- •О. В. Климов, ю. І. Кононенко, в. Л. Грешта сталі та сплави з особливими властивостями
- •1 Визначення структурних класів заданих марок легованих сталей з використанням діаграм рівноваги та перетворення переохолодженого аустеніту
- •1.1 Вплив легувальних елементів на структуру сталі
- •1.2 Класифікація легованих сталей
- •2 Зносостійкі матеріали
- •2.1 Види зносу та шляхи підвищення зносостійкості
- •2.2 Матеріали з високою твердістю поверхні
- •2.2.1 Матеріали, стійкі до абразивного зносу
- •2.2.2 Матеріали з високим опором зносу від втоми
- •2.2.3 Графітизовані сталі
- •2.2.4 Матеріали стійкі до зносу в умовах високого тиску та ударних навантажень
- •2.3 Антифрикційні матеріали
- •2.4 Фрикційні матеріали
- •3 Корозійностійкі матеріали
- •3.1 Види та механізми корозії
- •3.2 Корозійностійкі матеріали
- •3.2.1 Атмосферокорозійностійкі низьколеговані сталі (акс)
- •3.2.2 Корозійностійкі сталі (кс)
- •3.2.2.1 Особливості хімічного складу та структури неіржавіючих сталей
- •3.2.2.2 Крихкість корозійностійких сталей
- •3.2.2.3 Корозійностійкі сталі, що підлягають термічному зміцненню
- •3.2.2.4 Корозійностійкі сталі, які не зміцнюються термічною обробкою
- •3.2.3 Сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •3.2.4 Титан та його сплави
- •3.2.5 Алюміній та його сплави
- •3.2.6 Мідь та її сплави
- •3.2.7 Тугоплавкі метали
- •3.2.8 Благородні метали
- •3.2.9 Неметалеві матеріали
- •4 Матеріали стійкі до впливу температури та зовнішнього робочого середовища
- •4.1 Жаростійкі матеріали
- •4.1.1 Принципи легування жаростійких сталей
- •4.1.2 Феритні хромисті та хромоалюмінієві сталі
- •4.1.3 Мартенситні та мартенсито-феритні хромокремнієві сталі
- •4.1.4 Аустенітні сталі та сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •4.1.5 Інші матеріали
- •4.2 Жароміцні матеріали
- •4.2.1 Особливості хімічного складу та структури жароміцних матеріалів
- •4.2.2 Класифікація жароміцних матеріалів
- •4.2.3 Помірно жароміцні сталі перлітного та мартенситного класів
- •4.2.3.1 Перлітні сталі
- •4.2.3.2 Хромисті сталі мартенситного та мартенсито-феритного класу
- •4.2.4 Жароміцні сталі аустенітного класу
- •4.2.4.1 Гомогенні сталі
- •4.2.4.2 Сталі з карбідним зміцненням
- •4.2.4.3 Сталі з інтерметалідним зміцненням
- •4.2.5 Жароміцні сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •4.2.5.1 Залізонікелеві сплави
- •4.2.5.2 Сплави на нікелевій основі
- •4.2.6 Жароміцні сплави на основі кобальту
- •4.2.7 Інші матеріали
- •4.2.7.1 Помірно жароміцні матеріали
- •4.2.7.2 Жароміцні сплави на основі важкотопких елементів
- •4.2.7.3 Композиційні жароміцні матеріали
- •4.3 Холодостійкі матеріали
- •4.3.1 Критерії холодостійких матеріалів
- •4.3.2 Холодостійкі сталі
- •4.3.2.1 Холодостійкі сталі кліматичного холоду
- •4.3.2.2 Сталі для кріогенної техніки
- •4.3.2.2.1 Аустенітні сталі
- •4.3.2.2.2 Нікелеві низьковуглецеві сталі
- •4.3.2.3 Ливарні сталі
- •4.3.3 Залізонікелеві сплави
- •4.3.4 Сплави кольорових металів для кріогенної техніки
- •4.3.4.1 Алюміній та його сплави
- •4.3.4.2 Титан та його сплави
- •4.3.4.3 Мідь та її сплави
- •4.3.5 Холодостійкі неметалеві матеріали
- •5 Матеріали з особливими фізичними властивостями
- •5.1 Провідникові матеріали
- •5.1.1 Електричні властивості провідникових матеріалів
- •5.1.2 Провідникові матеріали
- •5.1.2.1 Метали та сплави з високою провідністю
- •5.1.2.2 Припої
- •5.1.2.3 Надпровідники
- •5.1.2.4 Контактні матеріали
- •5.1.2.5 Сплави з підвищеним електричним опором
- •5.1.2.6 Матеріали для термопар
- •5.2 Матеріали з особливими магнітними властивостями
- •5.2.1 Особливості процесів намагнічування матеріалів у зовнішньому магнітному полі
- •5.2.2 Магнітом’які матеріали
- •5.2.2.1 Низькочастотні магнітом’які матеріали
- •5.2.2.2 Високочастотні магнітом’які матеріали
- •5.2.3 Магнітотверді матеріали
- •5.3 Сплави з особливими тепловими властивостями
- •5.3.1 Сплави з заданим температурним коефіцієнтом лінійного розширення
- •5.3.2 Сплави з заданим температурним коефіцієнтом модуля пружності
- •5.4 Матеріали з ефектом пам’яті форми
- •5.4.1 Механізм ефекту пам’яті форми
- •5.4.2 Сплави з ефектом пам’яті форми
- •5.4.3 Застосування сплавів з ефектом пам’яті форми
- •5.5 Радіаційностійкі матеріали
- •5.5.1 Радіаційні дефекти та властивості матеріалів
- •5.5.2 Основні компоненти сучасного ядерного реактору
- •5.5.3 Радіаційностійкі матеріали
- •Література
- •6.050403 «Інженерне матеріалознавство»
5.1.2.5 Сплави з підвищеним електричним опором
Такі сплави використовують для прецизійних елементів опору (обмоток потенціометрів, шунтів, котушок опору, резисторів, тензометричних датчиків) та нагрівальних елементів електричних приладів та печей.
Підвищеним опором володіють металеві сплави зі структурою твердих розчинів. Електричний опір таких сплавів (див. рис. 5.3) вищий за опір металів, що їх утворюють. Сплави високого опору повинні володіти незначним температурним коефіцієнтом електричного опору, а також високою жаростійкістю, що є особливо важливим для нагрівальних елементів.
При використанні сплавів в електровимірювальних приладах в парі з міддю від них вимагається незначна термоелектрорушійна сила (ТЕРС). У більшості випадків сплави використовують у вигляді смуг або дроту, а тому вони повинні володіти доброю пластичністю. Усі сплави з підвищеним опором в залежності від робочої температури поділяють на три групи.
Сплави, робоча температура яких не перевищує 500 С, використовують для виготовлення прецизійних елементів опору. До них відносяться мідні сплави, що леговані нікелем та марганцем. Маркування, хімічний склад і електричні властивості таких сплавів наведено в табл. 5.3.
Таблиця 5.3 – Властивості реостатних сплавів [5]
Сплав |
Масова частка елементів, % |
Електричні властивості |
||||
Ni |
Mn |
Cu |
, мкОмм |
105, 1/C |
tроб, С |
|
МНМц 40-1,5 (константан) |
39…41 |
1…2 |
основа |
0,48 |
3 |
500 |
МНМц 3-12 (манганін) |
2,5…3,5 |
11,6…13,5 |
основа |
0,43 |
2 |
200 |
При легуванні нікелем мідний сплав МНМц 40–1,5 (константан) набуває високого показника питомого електроопору при 20С, невелике значення . Однак через високе значення ТЕРС (термоелектрорушійної сили) у парі з міддю (рис. 5.3) константан застосовується здебільшого тільки для виготовлення термопар.
Заміна нікелю в мідному сплаві марганцем, зберігаючи опір та , зменшує ТЕРС (див. рис. 5.3). Сплав МНМц 3–12 (манганін) має широке застосування для прецизійних елементів опору: резисторів, теплодатчиків, шатунів та ін.
Недоліком мідних сплавів є їх схильність до окислення під час нагрівання, що змінює перехідний електроопір. Тому часто використовують сплави на основі срібла, паладію, золота, платини. Такі сплави використовують при нагріванні до 200С.
Сплави на основі заліза і нікелю, робоча температура яких менша за 1200С, використовують також для елементів опору та нагрівальних елементів. Легування хромом забезпечує їм високий електроопір і жаростійкість. Маркування, хімічний склад і властивості таких сплавів наведено в табл. 5.4. Сплави на основі заліза недефіцитні; це і є їх перевагою перед ніхромами. Однак додаткове легування алюмінієм для підвищення жаростійкості погіршує пластичність, що ускладнює отримання дроту незначного перетину. Сплави на основі заліза використовують для реостатів та нагрівальних елементів в потужних електронагрівальних установках і промислових печах.
Таблиця 5.4 – Властивості сплавів для нагрівальних елементів [5]
Сплав |
Масова частка елементів, % |
Електричні властивості |
|||||
Cr |
Al |
Fe |
Ni |
, мкОмм |
105, 1/C |
tроб, С |
|
Х23Ю5 (хромаль) |
21,5…24,5 |
4,6…5,3 |
Залишок |
0,6 |
1,37 |
1,4 |
1200 |
Х20Н80 (ніхром) |
20…23 |
– |
1,5 |
Основа |
1,11 |
9,0 |
1100 |
При температурах вищих за 1200 С (в вакуумних печах) використовують сплави на основі тугоплавких металів: W, Mo, Ta. Для виготовлення нагрівачів електричних печей (до 1500 С) використовують також керамічні матеріали, наприклад, силітові стрижні, які спікають із карбіду кремнію. Силіт є напівпровідниковим матеріалом і має високий електроопір. Розповсюджені також нагрівачі з дисиліциду молібдену (MoSi2) [5].