ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Резервы прочностных свойств из "Физика и химия твердого состояния" В наш век сильно развитой техники летательных аппаратов особое значение приобретает высокая удельная прочность (отношение прочности к удельному весу) конструкционных материалов. [c.213] Мы знаем (см. гл. I), что прочность всех твердых тел определяется прочностью межатомных связей она допускает упругую деформацию в несколько процентов, т. е. а аЕ, где а яа 0,1 почти для всех идеальных твердых тел. На самом деле наблюдаемые (табл. 8) в повседневной практике величины а намного меньше 0,1. [c.213] Проволока из высокоуглеродистой стали. [c.214] В ТОНКИХ стеклянных волокнах высокая прочность достигается, по-видимому, благодаря удалению наиболее опасных поверхностных дефектов (трещин Гриффитса). В нитевидных кристаллах (см. гл. X) дислокаций мало и расположены они, как правило, вдоль оси уса, что препятствует размножению дислокаций, необходимому для появления заметной пластической деформации. Тя нутая проволока из высокоуглеродистой стали, наоборот, имеет большую плотность дислокаций дислокации, межфазные границы и другие дефекты расположены так густо, ч го почти полностью исключают пластическую деформацию. [c.214] Грубо говоря, прочность твердых тел приближается к теоретической в двух предельных случаях — бездефектных тел и тел, сильно испорченных дефектами. Бездефектные металлические тела требуемой на практике формы в достаточных количествах пока получить трудно. [c.214] В связи с этим внимание материаловедов сосредоточено на разработке методов получения контролируемого распределения дефектов в тугоплавких материалах [27]. [c.214] Наиболее тугоплавкими металлическими элементами являются ниобий, молибден, рений, тантал, осмий и вольфрам. Если принять запасы ниобия в земной коре за 100%, то относительная распространенность остальных пяти элементов в земной коре выглядит так, % ниобий 100 молибден 3 вольфрам —3 тантал 0,1 рений —5-10 осмий 5-10 . [c.215] Из приведенной таблицы следует, что практическое значение в первую очередь имеют первые четыре элемента. Они образуют так называемую большую четверку. [c.215] Из неметаллических элементов наиболее тугоплавки углерод и бор, т. е. элементы П1—IV групп с ковалентной связью. К сожалению, не все перечисленные элементы сохраняют достаточный уровень свойств при высоких температурах. Причина тому — состав окружающей среды. Так, например, алмаз, имеющий самую высокую температуру плавления (4200° С) из всех существующих на земле элементов, при отсутствии защитной атмосферы сгорает при 850—1000° С, а в атмосфере кислорода — при 700—850° С. Пленка окисла на молибдене появляется при 250° С, а при температурах выше 700° С окисел начинает так быстро испаряться, что кусок молибдена буквально тает на глазах. Например, молибденовый стержень диаметром 13 мм при 1100° С через 6 ч будет полностью уничтожен . Среди окислов тугоплавких металлов самую меньшую температуру плавления имеет окисел рения. Он плавится при 300° С и кипит при несколько большей температуре. Кроме безвозвратных потерь (окалина и продукты сгорания или испарения), при длительном воздействии высоких температур происходит своего рода химико-термическая обработка поверхностных слоев, газонасыщение с образованием хрупких соединений. [c.215] Все эти процессы затрудняют горячую пластическую и термическую обработку, отсюда необходимость в специальных защитных мерах. При эксплуатации деталей, изготовленных из чистых тугоплавких металлов, трудности не уменьшаются. Приходится принимать специальные меры, наносить покрытия, защищающие основу от взаимодействия с газами. [c.215] Тугоплавкие соединения. Кроме тугоплавких элементов, имеется целый ряд тугоплавких соединений. Их подразделяют на три основных класса I) соединения металлов с неметаллами (бориды, карбиды, нитриды, окислы, силициды, фосфиды, сульфиды) 2) соединения неметаллов (карбиды и нитриды бора и кремния и сплав бора с кремнием) 3) соединения металлов (интерметаллиды). [c.215] Боразон — полный заменитель алмазов кроме того, он применяется как компонент в составе твердых жаропрочных сплавов. К примеру, кубическая модификация нитрида бора — основная составляющая нового сверхтвердого материала эльбора, синтез которого разработан и освоен сравнительно недавно. В последнее время в СССР синтезированы еще кристаллы нитрида бора в пластической форме. На его основе получен новый сверхтвердый сплав. Резцы из такого сплава по своим качествам превосходят алмазные. [c.216] Металлокерамика. Путем спекания спрессованных порошков химического соединения и металла получают металлокерамические твердые сплавы (керметы). Лучшим связующим металлом является кобальт. Поэтому он в основном и используется при производстве керметов. По составу карбидной основы сплавы на кобальтовой основе можно разделить на три группы 1) монокарбид вольфрама с кобальтом.(ШС—Со) 2) карбид вольфрама и титана с кобальтом ( С—Т1С—Со) 3) карбид вольфрама, титана и ниобия с кобальтом ( С—Т1С—ЫЬС—Со). [c.216] Сплавы на основе монокарбида вольфрама (содержание может измениться от 2 до 30%) отличаются наибольшей прочностью из всех известных металлокерамических сплавов. Они.стойки против действия кислот и слабо окисляются в атмосфере при нагреве до 600—800° С. [c.216] Сплавы второй группы (содержание Со может изменяться от 5 до 15%) менее прочны, чем первой, так как отличаются повышенной хрупкостью. Свойства их определяются содержанием кобальта и карбида титана. Увеличение содержания карбида титана приводит к падению прочности и повышению износостойкости. Эти сплавы выпускаются главным образом для оснащения инструмента при чистовой обработке стали и чугуна на больших скоростях резания. Они отличаются от сплавов первой группы более высокой жаропрочностью, что важно в условиях больших скоростей резания, когда процесс сопровождается сильным разогревом рабочей кромки резца. Поэтому скорости резания, допускаемые титан-вольфрамовыми сплавами при обработке стальных изделий, в два— пять раз выше, чем скорости резания при вольфрамкобальтовых сплавах. [c.216] Третью группу сплабов применяют так же, как вторую, главным образом для инструмента (фрезы, фасонные резцы и т. д.) при обработке стали и чугуна. Свойства их определяет в основном содержание карбида титана. [c.217] В зависимости от предъявляемых требований (высокая твердость, жаропрочность, жаростойкость, высокая или низкая теплопроводность и т. д.) и условий эксплуатации методами порошковой металлургии изготовляют и другие виды керметов. Например, из смеси алмазного порошка и порошка инструментальных и быстрорежущих сталей спеканием при температуре около 1300°С под давлением 1 кбар получают алмазнометаллический сплав, который используют для изготовления режущего и шлифовального инструмента. [c.217] Композиционные материалы. Третий принцип упрочнения металлов основан на применении волокон и пленок [32, 33]. Идея эта не нова. Она заимствована у природы. Солями кальция укрепила природа мягкий фибриллярный белок (кератин, коллаген), создав кожу, рога, волосы, когти, кости, зубы, хрящи, которые придают определенную форму живому организму. Природа сумела найти лучший способ армирования, не открытый нами до сих пор. Сцепление и ориентация кристаллов солей столь совершенны, что, например, кость прочнее не только коллагена, в котором заключен апатит [минерал состава СатТ (РО е, где 7 —С1 или Р], но и самого чистого апатита. Почему это происходит, мы пока не знаем, но, вероятно, потому, что благодаря хорошей связи между кристаллами апатита и мягким коллагеном трещины, которые могли бы развиваться в кристалле под нагрузкой, блокируются. При этом прочность кристаллов может приблизиться к их теоретической прочности. [c.217] Вернуться к основной статье