19.5 Алмаз как материал для изготовления инструментов

80 % добываемых природных алмазов и все синтетические алмазы используются в качестве инструментальных материалов.

Основное количество алмазов используется в виде алмазного порошка для изготовления алмазно-абразивного инструмента – шлифовальных кругов, притиров, хонов, надфилей и др., для обработки твердых металлов и горных пород.

Алмазный инструмент изготовляется в виде алмазосодержащих кругов с бакелитовой или металлической связкой.

Также изготавливают алмазные резцы, фильеры (для волочения проволоки из твердых и драгоценных металлов) и др.

20. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы

20.1 Коррозия: понятие и виды

Разрушение металла под воздействием окружающей среды называют коррозией.

Коррозия помимо уничтожения металла отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики деталей, содействуя всем видам их разрушения.

Коррозия в зависимости от характера окружающей среды может быть химической и электрохимической.

1. Электрохимическая коррозия.

Имеет место в водных растворах, а так же в обыкновенной атмосфере, где имеется влага.

Сущность этой коррозии в том, что ионы металла на поверхности детали, имея малую связь с глубинными ионами, легко отрываются молекулами воды. Разность зарядов на границе «металл – вода» обуславливает скачок потенциала, который в процессе коррозии изменяется.

За нулевой потенциал принимают равновесный потенциал водородного иона в водном растворе при концентрации положительных ионов водорода, равной 1 моль ионов Н⁺ на 1 литр.

Стандартные потенциалы других элементов измерены по отношению к водородному потенциалу.

2. Химическая коррозия.

Происходит за счет взаимодействия металла с газовой средой при отсутствии влаги. Продуктом коррозии являются оксиды металла. Образуется пленка на поверхности металла толщиной в (1…2) периода кристаллической решетки. Этот слой изолирует металл от кислорода и препятствует дальнейшему окислению, защищает от электрохимической коррозии в воде.

В зависимости от структуры коррозия имеет разное проявление: при однородном металле – коррозия происходит равномерно по всей поверхности. При неоднородном металле – коррозия избирательная и называется точечной.

При создании коррозионно-стойких сплавов сплав должен иметь повышенное значение электрохимического потенциала и быть по возможности однофазным.

20.2 Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов

Коррозионная стойкость может быть повышена, если:

- содержание углерода свести до минимума;

- ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы в таком количестве, при котором скачкообразно повысится электрохимический потенциал сплава.

Важнейшими коррозионно-стойкими техническими сплавами являются нержавеющие стали с повышенным содержанием хрома: хромистые и хромоникелевые.

Содержание хрома должно быть не менее 13% ((13…18)%).

Коррозионная стойкость объясняется образованием на поверхности защитной пленки оксида Cr₂O₃.

Углерод в нержавеющих сталях является нежелательным, так как он обедняет раствор хромом. Чем ниже содержание углерода, тем выше коррозионная стойкость нержавеющих сталей.

Различают стали ферритного класса 08Х13, 12Х17, 08Х25Т, 15Х28. Стали с повышенным содержанием хрома не имеют фазовых превращений в твердом состоянии и поэтому не могут быть подвергнуты закалке. Значительными недостатками этих сталей является повышенная хрупкость из-за крупнокристаллической структуры и склонность к межкристаллитной коррозии (по границам зерен).

Из-за склонности к росту зерна ферритные стали требуют строгих режимов сварки и интенсивного охлаждения зоны сварного шва. Недостатком является и склонность к охрупчиванию при нагреве в интервале температур (450…500) С.

Из ферритных сталей изготавливают оборудование азотно-кислотных заводов (емкости, трубопроводы и арматуру).

Для повышения механических свойств ферритных хромистых сталей в них добавляют (2…3) % никеля. Стали 10Х13Н3, 12Х17Н2 используются для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих в агрессивных средах.

Стали мартенситного класса 20Х13, 30Х13, 40Х13. После закалки и отпуска при (180…250) С стали имеют твердость (50…60) HRC и используются для изготовления режущего инструмента (хирургического), пружин для работы при температуре (400…450) С, предметов домашнего обихода.

Стали аустенитного класса – высоколегированные хромоникелевые стали. Никель после охлаждения на воздухе до комнатной температуры дает в стали структуру аустенита.

Нержавеющие стали аустенитного класса 04Х18Н10, 12Х18Н9Т имеют более высокую коррозионную стойкость, лучшие технологические свойства, хорошо свариваются. Они менее склонны к росту зерна при нагреве и не теряют пластичности при низких температурах.

Для большей гомогенности хромоникелевые стали подвергают закалке с температуры (1050…1100) C в воде. При нагреве происходит растворение карбидов хрома в аустените.

Упрочняют аустенитные стали холодной пластической деформацией, что вызывает эффект наклепа.

Для уменьшения дефицитного никеля часть его заменяют марганцем (сталь 40Х14Г14Н3Т) или азотом (сталь 10Х20Н4АГ11).

Аустенитно-ферритные стали 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т являются заменителями хромоникелевых сталей с целью экономии никеля.

Термическая обработка таких сталей включает закалку от температуры (1100…1150) C и отпуск-старение при температуре (500…750) C.

Аустенитно-ферритные стали не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением: трещины могут возникать только на аустенитных участках, но ферритные участки задерживают их развитие.

Кроме нержавеющих сталей в промышленности применяют коррозионно-стойкие сплавы на никелевой основе.

Сплавы типа хастеллой содержат до 80 % никеля, другим элементом является молибден в количестве до (15…30) %. Сплавы являются коррозионно-стойкими в особо агрессивных средах (кипящая фосфорная или соляная кислота), обладают высокими механическими свойствами. После термической обработки – закалки и старения при температуре 800 С – сплавы имеют предел прочности до 1200 МПа, и твердость до 360 НВ. Недостатком их является склонность к межкристаллитной коррозии.