- предел прочности, МПа — 580; 1050;
- относительное удлинение, % - 7; 5;
- относительное сужение, % - 1,5; 14.
Испытания на длительную прочность двойных сплавов при температуре 450°С и нагрузке 200 МПа показали, что сплав с 1,5% марганца не разрушается в течение 7 ч., а сплав с 2,5% марганца -12ч.
Таблица 5.19
Свойства спеченных титановых сплавов легированных алюминием,
молибденом, ванадием, хромом, кобальтом и оксидом циркония.
| Состав композиций | Предел прочности на разрыв, МПа | Относительное удлинение, % | Относительное сужение, % |
| ТМЗБ2Х1 | 840 | 5-9 | 9-17 |
| ТМЗБ2Х1+1% ZrO, | 940 | 5-8 | 10-17 |
| ТЮ4МЗФЗ | 1030 | 5-6 | 6-13 |
| ТЮ4МЗФЗ+1% ZrO, | 730 | 0,2 | 0,5 |
| ТЮ4ФЗКЗ | 900 | 1-5 | 2,7 |
| ТЮ4ФЗКЗ+3% ZrQ2 | 520 | 0 | 0 |
Максимальной прочностью характеризуются сплавы при одновременном легировании алюминием, цирконием и молибденом.
Данные табл. 29 свидетельствуют об увеличении прочности при одновременном легировании сплава алюминием, молибденом и кобальтом (ТЮ4МЗФЗ). С введением оксида циркония (ZrO,) прочность сплава снижается, уменьшается пластичность композиций.
Разработан ряд современных порошковых сплавов (ВТЗ, ВТ5, ВТ6, ВТ9, ВТ20), соответствующих по химическому составу компактных сплавов и не уступающим им по механическим свойствам.
Порошковые алюминиевые сплавы характеризуются малой плотностью, высокими тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью, хорошей пластичностью и обрабатываемостью резанием, высокими триботехническими свойствами.
Перспективными порошковыми алюминиевыми материалами являются сплавы на основе смесей алюминиевых порошков с легирующими добавками. Основными легирующими добавками являются железо, хром, магний, марганец, медь, цинк.
При создании порошковых алюминиевых сплавов двойной системы наиболее распространенными легирующими элементами являются железо и хром, которые имеют малую растворимость и низкий коэффициент диффузии в алюминии и образуют с ним мелкодисперсные частицы интерметаллических соединений.
Сплав, содержащий 12,8 % железа имеет следующие механические характеристики:
- временное сопротивление при растяжении, МПа — 380;
- предел текучести, МПа - 310;
- относительное удлинение, % — 4.
При введении в алюминиевый сплав хрома в пределах не более 7% достигаются наилучшие свойства:
- предел прочности на растяжение, МПа - 300 - 320;
- относительное удлинение, % — 15 - 20.
Среди многокомпонентных порошковых материалов на основе алюминия, наиболее распространены сплавы, совместно легированные магнием, марганцем, медью, хромом, титаном, ванадием. Эти сплавы обладают дополнительной прочностью при применении термической обработки.
Одним из самых прочных порошковых алюминиевых сплавов является сплав марки ПВ90, свойства которого в сравнении с деформированным сплавом марки В95 приведены в табл. 5.20.
Кроме того, сплав ГТВ90 отличается высокими триботехническими свойствами, характеристики которых приведены в табл. 5.21.
Сплав ПВ90 мало чувствителен к концентрации напряжений при одноосном растяжении, отличается высоким сопротивлением срезу, хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и из него могут быть получены изделия методами прессования, штамповки и прокатки.
Известны также алюминиевый сплав, легированный титаном и вольфрамом, имеющий механические свойства:
- прочность при растяжении, МПа - 420 - 490;
- предел текучести, МПа -350-390;
- относительное удлинение, % -7;
Таблица 5.20
Механические свойства алюминиевых сплавов ПВ90 и В95.
| Состояние | Предел прочности на разрыв, МПа | Предел текучести, МПа | Относительное удлинение, % |
| Сплав ПВ90 | |||
| Закаленный и искусствен- | |||
| но состаренный по режи- | |||
| мам: N1 | 780 | 740 | 4 |
| N2 | 640 | 590 | 6 |
| Сплав В95 | |||
| Закаленный и искусствен- | |||
| но состаренный по режимам: | |||
| N1 N2 | 600 550 | 560 470 | 8 9 |
Таблица 5.21
Триботехнические свойства сплавов ПВ90 и В95
| Сплав | Коэффициент трения | Износ, мг ∙ см2 | ||
| При сухом трении | При трении сое смазкой | При сухом трении | При трении сое смазкой | |
| ПВ90 | 0,10 | 0,05 | 6,0 | 5,0 |
| В95 | 0,35 | 0,10 | 22,0 | 20,5 |
Л Е К Ц И Я № 16
6. Изготовление деталей из металлических, порошковых
и полимерных композиционных материалов.
6.1. Основные свойства порошков
Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии начинается с получения металлических порошков. Известно большое количество методов получения порошков. Разнообразие применяемых методов объясняется тем, что качественные характеристики порошков и изделий в значительной степени определяются методом изготовления порошков. Порошок одного и того же металла в зависимости от метода производства резко изменяет некоторые из свойств, определяющих применимость его для той или иной цели.
В практике металлические порошки характеризуются по следующим свойствам:
- физическим;
- химическим;
- технологическим.
К физическим свойствам порошков относят преобладающую форму частиц и гранулометрический состав порошка. Форма частиц в основном зависит от способа получения и может быть сферической, губчатой, осколочной, дендритной, тарельчатой, чешуйчатой. Форма частиц оказывает влияние на плотность, прочность и однородность прессовки. Наибольшую прочность прессовок дают частицы дендритной формы. В этом случае упрочнение порошков при прессовании вызывается действием сил сцепления, заклиниванием частиц, переплетением выступов и ответвлением.
Размер частиц порошков, получаемых различными методами колеблется от долей микрометра до долей миллиметра.
Для получения прочной прессовки необходим порошок с определенными размерами частиц и набором их по крупности. В практике никогда не встречаются металлические порошки с частицами одной крупности.
Гранулометрический состав порошка представляет собой относительное содержание фракций частиц различной крупности. В сочетании с другими свойствами он влияет на удельное давление при прессовании, необходимое для достижения заданных механических свойств спечённых изделий.
К химическим свойствам порошков относят в первую очередь содержание основного металла, примесей и загрязнений. На химические свойства влияет также содержание газов в связанном, адсорбированном или растворенном состоянии. Содержание основного металла в порошках бывает не ниже 98 — 99%, и такая чистота порошковых металлов для большинства спеченных изделий является удовлетворительной.
Вредными примесями для железного порошка являются примеси кремнезёма, оксидов алюминия и марганца. Эти примеси затрудняют прессование порошков, увеличивают износ прессформ.
Присутствие в порошках значительного количества газов (кислород, водород, азот и др.), адсорбированных на поверхности частиц, а также попавших внутрь частиц в процессе изготовления и в результате разложения при нагреве загрязнений увеличивает хрупкость порошков, затрудняет прессование, а интенсивное выделение их при спекании может привести к короблению изделий. Поэтому порошки иногда подвергают вакуумной обработке для отгонки газов.
Под технологическими свойствами порошков понимают:
- насыпная масса порошка;
- текучесть;
- прессуемость.
Насыпная масса порошка - это масса единицы его объёма при свободной насыпке. Она определяется плотностью материала порошка, размером и формой его частиц, плотностью укладки частиц и состоянием их поверхности. Например, сферические порошки с гладкой поверхностью обеспечивают более высокую насыпную плотность.
Текучесть порошка - это способность перемещаться под действием силы тяжести. Она оценивается временем истечения определённой навески (50 г) через калиброванное отверстие (диаметр 2,5 мм). Текучесть зависит от плотности материала, гранулометрического состава, формы и состояния поверхности частиц и влияет на производительность автоматических прессов при прессовании, так как она определяет время заполнения порошком пресс-формы. Текучесть ухудшается при увлажнении порошка, увеличении его удельной поверхности и доли мелкой фракции.
Прессуемость порошка - это способность порошка под влиянием внешнего усилия приобретать и удерживать определённую форму и размеры.
Порошки одного и того же химического состава, но с разными физическими характеристиками могут обладать различными технологическими свойствами, что влияет на условия дальнейшего превращения порошков в готовые изделия.
Поэтому физические, химические и технологические свойства порошков находятся в непосредственной зависимости от метода получения порошка.
Но не только качественные характеристики порошка лежат в основе выбора способа получения порошков. Очень важными при оценке метода производства порошков являются вопросы экономики - себестоимость порошка, размер капиталовложений, стоимость переработки порошка в изделия.