Л 26. Нанокристаллические, квазикристаллические и аморфные материалы.

Стали повышенной и высокой теплостойкости

Эти стали применяются для изготовления прошивок, матриц для горячего прессования высокопрочных алюминиевых сплавов и прессформ для формообразования легированных сталей.

Для деформирования стали при ударных нагрузках и необхо­димости резкого охлаждения, обеспечивающего интенсивный цикл работы, т. е. в условиях, когда нужна высокая разгаростойкость, а нагрев рабочего слоя не достигает высоких значений, используются стали 4Х5В2ФС и типа 4Х5ВМС и 4ХЗМФ. Эти стали применимы, в частности, для скоростной штамповки.

Они так же используются для деформирования небольших быстро подстывающих заготовок. В этих случаях деформирование может сопровождаться повышенными динамическими нагруз­ками и для более тяжелых условий работы:

а) прессования, выдавли­вания и прошивки при повышенных температурах;

б) штампов небольшого сечения, например, тонких пуансонов, отвод тепла у которых затруднен.

Для тяжелых температурных условий, а также де­форми­рова­ния труднообрабатываемых сплавов, например жаропрочных, зарекомендовала себя сталь 3Х3В8Ф, превосходящая другие стали по теплостойкости. Наибольшую тепло- и разгаростойкость имеет стпль 4Х3В5М3Ф.

Сталь 3Х2В8 относится к ледобуритному классу. Ее теплостойкость обусловлена высоким содержанием вольфрама. Она часто используется для изготовления прессформ литья под давлением.

Для тяжелых условий работы штампового инструмента, когда разогретый металл имеет высокую прочность, используются стали высокой теплостойкости. В таких условиях работы поверхностные слои штампов могут нагреваться до высоких температур, превышающих температуры отпуска. По этой причине приходится пользоваться сталями упрочняемыми интерметаллидами и легированные кобальтом, который, находясь в твердом растворе, повышает теплостойкость стали.

Стали 2Х6В8М2К8 и 3Х10В7М2К10 относятся к сталям карбидно-нитерметаллидного класса, причем в них доля интерметаллидного упрочнения больше, чем карбидного. Упрочняющими фазами в этих сталях являются фазы Ме₆С и МеС (специальные карбиды) и (Fe, Co)₂W и (Fe, Co)₇W6 (интерметаллиды).

Термическая обработка этих сталей заключается в закалке и последующего старения.

 

 

Перспективны особого класса материалы – состоящие из макроскопических частиц, размеры которых лежат в области от 1 до 100 нм..

Резко возрастает роль поверхности, перестройка которой затрагивает как решеточную, так и электронную подсистемы, причем для частиц размером порядка 10 нм само разделение свойств на "объемные" и "поверхностные" оказывается неоправданным. Одним из проявлений такой перестройки является качественное изменение спектров элементарных возбуждений, чувствительных как к изменению симметрии, так и к наличию границ. Эти черты ультрадисперсных частиц вызывают определенные аномалии в поведении электронов, фононов, плазмонов, магнонов и других элементарных возбуждений и, естественно, влекут за собой ряд качественных отличий физических свойств ультрадисперсных сред от свойств соответствующих массивных материалов.

В теории ультрадисперсных сред плодотворно используются методы физики твердого тела. Учитываются специфические черты малых частиц в таких традиционных вопросах физики твердого тела и физического металловедения, как теория фазовых переходов.

Ультрадисперсные металлические среды уже были успешно применены, в частности, для соединения разнородных материалов, для создания композиционных материалов и др.

Разнообразие уникальных свойств ультрадисперсных сред связано со специфическим характером состояний атомов и электронов в малых частицах (порядка 1-100 нм), являющихся основным морфологическим элементом ультрадисперсных сред. Взаимодействие этих частиц приводит к релаксационным процессам (коагуляции, коалесценции, спеканию и т.п.), интенсифицируя или подавляя которые с помощью различных внешних воздействий (ультразвука, электромагнитного облучения, электронных пучков и т.п.), можно изготавливать ультрадисперсионные среды с заданными свойствами.

В порошковой металлургии используются частицы таких размеров, при которых роль поверхности резко возрастает и становится сравнимой с ролью объемных эффектов, хотя свойства поверхности этих частиц в основных чертах совпадают с аналогичными свойствами соответствующих массивных материалов. При этом на поверхности ультрадисперсных частиц происходит радикальная перестройка расположения атомов и изменение типа межатомных связей по сравнению с поверхностью массивного материала.

Наличие комплекса новых качеств и свойств ультрадисперсных систем свидетельствует о существовании особого конденсированного состояния вещества, которое реализуется в ультрадисперсных средах. Получение ультрадисперсных сред на основе различных металлов и сплавов в настоящее время осуществляют специально разработанными технологическими методами.

Важнейшей особенностью ультрадисперсных частиц, полученных в условиях высоких пересыщений, является существенно неравновесный характер их формы и структуры. Специфические черты фазовых и структурных состояний вещества в ультрадисперсных системах порождают иногда нежелательную эволюцию свойств этих структур и создают определенные технологические и эксплуатационные трудности, связанные с нестабильностью параметров устройств на основе дисперсных систем при хранении и в процессе эксплуатации.