота срабатывания, контактное давление, расстояние между контактами, ско-
рость перемещения контактов, способ гашения дуги и характеристики дуго-
гасительиого устройства, геометрические размеры контактов; состав, давление
и температура среды, в которой работают контакты.
В зависимости от назначения электрокоммутируюшего устройства и его
конструкции сила воздействия каждого фактора разная. Исходя из этого элекг-
рокоммутирующне аппараты классифицируют: по виду коммутируемого тока —
на аппараты переменного или постоянного тока; по величине напряжения —
иа низко- и высоковольтные; по силе тока — на сильноточные, коммутирующие
ток от 1000 А и выше, средиенагруженные от еДиниц ампера до 1000 А и слабо-
точные от единиц ампера до микроампер. В зависимости от окружающей кон-
тактный узел среды аппараты подразделяются на воздушные, масляные, газо-
наполненные, вакуумные. В сильноточных и среднеиагруженных аппаратах
при размыкании электрических цепей возникает устойчивый дуговой разряд.
Минимальными критическими условиями возиикновеиия между контактами
Дугового разряда является ток до 0,5 А и напряжение 15—20 В. Критические
силовые нагрузки, выше которых неизбежно возникает между размыкае-
мыми контактами электрическая дуга, существенно зависят от ^материала
контактов, как и от многих других факторов электротехнической природы,
а^гакже от конструктивных особенностей коммутирующей аппаратуры ]523,
Электрические контакты в режимах длительного короткого замыкания
и при вибрации, возникающей в моменты размыкания и замыкания контактов,
ие Должны свариваться а перегреваться. Для этого контакты должны удовле-
творять следующим основным требованиям: быть высокоэлектропроводным
и теплопроводными, обладать низким и устойчивым переходным сопротивл
иием, высокой температурой плавления и высокой жаропрочностью, не до
свариваться от локальных перегревов, а свариваясь, не должны образов
прочного соединения. Сила отрыва контактов друг от друга не должн
-г-блина Н.1. Спеченные сплавы и псевдосллавы, используемы©
Основа композиции Легирующая примесь
Тип материала Система
.Металл—металл Двухкомпонентная Ag W, Mo, Ni, Fe, Co
» Ag Cd, Pd
» Си Mo, Fe
Трехкомпонент-* най То же » » > » Ag—W Ag—Мо Си—W Си—Мо Ni, Co, Cu Nij, Co, Cu Ni, Co ! Niw£o
Металл—оксид -металла Металл — бескисло- родные Тугоплав- кие соединения Двухкомпонент- ная То же Ag Си Ag Си CdO, ZnO, CuO, PbO, In2Os, NiO A1~OSJ CdO, ZrO.j, TiOa WCA. Mo2C WC. Mo8C MgO, SnOg,
Металл—авти- фрикадоивый на- полнитель > » Трехкомпонентиая Си Ag Си г# Ag—Ni BN, графит MoSg MoS2 Г рафит
1 Ag—Pd СаРд
«ое^силне”8 ограничивается мощностью пружин, обеспечивающих это разрыв-
в которой осуществляется ИХ эксплУата^ии существенно нлияет среда,
цепи. Р МЫкание и замыкание контактами электрической
^едованныхИкостактов иТКпазнь?»КмЛ°аМПе₽ эрознонный износ большинства
4 раза выше, чем и воздухе в масле* как прав"ло’ в 3'
Магнитное дутье окяям2>Х.’
стойкость электроконтактных м “алосУщеСтв®нное влияние на эрозионную
металлургии, тогда как это вли«им»аЛ0В’ иолУчаемых методами порошковой
ВеСЬНаибоЦеСТВеННОе Я ОтРни'атвльноеНа Литые электРСконтактные материалы
*®лей являются W—Аг и*Мо—А«Теа₽И„алвми я'ля в°эдушных мощных выключа-
материалы на основе W—Си и Мп контактов масляных выключателей —
Эрозийная стойкость композиционна» каРкасного строения [497, 501, 564J.
Fe-Cu-Sb, W-Cu-Sb-Feв п, “^риалов, таких, как Fe-Cu,
432 uu’ при Разряде в вакууме на порядок
б электротехнической промышленности для электрических контактов [480]
Влияние легирующей примеси иа алектрокоитактиые характеристики Структура
Повышает электроэрозионную стойкость и износоустойчи- вость, снижает склонность к схватыванию, повышает удель- ное электросопротивление Повышает износостойкость и эрозионную стойкость, корро- зионную стойкость, удельное электросопротивление Повышает электроэрозионную стойкость и износостойкость, снижает склонность к свариванию Улучшает технологические свойства, повышает электроэро- зионную и коррозионную стойкость, износостойкость, удель- ное электросопротивление, сопротивление свариванию Гетерогенная, двух- фазная Г омогенная Гетерогенная, двух- фазная Гетерогенная, трех- фазная
Повышает эрозиоииую стойкость и износостойкость, по- давляет склонность к свариванию Гетерогенная, двух- фазная
То же То же
> > > »
» » » »
Повышает эрозионную стойкость, износоустойчивость, сни- жает склонность к свариванию, снижает коэффициент трения Гетерогенная, двух- фазная
То же > Гетерогенная,трех- фазная Гетерогенная, двух- фазная
выше, чем меди [55, 421, 492, 493, 564]. Эти материалы широко используют
в вакуумных выключателях.
Образуя под опорным пятном дуги сравнительно ограниченные по размеру-
’аги расплавленного металла в границах легкоплавких микрофаз, компози-
« °йиыа матеРиалы проявляют меньшую склонность к свариванию; это имеет
кпп ° Ив только в Режимах размыкания и замыкания контактов, но в на стадии
и ₽ОТКОГО 3амЫкания 155]. Для средненагружениых контактных устройств ис-
льзуют контакты на основе серебра и оксида кадмия, серебра и никеля.
Назрывные и скользящие контакты в Слаботочных приборах коммутируют
ектрический ток весьма малой мощности н при контактных нажатиях, не
ревышающих единицы и даже доли грамма. Они обычно используются в усло-
иях весьма длительной эксплуатации, обеспечивая десятки миллионов циклов
срабатывания.
Кроме обычных для электрических контактов требований (малое и стабиль-
ное во времени контактное сопротивление, высокая электроэрозионная стой-
кость, коррозионная стойкость и теплопроводность) материалы слаботочных
^лексических контактов должны быть достаточно пластичны, обеспечивая воз-
нежность изготовлений из них контактных деталей в виде тонкой Проволоки
в ленты, а также крепления контактов на контактодержателяхпутем глубокой
iSS: С другой стороны, в режима я аксплуатации ТойсТ™ ПР°ЯВЛЯТЬ
ялотаточно высокий уровень прочностных и упругих свойств.
Для слаботочных контактов характерными видами электроэрозионного
износа являются перенос материала контакта е катода на анод или же обрат-
ный, мостикообразование с характерными признаками их последующего раз.
рушевия - образования кратеров на одном из контактов и наростов на другом.
В скользящих контактах проявляется также механический износ, харак-
терный для любых пар трения, но усугубляемый прохождением через трущуюся
пару электрического тока. Поэтому дополнительными требованиями к скользя-
щим контакта* являются низкий коэффициент трения, высокая стойкость про-
тив истирания и в первую очередь против схватывания.
Ответственным элементом в различных электрокоммутационных слаботоч-
ных аппаратах является скользящий контакт, работающий в паре и ламельным
полем коллектора, кольцами токосъемников или с обмоткой потенциометра.
Такие контакты должны при минимальных нажатиях, когда контакт имеет,
в частности, внд мухолапки, длительно и надежно коммутировать токи малой
мощности, сохраняя длительное время достаточно низкое и стабильное кон-
тактное сопротивление. Контакты должны иметь высокие показатели электро-
проводности, теплопроводности, износостойкости и электроэрозионной стойко-
сти; материал контакта должен подбираться е таким расчетом, чтобы его твер-
дость была ниже, а пластичность выше, чем у материала, « которым ои рабо-
тает в паре. Наконец, скользящие контакты должны иметь высокие антифрик-
ционные свойства [73, 74, 79].
14.2. Выбор материала для спеченных электрических контактов
Самым общим при синтезе электроконтактного материала является требова-
ние, чтобы он представлял собой псевдосплав, состоящий из тугоплавкой, твер-
дой, жаропрочной и дугогасящей компоненты, образующей пространственный
каркас-матрицу, я относительна легкоплавкой, электропроводной и теплопро-
водной компоненты — наполнителя, заполняющего равномерно все поры и не-
сплошности. Первым условием надежности работы такого псевдосплавного
материала является его монолитность —• отсутствие пористости и высокая проч-
ность межфазной адгезиальной связи. Это обеспечивается соответствующими
технологическими условиями изготовления: введением примесей, способствую-
®иа^ииженик> кРае80Г0 Угла смачивания, повышению капиллярного давления
я прочности адгезиальной связи.
веохиосгш?^Сглл«Ы» ииеР™ые наполнители, ограничивающие спекание по-
тываюшего пяспляпя"^ «Сг тУг°илавкой заготовки, улучшают доступ пропи-
заготовкн. ₽ " И еГ° равномеРное растекание по каналам пор в объеме
Pd, Ni^V^Cr иУппПтЛанекД-/^МП0ИенТЫ обы'!но используют металлы (W, Мо,
Mob,, ТаХ, cSoAP^O^nP^ Н“^Н£В? ДР.), оксиды (CdO, W0s,
бориды, силициды,’ нитоилы Ьгппп=рбв№ (WC, Mg4c и др.), халькогениды,
тактных материалах подбиваю/ 1\оплавкйе компоненты в композиционных кон-
гасящими свойствами. Р Т С таким Расч®том, чтобы они обладали дуго-
Тугоплавкие3 компоненты0 вволятИяебЫЧИО Сл-'жат меДь, серебро й их сплавы,
«о я примесей в легкоплавкой JnMnnJ°JIbKO а качестве основы псевдосплава,
турное упрочнение ва счет яигпоп поненте’ обеспечивающих ее высокотемпера-
иения. еине ва Счет Дисперсионного твердения или дисперсного упроч-
<^а^ва^щего'УдайстНвн^1^МобпяПаРИМесЯМЙ в меди являются TI, Zr, фазами
Дыо интерметаллиды Cu.Zr и Даз.Х!ощйеся ® результате взаимодействия с ме-
месей используют различные онЛий В качестве дисперсно-упрочняющих прн-
и апВведение примесей особенно Л ту™ПЛавкие соединения ]290, 392].
электродов для контактной гв,п„?елесообРазно ПРИ изготовлении контактов
щ сварки, испытывающих в работе высокие контакт-
вые давления при повышенных температурах [271]. Дисперсно-упрочняющие
примеси играют и более существенную роль в повышении износостойкости кон-
тактов» выступая в роли аблирующих, теплопоглощающих составляющих
которые проявляют в процессе термической диссоциации также отдувный дуго-
гасяший эффект. Как известно, при термическом разложении CdO поглощается
до 2 кДж тепла на I г диссоциирующего вещества.
Основной теплопоглощающей компонентой в псевдосплаве является легко-
плавкая фаза, аблирующая при плавлении и испарении, частично удерживаю-
щаяся в жидком состоянии в порах и каналах тугоплавкого каркаса за счет
высокого капиллярного давления.
Активный теплоотвод от опорных пятен дуги осуществляется за счет эндо-
термических реакций фазовых переходов и превращений, а также введения
в состав материала контакта компоненты е низким потенциалом ионизации.
Вводя примеси с малой работой выхбда электронов (например, некоторые со-
единения РЗМ), можно активно воздействовать на характер формирования
и движения катодных пятен на поверхности контакта, что создает условия де-
контрагироваиия тепловой энергии, передаваемой контактной поверхности.
Использование технологии порошковой металлургии позволяет 'создавать
контакты сложного строения, состоящие иэ нескольких частей, представленных
материалами разного функционального назначения; рабочей, дугогасящей
и снижающей срез тока.
В слаботочной аппаратуре наиболее употребительным материалом для
электрических контактов являются благородные металлы — серебро, золото,
платина. Они отличаются высокой коррозиоустойчивостью, низким уровнем
контактного сопротивления, однако недостаточно механически прочны,- склон-
ны к мостикообразоваиню и характеризуются сравнительно низкой электро-
эрозионной стойкостью. В чистом виде у этих металлов низкие антифрикцион-
ные свойства.
Повышение уровня прочности достигают введением примесей остариваю-
шего действия, обеспечивающих эффект дисперсионного твердения или же не
взаимодействующих е матричным материалом дисперсных фаз, обеспечиваю-
щих эффект дисперсного упрочнения. Тот же эффект может быть достигнут
и формированием псевдосплава, который включает упрочняющую компоненту.
Однако содержание таких упрочняющих добавок ограничивается требова-
нием сохранения в материале достаточно высокого уровня пластичности, допус-
кающего степень обжатия в 20—90 % [44, 83, 498]. На долговечность и надеж-
ность работы слаботочных контактов во многом влияет структура контактного
материала [44]. Несмотря на то что со структурой более высокой дисперсности
электрические контакты несколько меиее пластичны, они имеют существенные
преимущества по электроэрозионной стойкости перед литыми контактами более
крупнозернистого строения (табл. 14.2).
Таблица 14.2. Сравнительные характеристики контактных материалов,
полученных литьем и методом порошковой металлургии [480]
Состав Метод изготовления Дт», пкг
Анод Катод
Литье +4,9 —3,2
Ag (99,99 %) Порошковая металлургия — 1,5 —0,17
Ag—Pd (7:3, мае.) Литье + 1,8 —2,2
Ag—Pd (7:3, мае.) Порошковая металлургия +0,2 —0,3
6 слаботочной аппаратуре используют в качестве электроконтактного м
риала вольфрам, пренмущесгва которого особенно проявляются при дост
Дисперсной и волокнистой структуре, обеспечивающей выход волокон норм
но к рабочей поверхности контакта. Контакты с такой структурой не ”
более износостойкие, но и более твердые и электропроводные, недост то
15* 435
. - «,л,помя и высокий уровень контактного сопротив-
^ЙКТДяХФвРают масштабы его применения.
ления существенно ограничив*® для слаботочных контактов расши-
Иногда Рабоч«й ”cT r =toм случае создаются условия, благоприятствую-
ряется вплоть до ьии и. в этида / ПОЗИЦИОННого материала электриче-
щие переходу ««““* ‘Х^Хние в точках стягивания тока,
ского контакта — серебрав в в звачИтельныв количествах погло-
Серебро в жидком са ™ ль же активно выделяется яри его затвердевании,,
щаег кислород, который столь ”1 оэрозйонный износ главным образом за
катастрофически увеличивая эл р и в данном случае весьма эффективна
ю 10 А ”р"
ОКрУ1^тетыСР22Г Кито”пр!вляемых микроминиатюризированных схем
Контакты для Мени»* к методами порошковой металлургии.
также выгоднее всего из (например, электролитический пермаллой)
п^амйГ по^Хющей экструзией или вовлечением в обоймах волокнистых
п^^ яли же прокаткой сэндвичей получают материал и весьма высокой
алехтроэрозионной стойкостью и высокими магнитными свойствами, если дове-
сти Жаботкой толщину ферромагнитной прослойки да размера домена
Материалами для скользящих слаботочных контактов обычно служат бла-
торо'Хе мсталлы и сплавы на их основе (ЗлХ-2,8, ЗлМ-800 и др.). Они обла-
дают низким и стабильным контактным сопротивлением, достаточно высоки-
ми электро- я теплопроводностью, однако склонны » схватыванию при тре-
нии. Необходимый комплекс свойств электроконтактного и антифрикционного
материала может быть достигнут у композиционного материала или сплава на
его основе с добавками веществ, играющих роль твердой смазки. В качестве
последних используют вещества со слоистой структурой (графит» халькоге-
ниды, галогениды) (17, 72, 80, 81, 500, 548, 594]. Для упрочнения основы мате-
риала используют дисперсные включения твердых металлов и других мате-
риалов.
Износостойкость и электроэрозионная стойкость скользящих- контактов
во многом зависит от дисперсности структурных составляющих и их волокни-
стого строения (направленность волокон нормально к рабочей поверхности
контактов).
14.3. Технология изготовления спеченных
электрических контактов
Принципиальными элементами технологии производства электроконтакт-
иых материалов методами порошковой металлургии являются^ получение порош-
ков необходимого химического состава, строения, а необходимым грануломет-
рическим составом и капиллярными характеристиками; формование из этих
порошков заготовок соответствующего размера н формы; превращение загото-
вок в практически беспористые изделия высокотемпературной обработкой
в контролируемых газовых средах (восстановительной, нейтральной) или в ва-
пр* ЭТ°М ос7шествляется твердо- или жидкофазное спекание, пропитка
П0РИСТ0Й заготовки с последующим жидкофазным спеканием;
ЖЛТ?АИЛ,0К0НЧательн«х размеров, формы и структуры механической
р Вйотп₽ль^«Мг°ВК0Й’ п₽окаткой» протяжкой и волочением, экструзией,
нот мли использУЮт методы высокотемпературного импулье-
™я «„ПреСС0Вания и изостатического прессования. Для достк-
повтопной лоХгДп^«ОЛИтаости "po,iece прессования и спекания дополняют
некияР остаточной npoKaTKoft й волочением. Эффективным путем устра-
и горячее^или Й ивпст97и»ТИ является холодное или горячее экструдирован и е
чес^й СТЭТИЧеское пРе0С°вание. Последние операции механи-
ку рЫ псевдосплава е^ы^Гло^1 обеспечнвают создание анизотропной струк-
туры псевдосплава с выходом волокон микрофа» нормально к рабочей поверх-
436
ПОСТИ контакта, что существенно влияет иа режим работы контакта, его элект-
ропроводность в данном направлении и эрозионную стойкость [252 343 47Й1
F Чтобы обеспечить в материалах контактов высокую дисперсность фазовых
составляющих, их обычно готовят не из смесей металлических порошков а иа
смесей легко восстановимых химических соединений. При изготовлении компо-
зиций Ag—CdO, Ag—MgO и других применяют метод внутреннего окисления
Используют для этой цели и другие технологические схемы [59, 313, 329, 477
484, 495].
В табл. 14.3 приведены данные о свойствах электрических контактов изго-
товленных разными вариантами методов порошковой металлургии. ’
Таблица 14.3. Свойства и износ сереброиикелевых контактов Ag—Ni (7:3 мае)
изготовленных разными методами и из разных исходных порошков [480] ’
Способ изготовления НВ. МПа R» мкОм-м Ami, пкг
Прессование смеси порошков Ag и Ni (величина зерна
30 мкм), спекание и допрессовка 60 0,025 20—25
Прессование той же смеси с последующим спеканием,
прокаткой и волочением 110 0,024 5—10
Прессование заготовок из смеси порошков, изготовлен-
ных «химическим смешиванием», и деформация
прокаткой и волочением 110 0,024 5—10
14.4. Составы и свойства спеченных
электрических контактов
14.4.1. Контакты высоковольтных сильноточных аппаратов
Для контактов высоковольтных сильноточных выключателей и других
устройств, коммутирующих электрический ток высокого напряжения, исполь-
зуют, как указывалось выше, псевдосплавы
вольфрама, молибдена, карбида вольфрама
Содержание тугоплавкой компоненты в
ЙО мае. %. Для улучшения теплоотвода от
деталей их корпус выполняется из меди, а
каркасного строения на основе
е серебром или медью.
псевдосплаве доводят до 70—
рабочей поверхности контактных
рабочие поверхности образованы
слоем дугостойкого псевдосплава толщиной 4—5 мм. Такая комбинированная
Деталь обладает в 5 раз большим сроком службы, чем изготовленная только из
порошкового псевдосплава [497].
Материал контактов для вакуумных выключателей не должен содержать
адсорбированные и растворенные газы. Чтобы исключить возможность возник-
новения перенапряжений в системе выключателя при «срезе тока», в состав его
вводят легколетучие наполнители (сурьма, висмут). Для сильноточных вакуум-
ных выключателей, коммутирующих электрический ток высокого напряжения,
используют материалы на основе железа и меди с добавками легколетучих
металлов или на основе вольфрама или молибдена и меди с такими же напол-
нителями или с заплавленными этими металлами участками рабочей поверх-
ности [268, 494].
Оптимальным технологическим вариантом изготовления контактов для
этого типа выключателей является метод пропитки жидкой медью пористого,
предварительно спеченного тугоплавкого каркаса. Контактные детали из псев-
Досплава на основе вольфрама, молибдена или карбида вольфрама для обеспе-
чения приварки или припайки должны быть снабжены подслоем из меди или
серебра.
С повышением содержания тугоплавкой компоненты прочностные характе-
ристики материала (твердость, сопротивление разрыву, изгибу и сжатию, пр
Таблява 14.1 Состав, свойства и технологические особенности производства
J аолвао »»”* - Страна, фирма Марка материала Содержание, мае, %
CU Ni w Ag
СССР КМК-Б20 КМК-Б21 КМК-Б23 MCB £ 48 27 17 28 2 3 3 0 -O 70 80’ 0 0 0 2,0
НРБ BM-70 ВМ-80 30 15 3 5 67 5 80 F 0 0
ВМ-90 6 4 90 ©
ВМ-99 1 0 99 * fl
Англия, ’Johnson Matthey 30W3 22 0 78 £
Matthey Metals, Matthey 3W3 32 0 68
Ltd.’ ' Matthey 1W3 40 0 ; 60 0
США. ’Gibson Gibsiloy UW-4 20 j 0 80 0
Electric, Inc.* Gibsiloy UW-6 30 0 70 0
Gibsiloy UW-10 50 0 50 0
Gibsiloy UW-14 70 0 30 0
Таблица МЛ. Состав, свойства и технологические особенности производства
Страна, фирма Марка материала Содержание, мае. %
Ag NJ w G
СССР НРБ Англия, ’Johnson Mathey Metals, Ltd.* США, *P. R. Ma- llory, and Co, Inc.* KMK-A60 KMK-A61 ВС-50 ВС-75 Matthey 20S Matthey 35S Matthey 50S Matthey 2373 Matthey 2365 Matthey 2355 felkonlte 20S Elkonite 35S Elkonite 60S Elkonite 4050 Elkonite 2052 Elkonite 2173 Elkonite 2165 Elkonite 2150 Elkonite 2110 48 27 50 25 27 35 । 50 27 35 45 27,5 35,0 49 49 48 27 35 50 90 2 3 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 70 48 73 73 65 50 73 65 55 72.5 65 51 50 51,75 73 65 50 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0 025 : 8 1 о : e ° 1
тактов из псевдосплавов на основе вольфрама и медц [480]
Технологические особенности производства т. г/см3 р-10’, Ом-М Иц, МПа HRB hvio °S, МПа, отож- женные
Пропитка пористой прессовки из воль- 12,0 7,0 1400 ... » • » 510
фрамодаелевого сплава жидкой медью 14,0 8,0 2100 % »• 600
Пропитка расплавом меди и серебра 15,0 10,0 2400 « V • » • • 680
пористой прессовки ив вольфрама 14,3 4,80 1850
Пропитка пористой прессовки из воль- 13,5 7,0 1600 • в, • • • а •5. *
фрамоникелевого сплава жидкой медью 15,1 8,0 2000, • • « • • * г а *
Жидкофазное спекание 16,1 9,0 2800 • »>• в » а • л» а
Прессовка из смеси порошков 18,1 7,0 3800 • • • • «.«г- • а »
Производятся методами порошковой 15,2 5,97 а * В а 2400 » а а
металлургия 13,8 5,06 а, • в Я • • 1000 •• а а
12,8 4,08 * • • 1400 » « •
То же 15,2 3,48 а • i 95 к • * в В
13,8 3,25 Я • • 86 а а а V а *
11,9 2,65 • • • 73 • . . 1 ...
10,4 2,20 • . . 59 1
контактов из псевдосплавов на основе вольфрама и серебра [480]
Технологические особенности производства т. Г/СМ’ р-10", Ом-м Отожженные Наклепан- ные ав- МПа, отож- жен- ные в, %, отож- жен- ные
Нц. МПа HRB HV10 HRB
Пропитка расплавом серебра 13,5 4,10 1200 а * • а а а а а • 350 3,0
пористой спеченной прессовки из вольфрамоникелевого сплава 15,5 4,50 2000 а а а а а а • в а 450 •1,0
То же 12,5 4,10 1100 • • а > а к а»> а -в а
14,6 4,50 2000 'а а а . . а а а а а а а а •
Пропитка пористых прессовок из 15,6 3,89 в . в • а 220 а в « Ъ а а » • •
вольфрама жидким серебром 14,8 3,39 • « • а а а 185 ааа а в в
Спекание прессовок из порош- 13,6 2,742 ... а а а 126 а • а а • а в' в а
14,9 4,182 ... в а а 180 в а »| » В в »
ков вольфрама и серебра и до- 14,0 3,350 • в-в в а а 170 а а в а а а а а а
прессовка или деформация 13,4 3,010 • * а а к *. 140 • в -в а • в а *<»
Пропитка расплавом серебра 15,5 3,41 я в в 90 * а • а а а. а • * в в в
пористой прессовки из воль- 14,7 3,28 а а • 85 tit а а а в а а • • • .
фрама 13,4 2,57 «в а 55 а а а а а а • » а а а в
То же 13,4 2,69 а г-. 65 «1» a а а а а а *
Спекание прессовок из смеси 12,9 15,4 3,01 4,08 "• а • • а а 85 58 а а а а а * 68 * а • в а • а а к
порошков вольфрама и сереб- 14,6 3,35 • • » 55 а а а 65 «в» а а а *
ра и допрессовка 13,1 2,78 в в в 25 • а * 50 а а а а • «
11,0 1,82 • • • — — 41 в в а • а»
технологические особенности производства
Таблица ч.о. у Страна, фирма UVluD) Марка материала Содержанке, мае. % Технологические особенности производства
Ag Mo
KMK-AMo50 KMK-AM080 50 50 Пропитка пористой прессов-
СССР 20 80 ки из молибдена жидким серебром
ФРГ, *G. Rau’ Ag-Mo 50 Ag-Mo 60 50 50 Производится методом по-
40 60 рошковой металлургии
ФРГ, ’Dr- Е. Dur- rwaditer, Doduco Silmodur 65 Silmodur 50 35 50 65 50 Пропитка жидким серебром пористой прессовки из мо- либдена
к. а» Triconctant-Mo 0 99,5 Спекание прессовки из мо- либдена и деформация
США »Р. R. Mal- Elkonite G-17 40 60 Пропитка жидким серебром
lory and Со, Inc.’ Elkonite G-18 50 50 пористых прессовок из мо- либдена
Elkonite 7150 50 50 Спекание прессовок из смеси
Elkonite 7160 40 60 порошков компонентов, до- прессовка
США, "Gibson Gibsiloy M-2 90 10 Твердофазное спекание прес-
Electric, Inc.’ Gibsiloy M-10 Gibsiloy M-14 50 50 совок из смеси порошков компонентов и последующая деформация
30 70 Пропитка пористых вагото-
Gibsiloy M-16 20 80 вок из молибдена серебром
Gibsiloy M-18 10 Жидкофазное спекание прес- совок из смеси компонен- тов
Таблица 11.7. Состав, свойства и технологические особенности производства
Страда, фирма Марка материала Содержание, мае. %
Си Ag Мо Fe Cd
СССР КМК-БМо50 50 0 50 0 0
КМК-БМо80 20 0 80 0 0
кмк-жмзо 30 0 0 70 0
ммк 99 0 0 0 1
США, «Р. R. Mal- lory and Со, Inc.’ Mallory D-157 25 25 0 50 0
пактов из псевдосплавов на основе молибдена и серебра [480]
т. »7ем’ р-Ю’, он* и Отожженные Наклепанные «В-МПа, отож- женные
Нц, МПа HV10 HRB HRB HV10
И 3,85 1200 о а а В *• в в.»
10,2 5,70 1700 • в » в « в • а.в > лл а
ЮД 3,22 100 « в в * в в 140
10,3 3,57 • * 140 » в в в а а а в в 3500
10,0 5,55 • а • 170 в а »»| ВВВ « В «
10,1 5,06 в * 160 в в » • в^в в-вв Р* В
10,2 5,26 а« • 160 • • * • в а. в а а • 9 •
10,2 3,55 в в в 82 •»» в в а 3720
10,3 3,39 в * в 75 в в в • • * 2760
10,2 3,35 • в а 45 65 в в • в в а
10,1 3,7} '• а в 50 68 ива в а а
10,4 2,57 40 г в в л а В в В »
10,2 3.71 80 в ва в^
10,2 4,78 94 в а в в а Ж
10,2 5,76 98 *» V -В'в-в в в в
10,1 6,17 102 . .W «г в в
контактов из псевдосплавов на основе меди [480]
Технологические особенности производства 7. , г/см® Р-10е, Ом-м Отожженные Накле- панные
ни- МПа HR В HRB
Пропитка жидкой медью пористой прессовки из молибдена 9,5 2,85 1300 « • •
Пропитка жидкой медью пористой прессовки из железа Твердофазное спекание прессовок из смеси порошков меди и кадмия 10,1 7,8 8,7 4,70 4,50 2,30 2200 1200 1000 а а • в «• а « « • •
Производится методом порошковой метал- лургии 7,8 7,96 — 84 94
„ и технологические особенности производству
а 14.8. Состав, свойства и iw» _____________*________
Страна, фирна Марка материала Содержание, мае, %
АВ | CdO
СССР КМК-АЮ 85 15
КМК-А10М 85 15
КМК-АОО 99,9 0
НРБ сок-ю СОК-15 90 85 10 15
дел текучести) повышаются, а характеристики пластичности (удлинение, ежа-
тне, ударная вязкость) понижаются; повышается удельное электрическое сопро-
тивление и переходное сопротивление и снижается теплопроводность, но повы-
шается ивносостойкость, электроэрозионная стойкость контактов. При содер-
жании тугоплавкой составляющей в меньшем количестве и увеличении
соответственно содержания серебра нли медн повышаются пластичность мате-
риала, теплопроводность и электропроводность, улучшается прирабатываемость.
Из псевдосплавов, содержащих 50 об. % и больше легкоплавкой компо-
ненты, можно получать изделия н виде прутков, проволоки, лент и полос [45,
70, 268, 565). i
Существенно влияет на свойства материала контактов и их микрострук-
тура, которая определяется свойствами исходных порошков и параметрами
технологических операций.
Оптимальной для этого типа псевдосплава будет микроструктура, образо-
ванная ранномерным по всему объему контакта непрерывным каркасом из туго-
плавкой составляющей в матрице из легкоплавкой компоненты сплава. Отсут-
ствие пор и рыхлостей в структуре контакта необходимое условие надежной
работы контактов [256, 499).
В табл. 14.4—-14.8 .приведены составы, свойства и технологическая схема
в^СС^Р"*^0^ КрубеКТ°В НЭ основе «еталлическнх нсевдосплавов, выпускаемых
пснп£>Я«»пк„Рп«Кп»СКаХ Й а/НЛли^к?/Х ФИРМ изготавливают также контакты на
карбида вольфрама (35—65 %) и серебра (G5—35 %) или карбида ВОЛЬ-
ИЗ капбнпя пплк!пИ МеДИ ^4—50 %) методами пропитки пористой заготовки
и 4^5а или Смеди"ИеМ ПРессовок 113 смесей порошков каРбВДЗ
14.4Л. Контакты сильно-, средне- и слаботочных аппаратов
аппаты’ИмлястеЙя°«ппГт °СТЫ& условий’ в которых работают низковольтные
ныИ ₽удаонык нагпузк^т Шй»пЧаСТ2Та сРабатываний контактов при звачи^ель-
климатиТеские Ум™ ’Jr Мощность коммутируемого тока, тяжелые
рабочей среды. ' высокая химнческая и механическая загрязненность
<0ят»кто8 из псевдосплавов на основе серебра и оксида кадмии (480]
Технологические особенности производства г/см® Р-10’. Ом>м «И. МПа ° В- МПа
Приготовление механической смеси порошков серебря я оксида кадмия, прессование контактов с подслоем нз серебра, твердофазное спекание, допрессовка и отжиг 9,7 3,0 450 140
Приготовление химическим способен смеси порошков серебра и оксида кадмия, прессование контактов е под- слоем из серебра, твердофазное спекание, допрессовка и отжиг 9,7 2,8 800 290
Прессование контактов, твердофазное спекание, допрес- совка или деформация и штамповка контактов, отжиг 10,1 1,9 300 250
1 Смешивание порошков серебра и оксида .кадмия, прес- сование контактов, твердофазное спекание, допрессовка и отжиг 9,7 2,6 830
Основным материалом для этого класса аппаратов являются серебро, спла-
вы и псевдосплавы на его основе. Эта группа электроконтактных иатерналов
отличается низким и стабильным переходным сопротивлением, хорошей прира-
батываемостыо, высокой коррозионной стойкостью Псевдоапл;авы
еепебпя (A a—CdO Ай—Ni, Ag—ZnO, Ag—CuO, Ag—Ni—С и т. д.) ооладакп
вышкой эрозионной стойкостью, износоустойчивостью и высоким сопротивле-
нием к свариванию (86, 87, 91, 105, 251, 288, 314, 315, 7001
Микроструктура этих материалов представляет с включений, либо
вкраплены добавляемые компоненты либо в виде отдель
цепочек, равномерно распределенных в объеме изделии. йства и тех-
В ,абл. 14.5. 14.6, 14.8—14.11 7“об“.кз»«
вологическне схемы производства контактов на осн Рмолибдена), а так-
оксидов (кадмия, меди и др.) и металлов (н«кела’ ’заменить контакты
же графита. Контакты из этих материалов успешно могут замен
из серебра или серебросодержащих сплавов. „„,Лг>тланых аппаратах
Особенность работы электрических К0«такт°вппв/^а1°лТ°щИхконтактных"
в том, что они коммутируют ток малой Р исчисляться десяткам»}
нажатиях, при этом срок службы аппаратов долже
миллионов циклов. _миниатюрность
Конструктивной особенностью контактов явля овйях> при повы-
Контактиые узлы работают в различных клнматиче У реходиое сопро-
шенных температурах в вакууме, различной среде, пр условий работы
тивленне должно быть минимальным и стабильным иоидня нли их спла-
примеияют контакты из серебра, золота, паллади , р ’ локй лент, из кото-
вое. Изготавливают эти материалы в виде проката, контакты нужных разме-*
рых затем высадкой или штамповкой изготавливаю контактные мате-
ров и форм. В последнее время для этих ”:елв' _гии которая позволяет
риалы, изготовленные методами порошковой м оХНИстую структуру,
получить стабильную дисперсно-упрочнениую ю износоустойчивость.
Такая микроструктура обеспечивает контакта *
электро- и теплопроводность. йства и технологическиеосо-
л В табл. 14.12 и 14.13 приведены “°® аппаратов в СССР и за
беииости производства контактов для слаб т
Рубежом.
Таблица НА Состав, свойства и технологические особенности производства
Страна, фирма Марка материала Содержание, мае. % «
AS €uO мео NIO SnO, IH2O3
СССР КМК-А20 90 10 0 0 0 0
КМК-А20М 90 10 0 0 0 0
СОМ-8 92 8 0 0 0 0
США, ’Р. R. Mal- Mallory 99,34 0 0,41 0,25 0 0
lory and Со, Inc.’ Д-63Х
ФРГ, 'Dr. Е. Dur^ Sistadox J. 88 0 0 0 12 0
rwachter, Doduco
к. 0.» 88 0 0 0 0 12
Таблица 14.10. Состав, свойства г технологические особенности производства
Содержание, мае. %
Страна, фирма Марка материалу
Ag Си Ni с
СССР KMK-A40 KMK-A32 KMK-A32M 95 0 0 5
КМК-Б10 95 0 0 5
КМК-Б11 95 0 0 5
ГДР Кермет сиграм 050 1
НРБ СГ2-5 95 0 0 5
США, ’Р. R. Mallory and- Со, Inc." Mallory Д-58 Mallory Д-58 95 95 0 0 0 0 5 5
Англии, ’Johnson Matt- hey Metals, Ltd". Mallory Д-59 88 о 10 2
Matthey Д-58 2 % Matthey Д-58 1 % 98 99 0 0 0 0 2 1
контактов на основе серебра и оксидов металлов [480]
Технологические особенности производства г/см’ р.10», Ом-м Отож- жен- ные Наклепанные «В. МПа
Иц,. МПа Нц. мпа HRB
Твердофазное спекание прессовки из смеси порошков компонентов и после- дующая деформация 9,5 2,5 450 600 * < > ♦ в »
Твердофазное спекание прессовки из смеси порошков, полученных совмест- ным соосаждением и последующая деформация 9,6 2,40 550 650 • ж ж • *
Высокотемпературная термообработка изделий нз литого сплава серебро — медь в окислительной среде' 9,8 . -. 550 650 « « •
Высокотемпературное окисление изделий из литого сплава марки Д-63 из серебра, содержащего магний и никель, и по- следующая деформация 9,46 2,320 ... ... 97 434,
Высокотемпературное окисление изде- лий из сплава серебра с оловом и ин- дием и деформация 10,2 2,040 600
контактов на основе серебра (меди) — графита [480]
Схема производства Т, г/см’ Р-10’, Ом-м Отожженные
Нц,. ГПа HR В
Твердофазное спекание 8,3—8,7 3,0 250—400
То же 8,5—8,9 3,5 450—650
Твердофазное спекание мелкоднс- 8,5—8,9 4,0 650—850
персное Твердофазное спекание 6,7—7,3 4,0 ' 200—350 •
То же 6,2—6,8 5,0. 150—300 в*
» > 8,8 2,5 570 • • «
Твердофазное спекание 8,77—7,42 1,9 283—242 ж» •
То же 7,9 3,0 • в « 25
Твердофазное спекание мелкодис- 8,06 2,2— • • 40
персное Твердофазное спекание 8,55 2,4 « 64
То же 9,7 2,0 400 Ж *>
» » 9,9 1,8 400 • • »
Таблица 14.11. Состав, свойства псевдосплавов н< основе — ' ri-
Содержание, psac. %
Страна, фирма Марка материала Ag Ni
СССР КМК-АЗО КМК-А31 КМК-АЗОМ КМК-А31М СрН-70 прокат 70/ 60 70 60 70 30 40 30 40 30 !
США, *Р. R. Mallory and Со, Inc.* Mallory D 505 F . Mallory D 510 F Mallory D 50 F Mallory D 50 Mallory D 56 Mallory D 51 Mallory D 5Ц 95 90 85 85 70 60 40 5 10 15 15 30 40 60
Таблица 14.12. Состав, свойства, технологические особенности производства,
основе серебра и палладия [480]
Тип моятактного материала Технология изготовления порошкового сплава Химический состав, мае. % ГОСТ, IS Свойства
V т/см’
ПдСр-70 Твердофазное Ag —70, ТУ 48—1—76—74, Про- 10—11
спекание с Pd —30 волока из композиции
последующей марок ПдСрН-70-5 И
деформацией в проволоку, ПдСр-70
ПдСрН-70-5 ленту - -
То же А^—70, ТУ 48—г 1—76—74. Прово- 10—11
Pd — 25, лока из композиции марок
Ni — б ПдСрН-70-5 и ПдСр-70 ТУ 48—1—132—76. Кон-
КМК-А50 такты металлокерами- ческие из композиции ПдСрН-70-5
Твердофазное спекание е последующей деформацией Ag —76,5, Cd —22,3, Ni —0,8, Fe —0,4 ГОСТ 19725—74. Аппара- ты электрические комму- тационные. Контакты на основе серебра 9,4—9,8
серебра и никеля [480]
р.10*. Ом-м Иц, ГПа HRB Т, г/см»
3,0 550—750 « * • 9,6
з,2 600—800 9,5
3,0 750—1050 Bi 9,7
3,5 800—1150 в в г 9,5
2,5 800—1100 • в i 9,8
1,76 « • * 84 10,4
1,9 » в W 89 10,3
2,0 в ж ♦ 93 10,0
3,0 в • <• * 85 10,0
3,9 • 87 9,6
•*< > • f 92 9,5
3,9 97 8,9
тип контактов и режимы эксплуатации контактов из порошковых сплавов на
порошковых сплавов Тип контакта Режимы эксплуатации Рекомендуемое контртело
НВ, МПа р-10*. Ом-м J, А Gf. В
90—100 0,14—0,16 Скользящий, коммутиру- ющий IO"8—2 Ю-в—360 ПлН-4,5; ПдСрН-70; ПдВ-20; ЗлХ-2,8; ПлИ-10; ПлМ-8; латунь Л-68; нихром; нейзильбер
100—110 0,14—0,16 То же IO"8— 2 10-е—360 ПлН-4.5; ПдВ-20; ПдСр-70; ЗлХ-2,8; ПлИ-10; ПлМ-8; латунь Л-62; нихром; нейзильбер
50—70 0,07 Коммути- рующий 10-«—2 Ю-«—860 —
Табляпа 14.13. Состав it свойства сплавов на основе благородных металлов^
Марка материала Содержание, мае. % гД« гил« К
Cu Ag Au Pt
Poliney 6 2Я 0 ' 45 10,8 1003
IT 11,8
Poliney 7 15 30 0 55 1288
Poliney 8 17 38 0 45 10,8 1243
poliney 9 15 30 0 fe 11,9 1338
poliney 10 0 30 0 70 12,7 1578
Neyoro 9 15,5 4,6 0 80 15,9 1198
Neyoro 28 0 25 75 0 16,0 1273
Neyoro 28A 0 23 75 0 15,8 1198
Neyoro 28B 0 29,5 75 0 15,9 1228
Neyoro 69 0 25 0 75 16,0 1298
Neydium 10 0 90 0 0 * 10,3 1049
14.5. Области применения спеченных
электрических контактов
Выбор материала контактов для электрокоммутирующнх устройств опре-
деляется условиями их эксплуатации, назначением устройства, его конструк-
тивными особенностями, характеристиками электрической цепи, в которую
включено устройство. В табл. 14.14 приведен перечень факторов, влияющих на
срок службы и надежность их работы, а в табл. 14.15 — требования, предъяв-
ляемые к контактам электрокоммутирующих устройств. На основании этих
данных можно е некоторым приближением рекомендовать тот или иной электрод
контактный материал с известными физико-химическими свойствами, однака
окончательный выбор материала для контактов производится после проведения
натурных испытаний их в данном аппарате.
Крепежная поверхность контактов снабжается в процессе формирования
тонким подслоем меди, серебра, никеля Или железа. Для улучшения связи
этого подслоя с композиционной частью контакта иа крепежной поверхности
наносят неглубокие риски (рифление), что обеспечивает равномерное распре*
деление материала подслоя по крепежной поверхности. Для облегчения иеяг-
ж°ДТаКТа ”ри кРеплен“и его на контактодержателе на крепежной поверх-
п »«л«’ЮЛМ?£уется медиальный конический выступ из материала контакта,
лення Данные о наиболее распространенных методах креп-
263, 580) ТЯХТ0В иэ спечениых материалов на контактодержателях 157, 82и
плавкихПм1топ^Ип^И^ Расплавом па основе меди пористых прессовок из туго-
детали особенноЛмяггнеатВ03М0Ж’’0С1ь еоздавать комбинированные контактные
и7 участках ^ормы с контактодержателем. При этом
электоичеснотп ?,СТД детали» наиболее разрушающихся при коммутации
шюнного ма«риалГтоХнойХ53м°м?СТОЙКИЙ ’ дугостойкий слой компоаЯ*
448
а слаботочных электрических контактах, производимых в США [480]
Е, МПа HR В (нагрузка 16 Н) Р, мкОм.м Примечание
Отожженный Остаренный или закаленный Отожженный Остаренный ИЛИ закаленный
113 150 270 30,8 25,8
120 180 280 34,9 31,6 15% (Cu+Zn>
113 180 270 29,9 . 24,9 17 % Си и др.
120 » • » » » * 36,4 г
113 100 39,9 • а В
113 170 260 1 22,4 14,5
84 > • • ПО 10,3
84 • • • 150 • «< ч 12,1 2 % примеси
84 70 а • • 12,0 12,1 1,5 % примеси
91 60 • • » 15,8 15,8
• • в 80 2,1
В табл. 14.17 и 14.18 показаны области применения спеченных электриче-
ских контактов в различных типах электрокоммутирующих аппаратов [52, 88г
251, 297, 480, 493].
В промышленности широко используют биметаллические электрические
контакты. При использовании этого типа контактов реализуется возможность
экономии дорогих и дефицитных металлов. При этом существенно снижаются
потери металлов во время производства контактов, легко решается задача про-
изводства контактных деталей одновременно с контактодержателем и обеспечи-
вается более совершенное крепление композиционного рабочего слоя на токо-
подводящей части контактодержателя. Биметаллический контакт представляет
собой двухслойную деталь. Как правило, рабочая зона такой детали составляет
50 % толщины контакта и представляет собой серебро или другой благородный
металл или сплав, который и покрывает наиболее уязвимые при коммутации
электрического тока участки поверхности контакта. Остальная„деталь состоиь
из меди, латуни, никеля или железа. Эти детали бывают разной формы и раз-
меров. Их чаше всего изготавливают штамповкой или разрезкой из двухслой-
ных полос. w
Существует много методов формирования биметаллических контактов. Их
определяет требуемая форма и распределение на них рабочего слоя. В табл. 14.та
приведен перечень наиболее распространенных в практике аппаратостроеиия.
биметаллических контактов.
Комбинируя контактные пары из разных материалов, обладающих со -
ствующнмн свойствами, можно управлять износом контактов, их ПРИР®
ваемостью, склонностью к свариванию, электропереносом е контакта
такт и снижать переходное сопротивление.
В табл. 14.20 приведен перечень наиболее широко применяемы
вых пар.
контакт-
Таблица 14.14. Характеристики электрической цепи, аппарата, окружающей
С1—-”— . . Электрические характеристик» цепи Эксплуатационные характеристики аппарата
Род тока: постоянный, перемет- ный (частота); нагрузка цепи: омическая, емкостная, индук- тивная; характеристика цепи: напряжение (В), ток (А), мощ- несть (Вт); характер нагрузок: номинальные при перегрузках и коротком замыкании Метод дугогашения: без дугогашения, магнит- ное, воздушное дутье и т. п.; контактное нажа- тие: наличие вибрации; скорость замыкания (размыкания) контактов: частота срабатывания; число срабатываний в единицу времени: мини- мальное, нормальное, максимальное; длитель- ность пропускания тока: минимальная, нормаль- ная, максимальная; срок службы контактов.
Таблица 14.15. Требования, предъявляемые к контактам электрокоммутацион
Аппарат, прибор Назначение Режим работы
Высоковольтные выклю- Коммутация постоянного и переменно- ия 1000 В,
чатели (воздушные, газо- вые, масляные) го тока в номинальном режиме н в ре- жиме короткого замыкания ZB > 1000 А 4
Высоковольтные вакуум- То же UB=20+35 кВ-
ные выключатели /в > 2000 А
Разъединители
Короткозамыкатели
Автоматические и пакет-
ные замыкатели
Переключатели
Рубильники
Контроллеры, командоап-
параты, контакторы, пу-
скатели, кнопочные стан-
ции
Пропускание номинального тока в мо-
мент ремонта или ревизии выключат
теля в бездуговом режиме
Коммутация электрического тока в
условиях короткого замыкания
Коммутация электрического постоян-
ного ц переменного тока
То же
Коммутация электрического постоян-
ного и переменного тока
UB < J000 В,
/в> 1000 А
/н < 1000 А,
/кз=15-г-20/н
UB « 1000 В,
/н < 1000 А
Рв < 1000 в,
Ув<- 1000 в
Гв « 1000 в,
/в С 3000 А
Реле -г То же Датчики R„_ Выдача электрического сигнала, *vhk- ционально зависящего от Mex^S го перемещения контакта ~ П р в и е ч а и „ . . ,, —- 1 10~«B<t7B< < 300 В, 10-«Ас/и«: С 10 А 10-« В < Рв « с 360 В, 10-»А«/в«: с 10 А
'и* ив“’“чминальные ток я jgQ к “ напряжение; /к,3— ток короткого замыкали».
среды^ влияющие на работу электрических контактов [480]
| Характеристики окружающее среды Характеристика конструкции контактных деталей
Среда, в которой работают контакты (масло, элегаз, вакуум, воздух и др.), давление среды, температура; влаж- ность; наличие пыли, аэрозолей, хи- мических агентов Тип контактного соединения: коммутиру- ющий, скользящий; размеры и форма коитактодержателей; метод крепления контактов (расклепка, сварка, пайка за- винчивание)
ных аппаратов [480]
Основные требования, предъявляемые к электри- ческим контактам • Материалы, используемые для контактов
Для дугогасительных контактов — высокая стой- кость против электрической эрозии; для главных — высокая электропроводность и теплопроводность, отсутствие склонности к свариванию, низкое пере- ходное сопротивление Низкая склонность к свариванию, высокое сопро- тивление электрическому износу, высокая тепло- и электропроводность материала и низкая упругость пара Высокая тепло- и электропроводность, отсутствие склонности к свариванию, иизкое переходное со- противление Высокая эрозионная стойкость Высокая тепло- и электропроводность, отсутствие склонности к свариванию, высокая коррозионная стойкость, высокая износоустойчивость То же » Высокая эрозионная стойкость, высокая тепло- и электропроводность, высокая коррозионная стой- кость, высокзя износостойкость Ag (Си) — w, Ag (Си) — Мо, Ag (Си) — карбид вольфрама Си—W, Си—Fe Ag (Си)—W, Ag (Си)—Мо Си—W, Си — карбид воль- фрама, Си—Мо Ag (Си)—W, Ag (Си)—Мо, Ag—Ni. Ag—Ni—С (графит), Ag — оксиды металлов То же » Ag, Ag—Ni, Ag—Ni—С (гра- фит), Ag — оксиды металлов, Ag—Мо, Ag—W
То же Высокая механическая износостойкость, высокая эрозионная стойкость,- высокая тепло- и электро- проводность Ag—Ni, Ag—Ni—С (графит), Ag — оксиды металлов, Ag—Mo, Ag—W, сплавы на основе Au, Ag, Pt, Pd (“a* пример, Ag—Pd, Ag—Pd Ni) Ag—Ni—С (графит), Ag—Ni, Ag—Pd, Ag—Pd—Ni и дру- гие сплавы на основе Ag, Au, Pt и Pd
*
Материал Марка | Форма контакте»
W-Ag KMK-A6Q Диски, пластины и сложные 1 формы
КМК-А61 То же,
КМК-АМОМ50 й
КМК-АМОМ80 1 *
W—Си КМК-Б20 1 %
КМК'Б21
Мо—Си КМК-БМОМ50 1 э
КМК-БМОМ80 1 $
Ag—Ni КМК-АЗО 1 Диски, пластины
СрН-70 [Диски, заклепки, пластины
КМК-АЗ! [Диски, иластины
КМК-А31А | То же
Ag—Cd—Ni КМК.-А50 1 Диски, пластины, заклепки
Fe—Cu кмк-жм Сложной формы
Ag—Pd ПдСр-70 J Диски, заклепки, пластины
Ag—Pd—Ni Ag —оксид кадмия ПдСрН-70-5 КМ К-А ЮМ 1 То. же* [ Диски, пластины
Ag—оксид меди Ag—Ni—С (графит) КМК-А20М КМК-А32 1 То же 1 ж
Ag—С (графит) uu—С (графит) КМК-А40 КМК-БЮ КМК-Б11 | ж 1 *
Ag КМК-АОО [ Диски, пластины, ааклепки, J сложные формы
терналов {480]
Метод крепления 1 Материал подслоя Материал контактодержателя Припои
Пайка, сварка То же Серебро Прокат и литье (медь и ла- тунь) То же ПСр72 ПСр70 ПСрбО ПСрбО
> > > » > » ПСрбО ПСрбО
Пайка, сварка, вин- товое То же Медь Р » > ПСрбО ПСрбО
> > » » » ПСрбО ПСрбО
Пайка Пайка, сварка То же » Без подслоя То же » » Прокат (медь, кадмиевая медь, хромистая медь, латунь, брон- за, нержавеющая сталь, низ- коуглеродистая сталь, никель) То же ПСр72 ПСр70 ПСрбО ПСрбО ПСрбО
> ПСрбО
» » Прокат и литье (медь, ла- тунь) ПСрбО к
Пайка, сварка, клепки » Прокат (медь, кадмиевая медь, хромистая медь, латунь, бронза) ПСр72 ПСр70
То же Пайка, сварка » Серебряный, ни- келевый, желез- ный То же Прокат, медь, кадмиевая медь, хромистая медь, латунь, брон- за, нержавеющая сталь, низ- коуглеродистая сталь, никель ПСр70 ПСр70 ПСр72 ПСрбО
То же > То же Серебпяный, ни- келевый То же ПСрбО ПСрбО
> » » То же Медный » * > » ПСрбО ПМЦ36 ПМЦ48
» Без подслоя > ПМЦ54 ПСр70 ПСр72 ПСрбО
Таблиц» 14-17- вменения электрических контактов из псевдосп^вов
Элеетрокоммугащюивые I
аппараты I
Номинальные I основные электроконтактные ввсЛства
характеристики i
аппаратов [ ———— --------------
Высоковольтные выклю-
чатели, дугогасительные
контакты
и1000 в,
1000 А
Высокая дугостойкость, износоустойчи-
вость при механических воздействиях,
отсутствие склонности к свариванию,
низкая прочность сварившихся мости-
ков, высокая теплопроводность
Главные контакты Высоковольтные вакуум- ные выключатели Переключатели ступеней обмоток мощных транс- форматоров Разъединители, отделите- ли Нерасходуемые электроды для точечной шовной и стыковой сварки стали и цветных металлов, элек- троискровой обработки Низковольтные тяжело- и средиенагружеииые ап- параты: рубильники, пере- ключатели, пакетные выключатели, автомати- ческие выключатели, кон- такторы, контроллеры, пускатели Ун>20ч- -?-35 кВ, /„ до 2000 Д ч (/„ > 1000 в, /8 > 1000 А £/„<1000 В, /„ < 3000 А Низкое переходное сопротивление, вы- сокие электро- и теплопроводность, высокая износоустойчивость ври меха- нических воздействиях, хорошая при- рабатываемость, низкая склонность к схватыванию контактов Низкая склонность к свариванию и схватыванию, низкое переходное со- противление и низкая газонасыщен- ность, высокие электроэрозиониая стойкость, тепло- и электропровод- ность, низкая упругость паров Высокая электроэрозиониая стойкость, износоустойчивость против механичес- кого воздействия, тепло- и электро- проводность, низкая склонность к схватыванию Высокие электро- и теплопроводность, малая склонность к свариванию, низ- кое переходное сопротивление Высокие тепло- и электропроводность, высокотемпературная твердость и проч- ность иа сжатие и крипоустойчивость, низкая склонность к свариванию, вы- сокая термостойкость, екалиностой- кость Высокие тепло- и электропроводность, низкое переходное сопротивление, вы- сокие коррозионная и электроэрозион- иая стойкость, малая склонность к свариванию, хорошая прирабатыва- емость и износоустойчивость против 1 механических Воздействий г
454
злектрокоммутацнонных аппаратах [480]
---- —- ---------------------------—
Марки материалов, используемых в электро-
дом мутационных аппаратах в СССР
Исполнение, формы и размеры
контактных деталей
КМК-А61 (Ag—W С 30 мае. % Ag);
КМК-Б21 (W—Си в 30 мае. % Си);
КМК-Б23 (W—Си с 20 мае. % Си);
КМК-АМо80 (Мо—Ag с 20 мае. % Ag);
КМК-БМ08О (Мо—Си с 20 мае. % Си)
Массивные контактные детали в
виде пластин е подслоем из меди
или серебра, наконечников или дру-
гих сложных форм, укрепляемых
сваркой или пайкой к массивным
конт актодержателям из меди, мас-
сивные комбинированные детали
с облицовкой из псевдосплавов
КМК-А60-КМК-Б20 (W—Ag; W—Си с
70 мае. % Ag или Си); КМК-АМо50,
КМК-БМо50 (Мо—Ag; Мо—Си с 50 мае. %
Ag или Си)
Массивные детали в виде пластии,
колец с подслоем из меди или се-
ребра, укрепляемые на медные кон-
тактодержатели
КМК-БЖМ (Fe—Си с 30 мае. % меди);
КМК-Б23 (W—Си с 20 мае. % меди)
Массивные детали комбинирован-
ные е облицовкой из псевдоспла-
вов; массивные фасонные детали
КМК-Б20, КМК-Б21 (W—Си е 50 и 70 мае. Массивные пластины в подслоем
% меди) ' меди для припайки или приварки к контактодержателям; фасонные комбинированные детали
КМК-А60 (W—Ag с 50 мае. % серебра);
КМК-А30М (Ag—Ni с 30 мае. % никеля);
КМК-Б20 (W—Си с 50 мае- % меди)
КМК-Б20, КМК-Б21, КМК-Б23 (W—Си е
50, 70 и 80 мае. % меди); МСВ (W—Ag—Си
о 2 мае. % серебра и 30 мае. % меди)
Цилиндрической, призматической,
конической формы наконечники
КМК-А60 (W—Ag с 50 мае. % Ag);
КМК-АЗОМ, КМК-А31М (Ag—Ni с 70 и 60 мае.
% серебра); KMK-A20M(Ag—CuO е 10 мае.
% CuO); КМК-АЮМ (Ag—CdO с 85 мае. %
•серебра); КМК-А32 (Ag—С—Ni с 29 мае. %
никеля и 3 мае. % графита); CH-70 (Ag—Ni
е 70 мае. % серебра в виде проволоки);
КМК-БМо50 (Мо—Си е 50 мае. % меди);
КМК-АМо50 (Мо—Ag с 50 мае. % серебра);
ММК (Си—С с 5 мас. % графита)
Массивные пластины и диски с под-
слоем серебра или меди (соответ-
ственно псевдосплаву) для крепле-
ния к конгактодержателям е ци-
линдрической плоской или сфери-
ческой рабочей поверхностью: би-
металлические контакты с одним
подслоем из псевдосплава
Электроко«мутациониые аппараты Номинальные характеристики аппаратов ———, — " Основные электроконтактные свойства
Низковольтные средне- и слабонагружеиные аппа- раты контроллеры, ко- мандоаппараты, контакто- ры, пускатели, кнопочные станции, автоматические выключатели, реле раз- личного типа ия < 1000 в 7 С 1000 А И Низкое и стабильное переходное со- противление, высокие коррозионная и электроэрозионная стойкость, тепло- и электропроводность, хорошая прира- батываемость, высокая износоустойчи- вость против механических воздей- ствий
Низковольтные слабо на- груженные аппараты: ре- ле, датчики, электроиз- мерительные приборы /„ = 10*’ + -S- io A, iz„ = 10-Ч-360В
Таблица 14.18. Рекомендации к выбору контактных материалов
Область применения Рекомендуемый материал
Выключатели воздушные тяже- лонагруженные (высоко и низ- ковольтные) Ag—W, Ag—Мо, Ag — карбид вольфрама, Ag—5 карбид молибдена, Ag—Мо — нитрид бора, Ag—> оксид кадмия, Ag — оксид цинка, Ag — оксид меди, Ag—Ni—С (графит), Ag—Ni—Cu
Выключатели воздушные сред- ненагруженные Ag, Ag—С (графит), Ag—Ni, Ag—Ni—С (гра- фит), Ag — оксид кадмия, Ag — оксид цинка.
Выключатели воздушные легко- иагружеиные (автоматические выключатели автопилотов, бы- товых электрических приборов, управления сигнализации, элек- трокоммутирующие контрольные приборы) Ag —оксид меди, Ag—W, Ag—Mo, Ag—Fe, Fe—Cu—Ag Ag, Ag—Ni, Ag—Fe, W, Ag-S-Pd, Ag—Pd—Ni, Pt—Ru, Pt-lr
Выключатели масляные (высоко- ч низковольтные) Выключатели вакуумные (тяже- ло- и средненагруженные) га?овые (в«соко- и низковольтные) Cu~W, Cu~ каРбид W. Cu—W—Ni, _u Mo—Co, Cu—Mo, Cu — карбид молибдена, Cu—Ti—W, Cu—Zr—W Cu, W—Cu—Ni, W—Cu—Ni—Sb-Ce-C (гра- фит), W—Cu—Bi, W—Fe—Cu, W-Cu-In W—Cu, Mo—Cu, W—Ni, Mo—Cu —нитрид бо- ра, Cu—карбид вольфрама, Cu—W—Ni,
Магнето (авиационные, мооские тракторные, автомобильный) ’ Lu—Mo—Co, Cu —карбид Mo, Cu—Zr—W W, Pt—Ru, Pt—Ir, W—Ni, Fe—Mo—Ru
Маоки материалов, используемых в злектро-
₽ коммутациониых аппаратах в СССР
1Гд;К._А30М, КМК-А31М, CH-70 (Ag—Ni с
70 60 мае. % серебра) с различной терми-
орской и механической обработкой;
KAiK-AlOM (Ag—CdO с 15 % CdO);
КМК-А20М (Ag—CuO c 10 мае. % CuO);
KMK-A60 (W—Ag c 50 мае. % серебра);
KMK-A32 (Ag—Ni—С с 3 мае. % мае. гра-
фита и 29 мае. % Ni); КМК-А40 (Ag-C с
5 мае. % графита); КМК-Б20 (W—Си с
50 мае. % меди); КМК-АМо50 (Мо—Ag
с 50 мае. % серебра)
ПдСр70 (Pd—Ag е 70 мае. % серебра);
ПдСрН70 (Pd—Ni—Ag с 70 мае., % сереб-
ра); КМК-А40 (Ag—С с 5 вес. % графита);
КМК-А32М (Ag—Ni—С с 68 мае. % сереб-
ра и 3 мае. % графита)
Исполнение, формы и размеры
Контактных деталей
Пластины, диски с плоской, сфери-
ческой и цилиндрической рабочей
поверхностью, с подслоем серебра,
меди или никеля для крепления к
контактным пружинам или контак-
тодержателям; с винтовыми или
цилиндрическими хвостовиками
Пластины, диски, контакты в виде
заклепок, цилиндров, проволок
Продолжение табл. 14.18
Область применения Рекомендуемый материал
Реле тяжелонагруженные Ag—W, Ag — карбид вольфрама, Ag — оксид кадмия, Ag—Ni—С (графит), Ag—Мо, Ag — ок- сид цинка, Ag — оксид меди, Ag—Мо — нитрид бора, Ag—Ni
Реле средненагруженные W, Ag—Cd, Ag — оксид кадмия, Ag—Fe, Ag—Zr, Ag—Ni, Ag—Cu—Cd, Ag—оксид цин- ка, Ag — оксид меди, Ag—Ni—С (графит), Ag—С (графит)
Реле слабонагруженные (универ- сальные, телефонного типа, бы- товые) Пантографы, токосъемники, то- коподводы Ag, Ag—Cu—Ni, Ag-Cd, Ag—Ni, Pt-Ir, W—Ag—Pd, Ag—Pd—Ni, Au—Ag, Pt—Ru, Pd—Ru, Pd—lr, Ag—Zr, Au—Ni, Ag—Au—Pd Al, Cu—Pb, дисульфид молибдена — AI, Ni—Cu—Pb, С (графит) —дисульфид Mo, Cu—Sn—Ni, С (графит) — нержавеющая сталь, Fe—Cu—Pb, Ni, Sn — нитрид бора, Cu—Sn—Fe, Ni—Cr—В—С (графит), Mo—Cu —нитрид бора
Датчики (потенциометры, про- волочные, пленочные переклю- чатели) Pt-Ru, Ag-Pd, Ag—Pd—Ni, Au-Ni, Ag—Pd—Ni—С (графит), An-.Ag, pt~N1- Pt—W, Au—Cu, Au—Cr, Pt-Ir, Ag-Pd- фтористый кальций
Датчики вакуумные Ag — дисульфид молибдена, Ag—Ni дисуль- фид молибдена, Ag-Ni- сульфид пинка, Ag—Cd — сульфид цинка, Ag — оксид кадмия сульфид цинка
Токоподводы Cu—W—Ni — карбид вольфрама, нитрид бора, Си — нитрид бора, Ni—cu— w
Таблица 14.19. Перечень наиболее распространенных материалов, используемых
*яя биметаллических контактов [480]
Страна, фирма Сплав Состав биметаллического контакта
Рабочие слой контакта Основа коктаита
СССР НРБ KMK-A10M KMK-A20M KMK-A32 KMK-A40 KMK-A50 Ag — оксид кадмия Ag —оксид меди Ag—Ni—С (графит^ Ag—С (графит) Ag—Ni—Cd Серебряная бронза, Ag—Cd, Ag — оксид кадмия, Ag—Ni Ag—Ni—Fe Cu, медные сплавы
США, «Gibson Electric. Inc.» Ag Гибсон KB-2 Гибсон KB-270 Ag Ag—CdO Ag — оксид кадмия Cu Cu
США, «Fansteel, Inc.» Fasaloy 136 Fasaloy 137 Fasaloy 138 Ag—Ni Ag—F Ag — оксид кадмия Cu Сплавы на основе меди, сталь
Fasaloy 139 Fasaloy 142 Fasaloy KJC ' Fasaloy KO A Ag—W Ag—Mo Cu—W e Cu—С (графит)
США, «Р. R. Mal- lory and Co, Inc.» Elkonite Mallory Mallory Ag—W Ag—Ni , Ag—С (графит) Си, сплавы на ос- нове меди
Таблица 14.20. Рекомендуемые пары контактов из разнородных материалов {480]
Током# ваг ру яса, А Рекомендуемые Контактные пары
СССР США
>1000 1. a) Ag—W (Мо), до ЗВ мае. % Ag б) Ag—W (Мо), до 50 мае. „ % А8 , 2. a) Ag — карбид вольфрама, 65 мае. % Ag б) Ag —карбид вольфрама, 50 мае. % Ag; или Ag—и< до 50 мае. % Ag *“
Токовая ыягрУЗКа. рекомендуемые контактные пары
СССР США
10—1000 ** л Ag—С (графит), 95 мае. % Ag 2. a) Ag—Ni, 70 мае. % Ag б) Ag—Ni—С (графит), 68 мае. % Ag 3. a) Ag — оксид кадмия, 85 мае. % Ag б) Ag—Ni—С (графит), 58 мае. % Ag _ 4 a) W—Си, 50 мае. % Си ' б) Си—С (графит), 95 мае. % Си 1. a) Ag — оксид кадмия, 90 мае. % Ag 6) Ag — карбид W, 50 мае. % Ag 2. a) Ag—Ni, 90 мае. % Ag 3. a) Ag—Ni, 70, 60 и 40 мае, % Ag 6) Ag—С (графит), 90 мае. % Ag 4. a) Ag — оксид кадмия, 90— 85 мае. % Ag 6) Ag—С (графит), до 90 мае. % Ag 5. a) Ag—Fe—Cu б) Ag—С (графит), 95 мае, % Ag 6. a) Ag — оксид кадмия, 90 мае. % Ag б) Ag
10-«—ю I. a) Ag—Ni, 60 мае. % Ag б) Ag 2. a) Ag б) Ag—С (графит), 95 мае. % Ag 3. а) Ag—Pd, Ni, Pt—Ni, Pt—In, Pt—Cu, Au—Cr, Pd—W, Ag—Ni—Cu 4. a) Ag—Pd—Ni 6) Ag—Pd, Pt—Ni, Pt—Ir, Pt—Cu, Au—Cr, Pd—W, Ag—Ni—Cu
Раздел V
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ГЛАВА 15
СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
15.1. Введение
К сверхтвердым в инструментальной технике относятся материалы твер-
дость и Износостойкость которых превышает твердость и износостойкость кар-
бидовольфрамокобальтовых сплавов и карбидотитановых с"лавов
молибденовой связке. В табл. 15.1, 15.2 представлены основные характеристики
тех веществ, которые могли бы служить основой для изготовления изделий
инструментального назначения—лезвийных и абразивных со свойствами,
присущими сверхтвердым материалам. Основой для изготовления твердых и
сверхтвердых материалов и изделий служат порошки исходных веществ. По-
рошки карбидов, боридов, нитридов и оксидов готовят,, используя разнообраз-
ные технологические схемы-, прямого высокотемпературного синтеза; из эле-
ментов самораспрострачяющегося синтеза; синтеза, основанного на использо-
вании транспортных реакций; синтеза, основанного на высокотемпературном
взаимодействии химических соединений (оксидов и углерода, металлов или
оксидов металлов с углеводородами, оксидов, карбидов и углерода, металла
и аммиака я т. д.); электролизом расплавов; пиролитическим выделением из
газовой фазы или плазмы на соответствующей подкладке и т. д.
15.2. Технология изготовления сверхтвердых материалов
Изделия из сверхтвердых материалов, как правило, изготавливают методом
горячего прессования, горячего вакуумного прессования или же изостатиче-
ского и динамического высокотемпературного прессования. Исходные порошки
синтетических алмазов и лонсдейлита или же плотных форм нитрида бора (сфа-
леритнои и вюрцитной) получают в статических условиях по двухфазному меха-
ииз*7' кРисталлизУя через жидкую металлическую фазу, и по мартенситному
однофазному механизму, взрывным способом при высоких и сверхвысоких дав-
лениях и температурах, т. е. в условиях, когда эти фазы термоди намически ста-
оильны (рис. 15.1), При синтезе алмазов из графита статическим путем в каче-
стве растворителя, из которого и кристаллизуются алмазы, используют ии-
и "ГиМа₽Г8НВДв“е сплавы» ПРИ синтезе алмаэоподобной сфалеритной модифи-
_ J* нитрида бора таким растворителем служат щелочноземельные металлы,
магний Сфалеритный BN кристаллизуется из сплава эвтектиче-
ского состава (46—50 % BNrp, 34—36 % Mg2N2 и 16—18 % MgB2), темпера-
которого и определяет минимальную температуру кристэлли-
еостяпя \.^ЛТмГ°оНИтрида б°Ра- Если в эвтектическом сплаве указанного выше
есто MgB2 присутствует МеВ^ возникают из-за более высокой тем-
Таблица 1Б.1. Некоторые физические свойства тугоплавких веществ [561]
Вещество Нц, ГПа А» Вт (м-К) t, °C ^пл> °C Afy, «С
WC 17,46 196,74 2720 < 2600
S=B, 17,46 2250 <2250
Nb^o.TS 17,46 7,99 20 V* * * * • Jf
B<Si 17,95—21,97 • W* . * г < 1370
V,N 18,63 V •>- а В а а>
NbC 19,24 18,42 0 3480 <3480
TiN 19,56 19,26 20 3205 <3205
29,30 100
7,95 600
5,86 950
VC 20,54 39,35 20 2810 V *
CrB. 20,60 22,35 20 2200 ± 100 <2200
Nb2C 20,83 * • -и • • а
NbB 21,53 « • • а^а 2280 <2260
ZrB. 22,09 24,28 23 3040 ± 100 <3040
35,31 25,12 200
V3B, 22,37 •>-« • в а « 2070 <2070
Nb3B, 22,46 • <*•- 1950 < 1950
Nb3B, 22,46 . а 2900 <2700
GdBe 22,56 19,51 80 2100 *~е а
21,06 131
21,73 184
22,43 203
TiBe 22,56 •чв-^ а • а а * «
V3B4 23,05 • . < 9 «аг 2350 <2350
<x-MoB 23.05 а а • а а а <2000
Mo2B6 23,05 26,79 20 2100 < 1600
W2B 23,74 2770 ± 80 < 2770 ± 80
PrB. 24,23 . а • а а а->
TiC 24,23 36,38 20 3147 ± 50 <3140
24,28 100
9,21 510
BeSi 6,28 810
24,23—27,57 а а « « а а
SmB9 24,53 а в«а а в 2540 <2540
Mo2B 24,53 аве- а а а 2140 <2000
₽-MoB 24,53 - _ • • . а 2350 2000—2180
TaB9 24,53 10,883 Л г а 3100 <3100
NdBe 13,81 200 <2540
24,92 »
CoBa 25,26 a a i а а а * а а »
NiB, 25,26 ". а • • « •
NbBa 25,51 16,74 23 300 <3000
EuBe 26,09 19,67 200 а а Т • а <* а • .
NbBe 26,09 а « а » а в а • » »
Vvt$4 W2Be 26,09 26,12 31,81 20 2300 ± 50 * 2300
Be2C TiB 26,39 26,49—27,47 51,49 • • •' 150 » а » 2200 • < 2100 680— 1900 ± 59
CaBa ТаД LaBe vb4 26,49 27,17 27,17 27,47 а в * а • а ее» .« а » » а « » а ® 2120 2530 2400 ± 50 <2120 <2530 <2400
Вещество Нц, ГПв а,, вт(м-К) h ’С W>’C д*у, «С
HfB3 HfC SrB» 28.45 28,58 28,65 28,69 29,30 •ч* 41,86 *** < 0 3250 ± 100 3890 2235 3530 «3250 «3890 «2230 «3530
4П-» <x>AI3O3 19,62—24,92 ’Ч i 2047 Стабилен до температуры
плавления
Коэсит Стишовит > 19,62 ~ 22,53 г**6 * « 1200 «300
Сг,О, 28,84 м- • 2330 При высоких температурах испаряется
29,43 • 2230 « 2230
W.C 29,43 29.30 2730 ± 15 « 2730
30,71 2430 « 2430
СеВ 30,80 *«4«У 2190 «2190
ВР 31,39 f •¥ •Ч», 1250 • г«-
IB 32,02 *♦» 5* 2300 «2300
Т1В, 32,37 24,28 23 2980 «2980
26,37 200
4,19 1500
Si3N4 32,74 17,16 1900 « 1900
SiC 32,77 8,37 20 2827 «2100
100,46 200
41,86 800
16,74 871
13,81 1093
И.,72 1316
х»д 32,86 ч «4* *4,'t 2650 « 2650
в 33,35 1,26 20—80 2075 ± » • Г'
ZrBt 33,34—35,32 24,28 23 3040 ± 100 «3040
AIBU WB 25,12 200
36,24 36,30 *•» * *-«д4 2400 ± 100 «2400
40,22 48,56 ! • 121,39 ’V. i 100 2350 «2200
92,09 300 »<-• *
75,35 500 * а, •
B3SI BijCj 64,88 700
52,50 54,94—56,90 4 *7$ ,..4 И JS.fr
B4C—•* TIB- <50:50) 34,92—59,84 -aVe «г 1900 « 1200
BN вюрц 49,05—58,86 « *'J* » * « 1100
C вюрц 58,86—68,67 « 1600
ЙЛ,сф 78,48—88,29 41,86 Д 900
с«ф 117,72 138,13— u.. •
j 146,51
Т8Л л иа a 15.2. Модули упругости Е и G и коэффициент Пуассона ц для
яеиогоры» простых веществ и твердых химических соединений при комнатной
температуре [560]
Вещество ^ЭКСП' ГПа—1 Красч» ГПа—1 ^ЭКСП» ГПа £расч« ГПа °эксп- ГПа ®расч> ГПа u
W 27,5 fe а В 408 а, , 159 Я Я а 0,31
w,c WC WA Si » • * 428 516,3 > • а a » a
17 • • • и 635 790 585 * * Я 269 248,13 0,18
108 аал 162,90 • • и 66,6 0,223
а-Кварц 260 97,5 45,3 . я а 0,078
Стишовит 20 37 * 4 а 357 139 0,28*
Ссф в 22 50 т • • 116,4 а л 544 • • • • • 0,07
BNrjh • * 26 ее»- '992 463,7 0,07*
с 22 ж * * 960.-00 * • • • 389,65 0,18* ’
''вюрц в^вюра Be 85 26 * я * 324,00 825,55 »-• в • •* 155.30 334,86 0,18* 0,08
BeO 98 • •ж 274,00 а в а 10к,24 ч г а л 0,34
6-SiC 63 Ж Я а 401,30 169,8/ и 0,18
В4С » a a 52 > • • 483,42 v •?<" 55 0,18*
в13с, • » • 52 „ X « 489,58 * » X 0,18*
Si3N4 • « • 90 270,00 281,30 в .* и t • * 'J s * • 0,18*
Nb 57 56 121,30 135,82 44,00 0,37
NbC 43 43 498,00 463,00 202,00 19t>,00 0,18
NbN a < « • » 493,00 » •-'» • я *
Nb.C • * алл 410,00 < « •
NbB, • i 25 650,00 630,00 й- • 207,00 0,28*
Ta 47,9 49,9 188,00 180.36 70,00 66,80 0,35
TaC • • * 30 548,00 % • ’ 220,00 » в w 0,24
TaN « • * « » 587,00 V» t > • в « я в
TaB, 24 700,00 540,00 »» а! 210,00 0,28*
V 60,9 е «« 133,80 . а « 49,30 в в 0,358
VN 42 д • И • *<• 357,24 • • » 142,86 0,25*
VC 26 • ИМ 428,00 вея 159,00 • • • 0,30
VB, 34 • г • 347,00 а * ». 132,60 • я • 0,30
Ti 79,7 « 105,20 • «С • 38,70 • 0,36
TiN 34 J » * 439,00 в-ва 163,20 r_a ' 0,25
TiC 41 • га 466,00 ц в« 196,80 «‘set 0,18
TiB, 24 «• » ж 551,00 » е * 214,20 • 0,28
Zr 75,5 • М 95,88 • и 35,00 • • a 0,38
ZrC 58 а «.И, 376,40 • 165,00 « fe 0,14
ZrN 37 397,80 • я я 159,00 0,25
ZrB. • • «. 25 428,00 162,12 0,32
Hf 90,1 85,00 • •> 31,00 0,37
HfC в в • 42 у, i *• 514,30 « • я. 225,60 0,14*
HfB. • • • 27 489,00 • нч 191,00 0,28*
Cr 27 ела 285,11 104,00 В 0,37*
CrB. Cr3C, Г • г я а 459,00 ’ 377,00 • •л » •'• • • '*“• я. И • • * • ’
CrN 43 326,00 а а Ж 100,00 fe • * 0,26*
CrB * «те . . . 367,00 • и • “в а V в
Cr4B 418,00 . • а » «
a-CrsO» 40 405,00 164,63 0,23*
Al 34 72,20 «Ля 27,00 0,34
a-Als0, 39 Я Л » 410,64 F • • 166,62 а. Я • 0,23
Вещество Кэксп- ГПа—* ^расч- ГПа—* ЕзКСП’ ГПа £расч’ ГПа ®9КСП* ГПа ®раеч» ГПа №
Т1О, 47 34,7 35 « • И 34,1 283,00 336,00 334,30 110,50 122,00 127,60 0,28 0,31
Мо MoSi> Мо,С La 449,00 541,00 tfli & 180,00 « > •и» « 0,24 и-#
51,3 685,00 28,20 15?00 •Е» 4 » 4ь4 0,28
LaB, СаВ, SrB, ВаВ( GdB» OB, » • Ь 4k w ж *» • a • • * 4i «a « ‘ 4 • 4 • « f < » f 488,00 V» /ж*» . 467,40 415,00 393,00 398,00 420,00 ф * * if » г» • «ь*»а « г • • г * * •?»» ля/ е • •
JB« ’Г»! 454,00 • • » гг»
SmB« Vе *? - 495,40 4 4К« г. г
NdB, a •• • * * 504,35 Г* • • »!»•
Примечание. Расчет величин К, Е и в производился по формулам [560]:
где /С—модуль сжимаемости объемного сжатия; Тпл—температура плавления, К: F .
п
Здесь Мр -и молекулярный объем, п — число атомов в молекуле. Величины» обозначенные
«звездочкой», взяты по аналогам-эталонам.
пературы плавления такой эвтектики и более высокой вязкости условия, благо-
1ГОИ ятетяишпиа ели.... а- ___________ .
_ д- _ * * — д* А* лл. w Ьжчм * * В J ллЛЛ« —
лриятствующие кристаллизации более крупных кристаллов ВЙСф и с более
гоо
по
too
so
V
Ике,
ална»
м,
• г
।
fys. \
алмаз ।
*
М
УОфи/П
высокими абразивными свойствами.
Известны примеры кристаллизации
ВМСф и из газовой фазы в условиях
О 1000 2000 3000
т,к
Рис. 15.1. Диаграмма состояния
углерода и нитрида бора
равновесного существования этой моди-
фикации, когда в реакционную среду
в качестве газообразующей добавки
вводится гидрид лнтия. Суммарная ре-
акция, описывающая процесс образова-
ния н кристаллизации ВЫСф из газо-
вой фазы,} имеет вид
12 ЫН + 10 BN гр ~ 4 Li3BNa-|-
+ 4В + В2Н4 -f- 2NHg.
Эпитаксиально, на зародышевой алмаз-
ной фазе иа металлического расплава
алмаз и кубический нитрид бора мо-
гут кристаллизоваться и при нормаль-
ном давлении.
Если в условиях статического син-
теза выкристаллизовываются только
сфалеритные модификации углерода и
нитрида бора, при взрывном методе (для
к с
I
I
/
^нТситДномуРмеханизму из графитных форм^промеж^Ж °бра3уются п° маР‘
***,. Н углерода (лонсдейлит), и нитрида бопя ГгЛ™’НЫ\ вД)РЦНтные модифи-
ЛлееУ90 & может быть получен в3Ррыво2Stnic"°СЛ!^ИЙ е выхо-
^яяжненного водой графитоподобного нитрида бопяДОвВеНН° ИЭ сухого или же
«К?-»*" «“"• ”“У«« на графит,оЧ₽%«’оХ“,‘^“в“ .'.Г';
гчеси присутствует охладитель — железо, медь и ip Вы», ’абие*
к графитной фазе в этом случае лежит в пределах 3(?— 50 % Т ошению
Поликристаллические компактные изделия из этих веществ метастабил,-
яЫх при обычных температурах и давлениях, получают, отес^яяих сп£
каине при температурах и давлениях, соответствующих условию их равно-
весного существования (> 1500 °C и > 5,0 ГПа). равно-
Щлифовальиые абразивы в виде кругов на органической, металлической
вли же керамической связке, листов, лент и доводочные пасты из сверхтвердых
веществ готовят при сравнительно невысоких температурах и давлении или же
при нормальных условиях.
Твердые сплавы и даже инструментальные стали по износостойкости можно
приблизить к сверхтвердым материалам, снабдив изделия из них (обычно не-
перетачиваемые пластины) покрытиями из сверхтвердых веществ: карбидов
и нитридов (TiC, TiN), боридов (ZrBa), оксидов (А1гО3), алмаза, алмазоподоб-
ных фаз и кубического нитрида бора. Покрытия наносят либо по обычной хи-
мико-термической технологии, либо плазмохимически-пиролитически из газо-
вой фазы и холодной плазмы, либо из плазмы с наложением электрического
поля.
В последнее время широко применяют многослойные покрытия из после-
довательных слоев TiN и TiC; ZrBa, TiC, А1гО3 и др. По износостойкости они
имеют очевидные преимущества перед однослойными. Плазмохимический метод
нанесения покрытий открывает неограниченные возможности для получения
многослойных покрытий.
Мииералокерамические изделия иа основе А1аО3, как и изделия из сили-
нита на основе Si3Nj, готовят методом горячего прессования [113].
Технология изготовления инструментов из искусственных алмазов имеет
существенные особенности. Так, синтетические алмазные поликристаллы, как
и поликристаллы из плотных форм нитрида бора (эльбор и гексанит), полу-
чают спеканием при давлениях до 100 ГПа и температурах до 2000 °C мелких
алмазных порошков чистых или порошков из сфалеритной и вюрцитной форм
CnBN, предварительно активированных.
Синтетический алмазный инструмент карбонадо типа АСПК получают спе-
канием в условиях, близких к обычному синтезу в сочетании с реактивным
спеканием в присутствии большого количества металла — катализатора.
Алмазные поликристаллы получают также пропиткой прессовок из метал-
лизированных алмазных порошков металлическими сплавами, хорошо смачи-
вающими пропитываемую основу (медно-титановыми или медно-циркониевыми).
Поликристаллы из кубического нитрида бора (эльбор) или же вюрцитного (гек-
санит-Р) изготавливают по технологии, близкой к технологии получения алмаз-
ного инструмента.
Технология изготовления доводочных паст, содержащих порошки сверх-
твердых веществ, определяется свойствами связующего материала, вводимого
в их состав. В состав паст входят классифицированные микропорошки алмаза
или кубического нитрида бора, или вюрцитногр нитрида бора, или же микро-
порошки других менее твердых веществ: карбида титана, нитрида кремния
и Других, связующие и поверхностно-активные добавки.-
Для получения твердых паст в качестве связующего используют пчелиный
воск, шеллак, канифоль, церезин, стеарин, парафин, ашдолмылояафт, вазели-
новое масло, жирные кислоты, паста следующего состава, мае. %: пчелиный
воск— 30, шеллак — 15, канифоль — 5, абразив — 50.
В мазеподобиых пастах компонентом связующего используют олеиновую
кислоту, различные масла, воду, животный жир, полиэтиленгликолевые эфиры,
мыла, полиспирты, полиоксиэтилированные алкидоамиды и другие составляю-
щие основной среды и поверхностно-активные добавки. В состав этих паст в
16 5 359
465
яят также химические активные добавки серу, триэтилфосфат, галогену
щелочных металлов, хлоропарафин, олеат свинца. В пасты кроме основной аб.
разивной сверхтвердой составляющей вводят классифицированные порошки
наполнителей (карбидов, боридов, нитридов переходных металлов). Вводятся
электропроводные9 наполнители для того, чтобы подавить агрегацию частиц
тонического сверхтвердого материала. Наполнители сами по себе оказд.
дополнительное полирующее действие на обрабатываемую поверхность.
Нижеприводится типичная технология приготовления паст: взвешивание
составляющих и тщательная фильтрация жидких компонентов; расплавление
твеодых органических компонент и подогрев жидких до 70—80 С; на основе
жидкой Фазы приготовление суспензии с введением сверхтвердого абра-
ка и наполнителя требуемой зернистости, с доведением до желаемой мазепо-
яобной или же жидкой консистенции; варка паста; дозирование пасты в упа-
ковочные емкости (тубы, шприцы); контроль пасты на абразивную способность.
Пасты из сверхтвердых материалов выпускают нормальной (Н) п повы-
шенной (П) концентрации. В зависимости от зернистости паста содержат 5—
70 массовых долей абразива.
15.3. Составы и свойства сверхтвердых материалов
В инструментальной технике широко применяют природные алмазы. В схе-
ме, предложенной Г. Г. Карюком и А. В. Бочко [561], представлены виды при-
родных и искусственных алмазов, плотных форм нитрида бора и сверхтвердых
композитов, которые находят применение в практике изготовления лезвийного,
абразивно-шлифовального инструмента, абразивных суспензий и паст. Основ-
ным классификационным признаком в этой схеме принята твердость. В соответ-
твии с этим признаком сверхтвердые материалы подразделяются на пять под-
классов: природные алмазы (HV 98,1 ГПа); синтетические алмазы (HV 88,29—
98,1 ГПа); кубический нитрид бора (HV 68,67—78,48 ГПа); вюрцитный нитрид
бора (HV 49,05—78,48 ГПа); композиционные материалы (HV до 49,05 ГПа).
Соответственно подклассы делятся на разновидности.
Алмазы имеют теплопроводность, в несколько раз превышающую тепло-
проводность других инструментальных материалов. Этим объясняется и более
эффективный отвод тепла из зоны резания, что существенно улучшает режу-
щие свойства алмазных инструментов.
Таблица 15.3. Физические и механические свойства алмаза и кубического
нитрида бора [561]
Веще- ство а, нм г/см» V г/см» X, Вт/(м - к) Ни, ГПа 1 Механи- ческая прочность зерна (№ зерни- стости 125/100, %)
Алмаз 0,35675 0,36165 3,51 3,48 3,49—3,54 3,44—3,49 137,9—146,3 41,86 10—12 8—10 1 0,58—0,64 73—85 71,3
веса вереи,Мсохранивших^сходяь?йоаазмеп°помГЭп определена через процентное отношение исходной навески в 6 карат. ₽ Р е приложеиия давления 5 • 10-* ГПа, к весу
алмазаУ,бболСееИтеплоустоЙв’ ч^алм^^^0”*10’ близкой к твеРдостИ
и менее теплопроводен. Он также служит огЛпп!епХИмически инеРтеи- хотЯ
ленных изпрлий слУЖИт основой для изготовления многочис-
ленных изделии инструментального назначения.
сил бом гРаФитизиР°ваться уже при 800—900 ’С, кубический нит-
при TeMnena'rvnfl пеРех°Дит в графитоподобную гексагональную модификацию
при температурах 1200-1400 °C и только при 1600-1800 °C скорость этого
466
перехода резко возрастает. Его теплопроводность примерно в тп»
-Ъй0ДН0СТИ И ВСе Же Существенн° выше SnpoBOMocTH друИги1
S<5₽3B табл. 15.4 приведены показатели химической
вад“ть "''ст₽у"е“таль,“’1
Дарка инструментального М332 Т15К6 ВК8 Эльбор-Р ПТНБ 11 F
материала н D 114
Количество циклов «нагрев 5—8 15—20 60—90 180—200
до 600 °C — охлаждение в >оии
проточной воде» до образо-
вания трещины
Таблица 15.4. Степень химического взаимодействия некоторых твердых
веществ с металлами и сплавами [560] и
Абразивный материал Степень химического взаимодействия
Стали Титаи и его сплавы Чугуны
Алмаз Карбид кремния Электрокорунд Оксид циркония Эльбор Высокая » Не взаимодействуют То же Низкая Низкая Средняя Высокая Низкая » Низкая » Не взаимодействуют То же »*
По износостойкости переходными от твердых к сверхтвердым материалам
являются так называемые минералокерамики, основой для изготовления кото-
рых служит окись алюминия (табл. 15.5).
К классу минералокерамик может быть отнесен и новый инструментальный
материал на основе нитрида кремния — силинит, разработанный в Институте
проблем материаловедения АН УССР. В нем кроме основной компоненты (Si3N4)
содержатся в малых количествах оксид магния или оксид алюминия е карби-
дом титана или же с нитридом титана.
15.4. Области применения и эксплуатационные
характеристики инструментов из сверхтвердых материалов
В промышленности применяют инструменты из таких сверхтвердых ве-
ществ, как алмаз, нитрид бора, окись алюминия и нитрид кремния, в монокри-
Стальной форме или в виде порошков и спеков порошков, в качестве лезвий-
ного инструмента, шлифовальных кругов, суспензий, паст н др. К основным
группам относятся инструменты на основе алмаза, нитрида бора, минералоке-
рамики, а также суспензии и пасты из порошков сверхтвердых веществ.
15.4.1. Инструменты на основе алмазных порошков
Для изготовления инструментов из алмазов естественного и синтетического
Нроисхождения применяются идентичные методы. в„„иЫТ ичпе-
Алмазные порошки, являющиеся основой производства абРаа nv.
лий, а также спеков, идущих на изготовление лезвийного инстру тости
(габ ВИдов п°ликристаллических изделий, классифицируются п P
Ас Шлифзерно и шлифпорошки из синтетических а™азов “^^^^^этих
бу£ва «икропорошкн — буквами АСМ; цифра зернистости т
Т.«л.«. 15.5. “°»етю I‘W1
Марк» минвралок^р>мнхя Страна Фирма-изготовитель Вид минералокерамики
ССТ-707 SA-66 (60, 76) НТ-1 Widalox НРС НРС-А2 RVX Сегас НС20 нсзо ЦМ-332 ВШ ВЗ ВОК-60 ВОК-63 США ФРГ ФРГ ФРГ Япония Япония Швеция Франция ГДР ГДР СССР СССР СССР СССР СССР «Carborundum» «Feldmunde» » «Krupp» «Nippon» «Tungsten» «Fagersta». «Ugine carbon» «Hartmetal werke» Hartmetal werke Союзтвердосплав ВНИИАШ Союзтвердосплав » » Оксидная » Оксидно-карбидная Оксидная » Оксидно-карбидная » Оксидная Оксидно-карбидная » Оксидная » Оксидно-карбидная » »
Примечание. Оксид - А!,О,. карбид - V7C, Мо,С или TiC.
Технические природные алмазы используют для заточки и доводки режу-
щего инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов и для других
доводочных операций, для обработки шлифованием твердосплавных изделий —
штампов, валков и др- (60—70 %); правки шлифовальных кругов (~ 10 %);
изготовления алмазных фильер, наконечников твердомеров, резцов, стеклоре-
зов, правящих карандашей и игл (1,5—2 %); изготовления бурового инстру-
мента (~ 10 %) я для обработки неметаллических материалов — камней, стек-
ла, фарфора, монокристальных полупроводников 12 %). Для тех же целей
используют и синтетические алмазы.
Алмазные резцы из природных монокристаллов, а также из синтетических
алмазов типа баллас (АСБ) и карбонадо (АСПК) могут эффективно применяться
при обтачивании и растачивании изделий из цветных металлов и их сплавов,
* нз «^Фаллических материалов и пластмасс.
Основным преимуществом алмазного лезвийного инструмента, кроме его
твердости и абразивности, является высокая его способность к тепло-
(см. табл 1 бТ) МН0Г° ₽аз пРевосхоДит другие инструментальные материалы
!/оиокпистялчп^ К™?°^адо теплопРов°Дностъ несколько ниже, чем у природных
Циент Р-гоения бллЛгаД°СТЬ Н ПР°ЧНОСТЬ их практически одинакова; коэффи-
сколько выше чем гппиплпре С миогими обрабатываемыми материалами не-
бонадо препятствует доводке режушей^пп?^5 ММ' СтРУктУРа балласов и кар-
который достижим при заточке инструмента до класса чистоты,
кромки лежит в пределах 7_я гл Родным алмазом; у балласов шероховатость
Поэтому они ие могут быть не™’ЛЛ J0”1 i-го классов чистоты,
ки цветных металлов. Пока на этих оп^я^а операциях Декоративной обработ-
кой монокристальный алмаз и как ппЛаРЛЦ Х опРавлал себя только природ-
реацои И pe»„„„ pe,X₽npTa ««S' XS
T. г/см* Твердость аи ’О’, ГПа °сж , ю», ГПа
3,93—3,95 HRA 96,5—96,9 Ял. ед
3,90—3,92 HV 2400 ГПа * • в
4,25—4,30 HV 3000 ГПа 6П 7Л 400
3,9—3,95 HR А 91—92 450
3,97 HRA 93—94 70 * •
4,2—4,25 HRA 93—94 75 • « »
6,0 . . • » » »
3,9 HR А 91—93 30—50 • • г
4,34 HRA 92—94 30—50 • • г
5,31 HRA 92—94 30—50
3,85 HRA 90 30—40 500
• * • 50—60
4,5—4,6 HRA 92—94 45—70
4,2—4,3 HRA 92—94 60—75
1 HRA 92—93 65—75 * » •
Сила резания при обработке резцами из балласа в 1,5—2 раза меньше
чем при обработке твердым сплавом цветных металлов и абразивных пластмасс’
и, что особенно существенно, сила резания не меняется в процессе работы, *
Для резцов используют кристаллы природных алмазов от 0,2 до 0,75 карата.
Размеры балласов и карбонадо могут быть существенно большими. Такие кри-
сталлы допускают 6—10 переточек. Стойкость резцов для- разных обрабатывае-
мых материалов и режимов резания различная и колеблется в пределах 25—200 ч.
Монокристальные алмазы, как и поликристаллы типа балласов и карбо-
надо, хрупки, поэтому могут использоваться только иа операциях гладкого
точения.
В практике производства алмазного лезвийного инструмента используются
синтетические балласы и карбонадо. Алмаз при повышенных температурах
заметно растворяется в железе, поэтому алмазный лезвийный инструмент не
следует применять для обработки стали и чугуна. Прочность и твердость моно-
кристальных алмазов различна в разных направлениях. В соответствии е макси-
мальной плотностью упаковки атомов сетчатые плоскости октаэдра имеют мак-
симальную твердость. Несколько меньшей твердостью обладают сетчатые плос-
кости ромбододекаэдра и еще меньшей куба. В сетчатых плоскостях соответ-
ственно существуют направления наибольшей и наименьшей твердости. Эту
анизотропию свойств необходимо учитывать, выбирая при обработке алмазов
«мягкое» направление, а при их использовании в режущем инструменте «твер-
дое» направление, соответствующим образом ориентируя кристалл в зависимо-
сти от его назначения при обработке.
Резцы для алмазного точения бывают двух видов: с напайными алмазами
и механически закрепленными. Для резцов обычно используются алмазы от
0,2 до 0,75 карата.
Алмазные резцы с одним прямолинейным режущим лезвием применяют для
Расточных работ; при этом необходимо использовать охлаждающие эмульсии.
Резцы с круглой формой режущего лезвия используют для обработки изделии
из резины, пластмасс и цветных металлов. Резцы е несколькими режущими лез-
виями или же со специальной формой заточки используют при обработке п(
фильных поверхностей. Резцы с длинным режущим лезвием используют р
обработке деталей врезанием. Резцы с прямолинейным и круглым лез
используют также для наружного точения. „„„„.„а mvnnbi
Для резцов применяют технические кристаллы шестой и р
п° техническим условиям 4086—52 Министерства финансов СССР и мин н
Таблвца 15.6. Обозначение номеров зернистости абразивных материалов
» метрической и дюймовой системах [467]
Группа Обозначение номера зернистости Основная фракция
По ГОСТ 3647—59 (в 0,01 мм) В дюймо- вой системе Алмазный порошок во ГОСТ 0206—59 Прокодящая через сито е номинальным размером стороны ячейки в свету, мкм Остающаяся на сите с номинальным размером сторону ячейки в свету, мкм
Шлнфзерно 200 160 125 100 10 12 • ь * л 2500 2000 2000 1600
16 1600 1250
20 1250 1000
80 24 юоо 800
63 30 • • 800 630
50 36 А50 630 500
40 46 А40 500 400
32 54 А32 400 315
25 60 А25 315 250
20 70 А20 250 200
16 80 А16 200 160
Шлифпо- 12 100 А12 160 125
рошкй 10 12о АЮ 125 100
8 150 А8 100 80
6 180 Аб 80' 63
5 230 А5 63 50
4 280 А4 50 40
3 320 40 ? «У
Микро М40 М40 АМ40 40 28
порошки М28 М28 АМ28 28 20
М20 М20 АМ20 20 14
М14 М14 АМ14 14 10
М10 №10 АМ10 10 7
М7 М7 АМ7 7 5 3
М5 М5 АМ5 5
• Йе .» * АМЗ $ 1
* W AMI 1
Таблица 15.7. Геометрические параметры алмазных резцов [10]
Обрабатываемый материал Тр, град ар. град Ир. ми
Латунь, сплавы, От 0 ДО —3 . 8—12 »»»
Й' тмМ“в алюминиевые сплавы, титан специальные пластмассы титан, От —3 да —5 6—8 0,2—1,8
____ ,_________ 4___ - "*
Примечание. Величину <₽р в большинстве случаев выбирают равной 45 а пра
обработке деталей е уступами или же недостаточно жестких этот угол доводят до 60 нлв 90 •
Угол Фр принимается до 10—15 а иногда до 45 °.
Таблица 15.8. Рекомендуемые режимы резания при алмазном точении [4671
Обрабатываемый материал —— ахлпспии [40/ J . Режимы резания
Ор, м/мнв Sp, мм/об k р, мм
Алюминий □главы алюминия Латунь Габбит Бронза оловян истая Бронза свинцовистая Медь Титан Пластмассы Специальные пластмассы (типа К211-3) 400—500 600 400—500 400—500 300—400 800 350—500 100—300 500—700 100—150 0,01—0,05 0,01—0,05 0,02—0,07 0,02—0,05 0,03—0,05 0,02—0,04 0,01—0,04 0,02—0,05 0,03—0,06 0,02—0,03 0,01—0,15 0,05—0,10 0,03—0,06 0,05—0,15 0,05—0,25 0,025—0,05 0,01—0,30 0,03—0,05 0,05—0,3 0,05—0,15
ства цветной металлургии СССР и имеющие форму октаэдра, ромбододекаэдра
или переходные формы от октаэдрической к ромбододекаэдрической.
Алмазы, предназначенные для изготовления резцов, подвергают разрезке
в «мягком» направлении сетчатой плоскости куба либо ромбододекаэдра, ис-
пользуя в качестве режущего инструмента бронзовые диски толщиной в 0,04—
0,2 мм, шаржированные по режущей кромке алмазным порошком АМ40 в олив-
ковом масле. Диски имеют диаметр в 75—90 мм. Число оборотов диска при
разрезке достигает 6000 в минуту.
Огранка алмазных заготовок также производится в «мягком» направлении
в плоскостях куба либо октаэдра. В качестве инструмента при огранке на опе-
рациях предварительного шлифования используют алмазно-металлические кру-
ги типа АПВ зернистостью А4 и А5 100 %-ной концентрации, на операции окон-
чательного шлифования — чугунные диски, шаржированные алмазным порош-
ком зернистостью АМ40 и АМ28, и на операциях доводки — чугунные диски,
шаржированные алмазным порошком зернистостью АМЗ—АМ10. В «твердых»
направлениях разрезка и огранка невозможны [10, 489]. Это замечание не рас-
пространяется на разрезку и огранку балласов и карбонадо.
Монокристальные алмазы, наряду с балласами, широко используют для
изготовления волок. Волоки алмазные изготавливаются четырех типов: ОМ—
для холодного волочения очень мягких металлов и сплавов с прочностью ов
до 0,2 ГПа (алюминий и др.); М — для холодного волочения металлов и спла-
вов с ов 0,2—0,5 ГПа (медь, серебро, золото, платина); П — Для холодного
волочения металлов и сплавов с ов 0,5—1 ГПа (латунь, бронза, никель, кон-
стантан И др.); Т — для холодного волочения металлов и сплавов с ор > 1 ГПа
(сталь, нихром) и для горячего волочения вольфрама и молибдена.
Наибольшая стойкость у волок, в которых капал направлен вдоль осей
второго и третьего порядка симметрии.
Огранка волок производится так же, как и огранка и заточка алмаз
резцов. Первичное сверление отверстия в алмазе обычно выполняется эле тр
искровым способом. Последующее сверление и обработку канала
алмазным порошком в сочетании с вращательным движением плати -р
вой иглы с возвратно-поступательным движением самого алмаза, кр . е
ческого сверления используют более производительное »®®ktP_ VK)T ал.
и ультразвуковое сверление. Канал волока диаметром до 0,3 мм РУ
Мазным порошком также при вращении алмаза и возврати - У
Движении стальной иглы. , ' __„ . использованием
Волоки е диаметром канала более 0,3 мм обрабатывают дМЮ. Ал-
стальной нити, шаржированной алмазным порошком зер возвратно-
му сообщается вращение в 2000 об/мин и в то же время нити воз р
„„„„ гл гкопостыо 2000 двойных ходов в минуту. Алмазу
ооступательное^движентшм £же колебательное перемещение относительно оси
ЖиТ“?гл£ «^ц^ез Смазные волоки применяю» различные твердые
в жидкие смазки ппвепХИости применяют алмазные иглы, изготав-
Дли измерения чис™™ "°взр алма3ных монокристаллов. Иглы готовят
ливаемые также с «спольз°аа^ине“ = в 0,002-0,010 мм.
с радиусом закругления Р няе игл имеют диаметр 0,6—0,9 мм при длине
₽ Алмазы, идущие иа нзготовленне игл^и»щют_д * 0,18-0,6 ка-
1,5—2 мм или диаметр 1»0 1, Р яаконечников твердомеров (ТК, ТП,
para идут на ТК представляют собой закрепленные в сталы
Жра^ХТные конус?с углом вР 120», вершина которых переходит в полу-
сферу радаусом в 0,2 мм. оснадены алмазными четырехгранными пира-
Наконечники к пр р* 135°30‘. Такими же наконечниками снабжены
S'SSJoJkSXpb (пЫ только алмазы в втом случае применяются в 0,05-
°,18йаЛеТклорезах используют алмазы в 0,02-0,20 карата. Алмазам стекло-
резов падают Й>МУ четырехгранной пирамиды с углом при вершине между
П₽ОХТ^ХиИшл?^Тальных°кругов также используются монокристальные
^Виды правящего Тл^ного^^ алмазно-металлические каран-
даши* алмазные зерна с естесгаенными гранями, закрепленные в оправах, ис-
кусственно ограненный алмазный инструмент в виде резцов и игл; алмазно-
металлический инструмент, изготовленный из алмазных порошков (ролики,
бруска я др.). .
Алмазно-металлические карандаши представляют собой алмазно-металли-
ческие вставки, запрессованные в металлическую оправу. Во вставках алмазы
располагаются либо хаотически (Н-тип), либо послойно (С-тип), либо иепочкой
вдоль оси карандаша (Ц-тип).
Типы подразделяются на марки в зависимости от крупности применяемых
алмазов. К — с крупными алмазами; С — со средними; М — с мелкими алма-
зами; НМ — с наиболее мелкими кристаллами и НМУ — наиболее мелкими
кристаллами удлиненной формы. В карандашах марки ЦК применяются тех-
нические алмазы пятой группы, во всех остальных — алмазный борт десятой
группы (ТУ 4086—52).
В последнее время в практику вошли алмазные карандаши и других типов.
Алмазы в оправах применяют более высокого качества (технические алма-
зы пятой группы по ТУ 4086—52). Они в оправках либо зачеканиваются, или
же крепятся механически, а иногда впаиваются с использованием медно-цинко-
вого, цинко-алюминиевого либо серебряного припоя. Из-за дефицитности алма-
зы в оправках для правки применяют редко, хотя они и лучше алмазных каран-
1 ограненные алмазные инструменты применяют только при правке
и профилировании шлифовальных кругов со сложным профилем.
оправкеатакжеЙпаИйкой.ИфОВаНИЫЙ кристалл алмаза закрепляется в стальной
лится точ₽няТмИ1?тлпЛЛНЫХ кругов всеми видами этого инструмента произво-
мзмьгхп АРавка алмагУВ0'металлическнм инструментом иэ ал-
проФилноовянный ^ЛЯ ЭТ0$ цели используют специально
ваемой Рп₽тяпиЫв пР°Филь которых соответствует профилю обрабаты-
стойкость алмячны» ^плпи11010 KPJra специального вазначения. Размерная
алмазного иимпим^ роликов в 20 100 раз превышает стойкость правящего
в процессе шлифования ВИДОв- Ик можно применять непосредственно
порошковГн^спХЬалХЬхЯс^яП3РаахЯЩИе бРУСКИ> изготавливаемые из алмазных
м»нт0Л^ЗИые бРУ5ки применяют не только для правки абоазивного йнстру-
’ и для обработки деталей хонингованием на стадии отделочной обра-
472
(б““ “-™- •
Стойкость алмазных хонинговых брусков очень выспчя „„„х
обработке мягких металлов. В частности, при обработкецилХпоТхпРИ
Жо т. ПО] К°МПЛеКТа .аЛМаЗПЫХ Хонов обесПеЦчИЛлаНДРо°браб^Лку
Высокая стойкость и абразивная способность алмазных хонинговали™,
брусков позволяет их использовать не только на доводочных оптациях «А
и существенно снизить большие обычно припуски (до 0,2 0 3 мм) ц ях’ н0
Алмазные бруски выпускают зернистостью от 200/160 до 7/6 ия „
марок А, АСВ, ДСП, АСО, на металлической, органической и керамической
связках 25-100 %-ной концентрации. Бруски из эльбора изготавливаютТет-
нистостью ЛМ 40-ЛМ-14 на керамической связке, бруски е большей зернисто-
стью — на металлической связке. Из алмазных порошков изготавливаются
также надфили разной зернистости с прямоугольной, круглой, полукруглой
овальной, трехгранной, ромбической и другими формами поперечного сечения’
Для электроалмазного сверления выпускаются алмазные сверла, состоя-
щие из металлического корпуса трубчатой формы, на торце которого’ методом
спекания фиксируется алмазосодержащий слой.
Сверла изготавливают из природных или синтетических алмазов марок АСВ
АСК, АСС зернистостью 400/315-80/63, 100 %-ной и 150 %-ной концентрации
на связках МС2, МВ1, МВ1К и др. Высота алмазосодержащего слоя 3—5 мм
и ширина 1—2 мм.
Большие преимущества имеют алмазные инструменты перед обычными
на операциях разрезки и шлифования неметаллических материалов. Разрёзка
производится специальными абразивными кругами или ленточными пилами
с алмазными покрытиями. Алмазный круг представляет собой тонкий стальной
диск со сплошным или прерывистым алмазоносным режущим слоем. Для изго-
товления отрезных кругов применяют алмазные порошки зернистостью от А80
до АМ20 и 100 %-ной концентрации.
На операции разрезки неметаллических материалов стойкость алмазных
кругов в 100 раз превышает стойкость карбидокремниевых. На операции обра-
ботки ферритов при скорости 27—35 м/с, глубине резания 0,7 мм, продольной
подаче 8 мм/мин и поперечной подаче 0,6 мм/ход удельная производительность
алмазных кругов увеличилась по сравнению е обычными абразивными в 75—
80 раз.
Алмазные пилы, оснащенные алмазоносным режущим слоем, широко по-
пользуются на операциях камнеобработки, а природные алмазы — в буровых
коронках, долотах и расширителях при проходке скважин в горнодобывающей
промышленности.
Лучшими алмазами для бурения являются карбонадо, затем шаровидные
баллосы и небольшие алмазы округлой формы. На изготовление бурового ин-
струмента расходуется до 10 % общего количества добываемых в мире техни-
ческих алмазов.
60—70 % алмазного инструмента используется на операциях заточки и до-
водки режущего инструмента из твердых сплавов и быстрорежущих стале
и шлифовки изделий из твердых сплавов. Для этих целей используются гла
иым образом синтетические алмазы. _ .
В большом объеме используют для тех же целей эльборовый пе_
ный инструмент. Алмазные шлифовальные круги состоят из корпу_ Р _
ленного с ним алмазоносного слоя (кольца). Корпус обычно изг шкэ
из стали, дюралюминия или же прессуется из алюминиевобакелито Р сс0.
(90 % алюминия и 10 % пульвербакелита); иногда применяется и нластмассо
»ый корпус, например из термореактивной смолы А1 -4. я либо
Алмазные круги изготавливаются на органической, металлической лиоо
керамической связке [276]. . «прпятся к корпусу
Алмазоносные кольца в кругах на органической связi - Р или же
иапрессовкой, непосредственно в процессе прессован и ямической связке между
приклеиванием. В кругах на металлической либо керам
.. вносится промежуточный слой клеющего материала, обе^.
корпусом и кольпом вносите Р У алмазоносйЫМ кольцом. Форма, теоме,.
печивающий в алмазоносного слоя шлифовальных алмазных кру.
рические ₽азмеР“ Иг^ 9770-61 и дополняющими его нормалями,
гов предусмотрены 1U-1 Л, wax на органической связке состоит из алмазного
Алмазоносный мой в W соб₽й смесь НОВОлачной смолы с уротропи-
порошка, связк“’ "Р,едситана’ „нитом — карбида бора, зеленого карбида крем-
вом (пульвербакелит), “ напол 0 р Г0Х тугоплавких соединений. Эф-
^иХКТвведениеДЗв’ Уставе наполнителя твердой смазки (халькогениды ме,
таллов). наполнителя кругах на органической связке
К В 3аХТт°яСкТИБ°1Т- сХбидам порошком; БЗ _
* ВКаалмТныДх°Мкругах используют медно-
оловянную "во % меди, 20 % олова), железоцикелевую ' и кобальто-вольфра-
мовую.
Круги на органической связке об-
ладают более высокими режущими свой-
ствами, чем круги на металлической,
связке, однако для первых характерен;
более высокий удельный расход алма,
зов, поскольку в органической связке
зерна алмазов слабо удерживаются ад-
гезионной связью и вываливаются за-
долго до их существенного износа.
В металлической связке адгезион-
ная связь зерен алмаза более прочна.
Для обеспечения существенного по-
вышения адгезионной связи между ма-
териалом связки и алмазными зернами
последние, как правило, металлизуются.
Еще в большей степени повышается из-
носостойкость алмазных кругов в том
случае, если вместо обычных алмазных
Таблица 15.9. Объемное
содержание алмазов, наполнителя
и связки в алмазоносном слое (%)
Кончен- грация алмазного круга Компоненты алмазного слоя
Алмазный порошок Наполни- тель Связка
25 6,25 43,75 50
50 12,5 37,5 50
100 25 25 50
150 37,5 12,5 50
порошков применять агрегированные металлизованные алмазные порошки по
технологии, разработанной в ИПМ АН УССР.
Алмазные круги изготавливают с разной концентрацией алмазов в алмазо-
носном слое: в 25, 50, 100 и 150 %.
В кругах 100 %-ной концентрации содержится 0,878 мг алмаза в I мм8
слоя или 4,39 карата в 1 см3, что соответствует объему, занимаемому в кольце
алмазами в 25%; в кругах 50 %-ной концентрации — 0,439 мг в 1 мм3, что
соответствует объему, занимаемому алмазами в кольце в 12,5 %..
В табл, 15.9 приведены составы алмазоносного слоя в шлифовальных кру-
гах с разной концентрацией алмазов.
Массу алмазов (в каратах) в круге определяют по формуле
т = Рш • Уч
где р„ — концентрация алмазного круга, %; V — объем алмазного кольца, мм\
таОл’ ‘5-1" приведены рекомендации к выбору зернистости шлифоваль-
Х в зависимости от чистоты обрабатываемой поверхности [467].
пОим₽ХШИ±”КЗ _обычяой маркировки шлифовальных алмазных кругов иа
X 32^С8К1ад м ₽ чашечного конического крУга АЧК125 X 10 X 3 X *
._32АС8Б 1-50-24 с № 354: АЧК — алмазный крут чашечный, конический;
125 - наружный диаметр круга, мм; 10 - ширина алмазного кольца, мм:
4 - толщина алмазоносного кольца, мм; 30 - диаметр посадочного отверстия,
ва’_ _ . синтетические алмазы; А8 — зернистость алмазного круга; Б1 связ-
ка органическая (бакелитовая) с наполнителем из карбида бора: 50 — концепт*
аВ алмазо«осн°м слое, %; 24 - количество алмазного порошка,
караты; 354 — заводской номер круга.
таблица 15.10. Зернистости шлифовальных кругов в аавигнмллти n_ s _
$°07ы обрабатываемой поверхности [467] ₽У зависимости от требуемой
"Чистота поверхности ,ПоГОСТ 2789—59 Зернистость Связка
До V? л $8-V9 До ^8 „ ^9-^ 10 ^10-V и «-11-^12 ^12-Т13 АС20 и крупнее АС16, АС12, АСЮ, АС8 АС20 и крупнее АС16, АСЮ, АСЮ, АС8 АС8, АС6, АС5, АС4, АСМ 40 АСМ40, АСМ28, АСМ20, АСМ 14 АСМ 14, АСМ 10 АСМ 10, АСМ7 Металлическая Органическая »
Очистка от засаливания алмазного круга производится и химической обра-
боткой в разбавленной азогнои кислоте с последующей нейтрализацией в вод-
ном растворе соли и нитрида натрия [467].
15.4.2. Инструменты на основе нитрида бора
Режущий инструмент изготавливается из сфалеритной (кубической) и вюр-
цитной модификаций нитрида бора.
Эльборовые поликристаллические спеки (эльбор-Р) особенно эффективно
использовать при изготовлении резцов, предназначенных для обработки сталь-
ных и чугунных изделий.
При обработке закаленных сталей высокой твердости по износостойкости
режущий инструмент из эльбора-Р во много раз превосходит твердосплавный
и минералокерамический инструмент. Это преимущество, однако, утрачивается
с переходом к обработке сталей со все более пониженной твердостью.
Благодаря высокой твердости и износостойкости эльборовые резцы в ряде
случаев обеспечивают возможность с сохранением класса обработки заменить
операцию шлифования операцией точения. При этом не только достигается
существенное повышение производительности труда, но и исключаются при-
жоги, шаржирование и перерождение поверхностного слоя обрабатываемого
материала, свойственные шлифованным изделиям.
Ниже приведены оптимальные геометрические параметры режущей части
эльборового резца [560]:
Геометрия резца
У= 10-5-15°, а =15-5-20°,
ах= 10-т-15о, А.р = 0-?-5°,
/?_ = 0,3-4-0,4 мм,
<р'= 15-4-20*
<р = 39°
Ф = 45°
Ф = 60°
Рекомендуемые условия работы
Чистовая и получистовая обработка стали
с твердостью более 45 HRC при подачах
0,08 мм/об:
при особо жесткой системе «станок
инструмент — деталь» и при работе е ма-
лой глубиной резания
при достаточно жесткой системе
при недостаточно жесткой системе
В табл. 15.11 приведены рекомендуемые режимы резания резцами
00рЗ»Р г
Эльбор-Р рекомендуется использовать на следующих ^P^^^g^^ecro
отверстий размером в 5 мм и больше в деталях из эак^енны ст-деталях
шлифования; расточки отверстий е одновременной поДР® ппиПуСка при пред-
® закаленной стали вместо шлифования; снятия основ Р адЛавОв взамеа
РИтельной обработке деталей из закаленных стал®” . чугуна; обработки
Зернового шлифования; прецизионной обработки деталей из у У
Таблица 15.11- Рекомендуемые режимы реза ния резцами цз эль Зора [560]
Обрабатываемый материал Вид обработки Марка эльбора-Р ‘ тапиуы, Ер> М/мии/1
Сталь закаленная (HRC 55—67) Сталь закаленная {HRC 40-60) Чистовая Тонкая Получистовая Чистовая Тонкая Композит 01 Композит 01 Композит 05 Композит 05 Композит 01 80—160 120—180 80—120 80—1,20 80—120 и
Сталь термически необ- работанная Получерновая Полу чистовая Чистовая Тонкая Композит 05 Композит 05 Композит 05 . Композит 01 60—80 80—120 120—200 , 200—300
Чугун серый (НВ 200) Получерновая Получистовая Чистовая Компози! 05 ? Композит 05 Композит 01 150—250 „ 300—400 * 400—500
Чугун высокопрочный <НВ 600) Получерновая Получистовая Чистовая Композит 05 Композит 05 Композит 01 100—200 200—300 - 300—500 « ЧГ
Примечание. Композит 01 — поликристаллнческий спек из Чистоте кубического,
«ееямв.
деталеб из высокопрочных сталей вместо их шлифования, обеспечивающей суще-
ственное повышение их усталостной прочности.
Для указанных операций обработки выпускаются эльборовые резцы пря-у
мне, проходные, подрезные, отогнутые, расточные и резьбовые»
Эффективно применение резцов из эльбора-Р в условиях непрерывного
точения, однако из-за повышенной хрупкости и низкого значения коэффициент^
'вязкости разрушения К1С эти резцы непригодны в условиях прерывистого’
точения. Эльбор также применяется для изготовления хонинговальных брусков*
для суперфинишной обработки. Эльборовый шлифовальный инструмент широко?
используют также для заточных и доводочных операций при изготовлении режу-
щего инструмента из твердых сплавов и быстрорежущих сталей, а также для
шлифовки различных изделий из твердых сплавов. На основе смесей кубичен
ского и вюрцитного нитрида бора в ИКФ АН СССР разработаны сверхтвердые
материалы типа ПТНБ (марки Р 20/251, 11-5 МК и 11-ЗМКТ) для лезвийного
нструмеита. Они имеют высокий коэффициент вязкост» разрушения 40)
пРЙМеияться в режимах как гладкого, так и прерывистого точения дета-
Х«.™ ВД^Г'0Ка₽б“АИЫ:! твердых сплавов, закаленных сталей, чугунов,
большей " 11ветных ст,лавов на основе меди и алюмипия. Наи-
спеками мелкоз₽пнигтлглИ,.*>Л3аНИИ °бладают резцы в поликристаллическими
кубического нитпяпЯТблп стР°ения- Увеличение зернистости в исходной смеси
резц^иХ^
данные оПбРИЭк°спРлачбаОТКе Эакал= '--Гуатери^оГПТНБ^бО^воЙК
в табл 15.12. уа1гавдоиных характеристиках материалов ПТНБ приведена
«ит-Р.^готовлеЯ""^ мбЛЗГТ свеРхтвеР Дый материал, гекса-
гии, разработанной ИПН АН veep8 вМ°Л1^икации нитРиДа бора по техноло-
«ой модификацией"нитвидаLa nL™%*a30Bb,ft состав представлен вюриит-
ВОЙ, содержащейся в гексаните Р в высок°ДиспеРсной связующей осно-
вой модификацией-— продуктом частичХп ж,е’ пРевышающем 50 %, и сфалерит
родуктом частичного фазового перехода вюрцитной формы-
476
-"^НИЯ _ , Качество обработки *
*р. ““ Sp, ми/об Rx, мкм Класс точности
0,2—0,6 0,04—0,08 0,63—1,25 О
.0,05—0.2 0,02—0,04 0,16—0,32 1
1—2 )0,5— 1 0,12—0,2 0,04—0,1 1,25—2,5 0,63—1,25 3—4 п
0,1—0,3 0,02—0,06 0,16—0,32 1—2
2—3 0,2—0,4 0,12—0,20 2,5-5,0 1,25—2,5 3-4
0,5—2 0,04—0,10 0,63—1,25 2
0,1—0,5 , 0,02—0,06 0,32—0,63 1—2
3—4 0,2—0,6 5,0—10,0 4—5
2—3 0,12-0,4 2,5—5,0 3—4
0,2—1,0 0,04—0,1 . 0,63—2,5 1—2
3—-4 0,2—0,4 2,5—5,0 3—4
1—2 0,12—0,2 1,25—2,5 2—3
0,1—0,8 0,04—0,12 0,32—1,25 1—2
нитрида бора; композит 05 — поликристадлическнй спек из кубического нитрида бора с при-
Таблица 15.12. Эксплуатационные характеристики марок ПТНБ [561]
Исходные материал для синтеза Обозна- чение поли- крист алли- ческого спека Марка Область применения Примечание
Смесь КНБ и ВНБ ПТНБ Р 20/25 Д Обработка закален- ных сталей, чугунов и сплавов цветных металлов Непригоден для преры- вистого точения
Смесь КНБ и ВНБ ПТНБ 11-5МК Обработка закален- ных сталей, чугунов, стеклопластиков, керметов, никеля и сплавов цветных ме- таллов Может использоваться как при гладком, так и при прерывистом точе- нии
Смесь акти- вированных КНБ и ВНБ с примесями ПТНБ п-змкт То же При обработке преры- вистых поверхностей стойкость в 1,3—1,4 ра- за больше, чем I1-5MK
В режимах прерывистого точения он превосходит по износостойкости все мо-
дификации ПТНо, однако в условиях непрерывного точения, на операциях обра-
о°1Кн особо твердых закаленных сталей несколько уступает по износостойкости
°РУ-Р и другим его модификациям (бельбор, эсмит), основой которых явля-
впД б°лее твердая кубическая модификация нитрида бора, и существенно пре-
сх°Дит по износостойкости эти материалы на операциях обработки сталей с
Материал резца Обрабатываемый материал Др, км ^об> мии Класе шера, ховатомги обраба/и. ваемой поверхности
Т15К8 Сталь У8 (HRC 62) 0,08 0,16 1,0 2,0 Чб
ВК8 » 6^5 81,0 об
Гексанит-Р Т15К6 » Сталь ХВГ (HRC 60) 0,07 0 2 0,9 2,0 (ба 6а
ВК8 > 8,8 110,0 8б
Гексаинт-Р » 0,4 8 4 5,0 105,0 6а
Т15К6 Сталь 45 (HRC 52) 8б
ВК8 Т15К6 ВК8 Гексанит-Р > Сталь 40Х (HRC 46) в » 0,56 0,80 8,4 7,0 10,0 105,0 6а 6а 8б
Твердый сплав ВК20 (HRA 82) 0,30 10 7 т.
Таблица 15.14. Режимы обработки резцами из гексанита-Р наплавок разной
твердости (561)
Твердость наплавленного слоя (HRQ Ор, М/мин sp, мм/об fcp, мм
20-30 100—120 0,12—0,15 0,7—1,0
30-40 80—100 0,1—0,12 0,5—0,7
40-50 50—80 0,7—0,1 0,3—0,5
50-60 30—50 0,05—0,07 0,2—0,3
РекомендУемые •Режимы обработки резцами из гексанита-Р,
сталей, чугуна и твердого сплава [561]
Обрабатываемый материал Режимы точения Средняя СТОЙКОСТЬ , резца., ' мин Класс шеро- хова- тости Примечание
м/мин «р, мм/об мм
Сталь ХВГ (HRC 62) Чугун СЧ21-40 (НВ 180—210) 50—150 0,02—2,0 0,1—0,й 90—40 8 Без применений
150—300 0,02—0,1 о, 1-0,8 100—60 6—7 сож . С применение^
Сталь ЗОХГСНА (HRC 46—48) 75—300 0,02—0,1 б,Г—0,5 100—60 8 СОЖ Без применения
Сплав ВК-20 plRC 84) 25—50 0,02—0,1 0,05—0,15 30—15 8-9 сож То же
Лрвиечавве. СОЖ-смазочна.ОХлаждаЮЩая Жидко№(1
478
Алиаа 15.16. Геометрические параметры резцов из гексанита-Р [561]
Т пыр езиов Геометрия резца, град /?р. мм
т а «4 ч> ф° V
проходные расточное Подрезные резьбовые От —12 до —15 —8 —5 0 15 15—20 9 8 15 15 9 8 35 10 50 60 35 30 50 60 0 0 0 0 0,6—0,8 0,4—0,6 0,4—0,6 0,4
„ердостью ниже HRC60. Гексанитовые резцы рекомендуется использовать на
обработке твердых сплавов, наплавок из сормайта и других подобных наплавоч-
ных материалов, закаленных сталей с НВ 0,55—0,65 ГПа, чугунов с НВ 2—7 ГПа,
(плавов цветных металлов и пластмасс.
Повышение скорости резания резцами из гексанита-Р снижает величину• уси-
лия резания, что объясняется повышением температуры обрабатываемой поверх-
ности детали. В табл. 15.13 представлены результаты сравнительных стойкостных
испытаний резцов из гексанита-Р и из твердых сплавов ВК8 и Т15К6.
Резцы из гексанита-Р, как и резцы из эльбора-Р, эффективно использовать
на операциях точения вместо шлифования. Однако резцы из гексанита-Р, обла-
дающие большей ударной вязкостью, чем резцы из эльбора-Р, можно применять
и на черновых операциях точепия твердых наплавок.
Таблица 15.17. Влияние количества нанесенного при металлизации металла на
удельный расход эльбора [468]
Металлизация медио-ееребряно-титановым сплавом Металлизация никелем
Количество нанесенного металла, мае. % Удельный расход эльбора, мг/г Количество нанесенного металла, мае. % Удельный расход эльбора, мг/г
Зернистость 80/63
10 0,50 10 0,90
100 0,28 100 0,29
Зернистость 125/100
10 1 0,52 10 1 0,52
100 1 0,58 100 0,34
Зернистость 160/125
10 0,17 10 0,23
100 0,46 100 0,29
ра,Иойтабл' 0 15.15 представлены рекомендуемые режимы точения наплавок
раметпмТВеРДОСТИ Резцами из гексанита-Р разных сталей. Геометрические па-
8 табл |5r®gCaHHT0BbIX резцов, выпускаемых промышленностью, представлены
^т^по обРаботке резцами из гексанита-Р может быть достигнута шерохова-
ЧаЮш₽а веР*н°с™, не превышающая 0,08 мкм при точности обработки, отве-
В п01~2'Му классУ-
ванием _Следиее время широко применяются шлифовальные круги е использо-
"а °пеоапиаЧеСтве свеРхтвердой фазы различных модификаций нитрида бора.
0ДИако они Х Заточки и правки применяют эльборовые шлифовальные круги,
и не пригодны для обработки твердых сплавов, мииералокерамики
IS-18- «и—— геК,а"",а'*’ ,ЛЬбОра и кубанита [56Ц
Зернистость порошка» кк Механическая прочность зерна ,
Гексавит-А Эльбор Кубанит
ла лп КР ] ко
1000/800 18000 Л •- 4S » - и 4 ' * • е
800/630 15000 д л г
630/500 10900 У*!*
500 400 6800
400/315 4700 ’V
315 250 3100 610 < _ Л
250/200 200 160 160/125 125/100 100/80 80 63 63/50 50/40 1400 1300 950 700 540 390 320 270 230 230 210 200 180 • » « 510 430 370 310 280 240 610 510 430 370 320 280 250 290 270 250 230 210 200 190
л
Примечание. Порошки из эльбора и кубанита зернистостью выше 315/250 мкм н^,
выпускаются.
и других твердых и хрупких материалов, но имеют преимущества при обра|
битке закаленных труднообрабатываемых сталей и в первую очередь быстрой
режущих, легированных ванадием, кобальтом и молибденом. Это объясняете^
большой химической инертностью эльбора ио отношению к железным сплава»
и более высокой термостойкостью.
При изготовлении эльборовых кругов, как и алмазных, важно обеспег
чить максимально возможную прочность адгезионной связи между зернами
абразива и связкой. Использование металлизованных зерен существенно сни^
жает удельный расход эльбора при шлифовании (табл. 15.17). *
В ИПМ АН УССР и на Полтавском заводе искусственных алмазов и алмаз*
вого инструмента разработан ®овый вид шлифовальных кругов на основе тек?
санита-А [188]. Из этого материала изготавливают абразивные порошки зерни-
стостью от 1000/800 до I/O мкм, представляющие собой поликристаллы, пред-
ставленные в основном вюрцитной модификацией нитрида бора. Твердость этих
1^стигает 40—60 ГПа по Кнулпу, они имеют высокую прочность
Шлйфовальные круги из гексанита А на органических связках БСЦ
и ЬС-2 рекомендуются для черновой и чистовой заточки инструмента из быстро-
режущей стали без применения СОЖ.
И т™£2зм.еРы выпускаемых шлифовальных кругов из гексаннта-А
rnrPSIiai6 7т°л~70, Г0С* 16172~70, ГОСТ 16175—70, ГОСТ
JD1/O-— /О, 1ОСТ 16181—70.
15.4.3. Минералокерамика
материал на лриппвС<Т^И^еЛеМ инстРУменгальной минералокерамики является
керамики аостигяАтЛ^^2 алюмииия- Повышение режущих свойств минерало*
неиий. Наиболее шиопк^пп?1 В состав ДРУГИХ тугоплавких и твердых соеди-
В-3. В состав И»ЛР НЯЛЮТ МИнеРал°керамики марок ВОК-3 идЯ
я ЭД - м m Д & ВХОДИТ каРбид титана. Материал имеет твердость Яд sS
!500’С? СТсж =1^.1'8 ГПа’ °И=0.3-^0,5 ГПа, термостоек &
Рис. 15.3. Сравнительная стойкость режущего инструмента при
торцевом точении (ор = 150-г-55 м/мин; <sp = 0,3 мм/об; йр=
= 2,5 мм; Rp = 1 мм; й3 = 0,4 мм);
1 — силинит; 2 — ВОК 60; 3 — Т14К6
t о 0,5мм R=(j
S “ 0,11 мм/ов
Рис. 15.4. Стойкость силнинта при обработке резанием стали 45
сравнительная с вольфрамсодержащими твердыми сплавами (пр =
=® 150 м/мин; sp = 0,11 мм/об; Лр = 0,5 мм; /?р = 0)
Минералокерамики исех видов имеют повышенную хрупкость и поэтому
g. «’ходят применение в условиях непрерывного чистового, а в отдельных
стала* И п°лучистового точения. На этих операциях обработки закаленных
кеоям И ЧУГУНОВ е отбеленным поверхностным слоем лучшие марки минерало-
₽ Мйк имеют преимущества перед твердыми карбидными сплавами и перед
иисгпумеитом на основе кубического нитрида бора. Существенна улучшаются
инструментом и» j ВОК-63 после отжига.
свойства минеРал°кДра“п«тие° появится новый тип минералокерамик — сили/
™ “а“н».е »»трн« кремния Ь» 97 %?
В ХЛГЖЯ “мят окиолы.лю.иин», мягвяя я других металлов, ял/,
виды и нитриды титана и других “еталлов- материалов является силиниНР.
Типичным представителем этого класса м^валп _ 0,5-0,7 г^а
Он имеет микротвердость — 32 1 па, осж в
’^“э^мХи^иТпользуется в качестве режущего инструмента при обра-
Сотке термически необработанных и закаленных сталей, чугунов и цветных
МетТстГкоК=т=8^ У салинита выше, чем у мине-
валокерамик, он по своим вязкостным характеристикам все же уступает кар-
бидовольфрамовым сплавам на кобальтовой связке и поэтому может быть ис-
пользован весьма эффективно только на операциях чистовой и иолучистовой
обработки в условиях непрерывного точения.
На рис. 15.2—15.4 приведены сравнительные характеристики режущих
свойств силниита. Этот инструментальный материал имеет преимущества перед
карбидными сплавами и лучшими марками минералокерамик на операциях
обработки резанием широкого ассортимента сталей, чугуна и цветных металлов.
Ни операциях декоративной обработки алюминия, меди и их сплавов сили-
вит может служить эффективным заменителем природных алмазов.
15ЛЛ. Суспензии и пасты
Суспензии и пасты, содержащие микропорошки сверхтвердых материалов,
применяют на финишных операциях — тонкой доводке и полировании поверх-
ностей высокоточных изделий. Алмазные пасты и суспензии используют для
финишной обработки полупроводников (кремния и др.), оптики и других твер-
дых неметаллических материалов..
Алмазные пасты и суспензии нельзя применять для обработки металличе-
ских поверхностей и в особенности в парах трения из-за склонности к шаржи-
рованию обрабатываемой поверхности алмазными частицами. Для этого сле-
дует использовать пасты на основе гексанита либо карбида титана, не шаржи-
рующие обрабатываемую металлическую поверхность.
и ннЛой*"J™,,™ ”W"VaCTbI И3‘3,а тРУдн°стей, связанных с их стабилизацией
типпкпгл “ „ТраЦИей в них абразивных микрочастиц, не находят такого
в процессе исполыовянияа«пг?3ек°ДОбНЬ1е В твеРдые пасты, из которых уже
разбавлением до желаемой °5^Т быть пРИГ0Т0ВЛены жидкие пасты и суспензии
иоГХтХым TeTSL^™е/ЦИИ Разбавителями — бензином/кероси-
’одо!1 <’рг,'"га[,“" рас'
Сотки. " ’ пРИВ0Дятся зернистости паст для различных режимов обра-
обработки [ббЦ 19' ₽екомендУемые зернистости паст для различных видов
Зернистость пасты Rz, мкм
До обработки После обработки
160/125—50/40 60/40—14/10 14/10—5/3 3/2—0,5/0,2 Черновая доводка Получистовая доводка Чистовая доводка Полирование 1,25 0,2 0,063 0,02 0,32 0,1 0,032 0,01
ГЛАВА 16
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
16.1. Введение
Высокая твердость в сочетании е высокими физико-механическими свой-
ствами и износостойкостью современных спеченных твердых сплавов обеспечи-
вают их широкое применение в качестве эффективных инструментальных мате-
риалов для резания и обработки металлов давлением, бурения горных пород,
а также изготовления разнообразных деталей, подвергающихся интенсивному
износу (67, 449, 512]. Спеченные твердые сплавы представляют собой гетероген-
ные материалы, состоящие из зерен высокотвердых тугоплавких соединений
(карбидов, реже нитридов или боридов переходных металлов), сцементирован-
ных пластичным металлом-связкой. В качестве тугоплавкой фазы твердых спла-
вов наиболее широко используются карбиды вольфрама, титана, тантала, хрома
или их сочетания, а в качестве металла-связки — кобальт, никель, реже железо
и их сплавы.
Достижение высоких физико-механических и эксплуатационных свойств
твердых сплавов возможно лишь при использовании методов порошковой метал-
лургии. При этом' из дисперсных смесей порошков тугоплавкой фазы и металла
прессованием и последующим спеканием прессовок при температурах, суще-
ственно более низких, чем температура плавления тугоплавкой фазы, полу-
чают изделия необходимой формы и размеров. При спекании цементирующая
фаза плавится, растворяя некоторую долю тугоплавкой фазы либо изменяя
состав поверхностных слоев (оболочек) зерен последней.
В настоящей главе наряду с твердыми сплавами приведены также в крат-
ком изложении данные о технологии получения и некоторых свойствах инстру-
ментальных и в первую очередь быстрорежущих сталей, получение которых
методами порошковой металлургии позволяет устранить ликвационную неодно-
родность, улучшить структуру и существенно повысить свойства материала.
16.2. Технология изготовления твердых сплавов
и изделий из них
16.2.1. Общая характеристика технологии
Наиболее распространенным вариантом технологии производства твердых
сплавов является традиционная технологическая схема, включающ Р
Дни подготовки исходных материалов, формования заготовок из Рд рппых
йых смесей и последующего спекания [207, 511]. Поскольку спека Р я
сплавов происходит в присутствии жидкой металлической фазы, д г0
практически полное уплотнение материала, если обеспечены У » е* доста-
«мачиваиия компонентов и формирование структуры, ПРВД°ВРВД^" технологии
точно высокие механические свойства изделий. По этому вар "ассовом Мас-
УДается получать изделия е готовыми формами и размер' постижение
штабе. Однако в ряде случаев, когда основной вел^оря“ 7аданиой формы
®озможио более высоких механических свойств, а полу
Г...... <М. <-й-ЭТЯ,’-“
из твердых сила Технологические процессы Подготовка ис- ходных мате- риалов Смешивание Формование я последующее спекание ВОВ 107» 4ЬУ<» _ л - Технологические операции 1 Получение карбидов: а) вольфрама — синтезом из смеси вольфрама и сажи, б) титана — восстановлением диоксида титана сажей; в) твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана 2. Размол карбидов 3. Просев порошков карбидов 4, Получение порошков метал- лов: а) кобальта (никеля) - восста- новлением; б) никеля (железа) — разло- жением карбонилов; в) никеля (кобальта) — элект- ролизом водных растворов 5. Протирка порошков метал- лов 6. Приготовление смесей по- рошков карбидов и металлов 7. Сушка смесей 8. Смешивание с пластифика- тором 9. Сушка 10. Грануляция: а) обкатка б) распылительная сушка И. Формование: а) прессование в Пресс-фор- мах; б) гидростатическое прессова- ние; в) мундштучное прессование; г) прокатка; д) формование путем литья термопластичных шликеров 12. Предварительное спекание 13. Механическая обработка 14. Окончательное спекание 15. Механическая обработка 16, Нанесение износостойких покрытий Используемое оборудование Проходная печь е графитовыми нагревателями Печь с графитовыми нагревате- лями периодического действия Проходная печь в графитовыми нагревателями Шаровая мельница Сито Низкотемпературная печь сопро- тивления со средой водорода Колонна разложения карбонилов Электролитическая ванна Сито Шаровая мельница, аттрнтор, вибромельница, планетарная мельница, электромагнитный смеситель Сушильный шкаф, дистиллятор для удаления спирта Шнековый смеситель Сушильный шкаф Установка с вращающимся ба- рабаном Установка для распылительной сушки Гидравлические или механиче- ские прессы Гидростат Гидравлический пресс’ Прокатный стан Установка для шликерного фор- мования Водородная печь Токарный станок, шлифоваль- ный станок Водородная печь, вакуумная печь Шлифовальный станок, электро- эрозионный станок Установка для нанесения по- крытий из газовой фазы
484 —
. Продолжение табл. 16.f
Технологические процессы Технологические операции Используемое оборудование
Горячее прессо- вание Горячее изоста- тическое прес- сование Горячая допрес- совка в газо- стате Горячее квази- изостатическое прессование 11, 14. Горячее прессование в графитовых пресс-формах 15. Механическая обработка 11. Гидростатическое прессова- ние 12. Предварительное спекание 14. Горячее прессование в газо- стате 15. Механическая обработка 11. Прессование в пресс-фор- мах 12. Спекание 14. Горячее изостатическое прессование 15. Механическая обработка 11. Формование 12. Нагрев заготовок 14. Горячее квазиизостатиче- ское прессование 15. Механическая обработка Пресс горячего прессования (на- пример, ПА-803) Шлифовальный станок, электро- эрозионный станок Г идростат Водородная печь Газостат Электроэрозионный станок, шлифовальный станок Гидравлический или механиче- ский пресс Водородная пе»ь, вакуумная печь Газостат Шлифовальный станок, электро- эрозионный станок Прессы Печь е защитной средой Гидравлический пресс Электроэрозионный станок, шли- фовальный станок
и размеров носит подчиненное значение, используют другие технологические
варианты, сводящиеся либо к объединению прессования и спекания в процессе
горячего прессования, либо к горячему прессованию предварительно спрессо-
ванных, а иногда и спеченных заготовок [67, 449, 512]. При этом удается за
счет ликвидации остаточной пористости или, точнее, ее уменьшения от 0,2 %
до 10“* % [556] в 1,2—1,5 раза повысить механические свойства материала, из
заготовок которого последующей электроэрозионной и абразивной (шлифова-
ние и ультразвуковое воздействие абразива] обработкой получают готовые
изделия.
Краткая характеристика основных технологических процессов, технологи-
ческих операций и указания об используемом оборудовании приведены
в табл. 16.1.
После предварительного спекания при температуре 800—1000 °C получают
крупные заготовки (пластины), из которых резанием и шлифованием изготов-
ляют заготовки необходимой формы и размеров, которые затем подвергают
окончательному спеканию.
16.2.2. Подготовка исходных материалов
Сведения о получении карбидов, нитридов, боридов и карбонитридов,со-
ставляющих основу твердых сплавов, приведены в гл. 2, о получения п р
ков металлов —- в гл. 1. а
В качестве исходных материалов в производстве наиболее Pac"P°cJPa”® .
"Ых сплавов используют вольфрамовый ангидрид WO3 илищ/п ди-
лоту H2WO4, или же паравольфрамат аммония 5 (NH4)2 * 12^ Os • а »
Таблица 16.2. Методы получения исходных порошков в производстве сплавов [511» 512]
Материал Метод получения Стадии процесса Условия и режит^г яолучения
Порошок вольфрама 1. Обезвоживание: а) вольфрамовой кислоты; б) паравольфрамата аммония 2. Восстановление: а) вольфрамового ангидрида водо- родом; б) вольфрамового ангидрида сажей H2WO4-* wos + н2о, 5(NH4)2.12WOsHHdO->- -^12WO34-10NH3 + + 16Н2О WOg “Ь На —► WOg^gg -|- + н2о, WO29 + Ha-> WO2>72 + + н2о, WO2 72 + H2->WO2 + + н20, WOa + H2-bW + H2O W0s + C->W0a4-C0, WO2 4- CO -> W + 2COa co2 + c-*co Прокаливание йри 400 —500 °C 380 — 440 °C 600 — 800 °C. 600 — 800 °C 600—1000 °C . 700 — 1000 °C 1000—1800 °C Мелкозернистый порошок получают при 1400 °C и неко- тором избытке сажи в шихте, крупнозер- нистый — при 1800 °C —2000 °C
Порошок карбида вольфрама I. Приготовление шихты 2. Синтез W + C->WC Смешивание порош- ков вольфрама и сажи в шаровой мельнице при избытке 5—10 % С i= 1300-^1600 °C, т = 20 мин
Порошки Карбидов титана, тантала 1. Приготовление шихты 2. Восстановление МеО + c -> MeC 4- + CO Смешивание оксидов е сажей См. главу о порош- ках тугоплавких, соединений
Порошки нитридов Порошок карбонит- ряда титана Азотирование 1. Смешивание порошков тита- на и сажи Me-j-N2->MeN № Я. »
486
Продолжение табл. 16.2
Материал Метод получения Стадии процесса Условия и режимы получения
Порошки нитридов Порошок карбонит- рида титана Порошок сложного карбида (Ti, W)C 2. Синтез 3. Измельчение , Приготовление шихты, содер- жащей диоксид титана, карбид вольфрама Ti 4- С + Na -> Ti (C, N) Самор аспростран яю- щийся высокотемпе- ратурный синтез в реакторе с жидким азотом, основанный на высокой экзотер- мичности реакции Размол продукта в шаровой мельнице «Мокрый» размол в шаровой мельнице, шихта должна содер- жать избыточный уг- лерод
Порошок кобальта (восстанов- ленный) и сажу 2. Получение кар- бида .осстановление оксида кобальта a) TiO2 + WC4-C-*- -►(Ti, W)C + CO 6) TiOa4-W4-C-> -►(Ti, W)C4-CO CO3O4 H2 —> —> Co 4" H2O Температурные процессы 2000 — 2200 °C, время 2 ч 2000 —2200 °C, 1 —2 ч 500 —700 °C
Порошок кобальта (карбониль- ный) Разложение карбо- нила Coa (CO) в -* Co 4- co f _ 200 4- 300 °C, Атмосферное давле- ние
Порошок никеля (карбониль- ный) То же Ni (CO)4 Ni 4- CO t=z 200 4- 280 °C
Порошок никеля (электроли- тический) Электролиз водны: растворов солей NiCla, NiSO4 - 7НаО при добавке nh4ci, nh4oh, NaCi < Предпочтительно полу- чение порошка из суль фатхлоридного электро- лита, содержащего 75 г/л NiSO4 • 7НаО, 40 г/л NH4C1, 75 г/л Nad и NH4OH до pH = 7 Плотность тока 1000 — 5000 А/м’
48?
go Таблица 16.3. Методы приготовления твердосплавных смесей |611, 612J
Метод Среда Соотношение массы шаров к массе смеси Время процесса9 м !,! .J.—— «И. НИ » Характеристика метода
Размол в шаро- вой мельнице Этиловый спирт, циклогексан в ко- личестве 220 г/кг смеси сплавов ВК и 500 г/кг смеси при размоле спла- вов на основе карбида титана 3:1 (обычный режим); 6*1 (ин- тенсивный режим размола) 48—72 (спла- вы обычной зернистости); 96— 120 (мел- козернистые сплавы) При размоле происходит дробление зерен карбидной и частично кобальтовой фаз и перемешивание частиц обеих фаз; число оборотов барабана составляет 60 % критиче- ской Л/кр = 42,4/VD (D~ диаметр барабана, м)
Размол в аттриторах Парафин, пара- фин в бензине, спирт, цикло- гексан 7;1,* размер ша- ров 6—9 мм 10—12 Скорость вращения состаляет более 100 мин”1; за счет интенсивного вращения лопастной мешалки резко интенсифицируется процесс размола и смешивания, достигается более однородный размер частиц
Перемешивание предварительно размолотых порошков Всухую 1—8 Неоднородное смешивание, наличие комков кобальто- вой фазы --I !•* - 1 1 1 11 1 ' - —
оксид титана TiOs, оксид кобальта или никеля, оксид тантала или
скнй тантал. ”
металличе-
Иа вольфрамсодержащего сырья сначала получают порошок вольфрама
восстановлением водородом или углеродом, а затем прямым синтезом“при на-
греве смесн порошков вольфрама и сажи получают монокарбид вольфрама
Общая характеристика методов и условий получения важнейших исход-
ных материалов а производстве твердых сплавов приведена в табл. 16.2.
16X3. Приготовление смесей
Приготовление твердосплавных смесей, состоящих из порошков карбидов
(боридов, нитридов) и металлов, обычно сочетается с измельчением исходных
порошков в жидкой среде и проводится в шаровых, иногда в вибрационных
и планетарных мельницах, а также аттриторах. Некоторые данные о методах
приготовления смесей представлены в табл. 16.3.
Интенсивность размола повышается с увеличением диаметра шаровой
мельницы, а также с уменьшением диаметра размольных шаров, что благо-
приятно сказывается на свойствах спеченных твердых сплавов (табл. 16.4).
Таблица 16.4. Влияние интенсивности и продолжительности размола
смеси карбида вольфрама и кобальта на предел прочности
при изгибе твердого сплава ВК6 [512]
Продолжи- тельность размола, ч Размер шаров, мм
6 ? 10
«е. Э ои, МПа Яе. Э ви, МПа «С’ э °и> МПа
/св =» 1390 °C, т = 30 мин
6 148 1432 148 1422 146 1315
12 160 1442 160 1393 155 1226
24 180 1520 178 1432 171 1481
48 210 1520 200 1540 183 1422
96 235 1570 220 1491 195 1324
/сп= 1430°С \ т и 90 мин
6 141 1420 142 1491 132 1530
12 153 1540 150 1521 144 1472
24 165 1540 160 1442 152 1472
48 167 1530 161 1628 156 1'511
96 151 1618 154 1668 152 1550
162.4. Сушка и грануляции смесей
Твердосплавные смеси после размола сушаг для удаления спиРта
гой жидкости, используемой при размоле. При удалении спиртаi су ?
«твляется в вакуумных дистилляторах при t ~ 80 °C. Высушенные смеси про
Для улучшения условий прессования, устранения " "синтетиче-
“рочности прессовок в смесь вводят пластификаторы P Р бензине,
екого каучука или парафина в бензине, камфоры в эфир смеси из расчета
гликоля в спирте. Эти растворы добавляют к порош паСтворИтеля. В отече-
«ассовой доли добавки 1,0-1,25 % после и^паРе”йияп испРользуют раствор
^венной практике твердосплавного производства шр порошком прово-
гинтетического каучука в бензине [512]. Смешивание его с п Р
Таблица 16.5. Методы грануляции твердосплавных смесей (512]
И *" >'к Методы Основные процессы Характеристика процесса в получаемого продукта
грануляции
Дробление прессовок Смешивание порошка с пластификатором, прес- сование таблеток, измелы чеиие прессовок, отсев требуемой фракции, вибро- обкатка для получения частиц сферической фор- мы Измельчение спрессованных таблеток про. водят последовательно на нескольких по- лотнах вибросита е помощью легкого м&. таллическог о стержня, обеспечивающего минимальный выход мелких фракций; ДЛя виброобкатки используют устройство в приводом от вибросита
Распыли- тельная сушка Распыление пульпы (суспензии твердого сплава в размольной жидкости) нагретым воз- духом в камере Распылению подвергают пульпу е вв£ денным в нее при размоле пластификато- ром (например, полиэтиленгликоль); в ре- зультате распылительной сушки полу- чают гранулы размером до 100 мкм
Обкатка Смешивание порошка с пластификатором, об- катка порошка в гранул ляторе, отсев нужной фракции
Таблица 16.6. Методы формования твердосплавных смесей [67]
Метод формования Характеристика процесса Характерная форма изделий, особенность процесса Тип применяемого^ оборудования
Прессова- ние в пресс- формах Процесс прессования классифицируют по нескольким признакам: 1) характеру прило- жения давления: а) одностороннее; б) двухстороннее 2) числу полостей пресс-формы: а) в одногиездных пресс-формах; Для изделий небольшой высоты: пластины различ- ного назначения, вставки буровых коронок, зубки камнерезных пил 'Я При отношении высоты к диаметру изделий, большему единицы; для изделий типа тел враще- ния, фасонных загото- вок За один цикл прессования формуется одно изделие Прессы-автоматы ’механические (кри- вошипные, эксцеит- рировые) или пневмомеханиче- ского типа Гидравлические и механические прессы, прессы- автоматы со ста- ционарными пресс- формами, много- ходовые прессы Прессы всех типов
Метод формования Характеристика процесса Характерная форме изделий, особенность процесса Тип применяемого оборудования
Прессование в пресс- формах б) в многогнездных пресс-формах 3) характеру эксплуа- тации пресс-форм: а) в съемных пресс- формах; б) в стационарных пресс-формах За один цикл прессова- ния формуется несколь- ко изделий В мелкосерийном произ- водстве В крупносерийном произ- водстве г идравлические прессы Обычные гидрав- лические или ме- ханические прессы Прессы-автоматы
Гидростати- ческое прес- сование Процесс прессования осуществляется по двум вариантам: 1) в гидростатах; 2) и пресс-формах е эластичными вставками Порошок засыпают в эластичную (резино- вую) оболочку, по форме близкую к форме гото- вого изделия; оболочку с порошком помещают в гидростат, где подвер- гают всестороннему сжа- тию жидкостью высокого давления; формовки отли- чаются очень малой точ- ностью формы и размеров Порошок засыпают в по- лость эластичных форм, которые вставляют в обычные пресс-формы; эластичная форма служит средой, передающей дав- ление Гидростат
Мундштуч- ное прессо- вание (вы- давливание пластифици- рованной массы) Пластифицированная твердосплавная смесь, содержащая 6—10 мае. доли парафина, выдав- ливается из контейнера через муидштук с не- обходимым профилем Процесс используют для получения фасонных из- делий большой длины Пневматические, гидравлические или механические прессы
Виброформо- ваиие Вибрационное воздей- ствие при статическом прессовании умень- шает давление в 20— 100 раз; при отсутст- вии статического дав- ления не достигается требуемая плотность формовок При вибропрессовании для пресс-форм можно использовать материалы с меньшей прочностью Установка вибропрессования
днтся в специальном шнековом аппарате. В зарубежной практике в качестве
пластификаторов используются парафин, а также полиэтиленгликоль, вводи*
иые в смесь в процессе размола.
Для улучшения заполнения пресс-формы пря объемной дозировке иа ире&
сах-автоматах твердосплавные смеси гранулируют* Методы грануляции твердо,
сплавных смесей приведены в табл. 16.5.
16Л.5. Формование
Характеристика наиболее распространенных методой формования загото-
вок из твердосплавных смесей приведена в табл. 16.6.
При прессовании в пресс-формах давление ограничивают значениями
130 МПа, так как при более высоких давлениях возникает опасность появления
расслойных трещин, а варьирование давления в довольно широких пределах
не сказывается иа износостойкости и физико-механических свойствах сплавов
(67, 5121. Качество прессовок заметно улучшается с повышением выдержку
под давлением, особенно для крупногабаритных изделий, однако излишие боль-
шие выдержки резко снижают производительность прессования,
164.6. Спекание
Спекание твердых сплавои, как правило, проводят в две стадии (табл. 16.7)
На первой низкотемпературной стадии процесс спекания ведут в среде водорода
при температурах до 900—1150 °C [207]. На этой стадии в процессе подъема
температуры происходит удаление пластификатора. Иногда в производственный
условиях указанную стадию предварительного спекания разделяют на две
подстадии: удаление пластификатора и предварительное спекание.
Указанные операции могут быть совмещены в одной печи. Окончательно^,
спекание, при котором достигается формирование заданных свойств, проводят
Таблица 16.7. Стадии спекания твердых сплааов
Стадия спекания Процесс °C Среда Тип используемого оборудования
Предвари- тельное спекание I. Удаление пла- стификатора До 300 °C d мед- ленным нагревом во избежание рас- Водород Горизонтальные проходные печи с поперечным сече-
трескивания из- делий нием рабочего про- странства 100—
300 см2, длиной горячей зоны
2. Предваритель- ное упрочнение 900—1150 °C Ж 1—2 м Нагреватели —
изделий перед молибден, вольф-
механической обработкой рам или графит
и окончатель- ным спеканием
Окончатель- ное спекание Спекание в при- сутствии ЖИДКОЙ фазы 1340-1480’Сдля карбидовольфрамо- вых сплавов; 1380—1540 °C для карбидотитаиовых сплавов Водород, вакуум Вакуум Проходные водо- родные печи, ваку- умные печи сопро- тивления или с ин- дукционным нагре-
— — вом
для карбидовольфрамовых сплавов в водородных или
равного или периодического действия. Режимы спекания чах неиРе'
стадии окончательного спекания приведены в табл 16.8. РЯ сплавов ва
Таблица 16.8. Режимы спекания твердых сплавов [207, 512]
Массовая доля, % °*-' т, мин, прн толщине пластинок, мм
WC TiC Со Ni Мо 2 j IS
97 0 3 0 0 1480 15—20 65—100
94 0 6 0 0 1420—1450 15—20 60—100
89 0 11 0 0 1400 15—20 60—100
85 0 15 0 0 1360—1380 17 60
78 16 6 0 0 1600 20 100
88 5 7 0 0 1500 20 100
78 14 8 0 0 1550 20 100
69 25 6 0 0 1550 66 220
34 60 6 0 0 • 1700 66 200
80 0 16 4 1350 60 100
Для карбидотитановых, карбонитридотитановых, карбидотанталовых спла-
вов окончательное спекание проводят только в вакууме в присутствии угле-
рода. Поэтому подставки, лодочки изготовляют из графита.
Для предотвращения обезуглероживания сплавов на основе карбида воль-
фрама при вакуумном спекании в смесь вводят избыток углерода, массовая
доля которого составляет 0,5 %. Спекание этих сплавов в водороде проводят
в засыпках из окиси алюминия с добавкой до 30 % графита. При повышенном
содержании влаги в водороде процесс обезуглероживания карбида вольфрама
усиливается.
16.2.7. Горячее прессование
Горячее прессование, или процесс одновременного прессования и^спекания,
используют для получения беспористых, более прочных и износостойких изде-
лий из твердых сплавов (табл. 16.9). После обычного жидкофазного спекания
твердые сплавы содержат 0,001—0,01 % пор. При горячем изостатическом
Таблица 16.9. Режимы горячего прессования твердых сплавов [207, 449, 556]
Процесс Массовая доля, % Режимы горячего прессования Примечание
WC Со i, "С р, МПа т, мин
Горячее прессова- 97 3 1550—1600 10-15 1-30 Время спекания зави-
ние в пресс-формах из графита 92— 94 6-8 1350—1400 7—12 1—30 сит от размера изде- лий
Горячее иэостати- 94 6 1320 100 30 ГИП проводят при
ческое прессование 89 11 1300 100 30 температуре на 50—100 °C выше тем- пературы плавления кобальтовой фазы [6]
прессовании (ТИП) удается снизить пористость до Ю'4 % [556]. Горячее прес-
сование в графитовых пресс-формах используют давно для получения фильер
“Стойких деталей. Методом горячего изостатического прес=ня полу,
чают крупные детали из твердых сплавов, например валки для холодной про.
мтеи. В кач^тве материалов контейнеров для ГИП используют сталь и в во.
следние годы стекло. Стеклянные контейнеры со стенками толщиной в несколько
миллиметров изготовляют литьем шликера из тонкоизмельченного стекла в гигь
совые формы. После сушки и отжига наружные поверхности такой формы уплот-
няют полировкой в пламени.
16.2.8. Механическая и электроэрозионная обработка
Механическая обработка изделий иа твердых сплавов может производиться
на разных этапах их получения.
Предварительно спеченные заготовки, обладающие достаточной прочно-
стью, при необходимости получения из них изделий меньшего размера разре-
зают корундовыми дисками диаметром 100—150 мм, вращающимися со скоро-*
стью до 6000 мин-1 [207]. Круглые формы изготовляют. на небольших станках,
у которых на суппорте вместо резца устанавливают быстровращающийся карбо-
рундовый диск. Для этой же цели используют также твердосплавные фрезы
и алмазные инструменты.
Различные нестандартные детали из твердых сплавов могут быть получены
обработкой пластифицированных заготовок твердых сплавов, которые полу-
чают прессованием заготовок простой формы и их спеканием при температуре
700—750 °C с последующей пропиткой парафином в специальных ваннах [323].
Пластифицированные заготовки легко поддаются механической обработке ме-
таллорежущими инструментами из твердых сплавов ВКЗМ и ВК6М.
При обработке следует лишь избегать ударов и сильного сжатия при уста-»
иовке в цанговых патронах или разрезных втулках* Для зажима рекомендуется
использовать пластинки и прокладки из мягких материалов текстолита
эбонита. ’
Режимы механической обработки пластифицированных заготовок из твер-
дых сплавов приведены в табл. 16.10.
Таблица 16.10. Режимы механической обработки пластифицированных
заготовок карбидных сплавов [32,3]
Вид обработки , Режимы обработки Геометрия инструмента
Vp, м/мин Sp, мии/об Я. ip, мив Тр. град Ор, град
Точение черновое Точение чистовое 50—80 80 150 0,10—0,25 0,02—0,10 0.02 (на зуб 0,5—5,0 5—10 25—30
Фрезерование черновое Фрезерование 4—100 4—100 0,1—2,0 0,1—2,0 ©тел 1 1 © о 25-30 25—30
Фразы) 0,003 (на зуб
чистовое 0,1—2,0 5—10 25—30
Сверление отвер- стий, d == 1 6 мм л = 800 -г- -т- 1500 мин"1 фрезы) 0,003 (на зуб фрезы) 0,1—2,0 2ур=г 90-4- 100® 30
Сверление отвер- стий, d = 6-4-12 мм Л == 400 4-- ЮОО МИИ"1 0,003 (на зуб фрезы) 0,1- 2,0 2ур= 90-4-100° 30
Сверление отвер- стий, d в 12 мм л в 500 мин”1 0,003 (на зуб фрезы) 0,1—2,0 2УР= 90-е- 100® 30
Строгание 4-50 0.1—0,25 0,5—2 25—30 25-30
4У4
Окончательно спеченные заготовки из твердых сплапп»
ибразивной обработке — шлифованию кругами*! лентяи „ УТ подве₽гаться
гами, точению инструментом из гексанига-Р (вюппи™."0Л?Р°ван™ пас-
(71В, электроэрозионной обработке н обработкесХХ!Й.»Т,’ИДгво’’а
абразивных материалов следует отдать предпочтение алмаз™ « румЙ
хотя в ряде случаев, например при подгоговке режущих пластин к нанеТению
на них покрытий, используют абразивные порошки карбида кремния зеленого.
Для получения в твердосплавных изделиях углублений и полостей слож-
ной формы и отверстий сложного профиля используют метод электроэрозионной
обработки [272, 323[.
При электроэрозионной обработке твердосплавных деталей образуется де-
фектный поверхностный слой толщиной до 20 мкм, который следует снять по-
следующей легкой абразивной обработкой.
Помимо указанных способов обработки твердых сплавов используют элект-
обработку, а также комбина-
рохимическую, лазерную и электронно-лучевую
ции этих методов, например электроалмазное шлифование.
16.2.9. Нанесение износостойких покрытий
Растущее использование неперетачиваемых пластин из твердых сплавов,
прикрепляемых к державке резца механическим способом, стимулировало рабо-
ты по улучшению эксплуатационных свойств режущих пластин нанесением и а
них износостойких покрытий из карбида, нитрида, карбонитрида титана либо
других высокотвердых соединений. Освоен промышленный выпуск неперетачи-
ваемых пластин различных форм и размеров с покрытиями.
Нанесение карбидных покрытий осуществляется в реакторе, куда подается
газовая смесь, состоящая из летучего галогенида металла, водорода и углерод-
содержащего газа (углеводороды, СО или СС14) [355]. Условия получения не-
которых покрытий из газовой фазы на твердосплавном инструменте либо, ин-
струменте из быстрорежущей стали приведены в табл. 16.11. Износостойкие
покрытия толщиной 5—10 мкм из карбида, нитрида либо карбонитрида титана
получают химическим осаждением из газовой фазы при температурах 900—
1100 °C [718]. Если в рабочем газе содержится недостаточное количество угле-
рода, при формировании осадка происходит обеднение углеродом зерен карбида
вольфрама в поверхностном слое твердого сплава вплоть до образования tj-
фазы, неблагоприятно влияющей на его свойства.
Т аблица 16.11. Условия получения покрытий из газовой фазы
на инструменте из твердых сплавов или из быстрорежущей стали [355, 360]
Материал покрытия Рабочий газ Химическая реакция t, °C
TiC TiN Ti (С, N) TiB2 СН4, Н2, TiCl4 TiCl4, Н2, n2 TiCl4, СН4, N2 TiCl4, BC18, н2 TiCl4 + CH4^TiC + HCl TiCl4 + N2 4- Н2 -► TiN + 2HQ TiCl44-CH44-N2-> -> Ti (С, N) + НС1 TiCl4 + ВС13 4- Н2 -> 4 TiB2 4- на 980—1050 1100—1250 1000—1300 1000—1300
16.3. Технология изготовления быстрорежущей стали
Методами порошковой металлургии (табл. 16.12) П0Л/’л^4“ес!!мТсюй-
стали с однородной мелкозернистой структурой, высокими И42, 197—
ствами и повышенной (в 1,5—3 раза) эксплуатационной стоикост ! Q
199, 215, 356, 357, 556]. Дальнейшее увеличение ст°йкости ниобия
может быть достигнуто введением до 10 % добавок к р Д
1*97, 198] или карбонитрида титана [199J.
g Таблица 16.12. Л1егоды получения спеченной быстрорежущей стали (142, 197—199, 215, 350, 357, 658]
О *—- — Метод Характеристика технологического процесса в операций Режимы процесса •г %
г, с р, МПа г, мин
Прессование с последующим Получение порошка механическим измельчением (размол) Прессование 18—25 700—800 74
спеканием Спекание 1230—1270 60 98,3
Горячая ковка 1140—1180 600—800 99,9—100,0
Горячее изостати- Получение порошка распылением расплавленного металла •w*
ческое прессование (процесс аргоном Загрузка порошка в контейнер из малоуглеродистой стали, > 1"
ASEA-STORA) дегазация в вакууме при температуре до 900 °C, заварка кощ тейнера Горячее изостатическое прессование в Газостате 1100 100—150 60 100
Горячая ковка или горячая прокатка заготовки 1100—1150 600—800 100
Динамическое Получение порошка ~ц-.м. —,
горячее прессова-' Прессование или загрузка порошка в контейнер с последую-
ние щей дегазацией при нагреве в вакууме Динамическое горячее прессование 1250—1280 600—800 99,5—100
Горячая экструзия Получение порошка Загрузка порошка в контейнер — 4— 100
Горячая экструзия 1170
Изготовленный из спеченной быстпооежчтпрЯ п<о
вер тают термообработке: закалке при темпещтре ТййО^сЧ8 инстРУмент по^
пуску по 1 ч при 560 °C. Закалка стали Р6М5 С тРехкРатному от-
1220 вС, а отпуск при 540 °C [3571 ₽бМ5 Проводнтся °т температур 1200—
16.4. Технология изготовления износостойких
термообрабатываемых материалов карбид титана_________сталь
Термообрабатываемые керметы карбид титана —сталь е массовым содер-
жанием более 50 % металлической связки обладают благоприятным сочетанием
высокой прочности, износостойкости и ударной вязкости и могут быть исполь-
зованы в условиях умеренного ударного нагружения, где твердые сплавы быстро
разрушаются. Кроме того, интерес к этим сплавам вызван возможностью их
токарной или фрезерной обработки в отожженном состоянии и иоследующего
упрочения закалкой и отпуском для получения требуемых эксплуатационных
свойств. К настоящему времени хорошо отработана технология прессования
и последующего спекания рассматриваемых сплавов [200—202, 204].
_ Приготовление смесей порошков производят мокрым размолом в шаровых
или вибрационных мельниках или аттригорах. Прессование смесей е добавкой
пластификаторов -(каучук, парафин) производят в пресс-формах под давлением
200 МПа. *
Предварительное спекание керметов проводят в водороде, окончательное —
в вакууме 0,13 Па. Спеченные заготовки для снижения твердости и улучше-
ния обрабатываемости подвергают отжигу. Режимы спекания и отжига термо-
обрабатываемых износостойких материалов карбид титана — сталь приведены
в табл. 16.13.
16.5. Составы и свойства основных типов
спеченных твердых сплавов и инструментальных сталей
16.5.1. Карбидовольфрамовые сплавы
Составы, плотность, предел прочности при изгибе и твердость по Роквеллу
отечественных марок твердых сплавов на основе карбида вольфрама регламен-
тированы ГОСТ 3882—74. Ниже приведены более подробные данные об основ-
ных свойствах карбидовольфрамовых сплавов (табл. 16.14).
16.5.2. Сплавы WC—TiC—Со и WC—TiC—ТаС—Со
Основные свойства сплавов WC—TiC—Со приведены в табл. 16.15,
а в табл. 16.16 — значения плотности, предела прочности при изгибе и твер-
дости HRA сплавов WC—TiC—ТаС—Со.
16.5.3. Безвольфрамовые твердые сплавы
Безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбида и карбонитрида титана
по прочностным свойствам, износостойкости и режущим свойствам при ч
вом и получистовом точении соответствуют вольфрамсодержащим т рд
сплавам. Обобщенные данные о свойствах некоторых безвольфрамовых те рд
сплавов приведены в табл. 16.17. Карбонитрид титана с массовым с Д_Р че_
TiC 20 % в сплаве с массовой долью Ni—Мо связки 10 Л “о^пепиментальный
иие наиболее высоких прочностных свойств (табл. 16.18). Эк ^ер ®мями
сплав иа основе карбонитрида (Ti0 82Мо0 18). (СО 8зл'о,17'о.94 с ма
Ni и Мо соответственно 13 и 3,3 '% обладает высокой износосто ко
высоких скоростях обработки [718]. сплавов, освоен-
Физико-механические свойства безволъфрамовых тверд
ных отечественной промышленностью, приведены в та
497
17 S-359
Таблица 16.13. Режимы получения термообрабатываемых износостойких мате
Массовая доля стали, % Массовая дол^ TiC, Режимы спекания
Марка стали Вид спекания . — t. °о т, я Среда
Х12М Х12М 50 50 50 50 40 30 50 40 30 40 Предваритель ное Окончательное 700 1400 1350 1 1—2 1—2 Водород Вакуум а
Х12М 60 1300 1—2 »
Х12М 70 1450 1—2 >
Х13М2 50 1400 1—2 >
Х13М2 60 1350 1—2 $
Х13М2 Х6ВЗМ 70 60 1390 1
Х6ВЗМ 5Х6ВМ2 5Х6ВМ2 80 60 80 20 40 20 Окончательное 1360 1400 1370 1 1 1 > J» О
Приме S1 «.0.30-4.40 а а к и в. Химический состав стали Х12М (%): € — 1,45—4,65» S1 —0,15—0,35,
%, Мп —0.60- -0,80. Ст — 12,0—15,0, Мо — 1,50—2,00; стали Л.6ВЗМ: G —1,7,
Таблица 16.14. Основные свойства сплавов WC—Со [512]
Марка сплава Массовая доля составляющих сплава, % WC | Со d4 основной массы карбидных зерен, мкм Вс, Э Р. МКОМ'СМ а- 10е, К~» А, Вт/(м- К)
вкз-м вкз ВК4 ВК4-В ВК6-М В Кб ВК6-В ВК-8 ВК8-В вкю ВК15 ВК20 ВК25 97 96 94 92 90 85 80 75 3 4 6 8 10 15 20 25 i 1—2 2—3 2—5 1 1—2 2-5 1—2 2—5 1—2 1-2 1-2 1-2 250—280 170—200 140—180 60—90 200—250 130—160 75—100 120—160 50—70 80—100 80—90 75—90 60—80 19,3 19,0 19,3 18,8 23,4 19,2 18,8 18,6 18,0 18,4 19,4 19,5 * 4,10 в • / 4,70 4,40 4,40 4,90 4,70 5,10 4,80 5,20 6,00 5,70 Я 50,2 50,2 67,0 62,8 54,4 50,2 46,1 54,4 67,0 41,9 37,7
При Таблиц Марке сплава м е я а и и е. Значения а 16.15, Основные Массовая доля, % ® даны для интерв свойства сплавов V йч> основной массы карбидных зерен, мкм ала темпер VC—Т1С— яс, э атур 20- Со [512] ₽. мкОм.см -800 °C; о «•10», к-» га-для X, Вт/ /(м-Ю
WC Т1С Со WC (Ti, W) С
Т30К4 Т15К6 T14KS Т5К10 Т5К12 При 498 66 79 78 85 83 иечвя 40 15 14 6 5 не. Зн 4 6 8 9 12 ачения 1—2 1—2 2—3 2—5 ® И ви да 1-2 2 2 J» • А‘ 0 «» нм Для тех 140—220 130—180 105—145 95—130 60—90 же условш 47,0 46,0 42,0 28,5 25,0 :» что и в 6,60 5,60 6,00 5,50 5,90 табл. 16. 12,6 12,6 16,7 20,9 20,9 4.
риалов карбид титана —сталь [200, 201, 204]
О Условия отжига
1, ’С | т, ч . °охл» *С/ч t3, ’С
. . а • к •
0,98—1,0 900 6 30 950
0,98—1,0 900; 700 1; 6 С печью 950
0,98—1,0 0,98—1,0 900; 700 900; 700 о со В холодильнике 950 1000
0,98—1,0 900; 700 1; 6 ’ 1000
0,98—1,0 900; 700 1; 6 » 1000
0,98—1,0 800—860 3,5 1020
700—720 2 С печью 1030
0,98—1,0 700—720 3 1020—1030
0,98—1,0 700—720 3 1020—1030
0,93—1,0 700—720 3 •> • • 1020—1030
Мп —0,15—0,40, Сг —11,0—12,50, V —0,70—0,90, Мо — 0,40—0,60; стали Х13М2: С — 1,80—2,40,
Сг —6,0, W —3,0, Мо— 1,0; стали 5Х6ВМ2: С —0,5—0,6, Ст—6,0, W—0,4—0,7, Мо—2,0—2,2.
7, г/см’ ав , МПа Gg,, МПа °сж> МПа HRA „ HV, ГПа Е, ГПа °к. кДж/м»
15,0—15,3 ' 1275 4640 91,0 16,19 647 15,7
15,0—15,3 578,8 1373 4189 89,0 13,24 643 14,7
14,9—15,1 • • • о а 4277 а • •. -13,34 638 15,7
14,9—15,1 • • « « » 4032 88,0 11,38 638 19,6
14,8—15,1 — . л 1472 4817 90,0 14,03 633 25,5
14,6—15,0 716,1 1619 4307 88,5 12,85 628 20,6
14,6—15,0 i , > 3611 87,5 10,79. 623 26,5
14,4—14,8 775 1717 4130 87,5 12,16 598 29,4
14,4—14,8 1815 3404 86,5 10,30 ' 589 34,3
14,2—14,6 13,9—14,1 1079 1315 1913 1962 4042 3581 87,0 86,0 11,38 10,20 574 559 34,3 37,3 47,1 50,0
13,4—13,7 12,9—13,2 1373 1422 2158 2452 3335 2972 ’ 84,5 83,0 9,32 8,83 481 471
шлифованных алмазным кругом образцов.
Т, г/см’ Ои, МПа ®сж> МПа FiRA HV, ГПа Е, ГПа «К- нДж/м*
95—98 3430 92 21,6 1 7 7 422 520 6,9 7,8
11,1—11,6 1180 4220 У0 11 >/ 1А 7 520 7,8
11,2—11,6 1320 2940 89,5 14 9 549 8,8
12,4—13,1 1470 3040 88,5 11 3 549 8,8
13,1—13,5 1770 3140 87,5 1
па 16.16. Марки и свойства титано-танталовольфрамовых твердых
Марка сплава Массовая доля. % Т, г/см1 МПа HRA
WC Т1С ТаС Со
TT7KI2 ТТ8КЮ ТТ10К8Б ТТ20К9 81 84 82 71 4 8 3 8 3 2 7 12 12 6 3 9 13,0-13,3 12,8—13,3 13,5—13,8 12,0—13,0 1650 1250 1450 1300 87,0 90,5 89,0 89,0
Таблица 16.17. Химический состав и свойства безвольфрамовых твердых
сплавов ... .—
Сплав Массовая доля, % т. . г/см’ HRA О И' МПа °сж- МПа Е, ГПа а-10*., К-i
Карбвдоти- таяовый 70—80 TiC 20-40 Ni (Ni—Мо) 5,5-. 5,9 89— 92 900— 1400 3400— 4000 390— 420 7,1— 8,2
Карбидонит- ридотитано вый 25—45 TiC 25-45 TiN 30—35 Ni—Мо 5,8— 5,9 87— 88 1500— 1750 3300— 3350 350— 400 8,5— 8,7
Карбидохро- мовый 60—90 СЧдСд 10-40 Ni 6,6— 7,0 , 80— 90 400— 700 2800— 3500 290— 350 11,1— 13,3
Таблица 16.18. Свойства сплавов на основе карбида, нитрида и карбонитрида
титана е массовым содержанием 10 % связки Ni—Мо (3:1, мае.) [718]
Состав карбоиитрида, мае, % * МПа HV,- ГП» Увеличение веса при окислении д. течение б ч нра 1000 °C, мг/см’
TJC TiN
100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 950—1150 800—1000 900—1000 1100—1200 1150—1350 600—800 14,0 4 13,0 12,2 10,3 9,1 5,6 9,2 8,5 8,2 8,0 7,0
Таблица сплавов по Т У 48—19—МЗ?еСяып«лВ°ЙСТВа каР®иД°титан<’вь1Х твердых
Марка сплава Массовая доля %
TiC Nl Мо Т. г/сй> 0g, МПа HR А
ТН-20 тн-зо ТН-40 КПП 79 69 61 15 23 29 6 29 10 5,4—5,8 5,6—6,0 5,7—6,2 100 НО 115 89,5 88,5 ”87.0 —*
16.S-4* Быстрорежущая сталь
В табл. 16.20 приведены сравнительные пяяиыа «ей стали 10Р6М5К5, полученной различными методами ?3571Э” быстР°РежУ'
Табли та 16.20, Свойст ва быстрорежущей стали 10Р6М5К5 [357]
6 fi. . я HR с после
ф -* е° к л отпуска 4 ч
Метод 7, г/см» я Ь при i, °C
изготов- лен я ® >» . Е 9 ®и> МПа
Масео додж да, % Эо “» Балл нитног Вторн' тверд® HRC 620 630 вк« кДж/м»-
ГИП+ -f- ковка 8,175— 8,180 1,0— 1,1 1200 1220 12 11 67—68 68—69 59 52 58 60 3500—4000 3000—3300 250—300 250—280
Горячая 8,170— 1,03 1200 11 67,5 59,5 58,5 3180—3510 170
экстру- 8,180 1,04 1220 10 -68,5 61 60 3150—3380 150—170
ЗИЯ 1200 12 68 61,5 56,5 3380—3580
1,09 1220 11—12 68,5 61,5 60 1880—3320 210
1200 । 11 68,5 62 60,5 2680—3060 120—170
1.10 1220 10—11 69 63 61 2380—2650 110—150
1200 11 68,5 63 61 2350—2650 110—150
1220 10—11 69 62 62 2350—2890
Обычная 8,156— 1,0— 1200 10 67—68 59 58 2500—3000 100—180
металлур- гическая 8,170 1,1 1220 9 68—69 62 60 2100—2500 50-120
техноло- гия
16.S.S. Износостойкие термообрабатываемые
материалы карбид титана — сталь
Некоторые прочностные свойства термообрабатываемых материалов кар-
бид тигана — сталь приведены в табл. 16.21. Введение добавок меди до
5 мае. % повышает предел прочности при изгибе на 300—500 МПа и значительно
уменьшает предел прочности при сжатии [203]. Температурные режимы терми-
ческой обработки не изменяются.
Таблица 16.21. Свойства материалов TiC — сталь, спеченных в вакууме [201,203]
Марка сталк Состав HRC после «и. МПа ®сж» МПа а о м а
Массовая доля стали. % Массовая доля TiC, % спека- ния отжк- га закал- ки отпус- ка
Х12М Х12М 50 70 50 30 62 55 47 31 70 66 70 63 1200 1500 3100 2000 3600 2200 3300 3100 41 41 48 42,5
Х4Н2М8 50 50 63 54 72 71 1100 1400 1200 1230 1260 1320 1220 1250
Х4Н2М8 ХбВЗМ 70 60 30 40 57 60 42 50 66 71 65 69
ХбВЗМ ХбВЗМ 70 80 30 20 58 52 38 27 68 61 67 60 3000 2500 > в Я
ХбВЗМ 90 10 47 15 57 56 3250 « • •
5Х6ВМ2 60 40 62 51 70 68 67 59 55 2900 * •
6Х6ВМ2 70 30 58 37 67 1300 2700 « * •
5Х6ВМ2 80 20 54 26 60 1350 2300
5Х6ВМ2 90 10 48 18 56 501
<6.6. Классификация спеченных твердых сплавов
по областям применения
За воемя более чем полувекового использования карбидовольфрамов
сплавов Накоплен большой опыт по их применению (табл 16 22). Сплавы “J
^нове сложных карбидов WC-TiC-Co и WC-TiC-TaC-Co применяются
главным образом для резания. Безвольфрамовые твердые сплавы помимо Ис.
пользования в качестве режущего инструмента применяют также как изнозд.
стойкий материал. Быстрорежущие-стали используют как режущий матерИал
в условиях высоких усилий резания, а также как износостойкий материал Byg.
ловиях ударного нагружения. Термообрабатываемый материал карбид тит$,
на — сталь применяют в качестве износостойкого материала с повышенным
сопротивлением умеренным ударным нагрузкам. Эти материалы можно рас:
сматривать как промежуточные между твердыми сплавами и быстрорежущими
сталями.
Таблица 16.22. Области применения твердых сплавов WC—Со [207]
Состав Области применении
3—4,5 % Со Обработка угольных электродон, керамики и других неметада лических материалов; чистовая обточка и сверление литья; ofe работка цветных металлов; фасонные изделия для оснащений
горных буров; волоки (горячепресеованные)
Б ,5—6,5 % Со, крупнозернв- Обработка чугуна (НВ < 2000 МПа), цветных металлов в спл> вов, искусственных и прессованных материалов; оснащение т<й карных центров, измерительных приборов для изнашивяттиг^
сгые сплавы
деталей при небольших ударных нагрузках; волоки
9—13% Со Обработка древесины, пластмасс, слоеного дерева, волокнй» стых прессованных материалов; легкая обработка стальной литья, обдирка латуни и бронзы, особенно на старых станках^ обработка сварных швов и центробежного литья; оснащение буровых инструментов и изнашивающихся деталей К=„ПЛВЫШенН0Й вязкости (вытяжные матрицы, пробив- хзшс пуансоны) г
То же, мелкозер- нистые сплавы S™*™ И чугуна (НВ >2000 МПа), ковкого твердой коркой, стали (ст > 1800 МПа), брон- тона; волокиПЛЭВ0В С кремнием> стекла, фарфора, камня, кар- кой °вяэкостие(проХкаИНппойМеНТЫ’ тРебУюп*ие особо высо- лодная И горячая ШтампоВКаР высаадка) ГЛуб°КаЯ НЫТЯЖКа’ Х(>
15-30 % Со
16.6.1, Режущий инструмент
bob ^им?й«™и<Я?пИоКЙ кбл|сте® применения различных марок твердых сила-
фикации (по 1п(егп^ГппО<1Р<иОГК.У £езанием» принята международная класси-
ке смавыоазпеля±« i S?ndard Organization), в соответствии с которой
риюиУвнутоигп«ппмЛ„А,..РУППЫ в зависимости от обрабатываемого мате-
иеиия (табл I62I) (5121 С пл Д°Дразделяются по конкретным условиям приМ
сливную стружку ДЛЯ обРаботки резанием материалов, даю<
Р: для мИ?* ™ стальное лнтье, ковкий чугун), обозначаются буквой
Таллы и их сплавь;Лам^ЛЛР?Л^?У®_’стРУжкУ (серы® ч°у3гуан, цветные ме-
»ы. у«”Л^а“Х“’ "• ‘бумой Vs так
« стали,—буквой М Подгпупп\ЛПпРИГадные ДЛя обработки как чугуна,
у вой м. подгруппы сплавов внутри каждой из групп для коикрет-
602
Таблица 16.23. Обозначение группы твердых сплавов для резания
по Международному стандарту ИСО [512] _______________________
3* S 2S Подгруппы по приме* нению Условия применения s S
Обрабатываемый материал X ~ £•« w •= S £ Обо- значе- ние Обрабатываемые материалы hsz g Я gO
Группа Р Сталь, в том числе литье, ковкий чугун, дающий слив- ную стружку Сталь, в том числе литье, ковкий чугун, дающий слив- ную стружку Си- ний Си- иий Р01 РЮ Р20 Р25 РЗО Р40 Сталь, в том числе литье То же Сталь, в том числе литье, ковкий чугун, дающий слив- ную стружку Стали, в том числе нержа- веющие, кис- лотоупорные и жаропроч- ные, а также стальное ли- тье Сталь, в том числе литье, ковкий чугун, дающий слив- ную стружку Сталь, в том числе литье, с включения- ми песка и с усадочными раковинами Чистовая обработка то- чением и сверлением (расточкой); повышен- ные скорости резания; сечение стружки неболь- шое; наиболее высокие требования в отношении качества обработанной поверхности; отсутствие .вибрации во время ра- боты Точение, обработка на копировальном станке, нанесен не резьбы, фре- зерование; повышенные скорости резания; сече- ние стружки небольшое до среднего Точение, обработка на копировальном и фре- зерном станке; скорость резания средняя; сече- ние стружки среднее; строгание с небольши- ми сечениями стружки Фрезерование Точение, фрезерование, строгание; скорость ре- зания средняя или низ- кая; сечение стружки среднее или большое; для работы в неблаго- приятных условиях Точение, строгание, на- резка. Скорости реза- ная низкие. Сечение стружки большое. Воз- можен большой перед- ний угол. Для работы в неблагоприятных усло- виях, особенно для ра- боты на станках-авто- матах Т30К4 Т15К6 Т14К8 ТТ20К9 Т5К10 Т5К12, TT7KI2
Условия применения | Соответствую-/ I щая марка 1 / сплава по г I ГОСТ 3882—<741
Обрабатываемый материал Маркировоч- ный цвет 1 ' Подгруппы по приме* нению
Обо- значе- ние Обрабатываемые материалы
Группа М ВК60М Стали, в том числе марганцо- вистые и аусте- нитные Стальное литье, » том числе ле- гированные со сфероидальным графитом и ков- *ий чугун, цвет- ные металлы То же Жел- тый Р50 М10 М20 МЗО М40 Сталь, в том числе литье средней проч- ности с вклю- чениями песка и усадочными раковинами Сталь, в том числе литье, марганцови- стая сталь, ковкий чугун, легированный серый чугун Сталь* в том числе литье, аустенитные стали, марган- цовистая сталь, ковкий чугун Сталь, сталь- ное литье, аустенитные стали, серый чугун, жаро- прочные спла- вы Малоуглеро- дистая сталь, сталь низкой прочности, цветные ме- таллы, легкие сплавы, Для операций, при ко- торых существенную роль играют прочност- ные характеристики твердого сплава, точе- ние, строгание, нарезка; скорости резания низ- кие; сечение стружки большое; возможен боль- шой передний угол; для работы в неблаго- приятных условиях; не- однородный материал, прерывистое резание, вибрации; рекоменду- ется для работы’ на станках-автоматах * Точение; скорость реза- ния средняя или высо- кая, сечение стружки небольшое или среднее Точейие, фрезерование; скорость резания сред- няя; сечение стружки среднее Точение, фрезерование, строгание; скорость, ре- зания средняя; сечение стружки среднее или большое Точение, фасонное то- чение, отрезка преиму- щественно на станках- автоматах ТТ7К12-, BK6-OM# ВК6-М, ТТ8К6 ТТ10К8-Б вкю-ом, вкю-м, ТТЮК8-Б BK8, ТТ7К12
Обрабатываемый материал Маркировоч- ный цвет Подгруппы по приме* нению Условия применения Соответствую- щая марка сплава по ГОСТ 3882—74
Обо* значе- ние Обрабатыв аемые материалы
Группа К
Чугун ковкий, чугун, дающий прерывистую стружку, твер- ды^ чугун, цвет- Крас- К01 Серый чугун Точение, чистовая об- ВКЗ,
ный повышенной точка, расточка и фре- вкзм
твердости (НВ>850 МПа), отлитый в ко- зерование, шабровка
ные металлы, закаленная сталь, пласт- массы, древеси- на и другие не- металлические материалы киль, алюми- ниевые спла- вы с большим содержанием кремния, силь- но абразивные пластмассы, твердый кар- тон, керамика
кю Серый чугун Точение, фрезерование, ВК6,
(НВ>2,2 ГПа), брошюровка, расточка, ТТ8К6
ковкий чугун, шабровка, сверление
дающий корот- кую стружку, углубление отверстий
закаленная сталь, алюми- ниевые спла-
вы, содержа- щие кремний,
медные спла- вы, ила ст мае-
сы, стекло, вулканизиро- ванный кау- чук, твердый картон, фар- фор, камни
Чугун ковкий, Крас- К20 Серый чугун Точение, фрезерование, ВК6,
чУгуи, дающий прерывистую стружку, твер- Дый чугун, цветные метал- лы« закаленная ный (НВ=2,2 ГПа), цветные ме- таллы (медь, латунь, алю- миний), сильно строгание, сверление, расточка и брошюровка там, где требуются по- вышенные прочностные ВК4
характеристики твердо-
абразивная го сплава
сталь, пласт- уем, древе- сина и другие неметалличе- прессованная древесина
ские материалы
В *>
Обрабатываемый иатериая Чугун КОВКИЙ, чугун, дающий прерывистую стружку, твер- дый чугун, цвет- ные металлы, закаленная сталь, пластмас- сы, древесина и другие неметал- лические мате- риалы S £ Маркировоч- ь.» ный цвет О Подгруппы по приме- нению Условия применения Точение, фрезерование, строгание, сверление для работы в неблаго- приятных условиях (не- однородный материал, прерывистое s резание, вибрация), возможны большие передние углы Точение, фрезерование, строгание, нарезка при неблагоприятных усло- виях (неоднородный ма- териал, прерывистое ре- зание, вибрация), воз- можны большие перед- ние углы Соответсвую щая марка сплава по ГОСТ 3882—7 1
Обо- значе- ние кзо К40 Обрабатываемые материалы Серый чугун незначитель- ной твердости, сталь низкой прочности, прессованная древесина Древесина мяг- ких и твердых пород в есте- ственном со- стоянии, цветные ме- таллы
вых условий резаиия обозначают двузначной цифрой, прибавляемой К соответ*’
ствующей букве, например Р01, М20, КЗО. Возрастание цифр указывает на
повышение прочностных свойств сплавов и снижение их твердости, износостой-
кости при одновременном снижении скорости резания.
Подгруппа может подразделяться на несколько марок твердых сплавов,
обозначаемых прибавлением одной цифры к обозначению подгруппы через
точку. Например, группа Р01 подразделяется на Р01.2; Р01.3; Р01.4.
Улучшение качества тверых сплавов, создание неперетачиваемого инстру-
мента с покрытиями, повышающими его эксплуатационную стойкость, позволяет?
одной и той же марке сплава перекрывать ряд подгрупп сплавов по ИСО. По-
дробная классификация форм пластин напайного и неперетачиваемого инстру-т
мента содержится в справочнике [43],
16.6.2. Инструмент для обработки металлов давлением
обработки^етГллон1 /Ка/би^ ^°,льФрама шиР°ко применяют для сплавов для бесстоужковпй пЛп кЭбЛ' 16'22)' Классификация марок твердых аво» для оесстружковой обработки металлов приведена в табл. 16.24. Твер- ^стРужково’й ^^а^откиИ^ета1ллоп°пе,мСТВеННЬ,?{ марок твеРДых сплавов для ’ __ *раоотки металлов в зависимости от условий эксплуатации [527]
Условия эксплуатации в условная интенсивность нагружения Марка сплава по ГОСТ 3882—74 Промышленная группа ! по классификации США
ИЗнм’ 0ТСуТСтвие ударного нагруже- Износ с легкими ударами зное е тяжелыми ударами *дар слабой интенсивности *дар умеренной интенсивности гяжелые ударные нагрузки БОб ВК6 ВК8 вкю ВК15 ВД20 ВК25 f С-2 С-10 С-11 С-12 С-13 С-14
Таблица 16.25. Соотношение между износостойкостью и сопротивлением
^рушению новых марок твердых сплавов [527]
Условия эксплуа- тация Марка сплава в8> % Относи- II тельное | сопротив- Условия • ление эксплуа- разруше- || сэции нию, % Марка сплава % Относи- тельное сопротив» ление разруше* НИЮ, %
Износ ВК10С ВК15С ВК20С ВК25С 100,0 66,7 50,0 31,3 20 | Удар 45 В 70 85 ВК10КС ВК15КС BK20KG ВК20К 66,7 38,5 10,4 3,6 30 60 90 100
Таблица 16.26. Физико-механические свойства новых марок твердых
сплавов [527]
Марка сплава Средний размер зерев WC-фазы, мкм Коэрцитив- ная сила, Яс, Э HRA пи, МПа ®сж> МПа емакс» %
ВК10С 2,0—3,0 100—140 87,5 1900 4300 1,6
ВК15С 90—110 86,5 2000 3900 2,5
ВК20С • • № .80—90 84,5 2300 3500 4,5
ВК25С • • 70—80 82,5 2400 3000 6,5
вкюкс 2,5—42 70—90 87,0 1850 4000 2,1
ВК15КС • а в 50—70 86,0 1950 3600 4,5
ВК20КС л «•* 30—50 82,0 2200 3000 6,8
ВК20К 6,0—8,0 25—30 80,0 1800 2400 10,0
ВК25Хр 2,0—2,5 60—75 83,0 2200 3800 6,3
Таблица 16.27. Сравнительная износостойкость твердых сплавов, используемых
Для обработки металлов давлением [527]
Технологическая операция Работоспособность сплавов, усл, ед.
ВК20 ВК20КС ВК15 BKI5KC ВК20К ВК15О
Вырубка пазов в листах ста-
тора, ротора, толщина 5 мм дернование отверстий в сталь- 1 1,25 V Я V • • • 2,24
ных заготовках • *.,» в 1,20
высадка болтов Мб с потайной
головкой Высадка болтов М20 на много- «• * 2,9 1 1,45 » э»
позиционных автоматах! 1.70
осадка головки 1 1,45
окончательная высадка головки 1 1,43* -в < • • • * 1,66 • ••
Редуцирование стержня '1 1,40 . я>< 4 1,86 • В •
Таблица t6.28. Области применения твердых сплавов при обработке металлов
давлением . Вад обработке давлением Вытяжка стальных деталей про- сто» и сложной конфигурации диаметром до Ю0 мм Выдавливание, прокатка, гибка Вытяжка стальных деталей про- стой и сложной конфигурации диаметром более 100 мм Ударное выдавливание Вырубка обычных и электротехни- ческих сталей толщиной до 0 б мм Вытяжка деталей сложной формы Вырубка в обрубка материалов тол- щиной 1—2 мм *, Холодная высадка на многопози- ционных автоматах Объемная штамповка шаров диа?- метром до 6,4 мм иэ шарико- подшипниковой стали< стерж- невых деталей простой формы диаметром до 6 мм 1 овка Объемная штамповка шаров диа- метром 7—9,5 мм из шарикопод- шипниковой стали, высадка стержневых деталей диаметром до 8 мм Объемная' штамповка шаров диа- метром 10—15,9 мм, высадка стержневых деталей диаметром 8—12 мм простой формы или меиыпего диаметра с потайной или шестигранной головкой или на легированной стали Высадка стержневых деталей из обычной и легированной стали диаметром более 12 мм Деформирование металлов при по- вышенной температуре при низ- кой и средней интенсивности нагружения Объемная горячая штамповка и высадка при интенсивном на- гружении Ротационная и обычная горячая ковкз Тип инструмента | Пуансоны и мат- рицы Пуансоны, прокат* ные валки, элемен- ты штампов Матрицы Пуансоны Вырубные штампы Матрицы штампов « я- Обрезные ножи и матрицы Пуансоны и матри- цы Бойки Пуансоны и мат- рицы То же Матрицы Рабочие элементы штампов То же Рабочие элементы машин, бойки Рекомендуемые марки твердсплавов ВКЮ,. ВК15, ВК10С ВК15, ВКЮС,. ВКЮ BKJ5C, ВК20 ВК15С, ВК20 ВК15С,. ВК20 ВК20С, ВК20 ВК20С, ВК20 ВК20С, ВК20 ВКЮКС, ВК15, ВК20 BKIOKC, ВК15, ВК20 ВК15С, ВКЮ, ВК20 BK20KCr ВК15, ВК20 ВК20К, ВК20 ВК25С, ВК25 ВК20К, ВК25 ВК25Хр
we сплавы для обработки металлов давлением условно motvt к..-
L две основные подгруппы [527]; сплавы, характеризуюшмУ₽гЯб ₽эздалеиы
[«противлением износу; сплавы, обладающие повышенным повышенным
Сушению при ударном нагружении. 1М сопРотивлеиием раз-
Для указанных условий разработаны новые марки тям™, „„
ргаа которых приведены в табл. 16.25_16.27. РК твердых сплавов, свой-
Области применения твердых сплавов при холодной и гопяией
металлов давлением приведены в табл. 16 28 и Г0Рячей обработке
Формы и размеры волок, а также используемые для них
сплавов приведены в справочнике [43]. 1 для НИХ маРки твердых
16.6 Л. Горный инструмент
Твердые сплавы широко применяют для изготовления бурового инстру-
мента.
Некоторые области примене.ния твердых сплавов для изготовления горного
инструмента приведены в табл. 16.29.
Таблица 16.29. Области применения твердых сплавов для горного
инструмента [43]
Вид бурения Назначение твердо* сплавных изделий Форма твердосплав- ных изделий Рекомендуемые марка твердых сплавов
Перфораторное > Пневмоударное Вращательное Долотчатые коронки Крестовые коронки Буровые коронки То же Шарошечные долота Пластины » » » Зубки ВК15, ВКПВ, ВК8В, ВК6В ВК15, ВКПВ, ВК8В, ВК6В ВК15, ВКПВ, ВК8В ВК6, ВК8 ВК8В, ВКПВК, ВК15, ВК4В, ВК6В
РАЗДЕЛ VI
МАТЕРИАЛЫ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
ГЛАВА 17
ВЫСОКОПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
17.1. Введение
Высокопористые материалы, изготавливаемые методами порошковой метал-
лургии, широко используются в качестве фильтров для очистки от загрязнений
воздуха, агрессивных газов и жидкостей, масел и жидких топлив, расплавов
металлов, улавливания ценных продуктов производства, для работы в качестве
диспергаторов, демпферов, пламегасящих элементов, материалов для .пори-
стого охлаждения и других целей..
В зависимости от назначения их изготавливают методом спекания из по-*
р шков металлов или сплавов, металлических волокон, сеток разнообразного
состава — из железа, меди, бронзы, никеля, нержавеющих сталей, нихрома,
титана, хромоникелевых, никель-молибденовых, никельхромомолибденовых
сплавов из тугоплавких соединений различного состава.
В отличие от сетчатых, керамических,, стеклянных, тканевых, фетровых,
картонных и других материалов, пористые материалы, спеченные из порошков
или волокои, более прочны, выдерживают резкие теплосмены и высокие тем-
>>мл№\ЫиВ отдельнь|* случаях при применении тугоплавких соединений до
«сю ве ' ° пРоиессе эксплуатации они, как правило, не*загрязняют фильтруе-
»,„~-П0₽ИСТЫХ материалах, спеченных из порошков или волокон, обеспечи-
как высокая тепло- и электропроводность, удовлетво-
НОСть пп«тияпгт«ЧИ0СТЬ’ высокая коррозионно- и окалиностойкостъ, способ-
ных пределах проницаемости.ДавЛениям> высокая стелень очистки в приемле-
приаднеииемСМ>зпМпя'тиК0п°РЬг^И облада1ОТ такие материалы, позволяют е их
или находить новые «пимп™£2?'ЫШЛенности новые технологические процессы
их для повышения эффективности^ ВпМай“10йострое"ии' использовать
и устройств. Напоимрп ₽ , и качества работы различных механизмов
подается под давлением’eoaavx ^л^пПОр11СТЫХ желобов> через поры которых
тел. Эффективность оаботы тяки»° еслечивается воздушный транспорт сыпучих
СТЫХ электродов. Новой областью испппиЛ базируется на применении пори-
является применение их для капилляпМ,™ ВЭИИЯ выс°копористых материалов
работы тепловых труб (ТТ), ярвого транспорта жидких сред как основы
ные его потоки (до^50°Вт/см^ОВпозвоК>тИя^еПЛа’ спос°бные передавать сверхмопг
иие в десятки и сотни раз. Теплопроволнмтк с”изить термическое сопротивле-
проводиоеть меди в нескольк1ПЛтасМчВ^аз° П26]?ЛОВЫХ Труб пРевышает тепл<>
510
ТТ используются для отвода тепла от теплонапряженных участков машин,
!ямооаживання, для медицинских целей и решения других задач, связанных
Необходимостью быстрого отвода и подвода тепла. Высокие упругие свойства
поистых материалов из волокон позволяют их применять для виброгашения,
вукогашеиия машин и механизмов и других целей.
7 Большим преимуществом спеченных пористых материалов являются широ-
кие возможности регулирования тонкости очистки фильтруемых сред от частиц
J размером от долей микрона до нескольких миллиметров.
17.2. Общая характеристика технологии изготовления
Подготовка шихтовых материалов. Для изготовления пористых материалов
Фильтрового назначения применяются сферические и несфернческие порошки
металлов яли сплавов н металлические волокна (тонкая проволока). Порошки
со сферической формой частиц изготавливают методом распыления расплавлен-
ного металла. Применение сферических порошков обеспечивает наиболее высо-
кие показатели по проницаемости пористых перегородок. Применение несфери-
ческих порошков с развитой поверхностью обеспечивает более высокую тон-
кость очистки и более высокую механическую прочность тела фильтров. Наи-
более высокие свойства пластичности, прочности и наиболее высокие значения
пористости достигают при использовании волокон.
Основные операции изготовления пористых материалов — подготовка
шихты, формирование будущего изделия и спекание. Обычно первой операцией
подготовки исходного сырья является отжиг порошков или волокон в восста-
новительных средах (водород, конвертированный газ, эндогаз, вакуум) для
удаленая оксидов или других загрязнений. Однако эта операция не во всех
случаях обязательна, так как высокая пористость изготавливаемых материалов
обеспечивает протекание восстановительных реакций непосредственно при спе-
кании в результате легкого проникновения восстановительных газов сквозь
толщу изделия.
Для обеспечения равномерной пористости во всех частях изделий важное зна-»
чение имеет равномерность фракционного состава применяемого порошка.Поэтому
исходные порошки обычно подвергают рассеву иа фракции, отбирая для изго-
товления изделий ту фракцию, которая обеспечивает получение заданного раз-
мера пор н, следовательно, заданных проницаемости фильтра и его очиститель-
ной способности.
Представление о зависимости проницаемости от размера частиц порошка,,
из которого изготовлен фильтр, дает рис. 17.1. Эти данные получены иа втул-
ках из сферического порошка, спрессованных под давлением 294 МПа и спе-
ченных (350).
На рис. 17.2 показаны аналогичные данные зависимости тонкости фильтра-
ции от фракционного состава порошка.
Для обеспечения особенно тонкой очистки газа от твердых или жидких
частиц при высокой степени проницаемости (например, фильтров для очистки
аоачного дыма) в тонкие порошки железа (менее 63 мкм) добавляют в каче-
м порообразователя двууглекислый аммоний. Порошок подвергают прокатке
оследующим дроблением полосы. Полученные гранулы рассеивают на фрак-
сп*кан8атем из иУжи°й фракции прессуют заготовки фильтров и подвергают
Обпя? °Перацш0 подготовки шихты входит также введение разрыхлителей для
ия«°Ваиия повышенной пористости (парафин, двууглекислый аммоний, хлор-
спип”^’ хл°риое железо, FeCOa • 6Н2О, 10 %-ный раствор поливинилового
обо»,' К0Т0Рь1е, выгорая, разлагаясь или восстанавливаясь при спекании,
и J'kjt Дополнительную сквозную пористость внутри гранул или между ними,
ков полУчеиия пористого вольфрама в смесь добавляют 2—15 % порош-
Шок л'>рия°в лантана илн Иттрия, в тугоплавкие металлы вводят также поро-
4een»₽2MISi?oro калия U6, 41]. При введения двууглекислого аммония в коли-
_ ДО 70 об. % возможно получение изделий с пористостью 70 80 Л-
(60;40)Итаие В качеСтве наполнителя применяют спирто-глнцернновую смесь
Для изготовления фильтров применяют металлические порошки, изгото^-
ленные в соответствии со следующими техническими условиями: железные 4.
ТУФМ 17-64; нержавеющей стали — ТУФМ 11-64; никеля—-ТУФМ 10-64;
фосфористой медиТУФМ 9-64; бронзы оловянистой — ТУФМ 13-64.
Для обеспечения вадежвой работы и повторяемости результатов работы
ТТ должны применяться строго юстированные материалы —• трубы из безкиа-
лородной меди (ГОСТ 15040-77); полосы и ленты из безкиелородной Mei
(ГОСТ 1547—77); листы и полосы никелевые (ГОСТ 6235—73), трубки тонщк
стенные из яикеля я никелевых сплавов (ГОСТ 13648 77); трубы бесшовны»
горячедеформированные из коррозионностойкой оталн (ГСкЛ 9340 72); прово|
лока медная круглая электротехническая (ГОСТ 2112 71); проволока из и»
келя н кремнистого никеля (ГОСТ 2179—75); проволока из высоколегирован^
• ------'••’лл*г>5илй И ЖаОО." 4
£
1W
120
100
60
20
*
S
стойкой стали (ГОСТ 18148-*-72).
£
80
s
8
О,в 1,0
Ч^акцамный актов порошка, мн
Ряс. 17,1. Влияние фракционного состава
бронзового сферического порошка на
проницаемость фильтра (втулка d = 40 мм;
tn=3 мм; h= 100 мм). Фильтр спрес-
сован при рп = 300 МПа [350J
0,065.0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1
Фракционный состав порошками
Рис. 17.2j Влияние фракционного сос-
тава порошка на тонкость очистки
фильтра (втулка d = 40 мм; ЬСТ =>
= 3 мм; h = 100 мм), Фильтр спрес-
сован при рП = 300 МПа [350]
Операции формирования пористых изделий. Пористые изделия фильтрового
назначения отличаются большим разнообразием геометрических форм: чашечки,
цилиндры, втулки, кояуса, свечи, диски, пластины, листы. Размеры колеб-
лются от дисков диаметром 1,5 мм и чашечек диаметром до 5 мм до полых ци-
линдров диаметром 100 мм и более, пластин размером 250 X 250 мм, дисков
диаметром до 300 мм и прокатанных листов неограниченной длины, Кижды®
вид изделий имеет свои особенности формирования, Наиболее широкое распро-
странение получили такие известные способы изготовления, как спекание сво-
бодно насыпанных сферических порошков в специальных формах, соответствую-
щих конфигурации изделия, иа графита или других материалов, прессование
заготовок фильтров под прессом при относительно небольших давлениях для
f??pa“®““” ®ысокой пористости, получение пористых листов методом прокатки,
ХИК^“”е„вЛИ^'ГНД₽ОстетичеСкое прессование, войлокование при изготовле-
нии изделий из сечки проволоки и др.
»пл.Ло^Л°рМОВанИИ Л”0,?,0», св°бодиой насыпки сферических порошков
^2% [656).ПО₽ИСТОСТЬ 4М9 %* приложенйе вибрации уменьшает ее до 35,4—
поесет7анДи«₽еп^маЛИ^а7 6оЛее H«3K«e значения конечной пористости. При
прессования применяют Давление 98—31)2 МПа, г
ил~ **ри пР°катке> в зависимости от размера исходных частиц’и толщины листа,
20~46 *- икХ“й”“«^
стн В значительной степени зависит от введения «порообразователей».
При использовании несферических порошков возможно формование п°-
в истых изделий в виде многослойных конструкций. Например, прокаткой можно
^изготовить двухслойные фильтры из порошков нержавеющей стали и титана
к различными размерами частиц. При прокатке многослойных фильтров кас-
сета из которой поступает порошок в валки прокатного стана, имеет соответ-
ствующее количество параллельных отсеков, из которых в зону прокатки одно-
временно поступает слой каждого из порошков.
Многослойные фильтры можно также получать центробежной отливкой
шликера (шликер — густая взвесь частиц порошка в вязкой жидкости). В этом
случае подготавливают несколько шликеров из частиц порошков различной
крупности, которые последовательно заливают во вращающуюся металличе-
скую пористую форму, позволяющую жидкости, образующей шликер, удаляться
под действием центробежных сил. Полученную цилиндрическую заготовку
затем высушивают и спекают.
Для получения изделий большого диаметра или длины применяют метод
мундштучного прессования. Для этого подготавливают шликер из металличе-
ского порошка на растворе крахмального клейстера или на синтетическом кау-
чуке, поливиниловом спирте, этансульфонатцеллюлозе, карбоксиметилцеллю-
лозе’и других веществах, сообщающих смеси текучесть под давлением. Затем
суспензию экструдируют под прессом через мундштук необходимого диаметра,
полуфабрикат сушат и спекают [530].
Этот метод применим в основном для порошков с несферической формой
частиц. Проницаемость таких материалов обычно ниже, чем материалов из сфе-
рических частиц. Метод мундштучного прессования несферических порошков
с последующим спеканием помимо обеспечения равномерной по длине изделия
пористости позволяет получать на поверхности пористых изделий слой е более
тонкой пористостью, который обеспечивает высокую степень очистки газовых
сред (до 2—4 мкм) без глубинного забивания фильтра, что способствует его
эффективной многократной регенерации.
Сырьем для изготовления пористых материалов из волокон обычно служит
сечка металлической проволоки диаметром 15—50 мкм и более. Для этой цели
жгуты из проволоки необходимого диаметра подвергают резке на кусочки мер-
ной длины. Для изготовления изделий подготавливают суспензию из сечки,
вапример на глицерине, и затем выливают на пористую подложку необходимой
формы. Для ускорения отфильтровывания жидкой фазы применяют вакуумное
отсасывание. Этим методом можно изготавливать изделия в виде пластин
в труб.
Возможно также изготовление пластинчатых изделий из волокон ме-
тодом разравнивания сечки на плоской подложке и последующего прессо-
вания. л
Получающийся после осаждения на подложке металлический фетр обладает
достаточно высокой прочностью для проведения дальнейших операций транс-
портировки и спекания.
Фильтрующие элементы из титана прессуют статическим или гидростатиче-
ским методами.
0 4 ммХ°ДНЫМ сыРьем СЛУЖИТ порошок титановой губки фракций 0,1; 0,2; 0,3;
пА„/’Рессоваиие производят с введением 5 %-ного наполнителя (спирто-гли-
ВДриновая смесь, 60 : 40) при давлениях 200—300 МПа [350].
можип ессоваиие фильтров из сферических порошков нержавеющей стали воз-
виииловогоЬс°и° введеиием связующих (парафин или 12 %-ный раствор поли-
беином.еСС°ВаНИе ПРИ Дивясииях 200—400 МПа дает пористость 30—40 %. Осо-
ное нстью изготовления фильтрующего материала ВФТН-1 является плазмен-
В Рв.ЛПЫЛение приготовленного порошка на металлическую сетку, спекание
В вод? Р°.да ПРИ 750 d: 50 °C в течение 1—2 ч, затем при 1150 ей 100 ®С
‘вчение 3—4 ч в вакууме.
Яителей*>а11ИЯ СПеКаИИЯ- Изделия, изготовленные из смесей с добавками напол-
«ого повИЛИ ПЛастиФикаторов, требуют при нагреве под спекание замедлен-
и отсутсгШеНИЯ температуры, что обеспечивает медленное удаление добавки
утствне коробления или растрескивания изделий.
Спекание изделий производят в защитной водотаиовительной среде в тече-
вне 1—2 я при следующих температурах, С 1чоц.
Бронза
Титан восстановленный
Никель в мелкий восстановленный титан
Сплавы хрома _
Нержавеющие стали, хром, хромоникельмо-
либденовые сплавы, железо
Никель-молибденовые сплавы и крупный
порошок электролитического титана
860—890
800—1100
900—1100
1100—1150
1200
1200—1250
спекания определяются
Состав защитной м газ°®°® и₽тмбованиями ^^свойствам готового изделия,
Кав^мГзХ°нымИ средами являются водород, диссоциированный аммиак,
эидогаз, аргон и ваклгм. юших сталей и сталей, содержащих хром,
тоеб^пТиме^еиия водорода с повышенной очисткой от следов кислорода. Для
этой пади исполняют специальные очистительные установки или спекание
ЗЙелХсАествГя'ют в засыпках, содержащих вещества, способные поглощать
кислород- засыпку из оксида алюминия, которой покрывают спекаемые
изХя, Добавляют порошки хрома, феррохрома, титана, гидрида титана,
взаимодействующие с кислородом и влагой, присутствующими в водороде.
Возможно также введение фтористых или хлористых соединений, в присут-
ствии которых обеспечивается восстановление оксидов хрома водородом. За-
щитные добавки вводят в количествах 15—30 % в смеси с порошком оксида
алюминия.
Для повышения коррозионной стойкости фильтров из железного порошка
при их изготовлении иногда операцию спекания совмещают с операцией хроми-
рования, добавляя в засыпку порошки хрома или феррохрома и двууглекис-
лый аммоний.
К фильтрам из титановой губки применяют спекание в вакууме порядка
133 мПа при температуре 1000 °C в течение 2 ч.
Спекание фильтров из тугоплавких соединений, таких, как карбиды, бо-
риды, силициды, нитриды, требует более высоких температур (1500—2500 °C).
Первые попытки изготовления тепловых труб методом порошковой метал-,
лургии были направлены на получение капиллярного слоя (КС) припеканием
к внутренней поверхности ТТ слоя из частиц порошка меди или железа. Недо-
статком этого метода является невозможность получения КС с высокой пори-
стостью. Наиболее высокими свойствами обладают тепловые трубы с КС из
металлических волокон. В этом случае сформованный из металлических воло-
кон слой заданной толщины припекается к внутренней поверхности корпуса
иагР,евом в сРе«е водорода или диссоциированного аммиака,
кас с пяяяйтпй СЛ°л пРедста®ляет собой, сплошной металлический кар-
создавать КС г СКВ03н0Й пористостью. Эта технология позволяет
метоами обеспечимим„«8аДаННЫМИ СТРУКТУРНЫМИ и гидродинамическими пара-
SSbSmocth ' Рас4етные хаРа^Ристики S высокую степень их
нержакющая сХТь,РаХминийЛт7нтаТп^0ВЫ^ Tpy6 ИСП0ЛЬЗУется “едь, никель,
конием и вольфрама с рением &й^конел^ ВеппФраМ’ ТИтан’ с"лавы ниобия с цир-
титаи — углерод. Капилляпнмй ’ СПЛавы типа молибден — цирконий —
(нержавеющая сталь, никель медТ^бп<ГТГ?ВЛИВ^тся из металлических сеток
стих засыпок и металлических войлоков ’ ,перфоРиР°ванных листов’ зеРнИ‘
риалом корпуса, ^'нешкавеюшей “^"ОЛЬЗУЮТСЯ вещества, совместимые с мате-
и нйкелемР^дистилли*овашия^ водаЬ1спи°оВт1еям1МЫ СПИрты и аМмиаК’ ' МвДЬЮ
пропан, бутан, пентаи, гептан фое^н ап₽™и К’ ацетон> е алюминием —
высоких температурах могут оаботят’ь тт ’ смесъ аммиака и бензола. При
с теплоносителями натрием и калием Л» И3 нержавзющей стали и никеля
т»е«. Однако ™ « “
н/ >реиуют защиты от окисления.
Дополнительная обработка пористых изделий. Высокопористые изделии
йосле операций спекания подвергают дополнительной обработке — калиброва-
нию, допрессовке, прокатке, обработке резанием, сварке и др.
При механической обработке требуется подбирать специальные режимы
резания для избежания разрушения или уплотнения поверхностей. Разрабо-
таны методы получения из тонких спеченных пористых листов гофрированных
т!оверхиостей. Чаще всего обработка поверхностей необходима для посадочных
кест — калибрование, выточка фасок и др.
Для изготовления длинномерных изделий трубчатой формы возможно при-
менение метода сварки по торцам более коротких цилиндрических заготовок,
пайки или спекания заготовок по торцам. В ряде случаев возможно применение
операции пайки, склеивания (клей БФ-2, ПР-24, клей ВИАМ, ПЭФ-2/10, за-
мазка иа цементном растворе).
Применяют также завальцовку по периметру плоских фильтров или по
буртикам чашеобразных фильтров.
Повышение коррозионной стойкости железных изделий достигается опе-
рациями оксидирования — нагревом при 300—350 °C е последующей закалкой
в масле. Нержавеющую сталь можно подвергать пассивации в 6—10 %-ном
растворе азотной кислоты при 70—80 °C .в течение 30 мин.
17.3.
Методы контроля качества фильтровых материалов
Основными параметрами методов контроля качества пористых материалов
фильтрового назначения являются общая пористость (плотность), проницае-
мость по воздуху или жидкости, размер пор, тонкость фильтрации, прочность»
Общую пористость определяют по объему фильтра и его массе в сравнении
с плотностью беспористого материала. Для этой цели фильтр взвешивают на
воздухе и в воде. Для предотвращения попадания воды в поры изделие покры-
вают слоем лака (например, цапонового).
Проницаемость (производительность) фильтров определяют по количеству
протекающего через фильтр в единицу времени газа или жидкости, подавае-
мых под определенным давлением, и выражают в л/(мин см2). Для этой цели
через испытываемый фильтр, зажатый в специальном устройстве, продавли-
вается под определенным давлением жидкость или газ., которые вытесняют из
мерного цилиндра занимающую его жидкость»
Для определения скорости фильтрации применяется уравнение Дарси
выражающее зависимость между скоростью фильтрации и градиентом давления
Рд (₽вх " ^)>
где Рд — коэффициент проницаемости по Дарси (Дс — единица проницаемости,
равная 1,02 - 10”® мм2); рвх и рвых —давление на входе и выходе пористого
образца; г] — динамическая вязкость жидкости; b — толщина образца.
Значения коэффициента проницаемости выражают в Дарси, представляю-
(Нмп0^ проницаемость пористого материала, в котором перепад давления
“а П0ДДеРЖивает скорость жидкости 1 см/с при вязкости 10-8 Па с через
*уо с длиной ребра 1 см.
рас Проницаемость пористых материалов у оценивают по величине объемного
РаЦюр3 ГЭЗа ИЛИ жидкости в единицу времени через единицу площади фильт-
«=. V/(F - т),
^количество^п^о^ильтрованиой жидкости илц газа за время т при пло-
и в^09(М),,циеит проницаемости пористых тел зависит от пористости, формы
состояМе₽а порошка, из которого изготовлена пористая перегородка,
его* "Ния поверхности пор. Равномерность проницаемости по площади пори-
етого’е₽его₽°Лки зависит от равномерности распределения пор. Для оценки
обваяйП°Казателя иа различных участков' перегородки вырезают ( контрольные
•И* или производят Проливку (продувку) пористого .образца в_ различных
специального приспособления, позволяющего определят^
учзстках с помощью
местный расход ЖИДК°С7Я "f“M ®eTOflOM измерения размера пор являетсй
Наиболее распространенным меД " ЬКов. Он основан иа измерении
метод максимального даждения“ У “роникновения («пробулькивания»)
давления, необходимого Для °°®сие ® ГОрОдку, предварительно пропитанную
пузырьков газа через пори у ₽ атяжения которой известна. Жидкост,
Поэтому «л,
удерживается в порах с“да”я некоторое давление.
ее из пор необходимо приложить н к ™Р° * газовые пузырьки, соответствует!
Давление, при котором проникают перв«=
максимальным размерам пор. «ыпажения
Радиус пор (см) определяют из выражения
2ож cos fl
zn= р ’
где ож - поверхностное натяжение, Па; fl - краевой угол, град, р - давление
ГаЗЯ В ^случае совершенного смачивания (cos fl — 1)
' 2стж
<и = р'
Проницаемость и размер пор определяют по ГОСТ 15079-69. Л
Степень очистки, обеспечиваемую фильтром, можно проверить несколькими
способами Размеры и гранулометрический состав суспензии определяют до
Фильтрации и после нее через химический бумажный фильтр, методом седимен-
тации; основанным на законе Стокса для скоростей падения тела в жидкости
(ГОСТ 7155—54), методом радиоактивных изотопов и микроскопическим.
Для испытания на прочность применим метод гидравлических испытаний
труб (ГОСТ 3845—47). В этом случае испытывается трубчатый-фильтр, зажатый
е торцов. Внутренняя поверхность фильтра покрывается тонкой резиновой
оболочкой, закрывающей поры. После этого внутрь фильтра насосом подается
масло и фиксируется давление, при котором фильтр разрушается.
Изготовленные тепловые трубы контролируют на передаваемую плотность
теплового потока на специальных установках, которые позволяют измерять
подводимую мощность и температуру стеики ТТ в зонах испарения, конденса-
ции и транспорта. *
Регенерацию загрязнившихся в работе спеченных фильтров производят
различными методами: механической очисткой противодавлением (фильтруемые
газ или жидкость пропускаются под давление в направлении, обратном направ-
лению фильтрации); химической очисткой — химическими растворителями за-
грязнений, пропускаемыми через поры, в направлении, обратном фильтрации;
ультразвуковой очисткой, при которой очищаемый фильтр погружается
“ Вй КОТ°РОЙ возбуждаются ультразвуковые колебания. Фильтры
10—15 % ” регенераций, после чего их проницаемость понижается иа
17.4, Характеристики физико-механических, фильтрационных
и других свойств высокопористых материалов
сят отНмногяхефактооппИе v АРУгие свойства высокопористых материалов завй--
иых пооошкп» ™~ химичеСк°го состава, размера и формы частиц исход-
ны^ порошков, от величины давления прессования, температуры спекания
». “S'
мера фракций Пм™™ Д?ТИЦ железног° порошка в зависимости от раз
Температура спекания IPOtV^R методом оплавления в электрометаллизаторе.
мпература спекания 1200 С. В качестве связки введено 3 % парафина.
УаблипЛ 17.1. Зависимость свойств фильтров из сферических частиц
Железа от размера фракций порошка и давления прессования [1111
Н'-1 ' ^Размер фракции, мкм с £ 85 И Лп, мкм Рд. Дс Е £ £ в1 Размер фракции, мкм £ Б Я. и . ИЯМ ,ир ₽д. Де га с £ j
0,1-0,2 98 44 56 15 73,5 0,3—0,4 98 42 101 30 49
196 37 47 8 157 196 35 78 17 128
294 35 36 4,5 221 294 30 63 9 181
392 33 33 3 250 392 29 58 7 216
0,2-0,3 98 43 90 20 64 0,4—0,6 98 40 • 196 40 39
196 36 69 12 142 196 33- 143 23 98
294 32 56 7 196 294 29 109 14
392 31 54 5 231 392 27 84 9 196
В табл. 17.2 приведены свойства пористой нержавеющей (Трл^, ролучен
вой спеканием свободно насыпных распыленных порошков в виде листов ри
мерами 120 X 460 мм.
Таблица 17.2. Свойства пористых листов из сферических порошков
нержавеющей стали с различным размером гранул [20]
Марка воронь ка </,, мкм <*п. мкм п, % &МИН» мкм ^мак©» мкм ^вз* л/(смг » МИН) л/(см! » мин) S, %
с 165 55 12 39,2 1,84
д 150—300 65 50 1,5 12 В Л • 5
Е 75—150 35 50 0,75 12 10,2 0,21 5
F 75—150 20 50 0,75 9 4,8 0,05 5
Y 35—75 10 50 0,75 6 < 4
Н 20—60 5 45 0,75 6 ' 1,35 0,012 2
X 15 20 « ь 3 0,18 0,010 к * .*
Таблица 17.3. Свойства пористых металлов и сплавов [20, 552]
Материал П, н 0 Е £ ав ь 8LIW -жэо % ‘-S 35 £ X, Вт/(м К) 1 в, Дж/(иг « К) 7 JxJ о 8
Бронза Cu—Sn и(9119, мас \ . Куржавеющая 30—40 50—60 39—59 20—49 34—69 29—54 4—6 2—5 15 5 20,9 6,3 340 500 18,4 18,5
сталь типа 18—8
2% Мо “^Зильбер Си- fn-Ni(65 : 23: 30—40 20—39 16—53 2—4 15 14,7 390 10,6
us 12, мае.) Инкель 30—40 39—118 49—147 • ♦ <в < 4 » . а « к
«и С^с)
В табл. 17.3 даны свойства материалов на основе бронзы, нержавеюще^
стали, нейзильбера н никеля [20, 552] как пример величины свойств различи^
металлов в зависимости от пористости.
Характеристики высокопористых фильтровых материалов из железнйх
распыленных сферических порошков приведены в табл,. 17.4.
Таблица 17.4. Характеристики высокопористых фильтровых материалов „ ДХленных%5>ических порошков малоуглеродистой стали (ТУФМ 17 64) [461] _
П. % <£. МПа 9вз» х X см1) «ДТ». л /(мин « см*) <1ф , мкм Возможные формы И типоразмеры изделий
20—40 49—588 5—200 0,61—2,0" 10—>120 Ав т. Втулки: d = 14 138 мм* 6ст=0,6 -г- 10 мм,. 1 = 50 4- 500 мм
По ли е я а и и е: Свойства приведены для фильтрового материала «f Ь = 3 мм; эначе. •ил Сдтданы дизельного топлива е ч = 2,6 Па • иг при g = 0,1 МПа...
Материалы из волокон отличаются от порошковых значительно болеем
высокими показателями прочности при растяжении, изгибе и ударной вязкое®
(табл. 17.5).
Характерным является сохранение повышенных значений прочности н@
хрома и нержавеющих сталей при температурах до 800—1000 °C.
Более подробные сведения о свойствах материалов фильтрового назнач^®
иия из различных металлов приведены в табл. 17.6.
Характеристики тепловых труб базового ряда, работающих на воде и фрй®.
не, приведены в табл. 17.7 и 17.8.
17.5. Области применения высокопористых материалов
Области применения фильтров из металлов и их сплавов весьма разнооб-'
разик — это фильтрация различных масел, смазок, основ для лаков, растворил,
телей, жидких я газообразных топлив, жидких газов в криогенной технике,
фильтрация некоторых пластичес—
ких масс, вина, продуктов бро-
дильного производства', дрожжей,
в химической -промышленности,
ядерной энергетике, производстве,
пластмасс, каучука, фильтрация
агрессивных горячих газов, в фар-
макологии и Т-. д. Примерные
области применения высокопорис-*
тых материалов характеризуются
данными габл. 17.9. Возможное
разнообразие конструкций фильт-
ра ^иллюстрируется рйс. 17.3 в
Материал фильтра выбирает-
ся в зависимости от условий ра*
Рис. 17.3. Простейшие формы вы*
сокопористых изделий фильтрово-
го назначения
Табляп* 17.6. Характеристики волокновых фильтровых материалов [461]
<9 С * с м я ъ я ₽ф • КС, ем»
Матерная волокна а ч? 5$ И 1W ‘®о СГВ, МПа £ », % 3_ О »т ем X Ч ь х» к <0 J8 м я к я ч? Спирт Вода
Транспирационные материалы
Нихром Х20Н80 50 10 343—706 980—1570 - ? ' 30 63,8 * * г* 14—20,5 10,6 8 5 ft» ► а »
Нержавеющая сталь 1Х18Н9Т 20 275—490 785 »- А в 20 55,9 * <• с • f Ч 8,3 17 10 0,139 0,011
30 216—265 490 392 15 42,2 93,7 14—19,5 6,2 30 17 0,485 0,089
40 157—245 294 343 10 27,5 63,3 • я • 4,3 45 22 t V 1
Высокопористые материалы
Нихром Х20Н80 Нержавеющая сталь 1Х18Н9Т 50 50 60 88,3 49,0 147 49 294 245 8 6 17,7 11,8 39,2 23,5 14—18,5 * Л • 2,5 1,4 66 97 31 43 5,25 17,6 3,74 13,4
70 24,5 • * -& 1.77 5 6,9 12,5 14,5—18,5 0,7 135 65 48,1 35,7
80 4,9 • « о 118 4 2,9 4,9 14,5—15 0,3 205 100 . -ь » ч < «
Никель НП-2 200 50 29,4 29,4 147 • а . 9,8 4 ф -* е э • « 16,2 210 45—85 ” ? • « и •
60 14,7 19,6 118 * * • • 4,9 к ». # -s »• 'Э 12,0 295 62—106 ’ ж • * Ч
70 9,8 9,8 98 • ? Ч 2,0 4 *'• Л ’ * 7,5 Ч • "» ж w *- * .& *
80 • • « 4,9 Ч ? • < Ч -Ц • ь • * «Г Ч * • > 3,7 t Л * -S * *- » • * W -*
j_ Примечание, у материалов иа нихрома с П = 40 % а«00= 64, а800 = 44_ дПОО „ 34 МПа.
S Таблица 17.fi, Характеристики высокопористых проницаемых материалов из несферических порошков [461)
Изделия Исходный материал Вид И рвэмеры* иаделив, мм а. х Ч. л/(мин • см1) макс, мкм Дф. мкм Механические свойства (оррозиоииая стойкость
Фильтры Восстановлен- ный порошок железа Диски d = 5-r- 100к 6 = 3 Втулки d =ч 15 -4- 50, Ь = 3 — 5 40—75 0,6—6 (Воздух при Др =» Я» 0,001 МПа) 0,125—0,3 (Вода при Др == О 0.05 МПа) 0,25—0,8 (Масло при Др «=» S= 1,5 МПа) 4—80 2—20 аи = 27,4 -4- -4-98 МПа, Тс= 19,6-4- -4- 147 МПа, ов= 19,6-4- -4- 147 МПа, ак ®® 2’45 "4- -4-4,32 Дж/см2 а. • *
Фильтры для очистки табачного дыма То же Таблетки d=^7, h = 3 мм 72—77 1—3 (Воздух при Ар = = 0,001 МПа) <50 <1 Прочность доста- точная для транс- порта и монтажа фильтров в сига- реты У довлетво- рительная
Фильтры, пламегася- щие эле- менты (огне- прегради- тёли) Порошок не- ржавеющей ста- ли Х17Н2, 0Х18Н9, Х18Н15, Х23Н18, ХЗО, ТУ 1325-65 -1ово-ТульскоРо металлургиче- ского завода, а также из электролитиче- ского порошка никеля Диски </ — = 2-г-100, 6 = 0,7 5,0 Втулки d— = 14-4-50, h = 20— 100, &ст = 3 -4- 5 Трубы d = = 50-г- юо Длина труб может быть увеличена спеканием в торец 35—70 1—5 (Воздух при Др = = 0,05 МПа) 0,125—0,3 (Вода при Др = 0,05 МПа) 0,25—0,8 (Масло при Др =j 1,5 МПа) 4—100 г 2—20 тс = 59-4-245 МПа', ов = 35-4- -4-245 МПа„ ак = 2,45-4- -4-3,9 Дж/см2, ои = 29 -4- -+ 196 МПа при 20 °C и 118 МПа при 800 °C на воз духе и в защитно среде для стали Х23Н18 е порис- тостью 40 %. Разрушающее уси- ^пие при радиаль* Устойчивые окислит ель- 1ной газовой среде до 800 °C, » также в I щелочных растворах, в азотной кис- . лоте, в воде
fe
Фильтры,
дисперга-
торы и окси-
гаторы, пла-
мегасящие
элементы,
паропрони-
цаемые
пластины
Порошок ти-
тана, восста-
новленный из
электролитиче-
ских марок
ПТЭС и ПТЭМ
Диски d =
= 20 4- 100,
6 = 34-6
Пластины
115X170,
6 = 44-6
Стаканы
d = 15 4-35,
h = 154-50,
Ьст = 24-5
25—65
Фильтры Порошок Втулки 25—45
для очистки бронзы. d = 154-80,
дизельного БрОЮ, h = 304- 140,
топлива, БрОФЮ, *ст = 2,5
влагомасло- БрОЦ8-2
отделители
ел
0,3—25 (Воздух при Др = 0,1 МПа) 1,7 (Пар при Др = = 0,01 МПа) 0,1—5 (Воздух при Др = = 0,001 МПа) < 100 40—160 4—20 16—60 коэффи- циент проскока влаги в 4 раза меньше, чем у войлоч- ного фильтра ном сжатии втул- ки d « И,5. 4ВН = 7,5, Л = =«28 мм ие ме- нее 700 Н. Прочность трубы на радиальный разрыв изнутри не менее 2 МПа тс = 29 4- -5-295 МПа, аи = 49 — — 324 МПа, ак=1-5- 4-3 Дж/см® • ’я Ж Стоек в азотной кислоле и щелочных растворах; в среде пе- регретого пара
Изделвя Исходный материал Вид и размеры изделий, мм n. X
Фильтры Сплавы хрома с 30 % никеля и 30 % мо» либдена, ни- келя е 15 % хрома и 15 % молибдена Диски d — = 20-5- 100, б = 3-=-5 Втулки d= 15-?-45, 6 = 30-4-40, ^ = 3-4-5 30—"-80
Пористые материалы 1дя илазмо- техники 1 Псевдосплав вольфрама е 20—30 % меди Диски d = 20 -т- *4-100, 6 = 5 Втулки d = е» 30/20; h = = 30-4-100 40—75
е» «/(мин • См’) макс» мкм йф, мки Механические свойства Коррозионная стойкость
2—12 (Воздух при Ар = 0,01 МПа) 80—150 i .« » Тс= 10 4- 4-54 МПа, <УИ ее 206 (500 °C) 4- 4-64 (1000 °C) МПа для сплава хрома с 30 % никеля (30% пор) Материалы из хрома с 30 % ни- келя стойки в окисли- тельных га- зах до 1200 °C, из никеля е 30 % молиб- дена стойки в кипящей соляной кис- лоте, серной кислоте, хлористом водороде, хлоре и дру- гих галоге- нидах; спла- вы из никеля © 15 % хро- ма и 15% молибдена стойки в растворах со- ляной и азот- ной кислот
10—60 (Воздух при Др == 0,05 МПа) юо—зоо * i * <ГИ =а 49 ~i~ г-4-245 МПа j»- *.
i
Материалы / СферохЛ13иро-
для систем / ванные порош-
с пористым / ки тугоплавких
охлажде- I соединений I
пнем j j
Конические
диски
d = 30,
4=» 10ч-15
Втулка
d = 124-30,
6 =34-6
20—60
Фильтрую- Сетка № 80/720
щий мате- кз никелевой
риал проволоки НП2
ВФТН-1 е нанесенным
на сетку слоем
порошка никеля
(ГОСТ 9722—71)
е размером
частиц 30—
40 мкм
Пористый Порошковый
«потеющий» нихром
материал Х25Н25
ПН-1
Лист
6 = 0,16 —
4-0,18
Листы, полосы,
цилиндры,
втулки, кольца,
трубки И др.
b = 1 4- 5 мм
До 80
(Воздух при
Др = 0,3 МПа)
Стойкие в
потоке про-
дуктов сго-
рания при-
родного газа,
в кислороде,
при 2400 °C
н «<560 м/с
в условиях
тепло-хими-
ческой за-
щиты арго-
ном
142—191
(Авиационная жид-
кость при Др =
= 0,004 МПа)
847
(Вода при
Др = 0,5 МПа)
10—12
ств== 57 МПа
при 20 °C, коли-
чество перегибов
50 при г = 2 им
Тс = 88 — 98 МПа,
ои = 196-
— 245 МПа, ®гсж =
= 1510—1670 МПа,
ов=117 4-
— 129 МПа, вц »
=4,9 — 6,9 Дж/см2,
НВ = 430 —
— 480 МПа, 8 =*
= 2,25 %
Стоек в ди-
стиллиро-
ванной во-
де, 96 %-
ном этило-
вом спирте,
3 %-ном
растворе
NaCl и в
атмосфер-
ных усло-
виях
S Таблица 17.7. Характеристика тепловых труб базового ряда, работающих на воде,
для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры [463]
Габаритно-массовые характеристики X ара ктеристнки Капиллярной структуры Рабочие параметры Условия мссплуаташт
d, мм Диаметр парового канала» мм |> мм т, г И, Н В. мм Ориента- ция в про- странстве, град *макс» Вт Вт/см» Темпера- тура иа- сыщ^ня, Зона нслареиня, мы Зона конден* сацни( мм Темпера- тура >х ла ж даю- щей воды, “С *УД не тепло съем г см'/с
6 3,0 245 1 30,2 75,3 1.0 0 75 9,5 68 50 100 23 17
90 25 3,2 42 50 100 23 17
3,4 245 25,5 93,2 0,8 0 260 33,1 152 50 100 23 17
90 12 1,6 58 50 100 23 17
3,5 495 56,3 78,0 0,75 0 20 2,5 36 50 100 23 17
45 7,5 0,9 35 50 100 23 17
3,4 460 90,0 0,8 0 100 12,7 143 50 100 23 17
15 40 5,1 80 50 100 23 17
23 17
10 4,2 245 86,2 76,0 1,0 0 185 14,8 81 50 100 23 17
90 70 5,6 51 50 100 23 17
4,7 245 80,8 83,5 1,65 15 200 16,0 80 50 10® 23 17
90 65 5,2 44 50 100 23 17
5,8 245 88,2 1,1 15 220 17,0 88 50 100 23 17
90 35 2,8 44 50 100 23 17
5,9 245 73,6 88,2 1,05 15 160 12,8 69 50 100 23 17
90 30 2,4 35 50 100 23 17
4,4 445 77,4 1,8 0 115 9,2 68 50 100 23 17
90 20 1,6 62 50 100 23 17
5,4 495 143,6 91,2 1,3 0 300 12,0 160 100 100 23 17
15 ? 30 1,2 60 100 100 23 17
13х 11X1,0 250 51,7 81,2 0,5 0 125 7,8 52 50 90 23 17
хз.о 90 25 1,6 44 50 90 23 1 17
11X1,0 250 65,7 0,5 0 65 4,1 39 50 90 23 1 17
90 20 1,3 39 50 90 23 1 17
11X1,0 500 | A 4 1 81,0 0,5 0 110 4 6,9 67 50 90 1 23 1 17
'1 Г S
30 16 0,9 59 50 90 23 17
80,0 0.6 0 150 3,1 43 50 90 23 17
90 15 0,3 44 50 90 23 17
W = 6mm. da 10 мм и d-13X3 мм) имеют корпус и КС из меди; тепловые трубы «-«ХЗ мм)
Примечание. Тепловые трубы
имеют никелевый корпус и КС из меди.
Таблица 17.8. Характеристики тепловых труб базового ряда из меди, работающих на фреоне,
для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры [463]
Габаритные размеры Характеристики капиллярной струк- туры Рабочие параметры Условия эксплуатации Теплоноси- тель
d, мм Диаметр парового канала, мм 1, мм Ориента- ция в про- странстве, град ф ^макс» Вт фг, Вт/см* Темпера- тура на- сыщения , -С Зона испаре- ния, мм Зона кон- децсацнн, мм Темпера- тура охлаждаю- щего воз- духа, °C
п, % Ь, мм
6 3,6 250 91,7 0,7 0 15 0,96 & 100 100 20 Фреон-113
5 8 0,51 76 100 100 20 В
10 2 0,13 35 100 100 20 >
8 4,7 220 82,1 0,45 0 6 0,71 34,4 45 90 20 Фреон-11
5 2 0,24 26,8 45 90 20
10 4,0 500 77,0 2,0 0 5 0,40 32 50 200 20 Фреон-113
3 2,5 0,20 34,1 50 200 20 »
5 2 0,16 38,3 50 200 20 9 i
4,0 500 77,0 2,0 0 в 0,24 35,4 100 200 20 А
3 3 0,12 31,8 100 200 20 В
5 2,5 0,10 36,2 100 200 20
g Продолжение табл, 17.9
г» - Габарктаые размеры . Характеристики Ка- {мплярной структуры Рабочие параметры Уело »н я эксплуатации Теплоиоск-' тедь
Л, ММ Диаметр Парового j канала» j мм 1, мы Ормента* пня в про* страиствс, град ®мак<р Вт ♦г. Вт/см* Темпера» тура насы- щения. •С Зона испарения, мм Зона конденса- ции, мм Темпера* тура >хлаждяю» щего воз- духа, ’С
Я. % д, мы
4,0 500 84,0 2.0 0 8,5 0,45 29,3 75 200 20 Фреон-113
3 5 0,27 29,1 75 200 20 В
5 а 0,16 28,7 75 200 20 »
4.0 500 84,0 2,0 0 8,5 0,23 31 150 200 20 »
3 5 0,13 35,8 150 200 20 >
5 3 0,08 30,7 150 200 20
18 1 13,9 220 73,9 1,05 0 10 0,44 39 45 90 19 Фреон-11
5 10 0,44 41,2 45 90 19
15 5 0,22 30,6 45 90 19 •
28 21,8 220 79,1 ц 0 90 2,99 40 85 Жидкий Фреон-22
азот
50 32 1,06 * • * 40 85 То же
90 12 0,4 < ф * 40 85 ф »
23,0 220 81,3 0,5 0 15 0,5 93,9 45 90 19 Фреон-11
5 15 0,5 45,3 45 90 19 »
10 10 0,33 37,3 45 90 19 »
-- tr а ттп* выеокоггориетых прошгпаемых материалов и области их применения [4611
О Л 3 Я # • F«в» « _ _____________ , _ •
МатервАЛ заменяемых изделий 1 Спеченные металл и ческне I материалы я их марки Организация, разрабаты- 1 вающая материал Назначение к возможные области Применения
Тканевые, сетчастые, металличе- ские, керамические, пластмассо- вые, фетровые и бумажные фильтры, фильтры из стекло- ткани, а также фильтры из слоев свободно насыпанных дис- персных материалов (кварцевый песок и т. п.), перфорированные металлические изделия и т. п. Фильтры металлические сетча- тые, пластинчатые, поролитовые, вискозные, бумажные, колпач- ковые решетки в химических процессах и др. Пористые изделия, изготовлен- ные из сферических и иесфери- ческих порошков бронзы, же- леза, никеля, иихрома, титана, нержавеющих сталей (Х17Н2, ХЗО, Х23Н18), никель-молибде- новых сплавов и никель-хромо- молибденовых сплавов и др. Фильтрующие материалы из ме- таллических порошков со сфери- ческой формой частиц из мало- углеродистой стали, стали с до- полнительным хромированием, нержавеющей стали, никеля, монель-металла фосфористой ме- ди, бронзы оловянистой ИПМ АН УССР СПКТБ химического и нефтяного машинострое- ния Фильтры для очистки воздуха от пыли, водяного и масляного тума- на, а также воздуха и горячих аг- рессивных газов, например домен- ного и мартеновского при темпера- турах до 1000 °C, очистки газов от аэрозолей, в том числе табач- ного дыма при курении, фильтры для воды, инъекционных раство- ров, солевых растворов, вина, мо- лока, щелочей, кислот, очистки расплавленных легкоплавких ме- таллов (натрия, калия, лития и др.); для улавливания перекиси натрия и иадперекиси калия, полу- ченных в форсуночных аппаратах; распылительные диспергаторы и ок- сигаторы (аэрация воды, распыление газообразных реагентов в химиче- ских реакторах, приготовление кис- лородной пены), паропроницаемые материалы для влажно-тепловой об- работки, несущая основа пропиты- ваемых пористых каркасов Фильтры для очистки различных жидкостей и газов; газораспредели- тели и диспергаторы; пористые пере- городки для отделения газов от жид- костей е различными плотностями; огнепреградители
ел
Материал аамевяемых изделий Спеченные метлллмчеекке материалы м нх марки
Фетровые материалы для тон кой очистки дизельного топлн ва,. фетровые фильтры, осуши тельные финьтры I* Фильтры из бронзового порошка
Аналогов нет Фильтры из титановой губки
Перфорированные металличе- ские изделия Пламегасящне элементы из по- рошков нержавеющих сталей, титана и тугоплавких еоедине-
НИЙ
Аналогов иет Фильтрующий материал ВФГ-4
Организация, рлзраблты- веющая материал Назначение и возможные области применения
Ленинградский карбюра* торно-арматурный завод Фильтры для защиты различных при- боров (топливных насосов, форсунок, и др.) от попадания в ннх частиц загрязнений из различных полостей гидросистем и трубопроводов; фильт- ры для очистки фреона и на холо- дильных установках
СПКТБ химического и нефтяного машинострое- ния Фильтры для очистки агрессивных водных растворов кислот, фильтра- ции жидких металлов и сплавов (магний, алюминий и др.) при темпе- ратурах до 900 °C; для фильтрации органических и кремнийорганических жидкостей
ИПМ АН УССР Огнепреградители для гашения апе- тилеио-кислородного и водородно- кислородного пламени, в линиях ацетилена высокого давления, в га- зосварочных процессах,, во взрыво- опасных производствах е целью взры- возащиты и повышения безопасности работы, для локализации пламени взрывоопасных газовых сред I—IV категорий
ВИАМ Материал для фильтров гидравличе- ских и топливных систем авиацион-
18 5-359 529
То же Пористый «потеющий» материал ПН-1
Медные водоохлаждаемые соп- ла и межэлектродные вставки, беспористые вольфрамомедные сильноточные контакты Фильтры, изготовленные из сферических порошков туго- плавких соединений (карбиды, бориды, нитриды, силициды)
Аналогов нет Материалы, используемые в системах пористого охлаждения, изготовленные из порошков тугоплавких соединений со сфе- рической формой частиц; на основе карбидов, боридов и ни- тридов переходных металлов
ной техники, химического машино- строения, судостроительной и других отраслей промышленности, для очист- ки жидкостей и газов
ВИ AM Материал для работы в конструк- циях теплонагруженных систем энер- гетических агрегатов, подверженных воздействию высоких температур с целью частичного снятия теплового потока охладителем (хладоагентом — жидкость, газ), проникающим через поры
ИПМ АН УССР Фильтры для очистки агрессивных водных растворов кислот, расплавов- солей, газов при температуре до 2000 °C} газораспределители
ИПМ АН УССР Материал при разработке различных систем и конструкций защиты высо- котемпературных узлов, работаю- щих при температурах около 2600 °C, в конструкциях пористых токосъем- ников МГД-геиераторов; успешно стоит в высокотемпературных плаз- менных потоках при наличии тепло- химической защиты
Ch - О Материал заменяемых изделий Спеченные металлические материалы а ах марки
Аналогов нет Катализаторы и носители ката- лизаторов, изготовленные из сфероидизированных порошков тугоплавких соединений (кар- биды, бориды, нитриды, сили- циды) и имеющие -структуру типа никеля Ренея
То же
Пористые материалы, изготов-
ленные ив дискретных металли-
ческих волокон меди, никеля,
нержавеющих сталей, нихрома
и др.
Организация, разрабаты- вающая материал Назначение я возможные области применения
ИПМ АН УССР Катализаторы и носители в электро* химии и катализе; носители катали- заторов имеют поверхность до 160 м®/г и применяются до темпера- тур 900 °C
ИПМ АН УССР Пористые элементы конструкций теплонапряженных узлов аппаратов и машин, охлаждаемых подачей жидкостей или газов через поры; фильтры для жидкостей и газов, в том числе при повышенных тем- пературах, диспергаторы; уплотни- тели, изоляторы, демпферы механи- ческих вибраций и звуковых коле- баний, фитили и фаэоразделителв; несущая основа композиционных материалов, получаемых пропиткой пористого каркаса (антифрикцион- ные и электроконтактные мате- риалы)
Рис. 17.4. Фильтрующий элемент из чечевицеобразных дисков
боты, например, для фильтрации кислот и щелочей должны применяться
фильтры из нержавеющих сталей и т. д. »
Тонкость очистки зависит от размера пор и толщины пористой перего-
родки. Так, фильтровый лист, изготовленный из частиц 35 мкм, удаляет из рас-
каленного газа все частицы размером более 0,5 мкм. При среднем диаметре час-
тиц тела фильтра 65 мкм удаляется 98 % частиц е размером I мкм, суспензиро-
ванных в воде [2]. Однако при применении для изготовления фильтров метал-
лических волокон диаметром 10—15 мкм можно надежно отфильтровать час-
тицы с размером долей микрона. Преимущество таких материалов — в возмож-
ности регулирования их пористости в пределах от 0 до 95—98 %, причем мате-
риал сохраняет высокие прочностные и пластические свойства. Наиболее эффек-
тивные области их использования — фильтрация жидкостей и газов для сверх-
тонкой очистки, использование в качестве элементов конструкций е охлажде-
нием поверхностей за счет' выпотевания, использование в качестве капилляр-
ных структур таких сверхпроводников тепла, как тепловые трубы.
Методы порошковой металлургии позволяют изготавливать широкое разно-
образие пористых электродов электрохимических источников тока, щелочных
аккумуляторов, катодов, анодов, электролитических конденсаторов, пористые
подложки катализаторов и т. д.
Для создания химических источников тока необходимо обеспечить струк-
туру электродов с переменной пористостью по их сечению. Щелочные топлив-
ные элементы изготавливают из сплава, содержащего 98 % кадмия и 2 % ртути.
Его структура представляет собой кадмиевую основу со скелетом из дендрит-
ной фазы p-CdHg и 65—80 % пор. Для химических источников тока е никеле-
вым каркасом рекомендуется палладий-рениевые электроды, в которые вво-
дятся для повышения температуры плавления до 20 ат. % Ti, V, Cr, Со, Мо,
Та, а также порошок никеля, содержащий 50—75 % алюминия [20].
Высокопористые материалы широко применяют в качестве носителей ката-
лизаторов. В частности, для катализа процессов горения в камерах сгорания
газотурбинных двигателей хорошо себя зарекомендовали пористые фильтры,
содержащие диоксид циркония, оксид кальция с добавками никеля, платины
и титана [2]. *
В последнее время в строительстве применяют так называемые пеномате-
риалы с малой плотностью в качестве тепло- и электроизоляторов, виброаморти-
заторов. Основа таких материалов, как правило, легкоплавкие металлы
алюминий, цинк, олово.
Высокопористые материалы, кроме целей фильтрации, в последнее время
применяют и для выполнения таких функций, как виброгашение, авуко- н тепл -
изоляция, пламегашеиие, улавливание ценных продуктов в отходящих газ х.
Реализация реакций в кипящем слое, транспортирование сыпучих тел, 1 У ~
Рование теплообмена и технологических процессов, применение и к
строительных материалов. п-игяпрш.
Особенно большое внимание уделяется разработке фильтров из иер
Щих сталей, титана, тугоплавких соединений: карбидов, боридов,
» нитридов.
» попигтых телах высокой электро- и теплопровод.
Возможность сочетания.в ® ^тройства для нагрева проходящий
вост» иозволяет создавать тепл0°°“” ° ?епда, получаемого пористой п<рего.
“еТез поры жидкостей или газов и етго тока 120].
родкой при ИРОПУС^““® испоТьзовать для борьбы с обледенением перед.
Пористые материалы мож исп самолетов [20, 7311.
них кромок крыльев и хвостового ° J позволяет использовать их для
Высокая лР°ч“°"ЬосХннО при возникновении ударных нагрузок. Напри-
очистки сжатых газов, особенно пр выдерживают пневматические
мер» броизоыле фильтры стотцинои стен^р^ нержавеющей стали _40_
уддры ДО 1о ПИЛА О 1
50 МПа [7021. „„Лапнтные Лильтры можно успешно применять для
»=»»»»“ “яэа'им •т-
вость, решений, широкий диапазон температурных усло-
“ГрХы, тешловые трубыРимеЮт потенциальные возможности их широкого
_ отвода тепла в стационарных, транспортных и косми-
ческих яде^ых энергетических установках; в солнечных космических энерго-
установках в мектрических машинах и аппаратах, газотурбинных двигателях,,
двигателях внутреннего сгорания, в трансформаторах для охлаждения внут-
оеиннхперегревающихся узлов, что позволяет повысигь электрическую мощ-
ность иа 30 %; возможно эффективное применение ТТ в теплообменниках и ре-
куператорах, камерах сгорания вибрационных горелок, в системах теплопере-
дачи и накопления энергии и др 4
в космической технике и авиации •— для термостабилизации аппаратуры,
сброса избыточного тепла, обеспечения равномерного распределения темпера-
тур на поверхностях излучения, в корпусах космических аппаратов; для вырав-
нивания температур на передней кромке крыла, регулирования температуры
отсека шасси, регулирования температуры в костюме космонавта, работающего
в открытом космосе, и др.;
в радиоэлектронике и радиотехнике — Для охлаждения и тер мостаби лиза-
нии радиотехнической аппаратуры, что позволяет увеличить мощность радио-
устройств » повысить их чувствительность;
в машиностроении — для охлаждения резцов металлорежущих станков,
тормозных и подшипниковых систем, в качестве элементов конструкций печей
обра^т^Я^ИЯ взотеРмических условий при термической и химико-термической
в металлургии —, для охлаждения фурм и пода доменных печей и конвер-
торов, кокилей и валков прокатных станов, охлаждения держателей электро-
тт? »^1^?2^аВИЛЬНЫХ печей; охлаждение фурм доменных печей е помощью
меии пя ,^о,.ЛРИР0С"Г в“илавки чугуна до 1 млн. т за счет сокращения вре-
мени иа остановки печей для ремонта фурм-
вах иХвмь11ах° пПльлиЫДЛТ0СТЯ для охлаждения или подогрева в каланд-
ыэлокои резины ипр°н®^°ДСтве пластмасс, полимерных пленок, синтетических
»« =гл. г—
КОГО замораживания^тканей; вРнТй^о?иЯр?ргиГдл^лИКРОХИРУРГИИ ДЛ“ Л°ТЬ'
аований в глубина мозга, для криогенного ЛЛ лечения опухолевых обра-
Долодильииках, для изготовленияскОровапОКг1РУМеНТа ” Д1М В бытовЫХ
тел Те ТРУ6Ы С уСПехом мог^применяться так^ТЛраКрге в строи-
тельстве я ряде других отраслей техники. е на транспорте, в строи-
ГЛАВА 18
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
18.1. Введение
Атомный реактор, являющийся энергопроизводящим узлом установок,
работающих на атомной энергии (вис. 18.1), состоит из следующих основных
частей [109, 150, 158, 240]:
1. Активная зона, включающая тепловыделяющие элементы (твэл) и тех-
нологические каналы с циркулирующим по ним теплоносителем. Последний
необходим для удаления тепла из реактора. Для изготовления твэл требуются
такие материалы: 4
а) ядерное горючее — a35U, содержащийся в природном уране, a33U и
»»Ри, получаемые в атомных реакторах,— для осуществления цепной реакции
деления указанных изотопов;
б) ядерное топливо — 238U и ^Th,— из которого за счёт реакций захвата
воспроизводится ядерное горючее — соответственно as9Pu и ?33U;
в) неделящиеся материалы для оболочек твэлов и других конструкцион-
ны* деталей активной зоны.
2. Поглощающие элементы (пэл) или стержни для регулирования мощно-
сти и. аварийной защиты атомного реактора.
3. Замедлитель для снижения скорости нейтронов деления е целью увели-
чения сечения (вероятности) захвата ядерным горючим, кроме реакторов на
быстрых нейтронах (реакторах-размножителях), на которых осуществляется
воспроизводство ядерното горючего из ядерного 1°плива. и Б0Э_
4. Отражатель нейтронов за пределами активной зоны для р
вращения их обратно в активную зону. „А^пгтживяютего
5. Биологическая -защита реактора для предохранени Уж
персонала от ионизирующего излучения. s пячличными
Наиболее важные конструктивные схемы атомных реак Р ₽ Перечень
теплоносителями показаны на рис. 18.2 [1о01. в таол. ю.д пн «
основных материалов, применяемых в атомных реакторах iz ются по
Наиболее существенно конструкции атомных реактор Р признаку
Способу распределения ядерного горючего в активной зоне риз ука.
различают гомогенные (рис. 18.2) и гетерогенные Р^торь. сме₽и, растворе,
ванных типов реакторов горючее находится в виде однород cirreJjeM. Этот
суспензии или химического соединения с замедлителем и теплоносителем.
тип реакторов из-за трудности подбора коррозионностотпс Р распростра-
ности утечки горючего из активной зоны не нашел еще широкого ра« V н
идиом
я активной зоне кото-
Широко применяют гетерогенные а™замедлитель распределены л°*аБа*°;
Рых ядериое горючее, теплоноситель и оеп1етку. В них, как пр
образуя в поперечном сечении пРав“ьву р ое топливо, которые о 1 У
используется твердое ядерное горючее и ДР а Гме-
активный объем твэлов, основе металлического то и с^иа
Различают твэлы следующих типе> . сплавы с металлами), кер
таллические уран, плутоний, торий или их спла
i
Рис. 18.1. Принципиальная тепловая схема двухконтурной ядерной
энергетической установки с реактором типа ВВЭР:
/ — реактор; 2-— стержни регулирования и аварийной защиты; 3 —пароге-
нератор; 4 —турбина; 5— электрогенератор; 6 — конденсатор? 7 — конден-
саторный насос; € — регенеративные подогреватели высокого z низкого
давления; 5—деаэратор; А) — питательный масса; Z/ — главный циркуля-
цк киый насос; 12 — отражатель нейтронов; 13—теплоноситель; 14— био»
логическая защита; 15 — активная аона; 15 — корпус реактора^
Рис. 18,2. Конструктивные схемы ядерных реакторов?.
в — на тепловых нейтронах (замедлитель и отражатель — графит, теплоноси-
тель*» вода, гав или расплавленный металл); б — на тепловых нейтронах
(замедлитель — тяжелая вода, отражатель — графит, теплоноситель — газ);
в““ И?О тепловых нейтронах (замедлитель, отражатель и теплоноситель —
вода (Н;О или О2О)); а — кипящего типа (Н8О или D,O); д — размножитель
на быстрых нейтронах (теплоноситель—расплавленный натрий); е—-гомогенный
(раствор солей урана в Н2О или О2О) е графитовым отражателем; /—кор-
пус реактора; ^ — тепловыделяющие элементы; 3 — замедлитель нейтронов,
4— отражатель нейтронов; 6 биологическая защита: 6 регулирующие
стержни; 7 — стержни аварийной защиты; 8 — вход теплоносителя; 9 —- вы-
ход теплоносителя; /0 — ионизационная камера; АЗ активная зевай СП ««
сепаратор пара; ЗВ — зона воспроизводства.
Табл и ца 18.1. Основные материалы, применяемые в атомных реакторах [239]
Поглощающие элементы (управляющие стержни) Замедлитель, отра- жатель Теплоноситель Биологическая защита
Твэл Технологические каналы
Тепловыделяющие эле- менты содержат в сер- дечнике ядерное горю- чее (asaU, as5U, 33SPu) и ядерное топливо (азви, asaTh). Сердечники изготавли- ваются из естествен- ного урана, содержа- щего 0,7 % as5U или обогащенного до 90 % изотопом aa5U, спла- вов (U—Мо, U—А1, U—Zr—Nb и др.) и соединений (UOa, UC, UN) урана, а также дисперсион- ных материалов U—А1, U — нержавеющая сталь, U — циркалой и др. Сердечники заключают в оболочку из нержа- веющей стали, Al, Nb, Mg, Zr, Be и их спла- вов, иногда е предва- рительным или после- дующим нанесением покрытия (Ni и др.) СИ Й 1. Малоуглеродистая сталь с покры- тием (Ni и др.) 2. Нержавеющая сталь 3. Алюминий и его сплавы с покры- тиями или без них 4. Магний и его сплавы е покры- тиями 5. Цирконий и его сплавы с покры- тиями и без них 6. Графит разных марок; Nb, Мо, Ni, Be в виде обо- лочек и покры- тий 1. Бор природный или обобщенный изото- пом 10В в виде аморф- ного или кристалли- ческого порошка, ди- сперсий из частип элементарного бора или его соединений (карбид бора В4С, бо- риды) в металлах (алюминий, никель), а также ворячепрес- еованных соединений бора (В4С, А1В1а., бо- риды металлов) 2. Кадмий металличе- ский, еплавы и ком- позиционные мате- риалы на его основе, в сочетании е бором 3. Гафний металличе- ский, сплавы, соеди- нения и композици- онные материалы на его основе 4. Редкоземельные эле- менты (Dy, Er, Gd, Y, Sm) в виде окси- дов или боридов 1. Графит разных марок отдельно или в сочетании с водой, бе- риллием 2. Бериллий ме- таллический или оксид ВеО в чистом виде или в сочета- нии е водой, графитом, А1 3. Обычная вода в чистом виде, в сочетании с графитом, Be, ВеО 4. Тяжелая вода как отдельно, так и в сочета- нии е графи- том, Be, ВеО 5. Гидриды метал- лов (TiH,, ZrHa) 1. Вода обычная или тяжелая 2. Воздух 3. Газы (гелий, азот, двуокись углерода и др.) 4. Расплавленные металлы — Na, Na—К, Hg, Pb, Bi 5. Расплавленные соли 6. Органические соединения полифенил, ди- фелин, терфе- нил 7. Жидкое горю- чее 1. Вода 2. Гидриды метал- лов для замед- ления нейтро- нов 3. Металлы с вы- сокой плотно- стью (РЬ, Ва, Fe, Мп) для поглощения у- излучения 4. Бор для погло- щения нейтро- нов в виде сое- динений в ком- позициях с за- медлителями и поглотителями у-излучения
«в vnaHa плутония); дисперсионные.
И». ’ “ач““ “
в которых керамическое то
материалов 11581.
48J. Технология изготовления и некоторые свойства
твэлов металлического типа
, пиарского типа может быть использован
Дл. современные метоны нонуне-
уран, полученный в " Р б 18.2.
ния урана представлены в таил.
Т,6л««. >»Д «....н.ек.г. урллл [.W1
Метод получения Соединение урана Восстановитель 4, °C р, МПа Вид продукта
1. Восстановление: а) углетермиче- ио8, и8о8, иог ио8 uso8, ио8 uf4, UC1, Углерод 2000 0,1 Спек и+ис
ское Магний 1250 0,1 Порошок
б) металлотер- мическое Кальций Гидрид каль- 1250—1300 970 0,1 0,1 л* я Л s < ч*
ция Натрий 2000 0,1 Слиток
Кальций 2200 0,1 *
Магний 1800 0,1 J&" Та
Ц. Электролиз ис^, } У Ч 400—1200 л ? * Порошок
расплавов KUF6,
uf4
Получение металлического урана или тория в виде порошка и последую-
щие прессование и спекание сердечников твэлов из него позволяют сформиро-
вать мелкозернистую квазиизотропную структуру, обеспечивающую устойчи-
вость размеров твэлов под влиянием облучения в активной зоне.
Ввиду высокой химической активности и низкой пластичности урана тех-
нология его изготовления имеет особенности, связанны^ g принятием мер пре-
досторожности по технике безопасности. Подготовка я прессование мелких
порошков производится в герметических камерах, заполненных чистым арго-
ном или гелием. Давление прессования составляет несколько тонна-сил на
квадратный сантиметр. Спекание прессовок из порошка урана лучше всего
проводить в вакуумных печах, что наряду с предотвращением окисления спо-
собствует удалению примесей, например водорода, хотя может проводиться
и в среде инертных газов, тщательно очищенных от примесей кислорода, влаги
и азота [150]. н
Режимы прессования и спекания сердечников твэлов из урана приведены
в табл. 18,3. 1
Плотные блоки и другие изделия из урана получают методами горячего
прессования, горячей экструзии либо горячей прокатки.-
Режимы получения изделий указанными методами приведены в табл. 18.4,
а их некоторые механические свойства — в табл, 18.5.
Метод горячей экструзии может быть успешно использован для получения
сердечников, покрытий и оболочек твэлов. Необходимые для этого процесса
давления при фиксированных температурах могут быть ориентировочно опре-
делены для ряда материалов по данным табл. 18.6.
Таблица 18.3. Режимы спекания изделий из порошков урана [150]
Среда прн прес- сова- нии Режимы спекания
Способ получения порошка Метод полу- чения аа го- товок и изде- лий лп. МПа t, °C X, ч Среда Дополнитель- ная обработка ’4
Дегидриро- ванный по- рошок с раз- мером час- тиц 5 мкм Холодное прессование Холодное прессование и спекание 45,6 106 152 106 106 106 Аргон я * л • е * в, • • «ее i. ж я '1095 1125 1090 • ц ч • * ' 2 ' 2 2 « « а i ж * Ва- куум • ft * / *' * в A Калибровка давлением 114 МПа и ОТЖИГ при 500 °C 63,0 73,0 83,0 90,3 94,4 90,5
Кальциетер- мический порошок Спекание после утряски (ДО уу = = 11 г/см3) • ц . г • • 1100 2 • • а • Лк 99,0
Кальцие- термический порошок, обработан- ный уксус- ной кисло- той Спекание после утряски (до у = = 12 г/см3) - 1 * • в л 1100 2 Ва- куум ► • » 96,4
18.3. Технология изготовления и некоторые свойства
твэлов керамического типа
Сердечники твэлов керамического типа могут быть изготовлены изн^^
лов или других тугоплавких соединений урана, тория и плу.о [ ]>
рые свойства которых приведены в табл. 18.7. ___ являетС»
Важнейшим керамическим материалом, применяемым в » отноше-
диоксяд урана UOa^ наиболее инертный среди других Д_пвместим0Стя сне-
вию к материалам оболочек и теплоносителям. Данные “ табл. 18.8
ченного диоксида урака С различными материалами яри Д поглощения
Кроме того, UOg имеет высокое содержание урана и малое с
нейтронов кислородом (табл. 18.7). __ получения высших
В промышленности используют несколько J водородом полу-
ОКИСЛОВ урана U3Oe или UO8, из которых в^тановлением водородом
чают порошок UO2 при температурах 500—8UU ь uo j. яВЛЯется холод-
Основным методом получения сердечников твэло» й ре °®мы изготовления
ное прессование с последующим спеканием npev. . й урана при-
веченных изделий из диоксида урана и сплава ди Д чеСкие свойства ПО»
«едены в табл. 18.9. Некоторые физические и механически
приведены в табл. 18.10, 18.11. „„лксияа урана с относительной
Коэффициент теплопроводности образцов ди, УР
плотностью 95 % имеет следующие значения liooj. 1600—2800
А °C 200 400 600 800 1000 1200 4W }
Х,Вт/(м. К) 5,23 3,77 3,35 2,72 2,30 2,09 . 537
Табл и па 18.4. Режимы горячего прессования, горячей вкструзии и прокатки изделий из порошков урана и тория {150)
Фазо- вое состоя- ние Материал пресс- фор» Среда Режимы процесса Й, % Общая характерно; тика структуры и свойств
°C р, МПа Т. «ив
Уран
Горя вее прес Твердый сплав TiC — Co(Ni), жаропроч- ные спла- вы типа иимоник Сплав TiC—Со совани Вакуум 1,3 Па (0,01 мм рт. ст.) е 725 ’ 150 Г 10 99,0 Зерна в структуре вытянуты перпен^ дикулярно к оси приложения давле- ния; низкая плас- тичность; ав
V Вакуум 1,3 Па 780 130 10 99—100 755 МПа Блоки диаметром 25 мм и высотой до 100 мм; ов 600—j 700 МПа; HV 2,40— 2,50 ГПа
V а Графит Жаро- прочный сплав Инконель Вакуум 1,3 Па; Пропитка подпрес- соранно- го порош- ка керо- сином, горячее прессова- ние на воздухе Пропитка порошка параф». новым раство- ром 1050 650 500 550 600 620 3040 200 150 140 140 140 ОЛ 1,0 15 15 15 15 98—99 95—97 99,0 97,5 99,5. 100 Крупнозернистая < микроструктура; Мелкозернистая । структура <? оксид- ными включениями Мелкозерн истая структура в разме- ром зерен 20—- 300 мкм; незначи- тельная ориентация верен в направлен нии прессования
Г оря чая прокатка
а Я f. Вакуум 600 95 ’ Платность может быть увеличена при последующем горячем прессова- нии
фазо* вое состоя- ние Метериал пресс- форц Среда Режимы процесса 0, % Общая характерис- тика структуры И свойств
Г. °C р, МП Ъ, МИИ
Горяча» экструзия
т Жаро- прочный сплав Аргон, порошок, смочен- ный ке- росином 800 40—85 Скорость выдавли- вания 2 см/с 99,5— 99,8 <тв 540—620 МПа; 6= 1,0 -5-3,5 %; закалка повышает прочность и плас- тичность урана
Тори Горя а 9 чее пре< Графит :сован и Вакуум 25— 55 мПа е 1100 8,5 10 99
Таблица 18.5. Механические свойства спеченного урана и тория [150]
Метод изготовления образцов ов, МПа О&> МПа 4. % HV, МПа НВ, МПа °к> кДж/м1
Уран
Спеченный из дегидриро- ванного порошка после калибрования и отжига; 200 150 6 * ч ч 1800—2000 •- -arc
спеченный из кальциетер- мического порошка пос- ле калибрования и от- жига 400—600 300—400 10 2400 * » ,• * 80—130
Торий
Из электролитического порошка (деформирован- ии» и отожженный); 16,3 78,5 35 и • 520 я * *
из кальциетермического порошка (деформирован- ыв и отожженный) 213 132 20 687 112—132
покпытий и оболочек 1216] и некот орых мате.
р t, eC «=.
Материал *.°с Кв Гп (so7^’ МПа Материал In (So/S)' МПа
Th 590 118
a-U—С 590 J18 ТЬ 650 110
<99,96:0,04, мае.) Th 705 103
a-U—С 650 870 103 Th 760 99
<99,96:0,04, мае.) v-U 2G Zh Zr 650 760 118 103
U—Zr <98:2, мае.) 650 152 Zr Zr 800 850 99 79
U-Zr <98:2, мае.) 705 96 Циркалой-2 650 760 173 137
U-Zr <98:2, мае.) 730 55 » Cu 870 540 113 106
<1—Zr—Nb <93,5:5:1,5, мае.) 650 118 Cu- Cu 650 760 85 69
U—Zr—Nb <93,5:5:1,5, мае.) U-Zr-Nb <93,5:5:1,5, мае.) U—Мо (90:10, мае.) U—Si 705 760 870 89 69 206 Cu Cu—Ni (90:10, мае.) Cu—Ni (90:10, мае.) Cu—Ni 870 540 650 55 189 170
(95,2:3,8, мае.) 760 196 (90:10, Mac..) 760 118
U—Si Cu—Ni
<$6,2:3 8, мае.) 850 157 (90: 10, мае.) 870 103
Примечание:' р — давление; — исходное поперечное сечение заготовки; s—iко-
нечное поперечное сечение заготовки. Погрешность определения величины К составляет
£2&%. Данные по определению значения К получены на заготовках диаметром 5—15 см
« медной оболочке толщиной 1,6 мм. Смазка — суспензия графита в масле. Перед экструзией
*» капсуле е заготовкой создавался вакуум. Герметизация капсулы обжатием проводила»
ори нагреве до температуры 400° С.
Таблица 18.7. Некоторые свойства тугоплавких соединений тория, урана
я плутония [150, 158, 235, 442]
Тип соединения Формула соединения г/см» 'пл, °C Характер плавления аа неметалла, входящего в сое- динение, барн
Оксиды Карбиды ThOt ио2 vb°88 PuO2 ThC Tu& PuC PugC® PuCa 10,00 10,97 8,1—8,3 5,92—7,54 11,46 10,61 9,73 13,63 12,88 11,79 13,49 12,73 10,88 3050 2840 2500 652 2390 2625 2655 2520 1880 2470 1660 2050 2250 К 1 к р р к * *4- • * «як ш р * Пп Пп Пп 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 о,ооз 0,003
Тип соединения Формула соединения tt, г/см* (пл. °c Характер плавления ° я неметалла, входящего в сое- динение, барн
Нитриды ThN Th3N< Th2N3' 11,55 10,55 2790 2100 к а 1,88 1,88 1,88 1,88 1,88 1,88
1040 а * <4
UN 14,40 2850 к
UaNs 11,30 1345 д
PuN ' 13,30 2750
СИЛИЦИДЫ ThsSij ThSi . 9,79 8,96 1900 1780 к Пп 0,13 0,13
ThSia 7,83 1900 к 0,13
UsSi 15,59 930 0,13
C3Si 2 12,20 1665 к О'13
USi 10,60 1600 Пп 0,13
USie 8,98 450 Пр 0,13
PusSis 12,0 1377 Пп 0,13
Pu3Sia 1441 Пп 0,13
PuSi 10,15 1676 К 0,13
Pu3Si3 • * 1646 0,13
PuSi2 9,08 1638 • а • 0,13
Примечание. К—конгруэнтное плавление; Р—разложение? Пд — перитектиче-
ское превращение; Д— диссоциации; Пр — перитектоидный распад.
Таблица 18.8. Совместимость спеченного диоксида урана с различными
материалами [ 158]
Материал ^см> “С Примечание
Алюминий -500 Относительно медленное взаимодействие
Бериллий -700 Нет взаимодействия
Нержавеющая сталь -700 То же
Цирконий -700 Нет заметного взаимодействия
Ниобий <1000 Реагирует при —1000 °C
Никель <1400 Слабо реагирует при 1400 °C
Кремний <1900 При 1900—2100 °C образует USi3
А1$О3, MgO, BeO Углерод Водород <1800 <1600 1800 -2880 Нет взаимодействия При^> 1800 °C реагирует Восстанавливает до стехиометрическо става UO2, других реакций не происходит
“Ода (обезгаженная)
с нейтральным или
П повышенным pH 340 400 Устойчив (300 дней) • То же
Na, Na—К 900 600 Хорошая стойкость m Хорошая стойкость высокоплотного ииа
^auphhux изделий из диоксида урана ....... 18Э. ₽«.«- ЖГ““
; сплава оксида тории с € И а 690 3100 690 3100 690 3100 690 ЗЮО /00 700 1100 80— 102 * ® а.® е§ Об О 65 73 64 72 61 68 59 66 55 53 89— 92 95 • Режимы впекания © ct а я .у с S! 1 В спечен- I вых изде- [ ЛИЙ, % j
\ “О I Материал 1 | Я X а 15—20 10—15 5—10 0—5 0—1,0 0—0,5 •‘1 (93.6: :6,4, мае.) Метод прессования В пресс-форме Гидростат В пресс-форме Гидростат В пресс-форме Гидростат В пресс-форме Гидростат В пресс-форме То же Виброуплртве- ние Холодная штамповка В пресс-форме Хр мил
2000 2000 2000 2000* 2000 2000 2000 >000 >• 1600—1700 1200—1400 Спекание в ядерном реакторе То же 1700—1750 30 зб 30 30 30 30 30 30 60 60 2 Водород а 9 » » » Водород+ азот Т© же ( 4.*-. Воздух 75-76 75-76 82—84 82—84 87—89 87—89 92—94 92—94 94—96 95 Л*** 97 -*
Таблица 18.10. Модуль упругости и предел прочности при сжатии диоксида
урана (437] .
Состав а, % ГПа «сж, МПа
,WT. - - ---- - - - --Л-' ио, 96 185 562
UO,. спеченный в Н, 95 199 577
НО,—СеО, (96:4, мол.) 87 158 178
UO,-Y,O, (99,75:0,25, мол.) 96 185 457
UO,-Y,O, (99:1, мол.) 97 178 542
”О,—У,О3 (96:4 мол.) 98 247
Таблица 18.11. Температурная зависимость модуля упругости спеченного
диоксида урана [150] ’
#, *С В, ГПа °C Е, ГПа
Образец № 1 Образец № 2 Образец № 1 Обр азец № 2
20 120 220 320 420 181 176 173 172 170 181 1 178 17а 173 171 520 620 720 820 168 166 164 161 169 167 165 *--
Примечаний. Данные еняты е графика.
РаС,“Ре"”” • •>»«»».
‘.Ъ.к- 2V° адоп™ ~
У?,етСТЬ Ml>" W> им“т И1е»уюи»е 8»ачеия в зависимее от темпе»,.
ТурЫ 1*0 JJ. га
р, Па 2,2 И0-« 9,5601°0^ ^°6° 2Д°
На плотность и прочность спеченных сердечников из" U<1.> влияет метл*
его получения (табл. 18.12).'Во избежание растрескивания и коробления изд^
дий при спекании следует выбрать оптимальную скорость нагрева и охлажде-
ния, которая зависит от формы и размера изделий. Благоприятное влияние на
уплотнение UO2 при спекании оказывают небольшие добавки диоксида ти-
иьа/0,1 МаСС0В0Й Д0ЛИ /0 ЛИб° оксида нио6ия NbgOj (0,4 массовой доли %)
Таблица 18.12. Плотности спрессованных и спеченных изделий из порошка
диоксида урана (р„ = 276 МПа, спекание в водороде при 1700 °C в течение 30 мин
[158]
Исходный материал Отношение O/U перед спека- нием S, м2/г Y прес- совок, F/CM8 7 спеченных изделий
г/см’ ». %
Пиролиз азотнокислого урана до U03, вос- становления водородом 2,048 1,38 6,62 8,65 78,75
Осаждение диураната аммония из азотно- кислого урана, разложение и восстанов- ление водородом 2,112 3,83 5,72 9,96 90,0
Гидратация UO8 мокрым размолом в шаро- вой мельнице, восстановление водородом 2,124 5,04 5,73 10,57 96,5
рых нейтронах ядерного горючего, особенно для реакторов на быст-
” плутония. КаобиЛ* ^пяиМ0Н0КарбИД урана UC или сплавы карбидов урана
Теплопровол'ипг'тктл П0 сРавнеиию в оксидом обладает более высокой
атомов деляшртпго J . 10 PJ3)’ имеет повышеиную (иа 30—40 %) плотность
°Халнностой1глА^кЯ ®еЩества- К недостаткам монокарбида относится его низкая
стойкость пт* ’ суш‘ественная зависимость свойств от состава, низкая термо-
*одит в дикяпйипЯттг°ВМАСтИМ0Сть с гРаФнтом, в контакте с которым UC пере-
иагреве и свя*яД Последний претерпевает полиморфные превращения при
яие в кяопт-... нное с инм формоизменение, что ограничивает его испольэова-
Корро0™ сеРДечников твэлов. 4
лям можетН/5ННаЯ сто®кость монокарбида урана к воде н газовым теплоносите-
ДиРК0вяо л0Ыть Улучшена нанесением металлических покрытий — никеля.
РежимыерИЛЛИЯ и др-
в табл 1я .^Пекаиия изделий из порошков монокарбида урана приведены
м. * * о* 1 о.
Чае?ся оретическая плотность шихты, состоящей из урана и графита, мало отли-
нзШия мтаорет1Гческой плотности образующегося монокарбида урана, поэтому
и г₽афитя°ГУТ ®Ыть также получены при прессовании смеси порошков урана
в сред» И„и п°следующем спекании прессовок при температурах 1000— НОС‘С
верткого газа [150]. Относительная плотность составляет 85—90 %.
up ft добавками Таблица 18ЛЗ. Режимы спекания UC е активнру
UBew и U»Si» [*5U1 Массовая доля компонентов. % Исходный порошок i в ва- кууме, »< % Остаток второго компонента, %
UC (без добавки) Переплавленный в ду- ге из смеси U -г 1900 1900 90-/98 об 98
Восстановленный из
UC—UA1, (92,5: 17,5* мае.) UOS Переплавленный стехио- метрический ~ 1400 > 98 0,02—0,05 AI (исходное содер. жание 1,38)
(0,1—0,2 % О») Переплавленный с из- бытком углерода 135(7— 1400 80—90 до 0,07 А1
UC—UBe1S (99,25: :0,75, мае.) (5,3 % С) Переплавленный сте- хиометрический Переплавленный С из- 1525 1525 95 87-76 О,155Ве (исходное содержание 0,247) »• *
бытком углерода Восстановленный из UO4 (0,7 % О4) 1525 77 Ы9 •
UG-U»Si, (99:1, мае.) Переплавленный сте- хиометрический Переплавленный е из- 1600 1600 96— 96,3 94—95 0,04 Si (исходное содержание 0,07)
бытком углерода 0,05—0,08 Si (ис-
CC-U,Sit Восстановленный из 1600 97,5
(98,5:1,5, мае.) UOa (0,7 % О2) ходное содержа- ние 0,11)
Таблица 18.14. Режимы изготовления изделий из порошков соединений урана,
плутония и тория, перспективных в ядерной энергетике [150]-
Соедние- Метод Условия спекания Примечание
име изготовления МПа (, "С т, ч Среда %
UN Спекание 400 1850 3 Азот 95 Размер частиц исходного по-
UN Горячее 70 1540 3 Д' 95 рошка 6—50 мкм
UaSl. прессование
Спекание » 400 40 1400 1400 2 1 бакуум Аргон 95 96,8—< Размер частиц
98,4, исходного по-
u,St, > 90— 120 1400 I » 96—98 рошка —• 2 мкм Растрескивание
U»Si, Горячее прессование 100 925 1 90 образцов
UBe.. us 1 Спекание > 400 1550 1700— 2050 1500— 1600 2—3 1 i Вакуум или 97 92—95 /•
PuC * 400— 1000 1 аргон Вакуум 92—96
: Продолжение табл.. 18.14
Соедиие* аие Метод изготовления Рпр» МПа Условия спекания 9. % Примечание Активированное спекание при до- бавке 0,2 %
1, °C т, ч Среда
риС ThC Спекание > 400— чЮОО ч— 1500— 1600 1700 1 1 Вакуум » •95—97 95—99
Она может быть повышена прй\нспользованин метода горячего поесть,й
горячей экструзии при температуре 800 °C под давлением 240 МПа °
В табл. 18.14 приведены режимы приготовления изделий из
других соединении урана, плутония и------
_____ — порошков
тория, перспективных в ядерной энер-
гетике.
18.4. Технология изготовления твэлов
дисперсионного типа
Сердечники твэлов дисперсионного типа представляют собой гетерогенные
материалы, в которых частицы топливосодвржащей фазы равномерно распре*
делены в непрерывной матрице из неделящегося материала. Основным преиму-
ществом твэлов этого типа является их повышенная радиационная стойкость
при длительной эксплуатации в реакторе. Это обусловлено локализацией про-
дуктов деления в частицах топлива или около них и сохранением непрерывно-
сти неповрежденной матрицы, что позволяет предотвратить выход из строя всего
сердечника твэла. Для достижения высокой радиационной стойкости диспер-
сионных твэлов необходимо пространственное расположение гранул топливо-
содержащей фазы в матрице в виде возможно более правильной плотноупако-
ванной структуры. При этом для одновременного удовлетворения требований
высокой концентрации топлива и сохранения возможно большей доли непо-
врежденного объема матрицы необходимо увеличение размеров гранул [437].
Кроме того, к сердечникам дисперсионных твэлов предъявляются такие требо-
вания: высокая концентрация ядерного горючего в гранулах топлива; высокая
прочность и пластичность материала матрицы, совместимость е ядерным топли-
вом, отсутствие полиморфных превращений; высокая теплопроводность и корро-
зионная стойкость к теплоносителю; низкий паразитный захват тепловых нейт-
ронов.
Исходя из перечисленных требований создают керметы, в которых гранулы
срамического топлива распределены в металлической матрице. В качестве
атериала матрицы используются алюминиевый и никелевый сплавы, нержа-
Пи^'в,ие гталн- В качестве топливосодержащей фазы чаще всего используется
лиокснд урана. Методы приготовления гранул из него приведены в табл, la.io.
о„_11'аля повышения теплопроводности керметов на сферические частиц да-
той УРана наносят неметаллические покрытия. Условия нанесения р
™ на граиуды из иОа приведены в табл. 18.16. Наряду с Диоксидом урана
тониЗа/е кеРметов могут быть использованы другие соединения ур У
'ония (табл. 18.17).
соваяи?ИМЫ ХОл°Дного прессования с последующим спеканием,
пРедставле1°РЯЧей 9кстРУзии некоторых топливных дисперсно
НЗГОТовления стержневых и трубчатых твэлов^ При
в°лочеиииТСЯ мет°Д волочения, а пластинчатых твэлов• “ JL МР и оболочкой
ТОэда ИИ получить хороший контакт между серде
„ ™аяпя используют также метод ротацион.
Для изготовления стеРж^вп^„”Заполненной спеченными сердечниками,
вой ковки цилиндрической обо-ооч!кв, 30 % об. доли диоксида урана про-
Ковка композиции из нерж 0_
“отю” г*“с’*т"’“ного
•ягяй- “=Е"“аеко:ч?ал с“,аю* “рде"в"“в
приведены в табл. 18.21 и 18.22.
Т.м... ИЛК Ж— .ф—"«> •W"“
твэлов (150J
Методы получения гранул Основные процессы Характеристика процесса в иелучаемал# иродукта
Термическое восстановление гидрата ио, • н,о Прокаливание U04 $ *HeO-> ио, • н,р Автоклавная обработка UO, • Н,О е добавками U0, (NO,), 6Н,0 или азотной кислоты и воды при 250’С в течение 10 ч Фильтрация и промывка осадка Восстановление U03 * хН,0 в среде Н, при 1000 °C Спекание частиц порошка UO, при 1800 °C После автоклавной обработки и про- мывки получают UO3« Н,0 в форме игл, ромбоэдров й бипирамид е раз- мером до 1,6 мм. Восстановленный порошок UO, после .спекания при 1800° С имеет размер частиц более 44 мкм
Дробление спе- ченного ио. Спекание мелкозернисто- го порошка Дробление мелкозернис- того порошка Отсев требуемой фракции Для увеличения дисперсности исход- ного порошка UO, проводят его раз- мол или циклическую окислительно- восстановительную обработку UO,+ + O,^U3O8. Полученный порошок е удельной поверхностью до 20 мг/Т' спекают до у =10,7 г/сма при 1600° С
То же Электродуговая плавка UO, в печи с графитовым электродом Дробление Частицы после дробления имеют не- правильную форму с острыми гра- нями. Процесс не экономичен
Спекание гра- нул ио, Отсев требуемой фракции Смешивание UO, с плас- тификатором Прессование таблеток Измельчение полученной массы на вибросите Виброобкатка для полу- чения частиц сферической формы Спекание гранул в среде диссоциированного аммиа- ка при 1600 °C Для активации процесса спекания в порошок UO, вводят добавку 1 мае. доли % ТЮ,. Измельчение проводят последовательно на нескольких по- лотнах вибросита с помощью метал- лического стержня диаметром 38 мм, Длиной 125 мм и весом 600 г, что обеспечивает минимальный выход мелких фракций л Для виброобкатки используют устройство с приводом от вибросита. Рабочая поверхность устройства покрыт а полимеризованной
Методы получения гранул Основные процессы Характеристика процесса и получаемого продукта
суспензией карбида кремния в эпоксид- ной смоле. Время виброобработки 9 ч. O гранул UO2 составляет 96 %
Распылительная сушка уранил- витрата Разложение уранилнитра- та Восстанорление UO3 во- дородом при 1000— 1800 °C до UO2 При восстановлении UOS до L’OS час- тицы сохраняют сферическую форму. Размер составляет несколько сотен микрон. Плотность и прочность низ- кая
Распыление зо- ля оксида ура- на Распыление струн золя ок- сида урана в жидких средах Сушка Спекание Образуются сферические частицы ак- тивированного диоксида урана, спе- кающиеся при пониженных темпера- турах
Диспергирова- ние коллоидаль- ных суспензий Диспергирование коллои- дальной суспензии нитра- та урана U(NO3)4 в че- тыреххлористый углерод, содержащий амин Спекание частиц геля в водороде при 1000 °C в течение 1 ч Спекают частицы геля размером 100—400 мкм. Скорость подъема тем- пературы не более 300 °С/ч. При температурах 700 и 900° С необходи- мы выдержки во избежание растрес- кивания Микросферы из смесей оксидов тория и урана любого состава можно при- готовить смешиванием коллоидного раствора гидроокиси тория в нитрате тория е коллоидным раствором ни- трата четырехвалентного урана с по- следующий образованием геля и спе- канием его
Пиролиз поли- уранатов Осаждение полиуранатов из растворов Пиролиз полиуранатов Спекание UO3 При осаждении в раствор добавляют ацетон и серную кислоту для фор- мирования частиц округлой формы. Спекание проводят при 1800 °C в смеси газов водорода и аргона. Получают частицы е формой, близ- кой к сферической, и размерами 20— 800 мкм.
П50 Л43ЦЭ Условия получения покрытий на частицах UO2 из газовой фазы
Материал покрытия Рабочий газ Химическая реакция Температура проДесса, °C
Пирографит 1\Ъ Мо W АЦО3 ВеО СН4 NbCI6 Мо(СО), WFe AlCIg ВеС12 СН4->С + 2Н8 NbCl5 + 2,5Н2 -» Nb + 5НС1 Mo(CO)e -> Мо + 6СО WFe 4- ЗН2 -> W 4- 6HF 2А1С1 з 4- ЗНа -> А1»О3 6НС1 BeCle 4- НаО -> ВеО 4- 2НС1 900—2000 800 1300 400—700 500—1400 800—1400
урана и плутония для твэлов т,«л..« te.tr. "Ж"“
дисперсионно™ Способ получения порошка t ’G
Соединение
UN Азотирование U: i
т j _u N -* U,NS Разложение U2N3 в вакууме 1250
Твердый раствор UOH- (5 ^-20) % РиО, Нягоевание диураната Аммония и Ха™Р°ва™ой дву°К^ плутония в среде водорода Прессование смеси 750 20 1350
Спекание прессовок Дробление
(03 4-1,0) on
UC., UB., UN, UsSi, U3Sia, USE UsC USi*» UBe>3 Синтез соединений из элементов спеканием смесей или электродуго- вой плавкой
Дробление агломератов
PuC Синтез карбида спеканием смеси плутония или гидрида плутония 900
с углеродом Измельчение спека 20 1550
PuBels Спекание прессовок из смеси РиН3
и Be в аргоне 'on
Измельчение спека
UA1, Плавка и литье металлов t л ПЛ
Дробление 20
Отсев фракции 140—-104 мкм 20
Таблица 18.18. Режимы прессования и спекания некоторых дисперсионных
композиций [437]
Композиция МПа Режимы спекания
t, ’С | т. я Среда
ио,—Nb(Mo) 790 1750—2000 Несколько Вакуум
Нержавеющая сталь—UO, (82,06: 17,94, мае.) 1350 часов 16 Сухой водород
Нержавеющая сталь —UO. (74,02:25,98, мае.) 1180 1,25 Водород
Нержавеющая сталь—UO. (75:25, мае.) 510 1350 2 Сухой водород
Mo[Nb, V, нихром, Nb—Ti (60:40, ат.)1- UO,(70:30, об.) 780 1200 4 Вакуум
Мо — UQj (80:20f об.) 1 Th •** Pud, 790 у.. 1400 1300 0,5 2 Водород Вакуум
Мо—PuO. Al —и8О8# JT'T и. 50 1600 580 12 133 МПа с а. й Аргон
Таблица 18.19. Режимы горячего прессования некоторых дисперсионных компо-
зиций [437] __________________________________________
Композиция Режимы горячего прессования Примечание
Г, °C р, МПа
Zr—UC (Мо, V. Nb)—UN (69,5: 30,5, мае.) Nb — Ti (60.40, ат.) — UN (69,5:30,5, мае.) Мо —UOa (79,5:20,5, мае.) Нержавеющая сталь — UO2 UO3 —Cr, Nb, Мо 1000 1200 870—1040 1500 830 1150—1310 <aUi w 21 >1000 Графитовая пресс-фор- ма, выдержка 30—60 с Материал пористый Графитовая пресс-форма Г орячее изостатическое прессование
Таблица 18.20. Режимы экструзии некоторых дисперсионных тепловых
композиций [437]
Состав сборки Форма и размеры экструдированных твэлов, мм Режимы экструзии
Оболочка Сердечник 1, °C «, М/с р, МПа ^s' -s0/s
А1 Al- U3O8 (60 ? 40, мае.) Лента 2 X 2,7 360—420 0,016—. 0,032 900 40
AI A1-U Труба 30,46/25 390—420 0,75 2 23
Нержавею- щая сталь Нержавею- щая сталь — ио2 Труба 24/20 1300 1,0 “**''* 18
То же То же Стержни диаметром 12—32 1300 1,0 4—25
А1 AI (87,5: 12,5, мае.) Трубы 53,85/50,81 и 37,08/33,52 430 <•» • «а*
Таблица 18.21. Предел прочности (при 25 °C) некоторых дисперсионных
композиций на основе нержавеющих сталей с диоксидом урана [437]
Материал матрицы Массовая доля UO., % </ч, МКМ св, мПа Примечание
Сталь состава 15 75—150 258
*”®Г'Сг—Ni—Мо 20 75—150 228 >• «
iw>,5:18:14:2,5, мае.) 25 75—150 178 • * -ц
30 75—150 154 *
35 75—150 116,5
15 44 325 г a w.
25 44 214 • • W
25 44—50 60,5 Холодная деформация
70 % „ ,
25 44—50 96 То же 17 %
Материал матрицы Массовая доля UO,. % rf4. mkw 0В< МПа 1 -' ' , 1 ш Примечаний
Сталь состава Fe—Сг—Ni—Мо—51—Мп (65 7:18,2: 11,36:2,34 % : 2,44:0,01. мае.) ? 15 25 30 35 15 75—150 50—75 75—150 75—150 44 1 204 ПО } 103 '! 79 22,8 J!;
25 44 126,5
15 75—150 80 Холодная деформация 20%
Этектролитическое желе- 25 25 53 44 178 177 «**
30 25 3 221 •4teiSe
П ряиечавиб- Образцы вырезаны нз пластинчатых заготовок»
Таблица 18.22. Механические свойства композиции AI—U02 [437]
Маоомая доля UO,. % вв. МПа 0$^ МПа е* Массовая доля UO2, % а^, МПа 0МПа б. %
0 96 33 34 30 76 47 7,0
5 94 43 10 40 52 41 1,0
10 84 44 14 50 43 42 0,5
20 81 42 6,5 60 39 37 0,5
Соединение Л °с Р, МПа т, мин %
В TiB. н?й2 ZrB. в4с YB. ЕцВ. SmB. СаВ. 2130 2230 2130 2230 2230 2230 1930 1930 2230 2230 2230 2230 1930 1980 21,1 19,9 21,6 12,3 16,6 18,2 20,7 20,6 15,7 25,2 22,7 13,2 20,6 20,6 30 60 40 45 90 60 50 20 60 90 60 35 35 10 99 94—99 92—94 88—94 90—99,5 88—100 95—100 90—95 93—98 87—97 96—90 94—98 93—97 80—90
ььо - . , , 1 аГЛ1^
18.5. Поглощающие элементы атомных реакторов
Наиболее подходящими материалами для регулирующих стержней атом-
ного реактора являются материалы, содержащие кадмий, серебро и гафний,
а также обдядяюшие высокими значениями захвата тепловых нейтронов изото-
пов бора, гадолиния, европия и самария.
Изотоп бора 10 В используется в виде соединений — карбида В4С, боридов
переходных металлов. Из этих соединений или сплавов на их основе методом
горячего прессования изготавливают сердечники керамических пэлов в виде
таблеток-
Режимы горячего прессования некоторых борсодержащнх соединений
приведены в табл. 18.23.
г Наряду с налами керамического типа используются пэлы дисперсионного
типа в которых частицы борсодержащих соединений диспергированы в керами-
ческой или металлической матрице. •
Данные о радиационной стойкости материалов приведены в работах [143,
210].
ГЛАВА 19
ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ
19.1. Введение
R Tvmn.iaBKHM металлам относятси металлические элементы IV--VIII групп
К тугоплавким металла Менделеева е температурой плавлений
Sff’C (Х19.1). Тугоплавкие металлы относятся в основном к редким
ЯиА^олибдещ гафний, тантал, вольфрам) и рассеянным (рутений, родий,
£ий,^ий%ридий) элементам. Ванадий, хром и цирконии относятся к чет-
вертой декаде по распространенности в земной коре (в пределах 10 10 по
Z П. Виноградову [1601), широко используются в технике и их можно считать
не редкими, а обычными металлами.
Таблица 19.1^.Температуры плавления тугоплавких металлов й их
распространенность в земной коре [453]
Металл t, вс Массовая Доля в вемной коре, % Металл- i, ’G Массовая доля в земной коре, %
Ванадий 1917 1,5, IO"» Гафний 1949 3,2 s Ю"4
Хром 1903 3,5.10-« Тантал 2997 2,0 < IO-4
Цирконий 1855 2,0«10-8 Вольфрам 3387 1,0 • 10-*
Ниобий 2469 1,0 <10-» Рений' 3177 1,0 » Ю”7
Молибден 2617 3,0 • 10-» Осмий 3047 5,0 » IO"8
Рутений Родий 2250 1963 (5 * 10-П 1,0 * 10-г Иридий 2447 i,o v ю-’
^ютиа^мвнтаТ,'м>Тмплпги«ТИПи0СТЬ ванадия' хрома, циркония и гафния обуе-
методами плавки и ли?ья Поэтому4^“то° “0МПактН0М виде главным образом
полученным метопами к тРадиционным тугоплавким металлам,
ХХ^МеталЛургии- относятся металлы «большой
чегеерки» вольфрам, молибден, тантал и ниобий, а в последние годы и ре-
19.2. Технология изготовления спеченных
тугоплавких металлов
49.2.1. Общая характеристика технологии
кружков* ^проволоТи могут^ытьН^л7ч7н^ВпоХоазТаЛЛОИ В ВИДе штабик0®’
схемам. Последовательность техкологХских onenfnuS М техн°логическим
матично представлена табл. 19 2, где наличЛ ™2пЦ Й ннх может быть сх
чено знаком «плюс», а отсутствие *. знаком Хку«?УЮЩеЙ опеРации отме*
652
Таблица 19.2. Последовательность технологических операций в технологических
процессах получения тугоплавких металлов
Технологические операции Технологические процессы
Прессе ва- нне с по- следую- щим спе- канием Горячее прессо- вание в пресс- формах Г «зрячее изостати- ческое Прессова- ние Горячая экструзия
Получение порошка + 4- 4* 4-
Смешивание порошка с пластификатором + —— М -М.
Формоваянег прессование в пресс-формах; + —&
изостатическое прессование; — •— 4-
вибропрессование — — — 4-
Загрузка контейнера —— 4- 4-
Дегазация заготовок — 4- 4-
Предварительное спекание 4- ——' — 4-
Окончательное спекание 4- — —— —W
Горячее прессование в пресс-формах —— 4- — —
Горячее изостатическое прессование —— 4- —
Горячая ротационная ковка + 4- — —
Горячая экструзия —— — — 4-
Волочение 4~ 4- —
Механическая обработка — — 4- 4-
Физико-механические свойства тугоплавких металлов зависят прежде
всего от качества исходного порошка и мер ио предотвращению загрязнения
металла на последующих стадиях технологического процесса вредными приме-
сями. На конечных стадиях технологии широко используются методы обра-
ботки металлов давлением — ротационная горячая ковка, волочение, а в по-
следние годы и гидроэкструзия [393].
19JJ. Подготовка порошка
Среди различных способов получения порошков тугоплавких металлов
в технологии производства изделий из них используют лишь те способы, кото-
рые^ обеспечивают наиболее высокую чистоту и качество получаемого продукта
Для получения изделий е высокими механическими свойствами используют
высокодисперсные или ультратонкие порошки [472, 488, 708]. Методы получе-
ния их приведены в табл. 19.4.
19Л.З. Формование
Формование порошков тугоплавких металлов производят общепринятыми
в порошковой металлургии методами. Основным методом формования в произ-
водственной практике является прессование в пресс-формах, для тонких порош-
ков — изостатическое прессование. Перед прессованием в пресс-формах для
Улучшения формуемости и устранения расслоя прессовок в порошок вводится
пластификатор — раствор глицерина в спирте (в отношении 1,5 s 0,1, об.) или
раствор парафина в бензине (4—5 % парафина) [160].
При изостатическом прессовании необходимость во введении пластифика-
тора в порошок отпадает.
Режимы прессования порошков отечественного производства приведены
в табл. 19.5.
т,„„, 19-3- Способы . попуыя- порошков тугоплавких металлов
(1601
Способ получения порошков Характеристика способа в условий F его реализации
Вольфрам
Восстановление триоксида воль-
фрама водородом:
WO, + Ht-*WO, + HsO,
wo,4-Н,-* W-f-H2O
Молибден
Восстановление триоксида мо-
либдена водородом:
МоО3 -f- На-»-МоО, -f- H2O,
MoOj + H^Mo 4-H2O
Тантал (ниобий)
Натриетермическое восстановле-
ние фторотанталата калия:
K4TaF?+5Na-*
— Ta + 5NaF-f-2KF
с последующим дроблением на
щековой дробилке в отмывке
полученного порошка холодной,
а затем горячей водой и раз-
бавленной соляной кислотой
для полного удаления щелочи
н растворения примеси железа.
Тепловой эффект реакции вос-
становления ниобия:
K,NbF, + 5Na->
-*Nb + 5NaF-|-2KF
составляет 2,13 МДж/кг ших-
ты. Он недостаточен для само-
произвольного протекания про-
цесса
Ниобий (тантал)
Карботермическое восстановле-
ние пятиоксида ниобия:
NbA 5NbC 7Nb -f- 5CO
e последующим гидрированием
и измельчением продукта в по-
«ГНИЛЫ
Восстановление осуществляется в трубчатых
или вращающихся печах в две стадии: 1-я-.
620—670° С, 2-я — 800 — 870 °C для мелкозер-
нистых порошков и 1-я — 720—750 °C, 2-я—-
850—900 °C для крупнозернистых порошков
Восстановление ведут в трубчатых или вращаю-'
щихся печах в две стадии: 1-я — 450—550 °C.
2-я — 900—1100 °C остроосушенным водородом.
Скорость продвижения лодочек —20 мм/мин.’
При недостаточном восстановлений порошка
применяют дополнительное третье восстановлен
ние при 1000—1100 °C
Реакция протекает с выделением большого ко-
личества тепла (—2,98 МДж/кг смеси). Для
возбуждения реакции достаточно локального
нагрева шихты до 450—500 °G Процесс ведут
в железном тигле е покрытием слоем хлорио-'
того натрия для защиты восстановленного
тантала от окисления
Тигель с шихтой, состоящей из фторониобата
калия и натрия, помещают в электропечь,
предварительно разогретую до 600 °C, и выдер-
живают 1,0—1,5 ч при 900 °C — 1000 °C.
Порошок карбида ниобия смешивают в шаровой
мельнице е пятиоксидом ниобия, взятым с не”
большим избытком (3—5 %) против теоретиче-
ского количества. Брикетированную под давле-
нием 100—150 МПа шихту нагревают в вакуум"
иых индукционных печах с графитовой трубой
до температуры 1700—1900 °C, Процесс закан-
?н.вАет£я ПРИ достижении давления 1.33
0,133 Па
Способ получения порошков
Характеристика способа и условий
его реализации
Тантал (ниобий)
Магниетермическое восстановле-
ние хлорида тантала:
2ТаСЬ Ч- 5Mg -* 2Та -f- 5MgCla
с последующей отливкой от
хлористых солей водой, слабой
соляной кислотой, спиртом и
сушкой в вакууме
Ниобий
Натриетермическое восстановле-
ние хлорида ниобия:
NbCl5(r) + 5Маж-►
Nb + 5NaCl(3Kj
Ниобий
Восстановление хлорида ниобия
водородом:
2NbCls + 5На -> 2Nb -f- 10HC1
в кипящем слое частиц порошка
ниобия при температуре 800—<
900 °C с последующей дегаза-
цией от водорода в вакууме
или аргоне
Реакция экзотермнчна и теплоты ее достаточно
для самопроизвольного протекания процесса
Процесс проводят в стальном тигле, куда за-
гружают шихту с флюсами-хлоридами калия
и натрия, понижающими скорость реакции.
Тигель медленно опускают в печь, нагретую
до температуры ~ 750 °C. Для получения чис-
тых порошков тантала и ниобия лучше восста-
навливать хлориды жидким магнием
В реактор, наполненный аргоном и содержащий
расплавленный натрий и хлорид натрия, подают
пары NbClj
Спекшиеся гранулы из образующегося порошка
ниобия опускаются на дно реактора, откуда пе-
риодически выгружаются
В реактор загружают порошок ниобия круп-
ностью 30—50 мкм, который под действием
восходящего потока водорода (или в смеси
е аргоном) создает кипящий слой. В этот слой
вместе ® газом поступают пары NbQ5. Восста-
новление хлорида происходит на поверхности
частиц порошка, в результате их размеры рас-
тут, достигая 200—400 мкм.
Тантал (ниобий)
Электролиз расплавленных со-
лей (55,0 % КС1, 27,5 KF,
17>5 % K2TaF7) с добавкой
в расплав 2,5—3,0 % Та2О5.
Катодный осадок подвергают
измельчению с воздушной сепа-
рацией и термической очистке
в вакууме
Процесс в электролизере, состоящем из нихро-
мового тигля, устройства для крепления
и подъема анода, питателя и теплоизолирую-
щего кожуха. Пятиоксид тантала подают
в электролитическую ванну периодически авто-
матическим питателем в полый анод. Электро-
лиз ведут при катодной плотности тока
50 А/дма и анодной плотности тока 120
160 А/дм2 и температуре 680—720° С, до за-
полнения катодным осадком примерно 2/3 по-
лезного объема тигля. Катодный осадок из-
мельчают в шаровой мельнице, работающей
в замкнутом цикле е воздушным сепаратором.
Из нагретого до 1000 °C порошка сначала в ар-
гоне выплавляется электролит, а затем остатки
электролита и летучих примесей отгоняют
в вакууме 1,33 10"1 - 1,33 • 10~* Па, после
чего порошок подвергают размолу
Способ получения порошков
Хапактерйстика способа в условий
и его реализации
Рений
Восстановление перрената калия
водородом:
KReO. + ^H,-*
_^Re+KOH + 3HsO
ври температуре 500—550 °C
с многократной промывкой во-
дей от КОН а последующим
восстановлением при 900--
1000*0
Восстановление перрената ам-
м ня водородом:
МПЙеОд+ЗМвН,-*
-►Re+NH*0H + 3H,0
Пвукоатное восстановление перрената кали»
водородом е промежуточной многократной про.
мывкой не позволяет снизить содержание калия
в порошке «иже сотых долей процента и по-
выснть пластичность металла. При содержания,
калия в порошке выше 0,00b % не удается
получить спеченные штабики е относительной
плотностью более 70 %.
Наиболее распространенный способ произвол-
ства чистого рениевог® порошка, иЗ которого
получают штабики для последующей обработка
давлением. Размер частиц порошка 1,0—2,5 мкм.
а две стадии:
сушка » токе водорода при
350 °C, восстановление при
900-950 °C.
Таблица 114, Получение тонких порошков тугоплавких металлов
Методы получения. Условия получении Произво- дитель» ноеть МКМ S, Степень загрязнен» йости приме* тми
Механическое измельче- ние: размол металлов в шаровых мельницах; размол металлов в аттриторах Восстановление; твердых исходных соединений (окислы); Длительность раз- мола более 100 ч при добавке по- верхностно-актив- ных веществ Восстановитель — водород,темпера- тура 800— 1000 ’С Низкая Высокая » 2—5 0,5—» 3,0 4*9 .а 2—5 Высокая Высокая (до 5 % мае. до- ли)- Низкая (до 0,2 % мае. доли)
газообразных соеди- нений (хлориды) Восстановитель —- водород, темпера- тура 900—1200 °C Низкая
Разложение карбонилов Выше 150 °C % (1,0 2.5 Низкая
Методы получения Условия получения Произво- дитель- ность d4, мкм м*/г Степень загрязнен- ности приме- сями
Распылительная сушка растворов с последую- щим восстановлением Температура воз- духа при сушке 300—600 °C. Восстановитель — водород, темпера- тура 800—900 °C Высокая Г • • «. 10 Зависит от чистоты ис- ходных про- дуктов
Вакуумная сублимация резко охлажденных вод- ных растворов солей с последующим восста- новлением Сушка при —2 °C. Восстановитель — водород, темпера- тура 600 °C Низкая 0,01— 0,10 /»• & То же
Осаждение из растворов с последующим восста- новлением Восстановление в водороде при 750—900 °C » 0,1— 1,0 •Ь* ч.
Электроэрозионная обра- ботка заготовок метал- лов Частота импуль- сов тока до 300 Гц Очень низкая 2—5 Средняя
19J.4. Спекание
Спекание спрессованных штабикой из тугоплавких металлов проводят
в две стадии: предварительное низкотемпературное спекание, приводящее
к повышению прочности и электропроводности; высокотемпературное спека-
ние, называемое также «сваркой» 13]. Режимы спекания приведены в табл. 19.6.
Для низкотемпературного спекания применяют электрические трубчатые
или муфельные печи. Труба или муфель алундовые, нагреватели изготовлены
из молибдена, который защищается от окисления средой водорода. На стадии
предварительного спекания спрессованные штабики укладывают в никелевые
лодочки, на дно которых насыпан слой соответствующего тугоплавкого ме-
талла.
Высокотемпературное спекание проводят прямым пропусканием тока через
штабики в специальных аппаратах для «сварки» шгабиков. В них штабики за-
крепляют вертикально между двумя зажимными водоохлаждаемыми медными
контактами, в которых вмонтированы скрепленные пружиной вольфрамовые
Щипцы. Один из контактов (как правило, нижний) может перемещаться по
мере усадки штабика. К нему ток подводится при помощи гибких шин.
Для спекания крупных штабиков и заготовок используют печи е косвен-
ным нагревом. Это либо печи сопротивления с графитовыми нагревателями для
спекания заготовок в вакууме, либо индукционные печи для спекания в среде
влажного водорода.
Спекание тантала и ниобия ведут в высоком вакууме для удаления лету-
чих примесей при ступенчатом подъеме температуры.
19.2.5 . Горячее прессование
Методы горячего прессования позволяют получать из порошков тугоплав-
их металлов практически беспористые заготовки при более низких температу-
рах по сравнению с температурами спекания [208, 449]. Наряду с методом горя-
чо прессования в графитовых пресс-формах в последние годы применяют
тод горячего изостатического прессования. Благодаря предварительному
т в л л в « а 19.5. Режимы прессован»|япорошков^У гоплавких металлов [160]
-lJL МежаЛЛ Форма и размер прессовок. Метод иресеоааяия
Штабики сечением от В пресс-формах!
Вольфрам РОХ Ю до 40X4° мм И ДЛИ' ной 500—650 мм, стержни»
цилиндры Изостатической на прессах в эластичных ' оболочках и пресс-фор- мах; в гидростате
Мол бден Йтабики сечением 2—16 см2 и длиной 450—600 мм В пресс-формах
Тантал: натриетермический порошок; Штабики сечением 4—20 см® и длиной 600—750 мм Т° же
электролитический порошок То же
Ниобий:
на риетермический • ь » >
порошок; электролитический порошок > *
Рений Штабики сечением 12 X12 в 4 —- ₽
Таблйаа 19.6. Режимы спекания штабиков из тугоплавких металлов [160]
Металл — ' < '* — - - Режим^хпредеарительноттэ епекания *
, ”С t вреда
вольфрам Молибден: "I ' г-*** I J150—1300 30—120 ВодороД
штабики сечением 18х 18 1100—1200 30*^60 >
штабикй сечением 40x40 крупные штабики крупные заготовки массой да 300 кг 1100—1200 60—120 г i
Тантал 1100—1600 60—240 Вакуум 1,3 - Ю-4-^ 4-1,3 « Ю“® Па
Ниобий 1100—1300 60—240 ‘ То же
Тип пресс-форм сп, МПа И. %
Разборные пресс-формы 150—500 30—40
Цилиндрические пресс-формы, в которые помещаются резиновые формы s порош- 600—800 20—25
ком Резиновая оболочка 2000—2500 30—35
Разборные пресс-формы 200—300 35—40
То же 300—500 25—30
» » 700—800 ~20
> > ~100 *“30
> > 700—800 ~20
* » 600 *“45
Пористость после пред- верительного спекании, % Режимы высокотемпературного спекания Пористость спеченных штабикоа, %
1, °C т, мин бреда
25—35 2900—3000 12—20 Сухой водород 10—15
• •* 2200—2400 10—15 » » 6—10
2200—2400 50—70 » 9 8—10
• ♦ж 1900—1950 360—480 Вакуум 0,133 Па 4—5
••• 1700—1850 180—900 Влажный водород 2
2700 120 Вакуум 1,3 • 10“®-т- 4- 1,3 - 10-3 Па 10—15
• 2300 120 То же 10—15
19.7. горнего
Металл Методы горячего прессования , Режицм 1, “С
Вольфрам Статическое в пресе-формах < внутренним диаметром 25—30 мм 2400—2500
Изостатическое в контейнерах из стекла 1480—1700
Молибден Статическое в пресе-формах е внутренним диаметром 25—30 мм 1700—1800
Изостатическое в контейнерах йз стекла 1150—1425
Тантал Изостатическое 1370—1600
Ниобий » 1150—1425
Рений 1480—1650 ‘
Таблица 19.8. Методы обработки тугоплавких
{60, 160, 342, 393J
металлов давлением
Условия обработки давлением
Защита от окисления
при горячей обработке-
Горячая ковка на ротационной ковочной машине
Вольфрам
Температура ковки уменьшается е 1450 до 1200 °C
по мере уменьшения диаметра прутка. Ковку
производят иа ротационной ковочной машине, в
которой при вращении вала е расположенными
внутри его внутренней полости роликами осуще-
ствляются удары плашек по штабику нагретого
металла. При скорости вращения вала 1000 мин"1
е 10 роликами достигаются 10000 ударов в мниуту
Молибден
Нагрев под ковку осуществ-
ляется в газовой печи. Для
защиты от окисления перед
поступлением в газовую печь
пруток смазывают аквада-
гом (смесь коллоидального
графита е аммиачной водой
с добавкой сахара)
Температура ковки 1450—1000 °C (г
w I Смазка аквадагом
Тантал, ниобий
Температура ковки 900—1000 °C
Горячая ярокатка
Вольфрам
Температура прокатки -1300—1200 °г - х
'“20%, Прокатку производят мЛ™ обжатием
вторяющимися нагоевами L мног°кратно е по-
катки нагревами до температуры про-
Ковка в оболочке из мягкой
стали. Перед заваркой кап-
сулы проводят дегазацию
порошка в глубоком вакууме
при нагреве до 1000 °C
Иногда используют иокры*
тия заготовки нагретой сталь*
ной рубашкой. Используют
также нагрев и прокатку
в аргоне и вакууме.
[556. 3541
~ . ‘ 1 ' -" - - — -""^^его прессования И. %
₽пр’ МПа т, мин среда
22—25 10 CO + N, 0,5—2,0
70—210 60—180 Вакуум 0—1
20—22 8—10 CO + Na 0,5—1,0
70—105 60—300 Вакуум 0—1
70—140 30—300 » 0—1
70—105 30—“300 » 0—1
70—210 30—300 % 0—1
Продолжение табл. 19.8
Условия обработки давлением Защита от окисления при горячей обработке
отсутствии защиты от окис-, ления прокатные заготовки очищают от поверхностного слоя травлением в расплаве едкого натра (99 %) И нат- риевой селитры (1 %)
Молибден
Температура прокатки 1000—1200 °C обжатием 20-30% Нагрев перед прокаткой в аргоне или водороде в пе- чах, расположенных перед прокатным станом
Тантал, ниобий Прокатка при 800—900 °C в вакууме Горячая экструзия Вольфрам
нагревз перед экструзией 1200— С, время 1 ч. Скорость выдавливания до >о м/с. Степень деформации более 70 % Стеклосмазка, нагрев заго- товок в водороде
Молибден
^мпература 1100—1300 °C, время нагрева перед гЛ11)Тзие® 1 я. Скорость выдавливания до 0,5 м/с. пень деформации более 70 % ‘ То же
Условия обработки давлением Защита or окисления при горичей обработке
Тантал, ниобий
Температура 900—1000° С
Вакуум, экструзия в капсу.
лак с предварительным эва-
куированием при нагреве до
800—1000 °C
Ковка (на холоду)
Тантал, ниобий
На ротационной ковочной машине либо пневмати-
ческих молотах (плоские заготовки). Обжатие
—25. При необходимости проводят промежуточные
отжиги заготовок в высоком вакууме
Прокатка (на холоду)
Тантал, ниобий
Обжатие до 30 %. Прокатку ведут с промежуточ-
ными отжигами в высоком вакууме
Рений
Прокатку ведут е промежуточными отжигами при
1700—1800 °C в течение 30—60 мин. Обжатие
5—10%
Экструзия (иа холоду)
Тантал, ниобий
Высокая пластичность этих металлов позволяет
эффективно проводить экструзию без нагрева
Рений
Обжатие до 15 %, Процесс ведут е
ними отжигами при 1700—1800 °C в
кууме в течение 30—60 мин
промежуточ-
глубоком ва-
Волочевие
Вольфрам, молибден
После ротационной ковки прутки подвергают во-
лочению иа крупных цепных и блочных волочиль-
ных станах до получения проволоки диаметром
0,5 мм. Затем процесс ведут на машинах много-
кратного среднего и тончайшего волочения (диа-
метр проволоки 0,01 мм) с применением алмазных
фильер. С уменьшением диаметра температуру
уменьшают с 800 до 500 °C (для W) и е 700 до
400 °C для молибдена,
Аквадаг. Проволока после-
довательно проходит через
газовую водородную печь и
далее протягивается через
нагретую фильеру и наматы-
вается на ведущий барабан
Тантал, ниобий, рений
Процесс ведут иа холоду
Условии обработки давлением Защита от окисления при горячей обработке
Гидроэкструзия
Молибден, ниобий, тантал
Гидроэкструзия с Ki — 2 -=- 5. Гидроэкструзии под-
вергают отожженные при 1600 °C заготовки.
Ki = 2 -г- 4
Таблица 19.9. Химический состав прутков и проволоки из спеченных
вольфрама и молибдена [182]
Марка метал* л» Характеристика марки Содержание основ- ного металла (включая присадки) мае. доля, % Присадка Содержание присадки, мае. Доля, %
Вольфрам
ВА > а> а. 99,95 * -te » в
ВМ » • • 99,95 Диоксид тория 0,17—0,25
ВТ-7 Торированиый 99,95 » » 0,7—1,0
ВТ-10 » 99,95 » » 1,0—1,49
ВТ-15 » 99,95 » » 1,5—2,00
ВТ-30 » 99,94 » » 2,5—3,5
ВТ-50 » 99;94 » » 4,5—5,5
ВРН Моли Вольфрам разного назначения б ден 99,90 0 0
МЧ Молибден чистый 99,96 — —
МС Повышенной пластичности 99,96 Кобальт, железо, никель отдельно или вместе 0,02—0,12
мк С кремнещелочиой присадкой 99,96 Кремний 0,019—0,04
МРН Молибден разного назначения 99,92
Та блица 19.10. Физические свойства тугоплавких металлов [462, 485]
Металл т. г/см* а • 10% К-1 К, Вт/(м-К), в интервале темпе- ратур Р. мкОм • см, при 20 °C ф> эВ 7>К
Вольфрам Молибден Гантал Ниобий рений а 19,23 10,20 16,60 8,57 21,02 5,5 (от 150до2130°С) 5,0 (20 °C) 6,58 (20 °C) 7,08 (20 °C) 6,7(0—800 °C) 165 (—73 °C) 138 (20 вС) 45,2 (20 °C) 53,2(100 °C) 64,0 (—173 °C) 5,6 5,0 15,0 15,0 19,0 4,54 4,3 4,12 3,99 5,0 0,0154 0,916 4,47 9,25 1,697
Т.б.««. IS.II. ф«»№»«.»«ч«кие »»««"> тугопла.к»»
металлов [ Металл 160] . Вид материала Е, ГПа ив. МПа НВ, МПа
Вольфрам Молибден Тантал Ниобий Рений Спеченные штабики Кованные штабики Проволока неотожженная Проволока отожженная Спеченный штабик Лист толщиной 2 мм Проволока неотожженная Проволока отожженная Отожженный лист То же Кованые и отожженные прутки4 % 350—380 ‘Г 285—300 190 106 470 130 350—1500 1800—4150 1100 i • " 1400—2600 800—1200 350—500 300—350 1156 2000—2360 3500—4000 * -л « 1500—1600 2400—2500 1400—1850 441—1230 735 2000
Таблица 19 12. Зависимости характеристик упругости вольфрама марки ВРН /т=18 8 г/см’1 и молибдена марки МРН (у= 10,2 г/см®) производства
Московского влектроламповоп э завода от температуры [о/о]
Вольфрам | Молибден • /, “С Вольфрам Молибден
1. ес Е, ) ГПа | G, ГПа 1» Е, ГПа G. ГПа 1» Е, ГПа 0, ГПа Ц Е, ГПа G, ГПа В
Я) 388 145 0,34 323 121 0,32 1200 336 123 0,36 ‘254 96 0,32
100 385 143 0,34 315 120 0,31 1300 331 122 0,36 248 94 0,31
200 380 141 0,34 зн 118 0,32 1400 325 120 0,36 237 92 0,28
300 376 139 0,35 306 116 0,32 1500 314 117 0,34 222 •
400 372 137 0,35 300 114 0,31 1600 306 £ ж * Л» • 208 % Ж'»
500 368 135 0,35 294 112 0,31 1700 295 -% 193
600 363 133 0,35 290 НО 0,31 1800 284 S-B « 177
700 349 132 0,35 282 107 0,32 1900 274 V Ж • 163 А |у(» « • *
300 354 131 0,34 276 105 0,31 2000 265 * • «* • • • • Ve
900 350 129 0,35 270 103 0,31 2100 255 rf-w Ь’1» .•
1000 345 127 0,35 265 103 0,31 2200 245 * » • Л'"
1100 341 125 0,35 258 98 0,32
дуговой плавкой3’ 3®®’*5"“ОСТИ хаРактеРистик упругости тантала, переплавленного температуры (376]В ИИОбия’ полУченного методом порошковой металлургии, от
t.*c 1 Танга Ниобий Тантал Ниобий
I ГПа 0. ГПа И в. ГПа 6, 1 ГПа 11 /, “С Е. ГПа G, ГПа м Я, ГПа G, ГПа д
20 100 200 300 176 173 171 169 70.5 69,5 68,5 68,5 0,24 0,24 0,25 0,24 103 103 103 103 38,2 38,2 39,2 39,2 39,2 39,2 39,2 39,2 39,2 39,2 0,35 0,35 0,31 0,31 0,31 0,31 0,33 0,33 0,34 0,34 1000 1100 1200 1-58 157 156 63,5 63,5 62,7 0,24 0,23 0,24 105 104 103 39,2 39,2 39,2 0,34 0,33 0,31
400 167 67,5 0^25 103 1300 155 62,7 0,24 102 38,2 0,33
500 600 700 800 900 165 164 162 161 160 66,5 65,5 65,5 64,5 64,5 0,24 0,25 0,23 0,24 0,24 103 104 104 105 105 1400 1500 1600 1700 1800 153 152 150 149 148 61,8 61,8 60,8 60,8 59,8 0,24 0,23 0,23 0,23 0,23 100 98 96 »»« % « 38,2 #.. • я** 0,31 ж** *<¥
••римечвние. Содержание примесей, %: Та -0.25; С - 0,14? Si - ДО 0,0 9 и F — 0,02.
564
Таблица 19.14. Температурная зависимость пределов прочности й текучести,
относительного удлинения и поперечного сужения при растяжении образцов
спеченного вольфрама, подвергнутого ковке и отжигу [376]
«.•С Ов. МПа °0.2 ’ МПа «. % ф. % г, °C <3$, МПа ч 0О,2’ МПа В. % Ф, %
20 560 « « « 0 0 1400 280 245 14,0 71,0
200 500 «. « 0 0 1600 220 180 19,5 81,0
400 450 « г- 0 0 1800 ПО 70 30,0 62,0
600 370 * а ж 1,5 1,5 2000 100 • а • 26,0 36,0
800 330 4,0 4,0 2200 85 8 • л 23,0 37,0
1000 300 280 10,0 36,0 2400 55 а • • 17,0 43,0
1200 300 265 13,0 61,0 2700 35 м> 14,0 23,0
Примечание. В табл. 19.14—19.20 данные сняты с графиков.
Таблица 19 15. Влияние температуры на механические свойства спеченного
листового вольфрама [376]
i. °C ов, МПа 1 «. % Г, °C ав, МПа а, %
1200 440 6,0 1800 70 21,0
1500 1700 140 80 25,0 26,0 2000 44 18,0
Таблица 19.16. Влияние температуры на механические свойства спеченного
деформированного и отожженного молибдена (образцы изготовлены из кованых
прутков) [376]
1, “С Деформиро- ван ный Отожженный t, °C Деформиро- яяниый Отожженный
«в- МПа », % «в. МПа а0,2’ МПа 8, % МПа а, % МПа °Ь,2* МПа 8, %
20 620 35,0 510 294 35,0 1400 103 27,0 к
300 400 33,0 314 47,0 1500 63 30,0 » »
500 350 27,5 265 78,5 48,0 1700 47 16,0 «. * • »•
1000 270 20,0 167 59 47,0 1900 25 12,0 »
1250 165 20,0 133 55 45,0 Г
Таблица 19.17. Температурная зависимость механических свойств спеченного
ниобия (деформированный пруток) __________
t, ’С 0В, МПа ао,2’ МПа 8. % % || t- °C ав, МПа ff0.2' МПа 8, % 4>в- %
20 300 400 600 ,800 *000 1200 320 250 220 230 200 145 80 230 • • • 130 130 по 48 5,8 6.5 6,5 5,0 10,0 24,0 8,1 1300 10,0 1370 10,0 1500 3,2 1600 3,2 1700 13,0 1850 29.0 53 52 36 - 29 24 18 26 23 17 13 П 8 34,0 36,0 30,0 29,0 39,0 49,0 29,0 32,0 30,0 29,0 29,0 33,0
Таблица 19.18. Температурная листового ниобия, отожженного в я погоне [376] зависимость прочностных свойств вакууме при 1200 °C при испытан спеченного ни в вакууМе
Испытание в вакууме 1.33 еПа Испытание в аргоне *, “G Испытание в вг 1»33 сПа »кууме Испы в ар га ине гоне
<. *с МПа ®0.2’ МПа % °в- МПа t. % МПа ао,г’ МПа % МПа «. %
20 300 500 700 380 330 330 330 270 230 210 28,5 29,0 25,0 • »J» 390 350 390 350 22,0 17,5 10,0 с' • 800 1000 1200 350 210 160 140 17,5 22,5 ВТ-» 310 260 140 25,0 34,5
Таблица 19.19. Температурная зависимость предела прочности при растяжении
спеченного тантала и ниобия [217]
с*с св, МПа я£. ®в, МПа
Тантал Ниобий Тантал Ниобий
спечен- ный и кова- ный дву- кратно спечен- ный в ва- кууме спечен* ный я кова- ный дву- кратно спечен- ный в ва^ кууме св еден- ный 8 кова- ный дву- кратно спечен- ный в ва- кууме спечен- ный и кова- ный Дву- кратна спечен- ный в на-' кууме
20 400 400 330 240 1200 160 100 30 я я4#'
200 400 350 330 200 1400 100 * • fs
400 440 270 280 200 1600 80 f •
600 360 220 190 180 1800 60 лА
800 200 180 100 2000 50 4 К. V
1000 180 140 60
Таблица 19.20. Температурная зависимость твердости по Виккерсу вольфрама
-марки ВРН, молибдена марки Л1РН, тантала и ниобия [376]
HV, МПа '
i, ec Вольфрам Молибден:
наклепанный отожженный Наклепанный отожженный Тантал Ниобий
20 200 400 600 800 4400 2100 1570 1450 1300 3460 1270 1060 930 830 680 590 540 500 2360 1600 1350 1270 1570 910 730 610 1410 изо 1120 770 1190 850 740 82Q
1000 1150 1090 600 500 1140
1200 980 910 560 360 760
1400 700 490 310 280 430
1600 550 360 240 170 160
1800 300 200 200 100 60
2000 200 200 130 90. 60 50 130 130 * 42
2200 2400 130 90 80 60 80 60 * W • к «а. 30
2600 2800 60 50 50 30 50 30 » »
3000 . 30 30 ** г » »,» Ли я * W* к * • •J» •<
566
Та б липа 19.21. Области применения тугоплавких металлов [160, 182]
Освовные свойства
Вольфрам
Высокая тугоплав-
кость, малая ско-
рость испарения
Высокая стойкость
против электриче-
ской эрозии
Высокая плотность
Высокое сечение
поглощения у-из-
лучення
Жаропрочность
Высокая износо-
стойкость карбидов
вольфрама
Молибден
Высокая тугоплав-
кость, хорошая
электропровод-
Области применения
Вольфрам — лучший материал для нитей и спиралей ламп
накаливания, отличается высокой светоотдачей при рабочей
температуре 2200—2500 °C, обеспечивает длительный срок
службы нитей. Из вольфрамовой проволоки изготовляют
катоды прямого накала и сетки электронных ламп, катоды
высоковольтных выпрямителей, подогреватели катодов кос-
венного накала в различных электронных приборах. Ис-
пользуют для изготовления антикатодов и катодов рентге-
новских и газоразрядных трубок. Прутки и проволоку
используют в качестве электронагревателей для высокотем-
пературных печей сопротивления с рабочей средой водорода,
инертного газа, а также вакуумных печей
Используют в составе псевдосплавов вольфрам — медь,
вольфрам — серебро, изготовляемых методами порошковой
металлургии. Применяют в качестве электрических контактов,
электродов точечной сварки
Используют в составе «тяжелых сплавов» для изготовления
роторов гироскопов, противовесов к рулям управления са-
молетов
Используют в составе материалов биологической защиты от
у-излучения, изготовления экранов и контейнере» для ра-
диоактивных веществ
Входит в состав ряда жаропрочных сплавов с ниобием, тан-
талом, молибденом и рением, используемых в тех областях
техники, где требуется высокая жаропрочность деталей
машин, двигателей и приборов
В виде монокарбида вольфрама широко используют для
производства спеченных твердых сплавов. Вольфрам в виде
тройных низших карбидов обеспечивает высокие режущие
свойства быстрорежущей стали и высокие физико-механиче-
ские свойства ряда инструментальных сталей, используемых
для изготовления штампов горячего и холодного деформиро-
вания металлов, пил, фрез, фильер, деталей пневматических
инструментов и другого назначения
Молибден и его сплавы в виде проволоки широко исполь-
зуют в электроламповой и радиопромышленности для изго-
товления крючков, поддерживающих нити накала электро-
ламп, изготовления сеток электронных ламп. Молибденовые
прутки, впаеваемые в специальное стекло, служат для ввода
тока в электровакуумные приборы. Тонкие листы молиод
толщиной 0,1—0,2 мм применяют для изготовления анод
генераторных ламп и кенотронов. Из пластинок моли л _
изготовляют детали рентгеновских трубок.
проволоку и ленту используют в качестве на р и ’
листы — для экранов высокотемпературных - ПШ1_
печей. Молибденовую проволоку в паре с вольфр измеое-
меняют для изготовления термопар, ПЖ»Н инергнсш ил»
ния температур в интервале 1200 2U0U ь в р
восстановительной среде_______________________________
Основные свойства
Области применения
Жаропрочность
Невысокое сечение
захвата тепловых
нейтронов
Совместимость со
стеклом
И зносостой кость
R чистом виде яля с легирующими добавками используют
в качестве жаропрочного материала
В качестве конструкционного материала в энергетических
ядерных реакторах
Кпчпные стержни молибдена длиной 1 м и диаметром 30-,
4(Гмм применяют в качестве электродов-нагревателей в пе-
чах для плавки стекла. Из молибдена изготовляют мешалки
и Другие детали для варки стекла
Широко используют в составе легированных сталей
карбидов я интер-
метал лидов
Высокие антифрик-
ционные свойства
дисульфида молиб-
В виде дисульфида молибдена широко используют как твер-
дую смазку с высокими антифрикционными свойствами в ши-
роком интервале температур
дена
Высокая огнеупор-
ность дисилицида
молибдена
В виде дисилицида молибдена используют^ для защиты мо-
либденовых деталей от окисления при температурах до
1700 °C
Тавтал
Высокая температу-
ра плавления, вы-
сокая эмиссионная
способность, спо-
собность погло-
щать газы
Образование устой-
чивой оксидной
пленки прн анод-
ном окислении
Высокая тугоплав-
кость
Высокая корро-
зионная стойкость
В электровакуумной технике из тантала изготовляют раз-
личные детали электронных ламп — «горячую арматуру»
(нагреваемые детали: аноды, сеткн, катоды косвенного
накала, особенно мощных злектронныД ламп)
Совместимость с
живой тканью
Из пористого тантала изготовляют электрические конденса-
торы с твердым электролитом, Обладающие высокой электри-
ческой емкостью. В ряде случаев для производства конден-
саторов применяют танталовую фольгу
Танталовые листы используют для изготовления нагревате-
лей электрических высокотемпературных печей
В качестве конструкционного материала, обладающего плас-'
2™°СТЬЮ’ ИСПОЛЬЗУЮТ в химическом машиностроении для
изготовления облицовки аппаратов, подогревателей, мешалок,
Лил«™Т/2р0В “ ДРУГИХ Деталей. Из тантала изготовляют
попгтпр Пр„аМен платины) Для формовки волокон в произ-
водстве искусственного шелка
Ниобий
В виде проволоки и листов тантал
в костной и пластической хирургии
«заплат» при повреждении черепа,
применяют в медицине—
для скрепления костей,
наложения швов
Тугоплавкость, ма-
лое сечение захвата
тепловых нейтро-
нов
Основные свойства Области применения
Жаропрочность Используют в составе различных жаропрочных сплавов
Устранение меж- кристаллитной кор- розии Широко используют в качестве легирующего элемента, уст- раняющего межкристаллитную коррозию нержавеющих хро- моникелевых сталей и предохраняющего сварные швы от разрушения
Сверхпроводимость Некоторые соединения и сплавы ниобия отличаются высо- кими температурами перехода в состояние сверхпроводи мости. Сверхпроводящие сплавы ниобия с цирконием, интерметаллид Nb3Sn используют для создания мощных малогабаритных электромагнитов. Для изготовления проволоки из Nb3Sn используют проволоку из чистого ниобия. Ее покрывают : слоем олова и подвергают диффузионному отжигу при 950 °C
Речий Каталитическая активность Рений или его соединения входят в состав катализаторов для ряда процессов в химической и нефтяной промышлен- ности. Используют в составе жаропрочных сплавов
Низкая скорость испарения в при- сутствии следов влаги В ряде ответственных случаев используют для изготовления деталей электровакуумных приборов вместо вольфрама. Рений обладает лучшими по сравнению с вольфрамом прочностными характеристиками, сохраняет пластичность в- рекристаллизо- ванном состоянии. Применение рения и его сплавов «‘воль- фрамом для изготовления нитей накала, в качестве кериа катодов и подогревателей, сеток радиоламп обеспечивает долговечность эксплуатации электронных приборов, особенно в условиях динамической нагрузки. Рений примбнягрт в раз- рядных трубках, заполненных водородом с примесью паров воды
Высокая эрозион- ная стойкость Реиий и его сплавы с вольфрамом применяют для изготовь ления электрических контактов, стойких к атмосферной и тропической коррозии
Термоэлектриче- ские свойства Рений и его сплавы с вольфрамом и молибденом в виде проволоки применяют для высокотемпературных термопар (до 2500 °C)
Высокое электро- «опротивление Из рения изготовляют тонкопленочные резисторы, имеющие большой диапазон удельного поверхностного сопротивления. Резисторы работают при повышенных температурах (до 125 °C) и удельной мощности рассеяния до 10 Вт/см
Высокая работа выхода электронов — Рений высокой чистоты (после зонной очистки) в качестве материала для термоионных и термоэлекр эмиттеров в масс-спектрометрии. Его применение точность измерений, исключает вредный фон
обезгаживанию порошка в вакууме перед заваркой контейнера и приложении
более высоких давлений при горячем изостатическом прессовании удается суЩе.
сгвенно снизить температуру процесса [354, 556].
Режимы горячего прессования порошков тугоплавких металлов праве,
даны в табл. 19.7.
19.2.6 . Обработка тугоплавких металлов давлением
Для получения прутков, листов й проволоки спеченные заготовки туго»
плавких металлов подвергают различным видам обработки металлов давлением
(табл. 19.8). При этом вольфрам и молибден относятся к труднообрабатывае-
мым материалам в процессы обработки давлением проводятся на нагретых за-
готовках. Высокая пластичность тантала и ниобия позволяет осуществлять
их обработку на холоду, используя при необходимости промежуточные отжиги
в высоком вакууме или в высокочистом инертном газе (аргоне).
Методы горячей обработки давлением не применяются в случае рения из-за
его красноломкости, обусловленной образованием легкоплавкого семиоксида
рения по границам зерен.
19.3. Свойства спеченных тугоплавких металлов
Пластической деформацией спеченных штабиков и заготовок из тугоплай
ких металлов изготовляют прутки, листы, трубки, проволоку, фольгу, профили^
Химический состав прутков и проволоки из спеченных вольфрама и молибдену
с указанием отечественных марок этих металлов приведен в табл. 19.9. Чис|
тога тантала и ниобия, получаемых в промышленности, составляет 99,985 ма®
доли % металла, включая до 0,5 массовой доли % примеси ниобия в тантал!
либо наоборот. Некоторые физические свойства тугоплавких металлов привей
дены в табл. 19.10, а физико-механические свойства по видам выпускаемой
продукции — в табл. 19.11.
В табл. 19.12—19.20 приведены данные о температурной зависимости
характеристик упругости, прочности и твердости тугоплавких металлов.
19.4. Области применения спеченных тугоплавких металлов
Области применения тугоплавких металлов приведены в табл. 19.21.
РАЗДЕЛ VII
ЗАЩИТНЫЕ СРЕДЫ, ОХРАНА ТРУДА
ГЛАВА 20
ЗАЩИТНЫЕ среды
20.1. Введение
Защитные среды предназначены для спекания порошковых материалов
» восстановительной или нейтральной атмосфере целью исключения окисле-
ния и придания изделиям заданных свойств, а также для восстановления окис*
лов и отжига в производстве порошков. Они подразделяются на газовые, сыпу-
чие и комбинированные, состоящие из. твердых засыпок и защитного газа. К за-
щитным средам относится и вакуум.
По составу газовые защитные среды можно разделить на системы: Н2—Н2О;
H,-H2O-N2; СО—СО2—N2; СО—СО2—Н2—Н2О—N2; СО—СОа—Н2—Н2О—
—СН4—Na; азот, инертные газы (аргон, гелий), вакуум.
Жидкие защитные среды образуются при расплавлении солей металлов,
шлаков, стекол, легкоплавких окислов.
Твердые защитные засыпки обычно состоят из порошков химически актив-
ных металлов и их соединений (алюминий, магний, титан, хром, гидрид титана)
в при необходимости инертного наполнителя (прокаленный .глинозем, оксид
нагння и др.), а также из прокаленного глинозема е добавкой углерода в виде
сажи, древесного угля.
Выбор защитных сред для спекания порошковых материалов е целью полу-
синя заданных свойств определяется термодинамическими характеристиками
стея пористое твердое тело — защитный газ. При этом учитывается особен*
ость порошковых материалов, высокая удельная поверхность пористых .тед,
ичне оксидных пленок иа поверхности частиц и в порах.«
20.2. Основные реакции в газовых защитных' средах
ванного с°здаиия надежного контакта между спекаемыми частицами сформо-
Злеиок нзделия необходимо обеспечить максимальное восстановление окисных
Должна Я? ** поверхности, поэтому защитная газовая среда при спекании
и со Ыть восс7ановительиой, т. е. содержать газы — восстановители —
,ениемЛ°ВИе Равновесия, при котором соотношение металла и его оксидов с те-
весия; ®Ремеии остается неизменным, характеризуется константами равио-
*н,о
к2;=^,
Рсо<
еде ₽н * Гео ““ парциальное давление восстановителей? Рн,О» Рсог -* парцвал^
мое л явление окислов восстановителей. „
Пои спекании порошковых конструкционных изделий состав защитной
газовойсредывыбираюг по значению констант равновесия и того элемента,
у которого они наибольшие. Например, при спекании «орощ.
ков Fe и Си и Fe и Сг защитные газовые среды выбирают в первом случав
по константам равновесия для железа, во втором — по константам равновеса?
По условиям взаимодействия с восстановительными газами На, СО, Нг
4- СО металлы можно разделить на группы-.
i. -Молл, викель, кобальт, молибден, вольфрам и железо, восстановление
оксидов которых возможно при использовании любой из указанных газовых
сред; с повышением температуры константы равновесии возрастают для меда
авкеля, кобальта, т. е. снижаются равновесные содержания НаО и СО2, что
создает опасность окисления в области высоких температур..
2. Хром, марганец, кремний н ванадий, восстановление оксидов которые
возможно только водородом, константы равновесия понижаются в ростом темпера-
туры, т. е. равновесные содержания Н2О и СО2 в защитном газе повышаются
облегчая восстановление оксидов.
3. Алюминий, бериллий,, титан, цирконий, восстановление оксидов кОтр^
рых невозможно водородом при практически достижимой степени его осушки
гаолипя zu.i. защитных гаэФшх сред оаЩНТИЫС lajunwc Защитная газовая среда т * ~ ~ Способ вГолучения газовой защитной | среды 1 • •. ’
Н2—HjO—Ь.\ Диссоциированный аммиак Разложение в диссоциатбре
Tq же Частичное сжигание при ам = 0,7-й -5-0,9 и Сушка силикагелем дли цео-' литом
СО—со,— Генераторный ^аз Генераторный газ, полученный из ..древесного угля при температуре 1000 “С и осушенный силикагелем^ . или цеолитом То же, полученный в установке j с наружным подогревом ,
со—со,—. на— -HjO-N, Эндотермический газ Неполное сжигание (аад = 0,25 4- -5-0,30) природного газа* или про ПЙНИ
Экзотермический газ Доменный Газ Неполное сжигание (авэ = 0,6) угле- водородов, охлаждение, очистка от СО8^ сушка силикагелем или цеоли- том Очистка от СО2, сушка силикате- 'Лем или цеолитом
Кенвертированный при- родный газчд Высокотемпературная парогазовая, конверсия (1100 °Q при СН4:Н3О = = 15 1)
CO-CO2-FL- -h,0-ch4-n, Науглероживающий газ Неполное сжигание (аю = 0,4) угле- водородов с последующей добавкой
Й7Л природного газа
ла точки росы (—70 °C). Восстановление оксидов этих металлов производится
в остро осушенном водороде в присутствии геттеров (магний, литий и др.).
Защитная среда типа Н2—НЯО может быть окислительной для железа,
вольфрама и молибдена при низких температурах, газовая среда СО—СО» ста-
новится окислительной при высоких температурах.
В газовых защитных средах типа СО—СО2—На—Н2О—N2 (генератор-
ный газ, промышленные газы, продукты частичного сжигания углеводородов)
состав может непрерывно изменяться в результате протекания реакций, взаимо-
действия компонентов:
СОя.+ Ня;*СО-(-Н2О. (20.1)
Константа реакции
„. Рсо * Р
₽СО,
Стабильный химический состав газовой среды типа СО—СО2—Н^— Н2О—N2
обеспечивается осушкой и очисткой от СО2.
20.3. Газовые защитные среды
Водород технический получают электролизом, каталитическим разложе-
нием углеводородов, крекингом углеводородов, железоконтактным методом.
ошкозой металлургии (156]
Химический состав, % Точка росы, °C
СО, СО н, сы. о, N,
0 0 75 0 0 25 —40
0 0 J—20 0 0 99—80 От —20 да —40
0,3 28—32 4,7 1,0 0 . Остальное -40
0.5 32—34 0 0 0 —40
1,0 18—20 38—40 1,0 0 » От '4-20 до —20
0,3 10 № 1,5 0 72.5 —40
0,3 30 3,0 0,5 0 Остальное —40
1-2 22—23 75—76 0,4 0 0,5 4-20
3 9 16 10 0 & i 4-20
Таблица 20,2. Химический состав однокомпонентных газовых защитных сред
Газ, ГОСТ ипи ТУ Марка, сорт Содержание основного продукта, об %, не менее " Объемная доля примесей,% Водяпой пар
* N. н, о, СО СО, Углеао- дородь, (в перес- чете на СО,) Содержа- ние при 20'С и 101,8 кПа, г/м* Точка росы, °C
Азот газообразный и жидкий ГОСТ 9293— Высший Первый 99,994 99,5 <• > i -* * Л ’4 » -а 0,005 0,5 <( т • J, -М. 0,005 0,07 -63 —43
74 Второй 99,0 'Нг-Г 1,0 Г-Jk * *
Третий 97,0 Ч*» > 3,0 v -иГ г * J ife,j *«* > а *'
Аргон газообразный и Особой чистоты 99,996 0,001 0,001 0,001 0.01 0,005 0,007 *—63
жидкий, ГОСТ 10157— Высший 99,992 0,006 0,0007 0,005
79 Первый 99,987 0,01 -г т 0,002 * 4»? 0,001 0,01 « Ж
Водород технический, А 99,99 0,01 * • 4 0,01 0,05 0,2 0,3 0,4 ** </**> 0,2 0,2 0,2 1,0 1,0 1,0
ГОСТ 3022—80 Б, высший Б, первый В, высший В, первый 99,95 s 99,8 98,5 97,5 0,05* 0,2* 1,5* 2,5* ♦ * 0,2 0,3 1,2 ** 0,2 0,2 д£ « f ** * * ъ » *
Г, первый" 95,0 5,0 * А 0,5 1,0 » ,W fee “ W < Ж
Гелий газообразный, МРТУ 55-77-66 Технический Высокой чистот-ы 99,85 99,99 0,12 0,005 0,06 0,0025 0,005 0,002 * • < MS*** 0,005 0,003 99,85 99,9 —50 —55
»* ~отсутствие пиков* на хромато’гпаммы"*3** fl0»o„rt8?n <ааот. кислород, оксид углерода, метан, диоксид углерода) в пересчете на сухой paaj-.
р Ю мин ие должна показываться влага из вентиля балона, установленного немтнлем- вниз*
Ппи электролитическом методе через водный электролит (гидрооксид нзт-
калия NaCl) пропускают электрический ток, в результате чего полу-
ют водород, ’а также кислород или хлор.
С кислородом водород образует гремучую смесь при содержании водорода
4-”7Ппименеиие водорода рекомендуется при спекании изделий из порошков
члов образующих трудновосстановимые окислы: бериллия, ванадия, крем-
Металло , н хрома> циркония, а также твердых сплавов. В этих случаях
водород должен подвергаться острой осушке и удалению остатков кислорода
В ПРД^етциированный°В аммиак содержит 75 % водорода и 25 % азота
6.1 20 1). В большинстве случаев является хорошим заменителем водорода,
и пекомендуется при спекании хромистых сталей, нержавеющих сталей и спла-
“е "^держащих титан, ниобий и молибден, в связи с возможностью образова-
нием хрупких нитридов.
Операция получения диссоциированного аммиака включает испарение
жидкого аммиака, отделение масла, подогрев в теплообменнике и разложение
в диссоциаторе е дисперсным катализатором при подводе тепловой энергии
извне. Газовая смесь диссоциации поступает в теплообменник для подогрева
жидкого аммиака и подвергается после этого осушке силикагелем до точки
росы (от —40 до —50 С).
Генераторный газ получают пропусканием воздуха или паровоздушной
смеси через раскаленный уголь с последующей очисткой и осушкой (табл. 20.1).
Может применяться при науглероживающем спекании или цементации порош-
ковых изделий конструкционного назначения.
Конвертированный природный газ получают конверсией метана природного
газа (табл. 20.1) с водяным паром:
СН4 + Н2О = СО + ЗН3.
Конверсия происходит при 1100 °C в присутствии катализаторов, содержа-
щих никель.
После осушки и очистки конвертированный газ (табл. 20.1) применяют
при получения порошков восстановлением металлов из оксидов, а
также при
спекании порошков изделий на основе углеродистых сталей.
Эндотермический газ получают при неполном сжигании (табл. 20.1) газо-
воздушиой смеси при коэффициенте избытка воздуха авз — 0,25 S- 0,30 в при-
сугствии никельсодержащего катализатора при 1050 °C. Для поддержания про-
цесса извне подводится тепловая энергия. Эндогаз подвергают охлаждению,
осушке и очистке. Применяют при спекании порошковых изделий на основе
углеродистых сталей.
Экзотермический газ получают частичным сжиганием углеводородов с та-
ким количеством воздуха (коэффициент избытка воздуха авз — 0,6), при кото-
ром горение протекает за счет тепла, выделяемого в процессе реакции.
Техническая характеристика однокомпонентных, газовых защитных сред
приведена в табл. 20.2.
$ывает низким (1—10 Па), средним (I—1000 мПа), высоким (1 —
МАЮ мкПа) и сверхвысоким « 1 мкПа).
20.4. Спекание без применения газовых защитных
сред
*имичесКЛЯНИЬ,й Расплав применяется при спекании изделий из порошков
Ui. Сп₽кИ активиых металлов, например при спекании магнитных материалов
1150_|9ллог производят на воздухе под слоем расплава оконного стекла при
стостьк» ° л ° стеклянном расплаве рекомендуется спекать изделия с пори-
в°сти яетв ®?лее 18 ПРИ большей пористости наблюдается пропитка поверх-
аий nnnu Ле” ««“«иным расплавом. Для удаления стекла со спеченных изде-
<Цей аи/ЗВ0ДЯт их подстуживание от температуры 300 °C в воду с последую-
По^РЖКОЙ иа B03WXG в течение 1-3 ч.
Ким затвпЗВ°ДЯТ также спекание порошковых изделий в контейнерах с плав-
®ором из натросиликатного стекла, соответствующего по составу натро-
силикатной глыбе (ГОСТ 8263-56) — полуфабрикату при получении жидкого
стекла (410). „пнтейнеоа воздух и выделяющиеся из засыпки и прес-
Во время угрева пористые материалы (песок и порошок сиди-
совок газы свободно выходят «ерез в Р затвора. При достижении темпе*
каткой глыбы), КОТОР“"“ 3ка0Пгд^ затв0ра из натросиликатной глыбы контейнер
~лхмн18
насыпанного алюминиевого порошка.
20.5. Очистка и осушка защитных газовых сред
Очистку газовых сред производят для удаления вредных примесей (ди-
оксил ^7ероГ«рннстый водород и др.) и осушку е целью удаления остатков
“^Одновременную очистку от диоксида углерода и сернистого Водорода про-
изводят пропусканием защитной среды через 15 %-ный водный раствор этанол-
амнна с последующей регенерацией этого раствора. При очистке газа от кис-
лорода, СО„ HCN н других примесей с помощью этаноламина образуются не-
разлагающиеся соединения.
Этаноламивы представляют собой бесцветные вязкие гигроскопические
жидкости, смешиваемые с водой и низшими спиртами во всех концентрациях.
Химические реакции взаимодействия СО2 с моноэтаноламином:
СОа 4- 2RNHa 4- НаО (RNH3)2COa,
COa 4- (RNHa)a COa + HaO 2RNH3HCOS,
(20.2)
(20.3)
где R — группа ОН—СНа—СН3.
Для более тонкой очистки защитных газовых сред (точка росы вплоть до
—120 °C) используют химические, адсорбционные, диффузионные, ректифика-
ционные и каталитические методы [4761.
К химическим методам относится очистка газов в помощью гидрата оксида
железа (смесь болотной руды, 0,5 % гашеной извести с древесными опилками
^соотношении 1 1, содержащая до 30—40 % воды), силикагеля или алюмо-
'металлов’ активно связывающих в дисперсном виде кислород,
среж ст0ЛКЬие^ппн?'^^ЛИЧеСК0Й ме?и Позволяет очистить защитные газовые
среды от кислорода при нагреве до 400—500 °C;
2Cu + °2 X 2СиО. (20:4)
несенной на лнатомитч'оксил мепя испольаовании губчатой меди или меди, на-
рода прв температуре 350 4ОоУ;М°ЖеТ бытЬ Использован при очистке от водо-
к . 4- На -> Сц 4- НаО. р0 5)
§0-750?С; ХТпХщТТоТ при^вУ 1ОЧП <’г5°“'500 °С’
500 С, воду — при 700—1050 °C С, В°Д°РОД—при 350—
к Колячество газа, связываемого С и? Д ““ при 700—1050 °C.
та0л. 20.3 и 20.4. вторыми металлами, приведено в
"остей сорбировать газьцЫК°Чпр^мышле0ВаНЫ Ва способности твердых поверх-
ка™ 2КТИВИЫЙ оксид алюминия силикХ адсоРбентам относятся активные
— цеолиты. г гели, кристаллические алюмосили*
Ректификация основан» »»
веСЯЛн^0ЯНИй • со«ааа жЛкоЛй ф“зы°СТаВа Пара кад жидкостью в равно-
ПА.„Гаффу3иоиные методы очистки
Газов* Д!’еРего₽оЛок Для атомных газов и неппп пРоницаемостн металлических
1а Яя‘л^?еКТИВ“а очистка водорода с испоТНИЦаемости для молекулярных
«а палладии. д рода « использованием сорбции — десорбций
Твблипа 20.3. Количество газа, связываемого некоторыми металлами [476]
Металл Количество связанного газа, л/кг, при образовании Металл Количество связанного газа, л/кг, при образовании
оксида гидрида нитрида оксида гидрида нитрида
Барий Кальций 67,7 135,4 45,1 Стронций 106,1 212,3 70,8
231,9 463,8 154,6 Тантал 128,5 51,4 51,4
100,2 200,4 66,9 Титан 388,2 388,2 194,1
Лантан Литий Mai иий Ниобий 670,0 1340,0 446,7 Торий 80,1 120,1 53,5
382,2 764,4 254,8 Церий 132,7 199,1 66,4
250,0 100,0 100,0 Цирконий 203,8 2Q3.8 101,9
Таблица 20.4. Сорбционные характеристики титановых газопоглотителей [5241
Массовая доля, % Масса газо- поглотите- ля, г Начальная скорость сорбции, см3/(с • см2), при t, °C Конечная скорость сорб- ции, см3/(с • см2), при t, °C
Zr Al Та W TI 20 200 400 600 20 200 400 600
0 0 0 0 100 0,63 170 200 290 330 10 18 28 35
20 0 0 0 80 0,59 160 190 260 310 10 22 30 35
30 10 0 0 60 0,68 240 290 350 390 37 48 64 72
20 10 10 0 60 0,62 200 250 295 340 46 58 68 75
30 0 0 10 60 0,68 180 230 280 330 28 32 40 53
Хорошим средством для очистки газов являются цеолиты, поглощающие
СО» и НаО из продуктов сгорания. Применение цеолитов упрощает оборудо-
вание и исключает его коррозию, снижает капитальные и эксплуатационные
затраты, повышает степень очистки от СОа. Наилучшие результаты получают
при использовании цеолитов с размером пор 5 нм. Регенерация цеолитов со-
стоит в их нагреве до 250—320 °C с последующей продувкой сухим газом и
охлаждением или в сушке в вакууме (0,5—5) кПа.
Техническая характеристика промышленных установок для получения
азовых защитных сред приведена в табл. 20.5—20.7.
до наибольшей стойкостью в защитных средах, содержащих СО, СОа, Н2О,
а также в средах с высоким углеродным потенциалом обладает двойной
*Ромоннкелевый сплав типа 20-80.
Хи?А^СИмальная рабочая температура нагревательных элементов из сталей
стп/„ Х2°Н80-Н, 0Х23Ю5А и 0Х27Ю5А составляет 1200—1300 °C, кон-
₽у^°ниых деталей из сталей 4Х25Н19С2А, Х23Н18, X18Н35—1000—1100 °C.
Аогазе ЙК0Сть сплавов системы хром — алюминий — железо при 1200 ®С в эн-
величииИ На В03ДУхе примерно одинакова и в 1,5 раза меньше аналогичной
Желеап » Для сплава типа Х20Н80. Стойкость сплава типа хром —
легиппп 9идо(Газе при 1200 °C примерно в 5 раз меньше, чем у сплава Х20Н80,
nePajypaxH95 °С^[бзо]КРеМНИЯ повышает служебные характеристики при тем-
п°стояниИе°$ХОДИМОСТИ сохранения содержания углерода в спеченных изделиях
ВисимогтиМ целес°образно применять аргон или остроосушенный водород. В за-
Роживат °Т углеРОДНого потенциала конвертированного газа он может наугле-
СтоимИЛИ “безуглероживать спекаемые детали.
мость защитных газовых сред приведена в табл. 20.8.
Таблиц» 20.5. Техническая установок для приготовления, УлтЯ=»кя неочищенного акзогаз а
Показатель ЭК-8М1 ЭК-60М1 ЭК-125 М3 ЭК-250М2
Производительность, м8/4 Установленная мощность 8 0,6 60 3,0 125 3,0 250 5,5
электрооборудова ния, кВт о Напряжение сети, » Рабочая температура каме- 380/220 1000—1200 380/220 1000—1200 380/220 1000—1200 380/220 1000—1200
ры сжигания °C Удельный расход электро- 0,06 0,022 0,3 0,016
энергии, кВт е я/м Природнь А 1Й газ, городской газ, сжиженные
Исходный газ Расход исходного газа, м3/ч, пропан-бута новые смеси
при 100 % СН4: 0,94 7 14,7 29,4
«вз = 0’9 «as “= 0>6 1,14 8,6 17,9 35,7
при 50 % CgHg 4- 50 %
а . = 0,9 0,308 2,3 4,8 9,6
93 ' Я- == 0,6 0,432 3,2 6,75 13,5
Расходы воды, ма/ч 1,0 5,5 10,5 17
Давление газа, кПа: ва входе в установку на выходе из установки .1,00—2,50 1,00—1,50 25,0—30,0 1,00—1,50 25,0—30,0 1,00—1,50 25,0—30,0 1,00—1,50
Габаритные размеры, мм: длина 1170 2860 3800 4700.
ширина 1010 1220 1700 1850
высота 2205 2350 2660 2250
Общая масса, кг 530 1410 3160 5400
Показатель Установки осушенного эквогаза Установки очищенного экзогаза
ЭК-60М2 ЭК-8М2-. ЭК-8-0МЭ ЭК-60-0М2 ЭК-125-0M3
Производитель- ность, м3/ч Установленная мощность элект- рооборудования, кВт Напряжение сети. В Рабочая темпера- тура камеры сжи- гания, ®с 60 18,0 380/220 1000—1200 8 9,7 380/220 1000—1200 .8 36 380/220 1000—1200 60 25 • 380/220 1000—1200 125 70 380/220 1000—1200
Показатель Установки осушенного экзогаза Установки очищенного экзогаэа
ЭК-60М2 ЭК-8М2 ЭК-8-0МЗ ЭК-60-0М2 ЭК-125-0МЗ
Удельный расход 0,26 0,5 0,63 0,33 0,43
электроэнергии, кВт - ч/м» Исходный газ Природный газ, городе» [ой газ, ежи смеси женные пропа н-бутановые
Расход исходного
газа, м’/ч, при 100 % СН4: 0,94
«ва ~ 9,9 7 1,07 8,6 13,5
°вз = О’® 8,6 1,14 1,23 9,5 21,5
при 50 % С8Н8 +
50% С4Н10* 2,3 0,308 0,415
«вз = °>9 2,9 5,0
ам=О,6 3,2 0,432 0,483 3,2 8,5
Расходы воды, м»/ч 6 1,0 7,0 7,0 11,0
Давление газа,
кПа:
иа входе в ус- 25,0—30,0 1,00—2,50 2,00—3,50 25,0—30,0 25,0—30,0
тановку ла выходе из 1,00—1,50 1,00—1,50 1,00—1,50 1,00—1,50 -1,00—1,50
установки
Габаритные разме-
ры, мм: г г —
длина 2860 2210 5000 9250 9000
ширина 3130 1370 1600 3450 5000
высота 2620 2205 2400 3200 3800
Общая масса, кг 3940 1390 3730 17000 26030
Таблица 20.6. Техническая характеристика установок для
приготовления и очистки защитных газовых сред [283]
Параметры ' 1 t1 ' —— 1 . - 1 “ Эндотермические генераторы
ЭН-16 ЭН-30 (ОКБ 724) ЭН-60 ЭН-60 Г ЭН-125 ЭН-250Г
Производительность, м3/ч становлеиная мощность 16 30 60 60 125 250
12 32 37 6 45 22 380/220
р^сктрооборудования, кВт спряжение сети, В ^“"«Ратурй камеры у сжигания, °C ^льный расход электро- г*ерги«- кВт ч/м» ‘аоаритные размеры, мм: Длина
220 380 380/220 380/220 380
1050 1050 1050 1050 1050 1050
0,4 1400 0,7 2850 0,6 2835 0,075 2985 0,4- 3030 0,09 9000
Ширина 1000 1600 1600 1685 1750 2500
п* высот масс/ кг 2250 2850 2850 2850 2900 4000
1600 3050 3570 3670 4640 9700
Продолжение табл. 2Q.S
Параметры Диссои-иатор аммиака ДА-306 (ОКБ 674) Установки -для очистки водорода и азота
ВО-6, АЗ-6 ВО-20, АЗ-20 (ОКБ967) ВО-60, АЗ-60 (ОКБ969)
Производительность, м8/ч Установленная мощность электрооборудования, квт 30 29 j 6 20 60
1 3 6
380/220 650—700 80 80
Напряжение сети, В Рабочая температура камеры 80
0,15
сжигания, °C 0,45 0,17 0,18
Удельный расход электро*
энергии, кВт-ч/м® Габаритные размеры, мм: 34001 906 2130 2580
длина 3300 850 1330 2030
ширина 2325 2150 2400 2400
высота Общая масса, кг s 4500 364 1250 2100
Таблица 20.7. Технические данные установок для получения
защитных сред из аммиака ____________
Показатели Установки е дожиганием водорода "Установки диссоциации
ДА-30-C-M0I ДА-60^С-М1 ДА-20 ДА-40
Производительность, м3/Ч: !
е дожиганием водорода 30 60 Л* « . i *
без дожигания водорода 20 4б , 20 40
Установленная мощность, кВт 20,2 48 16,5 35
Напряжение электросети, В Удельный расход электро- энергия, кВт г ч/м3 380/220 0,5 380/220 0,535 380/220 ’ 0,59 380/220 0,51
Рабечая температура, °C: Диссоциатора камеры сжигания Расход жидкого аммиака, кг/ч 600 . 900—1000 7,58 » 600 900—Г000 15,2 600 Л i- 7,38 600 15,2
Состав годовой атмосфе- ры, %? х с дожиганием водорода без дожигания, водо- рода , Точка росы, °C Давление на выходе, кПа Расход водьц м8/ч 4—20$ 75На От —40 до -60 13,4—20,05 3.0 На, Na остальное i f25Ns От -—40 До <—6(1 134—20,05 ♦ V 75Н2 —40..,!—60 13,4—20,05 W «г « -J-25N, —4О.„—60 13,4—20,05
77S 0,5 0,7
Таблица 20.8. Сравнительная стоимость (руб.) 0азлиЧии»
для спекании порошковых изделий при условии окончательной
амортизации оборудования в течение 5 лет [603] а1ельнои
Газовая среда Произво- дитель- ность уста- новки, м3/ч Капитал о- вложения Затраты во эксплуатации оборудования на 1 м3 Общие затраты на 1 м*
В^тпрод из баллонов, осушенный при 20 100 100 100
помощи палладиевого катализатора У
и силикагеля
Неосушенный диссоциированный ам- 20 73 44 50
миак
Осушенный диссоциированный ам- 20 97 44 51
миак
Неосушенный экзогаз из метана (2 % 20 57 1,2 4
Осушенный экзогаз из метана (точка 20 80 12 5,6
росы — 10 °C) ' Неосушенный экзогаз из пропаиа (2 % 20 1 57 7,5 10
НА $
Осушенный экзогаз из пропана (точ- 20 80 7,5 12
ка росы —10 °C)
Эи дога з из метана (точка росы от —4 20 124 1,5 11
до—10 °C) •
Эидогаз из метана 5 67 1,5 20
Конвертированный осушенный газ 50 233 1,7 8,6
Примечание. Затраты на 1 м8 водорода приняты за 100 ед.
ГЛАВА 21
ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Основные операции технологии порошковой металлургии: размол исход-
ных материалов и полученной губкн в производстве порошков методом восста-
повлення; распыление расплавленных металлов в порошок; смешивание и рас-
сев металлических и неметаллических порошков; электролиз растворов
при получении порошков методом электролиза и при нанесении гальваниче-
ских покрытий; формование изделий методами прессования, прокатки и дру-
гими; спекание изделий в тазовых защитных средах;- термическая и .механиче-
ская обработка изделий (резанием, шлифованием, калиброванием); проп-итка
пористых изделий смазками, расплавленными металлами и др^. При их выпол<-
веппи возможно загрязнение воздуха различными веществами в пыле- и газо-
образном Состояниях, некоторые из которых являются вредными для человека
или пожаро* п взрывоопасными. *В технологические -процессы порошковой ме-’
таллургап вовлекаются такие вещества, как порошки Железа, меди, трафита,
вольфрама, молибдена,, олова, цинка, свинца, порошки различных соедине-
ний — карбидов, нитридов, боридов, сульфидов, ферросплавов, оксидов железа,
кремния, цинка, алюминия, порошки сложных соединений — асбеста, муллита,
Слюд и др.
К газовым средам относятся водород, диссоциированный аммиак, конвер-
тированный природный газ, эндо » и экзогазы и др. Применяются н химикаты —
серная п соляная кислоты, цианистые соли, едкий насрий, а также спирт, бен-
ЗИЯ и др»
Выполнение технологических операций осуществляется с помощью npes-
и стаион, вибросит, печей, металлообоабатывающнх станков
и другого оборудования.
гни безопасной работы в производствах порошковой металлур-
в MerajLnvnrime^»r,M«^PM По 0ХРане 'ГРУМ и технике безопасности, существующие
ских цехах я 8 химическом производстве, в гальванических и механиче-
ских пооиеселп правила, специально разработанные для технологиче-
работакмцих от металлургии. Последние предусматривают защиту
ного воздействий?*0 ческого’ теплового, взрывного, шумового и вибрацион-
вредно^ЗВиЯ&зопаотс^стиЙмлХ^ОДаМЯ поР°ШКовой металлургии по степени
Нормы тоебля^аС»« можно отнести к категории «В» [486].
ной санитарии при работе раэмо1ЛРУДа’ технике безопасности и промышлеи-
иочного, гальванического обоп«?няЯО'СМеС,иельного’ пРессового, печного, ста-
ников [84, 155, 163,333) оборудования описаны в ряде литературных истоЧ"
сферона Ра<^°юсГ^^тах°^?етЙраз^^пУР1?н яаРактерно загрязнение атмо--
ииями. Загрязнения имеют ™ ?МН металлами или различными еоедине-
ков. дозировании шН^р“ХртяОо₽ва^°ле’ просеве й смев>ивавяя п°РоШ'
НИИ, разгрузке и обработке спеченных яяп« Р»ШК0В5х матеРиалов, прессона-
вяющая атмосферу, ймеет размер частиц менее 4Шмкм°ВайИвМ' ПЫЛЬ' 3аГрЯЗ‘
532
Таблица 21-1. Содержание пыли на рабочих местах при изготовлении
спеченных изделий, мг ма [84, 85, 333]_____________________________
Операции Изделия иа Изделия на
основе железа основе меди
Просев порошка железа 10,2 * ж
Просев порошка графита 15,8 • • 4
Загрузка вибросита вручную и просев материала (без • м »• 166,6
укрытия) Просев бронзографитовой смеси в укрытии 11,3
Прессование железографитовых изделий на полуавто- 0,32 в »
магических прессах То же на гидравлических прессах 2,7 • ж ж
Ручная дозировка железографитовой смеси 19,5 58,9
Загрузка бункера полуавтоматического пресса Прессование изделий: • Я W
69,5
на полуавтомате • и •.
вручную * • * 86,3
Шлифовка изделий: 16,6
влажная • • <
сухая • * ж 584,6
В табл. 21.1 приведены данные о содержании пыли на рабочих местах длн
производства спеченных материалов на основе железа и меди.
Систематическое вдыхание металлических и неметаллических порошков
и газов может приводить к профессиональным заболеваниям [155, 163].
Пыль медного порошка способствует заболеванию органов дыхания, сер-
дечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, может вызывать
отравления с поражением органов дыхания, печени и др.
Еще более вредное влияние на организм человека оказывает оксид меди,
который кроме токсичного оказывает фнброгенное воздействие.
Особое внимание должно быть уделено вопросам охраны труда прн производ-
стве медного порошка методом электролиза. На основных операциях производ-
ства— электролизе, промывке, стабилнзацин, сушке, размоле, просеве, смешении
и упаковке часто допускается большое количество ручных трудоемких операций.
Все операции обработки медного порошка сопровождаются значительным пылеоб-
разованнем. Вредное воздействие медного порошка на организм человека являет-
ся причиной повышенной заболеваемости рабочих гриппом, острым гастритом
и бронхитом.
Порошки и пыль чистого железного порошка малотоксичны, однако при си-
стематическом их вдыхании онн могут быть причиной пневмокониотических изме-
нений и способствовать развитию хронических бронхитов. Соединения железа, та-
кие, как FejOa, Fe(CO)g н другие, обладают значительной токсичностью.
Токсичны порошки свинца. Стабилизированный свинец находится н виде тон-
кодисперсного порошка и легко переходит в пыль при встряхивании и перемеши-
вании. Допустимая концентрация свинца по утвержденным н нашей стране нор-
мам составляет 10 мг/ма воздуха, что в 5 раз ниже норм, принятых в некоторых
зарубежных странах. Свинец может быть причиной острых и хронических отравле-
ний, сопровождающихся поражением многих систем и органов человека. При ра-
боте со свинцом должны быть разработаны четкие инструкции по упаковке, храие-
"ию и обработке порошка, снижающие содержание пылн свинца в воздухе,
необходимо также обеспечить систематический медицинский контроль и обслужи-
вание работающих.
Аналогичным токсическим действием обладают порошки марганца и ферро-
арганца, которые при попадании в организм человека могут быть причиной ост-
”ЫхЛ хронических заболеваний.
„_ “ыль никеля и NijOa, обладает выраженным общетоксическим действием и мо-
ст вызвать острые и хронические отравления с преимущественным поражением
. лржит пезкое сосудистое расстройство. Возможно также
К^ие“ргХкой сыпи. Допустимое содержание пыли этих веществ в воз-
духе 0,5 мг/м». „ пылеобразными частицами WC, Со, Ni и других ве-
Загрязненность воадух "“"таюрщих заболевание пневмокониозом. Из всех
ществ может вызывать у р олстве твердых сплавов, наибольшей токсично-
порошков, ^спсмшзуемых£^“Дных частиц W, Ti и Со действуют анало-
стыо обладает япписутствии вольфрама активность кобальта увеличи-
гнчко кобальту, однако• Р ^пд допустимая концентрация вольфрама в воз-
•» ₽>'">₽“““«-
1 ’“'fij’mu от“'’вр>?ующи«« при яаяеести шшгавыг покрытий «стоим
ватш^ и^РмообрТботке изделий е цинковыми покрытиями, вызывают
® ^fftMw^^tpoM^^^eura^npHHHHofl аллергической сыпи и появления язв на
коже и в^омй XX Фиброз легких может быть следствием длительного
К°Н1ТитанС и“его^иоксидТмею^ слабо выраженную токсичность. Гидрид титана
пооявляет умеренно выраженное пневмокониотическое и общетоксическое дей-
ствие, превышающее таковое титана и его оксида. Рекомендуемая предельно-
допустимая концентрация гидрида титана составляет 6 мг/м3. *
В производстве тарированного вольфрама используется азотнокислый торий
или диоксид тория, которые являются источником радиоактивного излучения. Ра-
диационный фактор меньше в том случае, когда используется азотнокислый торий,
а не диоксид тория.
Пыль диоксида кремния, особенно с дисперсностью менее 5 мкм, способствует
заболеванию силикозом, пыль асбеста приводит к легочным заболеваниям, пыль
олова и оксида олова способствует заболеванию туберкулезом. Вредное действие
иа организм человека оказывает также пыль порошка нитрида бора (слабо выра-
женное фиброгеиное действие), карбидов кремния, и- бора (поражение органов
дыхания, слизистой оболочки, органов обоняния).
Рабочие, занятые в производстве ферритов, подвергаются воздействию небла-
гоприятных факторов (пыли, шума, инфракрасного излучения, токсичных газов).
Наиболее отрицательно сказывается пыль ферритов!. Ее воздействие на организм
характеризуется слабовыраженным «фиброгенным и общетоксическим действием.
У работающих в производстве ферритов без достаточных защитных мер отмечается
повышенный уровень заболеваемости органов дыхания. Степень опасности для
глплии?1 человека порошков и промышленных пылей определяется многими фак-
химическим составом, размером частиц, концентрацией, длительностью воз-
Нутями пРоникновеиня в организм человека. Все это требует проведа-
па,,, роизводстве мероприятий санитарно-технического и технологического по-
кпипентпя11ивП^^КДаЮЩНХ выделенне пыли, газов и испарений и доведение их
ванне менее тпиг^^УСТИМЫХ норм> К этим мероприятиям относятся: использо-
тивных пылечлпяителЛМатерИаЛ0В’ герм™ой аппаратуры, применение эффек-
нение соелстн иниЛи^' заме“а СУХИХ способов производства мокрыми, прима
SSer0® Защнты работающих-масок, респираторов, пер-
вости труда является Л радикальным решением проблемы обеспечения безопас-.
здоровья рабочего. УстякЛп^ТИЗацИЯ представляющих опасность для
Разиных mSb^? 2Г2У.ПРеДеЛЬН°ДОПустаМЫе концентРа«™ (ПДЮ №
лронзводства’иэдалий ичСн^пл??ЛеНИ1° защИтных мероприятий я организации
“эделий из порошков приведены в [84, 333]. '
лена применениемРЬт^коадисперсныхЦепорошков°ШКОВОЙ металлУРГЙИ обУсл0®;
Таблица 21.2. Значения предельно допустимых коииентпжшй
для различных веществ [486j J концентраций
Вещество пдк, мг/м’ Вещество ПДК, мг/м’
МеДЬ Оксид меди Медь с добавками графита до 30 %, олова до 10 %, никеля до 30 % Марганец (в пересчете на МпО4) Железо восстановленное с содержанием до 3 % гра- фита Оксид железа Свинец Оксид алюминия Карбид бора Карбид кремния Нитрид бора 0,5 0,1 0,5 0,3 6,0 6,0 0,01 2,0 2,0 5,0 6,0 Дисульфид молибдена Аммиак Бензин Оксид углерода Серная кислота Спирт этиловый Цианистый водород и соли синильной кислоты (в пе- ресчете на HCN) Аммиак Бензол Оксид азота (в- пересчете на NaO5) - Сернистый газ Сероводород 10,0 0,02 0,3 0,02 0,001 1,0 0,0003 0,02 0,05 0,05 0,02—0,04 0,01
Таблица 21.3. Показатели пирофорности и взрываемости
металлических порошков [534 , 540] *
Материал d4, мкм Порошок в слое Взвешенная в воздухе пыль
<св. °C °C «в» °с НКПВ, г/м’
Железо восстановленное <50 475 350 300 66
Кремний <74 790 «ха 770 100
Ферромарганец <74 240 « ¥ а 450 130
Олово <53 430 <4 4 V 630 190
Свинец <53 270 710 я •
Медь <44 • • а К а 700 Д * •
гих ЛактпаМеН5пМ0СТЬ И взРываемость металлических порошков зависит от мио-
пии сол°Р°В’ “3Рывная активность смеси порошков повышается при возраста-
Уменьшен>ЖаНИЯ нанб°лее активной примеси, снижении степени окисленности,
порошков п РазмеРа частиц, повышении их удельной поверхности. Большинство
Десяти 0В ВзРЫВОопаснЬ1 ПРИ размере частиц меньше 200 мкм и концентрации от
взвыв» и»лдесятков тысяч граммов на кубический метр. Наибольшее давление
50 мкм п°лго?ается ПРН концентрации 500—2000 г/м3 и размере частиц менее
става. й,1иР0Ф0РН0Сть порошков зависит от их дисперсности и химического со-
слоем ое1иВНЫМ пР°цессам присущи высокие скорости распространения. Над
Иов =/™7ВШИХ поРошковых активных металлов возможно распроетранение взрыв-
В<£„ С° свеРхзвУк°выми скоростями.
включая м«^еНеНие пыли, состоящей из различных взрывоопасных материалов,
металлы, может привести к взрыву. Взрыв происходит при строго опре-
, матепиалов, находящихся во взвешенном со.
деленных концентрациях °™^асн иРсточника воспламенения. Существенное,
стоянии в воздухе, и опрвдеданнои с порошков оказывает его гранулометри-
влияние на мТлких частиц влияют на температуру воспламенения
ческий состав. Добавки мелких час ц влияние не одинаково. В порошках
крупных. Причем для Различных ме аменяются боЛее крупные частицы, в
титана и Циркония в первую’ <£еР д чт0 связан0 с различной степенью окис-
порошках воспламенения бора не зависит от размера час-
ленности порошков. Температура » температура воспламенения всех частиц
тищ С Узе^^Хепа^оТТоспламенения иодидных порошков циркония и тита-
SrSSTSt вЗолитиче^ого циркония и магниетермического титана соот-
ВЯСК -жения пнрофорн^^^^
методы пассивадии Одним^ * ть частицы порошка покрыта хотя бы
становится эффективным, ес и крупных непирофорных порошков нали-
температуру аозгпрапп».
и взрывоопасность может быть снижена созданием защит-
ной и^этвой атм^феры. Распространенным способом обеспечения пожаро- и
ыоывобезопасности является измельчение порошков в защитных газовых средах,
то^воляет снизить скорость химических превращении в результате уменьшения
плотности потока газа-окислителя к поверхности материала.
Снижение пирофорности металлических порошков можно обеспечить обработ-
кой их газами, химически инертными по отношению к этим порошкам. Обработка
должна производиться при низких температурах (ниже —30 °C). В качестве инерт-
ной атмосферы могут служить СО, СО2, SO2, SO3, H2S, NH3 и газы группы гало-
генов. Хорошие результаты дает смешение порошка е сухим льдом (СО2) и вы-
держка смеси до испарения СО3.
Необходимо иметь в виду, что порошки некоторых металлов могут гореть ие
только в воздухе, ио и в инертных газах. Так, титан, цирконий и гафний самовос-
пламеняются в азоте прн температурах 450—500 °C. Смеси порошков титана и
циркония с бором самовоспламеняются при 1000—1200 °C. Порошки титана, маг-
ния, тория, циркония и урана способны гореть в азоте и углекислом газе.
Предложены также способы стабилизации пирофорных металлических по-
рошков, например Ni, Со, Fe и их сплавов, путем смачивания органической жид-
костью, имеющей высокую температуру кипения (углеводороды, кислоты” жирного
ряда, сложные эфиры минеральных или карбоновых кислот, силиконы, фенолы
в ДР *' •'ЦЦДК0СТИ Должны быть инертными ио отношению к обрабатываемому ме-.
“ ®^свечивать медленную диффузию кислорода к поверхности металла.
дим<£^ ^6=И1ПИР°Ф°РНЫХ ФеРР°магнитных порошков, в случае пеобхо-
лимеоз алкшенокснЛ? ^ГНИТВЫ« св°йств> могут быть применены в качестве не-
посредственна пг»спаД«« UPtl4eM обРаботкУ металлических порошков проводят не-
при^мпературах 40—150 °СЧеустпСя Исполъзовавием газообразных катализаторов
стигается нанесением ал ^стРанение пирофорности, порошка алюминия до-
кислоты. частицы порошка покрытия на основе изостеариновой
влияние оказываетМвла>кность3ят1мпгЖОСТ1’ м®таллических порошков существенное
паевых сплавов наличие2 °/Т nna-J^$epbI’ ® слУчэе порошков алюмнниево-маг-
воспламенения, а при влажное™ в В03дУхе У«е снижает температуру
В случае порошков циркония и титяиатемпеРатУРа воспламенения повышается,
место при содержании влаги 5_7 %Тана максимальная скорость горения имеет
тывать следующее. Г?орошкнИалюДминИияМеТаЛЛИЧеских nQP0U1K0B необходимо учи-
пылеобразном состоянии могутв” сп л ’ магния и их сплавов во взвешенном
различный фазовый состав оксидной птт2!,ЯТЬС5и Порошки алюминия могут иметь
являются порошки с аморфной окси иной *1К„И' Наиболее активными аэровзвесями
Среди порошков легких ОКСИДН0й пленкой.
/ел?’’ ал,°миннй (до 1000 °Cl°BfinnJ!?0JIee ВЫСОКУЮ температуру воспламе-
(503—534 С), и самую низкую -поппХ низкУга ~ ^лавы алюминий - магний
рошков сплавов алюминий — магний гтпл^МаГНЙЯ' В случае воспламенения по-
58б 0 ск°Р°сть горения достигает 200 м/с. Присут-
м-вне паров воды в воздухе снижает температуру воспламенения на 25—54 °C.
с Порошки сплавов магний — алюминий, содержащие 50 % Mg, являются
.—ывоопасными в воздушно-азотной смеси с низким еодержанием кислорода (от
2.0 до 5,5 %).
Температура самовоспламенения бинарных сплавов алюминий — кремний
зависит от содержания легирующих элементов и от фазового состава сплава,
граница безопасных условий работы для порошков алюминий-кремниевых спла-
80В о преобладанием алюминия составляет по температуре 800 °C и концентра-
яи___90 г/м®. Наиболее взрывоопасными являются сплавы с содержанием око-
ло 10 % кремния. Для порошков сплавов с преобладанием кремния взрывоопас-
ность уменьшается н граница безопасных условий работы отодвигается >за кон-
нентрадию 200 г/м® и температуру 1000 °C, Повышение степени дисперности по-
рошка приводит к снижению температуры самовоспламенения аэрозолей.
Взрывоопасными являются также взвеси в воздухе порошков магний-цинковых
сплавов. Температура их воспламенения в водяном паре на 150—250 °C ниже, а
в углекислом газе — на 28—80 °C выше, чем в воздухе.
Одной из причин, сдерживающих применение порошков, титана, является их
легкая воспламеняемость. Воспламенение и взрывы могут происходить в.резуль-
тате не только реакции с кислородом, но и горения в азоте и углекислоте. Умень-
шение удельной поверхности порошков титана от 1 до 0,15 м2/г приводит крез-
кому возрастанию температуры возгорания — от 350 до 565 °C и выше. При рав-
ной крупности частиц наиболее опасными являются гидридно-кальциевые порошки
и наименее опасны — электролитические.
Железные порошки являются пирофорными, если их удельная поверхность
превышает 6 м2/г. При уменьшении удельной поверхности температура самовоз-
горания повышается от комнатной до 100 °C и более» Стабилизация пирофорных
порошков железа заключается .в обработке их кислородсодержащим газом прн
повышенных температурах (например, первая стадия при 25—45 °C в течение
0,5—2 ч и вторая стадия — при 50—70 °C в течение 2—20 ч). Пирофорность по-
рошков железа также зависит от их строения, дисперсности и способа получения.
Взрывоопасны также аэровзвеси некоторых сплавов железа, например фер-
росилиция. Активизация порошка прн измельчении в вибромельницах существенно
повышает его взрывоопасность.
Порошки быстрорежущей стали, полученные методом распыления азотом, во
взвешенном состоянии от точечного источника зажигания не воспламеняются. Са-
мовоспламенение в слое порошков имеет место прн температурах 525—630 °C
в зависимости от марки сплава. > ‘
Температура воспламенения порошков никеля зависит от их дисперсности и
активности. При значениях этих параметров выше критических порошки никеля
самовоспламеняются уже при 460—560 °C. Самовоспламенение частиц крупнее
15 мкм ие происходит даже При 1000 °C.
Самовоспламенение порошка вольфрама е размером частиц 0,02—0,6 мкм
наблюдается для удельной поверхности порошка 0,5 м2/г при 280 °C и для удель-
ной поверхности 14 м2/г— при 230 °C.
Обнаружена воспламеняемость порошков циркония с размером частиц 50—
63 мкм во взвешенном состоянии от искр трения стальных пластин.
Обеспечение взрывобезопасности процессов порошковой металлургии требует
осуществления комплекса мероприятий, к важнейшим нз которых относятся: уда-
ление взрывоопасного оборудования (фильтров, мельниц и др.) от жилых помеще-
на, защита их стенками, автоматизация производственных процессов. При уда-
ении порошков из аппаратуры оборудование не должно работать. Помещение,
в* Установлено взрывоопасное оборудование должно быть без тяжелой крыши,
стеикн должны быть покрыты термостойкими покрытиями, на стенках не должно
ть выступов и впадин. Гашение искры должно производиться е учетом того,
Поа пРимеияемая для этой цели вода может вступить в реакцию с порошком.
стмй°МУ для гашения необходимо использовать тальк, оксид алюминия, фтори-
ппидлКаль11и®' Иехи по производству порошков должны быть разбиты на участки,
дол°°РЫ геРМетизированы, устранено просачивание пыли. Перевозка порошка
ин-,Кна осуществляться только в контейнерах. На участках, где возможно появле-
гедейЫЛИ’ необходимо обеспечивать . дистанционное расположение электродвига-
и. не допускать повышения температуры оборудования.
« * „«214 Пирофорность карбонильных порошков вольфрама, ^бд^ к хрома п^ученных при различных температурах [526} - . г| 1111 1 1 т.-- -ГПДТУГЛ получения» *С
По- рошки I, «С 400 500 600 7Й0 800
W Самовосп ламене- /Торон 1КИ не гор ,и ят до 1001 1“С
ние . Взрыв 600 670 680 , 680 570
Мо Самовосп ламене- 724 510 735 Н е горят
ние Взрыв 740 900 800 760 Не взрываются
& Самовоспламене- 620 570 500 750 700
ние Взрыв 720 700 820 860 860
Таблаиа 21.5. Показатели взрываемости некоторых
газовых сред [156}
Предел воспламенимости при содержании
газа в смеси воздух—газ, % 1В.°С
Газ низший высший
Аммиак 14,0 33,0 780
Бутан 1,5 8,5 475—550
Водород Метан Оксид углерода Пропан Экзогаз Эндогаэ 4,0 5,0 12,50 2.37 17.5 8,5 74,20 15,0 74,20 9,50 87,5 80,0 580—590 650—705 643—658 518 ч» « « в Ь
спирт^Гдпугие легкпнлгпп?РеДеТа8ЛЯЮТ пРименяемъ’е в производстве бензин,
.*5SSSSS""SS “™Р"~ Варыв«„ами„» „лявгся
•»«»>«. «.«иинХ-З ,™“ - “дарол. дахоиировичи»
газов в смеси евозлгжпм п«иГИ₽0ДНЬ1^ г/3' Пределы взрываемости некоторых
ей с воздухом или кисло™™™4*» Ы 8 табл* 21,5, Наиб°лее взрывоопасны в сме-
содержащий до 75 % водорода” ВОДОРОД в конвертированный природный газ,
Дается интеисмиымЬщумомСИп^>тигГ° Й пР®есового оборудования сопровож-
превышать 75—85 дБ. Р льиых Усл°вий труда уровень шума не должен
совала, работающего иа^оедпИПис^2еХнике безопасности и охране труда пер-
чтобы оборудование, конструктиви^п* поРошковой металлургии, необходимо,
ническим требованиям паспоияЛ»? о<₽°Рмлеииое согласно современным гит ве-
ского проектирования С учетом иеОб?ПпПмООТВетствии е “ориаии технологиче-
яием площадок и проемов. Движ™™»?» ПР°ХОДОВ и проездов, с огражде-
траиспортного оборудования долж^И «Л.?аСТИ техноло1'ического и подъемна-
гудаваиия должны быть ограждены в опасных местах.
588 i
Нх в и ЗОЛИ-
СО специаль-
Необходимо обеспечить укрытие оборудования и „
я газовыделения с организацией аспирационных веитнляни™ ЫШенного пыле“
£2уютей очисткой выбрасываемого в атмосфер?о Д к ° ОТСОСОв и по'
В помещениях, где возможно возгорание ПироЛооны,
иметь запас триоборксина BSOS (OCHS)S как эА*ект«»Р Ков’ ₽ек°мен-
горящих порошков [526]. sJs ак эФФективного средства ту-
В печном отделении необходимо обеспечить общеобмрнн™^
для удаления тепла. В изолированных помещениях и ня„ “У вентиляцию
предусматривать установку вентиляторов и дымососов следует
вибрирующее оборудование необходимо монтировать ня
ном фундаменте, а вибросита, смесители и другое обопХЛ° рОИЗОЛЯциов"
хожухами из звукопоглощающих материалов и устанян™»^”® 3акРь'вать
ровакном помещении. ? 1апавливать
На участке гальванопокрытий необходимо установить бачки
яыми растворами для нейтрализации электролитов в елуча/Л ппп
кожу работающих. Следует предусмотреть также возможнойгь ДТЛИЯ Н.»
нейтрализации паров электролитов, отсасываемых от ванн РазДельной
держащих и кислотощелочных электролитов. хромовых, циансо-
Рабочие, подвергающиеся воздействию пыли, должны
головными уборами, закрытыми комбинезонами или халятямн обеспечены
и респираторами типа ШБ-I, «лепесток» или другими ‘ РУкавицами
Рабочие, подвергающиеся воздействию лучистого и конвекционное
должны быть обеспечены защитными очками, специальной об?в^ Т ТеПла’
закрытой -спецодеждой -и -рукавицами. сальной обувью, шапками,
При выполнении этих мероприятий производство изделий „
ковой металлургии столь же безопасно, как и многие другие. И П°Р°Ш‘
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I Авсеевы О. И. О тепловых процессах на электродах ири импульсных раз-
Р^ах -В кн.: Электрические контакты: Тр.совепи Москва 29 марта -
1 япп 1965 г. М. г Энергия, 1967, г. 65—70.
2. АгмК., Оцетек К. Металлокерамические фильтры их изготовление, свой-
ства и применение.— Л- :Судпромгиз, 1959.— 13b в.
3. Адамовский А. А. Абразивные материалы из металлоподобных, тугоплав-
ких соединений.-Порошковая металлургия, 1974, № 5, с,49—56.
4. Айвазов М. И., Володько В. В., Евсеев Б. А. и др. Формы роста ультра-
дисперсных порошков в плазмохимических реакциях. Там же, 1981.,
Айре Ресукэ^Тамидани Такэси. Пат. 49—44841 (Япония). Способ изготов-
ления деталей пантографа из износостойкого спеченного медного сплава,—.
5.
Опубл. 30.11.74. * Л*
6 Аксенов Г< И-, Семенов Ю. Н. -Прокатка металлических порошков в вал.
ках.____М-: Фил. ВИНИТИ, 1957.— 85 е. - <- -•>
7. Алдушин A. n.f. Мержанов А. Г., Хайкин Б. И. О некоторых особенностях
горения конденсированных систем е тугоплавкими продуктами реакции,—
Докл. АН СССР, 1972, 204, № 5, е. 1139—1142.
8 Александер Дж., Дэвис Л. Изготовление композиционного материала на
металлической матрице методом непрерывной пропитки волокон.— В khj
Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов. М. $
Машиностроение, 1975, с. 198—205.
9. Александрова А. Б., Крячек В. М.., Федорченко И. М. Влияние технологи-
ческих факторов на свойства фрикционного материала МК-5.— Порошко-
вая металлургия, 1972, № 9, е. 56—59.
10. Алмазные инструменты/Под ред. Л. К, Петросяна.— М. : Машгиз, 1962,—
96 с.
И.
Альтман А. Б. Металлокерамические материалы для электромашинострое-
ния н приборостроения.— Порошковая металлургия, 1957, № 11, с- $5—
74
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Альтман В. А., Балакина В. М., Глускин Я. А. А. с. 564350 (СССР).
Спеченный антифрикционный материал.—Опубл, в Б. И., 1977, № 25.
Альтман А. Б., Мемелав В. Л., Абрамова Л. С. и др. А. с. 221301 (СССР),
металлокерамический материал на основе серебра.— Опубл, в Б, И., 1968,
Волкова Г'А-> Глускин Я. А. и др. Влияние легирования
яы«ЮиГ«^?.СТВИе компоне«тов и фрикционные характеристики порошко-
№ 2, с 67—69 ° твеРДЫМи смазками.— Порошковая металлургия, 1980,
зиЛЦ1юнные^м^г₽пиаЛа,Си,<а В' Глускин Я. А. и др. Порошковые компо-
Амосов В м £ с твердой смазкой,—Там же, № 3, с. 24-26.
соб получения^’КУРенкова В. С. К. с. 406639 (СССР). Спо-
в Б. 1974, № 42 * вольФРамовых Дисков для термокатодов.— Опубл.
СпТ"ениыйСм?;е'п?ялТ?С„КаЯ Л Н’* Те°дорович О. К. А. с. 48426! (СССР)-
АндоемаН Б К”? рСнове сеРебра.— Опубл, в Б. И.. 1975, № 34.
няемости порошков — *Порошкхтяя^м UlepGaHb н- И- Исследование УпЛ°^'
Андриевский Р А Анализ металлургия, 1975, № 6, е. 32-42-
гии.—Там же, 1982, № 8, е.Ф до? В области порошковойметаллур-
Металлургия, ^1964,—*187”с™6 металлокерамические материалы.— М-:
.„«оноая Г. С., Зорина В. С., Голубев Е. И. А. с. 551392 (СССР). Спе-
**" риный антифрикционный материал,—Опубл, в Б. И., 1977, Ns И.
, /«тонлн А. И., Смолин М. Д..Гребенкина В. Г. и др. Переменные толсто-
22 пленочные резисторы.— Киев : Наук, думка, 1980.— 229 с. •
. Анциферов В. н-’ Черепанова Т. Г. Структура спеченных сталей__М.;
2* иеталлУРгия> 1981-— 112 с-
Анциферов В. Н., Колбенев Ю. М. Порошковые мартенситостареющие стал»
24 «ы-окой прочности.—В кн.: Спеченные конструкционные материалы.
Киев, 1974, с. 156 158. В надзагл АН УССР, Иц-т пробл. материалове-
Анциферов В- Я., Черепанова Т. Г. Технология получения и свойства анти-
2 лоикпионных металлокерамических материалов,—Науч. тр. Пеом. поли-
техи. ин-та, 1969, 51, с, 135—141.
26. Анциферов В. Н., Черепанова Т. Г. Металлокерамические сложнолегиро-
* ванные сплавы на железной основе е повышенными антифрикционным»
а механическими свойствами,— Физико-хим. механика материалов, 1970
а, с. 54-59.
27 Анциферов В. И., Черепанова Т. Г. А. с. 272563 (СССР). Металлокера-
мический антифрикционный сплав.— Опубл, в Б. И., 1970, Ns 19.
28. Анциферов В. Н., Черепанова X- Г. А. е. 244625 (СССР). Антифрикцион-
ный металлокерамический материал.— Опубл, в Б. И«, 1969, № 18.
29. Арабей Б. Г., Баулин Ю. Н. А. с. 346373 (СССР). Фрикционный металло-
' керамический материал.— Опубл, в Б. И., 1972, Ns 23.
30. Артамонов А. Я. Развитие методов механической обработки металлокера-
мических материалов.— Порошковая металлургия, 1967, № 11, с. 19—28.
31. Артамонов А. Я. Влияние условий обработки на физико-механическое
состояние металлокерамических материалов.— Киев Наук. думка,
1965.— 263 с.
32. Артамонов А. Я«, Май М. М«, Кононенко В. И. Исследование обрабаты-
ваемости бронзографита резанием.— Порошковая металлургия, 1967, Ns 5,
с. 98-101.
33. Артамонов А. Я., Май М. М.., Кононенко В. И. Качество обработанной
поверхности пористого бронзографита.— Там же, 1967, Ns 6, с. 66—69.
34. Артамонов А. Я., Тутаков О. В., Дейч А. И. Новые полирующие мате-
риалы для обработки монокристаллов.— Там же, 1967, Ns 3, с. 38—41.
Артамонов А. Я., Тутаков О. В., Дейч А. И. Исследование полирующей
способности тугоплавких соединений.— Там же, Ns 2, с. 29—35.
Артамонвв А. Я., Шишкин Л. С. Влияние условий шлифования на изме-
нения твердости и износостойкости закаленного металлокерамического
материала.— Там же, 1968, Ns 2, с. 89—93.
Афанасьев Н. В., Головейко А. Г. Влияние процентного содержания компо-
нентов на электрическую эрозию бинарных сплавов.— В кн.; Электриче-
ские контакты; Тр. совет., Москва, дек, 1962 г. М. s Энергия, 1964, е. 41 —
56.
35.
35.
37
36- Афанасьев Н. В. О механизме электрической эрозии металлов электродов-
при высоковольтном импульсном разряде в газовой среде.— Изв. АН БССР,
1951, Ns 5, с. 27-30.
Афанасьев В. Ф., Зозуля В. Д., Мирошников В. И. и др. Сравнительные
испытания материалов железо — фторид иа воздухе и в вакууме.— Физико
40 *?*•• механика материалов, 1970, 6, Ns 2, с, 71—74.
пабарицкий К. А., Радомысельский И. Д. Оценка служебных свойств
атериалов пресс-форм для порошковой металлургии.— Порошковая ме-
<1. £^ЛУРГНЯ> 1978- № 3, с. 81-85. в Й .
И > Толомазов В. М.* Грамов В. И., Шмаков В. А. А.е. 42465»
а**-"). Способ изготовления пористых изделий из тугоплавких металлов.
42. в Б/ И., 1974, Ns 15. п
Эипи» °' Портной К. И. Лисперсноупрочненные материалы. В кн..
4 О. к. Ф»рмир«.зя« .
й пл я электрически* контактов слаоо-
свойства атерогенных композиц^ ^нф. во порошков ЧССР^Ж
точиых приборов^ Вкн.^^ 1970 г Шумперт. s Изд во АН ЧССР* 1970,
ГИЛ в
^132-145. п итг А Левченко Г. В. Ц др. Структура контакт-
к^левич В. Д-» Омельченко С-А-." влияние температуры иа их проч-
* SISSIS.- -nSiSiS “•1,1аум-197?'
ппСТНЫв СВОЙСТВА*
с. 153-15£ Ю научные основы порошковой металлургии и металлургии
Z Л-. Г^кВ. Е
риалы внхром-молибдеи, вольфрам.
таллов, 1971» № ®* Ппобчик В- а др. К. с* 241678 (СССР).
49. Барсуков А. В-, Данилоеi . " нИкелЯ._ Опубл, в Б. И., 1969, № 14.
Металлокерамический сплав & Исследование процессов получения
50. Бартницкая Т. Д нслоты' и карбамида.— В киЛ Исследование ни-
нитрида бора из> бориой о надзаг.4 АН УССР- Ин-т проба, материа-
тридов. Киев, 1У'О» е* °' w л
St IST И Коэффициент трения » износ пористого железографита.-
SI' В кТ: Исследования в области металлокерамики. М. г Машгиз, 1953,
S2 Т, Потенциометры.-*- М. » Машиностроение^ 1969, 328 е.
53« Белицкий М. Е., Кузнецов Е~ И.* Сатанин В. Д., Миронов В. И., Жаро-
стойкость уплотнительного материала С-137 на воздухе. Защита метал-
лов, 1976, 12, № 3, с. 318—321. -
54. Белицкий М. Е. Исследование антифрикционных саоиств некоторых ком-
позиций металлокерамических материалов» Сообщ. 2.— Порошковая ме-
таллургия, 1966, № 9, с. 61—66.
55. Белкин Г. С., Данилов М. Е. Исследование особенностей электрической
эрозии металлокерамических материалов.— Электричество, 1972, № 8,
е. 45—48.
56. Белобородов И. II.* Юга А. И., Назаренко Н. Д. и др. Композиционные
материалы иа основе ситалла,— Порошковая металлургия, 1976, № 11,
е. 81-83.
57. Белоусов А. К., Савченко В. С. Электрические разъемные контакты н радио-
электронной аппаратуре.—М. : Энергия, 1975.— 219 с.
58. Беляеву С^В. Пористые материалы в машиностроении.— М. 1 Машинострое-
^9' Велянкина А. Вг, Братерская Г. Н.* Костенецкая Л. И., Теодорович О. К.
Формирование, структура и свойства серебряных и .серебросодержащих
’котированных материалов.— Порошковая металлургия, 1972, № 12,
с?'* TpU,uu,i В- В- Процесс, гидроэкструзии.— М. т Наука,
61 ‘ М^Метаадургия' 1968М-П71ИсееКаЯ °брзбохка металлов 8 сплавов.-
кеоамичм-'euv Исследование, разработка технологии и внедрение металло-
Щий содержание л автомобильном производстве t Докл., обобщаю-
степеян кайл 9яб°т и изобретений, представл. на соискание учен-
-63. Sum я м г И’ !,а^к--“ Горький, 1966.— 39 с.
и внедрение техишготии пА^”ерим®итальиых н исследовательских работ
волстве.— В ки • ПппА?°ШКоаой металлУРГии в автомобильном произ*
1966, с. 361—363.* Р шковая металлургия. Минск : Высшая школа,
сти К°металлокеда₽мнчеА«?’,1ДевИеН,СО Г. В. и др. Явления на поверхно-
В кн.: Электрические контякА^т1 КТ°В’ СОПР°8ОЖдающие их эрозию.—
М. ; Наука7Р1973^Т 35-1Г Р* С°БеЩ-‘ МоСКва' 17~21 марта 1969 Г‘
42,
at Бондаренко В. П., Фрейдин Г. Ю., Мендельсон В. С. Прессование чего™
вок из твердосплавных смесей.— Киев : Техюка, 1974 — 139 £ загото'
Боровиков А. А., Раинес Л. С., Соколов В. Л. и др. Применение графити-
зкрованиой стали в тормозных устройствах сухого трения.^- Вести^ маши-
ностроения, 19/3, № о, с. 46—48.
еа Борок Б. А., Щеголева Р. П., Голубева Л. С. и др. Разработка техноло-
гии получения хромистой стали и нихрома, упрочненных дисперсными туго-
плавкими окислам и. В кн.: Порошковая металлургия. Минск : Высшая
школз* 1966» с. 344—355,
70 Бочек С. А.г Левченко Г. В., Клименко В. С. и др. Исследование некото-
рых физических свойств псевдосплавов каркасного строения.— В кн.;
Сильноточные электрические контакты и электроды. Киев, 1972, е, 275—
285. В надзаг.: АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения, ,
71. Бочко А. В., Карюк Г. Г. Сверхтвердые инструментальные материалы и из-
делия иа их основе.— В кн.: Сверхтвердые материалы. Киев : Наук, дум-
ка, 1980, с. 167—263. *
72. Брайтувйт Е. Р. Твердые смазочные материалы и антифрикционные по-
крытия.— М. : Химия, 1967.— 319 с.
73. Братерская Г. И., Григорьев В. Е., Крячко Л.. А., Осипович Г. Т. Сколь-
зящие контакты для проволочных потенциометров.— В кн.: Электрические
контакты : Реф. докл. М. : Наука, 1972, с, 183—186. •
74. Братерская Г. Н. Материалы для скользящих контактов на основе
благородных металлов.— В кн.: Электрические контакты и электро-
ды: Тр. совещ., Киев, сент. 1974 г. Киев ; Наук, думка, 1977, е. 111 — 115.
75. Братерская Г. Н., Донцова Т. А., Затовский В. Г. и др. А. с. 395472
(СССР). Металлокерамический электроконтактный материал на основе
серебра.— Опубл, в Б. И., 1973, № 35. • ,
76. Братерская Г. Н., Донцова Т.. А.г Затовский В. Г. и др. А. с. 395470
(СССР). Металлокерамический электроконтактный материал на основе
серебра.— Опубл, в Б. И., 1973, № 35. '
77. Братерская Г. Н., Донцова Т. А., Затовский В. Г* и др. А. с. 395471
(СССР). Металлокерамический электроконтактный материал на основе
серебра,— Опубл, в Б. И., 1973, № 35.
78. Братерская Г. И., Донцова Т. А., Затовский В. Г. и др. А. с. 395469
(ОХР). Металлокерамический электроконтактный материал на основе
серебра,— Опубл, в Б. И., 1973, №35.
Братерская Г. Н., Костенецкая Л. И., Теодорович О. К. Механизм и из-
нос скользящих слаботочных металлокерамических контактов.— В кн^
Электрические контакты. М. : Наука, 1973, с. 106—109.
Братерская Г. Н., Костенецкая Л. И., Теодорович О. К. Получение и при-
менение электроконтактного материала на основе серебра с жидкой смаз*
81 с Порошковая металлургия, 1977, № 1, с. 29—31.
" братерская Г. Н., Крыжаноеская Р. И., Теодорович О. К. Электроконтакт-
с^%1Свойства серебро-циркониевого псевдосплава.— Электротехн^ пром*
'Информэлектро. Сер. Электроконтакт, материалы, 1973,. вып. 1 ,
82 r
* Г. Н., Непряхин В. А. Конденсаторная сварка сереброникеле-
83, “ сеРебряиых контактов.— Автомат, сварка, 1965, № о> с- od '
ли ”ерская Г' Н.г Теодорович О. К. Новые металлокерамические материа-
йп1Г?Ля слаботочных электрических контактов.— Благород. металлы
84 /именение. 1971 яип 9Я с.. 214___217.
. »вллуп°ва И" Т’ Вопросы гигиены труда на предприятиях порошковой ме-
5рагиПГИИгГ' Гигиена и санитария, 1968, №9, с. 97 98. Киев-
Havt ва И- Г. Токсичность порошков металлов и их соединений.— Киев.
»*• Думка, 1971.— 224 с.
*8 S-Збв
й. 0. В. Проблемы МТа"»У-“
тах.— В кн.: ЭлектРичес^И®1..^„нх контактов в сильноточном аппарато-
87. Брон О. Б. ^Роблем^'я®ьноточные^электрические контакты и электроды.
строении.-- В ЛИ"мСв нашагл АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
88. О. V* П^блем»ь К0)Нтаск’03В924ГЛЬН0ТОЧН°М аППараТ°СТР°еНИИ-
89. вХГЖ 7ро« Г. И Сухие смазки и самосмазывающиеся
материалы.-- М-- той среды при спекании на свойства и
5Э'с"“ ОСНОВе ЖеЛв3а5
о. Н^Й'£ИСИ."'ИсследованИе свариваемости контактных материалов-
' я КЯ0 ЭАеКГпа Ш?И5ЭТЗИТ(Яп™и?).' Метод получения материалов, предна-
92. Васида Акира. Пат. 5373 (Япония^ я>__ Зпубл, 23.02.70.
93 W Получение антифрикционных сплавов методом электро-
93‘ пылания.- В кн.: Порошковая металлургия. М.« Металлургиздат,
^Мииинао Пат. 20884 (Япония). Пористые спеченные изделия
М" мсплавов на основе алюминия и метод их производства..— Опубл. 07.09.68.
95 Введен''”'л В. В., Баринова А. К. Исследование фрикционных свойств
' низкоуглеродистых сплавов на железной основе.— В кн_: Повышение
эффективности тормозных устройств: Свойства фрикц. материалов. М. «
Изд-во АН СССР, 1959, с. 62-81.
96. Векшина И. В., Марковский Л.. Ял Исследование реакций, протекающих
при получении гексаборидов щелочноземельных металлов методом восста-
новления углеродом.— Жури, прикл. химии, 1962, 35, вып, 1, е. 30—37.
97. Верхоглядова Тл С., Дубовик Т. В., Самсонов Г. В. Азотирование порош-
ков переходных металлов с образованием нитридных фаз.— Порошковая
металлургия, 1961, № 4, с. 9—20.
98. Веселовский В. С. Угольные и графитовые конструкционные материалы—
М.: Наука, 1966.— 326 с.
99. Виноградов Г. А., Радомысельский И. Д. Прессование и прокатка металле-,
керамических материалов.— М. г Киев : Машгиз, 1963.— 200 с.
100. Власюк Р. 3., Радомысельский И. Д., Щербань Н. И.-, Яременко 3. А.
О взаимодействии стекла с металлической фазой при спекании металло-
стеклянных материалов.— Укр. хим. журн., 1972, 38, № 9, с. 878—880.
101. Волокнистые и дисперсноупрочненные композиционные материалы.—
В кв.: Сб. тр. III Всесоюз. конф, по композиц. материалам, Москва, 17—
22 июля 1974 г. М. : Наука, 1976, с. 95—99.
102. Волоконные композиционные материалы/Под реД. Дж. Уитона, Э. Скала.—
М.: Металлургия, 1978.— 232 с.
103. Воронин Н. Красоткина Н. И. Состояние производства и пути повы-
шения качества карборундовых огнеупоров.— Огнеупоры, 1961, № 10,
с. 461—465.
104. Высокоизносостойкие самосмазывающиеся приборные подшипники из
пористой бронзы: Проспект ВДНХ СССР/ИПМ АН УССР— Киев, 1976—
4 с.
О. Ф. Электрическая износоустойчивость контактных материа-
мов.'~ . аЯ,: ®лекуР"ческие контакты. Тр. совещ. Москва, дек, 1962 г.
1ПАГ ,Л"?ие₽гия' 1964, с. 201—208.
' яостроеиие/'1966.-™“ автоматических коробок передач,— М, : Маши-
еоотп -гпягмк’, р*он Ш- Рапопорт Л. А. Влияние различных
лоа типя Иа £?0ЙСтва металлокерамических фрикционных материа-
лов типа МК-5— Сб. иауч. тр. Белорус, политехи, ин-та, 1968, 2, е. 12-
кеошиически7<Дмв^^КиЙ В' Рапоп°Рт Л- А. Исследование металло-
™ ц мнных «««Риалов на медной основе— В кн.: Порош-
ковая металлургия: Материалы IX Всесоюз. конф, ао порошковой метал-
107.
108.
лургии, Рига, 28—30 мая 1968 г. Рига, 1968, с. 162—168. В надзаг.: Центр,
и Латв, правл. НТОМашпром. Латв. респ, ин-т науч.-техи. информ, и про-
паганды.
109. Герасимов В. В.., Монахов А. С. Материалы ядерной техники.— М. i Атом-
издат, 1973.— 336 с.
ПО. Гильтман Т. П. Сульфидирование железокерамического материала, как
новый метод повышения его механических свойств.— В кнл Порошковая
металлургия: Доп. сб. IV науч.-техн. конф, по вопр. порошковой метал-
лургии. Ярославль, 1957, с. 36—47. В иадзаг.^ Центр, правл. НТО Маш-
пром. Яросл. обл. правл. НТО Машпром.
111. Гликман Л. С., Рощупкин В.И.Г Павловская Е. И. Металлокерамические
фильтры для задержания песка при добыче нефти.— Нефт. хоз-во, 1959,
№ 12, с. 30—33.
П2 Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы.— М. : Металлургия, 1977.—
215 с.
113. Гнесин Г. Г., Осипова И. И., Ярошенко В. П. и др. Оптимизация свойств
инструментального материала на основе нитрида кремния.— Порошковая
металлургия, 1978, № 2, с. 48—52.
114. Голованенко С. А., Масленков С. Б., Клыпин Б. А. и др. Исследование
жаропрочного композиционного материала, изготовленного методом за-
ливки арматуры расплавленным металлом.— В кн.”. Структура и свой-
ства жаропрочных металлических материалов. М. : ЦНИЙТМАП1, 1970,
с. 69—78.
115. Головань Н. А., Щербань Н. И. Опыт проектирования и изготовления
автоматических пресс-форм.— Порошковая металлургия, 1965, № 4,
с. 94—97.
116. Голуб М. В., Кагарманов Н. Ф.г Кравцов и др. А. с. 436881 (СССР). Ме-
таллокерамический антифрикционный сплав— Опубл, в Б. И., 1974,
№ 27.
117. Горбач Р. П„ Куракина Т. С., Левченко Г. В. и др. Эрозионное разрушение
металлокерамических контактов на основе вольфрама.— В кн.? Сильно-
точные электрические контакты. Киев & Наук, думка, 1970, с. 102—107.
118. Горбач Р. П., Левченко Г. В., Теодорович О. К. и др. Материалы для кон-
тактов дугогасительных камер, обеспечивающие низкий уровень тока
среза.— Электричество, 1973, № 6, с. 77—78.
119. Горбунов А. Е., Брыскин-Лялин М. П. Тугоплавкие бориды как основные
составляющие порошкообразных наплавочных смесей.— Порошковая ме-
таллургия, 1971, № 4. с. 94—97.
120. Гребенкина В. Г., Юсов Ю. П., Сорокин В. Н. Объемные резисторы.—
Киев : Наук, думка, 1976.— 210 с.
•21- П' Износостойкие чугуны и сплавы.— М. t Машгиз, 1961.—
122. Григорьев Ю. Ф., Кестнер О. Е., Юшко К. Н. и др. А. с. 196333 (СССР).
Уплотнительный металлокерамический материал.— Опубл, в Б. И.., 1967,
123. Гуревич Ю. Г., Рахманов В. И., Паньшин И. Ф. Влияние состава и пори-
стости на закаливаемость и прокаливаемость порошковых сталей.— В кн.:
чл>Р?1л,1дВые конструкциоНные материалы. Киев, 1980, с. 55—59. В над-
J24 }?г'* "И УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
Урин В. Н. Методы синтеза тугоплавких соединений переходных ме-
тал»?® и перспективы их развития.— Успехи химии, 1972, 16, вып. 4,
125 Г Ь16~646-
урин В. Н. Методы получения монокристаллов тугоплавких соединений
"ереходных металлов.— Изв. АН СССР. Сер. Неорган. материалы, 1973,
126 п № 8’ с' 1289—1307.
127. Лал ™ Я" Тепловые трубы.— М. s Энергия, 1979,— 271 с.
д орина Л, А., Получение силицидов редкоземельных металлов.— Порош-
128 ЛаллЯ ме™ллУРгия, 1966, № 6, с. 92—94.
„°р11На Еерхоглядова Т. С. Получение силицидов редкоземельных
«галлов дуговой плавкой.— Изв. АН СССР. Сер. Металлы, 1965, № 6,
V. Ол—ОО»
130.
за. кобальта и ™&еля- п. Состояние порошковой металлурги
«>• Л^'»^ - РУ»«“»-Т“ Ж- ,9М' № 8’ °- 97~
ж. и- « *а ?‘“7? 1'3 а- “ др' Де^“«е““«
132. дзке/аоад Л/ ji_Тям же № 5, е. 43—53.
сплавы Fer^—Аь'ГГ *“” %’ п голибева Л. С. и др. Порошковая ме-
т. .•>»<"«“ **1 **.**£Гйййдои, 1973-264 «
134. ?S В. дао?»>“ ™P»»»”e M=™w»" > Пр«~"“"' » м«ка»»е—
*Й. да o»S ™р«г«"»а “SS, ?о8сгаа'а
133 даК2?да”в”1>Г^»« ю’ я” Шр»м«« Т- А. Теэтологая изготм.
STa»p.»« «ж и°^’Гю1?й1 ’• MTS!, в ;.2SS”ah
конструкционные материалы. Киев, 1974, с.. 227 22У. о надзаг... АН
УССР. Ия-т пробл. материаловедения.
137. Добаткин В. И-, Елагин В. И. Гранулируемые алюминиевые сплавы—
АС ^Металлургия, 198L— 176 с.
138. Добролете С. А.* Зубкова С. М.. Кравец В. А. и др. Карбид кремния,—
Киев : Гостехиздат, 1963.— 314 с.
139. Довыденкова А. В.* Радомысельский И. Д. Технология получения и свой-
ства конструкционных деталей из порошков медных сплавов.—‘ Порош-
ковая металлургия, 1982, № 3, С. 44—53.»
140. Долуханян С. К., Саркисян А. Р.., Мержанов А. Г. и др- Получение сили-
цидов молибдена и титана методом СВС.— В кн.; Высокотемпературные
бориды и силициды.. Киев ; Наук, думка, 1978, с, 44—47.
141, Дорофеев Ю. Г, Динамическое горячее прессование в металлокерамике.—
М. t Металлургия, 1971.— 176 с, *
143. Дорофеев Ю. Г, Динамическое горячее прессование пористых порошковых
заготовок.— М. ^Металлургия, 1977.— 216 е. к т
143. Дубровский В. Б., Лондонский П. Л.ч Лергаменщик Б. К., Соловьев В. Л.
гадяациониая стойкость материалов : Справочник.— М. ? Атомиздат,
ша.»* а04 с. т
* ' матеоийлл» ^Исследование металлокерамических фрикционных
146. дХТв 2 металлургия, 1967, № -6, с. ЮО-ПК
аятжЬпикниоииый L» ©< 254093 (СССР). Металлокерамический
,,а „тач»рикциоиный материал,—Опубл, в Б И юко ' м. чт
146 Дымченко В. А. А. с. 21704 /Гггг>\ й уьн’ №
ный материал ня ж₽по»и1а „ СР^ Металлокерамический конструкцион-
147. Дьяко^ Л В , КМ °СН°В“ГОпубл' 8 Б' И- 1968’ № 8
ииркония.—Пооошкаяяя .,11' Закономерности измельчения диборида
U8. Дьяченко и М металлургия, 1972, № I, е. 1—5.
М. ; Металлургия, 19%.—В;Г2 СцЬ Развйтия п°рошковой металлургии,—
ten СЫХ матеркалов-~А^^ошковая'П‘ Прочность композицион-
150. Емельянов В. С., Еестшин A ’979» № 8, е. 22—27.
txt Атомиздат. 1968,— 483\ МеталлУР™я ядерного горючего.—
!51. Еременко В. Н.. Найдич Ю я п
1S2 жи5ко? металлической *азы вер^яенк'1' А. Спекание в присут-
152. Ермаков С. С- Порошковый Лои*™™ К« ! Наук' WKa. 1068.—123 с.
вычислительных машин.- То .И„Н?Й МатеРиал Для дисков сцепления
«а. Ж м"“”-
ш. ИЯгй; w6“Ksr"“KM
иые* исследования элек^роэрозиодно^о faTeWW Л В' а др' Сравнйтель-
оитактов под воздействием электиическойЭпУШеКИЯ металл°керамических
ggg Р " ДУГИ в трансформаторном масле
и на воздухе,— В кн.: Сильноточные электрические контакты и электро»
ды. Киев, 1972, с. 247—258. В надзаг.: АН УССР. Ин-т пробл» материа-
ловедения. ,
155 Жирнова Г. Е., Карпатов И. Л. Условия труда в печных отделениях за/
родов порошковой металлургии.— Гигиена труда, 1971, Ns 7, с. 28—3Q,
156 Жорняк А. Ф. Защитные газовые среды.— Киев, 1970.— 42 с, В надзаг.',
* ' АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
157. Жорняк А. Ф., Негода Г. П., Радомысельский И. Д. Термическая обра»
ботка конструкционных металлокерамических деталей.— Технология ма-
щиностроения, 1965, вып. 6, с. 66—72. ,
153 Займовский А. С., Калашников В. В., Головкин И. С. Тепловыделяющие
элементы атомных реакторов,— М. : Атомиздат, 1962.— 370 с.
159. Залески Ф. Экструзия высокопрочных алюминиевых сплавов.— В kh.j
’ Новое в порошковой металлургии. М, s Металлургия, 1970, с. 112—118,
160. Заликман А. Н., Крейн О. Е., Самсонов Г. В. Металлургия редких метал»
' лов.— м. : Металлургия, 1978.— 560 с.
161. Зельцерман И. М-, Каминский Д. Д., Онопко А. М. Фрикционные муфты
и тормоза гусеничных Машин.— М. : Машиностроение, 1965^— 240 с.
162. Зингерман А. С. О природе сил, выбрасывающих металл при электриде»
* ской эрозии.— В кн.: Электрические контакты : Тр. совещ., Москва, дек.
1962 г. М. : Энергия, 1964, с. 75—87.
163. Злобинский Б. М. Охрана труда в металлургии.— М, : Металлургия,
1968.— 460 с. — -
164. Зарев Н. И~ Исследование режущих свойств инструментов, оснащенных
минералокерамическими пластинами.— В кн.г Проблемы создания и внед-
рения высокопроизводительного- режущего инструмента с пониженным
содержанием вольфрама. Тбилиси ; Тр. Груз, политехи, ин-та, 1977,
с. 10—16.
165. Зяткевич Д. П., Грабив Я. П., Макаренко Г. Н. и др. Получение дисперс-
ного порошка нитрида алюминия.— Порошковая металлургия, 1077, № 10,
с. 1—5. • • _ »
166. Иванова В. C.t Копьёв И. М., Ёлкин Ф. М. и др. Алюминиевые и магние-
вые сплавы, армированные волокнами.— ДО. : Наука, 1974.—199 с.
167. Иванова В. С., Устинов Л. М., Б усалов Б. Г. Некоторые механические
и физические свойства меди, армированной вольфрамовой проволокой—
Пробл. прочности, 1969, № 3, с. 64—68. — *
168. Игнатов Л. Н^, Колпаков Я. В., Крысин Б. Т. и др. Производство фрик»
ционных материалов на железной основе.— М, 5 Металлургия, 1968.-*
176 с. >
169. Иноуэ Киёси. Пат- 25972 (Япония). Способ получения износостойких
спеченных материалов,—Опубл. 31.10.69.
170. Иноуэ Такуя, Хаясака Тадао. Пат. 51—41964 (Япония). Получение высоко-
прочного спеченного материала на основе железа.— Опубл. 12.11.76.
** *- ^.тик“ Осами,Камисаки Хисаси, Ямасита Дзюисаку и dpt Пат. 50—40088
(Япония). Способ изготовления скользящих электродов для подвода боль-
ших токов,—Опубл. 22.12.75.
172. Кабаяма Сисе, Исутоси Сюити. Пат. 3009 (Япония). Износостойкий спе-
ченный сплав— Опубл. 17.02.65.
. Кавакита Убу, Онода Минэо. Пат. 24207 (Япония). Получение пористых
174 леченных алюминиевых сплавов,— Опубл. 13.08.70. f
• Кавакита Убу, Танака Горо. Пат. 6687 (Япония). Спеченная износостой-
175 сталь» пропитанная свинцом.— Опубл. 19.02.72.
<>• л авару ти Тораносукэ. Пат. 11129 (Япония). Способ получения подшип-
176 Клл°ВЫХ лСПравов на железной основе.— Опубл. 21.06.67.
гплА UH ‘ ‘ Исследование антифрикционных свойств пористого железо-
рафита с неметаллическими включениями.— Bonn..- механики, 1965,
177 к 2’ С‘ 18~24- -
' cTuZ?KOe В'* Г™евич Ю. Г., Рахманов В. И. и др. Влияние пористости
конструкционных деталей на структурные превращения и твер-
е 5Q П°5Л® закалки— В кн.: Конструкционные материалы. Киев, 1978,
оо. В надзаг.: АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
сварка в вакууме металлических сплавов
- * 332 е.
' технических боридов титана, цирко,
— Порошковая метал-
nvo л вакууме.— Af. $ Знание, 1966»-**
178 Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка УУ
178. лазили" вакууме.— М. s Машиностроение,
,ге. «• о. д»ффу»““” ‘. .......................
1968’Т1^2 Ф Диффузионная сварка
(80. Казаков Н. Ф- у 1962.—
isk методом-
18,
кие металлы »/плаЕ“‘х Гордиенко А, И. Получение, методами
183. Карпинос Д. М., Кадыров В. Ам- композииИЙ на основе магния.—
порошковой ме1а^лрурГХ? конф- по порошковой металлургии (Познань,
В кн.: Сб. тр. & о Т 147—159.
1979 г.). Катовице, 1979, к. о> Кадыров В. X. и др. Прочность ар-
,84-
м. етйГл. 234°Х
к SXTл- й'< r°',s “л- “ с“6-
армированного „„онапра.яеин^и мо»кб«ено»Ымн провело-
W Л. Р. Про,-
востаые характеристики никелевых сплавов, армированных проволоками
яз тугоплавких металлов.— В кн..* Тр, Всесоюз. науч.-техн. конф, по
металлокерам. материалам и изделиям. Ереван : Политехи, ин-т, 19/о,
с. 174—179. „ о
188. Карюк Г. Г.-, Бочко А. В., Барабан В. П. Гексанит-Р и гексанит-А —
новые инструментальные материалы.— Станки И инструмент, 1977, № 2,
с. 5—12.
189. Касаи Мехами, Кано Тосио. Пат. 49—13686 (Япония). Спеченный анти-
(90.
191.
192.
(91
(94.
*95.
190.
197.
193.
199.
фрикциоиный материал.— Опубл. 02.04.74.
Кашталян !О. А., Переверзева В. В., Радомысельский И. Д«, Щербань Н. И.
Характеристики упругости железостеклянных материалов.— Порошко-
вая металлургия, 1968, № 3, с. 91—93.
Келли А. Высокопрочные материалы,—М. ТМир, 1976.— 251 о.
Кендал Е. Г. Композиционные материалы с металлической матрицей,
армированные высокопрочными и высокомодульными углеродными волок-
нами.— В кнл Композиционные материалы с металлической матрицей.
М.: Машиностроение, 1978, с. 338—418.
Гацуносукэ, Кикуикэ Исаму, Кикуикз Синки. Пат. 47—26921
"V, Cnocofi получения Спеченных сплавов на основе железа для
л л юи£ихся подшипников.— Опубл. 19.07.72.»
Ttr mi ’ ‘}>екав Исследование износостойкости твердого сплава
№ 7, с. 97—торцевом трении,— Порошковая металлургия, 1977,
рта-м- •**-«; *
лургия, 1972.— 528 г ** ^°Р0ШК0Вая металлургия.— М- : Метал-
меит°адьныйСмотер^аглРиз быстппп^^”6 o' С’ U Зр’ Спеченный ИНСТРУ
В кн.: Спеченные изноЛРЛ'3Р°режущей 9тали с карбидом титана.-
М. : Металлургия, 1977, с. ^д^(.2атеРиалы^Под ред. С. С. Кипарисова.
плавких'ка^бидов^на^свойства’сп!^™ л' U Зр' Влияние добавок туго-
Спеченные износостойкиеЙматеоиапыННмЙ .б“СтР0Режущей стали.— В кил
Кипарисов С. С., Меерсон Г А 1977, с. 62-64.
жущая сталь с добавками карбонитоим титлйя п Спечениая «ыстроре-
гия, 1977, № I, с, 41 17. н'ииитРиДа титана.— Порошковая металлу?-
Кипарисов С, С., Нарва В. К., Колипгъ-ал г сг п -
' f ъолупаева с. Я. Влияние состава карбида
200.
598
титана на свойства материалов карбид титана — сталь.— Там же 1975
№ 7. с. 41—44.
оп\ Кипарисов С. С., Нарва В. К., Лошкарева Н. С., Иванов А. Д. Исследо-
* ванне условий спекания материалов карбид титана — сталь в разных сре-
дах,— Там же, 1976, К» 8, с. 46—50. 1
202. Кипарисов С. С., Нарва В. К., Лошкарева Н. С. Получение и свойства
износостойких материалов на основе карбида титана со связкой из сложно-
легированных сталей. В кн.: Спеченные износостойкие материалы.
М. ; Металлургия, 1977, с. 49—51.
203. Кипарисов С. С., Нарва В. К.., Юрина Н. С. Влияние добавок меди на
свойства кермета карбид титана — сталь.— Порошковая металлургия,
1976, № 5, с. 68—71.
204 Кипарисов С. С., Паисов И. В., Нарва В. К. Термическая обработка
металлокерамических материалов на основе карбида титана.— Там же,
1969, № 9, с. 10—13.
205. Кислый П. С., Бадян А. Киндышева В. С., Гарибян Ф. С. Высокотем-
пературные неметаллические нагреватели.— Киев : Наук, думка, 1980.—•
188 с.
206. Кислый П. С., Кузенкова М. А. Спекание тугоплавких соединений.—
Киев : Наук, думка, 1980.—» 167 с.
207. Киффер Р; Шварцкопф П. Твердые сплавы.— М. : Металлургиздат,
* 1957.— 664 с.
208. Ковальченко М. С. Теоретические основы горячей обработки пористых
’ материалов давлением.— Киев : Наук, думка, 1980.— 238 с.
209. Ковальченко М. С., Середа Н. И., Кошкин И. А., Островерхое В. И. Из-
носостойкие вставки для пресс-форм.— Порошковая металлургия, 1971,
№ 9, с. 26—30.
210. Ковальченко М. С.*. Огородников В. В,, Роговой Ю. И.* Крайний А. Г.
Радиационное повреждение тугоплавких соединений.— М. : Атомиздат,
1979.— 160 с.
211. Колесниченко Л. Ф., Трушко П. В., Зозуля В. Д. А. с. 322388 (СССР).
Металлокерамический антифрикционный материал.— Опубл, в Б. И.,
1971, № 36.
212. Колпашников А. И., Мануйлов В. Ф., Ширяев Е, В. Армирование цветных
металлов и сплавов волокнами.— М. i Металлургия, 1974.—'248 е.
213. Колобов Ю. М., Лялин Е. В., Мельников В. Г. Исследование износостой-
кости металлостеклянных материалов при трении в водных растворах ед-
кого натра.— Порошковая металлургия, 1973, № 12, с. 81—84.
214. Композиционные материалы/Под ред. Л. Браутмана, Р. Крока.— М. :
Машиностроение, 1978.— Т. 4. 320 с.
215. Кондратов И. Я., Минаев Н Г., Нехамкин А. С. и др. Получение и свой-
ства спеченной быстрорежущей стали.— Порошковая металлургия, 1974,
Кг 5, с. 96—100.
" " 196^ЛЬЛ,496 МатеРиалы Для ядерных реакторов.—М. з Атомиздат,
217. Копецкий Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов.— Мл
91Я ^еталлУРгия, 1974.—206 с.
4,а' Копржива Р. Р. А. с. 41682 (СССР). Способ получения антифрикционного
металлографитового пористого псевдосплава методом спекания.— Опубл.
219 г Б' И<’ 1935’ № 2-
Копылова В. П., Назарчук Т, Н. Взаимодействие порошков дисилицидов
ереходных металлов IV—VI групп с некоторыми кислотами и растворами
220 ^дР00киси натрия.— Порошковая металлургия, 1972, № 2, с. 46—52.
Корнилов И. И., Глазова В. В. Взаимодействие тугоплавких металлов
221 ft-eJLeX°nH1?Ix ГРУПП с кислородом.— М. г Наука, 1967.— 255 с.
• Корх Л. И., Заболотный Л. В., Руденко О. И. и др. А. с. 505729 (СССР).
222 К"ЛЧеННЫй антифрикционный материал.— Опубл, в Б. И., 1976, № 9.
и„и°ЛаП^ва Т- Я- Синтез порошков и монокристаллов тугоплавких соедине-
223 И3в> АН СССР. Сер. Неорган. материалы, 1979, 15, № 4, с. 550—о56.
пл»°Лал00а Домасевич Л. Т. Химические свойства порошков бори-
лантаноидов.— Порошковая металлургия, 1970, № 5, с. 1—5.
„ „ , ..... It Т J Гордиенко О. П. Химические свой.
224' ^оГбиДов Умелый» металлов.- Укр, хим. жури., 1973,- 39,
выл. 1, с- Кпиинская О. В., Коваленко IL А. и др. Гидролиз ди.
*» металлов.- ЖУР»- ,966> >«.
вып; И. с- 2453—2456. Q получении й свойствах дикарбидов
™-ж 19М-30’ г-
ИТТрИЯ, лап ...
с. 784—787. „ г Н .Зяткевич Д. П. Плазмох1М1чний син-
mX** Г. ^^^^VPCP^A № U,.c 60-67.
тез тугоплавких сполук Одержания карб1Д1в хрому.— Доп.
228. Косолапова Т. Х-. 'ьамсонов д- г
АН УРСР, В-'Приготовление высшего карбида хро-
229. Косолапова Т^Я., Саммтм /• 55-58.
мз.— ЖУРн-тпрЛКЛсадсонм Г. В. Приготовление карбида хрома Сг,С3.—
230. Косолапова Т. Я.. Самсонов
И1. IXSU“ж Жмим* 8арб“дав
А. в.»»
(СССР). Уплотнительный материал на основе никеля.— Опубл, в В. И.,
234. ХоУис/л. Я.) Вапара-Волгина 'С. В,, Радомысельский И. Д. "Термо-
* механическая обработка низколегированных порошковых сталей. — В кн.:
Порошковые конструкционные материалы. Киев, 1980, с. 158—161. В над.
ззгл АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения»
235. Котельников Р. Б., Башлыков С. H.f Каштанов А. И. а др. Высокотем»
пературяое ядериое топливо.— 2-е изд.— М. 4 Атомиздат, 1978.— 432 &
238. Котляр Е. Е.г Назарчук Т. Н. О некоторых химических свойствах карби-
дов переходных металлов.— Изв. АН СССР. Сер. Неорган. материалы,
1966, 11, № 10, е. 1778—1785.
237. Крагельский И. В. Трение и износ— М. 4 Машиностроение, 1968.— 375 с.
238. Крагельский И. В. Трение и износ.—М. ч Машгиз^ 1962.— 383 с.
239. Красоткина В. И.* Воронин В. И. Влияние режима обжига и добавок
окалины на однородность карборундовых изделий на кремнеземистой
. связке.— Огнеупоры, 1964, № 7, с. 322—325.
240. Краткий справочник инженера-физика: Ядер, физика, атом.’ физика/
Ч**- н- Ад Федоров.—М. : Госатомиздат, 1961.— 507 с.
В' р-* Левче“к0 С- #« Литвинова И. В. Новые перспективные
области. п₽«“еиения ферритовых постоянных магнитов.—М„ 4975.—
л.» "_с* в иадэагл ЦНИИ «Электроника». *
* №.04^ 197^—Ну3 В родственных йм магнитных окислов.—
^"'в^химической пппмт™’ УглегРаФИтовне материалы и их применение
НЫХ материалов Н их ппимр^^Г^^ “!та™еРамических фрикцион-
»«. ЙЛ- мет™ург"':
фрикционных материалов в пгго ВЛ??ИЯ Развития металлокерамических
е. 102—107. р алов вихР^- Порошковая металлургия, 1970, № 1,
Крячек В. М,. Федооченкл м ил г л .
Влияние технологических фактопо/на е^а»3р0вй Л' Рованский Д. Я-
. МК-5—Там же, 1973, № 11 в.036— зд0ЙСТВа Фрикционного материала
Там же, 197^,Х№И12^Кс.Й|4—57,ИВОС™-^риАовмолибДен? и вольфрама.—
949 Кигай Л. Н., Лазарчук Т. Н. О химической стойкости диборидов пере.
* ходных металлов IV—V групп периодической системы элементов.— Там
все, № 3, с. 51—55.
оЗД Кугай Л. Н., Назарчук Т. Н. Изучение взаимодействия боридов пере»
* ходных металлов IV—VI групп с фосфорной кислотой.— Там 1975.
Лв 9, с. 58—62.
ой! Кизнецов Р. С. Аппараты распределения электрической энергии на напоя.
*$*' ж|ние до ЮОО В.— М. : Энергия, 1970.— 547 е. Р
952. Кумз Масахиро Иосинори^ Пат. 51—44660 (Япония). Электроконтактный
материал карбид вольфрама—серебро.—Опубл. 26.10.77.
253. Куроцу Цунзеси. Пат. 18058 (Япония). Спеченный износостойкий сплав,—
Опубл. 13.09.63.
«54 Куроцу Цукэки. Пат. 50—36808 (Япония). Получение износостойких
спеченных сплавов иа основе железа, сцементированных хромом.— Опубл,
27.11-75.
Киооцу Цукэки. Пат. 50т-36809 (Япония). Износостойкий спеченный сплав
на основе железа,—Опубл. 27.11.75.
256. Лавриненко И. А., Левченко Га В., Минакова Р. В., Теодорович О. К,
’ Структура и эрозионная стойкость металлокерамических сильноточных
контактов.— В кн.: III Междунар, конф, по порошковой металлургии
(Карловы Вары, 29 сент.— 2 окт., 1970 г.). Карловы Вары, ЧССР, 1970,
т. 4, с. 119—129.
257. Лаврухин Г. М. А, с. 273434 (СССР). Металлокерамический фрикционный
* материал.— Опубл, в Б. И., 1970, № 20.
258. Лаврухин Г. М. А. с. 349743 (СССР). Металлокерамический фрикционный
материал.— Опубл, в Б. И., 1972, № 26. •
259. Лаврухин Г. Л1., Гнатышак Н. Н. Технологические процессы изготовле».
ния фрикционных металлокерамических дисков.—> Автомобиль, пром-сть,
1965, № 6, с. 41—44.
260. Лазин А. М. Короткозамыкатели и ^отделители.*— М. I Л. | Госзнерго-
издат, 1963.— 40 с. ‘ ,
261. Лаке Б., Баттон К. Сверхвысокочастогные ферриты и ферромагнетики,—
М. : Мир, 1965.— 676 с.
262. Ланда Л. А., Финкельштейн Т, Б., Пугина Л. И. и др. Металлокерамике»
скне подшипники скольжения для промывных ванн красйльно-отйеЛбч»
кого оборудования.— Порошковая металлургия, 1971, № 4, 88^г
263, Лашко И. Ф., Лашко С, В. Пайка металлов.— 3-е изд'., "перёраб-—М,>1
Машиностроение, 1977.— 323 с. ’ ' ( '
264. Левенштейн П., Кауфман А„ Р., Арнольд С. В. Деформирование ёерил»
ЛИЯ2ю'ДавЛИваНИеМ.— $ ки" Бериллий: М. : Изд-во иностр, лит.,' 1960^
265. Левин А. П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной
оаг аппаратуры,— М. : Сов. радио, 1972,— 215 е.
Ли. Левин Б. Е., Третьяков Ю. Д., Летюк Л. М. Физико-химические Неновы
^У^чеиия, свойства и применение ферритов.— М. е Металлургий,4.9р). —
267. Левинский Ю. В., Портной К. И.’ Двойченкова Л. В. и 5р. ВзаимодЙ*
®'гвие упрочнителя с матрицей в композиционных материалах на никеле»
io?»ОСиове-— В кн.: Композиционные металлические материалы^ М-,
•У/Z, с. 198—221. В надзаг.: Всесогозн. ордена Ленина науч.-исслед. йи-т
2бя а®Иац- материалов.
’ «ев?е«ко Г. В., Марек Б. А., Теодорович О. К^ Об износоустойчивости
еталлокерамических вольфрам-иикель-медных контактов.— Порошко»
269 лЛ„?етал/’уРгия- 1968- № Ю, с. 61-62.
"‘евченко Г. В.,. Раховский В. И., Теодорович О. К. Разрывные контакты
270 Х®КтРВческих аппаратов.— М. : Энергия, 1966.— 295 с.
c-mft К° А' Т,> Минакова Р. В., Теодорович О. К. Электроэрозирнная
тяпп°СТЬ *,еталлокерамнческих материалов на основе тугоплавких ме-
271 Порошковая металлургия, 1974, № 3, с. 70—73.
• лесник п. Д., Минакова Р. В., Теодорович О. К. и др. Композиционные
ийг-mvMeHTOB Ч 1. Электроэрозионная обработка.— М., 1980.—
224 с.— В надэаг.: Мин стан коп ром. ЭНИМС СССР. НИИ информ. по
273 Лобота Т.РТ“Дроздова Г.А. Исследование Технологии получения и фнзи.
ко-механнческих свойств спеченных антифрикционных материалов йа
основе железа.— Порошковая металлургия, 1976, № 8, с. 64—69.
274. Лондон Г. Дж. Композиционные материалы на основе титана.— В кн.?
Титан; Металловедение и технология ; Тр. 3-й Междунар, конф, по тита-
ну. М. 1978, т. 3, с. 517—533. В надзаг.г Всесоюзи. ин-т легких сплавов.
275. Лунев'в. Д.',Кравчик А, Е., Ваучский Ю. П. и др. Определение удельной
поверхности металлических и карбидных порошков. 1 Порошковая ме-
таллургия, I975.J № 1» с. 1—6. »
276. Лурье Г. Б. Режущие способности шлифовальных кругов.— В кн.; Ноные
исследования, процессы и инструменты дли абразивной и алмазной обра-
ботки : Материалы семинара. М^, 1963, сб. 1, е. 58—64. В надзаг.; Моск.
Дом науч.-техн. пропаганды. *
277. Львовский М. М., Дорофеев Ю. Г.:, Жердицкий Н. Т. А. с. 394449 (СССР),
Металлокерамический материал на железной основе.— Опубл, в Б- И.
1973, Ms 34.
278. Любарский И. AL, Теплых Н. П.*. Воскобойников Д. Б. и др. Динамика
Структурных превращений при износе,— В кн.? Изное и износостойкость-
Антифрнкп. материалы. М. ; Изд-во АН СССР, 1960, с: 163—170.
279. Лютая М. Д., Кулик СХ П. Химические свойства нитридов некоторых
280.
281.
282.
283.
284.
285.
286.
287.
288.
289.
290.
291.
292.
переходных металлов.— Порошковая металлургия, 1970, Кг 10, е. 48—54,
Лютая М. Д., Черныш И. Т., Френкель О. А. О химических свойствах
нитридов типа AIUBV.— Там же, 1970, № 6, с- 86—92.
Магниевые сплавы : Справочник/Под ред. А. Б. Альтмана.— М. : Метал-
лургия, 1978_ 232 с.
Магнитно-абразивные материалы и методы их испытания.— Киев, 1980.—
119 с.— В яадзаг.г АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
Маергойз И. И., Петрук А. П. Контролируемые атмосферы в электриче-
ских печах.—М. : Энергия, 1971.— 112 я.
Макаренко Г. И., Зяткевич Д. П.„ Арсенин К*. И. и др. ИК-спектры ульт-
радисперсного порошка нитрида алюминия.— Изв. АН СССР. Сер. Не-
орган, материалы, 1979, 15, № 4, с. 685—688.
Макаренко Г. Н., Квас О. Ф. О получении дикарбидов гадолиния, тербия,
$?сиР°зия, эрбия, туллия н лютеция,— Порошковая металлургия, 1967,
КРипякевич П. И., Кузьма Ю. Б. и др. Приготовление
19бП», № иР,бс^°2395-2400еЛЬНЫХ металлов'“ ЖУРН- ПРИКЛ- кимии’
каРбимТ—11' Плазмохимическнй синтез тугоплавких
1976, с° 5-9 Карбиды и сплавы иа их основе. Киев I Наук, думка,
шТ^ппаратов — BMwJe.₽rajlM Для эле,иРических контактов низковольт-
роды • Тр со'веш Ияир^1|7Ьйо?ВДЬ’е, электрические контакты и элект-
Вадаг АН УССР йн МаЯ 1971 г- Киев’ 1972- с- 214-221.
Малхасян С А л™ 7 пробл. материаловедения.
Fe-P-^S npoie,b АрмеяиТЯ197Г№ 8Т aH™f’P_™°«Horo сплава
31^«вв - М., Румянцев Д. В. Серебро.— М. ; Металлургия, 1976.—
лургяя^ЭТО,— 488 mtfejI°e К' К* Технология огнеупоров.— М. : Метал-
йЖеЙы^АаЙ^м^3^' А< С- 524934 <ссср)- Антифрнкцноя-
мыи спеченный материал иа основе железа.— Опубл, в Б. И., 1976, № 30-
293. Марковский Л. Я., Векшина Н. В., Безрук Е. Т. и др. Магиийтермиче-
1969 №15ДсП°3-®8ИЯ °РИД0В металлов— Порошковая металл^ргиТ,
294. Марковский Л. Я.. Векшина Н. В. Магнийтермический способ получения
боридов металлов.— Жури, прикл. химии, 1967, 15, Ns 8, е. 1824—1826
295. Мармер Э. Н., Гурвич О. С., Мальцева Л. Ф. Высокотемпературные мате-
риалы.—М. : Металлургия, 1967.— 215 с. н лице-
вой Матусевич А. С. Композиционные материалы на металлической основе —
** Минск : Наука и техника, 1978.— 216 е.
297 Матюшов В. А., Плеханова Э. А. К вопросу о выборе материала для пре-
цизионных потенциометров.— В кн.: Электрические контакты: Тр со-
вет., Москва, 1—6 июня 1959 г. М. ; Л. s Госэнергоиздат, 1960, с. 354—359.
298 Мацсра В. Е., Пугин В. С.., Страшинская Л. В. и др. Измельчение порош-
ков в планетарной центробежной мельнице.—, Порошковая металлургия
1973, № 7, с. 11 —17.
909 Маицкава Тацуо. Пат. 17726 (Япония). Медные подшипники, пропитанные
маслом.— Опубл. И. 10.66.
300. Мацукава Тацуо. Пат. 25869 (Япония). Способ изготовления бронзовых
подшипников, пропитанных маслом.—Опубл. 16.11.64.
301. Мерманов .4. Г., Коровинская И. П. Самораспространяющийся высоко-
температурный синтез в химии и технологии тугоплавких соединений.—
Журя. Всесоюз. хим. о-ва им. Менделеева, 1979, 24, № 3, с. 223—227.
302. Мерл В. Электрический контакт.— М. ; Л. j Госэнергоиздат, 1962.— 80 е.
ЗОЗ' Мигунов В. П. Фрикционные металлокерамические материалы для тор-
мозов.— Киев, 1970.— 16 с. (Препринт/AH УССР. Ин-т пробл. материа-
ловедения; № 29).
304. Мигунов В. П. А. с. 152476 (СССР). Фрикционный металлокерамический
материал.— Опубл, в Б. И., 1963, № 1.
305. Мигунов В. П., Раковский В. С. Современные фрикционные металлокера-
мические материалы.— В кн.: Порошковая металлургия: Материалы IX
Всесоюз. конф, по порошковой металлургии, Рига, 28—30 мая 1968 г.
Рига, 1968 г., с. 169—172. В надзагл Центр, и Латв, правд. НТО Маш-
306.
307.
308.
309.
прома Латв. респ, ин-т науч.-техн информ, и пропаганды.
Микрюков В. Е., Поздняк Н. 3. Теплопроводность, электропроводность
и механические свойства пористых железографитовых сплгвов.— В кн.:
Порошковая металлургия. М, :Металлургиздат, 1954, с. 37—72.
Миллер Т. Я. Плазмохимический синтез и свойства порошков тугоплавких
соединений.— Изв. АН УССР. Сер. Неорган. материалы, 1979, 15, № 4,
с. 557—562.
Мирошников В. Н., Федорченко И. М. А. с. 183942 (СССР). Уплотнитель-
ный материал на медной основе.— Опубл, в Б. И., 1966, № 14.
Мирошников В. Н., Федорченко И. М. А. с. 185065 (СССР). Уплотнитель-
металлокерамический материал на медной основе.— Опубл, в Б. И.,
310.
311.
Миссол В. Поверхностная энергия раздела фаз в металлах.— М. : Метал-
лургия, 1978.— 176 с.
Митани Сигэхидэ, Симидзу Сатору, Кондо Кадзудзи и др. Пат. 5306
(Япония). Скользящие контакты из медных спеченных сплавов для токо-
аю сжимателей высокоскоростных электропоездов.— Опубл. 23.04.64.
• Митани Сигэхидэ, Сагара Ресукэ, Найто Кацуеси и др. Пат. 9969 (Япо-
®ия). Смесь порошков на основе меди для антифрикционных слоев.
ЗП ?Рубл' "-05.69.
Мицкевич Г, Ф., Корниенко В. Л., Намитоков К. К. и др. Химический
пособ получения тонкодисперсной шихты для контактов композиций
„еР®„Р° — пятиокись тантала.— Порошковая металлургия, 1970, № 3,
314 100~104.
ицкевич Г' *•’ ТСорниенко В. П.„ Намитоков К. К. и др. Металлокера-
Чд^ки® контакты композиции серебро — окись меди.— То же, № 1,
31R АЛ $^’“’’65.
ны^Кевич Г‘ Кузьменко Э. Ф., Намитоков К. К. и др. Новые контакт-
материалы для коммутирующих контактов низковольтных аппара-
$16.
317.
318.
В Кал Свяьаотоявы. электрикеокне контакты. Кие. ТНеук. «умеа,
1973.—464 с. нпоки.. Пат. 48—15128 (Япония). Способ
IX'™. sss^ssss^ “ла,ов «** •*
шипвиков.—Опубл. Наоки. Пат. 48—29965 (Япония). Спо*
^W“SSo"S USSSSeta» «ОЯВЗЯРИК контактов.-Опубл.
14.09.73. ы«.яА»т.яяие влияния технологических факторов на
Моровое & Ф- свойства антифрикционных железографитовых
структурообразованяе и«ойства ^ФР наук _ KaeBi 1965,- 15 с.
^риалов. Автору- *_Д10’02 (Япоиия). Спеченный материал для порш-
Мотоеси 1 акэги 1”*^* .. -
... Лпт^Ла11лл7^Пат.‘ 50—34483 (Япония). Получение деталей, работаю*
И щ^?с4Тях треаия скольжения из порошков металлов и углерода,-
322. 2Л Д'Зпористые антифрикционные материалы.- М. Ц Машино-
ргооздшв 1966>***~ 208 с*
Иг М.а Любимов В. Е. Технология изготовления твердосплавных
деталей *я инструмента.—< Киев Г Техника, 1980.*—191 с.
324 Иаеаоки Тори, Морисита Масутока, Симада Тосио и др. Пат. 48—20963
(Япония). Износостойкий спеченный сплав «а основе меди.— Опубл.
25.06.73.
325. Наермак М. С. Хонингование е большим объемом вместо шлифования.—
В хил Новые исследования, процессы^и инструменты для абразивной
и алмазной обработки: Материалы семинара. 1963, сб. 1, е. 35—48.
319
320
В иадэагл Моск. Дом науч.-техн. пропаганды.
328.’ Нсварчук Т. Н., Механошина Л. Н. К вопросу об окисляемости карбида
бора,— Порошковая металлургия, 1964, № 2, с.» 46—50.
27. Най то Кацуёси, Эдзаки С эйити, Митани Масахидэ и др. Пат’. 5441 (Япо-
иия) Скользящие электрические контакты из спеченных медных сплавов
Ъля. токоприемников высокопористых -электрокар.-?» Опубл. 26.03.66.
828. Наливка Г. В.г Степанчук Л. H.l Тульчинский Л. Н. Порошковые мате*
„ магнитоабразивной обработки.— Порошковая металлургия,
№ 12р С» 63—69-
сплавы на основе тугоплавких соединений.— Волгоград,
$»2С гГ В *адзаг~ и ССО РСФСР. Волгогр. пед. ин-т.
Л* М‘ РазРабот^ и исследование металлокерамических фрикцион-
ЛаТв‘”’ В KH,S Повышение эффективности тормозных устройств 7
“а,геРиаяов. М. : Изд-во АН СССР, 1959, с. 88—92.
э обллм-и и» П<?ЛУчение каРбидов переходных металлов IV—V групп
ь в гомогеииоегк,— Порошковая металлургия, 1970. .№10,
329
330
331.
332
личадсо порошков*— А‘ Гг и др' Взрывоопасность метал-
333. Неа™ о. И Я a/4' ДумКа’ 1971— 138 е’
производстве порошковых
элементов,— м. ‘ Мир, *1977°— *68^ магниты на осн°ве' редкоземельных
47124* (Япония) Спече^иь^аМгТ“Р0’ Уситани Кэндзи и др^ Пат. 49—
костью .^anooUS^^* Х^/бладаювдй коррозионной стюй-
плуатации,—Опубл. 13.12.74 стиРание ПРИ высоких температурах экс-
336, Ни-имия Йосихичо. Пат.'5370 гяпг. \ г-
мнниевых сплавов.— Опубл Рчлота Спосо6 получения спеченных алю-
337. Ниимия Йосихико. Пат. 48^2Я24И/а°’ »
лолучения спеченной алюмиик»^» «Ойия’; Легированный порошок для
338. Ниасанэ И тару. Пат. М-Жз Опу^ 30.08.73.
железа,—Опубл. Ol.io.75. (Япония), Спеченный сплав на основе
335.
«И
«9. Намитоков К. К., Юдин Б. А., Бутенко А. Н., Григорьев Н п А с
415328 (СССР). Электроконтактный спеченный материал.— Опубл в'в И *
1974, Xs 6. ' '*
340. Ничипоревич Г. Ф. Шероховатость поверхности металлокерамических
деталей.— В кн.: Прогрессивная технология машиностроения Минск •
Высш, шк.» 1970, с. 21—27-
341. Носовский И. Г., Шерсток А. И. О влиянии внешней среда на уста-
лость металлов.— Пробл. трения и изнашивания, 1972, № 2 с 89—
91.
342- Обработка давлением и механические свойства тугоплавких металлов/
Под ред. И. М. Павлова.—М»,: Наука, 1974.— 174 с.
343. Сдзэцу Цунэси. Пат. 18048 (Япония). Метод получения пропитанного свин-
цом сплава на железной основе для изготовления электрических контак-
тов.— Опубл. 07.08.69.
344. Окаба Мигэру, Мики Исао, Таварада Такэси и др. Пат. 51—44685 (Япо-
’ имя). Износостойкий материал алюминий — керамика, работающий в ус-
ловиях трения скольжения.— Опубл. 30.11.76.
345. Окагэ Ицуки, Сато Сигэюки. Пат. 44851 (Япония). Самосмазывающийся
композиционный материал.— Опубл. 13.11.72.
346. Окагэ Сай, Окагэ Масахико. Пат. 48—17684 (Япония). Сложные материалы.
устойчивые против высокотемпературного окисления на воздухе и содер-
жащие фториды в качестве смазки.— Опубл. 31.05.73.
347. Окагэ Сай, Окагэ Масахико. Пат. 18—17685 (Япония). Способ получения
сложных материалов, обладающих самосмазывающей способностью и вы-
соким сопротивлением против окисления на воздухе.— Опубл. 31-05.73.
348. Омельянов А. Е. О применении пористых железных подшипников в сель-
скохозяйственном машиностроении.— В кн.: Порошковая металлургия.
М. : Металлургиздат, 1954, с. 140—146.
349. Павлов В. А., Кипарисов С. С.., Щербина В. В. Обработка давлением порош-
ков цветных металлов.— М. : Металлургия, 1977.— 176 с.
350. Павловская Е. И., Шибряев Б. Ф. Металлокерамические фильтры.,—- М-’
Недра, 1966.— 164 е.
351. Ланаиоти И. И., Бабутин И. А.., Федорченко И. М. И др. А. е. 358401
(СССР). Металлокерамический материал на основе железа.—: Опубл,
в Б. И., 1972, Xs 34.
352. Панасюк О. А., Радомысельский И. Д. Влияние добавок фосфора на жаг-
нитные свойства изделий из железного порошка.— Порошковая металлур-
гия, 1973, X» 3, с. 23—26.
Панасюк О. А., Радомысельский И. Д. Влияние добавок фосфора на маг-
нитные свойства изделий из железного порошка.— Там же, 1973, X» 4,
с. 29—32.
353.
354.
355.
Папроки С. Дою., Ходою Э. С. Изостатическое прессование порошков.,—
В кн.: Механические свойства материалов под высоким давлением. М.:
Мир, 1973, с. 240—267.
Пауэлл К. Химическое осаждение неметаллических материалов.— В кн.:
асе „ аждеиКе из газовой фазы. М. : Атомиздат, 1970, с. 276—344.
М>. Петров А. К., Левитин В. В., Мирошниченко И. С. и др. Исследование
распыленных порошков быстрорежущей стали и заготовок из них. По-
кт Рошковая металлургия, 1971, М з, с. 9—14.
ы. Петров А. К., Скорняков Ю. Н., Парабина Г. И. и др. Свойства загото-
вок из быстрорежущей стали, изготовленной методом горячей экструзии
ачя Распыленного порошка.— Там же, 1980, Xs 9, с. 23—27.
°* Петров А.> К., Яковлев Г. М., Орлов Ю. Г. и др. Получение и применение
порошков упрочняющих сплавов для повышения ресурса деталей машин,
в кн.; Тр. Всесоюз. иауч.-техн. конф, по металлокерам. материалам и из-
’ 'ЕРевян> октябрь 1973 г.). Ереван, 1973, о. 282—284. В надзаг.. МВ
356 и^О СССР. Ереван, политехи, ин-т.
"«'ПДова Е. М., Щербань Н. И., Слепцов В. М. Об уплотняемости порош-
2°в железа, кобальта, никеля с добавками карбидов циркония, ниобия
360 „“олибдена.— Там же, 1969, Xs 7, с. 7—12. __
’ Ллатонов Г. Л., Аникеев В. Н., Аникеев А. И. и др. Изучение роста из-
362.
363.
досостойких слоев из карбида гитана на твердых сплавах. Порошковая
металлургия, 1980, Ns 8, с.«о потенкин В. А.. Опыт освоения йро-
-«ГЖТТЙ -‘Я”"' ’ п’““ш'и-
L ’n^So’Tr^’Si екйстм «Ч» ' "!»“»" Р"»в-
же, 1974, № 7, с. 1 5. какита'С\ А- Исследование химической
364. Попова О. И., *янЛов и силицидов хрома— В кн.: Тугоплав-
стойкости порошков германидов и сплин^77# 128-133.
кие бориды и ^ДворйнаУЛ. А. Химические свойства сили-
365. Попова О. ^•яС“*""“"чя _ В кн.: Высокотемпературные бориды и сили-
цидов титана и циркония. ом.. ид—119.
'а З^олотный ЛВ., Колесниченко Л. Ф. и др. А. с. 372287
366’ (СССР) Металлокерамический антифрикционный материала—Опубл.
367. Я«сЬ«Ь«™ллУР™>33 ”вф01“- "° Ф"Р“- *“У
ментации).— Киев : УкрНИИНТИ, 1977.— 1о» с.
368. Порошковая металлургия. Спецификация малоуглеродистых спеченных
сталей— Стандарт Франции, 1971, NFA 95-Г-712.
369. Порошковая металлургия. Спецификация железо-медных спеченных спла-
вов.— Стандарт Франции, 1971, NFA 95—714.
370. Портной К. И., Бабич Б, Н. Дисперсноупрочненные материалы— Мл.
Металлургия, 1974.1— 200 е.
— Портной К. И., Бабич. Б. Н., Светлов И. Л. Композиционные материалы
на никелевой основе.— М. : А1еталлургия, 1979.— 264 е. *.
Портной К. И., Салибеков С. Е., Светлов И. Л. и dpi. Структура И свой-
ства композиционных материалов.— М. f Машиностроение, 1979.^—>215 «.
371.
372.
373.
374.
375.
376.
377.
378.
379.
380.
381.
382.
383,
384.
Потокин В. С. Вакуумные дугогасительные камеры с повышенной элек-
трической прочностью.—Электричество, 1973, № 6, с. 74т-77.
Правоверов И. Л., Афонин М. П., Дорожим А. К. и др. Особенности эро-
зии и структура электроконтактных материалов.— Порошковая металлур-
гия, 1970, Ns 9, с. 28—34.
Прейгерзон Я. М., Генкин В. А., Ковнацкий В. С. Фрикционные металло-
керамические материалы.— Минск ' ИН ТИП, 1965.— 45 с.
Прочность тугоплавких металлов/ Под ред. Г. С, Писаренко.— М. > Ме-
таллургия, 1970.— 368 с.
К-Тино*^ ред-г У' Д’ Кингерт.-МЛ
мХлуВргиСя: 1979*-fi®’ L' Эк°Н0МИКа порошковой металлургии—М. г
фрикционных*мя^>Спи1п2=а«Ие иэносост°йких металлокерамических анти-
наук.— Киев, 196L—20 “ °СН0Ве железа * Авторефч дис. w канд. техн.
Tpf кои<^п^порошк^впйРиртИИе легиРо®анн°го железографита— В кн.:
1963 "К'"
антифрвкцаоиные^атерн.^; ю^иойс^ В' *' “ 3₽> МеталлогРлФитовые
Антифрикционные и фрикционный И облаети применения— В кн.:
В иадзаг. ; АН УССР. Ии^ териалы- Киев> 1978. <*• 34—41.
Пугина Л. И., Синявская М пР°л?' матеРиаловедения.
на— Киев : Наук, думка, 1968М^с^мчУк Н. АГ- Дисульфид молибде-
ПугинаЛ. И., Слысь И. Г., Федооченкп и ил 1
SWT"*
385. Пугина Л. И., Слысь И. Г., Федорченко И. М. и др. А с 449970 <cccv\
Металлокерамический антифрикционный материал.— Опубл, в Б И
386. Пугина Л. И., Пономаренко И. Е., Панфилова И. А. и др Ас. 441771
(СССР).Хпеченный материал.—Опубл, в Б. И., 1974 №44 ' 7
387. Пугина Л. И., Пономаренко Н. Е. А. е. 264695 (СССР). Металло-
керамический антифрикционный материал,— Опубл в Б И 1970 № 9
388. Пугина Л. И., Пушкарев В. В-, Шевчук 10. Ф. Влияние структуры на анти!
фрикционные свойства сульфидированного железографита— В кн • По-
вышение износостойкости и срока службы машин : Тез докл Киея 'шбв
выл. 3, с. 141-145. В надзаги Киевск. обл. правл. НТО Хопром* Киев,
обл. совет НТО, Ин-т пробл. материаловедения АН УССР.
389 Пугина Л. И., Федорченко И. М., Пономаренко Н. Е, А. с. 279957 (СССР)
Антифрикционный металлокерамический материал,— Опубл в Б И
1970, № 27. ’ ’
390 Пугина Л. И., Федорченко И. М., Пономаренко Н. Е. А., с. 456015 (СССР)
Спеченный антифрикционный материал на основе никеля.— Опубл в Б И
1975, № 1.
391. Пугина Л. И., Шамрай Ф. И.. Сульфидирование легированного железо-
графита.— Изготовление изделий методами порошковой металлургии
1960, № 60—275/9, с. 3—10.
392. Путин Кэндзи, Кавакита Убу. Пат. 20805 (Япония). Изготовление метал-
локерамических подшипников.— Опубл. 13,06.72.
393. Пью X. Л. Гидроэкструзия.— В кн.: Механические свойства материалов
под высоким давлением. М. : Мир, 1973, с. 9—462.
394. Рабинович Л. В., Кириллова Т. Н., Кривенко Р. А. и др. Некоторые тех-
нологические и конструкционные свойства САС и низким коэффициентом
линейного расширения.— В кн.: Алюминиевые сплавы. М. : Металлур-
гия, 1968, вып. 5, с. 239—244.
395. РабкинЛ. И., Сог.кин С. А., Эпштейн Б. Ш. Ферриты (строение, свойства,
технология производства).— Л. : Энергия, 1968.— 384 с.
396. Радомысельский И. Д. Металлокерамические конструкционные детали.—
Порошковая металлургия, 1967, № 10, с. 63—75.
397. Радомысельский И. Д. Принципы создания металлокерамических кон-
струкционных материалов.— В кн.: Тр. I Л4еждунар. конф, по порошко-
вой металлургии. Дрезден, 1969, т. 2, с. 370—377.
398. Радомысельский И- Д. Термическая и химико-термическая обработка в по-
рошковой металлургии.— Порошковая металлургия, 1967, № 11, с. 42—
50.
399. Радомысельский И. Д., Клименко В. Н., Щербань Н. И. и др. Износо-
стойкость пористых железостеклянных материалов при трении без смаз-
4ЛА **•—Там же, 1978, № II, с. 80—82. , n _
И. Д., Титаренко С. В., Петрова А. /И., Полотай В. В.
Изучение трения и износа спеченных титановых материалов.— Там же,
4Л1 в 7' № 6- с- 73-78.
Радомысельский И. Д., Щербань Н. И. Металлостеклянные материалы.—
К» п ?и,: Энциклопедия неорганических материалов, 1977, т. 1, с. 808 809.
Радомысельский И. Д., Костырко Л. Н., Нарара-Волгина С. Г. и др. Высо-
копрочные низколегированные спеченные стали.— В кн.: Конструкцион-
ные материалы. Киев, 1978, с. 3—8. В надзагЛ АН УССР. Ин-т пробл.
40ч п теРиал°всдеиия. —
Радомысельский И. Д„ Напара-Волгина С. Г,, Орлова Л. II. и др. Струк-
•УРЯ, механические и коррозионные свойства порошков нержавеющ
<04 Ола11 маРки Х23Н18.— Порошковая металлургия, 1983, № L с. 43 •
’ ™домысельский И. Д., Печен тковский Е. Л., Сердюк Г. Г. Пресс-формы
405 п°Р°шковой металлургии,— Киев : Техн1ка, 1970.— 172 с,
' Р°°°мысельский И. Д., Сердюк Г. Г., Ковалев Ю. В. Исследование вели-
« коэффициента бокового давления при прессовании железных порош-
<06, РоаГ~ Порошковая металлургия, 1966, № 9, с. 6—10.
Радомысельский И. Д„ Сердюк Г. Г., Щербань Н. И. Боковое давление
Р колодном прессовании двухкомпонентной шихты.— В кн.: Развитие
методов формования наделяй из порошков. Киев, 1970. с, 44—53. В вад.
ваг.- АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
407 Радомысельский И~ Д-, Сердюк Г. Г„ Щербань Н* И. и ар. Исследование
’ и пазпаботка технологии горячей штамповки конструкционных износо-
стойких материалов.-- В кн.: Горячее прессование /Новочеркасск, июль
стойких IV Всесою3. К0Нф. по горячему прессованию в иорощ.
ковойГ металлургии. Новочеркасск, 1979, с/ 136—137. В надзагл ГК СМ
СССР по HavKe и технике» Новочеркас. лголитвхн.. ин
4С 8. Радомысельский И. Д„ Титаренко С. Ш'ерб^с^ %BKH*HHTe^°₽Or°
компонента иа прессуемость мета-члических смеМ-—В кн.. Твдрия в
практика прессования порошков. /иевд 1980, в надзаг... АН
УССР Ин-т пробл. материаловедения.
409. Радомысельский И. Д.. Щербан* Н, И. Влияние температурыспекания
на поопессы усадки.—Порошковая металлургия, 1968, JC 11, с. 17—22.
410. Радамысемский И. Д., Щербань И. И. Зависимость между обшей и откры-
той пористостью при спекании металлостеклянных матер налов.-г- Там же,
1967, № 5, е. 36—39, ,
411. Радомысельский И. Д-, ТДербань Н, И. Применение стекла в порошковой
металлургии.— Там же, 1965, № 12, с» 83—91.
412. Радомысельский И. Д.г Щербань И, И. Пропитка пористых железных
прессовок расплавленным стеклом.—• Там же, 1973, № 8, с. 48—53.
413. Радомысельский И. Д-, Щербань Н. И. Некоторые особенности уплот-
нения порошков на разных стадиях прессования.^ Там же, 198Q, № 1Ц
е. 12—19.
414. Радомысельский И. Д.ч. Шильдин В. В.ч Ткаченко В. Ф. Влияние сред спе-
кания на механические свойства порошковых нержавеющих цталей.—<
Там же, 1981, Xs 6, с. 82—86.
415. Радомысельский И. Д., Щербань Н. И. О некоторых закономерностях прес-
сования двухкомпонентных металлокерамических материалов.— Там же,
1966, № 4, е, 45—50.
416. Радомысельский И. Д^ Щербань Н. И., Скальчук А. А, Магниевые сплавы,
получаемые методами порошковой металлургии.— В кн.: Спеченные кон-
струкционные материалы. Киев, 1974, с. 177—187. В надзаг.^,-АН УССР.
Ин-т пробл, материаловедения.
4‘7’ асавитие металлургии в Украинской ССР.— Киев : Наук., думка, 1981.—
ЭоЭ с. &
*18* РакоескиА С,, Саклинский В, В. Порошковая металлургия в машино-
строении.—М. : Машиностроение, 1963.— 103 с.
акоеский В, С.г Саклинский В. В. Справочник : Порошковая металлур-
₽12агЮОо(:троенииГ3'е ИЗД.-м^г Машиностроение, 1973.— 126 с.
металлvnru^r Магвитны® материалы.— В кн.^ Порошковая
R ^Металлургиздат, 1959, с. 455-470.
в BaxwMo м ' „изические основы коммутации электрического тока
РекЭТ£Гг-:НауКаД1970'^ 535 в‘
бида бова в В’ УглетеРмический способ производства кар-
423. Ремизоеский Э* И г? печах.—Порошковая металлургия, 1961, № 4, с. 80.
((XCPL Спечен^й ^°ев П‘ Залманов Ю. С*и др, А. с. 487154
Опубл, в Б. И, 1975М°№а371ВаЮП1ИЙСЯ антиФРикционны® материал.—
носа Фрикци'он^сГй^паоы1^”1^ Исследование механизма трения и из-
Порошковая металлургия $73 ^эФФици^«том взаимного перекрытия.—
425. Равными^ 77 я rr n7lf j\i2 /7—82.
фрикционных пар ппТТаботе^” федоРченко И- Изучение свойств
I 95-100. Р Р бОте в ОткРЫтом тормозе.— Там же, Д974, К» 8,
419.
420.
421.
422.
,м' «летг
428. Ромарь В. И., Селянка У. Т. Щодо одержания Kap6ifly кремн!я в плач
Mt.— BiCH. Харк. ун-ту. Ximih 1 xim. технолопя орган,, речовин 1Q74
№ 76, вип. 5, с. 41—43. ’ ' °’
429. Ромашенко В. Д., Стельмах Р. Р., Сидоренко В. С. и др. А с. 4646U
(СССР). Спеченный антифрикционный материал на основе железа —
в Б. И., 1975, № 11. ипуол.
430. Ротенберг Г. Б. Огнеупорные материалы.— М. , Металлургия, 1980.
342 с.
431. Рубин Г. К., Слободской A. П-, Тимофеева Т. Д. Электропечи с нагрева-
телями из дисилицида молибдена,— М. : Энергия, 1964.— 66 е»
432. Рубин В. А., Остроумов М. А.,\Свит Т. В. Термодинамические свой-
ства веществ : Справочник.— Л. : Химия, 1977,— 389 е.
433. Сагара Ресукз, Эдзаки Сэйити. Пат. 5931 (Япония). Скользящие контакт-
ные пластины для пантографов из спеченного медного сплава.— Опубл
15.02.72.
434. Сакаи Мицутеру, Ядзима Икуо, Мураяма Хадзиме. Пат. 9651 (Япония).
‘ Теплостойкий антифрикционный сплав на железной основе.— Опубл!
07.04.70.
435. Саклинский В. В. Свойства металлокерамических материалов и их при-
' менение в машиностроении.— М.у 1964.— 36 с.—, В надзаг.: Гос. ком
СМ СССР по автоматизации и машиностроению НИИТ АВТОПРОМ.
436. Саклинский В. В., Раковский В. С. Металлокерамика в машинострое-
нии.— М. : Машгиз, 1956.— 30 о. 4
437. Самойлов А. Г., Каштанов .4. И.„ Волков В. С. Дисперсионные тепловы-
деляющие элементы ядерных реакторов.— М. г Атомиздат, 1965.— 156 с.
433. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.— Черноголовка,
1974,— g с.— В надзаг.: АН СССР. Ин-т хим. физики.
439. Самсонов Г. В. Новые абразивные материалы для шлифования и довод-
ки.— Порошковая металлургия, 1973, Ns 7, с. 72—82. i
440. Самсонов Г. В. Силициды и их использование в технике.— Киев г Изд-во.
АН УССР, 1959.— 202 е.
441. Самсонов Г, В. Тугоплавкие соединения.— М. : Мегаллургиэдат, 1963.—
397 с.
442. Самсонов Г. В., Винницкий И. М. Тугоплавкие соединения : Справоч-
ник.— М. : Металлургия, 1976.— 558 е.
443. Самсонов Г. В., Богомол И. В., Марков А. А. и dpt А. с. 467946 (СССР).
Спечеииый сплав.— Опубл, в Б. И., 1975, № 15.
444. Самсонов Г. В., Богомол И. В.} Марков А. А. и др. А. с. 451771 (СССР).
Износостойкий спеченный сплав.— Опубл, в Б. И., 1974, № 44.
445. Самсонов Г. В., Богомол И. В., Марков А. А. и др. А. с. 535365 (СССР).
Износостойкий спеченный сплав.— Опубл, в Б. И., 1976, № 42.
446. Самсонов Г. В,, Гаевская Л. А., Адамовский А. А. Геометрические пара-
метры зерен микропорошков некоторых тугоплавких карбидов.— Порош-
ковая металлургия, 1975, Ns 12, е. 83—88.
447. Самсонов Г. В., Кислый П. С. Высокотемпературные неметаллические тер-
.. мопары и наконечники.— Киев : Наук, думка, 1965.— 181 е.
*48. Самсонов Г. В., Кислый П. С. Высокоогнеупорные неметаллические термо-.
... пары и наконечники.— Киев : Наук, думка, 1965.— 256 с.
*9- Самсонов Г. В., Ковальченко М. С. Горячее прессование.— Киев ; Гостех-
... вздат УССР, 1962.— 212 с.
°- Самсонов Г. В., Кулик О. П., Полищук В. С. Нитриды.— Киев : Наук.
„ Думка, 1978.- 318 с.
• Самсонов Г. В., Марковский Л. Я., Жигая А. Ф. и др. Бор и его соеди-
452 г НИЯ И сплави — Киев : Изд-во АН УССР, I960.— 590 с.
• Самсонов Г. В.f Орешкин В. Д., Серебрякова Т И. и др. Разработка ком-
позиционных сплавов на основе карбидов и боридов с чугунной связкой.—
453 хн,ологи" и орг. пр-ва, 1975, № 3, с. 56—58.
' и?.лС0Н0^ Г’ Портной К. И. Сплавы на основе тугоплавких соедине-
454 А ОбоРонгиз, 1961,— 303 с.
' В'}> Сфбрякова Т. И., Неронов В. А. Бориды,—М. ; Атом-
«адат, 375 +
455.
456.
457.
458.
459.
460.
461
Самсонов Г. В., Степан"У^^ ^оЙв^порошко?' плавленны^1*карбидов
ная зависимость абразивных^'™ис^аллР гиЯ, 1974, №9, е. 56-61,
титана и циркония. — каталитические свойства порошков туго-
Самсонов Г. В., Харамов А. И, Катали^ 4_14,
плавких соединений.— 1ам же,автомобильной промышленно-
Сарвина А. С. Порошковая металлурги^ 1959, № 3, с. 43-45.,
ста Чехословакии— ^втомобил. промл Синтез силицидов
Саркисян А. Р., Долуханян и. порошковая металлургия, 1978,
переходных металлов методом
№ 6Г с. 14—18. гЧпония'). Металлический порошок дЛя
Сато Редзи. Пат. . ющих^ подшипников—Опубл. 30.11.76.
" 0₽""'”мие «-»*
«2. SS, I-“°йс”а/ Под ’«•Г’В-
463 М.'г^К^торн^ А. Г., Гершу ни М Й. А др. Теплофизические
характеристики тепловых труб базового ряда для охлаждения РЭА—
Вопр. радиотехники. Сер.. ТРТО, 1977, вып. 2, с. 53 57.
464. Семенов А. П. Подшипники скольжения—М. : НИИМАШ, 1969—72 с.
465. Семенов Ю. Н., Дубров Г. IK, Казанцева Н. АЛ А. е. 161928 (СССР), Метал-
локерамический материал.— Опубл. в Б. И.., 1964, № 8.
466. Семеро П. В. Производство и применение пористых железографитовых
подшипников в угольной промышленности— В кн.* Порошковая метал-
лургия;^. тр. науч.-техн.. семинаров. М. : Металлургиздатк 1954п
с. 147—151.
467. Семко М. Ф., Кочер В. А., Раб А. Ф. и др. Алмазные инструменты и их-
примененне в машиностроении.— Харьков ! Прапор, 1965.— 123 е„
468. Семко М. Ф., Гробченко А. И.^ Зубкова М. Я. и др. Эльборовое шлифовал
ние быстрорежущих сталей.— Харьков 1 Вища школа, 1974.— 135 о. s
469. Серебрякова Т. И., Марек Э. В. Исследование условий получения порош-
ков гексаборидов кальция и •бария.— Порошковая металлургия, 1969/
470
471.
472.
473.
474.
475.
476.
Сида Кунио, Кавагути Сигэнори, Кавадзина Гадаёси. Па^. 12499 (Япо-
ния). Материал поршневых колец,— Опубл. 28.08.65г.,
СияьДорелл» Р. А. Жаропрочные сплавы, упрочненные проволокой.—
ностроеииеПО13978И°сНЬ237—276™** & металлической матрицей. М.< Маши-
-rvrnnnao Йаничкина В., Солонин Ю. М. и др. Дисперсные по-
СтелцоД МлавД,их металл<1в-“ Киев 4 Наук. думка. 1979.-17) с.
смеси борного*янгиппнп1^‘ ^Риг°товление нитрида бора азотированием
с 501—506 ангидрида е углем— Журн. прикл. химии, 1961, 34, № 3,
477.
478.
479
480.
бой и разряа в ^вакуум/ й'й., Сидоров Н. И. и др. Электрический про-
Смит Я. Вейн Wt* АтомизДат„ 1966— 298 с4
гТЯ’*ЧМ ’ Изл'во «»”с™. литИЧе1962 - 504™/ И практические ПРИМ*
Пат' 50-2365 (Япония). Материалы
Опубл. 28 01.75 К°”ТаКТОв сеРебР°-карбид вольфрама-кобальт—
ка^НГ^М?970Ц1°Н7Н6ГсМаТерИаЛЫ/Под ₽вл- Л- Браутмана, Р. Кро-
Сорокин В.\ГаМеталлокер1ми™Х‘м М' ! Знание> ’981— 62 с.
пром-сть, 1960, Ks Ю, с. 38_39 КИв П0РШневые кольца.—> Автомобил.
481 г°Я РвД' Г' г-₽Гнесиня?— м^ Металл^” “ ?лектР<>ниКи i Справочник/
481, Справочник по > авиационным’ ллургия, 1981 — 344 с.
М. • Машиностроение, 1965 — -“^Риалам/ Дод ред. А. Т. Туманова.—
' • * * 4r« 4D0
482. Справочник по производству стекла/ Под ред. И. И. Китайгооопского
С. И. Сильвестровича.— М. : I осстройиздат, 1963.— Т 1 1025 с * Г°’
483 Степанчук А. И., Шлюко В. Я. Установка для получения плавленных
тугоплавких соединений.—Порошковая металлургия, 1969 №1 г ins
484. Слшляяс С. Электрические контакты Ag-CdO, полученные методом внут-
реннего окисления.— Там же, 1965, .Vs 3, с. 94—105 у
435. Сторож Б. Д.г Кузенкова Л4 А., Кислый П. С. Жидкофазное спекание
керметов T1N-W—А1аОэ,— В кн : Адгезия металлов и сплавов. Киев ;
Наук, думка, 1977, с. 108—113.
486. Строительные нормы и правила.— М. : Стройиздат, 1965._Ч, 3. 104 с
487. Стюарт Р. ТД-никель — В кн.: Новые материалы и методы исследования
металлов и сплавов. М. : Металлургия, 1966, с. 162__165.
488. Сыркин В. Г. Карбонильные металлы. — М. : Металлургия, 1978.—
256 с.
489. Сэкава Такэо. Паг. 7819 (Япония). Подшипники яа основе алюминия, со-
держащие графит.— Опубл. 12.04.69.
490. Сэкава Такэо, Суирю Кэнъити. Пат. 47—32163 (Япония). Спеченный по-
ристый подшипниковый сплав на основе алюминия и кремнезема, обладаю-
щий высокой износостойкостью при повышенных нагрузках,— Опубл
17 08.72.
491. Сэкава Такэо. Пат. 19017 (Япония). Метод получения пропитанных мас-
лом спеченных подшипников на основе алюминия — Опубл. 18 0S.69.
492. Таев И. С. Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения.— Д1,;
Энергия, 1965.— 222 с.
493. Таев И. С. Электрические контакты и дугогасительные устройства в аппа-
ратах низкого напряжения.— М. г Энергия, 1973,— 423 с.
494. Такэтани Ясуси. Пат. 52—62355 (Япония). Способ получения материала
для вакуумных контактов.— Опубл. 21.12.78.
495. Такэути Хисосукэ, Томита Садами, Охата Кокити. Пат. 25998 (Япо-
ния). Спеченные сплавы для сильноточных выключателей.— Опубл.
31.10.69.
496.
497.
498.
Теодорович 0. К. Материалы для контактов высоковольтных и низко-
вольтных тяжелонагруженных аппаратов,— В кнл Электрические кон-
такты и электроды. Киев г Наук, думка, 1977, с. 5—9.
Теодорович О. К. Материалы для электрических контактов высоковольт-
ных выключателей.— В кн.; Сильноточные электрические контакты и элек-
троды. Киев, 1972, с. 221—228. В надзаг..:; АН УССР. Ин-т пробл. мате-
риаловедения.
Теодорович 0. К., Братерская Г. И., Костенецкая Л. И. Эрозионный из-
нос металлокерамических контактов, работающих в режиме дуги малой
мощности.— В ки.: Сильноточные электрические контакты. Киев : Наук,
ло» 5Умка> 1970> с- 5—15.
4W. Теодорович О. К., Исаков Ю. А., Фоминых Ю. А. и др. Влияние неодно-
родносги микроструктуры вольфрамо-медных контактов на их износо-
устойчивость.— В кн.; Электрические контакты и электроды. Киев ;
Наук, думка, 1977, с. 24—28.
1еодорович О. К., Костенецкая Л. И. Влияние смазочного наполнителя
' на структуру и свойства слаботочных скользящих контактов.— Порош-
ел. новая металлургия, 1973, № 12, с. 33—37.
• 1еоаорович 0. К., Левченко Г. В. Опыт работы контактов из металлокера-
мических композиций иа основе вольфрама в мощных выключателях.
502 теКтричество» 1962, № 2, с. 64—68.
' ^Рентьев Я. К. Графитовый материал для изготовления подшипников,
у ^^ткений и поршневых колец.— Энергомашиностроение, 19bl, i ,
501 В. Е., Калиш В. С., Бронин С. В. и др. Производство порошка
Че„уни и конструкционных латунных деталей.— В кн.: р .
АНК^УггпНстрУкционные материалы. Киев, 1972, с. 17 25. В Д
Б0|, » Ин’Т пробл. материаловедения.
Йбг^зву5*’ Р" Крзндалл Б- Керметы.- М. : Изд-во иностр, лит..
„ _ . и Л Основные направления научных исследо-
505. Гита» М. Я., Сафояова и- ":..„енеиия плазмы в химической техноло-
«Гний за рубежом в области применения g_gQ
гни.- ХимУ Кьянов 'Ю. Г. и др. Высокочастот-
506. Толмасский И. С., Сыр на основе порошков кврбовильного железа,—
Поро№^^еталлургня^ ^«рьяное’ю. Г* и др. Новый магнито-
W* Й25Й ~ ворошкГкаВрбо4ильноРго Делеза,- Там же, № 4, е. 89-
90. _ олая /Япония)/ Спеченный, пропитанный маслом
508 Томида. Тадаси. Пат. 3008jnoHW _Опубл. 17.02.65.
подшипник из сплава на /рат. 5Q—133974 (Япония). Сплав се.
509. rS ’3-?5'75-
ребра, н! Рахматуллина А. 3. Горячее прессова-
51°' Й^^нКЕиие высокодисперсного нитрида титана- Порош-
НИС » >070 лъ 12 С* 27-—о2. & ч»
511. Ме’таллок'ера^ич^ские твердые сплавы.—>М. ’я Металлург-
В| ’ ЖЛГЛ-9 Основы металловедения и технологии производства спе-
512. Третьяков __ м . Металлургия, 1976.— 527 е.
ЖЯЖ SSX » С. Л. Физические остовы про,-
5 итого тугоплавких металлов.— Киев г Наук, думка, 1975. 315 с.
ТотишшЛ В. И., Гребцов Б. М.; Домашнее И. А. и др. Синтез нитридов
i гама СВЧ-разряда.— В кнл Плазмохимические реакции и процессы.
М.: Наука, 1977, ё. 26-49.
Туманов A. T.t Портной К. И. Композиционные материалы на основе
легких сплавов.— В ки.£ Проблемы металловедения цветных еплавов.
514
61$.
М.: Наука, 1978, с. 14-20.
516. Туманов А. Т., Портной К. Бабич Б. Н. и др. Дисперсноупрочпен-
яые жаропрочные никелевые сплавы ВДУ-1 и ВДУ-2.— В кил Композит ;
циовные металлические материалы. М., 1972, с. 119—-139. В надзагд
Всесоюз. ордена Ленина иауч.-исслед. ин-т авиац. материалов.
5 7. Туманов А. Т.* Портной К. И., Грачев Л. В. и др. Композиционные ма-
териалы систем Mg—В и Al—Ti—В. — В кн..: Волокнистые н дисперсно-
упрочненные композиционные материалы. М, t Наука, 1976, с. 44—47.
Туманов А. Г., Портной К. А. с. 526672 (СССР). Композиционные
материалы.— Опубл, в Б. И., 1976, № 32. A
Туманов А. Т., Портной К. И., Левинский Ю. В. а др. Жаропрочный
композиционный материал на никелевой основе ВКН-1.— В кн.;- Компов
знционные металлические материалы. М., 1972, е. 51—53. В надзаг.с Все-
союз, науч.-исслед. ни-т авиац. материалов.
'Г«МЛ1 Л П TI It ._____ 1
518.
519
kan т лпт^'п^ авпаа,; материалов.
U Исследование условий получения и свойств Компози-
ционных материалов, армированных тугоплавкими волокнами г Автореф.
К91 1л//.';3 лНДк'гех?- наУк-~ Киев, 1968.— 18 е. </|
“ М.: Мир, iggg ГраФит и его кристаллические соединения,—
гияТ^И!.—8CI *с ^Рессоваиие порошковых материалов.— М. t Металлур*
S23' яздат,В’1963.—”о8Лс.ВеДеВИв алектРИческих контактов.— М, : Госэнерго-
624. Устинов В. С.. Олесов У) г пп л „ . х
«и. >avT‘M.M6i n°p°M°M’мяал-
композиции Cu—W —°МрмОСТИ Деформации растяжением волокнистой
№ 11, с. 10___12. ' еТ лловедений и терм, обраб. металлов, 1969,
52(5» Уэльский А»*. Сыокии л г* т
теристика пирофорности металлик™ Е’> И' а др’ ,сРавйительная харак-
и хрома.- BectU ДкаХн „поРошков Вольфрама, молибдена
№ 4, с, 87-90 лкадем» навУК БССР. Сер, Фтз.ка зиергет. йавук. 1979,
М. : НИИМаш,' 1978?— 44^.СГ,лавы яля обработки металлов давлением.—
соя Федорченко И М. Металлокерамические материалы для узлов тоеиия_____'
& Порошковая металлургия, 1967, № 10, с. 51—62. Р
мд Федорченко И. М. Проблема антифрикционных материалов в современной
технике,- В кн.: Повышение износостойкости и срока службы машин :
Тез. докл. Киев, 1966, вып. 3, с. 5—17. В надзаг.: Киев. обл. правл. НТО
Машпром, Киев. обл. совет НТО, Ин-т пробл. материаловедения АН УССР
«0. Федорченко И. М. Развитие работ в области высокопористых материалов
из металлических порошков и волокон.— Порошковая металлургия 1979
X» 9, с. 25—35. ’ ’
531. Федорченко И. М., Андриевский Р. А. Основы порошковой металлургии._
Киев : Изд-во АН УССР, 1961.— 420 с. н
532 Федорченко И. М., Зозуля В. Д., Иванова И. И. А. с. 314809 (СССР)
' Металлокерамический антифрикционный материал,— Опубл, в Б И
1971, № 28. . * ’
533 Федорченко И. М., Зозуля В. Д., Колесниченко Л. Ф. и др. А. с. 384916
’ (СССР). Металлокерамичеекий антифрикционный материал,— Опубл
в Б. И., 1973, № 25.'
534. Федорченко И. М., Кря.чек В. Л4.у Панаиоти И. И. Современные фрик-
’ ционные материалы.— Киев : Наук, думка, 1975.— 334 е.
535. Федорченко И. А1., Мирошников В. И., Бородина Т.' И. А. с, 268658
(СССР). Уплотнительный металлокерамический материал.— Опубл
в Б. Й.» 1970, № 14.
536. Федорченко Й. М., Панаиоти И. И., Деркачева Г. М. А, с. 179932 (СССР).
Металлокерамический фрикционный материал.— Опубл, в Б. И., 1966, А1? 6.
537. Федорченко И. М., Пономаренко Н. Е., Львова Г. Г.А. с. 341856
(СССР). Металлокерамичеекий антифрикционный материал.— Опубл,
в Б. И., 1972, № 19.
538. Федорченко И. М., Пономаренко Я. Е. О механизме износа антифрикцион-
ных металлокерамических материалов в условиях торцевого трения сколь-
жения.— Порошковая металлургия, 1968, № 3, е. 75—83.
539. Федорченко И. М., Попченко Ю. А., Колесниченко Л. Ф. и др. Самосмазы-
вающиеся композиционные материалы и их фрикционные характеристи-
ки.— Там же, 1977, № 1, с. 78—82.
540. Федорченко И. М., Пугина Л. И. Композиционные спеченные антифрик-
циоиные материалы.— Киев : Наук, думка,' 1980.— 403 е.
Федорченко И. М., Пугина Л. Й. Спечен! аНтифрикцГйн!
резерв економп метал!в в машинобудуваннй— BicH. АН
№ 11, с. 52—57.
541.
матергали як
УРСР, 1977,
А. с. 196337
на железной
542.
543.
544.
Федорченко И. М., Пугина Л. И., Агеева В. С. и др.
(СССР). Антифрикционный металлокерамический материал
основе.— Опубл, в Б. И., 1967, № 11.
Федорченко Й. М., Пугина Л. И., Гайдученко К, и др. Унификация
спеченных антифрикционных материалов. Сообщ. 1.— Порошковая метал-
лургия, 1977, № 2, с. 44—48.
Федорченко И. М., Пугина Л. И., Пономаренко И. Е. Исследование свойств
сульфидированных железографитовых материалов при высоких скоростях
скольжения.—Там же, 1968, № 3, с. 28—31.
Федорченко И. М., Пугина Л. И., Пушкарев В. В. Антифрикционные
металлокерамические материалы на основе железа для тяжелых условий
Работы.— В ки.: Порошковая металлургия: Тр. II Междунар, конф, по
порошковой металлургии (Татра,' окт. 1966 г.) Прага г Б. и., 1966, т. о,
545 Федорченко И. М., Пугина Л. И., Слысь И. Г. Антифрикционные сульфи-
дированные металлокерамические материалы на основе нерясаветоще.
стали— в кн.: Повышение износостойкости и срока службы
«э. докл. Киев, 1970, вып. 3, с. 157-162. В надзагл Укр.НИИНШ.
547 пРобл. материаловедения АН УССР. м_гял.
^орченко И. М., Пугина Л. И., Филатова И. А. й др. Структураi мега
l968PaMj4QCKIix матеРиалов иа основе железа-— М’ ' Метал ур ’
48’ Фед°Рченко И. М., Пугина Л. И., Белобородов И. И. Металлопластмассо-
,u. „.«риалы «> o=»o~ нееферическнх ппрошхоп.- Порошке...
лурги». 1«. № Ь П-П.л. , ар. А. с. 276425 (СССР).
«.«риал,- Опубл. . В. И„
550. М..
цесса сульфидирования металлокерамяче №
л л’ ’’“.TTSST Я.? Невельштейн Л. Г, й др. Сравнительные
“' ЙЯК поршневых полей па трапторн».
гателе.— Там же, Дмитриева М. А. а др. Исследование
552’тех^огии Изготовления и свойств металлокерамических фильтров.-
«О Же,29Л№Ш^к/о’ф!; Мирошников В. И. А. с. 433234 (СССР).
553’ аЙнФрнХонн^й ^металлокерамический материал на основе железа—
554 фХмея’Л.1^.,1^^ ю’. Ф.к Мирошников В. Н. а др. Исследование
механических свойств при повышенных температурах спеченных материа-
лов на основе железа с добавками фтористого кальция.—Порошковая
металлургия, 1976, № 3, с.- 97—101. /гт „ „ г п г
555. Физико-химические свойства окислов г Справочник/Г1од ред. 1. В. Сам-
' сонова.-в М. : Металлургия, 1969.— 455 с.
556. Фишмейстер X. Горячее изостатическое прессование.— В кн.: Порошко-
вая металлургия.— 77» Киев f Наук, думка, 1977, с. 87—110.
557. Филатова Н* А., Слепцова И. П., Таранов Д. П. Металлокерамические
фильтры для очистки воздуха.—Порошковая металлургия, 1964, № 2, ®. 80.
558. Францевич И. Н. Материалы электрических контактов.— В, кнл Лекции
Всесоюз. шк. по электр. контактам и электродам. (Севастополь, июнь
1968 г.). Киев, 1969, ч. 1г с. 3—37.В надзаг.: АН УССР, Ин-Т пробл.
материаловедения.
559. Францевич И.. В. Электрические контакты» получаемые методами порош-
ковой металлургии.—Порошковая металлургия, 1980, № 8, я* 36—48.
560. Францевич И. Н., Воронов А,; А.,, Бакута С. А. Упругие постоянные
я модуля упругости металлов и неметаллов : Справочник.— Киев • Нал к
думка, 1982.—286 с.
пияпи^ви« Гнесин Г. Г.» Курдюмов А. В. и др. Сверхтвердые мате-
сеч Р"алы-— Киев : Наук, думка, 1980.— 296 с.
' Д°бролеж А., Смушкевич В. 3. и др. Карбид крем-
SM Киев„: УкРгостехиздат, 1963.—240 е.
‘ ч^<ны^компоэи111^0иПиН0С Д' М‘* Тульчинский Л. И. и др. Антифрик-
лургия, 1978, Т1,еб1-65? СПеченн0Го титана.— Порошковая метал-
тактож—^кн^ Электоиче^к °' РазРаботка металлокерамических кон-
c. 186-199.ТрИЧесКие ^нтакты. М.; JL I Госэнергоиздат, 1958,
5‘ мектрокоит?ктаых спеченныхч^ъ^ Чеховский А’ » дрг- Коррозия
кого климата____Пооошковая мЛТ"РИалОВ в Условиях морского тропичео-
566. Фридляндер И. ИлюминиеХ яЛГГИЯ’ 1977’‘ № 2- е. 41-43.
567. ф“;ТжМЁ:Аг7ЛЛ?ГИг’ 1979— 208ФсГИРУеМЫе —РУ^ионные спла-
568 ,980-~5 * 7il е? ХаР т " ГаЗЫ И УглеР°Д в металлах.—М. : Металлургия,
(Япония)? Спечеиньш'кольиа^пл^’ ^UH0Cuma Хирофуми. Пат. 51—41844
S59. Фукуи машин.-Опубл. 12.1L76.
кия). Стойкие протиГн^носа епе^нХТ Пат. 50^28365 (Япо-
570 2>ИЖеРат°Р<’в.— Опубл. 13.09 75 ННЫе МатеРиали для компрессоров и реф-
* Клементьев A. A Komruu я я =
Ийо м металлов из газово^пмы* В'п др' ОсажДение карбидов
1969, Вг 12, с, 39_ы_45 тазовой среды.— Порошковая металлургия,
571. Фусами Синдзи, Аоги Хирюки, Кисида Кацухиро и др. Пат. 51—37806
(Япония). Материал, стойкий против износа при высоких температурах.—
Опубл. 18.10.76.
572. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов s Справочник_М. s
Металлургия, 1962.— 1488 с. ,
573. Хаузнер Г. Г., Волкович В. Н. Требования к материалам для космической
техники.— В кн.: Тугоплавкие металлические материалы для космиче-
ской техники. М.: Мир, 1966, с. 7—30.
574. Хидзиката Кэндзо, Огура Сэйси, Сато Хатиро. Пат. 607 (Япония).
Спеченные материалы для скользящих электроконтактов.— Опубл.
05.02.58.
575. Хирицука Тосио, Канамару Тоеносцкэ, Ямадзоэ Хироси. Пат. 45971
(Япония). Способ получения уплотнительных материалов для различных
машин.— Опубл. 20.11.72.
576. Хольм Р. Электрические контакты.— М. : Изд-во инстр. лит., 1961—462с.
577. Хомич И. С., Наливка Г. Д. Работоспособность композиционных материа-
лов при магнитно-абразивном полировании.— В кн.: Новые методы испы-
тания в обработки материалов. Минск : Наука и техника, 1975, с. 189—195.
578. Хонкити Кзнья. Пат. 48—9685 (Япония). Алюминиево-медно-графитовый
сплав — тугоплавкий элемент скольжения.— Опубл. 27.03.73.
579. Христов Г., Драганов Н. Изследване влиянието на петиращите добавки
въерху свойства на хромкарбидии тверди сплави.— Металлургия, София,
1974, № 12, с. 21—25.
580. Хряпин В. Е., Лакадемовский А. В. Справочник паяльщика.— М. : Маши-
ностроение, 1974.— 325 е.
581. Цветков М. П., Амелин Г. П. Изготовление фрикционных деталей мето-
дом порошковой металлургии.— В кн.: Передовой научно-технический
и производственный опыт. М. : ЦБТИ, 1959, с. 48—54.
582. Цветков Ю. В. Современное состояние и перспективы применения низко-
температурной плазмы в процессах восстановления.— Физ. и хим. обраб.
металлов, 1974, № 5, с. 25—35.
583. Циелен У. А., Миллер Т. Н. Азотирование титана и циркония в высоко-
температурном потоке азота.—В кн.: Методы получения, свойства и при-
менение нитридов. Киев, 1972, с. 22—28. В иадзагл АН УССР. Ин-т
пробл. материаловедения.
584. Цобкалло С. О., Ткаченко В. Ф., Летуновский В. В. Технология изготов-
ления и свойства спеченных нержавеющих сталей и сплавов, легирован-
ных карбидом бора.— В кн.: Спеченные конструкционные материалы.
Киев, 1974, с. 98—103. В надзаг.: АН УССР. Ин-т пробл. материаловеде-
ния. »
585. Цуцуми Тэйаки, Эдзаки Сэйити, Метали Сэйхидзе и др. Пат. 19868
(Япония). Контактные пластины пантографов из медных спеченных спла-
вов.— Опубл. 14.09.64.
586. Четвертков И. И., Коросько Н. М. Потенциометры.— М. И Сов. радио,
1979.-64 с.
587. Чечулин Б. Б., Ушаков С. С., Разуваева И. Н. и др. Титановые сплавы
_ в машиностроении.— Л. : Машиностроение, 1977.— 248 с.
кяо ЧУнихим А. Электрические аппараты.— М. : Энергия, 1967.— 534 с.
оо9. Швейнин Г. П., Любимов В. Д., Митрофанов Б. В. и др. Физико-механи-
ческие свойства и некоторые рекомендации по исследованию безвольфра-
мовых твердых сплавов типа КНТ в металлообрабатывающей промыш-
№Н379™77)" СвеРдловск ЦНИТИ, 1977. — 4 с. — (Информ. листок;
590. Шевчук Ю. Ф., Мирошников В. Н., Кончаловский В. А. и др. Натурные
испытания железофторидсодержащих антифрикционных материалов.—
о кн.: Тез. докл. VI Респ. конф, по порошковой металлургии, Запоро-
жье, март 1969 г. Киев, 1969, с. 17—18. В надзаг.: АН УССР. Ин-* пробл.
591 шТе^аловедения-
лпкрп ?03енбеРг А. С,, Пугина Л. И. и др. Применение метал-
рамических антифрикционных материалов для подшипников вьюрко-
ю„ „ек-роедеква-Порошко"»» металлурга». 1971, *4* 100-
592. Ха, И- Я.. К- * W’ V””**”"- * ' Л ’ «*
гяя. 1966.—260 * д. я. Композиционные материалы на тита-
3^HXSSi ямскими.- Фаа. > «*•«- матера,.
594. ^Л'фязкк^и^афитовык ма,.риалов.-М. 4 Металлурги,.
1972.—253 с. rt т а Получение карбида циркония в полу.
595. Шумилова Р-Г., *к'о;ая металлургия, 1968, №4,с, 86-8^
595.TS^HP.V.rS^?T^‘ Полупромышленное получение карбида
??rH f n w КяиЛие пооистости на механические свойства материи
59Г- S^Koaoa металлурга..- Порошковая
59Я SZ'il '’«’’о ш'.ш темологачесит факторов на механические
свойства пористых материалов, получаемых методами порошковой метал-
лургни.— Тач же, № 10. С.’ 70—77.
599 Шербань Н. И. О зависимости прочностных свойств простых веществ от
’ температуры испытания.—В кн.г Электронное строение и физико-химиче-
ские свойства сплавов и соединении йа основе переходных металлов.
Киев : Наук, думка, 1976, с. 69—78.
600. Щербан* JL И. Структурные и энергетические аспекты прочности и пла>-
стячности пол и кристаллических беспористых материалов.— В кнл Порош-
ковые конструкционные материалы, Киев, 1980, с. 87—90. В надзаг.;
АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения.
1. Эдзаки Сзити, Митани Сигэхидв, Семидзу Сатору и др. Пат. 19806 (Япо-<
ния). Контактные пластины из спеченных сплавов на основе меди для из--,
готовлен и я пантографов высокоскоростных, электропоездов..— Опубл.
602. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электродов.— М.<.: Ьнер-у
гия, 1978.—253 с^ .
603. Эстрин Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер при
термической обработке стали.— М. : Металлургия, 1973.— 392 с.
604. Юдина С. А., Чусов А. Г., Косперович В. Б., Наумович И. В. Теплопроч-
иый композиционный материал на алюминиевой основе, упрочненный
коррозионностойкой проволокой типа ВНС9.— В кн,Л Композиционные
металлические материалы. М», 1972, с. 49-Т-51. В надзаг.» Всесоюз. орде-
Рдс хл л’>иии® яауч.-исслед. ин-т авиац. материалов.
Пугина Л» И., Синявская М. Д. и др. Технология полу-
пр-ва ^969° №В/ метелло^афитовых материалов.-? Технология и орг.
$$$* И.^Щербань Н. И. Уплотнение двухкомпонент-
1969, №^Б е ^ри^холодиом прессовании— Порошковая металлургия,
* ^т^опь^кпаллос-гекл4080 В'* Рысенка Е' В- и др- Коррозионная
№ И, с. 54—58 Т клянных спеченных материалов.—. Там же, 1976»
ине стечетных ^сплавов1 ^адзима' Пат- 49—372324 (Япония). Изготовле-
609. Яковлев” Д С. ^«железа,- Опубл. 08.10.74.
мииия.— Изв АН СССР г* '\^пРеделение примесей в нитриде алю-
c. 1603—1606 ЧАА-И' Сер. Неорган. материалы, 1979, 15, № 9,
?и^тАлто??нЙй ?шЙГаллТя0СВэ’ Такахаса МаМ°‘ Пг>Т- 411 (Япо-
08 01,70. ПЛав ^ля электрических контактов,— Онубл.
(Я^тониХ ^Ш^сос^ГЙ^спе^и4^ ИмаЯ ЙосакадзУ- ^ат. 48—30802
25.09.73. Й спе ченный алюминиевый сплав.— Опубл.
610.
611.
612. Я магу ти Гендзабуро, Масу яма Тосио, Такахаси Мацуо. Пат. 48—30803
(Япония). Самосмазывакмцийся спеченный алюминиевый сплав — Onvfi.n
25.09.73. v У '
613. Adter A. Sintered bearings.— In: Perspectives in powder metallurgy.
Vol. 4. Friction and antifriction materials. New York ; London : Plenum
press. 1970, p. 263—271.
614. Alexander J. A. Engineering uses of filament reinforced metal-matrix com-
posites.—Metals Eng. Quart., 1970, 10, Ns 2, p. 22—40.
615. Alexander J. A. Five ways to fabricate metal matrix composite parts.—
Mater. Eng., 1968, 68, N 1, p. 58—63. F
616. Ashill I. Fraces diffusion data for metals, alloys and simple oxides.— New
York: Plenum press, 1970.— 274 p. t t
617. Baskey R. H. Au choesligetion of seal materials for hightemperature appli-
cation.— ASME Trans., 1960, 3, N 1, p. 116—122. .
618. Belak J. Pistni kronzky ze spekane oceli.— Strojirenstvi, 1957, % N I,
p. 49—53-
619. Beyer H., Buron U., Dautzenberg N., Hewing J. Anmeldung 2261794- (ФРГ).
Sinterwerkstoff fur Dichtleisten von Rotationskolbenmaschinen.— Опубл.
04.04.74.
620 Biasis R., Bitgan M., Dabosi F. et al. Properties of sintered magnesium
products.—Powder Met., 1967, 10, № 20, p. 116—144.
621. Bosh F. M-, de Vynck A. Essoi de synthese du carbure et du nitrure de
bore.— Silicates Ind., 1962, 27, N 12, p. 587—590.
622. Bowen P. H. Dry lubricants.— Mach. Des., 1963, 35, N 26, p. 195—199.
623. Chawla К- K. Thermal cycling of copper matrix-tungsten fiber composites:
a metallographic study.— Metallography, 1973, 6, № 2, p. 155—169.
624. Collins В. T. The U. S. friction materials industry.— In: Perspectives in
power metallurgy. Vol. 4. Friction and antifriction materials. New York ;
London : Plenum press, 1970, p. 61—73.
625. Collins В. T., Schneider С. P. Sintered metal friction materials.— In: Mo-
dern developments in powder metallurgy. Vol. 3. Friction and antifriction
materials. New York ; London : Plenum press, 1966, p. 160—165.
626. Compo H. Self-lubricated bearing alloy.— Alloy Dig., 1971, 20, N 12,
p. 35—37.
627. Crookes C. G. New bearing metals reVeal in dirt and heat.— Des. Eng. (Gr.
Brit.), 1973, 38, N 8, p. 25—28.
628. Dover E. M., Ferriss D. P. Wear-resistant aluminium P/M parts fabrication
and properties.— Light Metal Age, 1977, 35, N 1/2, p. 16,18.
629. Dover E. M. Пат. 401594 (США). Production of sintered aluminium alloy
articles from particulate premixes..— Опубл. 05.04.77.
630. Dean A. V. The reinforcement of nickel-base alloys with high-strength tung-
sten wires.—J. Inst. Metals, 1967, vol. 95, N 3, p. 79—86.
631, Deventer M. Пат. 719146 (Великобритания). Self-lubricating bearing.
Опубл. 24.11.54.
632. Dellowy I. E., Shlmira H., Taylor R. I. Fabrication-festingdesign of Al—В
composite materials.— In: 14th Nat. symp. SAMPE, San Diego, 1968.
N.-Y.: Plenum Press, 1968, p. 28—34. ..
633. Dudas I. H., Broudyke К. 1. Aluminium P/M parts, their properties and
,,, Pylomance.—S. I., s. a.—7 p.— (SAE. Prepr. ; 700141).
Dufek V. The effect of different graphite gualities on the PrcP®^les„°’ws1?'
tered bronze-based friction material. Powder Met. Intern., 1970,. z, in ,
p. 10—12.
63r'Kovokeramickd tree! materiMy.— Praha ; SNTL, 1965. 134_ s.
б3®- Dufek V., Miculek I. Vliv zakladniho slogeni a technologickych
.oc®trukturu a vlastnosti gelesografilov^ch trecich ma.erialu. Hut . У»
21 TQ fi e EfiQ ECO ,
7‘ hdlculek J. Soucasni smery vyzkumu v k?v°VuMt11C1965
"ecich materialu v CSSR.— Pokroky Praskove Metallurgy, VUPM,
638‘ Vende Л., Riffer R. Ein Beitrag zur Herstellung vwi
femk 5rnigen Borkarbid.— Planseeber. Pulvermet., 1976, 24, № 4, S. 280 283.
640.
641.
- ti e F HpssbI W. Пат. 22458 (ГДР). Verfahren zut per.
Sung sefetfchmiLender ohne Zusatz von 61 arbeitender GleJjwerkstoJ.
F^a£'Hor^r'6M. Пат. 3370928 (США). Tungsten carbide based cer.
met.— Опубл. 2^06-6Д . L j Metall~Graphit-Verbundwerkstoffe mit
tonaebMaj 1965.
Ste^hel Ё. Пат. 2974039 (США). Moulding of metal
powders.- Опубл. 07.03.61. refractory metal carbides for
SS’pnibeCl''=n- Soe. Bu1U ,973. 52,
плл F ,2’™r8DAM7— Allov Dig i 1977, Febr., p. 87—92.
& «т Я:
642.
643.
о. 181—184.
646. Foley Е., Polk R. Пат. 3838981 (США). Wear-resistant powder metallur-
gy nickel-based alloy.—Опубл. 01.01.74.
647. Frehn F. Пат. 2139781 (ФРГ).— Dichtelement.— Опубл. 07.03.74.
648. Frehn F. Пат. 1257140 (ФРГ). HochverschleiBfeste, bearbeitbare und hart-
bare Sinterstahllegierungen und Verfahreo zur Herstellung dieser Legie-
rungen.— Опубл. 29.08.68.
649. frehn F. Пат. 1558477 (ФРГ). HochverschleiBfeste» bearbeitbare^ und hart-
bare Sinterstahllegierung.— Опубл. 26.11.70.
650. Frehn F, Anmeldung 2244470 (ФРГ). Hochkorrosionsbestandige und vers-
653.
654.
655.
656.
657.
660.
661.
chleiBfeste Sinterstahllegierung.— Опубл. 04.04.74».
651. Frehn F. Пат. 2417186 (ФРГ), Verwendung einer metallkarbidhaltigen
eisenlrein austenitischen Sinterlegierung als Werkstoff fur narte, verschleis-
teste und korrosiorisbestandige Gegenstlnde.— Опубл. 23.10.75.
652. Frehn F. Anmeldung 2318414 (ФРГ). Verwendung einer Sinterlegierung
lur starkem VerschleiB und Schwindungeti ausgezetzte Maschinen und Mo-
torenteiie.—Опубл. 31.10.74.
$035226 (ФРГ). Verwendung einer Sintermetallegierung fur
verscnleiBfeste, mechanisch und korrosionschemich hoch beansprucbte
uegenstande mit geringer Dichte.— Опубл. 23.08.73.
bUH a rg Пат< 988684 <фР™я). Coussinets pour le montage de
Onvftn * exPlosion pour 1'automobile, l’aviation, etc.-
V/Il У ил « USMJO.Dl,
ЙЙ~ОпУЙТ*19.05270? (США)* Method of Producing ferrous sintered
N°78,Ap. 23-24meabima ^ei Sinterizzati,—Partes. Месс. КаЦ 1974, 10,
658 bea”ngS mafe’
’ matOeS.i Ibid™ l^TVVw? Production and use of sintered friction
659. Greanauer L N ’6' P< 256-269.
J±Jaliolb’earW-- ОЙ. 15%8963ШВеЦИЯ)’ Sintered mater5a!s for SeIb
20, N 4, рЛавб—298^eInen^ed carbides.— Planseeber. Pul ver met-, 1972,
matrix composHe^Ini'p'oc °svmn~6A1'~4V ~~ borsik composites. Metal-
burgh 1969. Columbus, Ohio,y™969SPn" a^7 metah S°C' AIME* Pltts*
bid^—Опубл.аТ14'оЗ.%6° (ВеЛИКОбрИТаНИя)- Production of titanium car-
Cu-w"wlakno -SKokOT?US a Гот, °S,\ne vlasfnosti zlozeneho materialu
s ^oy^bavi^Mwe7r%es^tan^f^”^ Sintered
i3 09 72>
618
662.
663.
664,
666. Hiraoka Takeshi, Urano Shigery. Пат. 3930902 (СШЛ). Relative sliding m₽m
bers.— Опубл. 06.01.76. K
667. Holden A., Hoyt E., Cummings W. et al. Metal borides for control rod
plication: Preparation, properties and radiation affeebs.— In- Prenrintc ^i
4th plansee seminar, Reutte/T troll, 20—24 J uni, 196L Wien- Sorin Jr
Verlag, 1962, S. 615—645. aPringer-
668. Hovel T. Пат. 972871 (ФРГ). Verwendung einer Cupfer legierung fflr Gieit.
teile.— Опубл. 10.08.51.
669 Hutnenik M., Hall D., Alsten R. Graphite-based cermet is a new material
for bearing, electrical and high-temperature applications.— Metal Ргмг
1962. 81, Xs 4, p. 101—108. ' S '*
670 Humenik M., Hall D., Alsten R. New family of metal graphites handles
' many bearing jobs.— Iron. Age., 1960, vol. 202, Xs 10, p. 171—173.
671 labal A., Barranca L. Reinforcement of magnesium with boron and tantalum
° filaments.- Metal. Trans., 1973, 4, № 3, p. 793-797.
672. Jaborsky L., Havalda A. Mechanika vlastnosti zlozenych materialov Cu—W—
wlakno pripravenych difuznum sporjovanim.— Kokove mater., 1974 12
№ 1, s. 108—117.
673. Jangg L., Kutner F., Korb J. Dispersiongehartete Werkstoffe aus basis
von Al und Cu. Abhandlungen der 6 Internationale Pulvermetallurgische
Tagung. Bd 1. Grundlagen, Herstellung und Eigenschaften yon Sinter und
Verbundwerkstoffen. Dresden, Okt. 1977. Berlin: Dtsch. Akad. Wiss^ 1977
S. 23/1—23/8.
674. Jangg G., Kieffer R., Kogler H. Herstellung der Silizide der Ubergangsmetal-
le nach dem Hilfsmetallbadverfabren.— Z. Metallk«s 1968, 59, № 7, S. 546.
675. Jenkins A. Powder metal-based friction material.— Powder Met., 1969,
12, № 24, p. 503—518.
676. Jenicek L., Nedbal 1., Dtifek V. On the behaviour of some sulphur compo-
unds added to sintered iron-based friction materials.— Ibid., p. 283—297.
677. Kaskey R. Fiber reinforcement of metallic and nonmetallic composites. Clevite
Corp. Final Report (ASD—TDK—63—619), July. 1963.
678. Kisly P. S., Kuzenova M. A«, Struk L. J. et al. Refractory compounds
for vacuum evaporation of aluminium.— High Temp.-High Pressur., 1978,
10, Xs 2, p. 305—308.
679. Klein R. Пат. 253759 (CHIA). Wear-resistant material and method of mak-
ing such material.—Опубл. 09.01.51.
680. Koehler M. Пат. 2741827 США). Process for the manufacture of piston
rings by powder metallurgy and articles obtained thereby.— Опубл.
17.04.56.
681.
682.
683.
684.
Koehler M. Пат. 2114160 (ФРГ). Ferfahren zur Herschtellung von Ventil-
sitzringen auf pulvermetallurgischem Wege.— Опубл. 16.09.76.
Koehler M. Пат. 2842471 (США). Powder metallurgy and piston rings ob-
tained thereby.— Опубл. 08.07.58.
Komeya K. Synthesis of — form of sillicon nitride from silica.— J. Mater.
Set.. 1975, 10, Xs 7, p. 1243—1246.
Korbln С. I.. Aluminium made into bearings by new powder process.—
как и°п..Л^е’ 1964’ ,93’ № 18> P- 135—136. , ,nco
85- Kozhk R. A. Non-galling nickel alloy.— Foundry Trade J., 1958, 104,
fiaa ,2174’ P- 717—718. , . .
6- Kuhn W. The formation of silicon carbide in electric arc..— J. Electrochem.
6R7 1963- no« № 4- P- 298—306. .... .
°8'- Levinstein M., Bauersfeld E. Пат. 4023252 (США). Clearance control through
?,nickel-graphite-aluminium-copper-based alloy powder mixture. Опубл.
l7-°5.77. '
88- Lindsey D. Пат. 3862959 (США). Composite sliding member.— Опубл.
04.03.75.
Jfac Kinnon J., Reuben B. The preparation of boron carbide ® 01
690 лл°’ г?ЯиепсУ plasma.— Chem. and Ind., 1973, vol. 18, № 3, p. ,. ,
• Mac Kinnon Z, Reuben B. The synthesis of boron carbide in a radio fr
SSL mTL P!nasma—J- Electrochem. Soc., 1975, 122, N 6 p. 806-81L
Mal M, Tarkan S. Steel-bonded cabides as engineering materials.
689.
Progr. powder met.: Nat. powder met, conf, proc* Chicago, March 1972.
New York, 1972, Р- 209—22. zirconium oxide by means of
692. Matsumoto 0.. MigarakiT. Caroonau п, 388__393.
plasma jet.— Denki^ Kaga ’Заката К. Studies on nitrides formation
«’’ *969’ N «•
^Ivermetallu ^2027902 (ФРГ). Gleitwerkstoffe fiir Trokenlauf auf Basis
695. Merit К. Пат. 20279IW Опубл. 22.06.72.
696. ^еуе?£ег°£.еПат. 2431646 (ФРГ). Warmfeste Aluminium Sinlerlegier-
T. Preparation of crystalline boron carbide
phafe reaction.— J - Less-Common. Metals 1965, 8 N 6, p 368.
МпьЛа» J Cousin W.* Brown H. Compacting and press.ureless sintering
Й Kriflium powders-J- Powder Met.» 1965, N 2, p. 63-76.
Mooradians V’f Electrical contacts.— Mater, and Method., 1936, 44, № 3,
697.
698.
699.
700.
701.
702.
703.
704.
705.
706.
707.
708.
Мопто/о Niiikato M. Resistance and erosion characteristics of in-
ternally oxidized Ag—CdO—NiO alloy for electrical contact material,—
J. Jap. Inst. Metals, 1968, 32, №7, p. 19—22.
Motoyoshi Osawa M. Пат. 3834898 (США). Valve seat material for in-
ternal combustion engines and similar material.1— Опубл. 10.09.74.
Mott L. H. The development and progress of porous- metal since.— In: 5th
Europ. Symposium on Powder Metallurgy. Sodertalge., 1973, p. 86—90.
Niimi 1., Hashimoto K-, Ushitani K. et al. Пат» 3863318 (США). High tem-
perature resistant wear-proof sintered alloys.— Опубл. 04.02.75.
Nonne M.t Feingold W.f Sutton IF^.The importance of coating in the pre-
paration of Al filament metal—matrix composites» interfaces, in composit-
es.— ASTMSTR 452, 1969, p. 59—89.
Oakley J. Пат. 1151355 (Великобритания).' Improvements in and relating*
to bearings for rotatable shafts and the lika.— Опубл. 07 05.69.
Oconnor T. Synthesis of boron nitride.—J. Amer. Chern. Soc.« 1962, 84,
N 9, p. 1753-1755. -
709.
710.
711.
Parana W. Пат. 3072477 (США). Non-galling alloy.— Опубл. 08.01.63.
Paulus M. Les poudres ultrafines.— In: Metallurgie des poudres. Promesses
et problemes:* Materiaux et techniques, numero hors serie. Paris, 1975,
p. 166—181. 1 T
PpniatowskiM.t Cieasing M. Dispersionsgehartete Werkstoffe auf Silber und
Kupfer basis.-г. Metallk., 1968, 9, № 3, S. 165—170.
d sifed metaI hearings: their production and -perfor-
Г PT° Aer 1964’ 12> N 24> P- 356-385.
awhardpnaMp^r -V 3374575 (США). Tungsten carbide dispersion .in
-rm ""^eenable cupro-nickel.— Опубл. 04 07 72 »
7l2' JinfSVn’biXfd^- The \nfl.u®nce of silica'and alumina additions to
lurgy. Vol 4 FrlrHrt<?On a*13***/? s\‘~ In: Perspectives in powder metal-
Р1е1Уит preset 197o! p. *6?—73ШПСНоП raateriaiSj New York; London •
na zlklade ocele^Hutn ® v^r°ba spekanego trecieho materialu
714’ ^on^ges^nteVte^^RVrbwerks^oS^611 ^um^Rei bungs Ind^vSchleisverhalten
715. Reynolds J.. Smart R Hall nr' 45/0-45/23.
Ind., 1962, 101, N 16- о lubrication developments.—Metal
716. Robinson R. Fiber strength °’ ... v
p. 107—123 strength metal composition.
717. "
— ASTM, 1967,. 427, N 9,
722.
723-
724.
718. Rudiger 0., Exner H. L’apport de recheches fond mentales an development
des metaux durs.— In: Metallurgie des poudres. Promesses et probl Mate-
riaux et techniques, numero hors serie. Paris, 1975, p 72—78 P
<США)' Slldi”8 “,1 parl’ "" «*
n0- йЛЙл’Л N 7T^,h'™d -'"I". «‘«1-
721. Sempel I*. Пат. 809972 (ФРГ}. Legierung fur Lagemetall.— Опубл. 02 10 48
— Show J., Knopp V. Oilless bearing material.— Prod. Eng., 1975, 2», N 1’
p. 203—205.
Staff report: Application outlook for aluminium P/M parts.— Metal Proer
1971, 99, N 4, p. 60—64. ° **
Staff F., Stevenson C., Wood G. The friction and wear of stellit-31 bv tem-
perature interval 293 К to 1073 K.— Metals Technol., 1977, 4, N 2 p 66—
74.
725. Storchheim $., Cross А. Пат. 1115465 (Великобритания). Powder Metal-
lurgy.—Опубл. 29.05.68.
726. Strobel E., Uebel H. Praktische Erfahrung bei der Anwendung von Eisen-
Graphit-Friktionswerkstoffen.— In: Bericht fiber die 2 Intern. PulvermeL
Tag. in Eisenach. Berlin: Akad. Verb, 1962, S. 541—550.
727. Strobel E., Kahne E. Kontaktwerkstoffe in Elektrotechnik.— Berlin : Akad
Verb, 1962.—305 S.
72i. Strobel E., Kuhne E., Rebsch H., Uebel H. Пат. 43180 (ГДР). Ver-
fahren zur Herstellung von Eisengraphit-Verbung-werkstoffe,— Опубл.
20.02.66.
729. Strobel E., Rebsch Ji., Henkel H. Eisengraphit-Friktion-werkstoffe fflr hohe
Gleitgeschwindigkeiten.— In: Ber. Ill Inb Pulvermet. Tag.# Eisenach
13—15 Maj, 1966. Berlin : Akad. Verl., 1966, S. 285—293.
730. Sump C., Forest P., Swartz С. Пат. 2888739 (США). Bearing composition.—
Опубл. 02.06.59.
731. Symposium of powder metallurgy.— Spec. Rep., 1947, London, N 38,
p. 110.
732. Takahashi Kentaro, Hasegawa Minoru, Nara Kaoru. Пат. 1472954 (Ве-
ликобритания). Heat and ahrasion-resistant sintered alloy.— Опубл.
11.05.77.
733.
734.
735.
736
Takahashi Kentaro-, Hasegawa Minoru, Nara Kaoru. Пат. 3837816 (США).
Thermal' and abrasion—resistant sintered alloy.— Опубл, 24.09.74. **
Takahashi Kentaro, Hasegawa Minoru, Nara Kaoru. Пат. 3793691 (США).
Thermal and abrasion-resistant sintered alloy.— Опубл. 26.02.74.
Takahashi Kentaro, Hasegawa Minoru, Nara Kaoru. Пат. 3795961 (США).
Thermal and abrasion—resistant sintered alloy.— Опубл. 12.03.74.
Talmage R. Sintered iron piston rings.— Metal Progr., 1961, 79, N 5,
Р- 89-91.
/37. Thomson R. Пат. 2855659 (США). Sintered powdered metal piston ring.—
£пУ<5л. 14.10.58. , .
148 Tsuya 1., Shimara H., Umeda K. A study of the properties of copper and
“PPer-tin-based self-lubricating composites.— Wear, 1972, 22, N z,
intermetallics combat wear and corrosion.— Metal Progr 4 1975,
•tin !?*’ N 5- P- 90—92. r ril ~
Vambersky А. Пат. 87231 (ЧССР). SpSkanfi siltins Zeleza, grafitu a medt
741 ?,r?f,smykadlov6 kontakty.— Опубл. 15.09.58. . . , ff
Volker u., Cerloff С. Пат. 1533278 (ФРГ). Gesinterter Reibwerkstoff.—
Опубл. 29.04.71
> ^interhager V., 'Hanusch K. Herstellung von Titannitrid in Gleichstrom-
743 Ber- Dtsch. Keram. Ges., 1969, 46, N 4, S. ^"LfXreiffens-
’ Пат- П03593 (ФРГ). Verfahren zur Verbesserung der Sintereigens
744 у Ль, J1 Y?n Bronzepulvern.— Опубл. 21.04.66. f
finf1^? Kawasaki A., Nakagawa K., Akashi K. The synt _ 1979
14е nitride in an radiofrequency plasma.— J. Mater. •» »
N 6, p, 1624—1630.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абразивный инструмент 460
Абразивная способность 108
Алмазные инструменты (см. ннструмен-
тальные материалы)
Алмазы
природные 466, 468
синтетические 109, 460, 468, 472
Альнико 363, 364
Аммиак диссоциированный (см. защит-
ные среды)
Антифрикционные материалы
двухслойные 273, 299, 300
для работы без смазки 307—309, 312
в воде, вакууме и коррозионных
средах 317, 318
в режиме самосмазывания 305—307
при высоких скоростях скольжения
314, 316, 317
при повышенных температурах
311—313, 325
для скользящего токосъема 317, 319-н>
321, 433, 434, 436
матрнчио-иаполнениого типа 301
металлографитовые 281, 296, 298, 316k
металлостеклянные 144—151, 301
металлофторопастовые 310, 316
на основе влюминия 291—293,296 308
желеазв 283-*289, 304, 308, 312,’з13,
меди 278—283, 308, 314, 315
нержавеющих сталей 287, 289 308
к®б?лма 2э0» 291,’308.
л I л . .4 । Fi ' *
TypQ4^90«XqSJoT%JYI0H и соединений
294—296, 312, 314, 324, 325
Армированные КМ
на основе алюминия 114_118 19е»
кобальта 115, 124, 125 ’
магния 115, 125
меди 115, 121, 125
никеля 115, 121—125
титана 115, 119, 120, 125
Антиобледенители 532
Армирующие волокна
бора 115, 116, 119, 120
борснка 119, 120
вольфрама 115, 121, 122
карбида кремния 115, 119, 123
молибдена 115, 119, 120
оксида алюминия 115, 123
оксида кремния 117
стали 115, 116
углерода 115, 117
Балласы 468, 469, 473
Биметаллические материалы* 273, 449,
458, 459
Бориды 84, 86—89, 93, 100, 109, 111,
460—464, 550
Борсик (см. армирующие волокна)
Бронза еловянистая 278, 280
свинцовистая 279, 282
Бронзографит 238, 268, 274, 275, 279,
280
Взрываемость порошков 584, 585
газовых сред 588
Высокопбристые материалы
из волокон 510, 513, 519, 530
из порошков бронзы 512, 514, 517,
520, 528
железа 512, 517, 520
нержавеющих сталей 512, 514, 517,
520, 527, 528
никеля 512. 514, 517, 520
титана 513, 514, 520, 528
тугоплавких соединений 523, 529,
530
Газы защитные (см. защитные среды)
Газопоглотители 576, 577
Гексанит (см. сверхтвердые инструмент
тальные материалы)
Гексаферриты 412, 413
Гипсовые формы 371
Грануляция порошков 489, 491
Графитовые огнеупоры (см. огнеупоры)
Деталей конструкционных
классификация 155
технологическая схема изготовления
157
Детали конструкционные
иа основе железа 206—209
цветных металлов 228—230
Днсперсноупрочненные материалы
на основе алюминия. 128, 130—132,
140
бериллия 128, 132, 133, 140
вольфрама 128, 140
золота 129, 140
кобальта 135, 140
магния 136, 140 i
меди 136, 140
никеля 137, 138
иихрома 137, 139
олова 128
платины 139
свинца 128, 140
сталей 134
Железографит 238, 268, 276, 283, 285,
304
Защитные среды
азот 571, 574, 577
аммиак диссоциированный 268, 270,
572, 575, 580, 582
аргон 288, 574
вакуум 268, 270, 497, 557, 571
водород 268, 538, 557, 574, 581
природный газ конвертированный 268,
270, 572, 575, 581
экзотермический газ 270, 575, 578, 581
эндотермический газ 268, 270, 575,
577, 581
Износостойкие материалы
металлостеклянные 144—146
пропитанные легкоплавким металлом
150—152
с неравновесной структурой 142, 143
с твердыми смазками 152—154
Износостойкость материалов
антифрикционных 298
Режущих 481
Фрикционных 345, 346, 347, 353, 355,
356
Инструментальные материалы
волок 471, 472
горного инструмента 473, 509
«Ругов шлифовальных 473, 474, 480
"Реформ и штампов 195, 196, 506—
468-471’
Иструмеитов стойкость 478, 481
Капиллярный слой (см. тепловые тру-
бы)
Карбиды 79, 83, 89, 92, 104, 105 109
112, 460—464, 468, 541
Керметы
на основе боридов 261
карбидов 258
нитридов 260
оксидов 256
Контакты (см. электрические контакты)
Концентрация предельно допустимая
584, 585
Магнитно-абразивные материалы 109,
ПО
Магнитодиэлектрики 367
Магнитомягкие материалы 357
Магнитотвердые материалы 362
Магнитопласты 413, 429
Магнитоэласты 413, 429
Механическая обработка (см. обработ-
ка порошковых материалов)
Минералокерамика (см. сверхтвердые
инструментальные материалы)
Нагревателей электрических
типы 379, 381
условия эксплуатации 379, 382
Нагреватели электрические
из дисилицида молибдена 377, 381, 382
из карбида кремния 377, 378
Наконечники для термопар 383, 386
Наплавочные смеси 111
Нитриды 81—84, 93, 95—98, 108, 460—
464, 541
Обработка порошковых материалов
магнитно-абразивная 109
механическая 239, 274, 275, 321, 333,
342
термическая 202, 212, 216, 239, 271,
272, 327, 445
термомагнитная 278, 327, 417,
термомеханическая 127, 198—200, 239,
371, 446, 496, 538, 540
химикотермическая 203, 204, 239, 27),
287, 289, 315
Огнеупорность 369
Огнеупоры
оксидные 372, 373
карборундовые 374, 375
‘ углеграфитовые 375
Ортоферриты 412
Пасты
доводочные 465, 482
резистивные 399
Пермаллои 362
Пресс-форм _
материал 195, 196, 338, 506—о08
расчет 185—188
стоимость 236
схемы кинематические 191, 192
Проницаемость фильтров 515, 51о
Проницаемые материалы (см, высоко-
пористые материалы)
Пропитка пористого каркаса
легкоплавким металлом 145, 150, о 10,
314,318,325,439—441,448, 465,530
маслом 277, 342, 530
стеклом расплавленным 14о
суспензией твердой смазки 277
фторопластом 300, 301
Резания режимы
инструментами алмазными 481
из гексанита Р 478
минералокерамики 481
эльбора 475
твердых сплавов 274, 275, 481,494
Резисторов стеклофаза 404, 405
Резисторы
объемные е переменным сопротивле-
нием 384, 389, 398
с постоянным сопротивлением 384,.
389
толстопленочные подстроечные 398—
401
регулировочные 398
тонкопленочные 398
Самосмазывающнеся подшипники 305—
307, 319
Сверхтвердые инструментальные мате-
риалы
на основе алмазов природных 466.
468, 470, 471
алмазов синтетических 109 460—
465, 468—474, 478
быстрорежущих сталей 495, 501
минералокерамики 465, 467, 480__
482
НИ480Да б°Ра 4б5г 475~477» 479>
твердых сплавов 483—493, 497—500,
Силииит 465, 481
Силициды 80, 81, 84, 92, 460-464 541-
Сталей порошковых ’ 041
прокаливаемость 211
термическая обработка 202, 212, 213,
термомеханическая обработка oir чпл
Стали порошковые раоотка 216> ^20
высокопрочные 218, 221
мартенситностареющие 218
нержавеющие 221-223, 225
низколегированные 216
углеродистые 212—217
Суспензии доводочные 482
Тепловых труб
материал капиллярного слоя 514
материал оболочек 514
теплоноситель 514, 525, 526
Термодинамические свойства
боридов 248
карбидов 247
нитридов 247
оксидов 246
Уплотнительные материалы 326, 327
Ферриты
магнитомягкие 412, 420, 427
СВЧ 412, 421, 422, 427
е прямоугольной петлей гистерезиса
42 к 423
магнитотвердые 422, 423, 425, 428,429
монокристальные 419, 428
• пленочные 419, 428
Феррошпинели 412, 427
Фильтры
для очистки газов 528—530
для очистки жидкостей 528—530
Фрикционные материалы для работы
в условиях сухого трения
на основе железа 343—346
на основе меди 347—350
для работы в масле 350—353
Фрикционные добавки 335
элементы 329, 331
Электрические контакты
на основе псевдосплавов 430, 432. 438,
441, 456, 457
серебра 435, 444, 447, 456, 457
тугоплавких соединений 442 448,
456, 457
для сильноточных аппаратов 437, 442,
446
для слаботочных аппаратов 433, 435,
442, 448, 449
Элементы поглощающие 551
тепловыделяющие дисперсные 545—•
548
керамические 537
металлические 535, 536
Ядерное топливо 534