Қыздыру элементтеріне арналған жоғары электр кедергілі болаттар мен қорытпалар

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

СӨЖ

Тақырыбы: Қыздыру элементтеріне арналған жоғары электр кедергілі болаттар мен қорытпалар. Конструкциялық жақсартылатын қосындылы болаттар

Орындаған: Шалқарова Ж. Ш.

Топ: ХН-221

Тексерген: Тлеуғали Е. Т.

Семей, 2015

Мазмұны

Кіріспе3

II Теориялық бөлім4

2. 1 Қыздыру элементтеріне арналған жоғары электр кедергілі болаттар мен қорытпалар4

2. 1. 1 Электр кедергісі жоғары болат пен қорытпа4

2. 1. 2 Ерекше жылулық қасиеті болатын қорытпа5

2. 1. 3 Пішінін жадында сақтау қабілеті болатын қорытпа6

2. 2 Конструкциялық жақсартылатын қосындылы болаттар9

2. 2. 1 Қоспалаушы элементтердің болат механикалық қасиеттеріне әсері10

2. 2. 2 Төменгі қоспаланған конструкциялық болат12

2. 2. 3 Төменгі қоспаланған карбонитридті беріктенетін болат13

Қолданылған әдебиеттер:14

Кіріспе

Металлургияның, оның ішінде әсіресе болат металлургиясының, адамзат қоғамының дамуында маңызы өте зор. Өйткені болат өнеркәсіптің қай саласының болмасын негізгі конструкциялық материалы болып қала бермек.

Болат - көп компонентті негізі темір қорытпа. Химиялық құрамы бойынша екі үлкен топқа бөлінеді:

көміртекті болат;
қосындылы (қоспалы) болат.

Құрамында тұрақты элементтермен (Si, Mn, P, S, ) қатар көміртегісі 0, 025 2, 14%, негізі темір қорытпаны көміртекті болат деп атайды. Болатқа белгілі бір қасиет беру үшін қосынды (қоспалы) деп аталатын элементтерді (Al, Cr, Ni, W, V, Mo, Ti және т. б. ) арнайы қосу арқылы алынатын болатты қосындылы деп атайды.

Көміртегі - болаттың құрылымы мен қасиетін анықтайтын негізгі элементтің бірі. Кремний мен марганец пайдалы элементтер қатарына жатады, олардың мөлшері көміртекті болаттардағыдан асқанда қосынды элемент болып есептелінеді. Фосфор мен күкірт зиянды элементтер болатындықтан олардың мөлшері болат маркасына қарай шектеулі.

Болат өндірудің негізгі екі жолы бар:

1 Темір кенін тотықсыздандыру арқылы темір алу, яғни бір сатылы темір кені-болат сұлбасы бойынша. Қазіргі кездегі тәсілден темір кенін тура тотықсыздандыру арқылы кеуек темір алуды атауға болады.

2 Шойынды қайта балқыту үрдісі, яғни екі сатылы темір кені - шойын-болат сұлбасы бойынша: алдымен домна пешінде шойын алу, содан кейін шойыннан болат қорыту үрдістерінің бірімен болат өндіру.

Қазіргі кезде болат өндіру негізінен екі сатылы сұлба бойынша жүзеге асырылады. Болат өндірудің негізгі тәсілдерінен конвертерлік және электрлік пештерде болат қорытуды атаған жөн. Конвертерлік тәсілдің ішінде кеңірек тарағаны сұйық шойынды техникалық таза оттегімен үрлеу үрдістері

II Теориялық бөлім 2. 1 Қыздыру элементтеріне арналған жоғары электр кедергілі болаттар мен қорытпалар 2. 1. 1 Электр кедергісі жоғары болат пен қорытпа

Қалыпты жағдайда меншікті электр кедергісі 0, 3 10 ^-6 Ом м-ден кем емес өткізгішті электр кедергісі жоғары материал деп атайды.

Материалдарды үш топқа бөлуге болады:

1) электр қыздырғыштық;

2) резисторлық;

3) термопаралық.

Әр түрлі электр пештері мен аспаптардың қыздыру элементтерін жасау үшін электр кедергісі жоғары қорытпалар қолданылады. Оларға қойылатын талаптар: жоғары электр кедергісі мен қызуға төзімділік, жеткілікті беріктік пен пластикалық.

Көбінесе 1050-1150˚С температураға дейін жұмыс істей алатын ферронихром Х15Н60, нихромдар Х20Н80, Х20Н80Т және т. б. пайданалынады. Бұл қорытпалардың кемшілігі: қымбат никель мөлшерінің жоғарылығы. Сондықтан оларды Х13Ю4 (фехраль), ОХ25Ю5А (хромаль) және т. б. алмастырады. Неғұрлым алюминий мен хром мөлшері көбейген сайын, қорытпаның жұмыстық температурасы соғұрлым арта түседі. Х13Ю14 және 1Х17Ю5 болаттары 850-1000˚С температураға дейін жұмыс атқара алады, 1Х25Ю5-1150˚С, 0Х27Ю5А- 1250˚С.

Реостаттық материалдарға қойылатын негізгі талап: электр кедергісінің температуралық коэффициенті мүмкіндігінше аз болуы, яғни температура өзгергенде материалдың электр кедергісі аз өзгеруі керек. Реостат сымы 300-500˚С температурадан жоғары қызбайды.

Реостаттық қорытпа ретінде мыс қорытпалар - константан (маркасы МН Мц 40-1, 5; құрамы 39-41% Ni; 1-2% Mn, қалғаны - Сu), манганин (маркасы МНМц3-12; құрамы: 2, 5-3, 5%Ni; 11, 5-13, 5% Mn, қалғаны - Cu), никелин (30-31%Ni, 2-3%Mn, қалғаны - Cu), қолданылады, ал техникалық сым резистор ретінде - мысникельді қорытпалар (мельхиор МН19, нейзильбер МНЦ 15-20) қолданылады.

Балқытылған металл мен өндірістік пештер және т. с. с. температурасын анықтау үшін термопаралар қолдынылады. Оларға қойылатын талаптар: термоэлектр қозғағыш күші жоғары және коррозияға төзімді болуы керек.

Сонымен қатар сым жасау үрдісінде жеткілікті беріктік пен пластикалық керек.

0-2000˚С аралығындағы температураны өлшеу үшін вольфрам-рений ВР5/20 термопарасы қолданылады, 300-1600˚С аралығында - платинородий - платинородий ПР 30/6, 0 - 1300˚С аралығында - платинородий - платина ПР 10/0.

2. 1. 2 Ерекше жылулық қасиеті болатын қорытпа

Техниканың көптеген саласы (аспап пен мәшине жасау және т. б. ) белгілі температура аралығында өзінің өлшемін сақтау қабілеті болатын материалдарды қажет етеді. Сондай талаптарға ерекше жылулық касиеті болатын қорытпалар сай келеді. Материалдың сызықтық ұлғаюының температуралық коэффициенті, олардың негізгі сипаттамасы болып табылады. Қорытпалар ферромагнитті және магнитті емес болып ажыратылады.

Ферромагнитті қорытпалар Fe - Ni жүйесі негізінде жасалған. Кеңірек қолданылатын маркасы 36Н инвар (36 % Ni, қалғаны Fe) және т. б. қорытпалар (32НКД, 35НГК, 32НК, 36НХ) . Температура өзгергенде өлшемі өзгермейтін бөлшек жасау үшін инвар қорытпасы қөптеген аспаптарда қолданылады. Қорытпаның сызықтық ұлғау температуралық коэффициенті α мәнін төмендетіп тұрақтандыру үшін, оны шынықтыру (830--870˚С, су), босаңдату (315˚С) және ескіруден (95˚С) өткізеді. Инвар қорытпасының сызықтық ұлғаю коэффициентінің аз мәні (α=1, 5 10 ^-6 ˚С ^-1 ) -60 - тан +100˚С температура арасында сақталады. 32НКД маркалы суперинвар қорытпасының сызықтық ұлғаю температуралық коэффициенті α=1, 0 10 ^-6 ˚С ^-1 (-60 тан +100˚С арасында) .

Қорытпа және онымен дәнекерленетін органикалық емес заттың сызықтық ұлғаю коэффициенттерінің мәні мүмкіндігінше бір - біріне жақын болып, әрі материалдар фазалық түрленіске ұшырамау керек. Осындай мақсат үшін 30НКД (29, 5 - 30, 5% Ni; 13 - 14, 2% Co; 0, 05% C; 0, 3 - 0, 5% Cu; қалғаны Fe) және 29НК (28, 8 % Ni; 17, 8 % Co; 0, 02% C; қалғаны Fe) қорытпалары қолданылады.

Магнитті емес материалдардан маркасы 75НМ, 80НМВ, 70НВД қорытпаларын атауға болады.

Дәлдігі жоғары аспаптардың серпімді элементтерін (серіппе, спираль, сильфон және т. б. ) жасау үшін серпімділік модулі тұрақты маркасы 44НХТЮ, 43НКТЮ, 45НХТ, 36Н11Х және т. б қорытпалар қолданыс тапты (11. 4-кесте) .

11. 4-кесте - Серпімділік модулі тұрақты қорытпаның қасиеті

Қорытпа маркасы

ГПа

˚С ^-1

Қорытпа маркасы: 44НХТЮ

Е: 177-181

α: 8, 0 ⋅ 10 ^-6

Қорытпа маркасы: 43НКТЮ

Е: 167-172

α: 8, 2⋅ 10 ^-6

Қорытпа маркасы: 36Н11Х

Е: 177

α: 9, 0 ⋅ 10 ^-6

2. 1. 3 Пішінін жадында сақтау қабілеті болатын қорытпа

Кейінгі кезде техникада пішінін жадында сақтай алатын, яғни фазалық түрленіс нәтижесінде пішінін қалпына келтіре алатын қорытпалар қолданыла бастады. Егер жоғары температурада сымды спираль түрінде орап, төменгі температурада спиральді жазып, қорытпаны қайтадан қыздырсақ, онда жазылған сым қайта спираль қалпына келеді.

Қазіргі кезде Ni-Ti, Ni-Al, Ni-Co, Fe-Ni, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Zn және т. б жүйе негізінде пішінін жадында сақтау қабілеті болатын қорытпалар белгілі. Көптеген қорытпалардың ішінде жиі қолданыс тапқаны Ti-Ni жүйесінің титан никелиді немесе нитинол деп аталатын қорытпалар, ал арзанырақ келген Cu-Al-Ni, Cu-Al-Zn жүйесінің қорытпалары сиректеу қолданылыс тапты. Негізі мыс қорытпаларының негізгі кемшілігі морттылығының жоғарылығы.

Пішінді жадында сақтау эффектісінде аустениттік күйге дейін қыздырылған белгілі бір пішінді қорытпаны төменгі мартенситтік түрлену температурасында деформациялайды. Қорытпаны қыздырсақ кері түрлену үрдісі орын алып, бастапқы пішіні қалпына келеді.

Пішінді жадында сақтау эффектісі термия серпімді мартенситті түрленетін, аустенит пен мартенсит торлары когерентті келген, түрлену гистерезисі кіші және фазалық түрленіс кезінде көлемі өте аз өзгеретін қорытпаларда орын алады. Кері түрленіс кезінде когерентті фаза аралық шекараның қайтымды қозғалысында бөлшектің алғашқы пішіні қалпына келеді.

Бөлшек пішіні толықтай қалпына келу үшін мартенситтік түрленіс кристаллографиялық қайтымды болуы керек. Кристаллографиялық қайтымдылық кері түрленіске тәуелді кристалды құрылымды қалпына келтірумен қатар түрленіс алдында фазаның кристаллографиялық бағдарын қалпына келтіреді. Сонымен қатар қорытпаны деформациялау сырғусыз орын алуы керек, өйткені сырғу қайтымсыз үрдіс болғандықтан қыздыру кезінде деформация жойылмай қалады.

Аустениттік күйдегі қорытпаны салқындату кезінде М _б (мартенситтік түрленіс басы) температурасында мартенсит түзіле бастап, М _с (мартенситтік түрленіс соңы) температурасында мартенситтің құрылуы аяқталады. Осы температурадан төмен тек мартенситті фаза ғана термодинамикалық тұрақты.

Бөлшекті қыздырған кезде мартенситтің аустенитке түрленуі А _б температурасында басталып, А _с температурасында аяқталады. Толық термия циклдеу үрдісінде гистерезистік тұзақ ( кең не тар келген ) пайда болады.

Ti-Ni жүйесі қорытпаларының кейбір құрамы мен фазалық түрленіс температуралары 11. 5-кестеде келтірілген. Кестеден нитинол аз өзгергеннің өзінде фазалық түрленіс нүктелері шамасының едәуір және белгісінің өзгеретінін көреміз.

Мартенситтік түрленіс нүктелері қорытпаның құрамына байланысты. Нитинолды темір, марганец, хром, ванадий, кобальтпен қоспалау М _б -М _с нүктелерін - 196әС дейін төмендетсе, қорытпаға цирконий, тантал, ниобий қосу мартенситтік түрлену температураларын +100әС дейін жоғарылатады. Мыс пен кремнийдің фазалық түрленіс нүктелеріне әсері аз. Сонымен қорытпа құрамын өзгерте отырып, фазалық түрленіс нүктелеріне және гистерезис тұзағының еніне әсер етуге болады.

11. 5-кесте - Нитинол құрамы мен фазалық түрленіс нүктелері

Құрамы %

Температура, ӘС

Құрамы %: Ti

Температура, ӘС: Ni

М _б

М _с

А _б

А _с

Құрамы %: 52, 8

Температура, ӘС: 47, 2

100

135

Құрамы %: 50, 0

Температура, ӘС: 50, 0

Құрамы %: 49, 5

Температура, ӘС: 50, 5

Құрамы %: 49, 25

Температура, ӘС: 50, 75

-20

Құрамы %: 49, 0

Температура, ӘС: 51, 0

-55

-90

-50

-25

Нитинолдың кеңірек тараған 2 маркасының құрамы және негізгі қасиеттері 11. 6, 11. 7 кестелерде көрсетілген.

11. 6-кесте - Нитинол қорытпасының құрамы

Қорыт-па мар-

касы

Негізгі элемент, %

Қоспа, %

Қал-ғаны

Қорыт-памар-касы: ТН-1

Негізгі элемент, %: 53, 5-56, 5

Қоспа, %: Қал-ғаны

0, 3

0, 15

0, 10

0, 05

0, 2

0, 013

0, 30

Қорыт-памар-касы: ТН-1К

Негізгі элемент, %: 50, 0-53, 5

Қоспа, %: Қал-ғаны

2, 5-4, 5

0, 15

0, 10

0, 05

0, 2

0, 030

0, 2

0, 30

11. 7-кесте - Нитинол қорытпасының қасиеті

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі

Қорытпа маркасы

ТН-1

ТН-1К

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Термиялық кеңею коэффициенті, 10 ^-6 К ^-1

Қорытпа маркасы: 6, 0 ^* -10, 4

12, 0-14, 0

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Меншікті электр кедергісі, 10 ^-8 Ом. м

Қорытпа маркасы: 55 ^* -60

70-80

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Пуассон коэффициенті

Қорытпа маркасы: 0, 48 ^*

0, 33

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Беріктік шегі, МПа

Қорытпа маркасы: 600-800

800-1000

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Аққыштық шегі, МПа

Қорытпа маркасы: 400-600

500-700

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Салыстырмалы ұзарғыштық коэффициенті, %

Қорытпа маркасы: 20-40

20-40

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: Пішіні қалпына келетін шекті деформация, %

Қорытпа маркасы: 6-8

Қорытпа қасиеті мен өлшем бірлігі: ^* Қорытпа мартенситтік күйде

Нитинол қорытпасы қаңылтыр (қалыңдығы 10мм-ге дейін), сым, шыбық (диаметрі 110мм-ге дейін) және құбыр (диаметрі 50мм-ге дейін) түрінде шығарылады.

Пішінін жадында сақтау қабілеті бар қорытпалар ғарыштық техникада, авиацияда, атомдық энергетикада, робототехникада, медицинада және т. б. салада қолданылады. Нитинол қорытпасынан жер серігінің антеннасы жасалды.

2. 2 Конструкциялық жақсартылатын қосындылы болаттар

Арнайы қасиет беру үшін қоспалаушы деп аталатын элементтерді (Сr, Ni, Mo, W, V, Ti және т. б. ) белгілі бір мөлшерде әдейі қосатын болатты қоспаланған болат деп атайды.

Негізгі қоспалаушы элементтерге Сr, Ni, Mo, W, V, Ti, Co, Zr және т. б. жатады. Сонымен қатар Si мен Mn қоспалаушы элемент болып саналады, егер мөлшері көміртекті болаттардағыдан көп болса.

Қоспалау нәтижесінде болаттың механикалық, физикалық және технологиялық қасиеттері өзгереді. Қоспалау үрдісінде болат қасиетінің өзгеруі қоспалаушы элементтердің фазалардың қасиеті мен фазалық түрленіске әсері арқылы анықталады.

Қоспаланған болаттардың көміртекті болаттармен салыстырғанда артықшылықтары бар. Термиялық өңделген қоспаланған болаттардың қасиеттері жоғары келеді. Сондықтан қоспаланған болаттан жасалған бөлшектерге негізінен термиялық өңдеу қолданылады.

Қоспаланған болаттан жасалған қимасы үлкен бөлшектердің механикалық қасиеттері ( _в , σ _{0, 2} , δ, Ψ, КСU) көміртекті болаттарға қарағанда жоғары. Өйткені қоспаланған болаттың межелі шынықтыру жылдамдығы төмен болғандықтан, олардың шынықтырылу тереңдігі үлкен. Сонымен қатар термиялық өңдеуден кейін қоспаланған болат ұсақ түйіршікті болып келеді.

Межелі шынықтыру жылдамдығы төмен қоспаланған болатты шынықтыру үшін, Мδ-Мс нүктелері арасында ақырын салқындататын май, ауа сияқты суытқышты қолданғандықтан, бөлшектің деформациялануы, шалыстығы және т. б. ақаулары азаяды.

Қоспаланған болаттың термиялық өңдеуден (шынықтыру + босаңдату) кейін тұтқырлық қоры, суықта сынғыштыққа қарсыласуы және т. б. қасиеттері жоғары.

Сонымен қатар қоспаланған болаттың өзіне тән кемшіліктері де болады. Қоспаланған болаттың кейбір маркаларына босаңдату морттылығы тән. Шынықтырудан кейін жоғары қоспаланған болаттарда қалдық аустенит болат каттылығын және қажуға қарсыласуын төмендетеді. Қалдық аустенитті жою үшін қосымша өңдеу қолдану керек.

Қоспаланған болатта элементтердің дендриттік ликвациясы (біркелкі еместігі) орын алатындықтан, деформация бағытымен және оған көлденең бағыттағы қасиеттерінің анизотроптігі ұлғаяды.

Қоспаланған болаттардың көміртекті болаттармен салыстырғанда технологиялық қасиеттері (жону арқылы өңделгіштігі, деформацияға бейімділігі, пісірілгіштігі, құйылғыштығы) төмендеу.

Сутек әсерінен қоспаланған болатта флокендер (ұсақ жарықшақ тәріздес қуыс) пайда болады.

Қоспаланған болаттың бағасы көміртекті болаттарға қарағанда қымбат.

2. 2. 1 Қоспалаушы элементтердің болат механикалық қасиеттеріне әсері

Қоспалаушы элементтерді болаттың механикалық қасиеттерін жоғарылату үшін қосады. Болаттың механикалық қасиеттерінің жақсаруы қоспалаушы элементтердің ферритті беріктендіруіне, карбидті фазаның дисперсиялығына, босаңдату кезінде мартенситтің тұрақтылығына, шынықтыру қабілетінің жоғарылауына, түйіршік өлшемінің кішіреюіне байланысты.

Болаттың шынықтырылу тереңдігін ұлғайту үшін, оған арзанырақ келген қоспалаушы элементтер-хром, марганец және т. б. қосады.

Болатқа хромды шамамен 2%-ға дейін қосады. Ол болаттың механикалық қасиеттеріне қолайлы әсер етеді, әрі хром-тапшы емес қоспалаушы элемент.

Никель - өте бағалы, сонымен қатар тапшы қоспалаушы элемент. Оны болаттың құрамына 1, 0-4, 5% енгізеді. Хромды болатқа никель қосу, оның беріктігін және шынықтырылу тереңдігін арттырып, суықта сынғыштық табалдырығын жақсартады.

Марганец - арзан қоспалаушы элемент, оны болатқа 1, 5%-дай қосады және қымбат никельді алмастырушы элемент ретінде пайдаланады. Хромды болатқа марганец қосу, оның шынықтырылу тереңдігін ұлғайтады, бірақ суықта сынғыштық табалдырығын нашарлатады.

Кремний - арзан, карбид түзбейтін элемент, оның мөлшері 2%-бен шектеледі. Кремнийдің мөлшері 1%-дан артқанда болаттың тұтқырлығы төмендей бастайды, суықта сынғыштық табалдырығының мәні жоғарылап бөлшектің жұмыстық қабілеті нашарлайды. Хроммарганецті болатқа кремний қосу, оның беріктігін және тұтқырлығын арттырады. Хроммарганецкремнийлі болатқа никель қосқанда, оның механикалық қасиеттері (әсіресе соққы тұтқырлығы) одан әрі жақсарып, шынықтырылу тереңдігі ұлғаяды.

Молибден мен вольфрам-қымбат әрі тапшы карбид түзуші элементтер. Хромды болатқа 0, 15-0, 45% молибден қосу, оның шынықтырылу тереңдігін ұлғайтып, суықта сынғыштық табалдырығын -20-дан -120˚С-ға дейін жақсартады.

Болатқа вольфрамды шамамен 1%-дай мөлшерде қосады. Болатқа молибден мен вольфрам қосудың негізгі мақсаты - кешенді қоспаланған болаттың босаңдату морттылығын азайту, түйіршікті ұсақтау арқылы механикалық қасиеттерін жақсарту, шынықтырылу тереңдігін арттыру.

Ванадий мен титан - күшті карбид түзгіш элементтер. Кешенді қоспаланған болаттарға оларды азғана мөлшерде (0, 1-0, 3% V; 0, 1% Ті) қосу, оның түйіршіктерін ұсақтап, қасиеттерін жоғарылатады.

Болаттың шынықтырылу тереңдігін арттыру үшін, оны өте азғана мөлшерде бормен (0, 002-0, 005%) микроқоспалайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.