Металловедение высокодемпфирующих сплавов

Металловедение высокодемпфирующих сплавов

Фавстов Ю.К., Шульга Ю.Н., Рахштадт А.Г.

Металлургия, 1980 г.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  НИТИНОЛА

 

Технологические свойства сплавов нитинол следует признать удовлетворительными. Получение изделий мо¬жет быть осуществлено литьем, обработкой давлением в горячем и холодном состояниях, сваркой в защитной атмосфере.

 

Условия выплавки

 

Основная трудность в получении сплавов нитинол  заключается в необходимости обеспечения их точного химического состава. Это обусловлено очень большим влиянием последнего на температуру мартенситного прев¬ращения. Так, отклонение в содержании никеля на 0,5% может изменить температуру превращений на 50—60° С. Известные трудности в выплавке сплавов нитинол соз¬дают также большая разница в плотностях никеля и ти¬тана и высокая активность титана в расплавленном со¬стоянии, однако активность резко снижается при образо¬вании однородного жидкого раствора.

Агрегаты для   выплавки сплавов нитинол   должны обеспечивать быстрый нагрев и хорошую защиту от окисления. Этим условиям удовлетворяют индукционные печи, а также дуговые печи с плавящимся электродом; более производительными и технологичными являются индукционные печи. Тигель для ведения плавки может быть или графитовым или, что лучше, керамическим из окиси циркония (ZrCb). Вследствие большой активности расплавленного титана и значительной растворимости углерода в титане при ведении плавки в графитовом тиг¬ле в него вначале загружается уже ранее выплавленный сплав нитинол в количестве около 10% от массы шихты; при ведении плавки в керамическом тигле вначале за¬гружают никель.  После расплавления нитинола или ни¬келя небольшими порциями вводят остальную шихту.

Плавку рекомендуется вести в защитной атмосфере или в вакууме.

Разливку сплавов нитинол проводят при температуре 1400—1470° С.

 

Обрабатываемость давлением

Сплавы нитинол удовлетворительно обрабатываются давлением как в горячем, так и в холодном состояниях.

Горячую обработку давлением (прокатка, ковка, прес¬сование) проводят в интервале температур 900—700° С. Слитки сплавов с содержанием от 47 до 51% (ат.) до¬пускают горячую обработку давлением без предвари¬тельной термической обработки слитков. При содержании от 51 до 59% (ат.) Ni слитки подвергают предваритель¬ному гомогенизирующему отжигу при 1050° С с последу¬ющим медленным охлаждением. Для предотвращения образования зональных термических напряжений реко¬мендуется применять ступенчатое охлаждение с изотер¬мической выдержкой при 850° С. Повышение пластично¬сти после отжига достигается благодаря связыванию избыточного (сверх стехиометрического состава) никеля в соединение NiTi3; включения NiTi3 в пластической мат¬рице не препятствуют горячей обработке сплавов.

При проведении холодной обработки давлением сле¬дует особое внимание обращать на температуру мартенситного превращения сплава; обработку проводят толь¬ко в области температур выше температуры мартенситного превращения.

 

Глава VII

 

ЧУГУНЫ —СПЛАВЫ с высокими ДЕМПФИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ

 

Чугун является исторически первым конструкционным материалом, который был использован для деталей ме¬ханизмов и машин, работающих при вибрационных на¬грузках. Широкое применение чугуна в этих условиях обусловлено его способностью гасить колебания в ре¬зультате внутреннего рассеяния энергии упругих коле¬баний.

Величина демпфирующих свойств чугуна влияет не только на уменьшение амплитуд вынужденных и осо¬бенно резонансных колебаний; она в определенной сте¬пени влияет на чувствительность к надрезам при знакопеременном циклическом нагружении и конструктивную прочность отливок [137].

Наибольшее количество поломок деталей машин про¬исходит в результате воздействия циклических знакопе¬ременных нагрузок, которые соответствуют области упругих напряжений (меньше предела текучести). При¬менение чугуна в этих случаях является незаменимым, так как, не уступая значительно по прочности некото¬рым углеродистым сталям, чугун в то же время имеет высокую способность к демпфированию колебаний. Чу¬гун нашел широкое применение при изготовлении таких деталей машин, как шестерни, коленчатые и распреде¬лительные валы автомобильных и тракторных двигате¬лей, поршни, станины, блоки и другие детали, которые по условиям работы подвержены воздействию цикличе¬ских (в том числе знакопеременных) повторяющихся нагрузок. Примером может служить применение чугуна с шаровидным графитом вместо стали в качестве мате¬риала для валов мощных двигателей , при достаточ¬но низкой ударной вязкости чугуна 100—150 кДж/м2эти детали оказываются значительно более надежными в эксплуатации по сравнению с валами из стали, имеющей ударную вязкость 600—800 кДж/м2.

В последние десятилетия появился ряд работ, в которых описываются результаты исследований демпфирующих свойств чугуна и обсуждаются причины этого явления. Одно из первых обобщений опубликованных результатов исследований демпфирующей способности чугуна сводится к следующему:

1) с увеличением временного сопротивления при растяжении демпфирующая способность снижается;

2) при касательных напряжениях демпфирующая способность несколько ниже, чем при нормальных;

3) демпфирующая способность несколько понижает¬ся при большом количестве циклов и стабилизируется после 200 тыс. колебаний;

4) при увеличении действующей нагрузки демпфиро¬вание возрастает;

5) увеличение амплитуды колебаний приводит к боль¬шей разнице демпфирующей способности чугунов раз¬личных марок.

В основном эти выводы вполне соответствуют совре¬менным представлениям о закономерностях изменения демпфирующих свойств различных металлов в указан¬ных условиях.

 

СТРУКТУРА ЧУГУНОВ

 

Решающее значение для уровня демпфирующих свойств чугуна имеют количество, форма и распределе¬ние графита в чугуне. Поэтому роль графита как струк¬турной составляющей чугуна в явлении рассеяния энер¬гии упругих колебаний следует рассмотреть особо.

Увеличение   содержания графита в чугуне снижает временное сопротивление при растяжении и сопротив¬ление изгибу. Более грубые выделения графита приво¬дят к большему снижению прочностных свойств, играя роль   надрезов в структуре   матрицы. От количества, формы и распределения  графита зависит и весь комп¬лекс обычных механических свойств чугуна. Именно поэтому при увеличении содержания кремния, сильно графитизирующего чугун, снижается временное сопротивление при растяжении, сопротивление изгибу и твердость. В этом случае в результате активной графитизации происходит уменьшение количества перлита и соответственно   увеличение количества менее прочного феррита.