Физико-механические свойства и способ изготовления сплава. Марка сплава, химический состав и назначение легирующих элементов. Выбор стали для металлорежущих инструментов

ЗАДАНИЕ НА  ВТОРУЮ ЧАСТЬ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Вариант № 3.

Вопрос № 1.  

          Опора вала перекачивающего насоса реактора АЭС находится в жидком натрии, используемом в качестве теплоносителя. Обосновать выбор износостойкости наплавки на поверхности пары трения вал – опора с учетом того, что температура рабочей среды         ≥ 600 ℃. Привести марку сплава, химический состав и назначение отдельных элементов. Описать физико – механические свойства и способ изготовления сплава.

Применяем для этих целей материал Бериллий (Ве) – легкий металл серебристого цвета. Плотность – 1,85 г/см³, температура плавления – 1284 ℃.

До температуры 1250 ℃ он кристаллизируется в гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку, а в интервале температур 1250 – 1284 ℃ - в решетку объемно – центрированного куба.

Прочность Ве зависит от технологии получения полуфабрикатов и при комнатной температуре G_в = 65 кг/мм². в интервале температур 450 – 650 ℃ обладает более высокой кратковременной прочностью (G_в/v), чем алюминий и титан. В связи с этим его применяют в реактивной и косметической технике в АЭС.

Жаростойкость Ве, благодаря хорошим защитным свойствам окисла ВеО, достаточно высока и сохраняется до температуры 800 ℃.

Металлургия Ве сложна из-за его химической инертности. Полученные слитки, либо перерабатываются в порошок, либо обрабатывают давлением для получения  полуфабрикатов. Ве используется в химически чистом виде, а сплавы на его основе пока не разработаны.

Применение Ве, как конструкционного материала в атомной технике, вызвано его способностью слабо поглощать нейтроны. Это свойство определяют эффективным поперечным сечением захвата тепловых нейтронов и выражается в барах (1 бар = 10^-24 см²).

Металлы. Эффективное поперечное сечение захвата, бар:

Благодаря высокой температуре плавления Ве вместе Zr нашел применение для оболочек урановых стержней, в реакторах, где температура в рабочей зоне 400 – 600 ℃. В реакторах, где температура ниже 400 ℃ используют Al и Mg.

Зависимость теплоемкости Ве от температуры в ℃:

Удельная теплоемкость в кал.г.град.:

Зависимость коэффициента линейного расширения от температуры:

Электрические свойства:

1. Электрическое сопротивление в Ом мм²/м при 0℃ - 0,0588;
2. Температурный коэффициент электросопротивления при 20 ℃ - 0,00667;
3. Потенциал электрического растворения – 1,9

Вопрос № 2.

В ряде случаев детали электрических машин и аппаратов из немагнитных (магнитная проницаемость μ ≤ 1,5) сталей и чугунов. Какую структуру должны иметь эти сплавы? Каков способ получения такой структуры? Каковы преимущества немагнитных сталей и чугунов по сравнению с цветными сплавами этого назначения? Выбрать оптимальный сплав для изготовления литых деталей (крышек, кожухов, втулок) масляных выключателей, силовых и сварочных трансформаторов. Привести марку сплава, химический состав и назначение легирующих элементов. Описать структуру, характеризующую свойства и способ получения деталей.

В качестве немагнитных (парамагнитных) материалов могут применяться цветные металлы, стали, чугун. С магнитной проницаемостью не более 1,5 Ге/Э.

Применение немагнитных сталей имеет преимущества перед цветными металлами:

- меньшая стоимость;

Повышенная прочность;

Меньшие потери на вихревые токи в изделиях, работающих в переменном магнитном поле. Аустенитные немагнитные стали обычно содержат C, Ni, Mn, а также   N, Cu и Al. С увеличением содержания С и N требуется меньшее количество Ni и  Mnдля получения стабильной аустенитной структуры.

Структурная диаграмма для никелевых сталей после нормализации с 900 ℃

Ni, %

Раньше применялись немагнитные стали (Н₂₄х2) с содержанием 25% Ni и Cr для повышения предела тягучести и полного немагнитного состояния после быстрого охлаждения в воде с    600 ℃. При более высокой температуре повышаются ферромагнитные свойства