Конструкционные материалы, свойства, состав, применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Инструментальные материалы

Инструментальные материалы подразделяют на стали, твердые сплавы и сверхтвердые материалы алмаз и кубический нитрид бора. Наиболее обширную и важную в практическом отношении группу составляют инструментальные стали. Они предназначены для изготовления инструментов четырех типов:

1) режущих;

2) измерительных;

3) штампов холодного деформирования;

4) штампов горячего деформирования.

Номенклатура и условия работы инструментов каждого типа отличаются большим разнообразием. Только режущих инструментов существует более тысячи типоразмеров. Характерным условием для эксплуатации инструментов (особенно режущих и штамповых) являются высокие контактные давления па рабочую кромку, вызывающие их изнашивание. Oнo в большинстве случаев сопровождается разогревом контактной поверхности до нескольких сотен градусов Цельсия. В вязи с этим важнейшее условие рабочих способности инструментов высокая износостойкость материала из которого они изготовлены. Для того чтобы исключить пластическое течение рабочих кромок, инструментальный материал должен обладать высокой твердостью (в 2-3 раза большей, чем у обрабатываемого материала) и теплостойкостью. Под теплостойкостью понимают способность материала сохранять высокую твердость при повышенных температурах. Для сталей теплостойкость определяется сопротивлением разупрочнению при отпуске. Она оценивается наибольшей температурой нагрева, до которой сохраняется мартенситная структура и свойственные ей высокие твердость и износостойкость. Работе многих инструментов сопутствуют также высокие статические напряжения, чаще всего изгиба или кручения. Для того чтобы исключить поломку инструментов от этих напряжений, материал должен обладать высокой прочностью.

Для штампов, фрез и других инструментов характерно ударное нагружение. Для них важное значение имеет вязкость материала.

Необходимый уровень каждого из основных свойств (термостойкость, теплостойкость, прочность и вязкость) для инструментов различных типов различен. Причем требуемое сочетание отдельных свойств (например, высокой твердости и вязкости) во многих случаях трудно обеспечить. Предпочтение отдается одному или нескольким основным свойствам, которые в наибольшей степени отвечают за работоспособность инструментов данного типа.

Кроме служебных свойств для инструментальных сталей большое значение имеют технологические свойства: прокаливаемость, малые объемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемость.

Для инструментов различных типов применяют разные материалы. В большинстве случаев это высокоуглеродистые стали заэвтектоидные и ледебуритные, сложного состава, обрабатываемые на высокую твердость (НRС 60--69). Лишь для инструментов, от которых требуется повышенная вязкость (штампы горячего деформирования), используют доэвтектоидные стали, твердость которых при отпуске снижают до HRC 35-45.

2. Материалы для режущих инструментов

Основные свойства, которыми должен обладать материал для режущих инструментов,- износостойкость и теплостойкость.

Условия работы инструментов зависят от режимов резания и свойств обрабатываемого материала. Чем больше скорость резания, сечение снимаемой стружки, а также прочность и вязкость обрабатываемого материала, тем выше температура нагрева режущей кромки инструментов. При этих условиях работоспособность инструментов определяется высокой «горячей» твердостью и способностью материала сохранять ее при длительном нагреве, т. е. теплостойкостью. От теплостойкости материала, таким образом, зависит производительность резания.

По теплостойкости применяемые материалы подразделяют на следующие группы:

l) углеродистые и низколегированные стали с теплостойкостью до 200⁰С;

2) высоколегированные быстрорежущие стали с теплостойкостью

до 600-640⁰С;

3) твердые сплавы с теплостойкостью до 8ОО-1ООО`С;

4) сверхтвердые материалы с теплостойкостью до l20⁰ С.

Углеродистые стали.

Углеродистые стали (ГОСТ 1435 --74) производят качественными У7, У8,У9,...,У13 и высококачественными У7A, У8A, У9A, ..., Уl3A. Буква У в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра- среднее содержание углерода в десятых долях процента. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. Благодаря невысокой твердости в состоянии поставки (HB1870- 2170) углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления инструментов.

Из-за низкойпрокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали пригодны для мелких инструментов или инструментов с поперечным сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной, в которой режущая часть приходится на поверхностный слой (метчики, развертки, напильники и т. п.). Несквозная закалка уменьшает деформацию инструментов и повышает благодаря вязкой сердцевине их устойчивость к ударам и вибрациям. Инструмент с поперечным сечением 15-25 мм охлаждают в воде или водных растворах солей и щелочей. Инструменты с незакаленной сердцевиной меньшего сечения для уменьшения деформаций и опасности растрескивания охлаждают в масле или расплавах солей при 160--200⁰ С.

Режущие инструменты (мелкие метчики, сверла, напильники, пилы, шаберы и др.) изготовляют из заэвтектоидных сталей У10, У11, У12 и У13. Их подвергают неполной закалке и низкому отпуску при (150 180⁰ С) на структуру мартенсита с включениями цементита. Такие инструменты обладают повышенной износостойкостью и высокой твердостью (НRC 62- 64) на рабочих гранях. Однако твердость сильно снижается при нагреве свыше 200⁰ С. В связи с этим инструменты из этих сталей пригодны для обработки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания.

Таблица 1. Режимы термической обработки наиболее применяемых инструментальных сталей

Сталь

Массовая доля элементов ПРИМЕЧАНИЯ: 1.При содержании Si и Mn как постоянных примесей их концентрации не указаны.

	C	Si	Cr	W	Mo	V	прочие	Закалка	Отпуск
Низколегированные стали
ХВ	1,25-1,45	-	0,4-0,7	3,5-4,3	-	0,15-0,3	-	800-820	100-140
9ХС	0,85-0,95	1,2-1,6	0,95-1,25	-	-	-	-	840-860	140-180
ХВГ	0,9-1,05	-	0,9-1,2	1,2-1,6	-	*	0,8-1,1 Mn	830-860	140-170
ХВСГ	0,9-1,05	0,65-1,1	0,6-1,1	0,5-0,8	-	0,05-0,15	0,6-0,9 Mn	840-860	140-160
Быстрорежущие стали
Р18	0,7-0,8	-	3,8-4,4	17,0-18,5	<1	1,0-1,4	-	1270-1290	550-570
Р9	0,85-0,95	-	3,8-4,4	8,5-10,0	<1	2,0-2,6	-	1220-1240	550-570
Р6М5	0,8-0,88	-	3,8-4,4	5,5-6,5	5,0-5,5	1,7-2,1	-	1210-1230	540-560
Стали для штампов и холодной обработки давлением
Х12	2-2,2	-	11,5-13	-	-	-	-	1000-1040	150-170
Х12М	1,45-1,65	-	11-12,5	-	0,4-0,6	0,15-0,3	-	1020-1040 (1115-1170)	150-170 (500-580)
Х12Ф1	1,25-1,45	-	11-12,5	-	-	0,7-0,9	-	1050-1075 (1110-1140)	150-170 (500-520)
Х6ВФ	1,05-1,15	-	5,5-6,5	1,1-1,5	-	0,5-0,8	-	950-970	150-170
Стали для штампов горячей обработки давлением
5ХНМ	0,5-0,6	-	0,5-0,8	-	0,15-0,3	-	1,4-1,8 Ni	820-840	480-580
5ХНВ	0,5-0,6	-	0,5-0,8	0,4-0,7	-	-	1,4-1,8 Ni	840-860	500-560
3Х2В8Ф	0,3-0,4	-	2,2-2,7	7,5-8,5	-	0,2-0,5	-	1075-1125	600-650
4Х2В5МФ	0,3-0,4	-	2,2-3	4,5-5,5	0,6-0,9	0,6-0,9	-	1050-1080	600-650
4Х5В2ФС	0,35-0,45	0,8-1,2	4,5-5,5	1,6-2,2	-	0,6-0,9	-	1030-1060	580-620

Введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами: молибденом, хромом, ванадием.

Вольфрам и молибден в присутствии хрома связывают углерод в специальный труднокоагулируемый при отпуске карбид типа М₆С и задерживают распад мартенсита. Выделение дисперсных карбидов, которое происходит при повышенных температурах отпуска (500-600⁰С) вызывает дисперсионное твердение мартенсита -- явление вторичной твердости. Особенно эффективно вторичная твердость и теплостойкость повышаются при введении нескольких сильных карбидообразователей, например, вольфрама (одного или совместно с молибденом) и ванадия. При отпуске ванадий, выделяясь в виде карбидов, усиливает дисперсионное твердение, а вольфрам (молибден), сохраняясь в мартенсите, задерживает его распад.

Увеличению теплостойкость способствует также кобальт. Он не образует карбидов, но, повышая энергию межатомных сил связи, затрудняет коагуляцию карбидов и увеличивает их дисперсность.

В результате комплексного легирования инструменты из быстрорежущих сталей сохраняют высокую твердость до 560 -640⁰ С и допускают в 2-4 раза более производительные режимы резания чем инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Быстрорежущие стали (см. табл. 18.1) обозначают буквой Р, цифра после которой указывает содержание (в процентах) вольфрама - основного легирующего элемента (ГОСТ 19265--73). Содержание ванадия (до 2 %) и хрома, количество которого примерно 4 % во всех сталях, в марке не указывается. Стали, содержащие дополнительно молибден, кобальт или повышенное количество ванадия, имеют в марке соответственно буквы М, К, Ф и цифры, показывающие их массовую долю в процентах (например, Р6М5, Р1ОК5Ф5). ГОСТ 19265-73 предусмотрено 14 марок быстрорежущих сталей, которые по экплуатационным свойствам делятся на две группы: нормальной и повышенной производительности.

Группу сталей нормальной производительности образуют вольфрамовые (P18, Р12, P9, Р9Ф5) и вольфрамомолибденовые (Р6МЗ, Р6М5) стали, coxpaняющие твердость не ниже HRC 58 до температуры 620⁰С. При одинаковой теплостойкости эти стали отличаются главным образом механическими и технологическими свойствами. Лучшей обрабатываемостью давлением и резанием, а также прочностью и вязкостью обладают стали Р6МЗ и Р6М5. Стали P9, Р9Ф5 плохо шлифуются из-за присутствия твердых карбидов ванадия.

К гpyппe сталей повышенной пpoизводительности относятся стали, содержащие кобальт и повышенное количество ванадия: Р6М5К5, P9M4K8, P9K5, P9K10, Р1ОК5Ф5, Р18К5Ф2. Они превосходят стали первой группы по теплостойкости (630-640 `С), твердости

(HRC?64) и износостойкости, но уступают им по прочности и пластичности. Стали повышенной производительности предназначены для обработки высокопрочных сталей, коррозионностойких и жаропрочных сталей с аустенитной структурой и других труднообрабатываемых материалов.

Быстрорежущие стали, особенно второй группы, отличаются высокой стоимостью. Для уменьшения pacxoдa дорогих и дефицитных элементов, особенно вольфрама, преимущественно используют экономно-легированные стали. Из них наиболее широкое применение имеет сталь Р6М5. Разрабатываются безвольфрамовые быстрорежущие стали.

Особенности термической обработки, структуры и свойств быстрорежущих сталей представлены на примере сталей Р 18 и Р6М5.

По структуре после отжига быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу. В литом виде они имеют ледебуритную эвтектику, которую устраняют горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов.

Ковка стали ответственная операция. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация местное скопление карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики. Карбидная ликвация снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости (до HB 2070-2550) подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов. Общее количество карбидов в стали Р18 составляет примерно 28%, в стали Р6М5-22%. Основным карбидом стали Р18 является сложный карбид вольфрама переменного состава Fe₃W₃C (M₆C), который растворяет в себе часть ванадия и хрома. В остальных сталях кроме M₆C и не большого количества карбида (Fe,Cr)₂₃C₆ присутствует карбид VC(MC).

В карбидах содержится 80-95% вольфрама и ванадия и 50% хрома. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.

Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска (рис.18.1). Из-за низкой теплопроводности быстрорежущие стали при закалке нагревают медленно с прогревами при 450 и 850⁰С, применяя соляные ванны для уменьшения окисления и обезуглероживания. Особенность закалки быстрорежущих сталей - высокая температура нагрева (табл. 18.1). Она необходима для обеспечения теплостойкости - получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов.

Степень легирования аустенита (мартенсита) увеличивается с повышением температуры нагрева при температуре 1300⁰С достигается предельное насыщение аустенита в нем растворяется весь хром, около 8% W, 1% V и 0,4-0,5% C.

Легирование аустенита происходит при растворении вторичных карбидов. Первичные карбиды не растворяются и тормозят рост зерна аустенита, поэтому при нагреве, близком к температуре плавления, в быстрорежущих сталях сохраняется мелкое зерно.

Быстрорежущие стали по структуре после нормализации относятся к мартенситному классу. От температуры закалки мелкие инструменты охлаждают на воздухе, крупные - в масле на воздухе их не охлаждают из-за опасности выделения вторичных карбидов и снижения теплостойкости.



Рис. 18.2. Изменение химического состава аустенита (мартенсита) в стали P18 в зависимости от температуры нагрева при закалке

Сложные по форме инструменты для уменьшения деформаций подвергают ступенчатой закалке с выдержкой в горячим средах при температуре 500- 550⁰ С.

После закалки не достигается максимальная твердость сталей (HRC 60-62), так как в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита, присутствие которого вызвано снижением температуры точки М_к ниже 0 °С. Остаточный аустенит превращают в мартен- сит при отпуске или обработке холодом. Отпуск проводят при температуры 550-570⁰ С. В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды М₆С. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки М, испытывает мартенситное превращение. Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита. Применяют двух-, трехкратный отпуск с выдержкой по l ч и охлаждением на воздухе. При этом количество аустенита снижается до 3--5 % . Применение обработки холодом после закалки сокращает цикл термической обработки (см. рис. 18.1.6). В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру, состоящую из мартенсита отпуска и карбидов (рис. 18.3), и твердость HRC 63-65.



Рис. 18.3. Микроструктура быстрорежущей стали Р18 после закалки и трехкратного отпуска, ?500

Режущие свойства некоторых видов инструментов (фасонные резцы, сверла, фрезы, протяжки и др.) дополнительно улучшают созданием на неперетачиваемых поверхностях тонкого слоя (10-50 мкм) нитридов или карбонитридов. Такой слой характеризуется высокой твердостью (H V 10 000 и более) и износостойкостью. Его получают газовым или ионным азотированием, которое проводят непродолжительное время (20-30 мин) при температуре, не превышающей температуру отпуска (470-550`С). Используют также и другие способы: низкотемпературное цианирование, карбонитрацию, напыление нитридов титана.

Новым технологическим направлением повышения качества инструмента является его производство из распыленных порошков. Благодаря сильному измельчению карбидов и равномерному их распределению в спеченной стали стойкость инструмента увеличивается в 1,5-2 раза.

инструментальный сталь резина термический

3. Спеченные твердые сплавы

К ним относятся материалы, состояние из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой.

Твердые сплавы изготовляют методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют и спекают при 1400--1550`С. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80-95 % состоит из карбидных частиц. соединенных связкой. Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости, но повышение прочности и вязкости. Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают резцы, сверла, фрезы и другие режущие инструменты. Такие инструменты сочетают высокую твердость HRA 85-92 (HRC 74-76) и износостойкocть с высокой теплостойкостью (800-l000⁰ C). По своим эксплуатационным свойствам они превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями.

Твердые сплавы характеризуются также высоким модулем упругости (до 6,8*10⁵ МПа) и пределом прочности на сжатие (ДО 6000МПа). Недостатки сложность изготовления фасонных изделий, высокая хрупкость.

В зависимости от состава карбидной основы спеченные твердые сплавы выпускают трех групп.

Первую (вольфрамовую) гpyппy составляют сплавы системы WC-Co. Они маркируются буквами BK и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах (табл. 1 8.2). Карбидная фаза состоит из зерен WC. При одинаковом содержании кобальта сплавы этой группы в отличии от двух других групп характеризуются наибольшей прочностью, но более низкой твердостью. Теплостойки до 800⁰ С.

Сплавы ВКЗ-ВК8 применяют для режущих инструментов при обработке материалов дающих прерывистую стружку (чугуна. цветных металлов, фарфора. керамики и т. п.).

Сплавы BK10 и BK15, обладающие из-за повышенного содержания кобальта более высокой вязкостью, используют для волочильных и буровых инструментов, стойкость которых в десятки раз превышает стойкость стальных инструментов. Сплавы с высоким содержанием кобальта (ВК20 и BK25) применяют для изготовления штамповых инструментов. Их применяют так же как конструкционный материал для деталей машин и приборов, от которых требуется высокое сопротивление пластической деформации или изнашиванию.

Вторую гpyппy (титановольфрамовую) образуют сплавы системы TiC-WC-Co.Они маркируются буквами Т, К и цифрами, показывающими содержание (в процентах) карбидов титана и кобальта. При температуре спекания карбид титана растворяет до 70 % WC и образует твердый раствор (Ti, W) С, обладающий более высокой твердостью, чем WC. Структура карбидной основы, зависит от соотношения карбидов в шихте. В сплаве Т30К4 образуется oднa карбидная фаза - твердый раствор (Ti, W) С, который придает ему наиболее высокие режущие свойства, но пониженную прочность. В остальных сплавах этой группы количество WC превышает его предельную растворимость в TiC, поэтому карбиды вольфрама присутствуют в виде избыточных кристаллов.

Сплавы второй группы характеризуются более высокой, чем у сплавов первой группы, теплостойкостью (900- 1000⁰С ), которая повышается по мере увеличения количества карбида титана. Их наиболее широко применяют для высокоскоростного резания сталей.

Третью гpyппy (титанотанталовольфрамовую) образуют сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Цифра в марке после букв TT (см. табл. 18.2) обозначает суммарное содержание (в процентах) карбидов TiC + TaC, а после буквы К - количество кобальта в процентах. Структура карбидной основы представляет собой твердый раствор (Ti, Та, W) С и избыток WC. От предыдущей группы эти сплавы отличаются большей прочностью и лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию. Они применяются при наиболее тяжелых условиях резания (черноваяобработка стальных слитков, отливок, поковок).

4. Сверхтвердые материалы

Их широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (peзцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100 -- 200 м/мин и более).

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого (HV 100000) в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама (HV 17000) и в 8 раз- твердость быстрорежущей стали (HV 13000). Прeимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по сравнению с монокристаллами отличаются меньшей хpyпкocтью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 800⁰ С (при большем нагреве он графитизируется). Относительно небольшая теплостойкость компенсируется высокой теплопроводностью алмаза, снижающей разогрев режущей кромки инструментов при высоких скоростях резания.

Область применения aлмaзных инструментов ограничивается высокой адгезией к железу, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментов обрабатывают цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.

Большей универсальностъю обладают инструменты из поликристаллического нитрида бора с кубической решеткой (?-BN), называемого кубическим нитридом бора (КНБ). КНБ получают спеканием микропорошков нитрида бора (с гексагональной, кубической решеткой или вюрцитоподобного) при выcoких температурах и дaвлeниях или прямым синтезом из нитрида бора с гексагональной решеткой (?-BN). В зависимости от технологии получения КНБ выпускают под названием: эльбор, эльбор-Р, боразон.

Нитрид бора (?-BN) имеет такую же, как алмаз, кристаллическую решетку и близкие с ним свойства. По твердости КНБ (HV 90000) не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости (1200⁰) и химической инертности. Отсутствие у КНБ химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки paзличных тpyднooбpaбaтывaeмых сталей, в том чиcлe цементованных и закaлeнных (HRC?60). При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменить шлифование, сокращая в 2--3 раза время обработки и обеспечивая низкую шероховатость пoвepхнocти.

5. Стали для измерительных инструментов

Основные свойства, которыми должны обладать стали этого назначения,- износостойкость, постоянство размеров и формы в течение длительного срока службы. К дополнительным требованиям относятся возможность получения низкой шероховатости поверхности и малой деформации при термической обработке. Наиболее широко применяют заэвтектоидные низколегированные стали Х, ХГ, ХВГ, 9XC, обрабатываемые на высокую твердость (НRC 6W64). В отличие от режущих инструментов термическая обработка прoводится таким образом, чтобы затруднить процесс старения, который происходит в закаленной стали и вызывает объемные изменения, недопустимые для измерительных инструментов. Причинами старения служат частичный распад мартенсита, превращение остаточного аустенита и релаксация внутренних напряжений, вызывающая пластическую деформацию. Для уменьшения количества остаточного аустенита закалку проводят с более низкой температуры. Кроме того, инструменты высокой точности подвергают обработке холодом при температуре от -50 до -80`С. Отпуск проводят при 120-140⁰ С в течение 24-48 ч. Более высокий нагрев не применяют из-за снижения износостойкости.

Инструменты повышенной точности подвергают неоднократному чередованию обработки холодом и кратковременного (2-3 ч) отпуска.

Плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны и т. п.) нередко изготовляют из листовых сталей 15, 20, 15X, 20X, 12ХНЗА, подвергаемых цементации, или из сталей 50 и 55, закаливаемых с поверхности с нагревом ТВЧ. Поскольку неравновесная структура в этих сталях образуется только в поверхностном слое, происходящие в нем объемные изменения мало отражаются на размерах всего инструмента.

Для инструментов сложной формы и большого размера применяют азотируемую сталь З8Х2МЮА.

6. Стали и сплавы с высокими упругими свойствами

Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления peccop, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении - для многочисленных упругих элементов : мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок и т. п. Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении - релаксационной стойкостью.

Релаксационная стойкость оценивается сопротивлением релаксации напряжений. Релаксация напряжений характеризуется снижением рабочих напряжений в изделии от ?₁ до ?₂ при заданной упругой деформации ?₁. Релаксация напряжений опасна тем, что при переходе части упругой деформации в пластическую (?ост) упругие элементы после разгрузки изменяют размеры и форму. Например, долгое время сжатая пружина или изогнутая пластина реле при снятии нагрузки полностью не распрямляются и теряют упругие и эксплуатационные свойства.

Релаксация напряжений происходит путем микропластической деформации, которая совершается в отдельных зернах и накапливается во времени. При напряжении ниже предела упругости микропластическая деформация может быть вызвана: при малых напряжениях изгибом дислокаций или срывом отдельных из них с мест закрепления, при повышенных напряжениях -- перемещением заторможенных дислокаций.

В связи с этим для достижения в сплаве высокого предела упругости и релаксационной стойкости необходимо создать стабильную дислокационную структуру, в которой прочно заблокированы не большинство, а практически все дислокации. Кроме того, такая структура должна иметь невысокий уровень микронапряжений, которые, суммируясь с рабочими напряжениями, облегчают перемещение дислокаций. Для закрепления дислокаций используют все средства создания эффективных барьеров: легирование, повышение плотности дислокаций, выделение дисперсных частиц вторичных фаз. Наиболее благоприятную субструктуру, с точки зрения упругих свойств, формирует термомеханическая обработка. Ее успешно применяют для всех пpyжинных сплавов.

Рис. 11.1. Диаграмма деформации, объясняющая релаксацию и yпpyгoe последействие

Рессорно-пружинные стали

Рессорно-пружинные углеродистые и легированные стали имеют высокий модуль упругости, ограничивающий упругую деформацию, равную ?_0,002/Е¹. В связи с этим они применяются для изготовления жестких (силовых) упругих элементов. Недорогие и достаточно технологичные рессорно-пружинные стали широко используют в авто- и тракторостроении, железнодорожном транспорте, станкостроении. Кроме того, они находят применение и для силовых упругих элементов приборов. Часто эти материалы называют пружинными сталями общего назначения.

Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов рессорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, выносливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетворяют стали с повышенным содержанием углерода (0,5-0,7 %), которые подвергают закалке и отпуску при температуре 420--520⁰С. Закаленная на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура троостита.

В этой структуры феррит из-за сильного фазового наклепа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций, которые, кроме того, эффективно блокируются дисперсными карбидными частицами. Поэтому троостит отличается стабильной дислокационной структурой.

Кроме высоких упругих свойств отпуск на троостит обеспечивает некоторое повышение пластичности и вязкости (особенно в сталях, не склонных к отпускной хрупкости), что важно для снижения чувствительности к концентраторам напряжений и увеличения предела выносливости. Хорошие результаты дает также изотермическая закалка на структуру нижнего бейнита. Она позволяет получить высокие механические свойства при малой деформации изделий.



Рис. 11.2. Зависимость механических свойств пружинной стали (0,6 % С, 2 % Si) от температуры отпуска

Небольшие пружины простой формы изготовляют из стали, поставляемой в термически обработанном состоянии. Для крупных пружин, требующих больших усилий при навивке, сталь используют в отожженном состоянии. Термической обработке подвергают готовым изделия, полученные горячей навивкой или штамповкой.

Сталь для peccop поставляют в виде полосы. Нарезанные из нее заготовки закаливают в специальных штампах с определенной стрелой прогиба, затем отпускают и собирают в виде пакета.

Углеродистые стали (65, 70, 75, 80, 85, 6ОГ, 65Г, 70Г (по ГОСТ 1050-74), характеризуются невысокой релаксационной стойкостью, особенно при нагреве. Они не пригодны для работы при температуре выше 100⁰ С. Из-за низкой прокаливаемости из них изготовляют пружины небольшого сечения. Легированные рессорно-пружинные стали (ГОСТ 14959--79) относятся к пepлитному классу. Основными легирующими элементами в них являются кремний (1-3%), марганец (~1%), а в сталях более ответственного назначения - хром (~1%), ванадий (~0,15%) и никель (? 1,7%). Легирование (за исключением кремния и марганца) мало влияет на предел упругости -- главное свойство этих сталей. Более существенно оно проявляется в повышении прокаливаемости, релаксационной стойкости, предела выносливости. В связи с этим легированные стали предназначены для больших по размеру упругих элементов обеспечивают их более длительную надежную работу.

Дешевые кремнистые стали 55C2, 60C2, 70СЗА применяют для пружин и peccop толщиной до 18 мм. Стали стойки к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию -- опасному поверхностному дефекту, снижающему предел выносливости. В кремнемарганцевой стали 60СГА этот недостаток выражен менее сильно. Ее преимущественно применяют для peccop толщиной до 14 мм.

Стали 50ХФА, 50ХГФА, которые по сравнению с кремнистыми и кремнемарганцевой сталями подвергают более высокому нагреву при отпуске (520⁰ С), обладают теплостойкостью, повышенной вязкостью, меньшей чувствительностью к надрезу. Они предназначены для peccop легковых автомобилей, клапанных и других пружин ответственного назначения, которые могут работать при температурах до 300⁰ С.

Стали 60С2ХА и 60С2Н2А прокаливаются в сечениях соответственно до 50 и 80 мм и применяются для крупных тяжелонагруженных и особо ответственных пружин и peccop. Механические свойства сталей определяются со держанием углерода и температурой отпуска. Отпуск проводят при темпера туре несколько более высокой, чем та, которая отвечает максимальному пpeделу упругости, что необходимо для повышения пластичности и вязкости. Наиболее высокие механические свойства имеют стали 70СЗА, 60С2ХА и 6ОС2Н2А: ?_в?1800 МПа, ?_0,2?1600 МПа, ??5%, ??20%. Предел yпpугости составляет ?_0,01 = 880 .-- 1150 МПа, а твердость HRС 38-48. При такой прочности и твердости стали чувствительны к концентраторам напряжений, поэтому на сопротивление усталости большое влияние оказывает состояние поверхности. При отсутствии поверхностных дефектов (обезуглероживания, окалины, грубых рисок и др.), предел выносливости сталей при изгибе не ниже 500 MПa, а при кручении --300 MПa. Для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений готовые пружины и листы peccop подвергают поверхностному наклепу обдувкой поддробью. После упрочнения дробью пpeдел выносливости увеличивается в 1,5--2 раза.

Пружинные материалы приборостроения

Упругие элементы приборов, кроме высоких пределов упругости, вынослвости и релаксационной стойкости, должны обладать высокой коррозионной стойкостью, немагнитностью, электропроводимостью.

Рис. 11.3. Характеристика двух упругих элементов

Одно из важнейших эксплуатационных требований -- точная и стабильная характеристика. Характеристикой называют зависимость деформации с yпpyгoгo элемента от приложенного усилия Р (или напряжения). Примером характеристики пружины является зависимость ее осадки от сжимающего усилия; пластины реле -- зависимость перемещения свободного конца от действующей на него нагрузки. Характеристика yпpyгoгo элемента должна быть линейной, иначе нельзя обеспечить необходимую точность прибора. Кроме того, она должна допускать возможно большее yпpyгoe перемещение. Чем оно больше при одном и том же усилии, тем выше чувствительность yпpyгoгo элемента. Из рис. 11.3 видно, что при одинаковой нагрузке Р yпpyгoe перемещение первого элемента больше, чем второго (?₁> ?₂). В результате первый упругий элемент обеспечит большую чувствительность и меньшую относительную ошибку измерения.

Качество yпpyгoгo элемента определяется также нагрузкой, необходимой для создания определенной упругой деформации. Чтобы вызвать деформацию, равную ?₁, (см. рис. 11.3), первый элемент требует меньшего усилия, чем второй, поэтому качество его выше.

Характеристика yпpyгoгo элемента зависит от его конструкции (числа витков пружины, диаметра проволоки и т. п.) и упругих свойств материала: модуля упругости и предела упругости. Угол наклона характеристики к оси деформации (см. рис. 11.3) определяется модулем упругости. Чем он меньше, тем больше упругая деформация, наибольшая величина которой ?_max= ?_0.002/E. Стали, имея высокий модуль упругости, не обеспечивают высокой чувствительности упругих элементов приборов. Для их изготовления используют сплавы на основе меди (бериллиевые бронзы), которые при практически одинаковом со сталями пределе упругости имеют почти в 2 раза меньший модуль упругости. Различие в модуле упругости этих материалов иллюстрирует рис. 11.3; характеристика 1соответствует бронзам, характеристика 2 сталям.

Рабочее напряжение yпpyгoгo элемента должно быть ниже предела упругости материала, так как при нагрузках, близких к пределу упругости, в сплавах проявляются неупругие эффекты, ухудшающие работу элемента и всего прибора. Чем выше предел упругости материала относительно рабочих нагрузок, тем меньше неупругие эффекты и выше класс точности прибора.

К неупругим эффектам относят yпpyгoe последействие, релаксацию, гистерезис и внутреннее трение.

Упpyгoe последействие проявляется в отставании части упругой деформации материала от напряжения. При быстром возрастании нагрузки на упругий элемент до значения ?, (см. рис. 11.1) деформация будет соответствовать точке ? и лишь спустя некоторое время достигнет своего истинного значения- точки ?. В результате yпpyгoгo последействия, которое называют «прямым» при возрастании нагрузки и «обратным» при устранении нагрузки, показания прибора, определяемые упругим элементом, будут отставать при быстрой смене нагрузки.

В результате релаксации (см. рис. 11.1) напряжение снизится до точки с. После разгрузки упругий элемент сохранит остаточную деформацию, и показания прибора не возвратятся на нуль.

Рис. 11.4. Петля yпpyгoгo гистерезиса

Гистерезис проявляется в несовпадении характеристик yпpyгoгo элемента при нагрузке и разгрузке (рис. 11.4). В результате не совпадают и показания прибора, определяемые упругим элементом. Гистерезис вызван рассеиванием в материале энергии при упругих напряжениях. Мерой рассеивания упругой энергии является площадь петли гистерезиса. Гистерезис оценивают отношением максимальной ширины петли Г к наибольшей упругой деформации ?_max . Перечисленные неупругие эффекты возникают из-за неоднородности строения реальных поликристаллов, вследствие чего в отдельных микрообъемах при невысоких нагрузках развивается микропластическая деформация. Внутреннее трение проявляется при циклическом приложении нагрузки ниже предела упругости в результате необратимой потери энергии деформирования. Энергия деформирования теряется вследствие теплообмена в окружающую среду, расходуется на изгибание дислокаций, на перемещение внедренных атомов, в ферромагнитных материалах на токи Фуко и магнитно-упругий эффект, связанный с механострикцией.

В идеально упругом материале при циклической нагрузке, частота которой совпадает с собственной частотой yпpyгoгo элемента, в результате резонанса наблюдается резкое возрастание амплитуды колебаний элемента. В реальных поликристаллах амплитуда колебаний yпpyгoгo элемента растет в некотором интервале частот, что является проявлением внутреннего трения. Ширину этого интервала на высоте 0,7 максимального значения амплитуды условились принимать за величину внутреннего трения (рис. 11.5). Отношение резонансной частоты fpeз к ширине интервала df называют добротностью.

Рис. 11.5. Резонансная кривая yпpyгoгo элемента

Для того чтобы снизить неупругие эффекты, надо повысить сопротивление малым пластическим деформациям, т. е. формировать малоподвижную дислокационную структуру. Закрепление дислокаций в рассматриваемых сплавах ocyществляется выделяющимися после закалки и старения высокодисперсными когерентными частицами вторичных фаз.

Бериллиевые бронзы используют для изготовления yпpyгих элементов ответственного назначения. Бериллиевые бронзы -- это сплавы на медной основе с высоким пределом упругости и низким модулем упругости (ГОСТ 18175 -- 78). Такое сочетание свойств обеспечивает малые неупругие эффекты при больших упpyгих деформациях. Кроме этого, сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, электропроводимостью, немагнитностью, хорошей технологичностью, а также способностью упрочняться термической обработкой.

Например, сплав БрБ2, в котором содержание бериллия составляет около 2%, после закалки и старения имеет предел упругости ?_0.002 = 600 MПa (табл. 2).

Увеличение содержания бериллия до 2,5 % повышает предел упругости. Однако высокая стоимость бериллия ограничивает применение такого сплава. Широко используется сплав БрБНТl,9, легированный титаном и никелем. По упругим свойствам он мало уступает сплаву БрБ2,5 (см. табл. 11.1).

Дальнейшее повышение предела упругости достигается микролегированием бериллиевых бронз бором (0,01 %) или магнием (0,1 %). Введение этих поверхностно-активных элементов изменяет процессы старения в сторону увеличения объемной доли выделяющихся частиц, степени их дисперсности, а также плотности и равномерности их pacпpeделения. Микролегирование заметно повышает предел упругости и снимает неупругие эффекты (см. табл. 11.l, сплав БрБНТ1,9Мг).

Таблица 2. Свойства термически упрочненных сплавов для упругих элементов приборов.

Сплав	Массовая доля элементов	Механические свойства
	Be	Ni	Ti	Al	Cr	Mg	?0.002	Е*10-5
							МПа
БрБ2	1,8-2,1	0,2-0,5	-	-	-	-	600	1,28
БрБНТ1,9	1,85-2,1	0,2-0,4	0,1-0,25	-	-	-	650	1,25
БрБНТ1,9Мг	1,85-2,1	0,2-0,4	0,1-0,25	-	-	0,1	800	1,25
36НХТЮ	-	35-37	2,7-3,2	0,9-1,2	11,5-13	-	800	2,2

Разработаны способы термомеханической обработки бериллиевых бронз, при которой сплавы подвергают холодной пластической деформации в закаленном состоянии. Это приводит к более значительному росту предела упругости при старении и к сильному снижению yпpyгoгo последействия. Так, сплав БрБНТ1,9, деформированный на 50 % в закаленном состоянии, после старения при 350⁰C в течение 0,25 ч имеет предел упругости ?_0.002= 1000 MПa.

Железоникелевые сплавы (ГОСТ10994--74) менее дефицитны и дешевле бериллиевых бронз. Они имеют примерно тот же предел упругости, но обладают более высоким модулем упругости, что снимает допустимые упругие деформации элемента.

Сплав З6НХТЮ, применяемый для упругих элементов, является сплавом на железной основе. Высокое содержание никеля и хрома обеспечивает получение аустенитной структуры и способствует высокой коррозионной стойкости сплава. Аустенитная структура придает сплаву хорошие технологические свойства в отношении обрабатываемости давлением и свариваемости. Титан и алюминий образуют с никелем и железом фазы переменной растворимости в аустените, что позволяет упрочнять сплав термической обработкой. После закалки от 925--950⁰С сплав получает однофазную структуру.

В процессе искусственного старения из аустенита выделяется промежуточная метастабильная ?-фаза, упрочняющая сплав. После старения при 700⁰С в течении 2 ч сплав З6ХНТ имеет предел упругости ?_0.002=800 МПа.

Дополнительное легирование молибденом в количестве 8 % (З6НХТЮМ8) после термической обработки позволяет получить предел упругости ?_0.002= 950 MПa. Применение термомеханической обработки для сплава З6ХНТЮ повышает предел упругости до ?_0.002, = 1110 MПa

7. Аустенитные жаропрочные стали

Аустенитные жаропрочные стали применяют для изготовления клапанов двигателей, лопаток газовых турбин, и других "горячих" деталей реактивных двигателей - в основном для работы при 600-700⁰С. Все аустенитные жаропрочные стали содержат большое количество хрома и никеля, а также добавки других элементов.

Аустенитные жаропрочные стали обладают рядом общих свойств высокой жаропрочностью и окалиностойкостью, большой пластичностью, хорошей свариваемостью, большим коэффициентом линейного расширения. Тем не менее по сравнению с перлитными и мартенситными сталями они не менее технологичны: обработка давлением и резанием этих сплавов затруднена; сварной шов обладает повышенной хрупкостью; полученное вследствие перегрева крупнозернистое строение не может быть исправлено термической обработкой, так как в этих сталях отсутствует фазовая перекристаллизация. В интервале 550-600°С эти стали часто охрупчиваются из-за выделения по границам зерна различных фаз.

8. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения

К этой гpyппe материалов относят сплавы системы Fe--Ni. При больших содержаниях никеля в сплавах образуется непрерывный ряд твердых растворов с ГЦК решеткой. Согласно правилу Курнакова температурный коэффициент линейного расширения твердых растворов в функции состава изменяется по непрерывной криволинейной зависимости. В сплавах Fe--Ni эта зависимость более сложная что дает возможность создавать сплавы с малым температурным коэффициентом линейного расширения -- инварные сплавы.

Заниженное значение температурного коэффициента линейного расширения в инварных сплавах имеет ферромагнитную природу и объясняется большой магнитострикцией парапроцecca.

Во всех ферромагнитных материалах, кроме сплавов инварного типа, намагниченность М, в области парапроцecc с ростом поля практически не меняется. В сплавах инварного типа намагниченность в этой области увеличивается в результате дополнительной ориентации спиновых моментов электронов, несколько разориентированных тепловым движением, и вызывает большие магнитострикциные явления.

Магнитострикция -- изменение размеров ферромагнетика при его намагничивании. В области технического намагничивания (H < Н) магнитострикция носит линейный характер, в области парапроцecca. (H > H,) -- объемный.

Такие же явления возникают под влиянием внутреннего магнитного поля ферромагнетика в отсутствие внешнего поля форма и размер домена искажены магнитострикцией. Истинные размеры выявляются лишь при нагреве пo температур выше температуры точки Кюри (г > 6), когда устраняются все магнитострикционные деформации в связи с переходом в парамагнитное состояние. Истинные размеры домена условно показаны на pиc. 16.3 в виде наименьшего квадрата. При охлаждении до температур ниже точки Кюри (t < 8) линейная магнитострикция искажает форму домена, вытягивая его в направлении вектора самопроизвольной намагниченности (превращая квадрат в прямоугольник). Объемная магнитострикция увеличивает размеры домена (прямоугольника).

В кристаллах ферромагнетика, исключая сплавы инварного типа, магнитострикция, возникшая из-за внутреннего поля, не обнаруживается, так как объемная магнитострикция в них маза, а линейная -- компенсируется деформацией доменов в различных направлениях. В сплавах же инварного типа размеры ферромагнетика оказываются увеличенными, так как в них велика объемная магнитострикция.

Температурный коэффициент линейного расширения для ферромагнетиков в общем виде определяется формулой

?= ?₀-?

где ?₀-- нормальный коэффициент линейного расширения, определяемый энергией связи атомов; ? -- ферромагнитная часть коэффициента линейного расширения, основной составляющей которой является объемная магнитострикция парапроцесса

Изменение размеров детали из инварного сплава при нагреве, описываемое формулой

А₁=А₂₀(1 +?_t)

показано в виде схемы (рис. 16.4). Нормальная составляющая размера A₀ , определяемая энергией связи атомов, растет вследствие уменьшения энергии при нагреве. Этoт рост компенсируется уменьшением магнитострикции, так как при нагреве уменьшается намагниченность ферромагнетика из-за тепловых колебаний атомов.

В результате размер А при наг реве до температуры точки Кюри увеличивается незначительно. а для некоторых инварных сплавов даже уменьшается, т. е. коэффициент линейного расширения имеет отрицательное значение.



Рис. 16.3. Схема изменения формы и размера домена ферромагнетика под влиянием внутреннего магнитного поля

Рис. 16.4. Схема изменения размера кристалла инварного сплава при нагреве

Так, сплав содержащий 54 % Со, 9 % Сг и 37 % Fe, в интервале температур от 20 до 70 ⁰С имеет ? = -- 1.2*10^-6 ` l/⁰C. Этот сплав из-за высокого содержания хрома имеет хорошие антикоррозионные свойства.

При нагреве выше температуры точки Кюри ферромагнитная часть коэффициента теплового расширения исчезает вследствие перехода сплава в парамагнитное состояние, и коэффициент ? резко возрастает. Все сказанное объясняет аномально заниженные значения коэффициента ? у инварных сплавов.

В инварных железоникелевых сплавах, содержащих 29-45 % Ni, обнаружена ферромагнитная аномалия коэффициента ?. Минимальное значение коэффициента ? в интервале температур 0-100⁰С имеет сплав с 36 % Ni. При более высоких температурах этот минимум наблюдается в сплавах с большим содержанием никеля.

Сплав 36Н, называемый инваром (неизменный),-- основной представитель сплавов с минимальным коэффициентом ?. Низкое значение коэффициента ? в области температур 20--25⁰C, а также хорошие механические, технологические и антикоррозионные свойства позволили использовать инвар как конструкционный материал для деталей приборов, от которых требуется постоянство размеров при изменении температуры в условиях эксплуатации.

Таблица 3 . Свойства сплавов инварного типа (ГOCT 10994 --74)

Сплав	Массовая доля элементов, %	?*10-6, 1/0С	Температурный интервал измерения, 0С
	Ni	Co	Cu
36Н (инвар)	35-37		-	1,5	-60...+100
36НКД (суперинвар)	31,5-33	3,2-4,2	0,6-0,8	1	-60...+100
29НК (ковар)	28,5-29,5	17-18	-	4,5-6,5	-70...+420
33НК	32,5-33,5	16,5-17,5	-	6-9	-70...+470
47НД (платинит)	46-48	-	4,5-5,5	9-11	-70...+440

Значения коэффициента ? в значительной степени зависят от содержания примесей (особенно углерода) и технологии термической обработки сплава.

Углерод в процессе термической обработки образует с железом и никелем пересыщенные твердые растворы внедрения. В процессе эксплуатации, выделяясь, углерод вызывает «ползучесть» значения коэффициента ?. Это связано с изменением параметра кристаллической решетки и магнитострикции пapaпроцесса, поэтому содержание углерода в сплаве должно быть минимальным (не более 0,05 %). Минимальное значение коэффициента ? у инвара достигается после закалки от 830 `С, в процессе которой все примеси переходят в твердый раствор. Отпуск при 315 <sup>0</sup>С в течение 1 ч приводит к выделению мелкодисперсных избыточных фаз; последующее старение при 95 `С в течение 48 ч снимает все остаточные внутренние напряжения, возникающие в процессе технологической обработки деталей, и стабилизирует значение коэффициента ?.

Свойства инвара дополнительно улучшают легированием кобальтом, который частично заменяет никель, и медью. Сплав такого типа,называемый суперинвар, имеет еще более низкое значение коэффициента ? (табл. 3).

Особую гpyппy составляют сплавы для пайки и сварки со стеклом. Составы этих сплавов подобраны таким образом, чтобы коэффициент ? сплава соответствовал коэффициенту ? материала, с которым производится соединение, во всем интервале температур, вплоть до размягчения стекла. Это обеспечивает сохранение спая при нагреве и охлаждении (в процессе изготовления и в условиях эксплуатации) и пол учение герметичного соединения.

Помимо этого основного требования к сплаву выдвигается требование в отношении пластичности и хорошей обрабатываемости давлением.

Основной представитель этой группы -- сплав 29HK, который имеет такой же коэффициент ?, как термостойкое стекло, вольфрам и молибден. В этом сплаве часть никеля заменена кобальтом, что повышает температуру точки Кюри и расширяет область его применения до температуры 420 `С. При тех же температурах начинается размягчение термостойкого стекла.

Сплав пластичен и хорошо обрабатывается давлением, поэтому он заменил менее пластичные и нежаростойкие вольфрам и молибден в электровакуумном производстве.

Сплав 47НД относится к гpyппe сплавов, имеющих такой же коэффициент ?, как платина и нетермостойкие «мягкие» стекла. Этот сплав называют платинитом ? и используют для сварки и пайки с такими стеклами в электровакуумной промышленности. Вследствие высокого содержания никеля сплав имеет высокую температуру точки Кюри.

Для пайки с керамикой используется сплав ЗЗНК, являющийся аналогом ковара, но с повышенным содержанием никеля. Для такой пайки не требуется очень точного совпадения коэффициентов ?, что упрощает технологию изготовления сплава.

В качестве терморегулятора в приборостроении используют биметаллические пластинки, сваренные из двух материалов с различным значением коэффициента ?. Для этих целей обычно используют инвар З6Н, имеющий минимальное значение коэффициента ? , и сплав с 25 % Ni, у которого коэффициент ? очень большой (20 - 10 6 `С).

При нагреве пластинка биметалла сильно искривляется и замыкает (либо размыкает) электрическую цепь.

9. Сплавы с заданным температурным коэффициентом

Сплавы Fe--Ni, помимо низких значений температурного коэффициента линейного расширения при некоторых концентрациях никеля, обладают еще одним замечательным свойством -- малым температурным коэффициентом модуля упругости.

Во всех твердых телах, в том числе и металлах, модуль упругости при нагреве уменьшается в связи с уменьшением энергии межатомных связей.

В некоторых сплавах Fe--Ni. Называемым элинварными, наблюдается аномалия в изменении модуля упругости при нагреве, который либо растет, либо изменяется очень незначительно.

...