Високоміцні металеві сплави
ВИСОКОМІЦНІ́ МЕТАЛЕ́ВІ СПЛА́ВИ — метали з присадкою легувальних елементів, що мають підвищену міцність (часто і пластичність) у порівнянні з технічними металами. Назву сплавів визначають за осн. металом, вміст якого значно перевищує кількість додаткових хім. елементів. Високої міцності більшості сплавів досягають шляхом поєднання процесів мікролегування, термомех. обробки, обробки тиском тощо. Гол. завданням при створенні В. м. с. є одночасне підвищення міцності та збереження (або підвищення) пластичності. Проте більшість В. м. с. характеризуються пониженою технологічністю (погано зварюються, оброблюються різанням тощо), тому створення машин і конструкцій з цих сплавів вимагає нових спец. технол. і конструктор. підходів. У промисловості переважно застосовують високоміцні алюмінієві, титанові і мідні сплави, високоміцні сталі та чавуни.
Високоміцний чавун — сплав на основі заліза з вуглецем (2– 4,5 %), з домішками марганцю, кремнію, сірки і фосфору. Високої міцності (на розтяг 400– 1500 МПа) досягають за допомогою модифікування структури домішками хрому, магнію, кальцію, церію і деяких ін. елементів, завдяки чому вуглець знаходиться у кулястій формі графіту. Має підвищену пластичність (видовження 2– 20 %), значну стійкість проти зношення, корозійну стійкість, високі ливарні властивості. Із високоміц. чавуну виготовляють деталі двигунів, прокатні валки, шестерні, труби тощо. Маса литих заготовок прибл. вдвічі нижча ніж ін. видів чавуну. Використовують замість сталі, деяких кольор. металів.
Високоміцна сталь — сплав на основі заліза з вуглецем (до 2 %) та ін. елементами, який завдяки легуванню, термомех. обробці має міцність 1100– 1500 МПа, видовження 15– 20 %. Сортамент багатокомпонент. сталей, які мають 6–8 легувал. елементів, складає бл. 100 марок. Підвищення міцності сталей дозволяє полегшити різноманітні конструкції одночасно з покращенням експлуатац. якостей. Нові типи сталей розробляють для виготовлення труб і буд. конструкцій, на замовлення судно-, мосто-, автомобілебуд. пром-стей, регулюючи склад легувал. елементів, режими гарячої і холод. прокатки. Створення нових типів великих автомобілів, літаків та відповідно потуж. двигунів вимагало марок сталей з високою міцністю (до 1200 МПа) і пластичністю (видовження 12 % після термообробки). Хромомолібденові сталі використовують для виготовлення високоміц. зварювал. деталей і конструкцій (вісі, вали, труби, листи), призначених для роботи при підвищених т-рах, та деталей машин, що мають високу межу витривалості (зубчасті колеса, шпинделі тощо) і працюють в умовах знач. навантажень та швидкостей; нікелемолібденові сталі — для виготовлення деталей моторів, молотів, пресів тощо. Набула розвитку група хромонікелемолібденових марок сталей, які підлягають цементації, гартуванню і поєднують високу поверхневу твердість і міцність зі знач. пластичністю серцевини. Її використовують у машинобудуванні для виготовлення деталей з великими удар. навантаженнями при великих швидкостях (зубчасті колеса складної конфігурації, кулачкові муфти).
Високоміцні алюмінієві сплави — сплави на основі алюмінію з добавкою міді, магнію та ін. елементів. Мають високі мех. властивості (міцність 350– 450 МПа) та корозійну стійкість, малу об’ємну густину. Серед них: авіаль — з добавкою магнію і кремнію (прибл. по 1 %), міді, марганцю або хрому (бл. 0,5 %), піддається загартуванню і штуч. старінню, використовують для виготовлення пресів і штампів, деталей авіаконструкцій, буд. конструкцій тощо; дуралюмін (дюралюміній) — міді (2–5 %), магнію (до 2,7 %) і марганцю (до 1 %), піддається загартуванню і старінню, використовують у транспорт. конструкціях; силумін — кремнію (до 23 %), а також деяких ін. елементів (мідь, марганець, магній), з добрими ливар. властивостями, застосовують для виготовлення складних деталей двигунів, побут. техніки тощо; спец. сплави із літієм — 1420, 1430, 1460, 1201; сплави марки АМг із вмістом магнію 3–6 %; сплави марки В92Ц та інші із цинком і магнієм (разом 5–7 %), піддаються загартуванню, застосовують у авіа- і ракетобудуванні.
Підвищення міцності титанових сплавів досягають завдяки введенню легувал. елементів (по декілька відсотків) алюмінію, молібдену, ніобію, цирконію тощо, а також термомех. обробці. Міцність сплаву 4201У сягає 800–1000 МПа, багатокомпонент. сплаву ВТ23 — 1100–1200 МПа, в’язкість — до 40 Дж/см2. Використовують для виготовлення авіац. двигунів, корпусів підвод. човнів, деталей аерокосміч. техніки тощо.
Високоміцні сплави міді (бронзи) — сплави з невеликою кількістю легувал. елементів, що мають найнижчу розчинність і підвищують температуру рекристалізації (хром, кобальт, берилій, нікель тощо — бл. 1 % кожний, в сумі — бл. 5 %). Міцність на розтяг 400–900 МПа, видовження — 10–20 %; мають високу тепло- і електропровідність. Використовують для виготовлення електродів, електротех. арматури, теплообмін. агрегатів, кристалізаторів тощо.
Обсяг виробництва В. м. с. почав зростати від кін. 1960-х у зв’язку з інтенсив. розвитком будівництва відп. інж.-тех. споруд, проектування і виготовлення ракетно-косміч. техніки тощо. Окрім підвищення експлуатац. показників машин і металоконструкцій, впровадження матеріалів з підвищеною міцністю забезпечило економію матеріалів, зниження маси виробів тощо. Зростаючі вимоги до експлуатац. якостей сучас. машин і конструкцій вимагають створення нових В. м. с. В Україні розробкою таких сплавів і технологіями їх виробництва та обробки займаються в інститутах НАНУ — Проблем матеріалознавства, Електрозварювання, Фіз.-технол. металів та сплавів, Проблем міцності, Надтвердих матеріалів (усі — Київ), Чорної металургії (Дніпропетровськ); ВНЗах — Нац. тех. університеті України «Київ. політех. інститут», Нац. металург. академії України (Дніпропетровськ), Приазов. тех. університеті (м. Маріуполь Донец. обл.); на металург. підприємствах — ВАТах «Запоріжсталь», «Криворіжсталь» (Дніпроп. обл.), «Азовсталь» (м. Маріуполь), «Маріупол. металург. комбінат ім. Ілліча», «Дніпроп. металург. завод ім. Петровського», «Запоріз. титано-магнієвий комбінат», «Артемів. завод з обробки кольор. металів» (Донец. обл.).
Рекомендована література
- Развитие металлургии в Украинской ССР. К., 1980;
- Неорганическое материаловедение в СССР. К., 1983;
- Николаев А. К., Новиков А. И., Розенберг В. М. Хромовые бронзы. Москва, 1983;
- Патон Б. Е., Лобанов Л. М., Павловский В. И. Изготовление сварных крупногабаритных тонкостенных панелей из высокопрочных алюминиевых сплавов // АС. 1989. № 10;
- Сучасне матеріалознавство. ХХІ сторіччя. К., 1998;
- Мелехов Р. К., Похмурський В. І. Конструкційні матеріали енергетичного обладнання. К., 2003.
Завантажити статтю
