Хромоникелевые сплавы


Хромоникелевые нестабилизированные аустенитные нержавеющие стали для высокотемпературного оборудования атомных энергетических установок с жидкометаллическим натриевым теплоносителем 10Х18Н9 (09Х18Н9), 08Х16Н11М3 (температура эксплуатации до 600 °С).

 

Отрасли применения:

 

  • Атомная энергетика.

 

Назначение:

 

Стали предназначаются для корпусных и внутрикорпусных конструкций, трубопроводов реакторных установок на быстрых нейтронах, работающих в контакте с натриевым теплоносителем.

 

 

 

Схема реактора БН-1200

 

 

Описание:

 

Стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9), 08Х16Н11М3 обладают повышенным сопротивлением локальному разрушению в околошовной зоне. Допускается их применение без термической обработки после сварки в толщинах более 10 мм при температуре эксплуатации 500 и 560 °С, соответственно. Материалы характеризуются стабильностью механических свойств и в соответствии с ПНАЭ Г-7-008-89 допускаются к применению при температурах до 600°С

 

Таблица - Гарантируемые механические свойства стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9), 08Х16Н11М3, (не менее).

Марка

Температура,

°С

Временное сопротивление, МПа

Предел текучести, МПа

10Х18Н9 (09Х18Н9)

20

491

196

500

343

118

600

294

108

08Х16Н11М3

20

510

206

500

373

128

600

343

118

 

Качество полуфабрикатов обеспечивается применением специальной технологии выплавки, разливки, ковки, прокатки, термической обработки, а также комплексной системой контроля качества в процессе производства с проведением авторского надзора. Стали хорошо сваривается. Сварочные материалы: - для автоматической сварки под флюсом - проволока Св-04Х17Н10М2, Св02Х17Н10М2-ВИ, флюс ОФ-6; - для ручной дуговой сварки – электроды А-1, А-1Т, ЭА-115/51Р. Виды продукции: Полуфабрикаты - лист, прутки, трубная заготовка, трубы, трубы шестигранные, поковки.

 

 

 

Преимущества:

 

Усовершенствованные теплоустойчивые радиационно-стойкие стали марок 15Х2МФА-А мод. А и 15Х2МФА-А мод. Б обладают конкурентными преимуществами:

 

  • Обеспечение категории прочности КП45 в крупногабаритных заготовках с толщиной стенки под термическую обработку до 660 мм при исходном значении критической температуры хрупкости Тк0 не выше минус 35°С.
  • Высокое сопротивление радиационному и тепловому охрупчиванию в процессе эксплуатации, обеспечивающее проектный ресурс КР не менее 60-80 лет с возможностью его пролонгации.
  • Обеспечение стабильности рабочих характеристик в течение длительного срока эксплуатации.
  • Превосходит отечественные и зарубежные аналоги при сопоставлении значений рабочих характеристик.

 

Сравнение с аналогами

 

Стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3 являются российским аналогами стали марок 304 и 316 (стандарт ASTM), соответственно.

 

 

 

 

Эффект от внедрения

 

Применение стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3 при изготовлении реакторного оборудования имеет технический эффект, так как позволяет увеличить ресурс работы изделия, обеспечить выполнение требований Конвенций по охране окружающей среды, уменьшить материалоемкость конструкций.

 

 

Правовая защита

 

Разработанные стали защищены авторскими свидетельствами.

 

 

Предложения по сотрудничеству:

 

  • Передача на договорной основе технической и технологической документации на выплавку, ковку, прокатку, предварительную и окончательную термообработку, сварку стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3.
  • Материаловедческое сопровождение изготовления деформированных полуфабрикатов (листов, прутков, трубных заготовок, труб, труб шестигранных, поковок) из стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3.
  • Материаловедческое сопровождение изготовления конструкции из стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3.

 

Форма запроса

Вы можете отправить запрос на данную разработку, заполнив следующую форму:
 

Хромоникелевый сплав для электронагрева сопротивлением

Хромоникелевый сплав для электронагрева сопротивлением

Хромоникелевый сплав для электронагрева сопротивлением характеризуется более высоким удельным сопротивлением, высокой стойкостью к окислению поверхности, отличной прочностью при высокой температуре, а также превосходной обрабатываемостью и свариваемостью. Даже при длительном использовании данный материал не деформируется и имеет небольшое удлинение. Он также отличается высокой излучательной способностью, коррозиестойкостью, маломагнитными свойствами и долгим сроком эксплуатации.

В группе данных материалов высокого сопротивления сплав Cr20Ni80 может похвастаться более полными и превосходными характеристиками. Этот сплав является наиболее подходящим материалом для производства высококачественных электронагревательных элементов, он широко используется в металлургии, производстве бытовой техники, электроприборов и т.д.

Из-за небольшого количества никеля в составе данный хромоникелевый сплав для электронагрева сопротивлением поставляется по более высокой цене, чем железо-хром-алюминиевый сплав, но с более низкой рабочей температурой.

Технические характеристики

Модель Ni80Cr20 Ni70Cr30 Ni60Cr15 Ni35Cr20 Ni30Cr20
Свойства
Основной химический состав (%) Ni 55.0~61.0 34.0~37.0 30.0~34.0
Cr 20.0~23.0 28.0~31.0 15.0~18.0 18.0~21.0 18.0~21.0
Fe ≤1.0 ≤1.0
Максимальная рабочая температура (℃) 1200 1250 1150 1100 1100
Средняя температура плавления (℃) 1400 1380 1390 1390 1390
Плотность (г/см3) 8.40 8.10 8.20 7.90 7.90
Удельное сопротивление (μΩ.м, 20 ℃) 1.09 1.18 1.12 1.0 1.04
Удлинение (%) ≥20 ≥20 ≥20 ≥20 ≥20
Удельная теплоемкость (Дж/г*℃) 0.440 0.461 0.494 0.500 0.500
Коэффициент теплопроводности (Дж/м.ч.℃) 60.3 45.2 45.2 43.8 43.8
Коэффициент линейного удлинения (α×10-6/℃) 18.0 17.0 17.0 19.0 19.0
Микроструктура Аустенит Аустенит Аустенит Аустенит Аустенит
Магнетизм Нет Нет Нет Нет Нет

Коррозионная стойкость хромоникелевых сплавов в процессе высокотемпературного выщелачивания золотосодержащего сульфидного сырья

ArticleName Коррозионная стойкость хромоникелевых сплавов в процессе высокотемпературного выщелачивания золотосодержащего сульфидного сырья ArticleAuthorData

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

В. И. Болобов, проф. каф. машиностроения, e-mail: Bol[email protected]

 

ООО «Научно-исследовательский центр «Гидрометаллургия», г. Санкт-Петербург

Я. М. Шнеерсон, ген. директор, проф.

А. Ю. Лапин, техн. директор

Abstract

В условиях высокотемпературного выщелачивания пиритных золотосодержащих концентратов в лабораторном автоклаве и полупромышленной установке непрерывного действия с использованием гравиметрического и металлографического методов проанализировано коррозионное поведение образцов (в том числе сварных), 6 марок зарубежных сплавов систем легирования Cr – Ni – Mo и Cr – Ni – Mo – Cu, а также Cr – Ni – Mo – Cu-стали 904L (аналога отечественной ЭИ943). Несмотря на образование трудноудаляемой пленки, образующейся на образцах при движении пульпы в установке, скорость коррозии материалов в продуктах выщелачивания в лабораторном автоклаве и полупромышленной установке практически одинакова, при этом у всех испытанных сплавов и стали в жидкой фазе продуктов выщелачивания она существенно выше, чем в газовой. В пульпе максимальная коррозионная стойкость наблюдается у хастеллоя G35 со сварным швом, минимальная — у хастеллоев ВС1, С276, С2000, С22, промежуточное положение занимают Inconel 625 и сталь 904L. В соответствии с результатами металлографического анализа можно заключить, что хастеллой G35 не подвержен межкристаллитной коррозии в рабочей среде высокотемпературного выщелачивания. Высокую коррозионную стойкость хастеллоя G35 авторы связывают с повышенным содержанием в сплаве хрома (~33 %).

keywords Хромоникелевые сплавы, скорость коррозии, автоклав, высокотемпературное окислительное выщелачивание, пиритные золотосодержащие концентраты, сплав, коррозия References

1. Шнеерсон Я. М., Чугаев Л. В., Плешков М. А. Некоторые особенности автоклавного вскрытия углистых золото содержащих руд и концентратов // Цветные металлы. 2011. № 3. С. 62–67.
2. Набойченко С. С., Ни Л. П., Шнеерсон Я. М., Чугаев Л. В. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов / под ред. С. С. Набойченко. — Екатеринбург : ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. — 940 с.
3. Лапин А. Ю., Битков Г. А., Шнеерсон Я. М. Автоклавно-гидрометаллургическая переработка упорных золотосодержащих сульфидных материалов при пониженных температурах // Цветные металлы. 2011. № 12. С. 39–44.
4. Пат. 2434064 РФ. МПК С 22 В 11/08. Способ переработки упорного сульфидного золотосодержащего сырья / Шнеерсон Я. М., Лапин А. Ю., Чугаев Л. В., Битков Г. А. ; заявл. 26.07.2010 ; опубл. 20.11.2011. — 9 с.
5. Болобов В. И., Зиновьев В. А., Шнеерсон Я. М., Чернышев П. В. Условия применения титановых сплавов в процессах автоклавного выщелачивания сульфидного сырья // Цветные металлы. 1998. № 3. С. 31–33.
6. Болобов В. И., Подлевских Н. А. Механизм возгорания металлов при разрушении // Физика горения и взрыва. 2007. Т. 43, № 4. С. 39–48.
7. Болобов В. И. Расчет критического давления возгорания титановых сплавов в парогазовых смесях автоклавов // Цветные металлы. 2011. № 10. С. 94–97.
8. Болобов В. И., Шнеерсон Я. М., Лапин А. Ю. Возможность безопасной эксплуатации титановых сплавов в кислород содержащей среде при автоклавном выщелачивании сульфидных минералов // Там же. № 12. С. 98–101.
9. Болобов В. И., Шнеерсон Я. М., Лапин А. Ю., Битков Г. А. Коррозионное поведение хромоникелевых сплавов в процессе автоклавного низкотемпературного окисления упорного сульфидного золотосодержащего сырья // Там же. 2013. № 2. С. 76–81.
10. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. — М. : Химия, 1975. — 816 с.
11. ГОСТ 9.908–85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. — Введ. 01.01.1985.

Высоколегированные хромоникелевые стали и их сварка



Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!


Сплавы на основе железа с высоким содержанием хрома и никеля относятся к особой группе сталей с комплексом свойств, принципиально отличающихся от свойств обычных углеродистых низко- и среднелегированных сталей. Никель, существенно стабилизирующий γ-фазу, расширяет температурную и концентрационную область ее существования, снижает критическую скорость охлаждения при закалке. При легировании стали одновременно большим количеством никеля (более 8%) и хрома (более 18%) критическая скорость охлаждения снижается настолько, что сталь даже при очень медленном охлаждении сохраняет переохлажденный аустенит. При этом снижение температуры начала мартенситного превращения ниже комнатной приводит к сохранению аустенитного состояния таких сталей до комнатной и при определенных условиях — ниже комнатной температур.

Однако в реальных высоколегированных хромоникелевых сталях, содержащих углерод и другие элементы, фазовое состояние как при нагреве, так и после охлаждения может быть более сложным. При этом во всех случаях основой обеспечения свойств является наличие полностью или преимущественно аустенитного состояния сплава в условиях эксплуатации.

Первоначально высоколегированные хромоникелевые стали появились как нержавеющие, кислотостойкие, когда было установлено, что легирование стали свыше 6% Ni резко облагораживает электрохимический потенциал, а одновременное присутствие свыше 12% Сr способствует проявлению защитных свойств окисной пленки, образующейся на поверхности металла, хром оказывает также определенное положительное влияние и на сдвиг в положительную сторону электрохимического потенциала стали. Так возникла широко известная классическая коррозионно-стойкая сталь 18-8, содержащая 18% Cr и 8% Ni.

В дальнейшем на основе изучения связи строения и фазового состояния подобных сталей со свойствами появились другие высоколегированные хромоникелевые стали с более высокой коррозионной стойкостью в особо химически активных средах. Подобные высоколегированные стали с аустенитной основой имеют высокие жаропрочность и хладостойкость. Отдельное место занимают высоколегированные хромоникелевые высокопрочные стали. Хромоникелевые стали широко применяют в сварных конструкциях и изделиях в разных отраслях промышленности. Свойства таких сталей, их коррозионная стойкость, жаропрочность, хладостойкость, свариваемость, технологичность при деформации и резании зависит от химического состава сталей, их фазового и структурного состояния.

Источник: Л.С. Лившиц. "Металловедение для сварщиков". Москва. Машиностроение, 1979.

См. также:

Виды нержавеющих сталей - Орнамита

В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы:
  1. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
  2. Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;
  3. Жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

2. Практическое применение высоколегированных сталей

2.1. Примерное назначение марок коррозионностойких сталей и сплавов I группы

Марки сталей и сплавов

Назначение

20Х13

Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и др.)

30Х13 40Х13

Режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессоров.

14Х17Н2

Применяется как сталь с достаточно удовлетворительными технологическими свойствами в химической, авиационной и других отраслях промышленности.

15Х25Т

Рекомендуется в качестве заменителя стали марки 12Х18Н10Т для сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже − 20°С для работы в более агрессивных средах по сравнению со средами, для которых рекомендуется сталь марки 08Х17Т. Трубы для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах.

10Х17Н13М2Т 10Х17Н13М3Т

Рекомендуется для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях действия кипящей фосфорной, серной, 10%-ной уксусной кислоты и сернокислых средах.

12Х18Н9 08Х18Н10Т

Применяется в виде холоднокатаного листа и ленты повышенной прочности для различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой, а также для изделий, подвергаемых термической обработке (закалке).

08Х18Н10Т

Рекомендуется для изготовления сварных изделий, работающих в средах более высокой агрессивности, чем сталь марок 12Х18Н10Т и 12Х18Н12Т.

12Х18Н10Т 12Х18Н9Т

Применяется для изготовления сварной аппаратуры в разных отраслях промышленности. Сталь марки 12Х18Н9Т рекомендуется применять в виде сортового металла и горячекатаного листа, не изготовляемого на станах непрерывной прокатки.

12Х18Н12Т

Применяется для тех же целей, что и сталь марки 08Х18Н10, при жестком ограничении содержания ферритной фазы.

06ХН28МДТ

Для сварных конструкций, работающих при температурах до 80°С в серной кислоте различных концентраций, за исключением 55%-ной уксусной и фосфорной кислот, в кислых и сернокислых средах.

2.2. Примерное назначение жаростойких сталей и сплавов II группы

15Х25Т

Аппаратура, детали, чехлы термопар, электроды искровых зажигательных свечей, трубы пиролизных установок, теплообменники.

08Х18Н10 12Х18Н9

Трубы детали печной арматуры, теплообменники, муфели, реторты, патрубки и коллекторы выхлопных систем, электроды искровых зажигательных свечей.

08Х18Н10Т

то же

12Х18Н10Т

то же

12Х18Н9Т

то же

12Х18Н12Т

трубы

2.3. Примерное назначение жаропрочных сталей и сплавов III группы

20Х13

Лопатки паровых турбин, клапаны, болты и трубы.

14Х17Н2

Рабочие лопатки, диски, валы, втулки.

12Х18Н10Т

Детали выхлопных систем, трубы, листовые и сортовые детали.

12Х18Н12Т

То же

20Х23Н18

Детали установок в химической и нефтяной промышленности, газопроводы, камеры сгорания (может применяться для нагревательных элементов сопротивления).

Международные аналоги коррозионно-стойких и жаропрочных сталей

Коррозионно-стойкие стали

Европа (EN)

Германия (DIN)

США (AISI)

Япония (JIS)

СНГ (GOST)

1.4000

X6Cr13

410S

SUS 410 S

08Х13

1.4006

X12CrN13

410

SUS 410

12Х13

1.4021

X20Cr13

-420

SUS 420 J1

20Х13

1.4028

X30Cr13

-420

SUS 420 J2

30Х13

1.4031

X39Cr13

SUS 420 J2

40Х13

1.4034

X46Cr13

-420

40Х13

1.4016

X6Cr17

430

SUS 430

12Х17

1.4510

X3CrTi17

439

SUS 430 LX

08Х17Т

1.4301

X5CrNI18-10

304

SUS 304

08Х18Н10

1.4303

X4CrNi18-12

-305

SUS 305

12Х18Н12

1.4306

X2CrNi19-11

304 L

SUS 304 L

03Х18Н11

1.4541

X6CrNiTi18-10

321

SUS 321

08Х18Н10Т

1.4571

X6CrNiMoTi17-12-2

316 Ti

SUS 316 Ti

10Х17Н13М2Т

Жаропрочные стали

Европа (EN)

Германия (DIN)

США (AISI)

Япония (JIS)

СНГ (GOST)

1.4878

X12CrNiTi18-9

321 H

12Х18Н10Т

1.4845

X12CrNi25-21

310 S

20Х23Н18

Источник: ГОСТ 5632-72

В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:

1. АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ — является наиболее широко распространенным типом нержавеющей стали. Содержание никеля в такой стали составляет не менее 7%, что придает ей пластичность, широкий спектр температурных режимов, немагнитные свойства, хорошая пригодность к сварке, лучшая сопротивляемость коррозии.

*Аустенит  — высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов.

Аустенит — твёрдый раствор легирующих элементов в -железе. В чистом железе существует в интервале температур 910—1401°C; в углеродистых сталях аустенит существует при температурах не ниже 723°C. Фаза названа в честь сэра Уильяма Чандлера Робертс-Остина.

В легированных сталях аустенит может существовать и при гораздо более низких температурах. Такие элементы, как никель стабилизируют аустенитную фазу. Нержавеющие стали, такие как 08Х18Н10Т или AISI 304, AISI 316 и т.д. относятся к аустенитному классу. Присутствие никеля в количестве 8—10% приводит к тому, что аустенитная фаза сохраняется и при комнатной температуре.

Аустенитные стали:

03Х18Н11  (AISI-304L)

03-08Х18Н10 (AISI-304: AISI-304L)

08Х18Н10Т  (AISI-321)

12Х18Н10Т  (AISI-321)

10Х17Н13М2Т  (AISI-316Ti)

10Х17Н13М2  (AISI-316)

10(20)Х23Н18  (AISI-310: AISI-310S)

 

2. ФЕРРИТНАЯ СТАЛЬ отличается хорошей сопротивляемостью коррозии. Наиболее распространенными видами такой стали являются сплавы с содержанием хрома 12% и 17%. Сплавы с содержанием хрома около 12% используются в основном в строительстве, а стали, содержащие около 17% хрома, используются в домашнем хозяйстве, бойлерах, стиральных машинах и комнатных декоративных элементах.

*Феррит (лат. ferrum — железо), фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе (α-феррит). Имеет объемноцентированную кубическую кристаллическую решётку. Легирование феррита в большинстве случаев приводит к его упрочнению. Нелегированный феррит относительно мягок, пластичен, сильно ферромагнитен до 768–770 °С.

Ферритные стали:

12Х17  (AISI-430)

08Х13  (AISI-409: AISI-409L)

08Х17Т  (AISI-439 или AISI-430Ti)

 

3. МАРТЕНСИТНАЯ СТАЛЬ содержит в основном от 11% до 13% хрома.  Прочная, жесткая, средняя сопротивляемость коррозии. Эта сталь используется в основном для производства турбин и клинков.

*Мартенсит — микроструктура игольчатого вида, наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и чистых металлах, которым свойствен полиморфизм.

Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как и исходного аустенита. Мартенситной структуре соответствует наиболее высокая твёрдость стали. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.

Мартенситные стали:

20Х13 (AISI-420)

30Х13 (AISI-420)

40Х13 (AISI-420)

 

4. ДУПЛЕКСНАЯ СТАЛЬ имеет обе ферритную и аустенитную структуру кристаллической решетки – отсюда ее название «дуплексная нержавеющая сталь». Эта сталь имеет некоторое содержание никеля, что частично обуславливает ее аустенитную структуру. Дуплексная структура предоставляет одновременно прочность и гибкость. Дуплексные стали чаще всего используются в нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленностях и судостроительстве.

Дуплексные стали:

AISI-329

По составу нержавеющие стали распределяются на следующие основные группы:

• хромистые сплавы с повышенным содержанием хрома – от 16% до 20%;

• хромоникелевые сплавы – самые практичные и популярные виды нержавейки;

• хромоникельмолибденовые сплавы;

• хромовольфрамовые сплавы – довольно редкие виды нержавейки для решения узкоспециализированных задач.

Соответственно содержанию тех или иных компонентов формируются потребительские свойства легированной стали и цена на нержавеющий металлопрокат. В настоящее время практикуется широкая линейка технологий термической и химической обработки нержавеющей стали, что позволяет придавать конечным изделиям особые прочностные и антикоррозийные характеристики.

Нержавеющая сталь - Wiejak

Благодаря своим многочисленным уникальным свойствам, нержавеющая сталь является очень сильным соперником среди материалов различных типов. Инженеры, специалисты и дизайнеры часто недооценивают или не замечают этих преимуществ. Первое, на что они обращают внимание - это относительно высокая цена нержавеющей стали. Однако, учитывая долговечность изделий из этого материала, нержавеющая сталь, вопреки расхожему мнению, часто оказывается самым лучшим и одновременно самым экономным решением.

 

ЧТО ТАКОЕ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ?

Нержавеющая сталь - это сталь с пониженным содержанием углерода в своем составе. Не менее 10% от массы стали составляет хром, обеспечивающий антикоррозионные свойства стали. В результате реакции хрома с кислородом на поверхности стали образуется невидимый стойкий к коррозии тонкий (толщиной прибл. 1/1000 мм) слой оксида хрома. Он не вступает в химические реакции с другими веществами и имеет свойства регенерации - даже при незначительном присутствии кислорода может регенерировать физические или химические повреждения. Именно благодаря этим особенностям ножи из нержавеющей стали можно многократно точить и полировать, сохраняя антикоррозионные свойства. К нержавеющей стали можно добавить большее количество хрома или других подобных веществ, напр., молибдена или никеля, и эти уникальные свойства становятся еще лучшими.

Есть 60 видов сплавов нержавеющей стали, однако в основной классификации они делятся на 5 групп:

  • хромистые мартенситные сплавы: благодаря мартенситной структуре этого типа нержавеющей стали, она закаляется при высоких температурах, как и обычные стали;
  • хромистые ферритные не склонные к закалке сплавы содержат не только хром, но и титан или алюминий. Этот тип стали наиболее часто используется в строительстве;
  • хромоникелевые не склонные к закалке стали с аустенитной структурой: более низкое содержание углерода, в сравнении с другими сплавами, позволяет использовать сталь при низких температурах. Наиболее широко используются, в частности, в производстве пивных бочек, морозильных камер и холодильников;
  • хромоникелевые сплавы, склонные к закалке при невысоких температурах, имеют мартенситную, семи-аустенитную или аустенитную структуру в зависимости от содержания никеля. Могут закаляться при относительно низких температурах;
  • хромоникелевые не склонные к закалке стали, имеющие аустенитно-ферритную структуру в соотношении 1:1.  Очень прочные сплавы, в основном используются в химической промышленности. В определенной степени обладают способностью к закалке при низкой температуре.

 

ОТКРЫТИЕ

Нержавеющую сталь изобрел Гарри Бреарли (Harry Brearley), родившийся в 1871 г. в Шеффилде, Англия. Его отец был металлургом. Из-за отсутствия средств для жизни, в возрасте 12 лет он был вынужден оставить школу и устроиться на работу в химической лаборатории. Где он мыл бутылки и контейнеры. На протяжении следующих лет он учился самостоятельно и поступил в вечернюю школу. Гарри Бреарли стал специалистом по проблемам, связанным с металлургией. Будучи уже известным экспертом в области металлургии, Бреарли в 1908 году основал Brown Firth Laboratories, которая финансировалась двумя ведущими в то время металлургическими заводами.

В 1912 году Бреарли начал работу над упрочненной сталью, не корродирующей под воздействием температуры так быстро, как обычные стали. В одном из проводимых им экспериментов он добавлял к сплаву стали примесь хрома, имеющего более высокую температуру плавления. Он провел много попыток, добавляя от 6% до 15% хрома в сочетании с различным содержанием углерода. 13 августа 1913 была создана первая сталь, действительно устойчивая к коррозии. Тогда она содержала 0,24% углерода и 12,8% хрома. Однако, создатель еще не совсем осознавал свой успех. И только в процессе последующих экспериментов, когда Бреарли исследовал молекулярную структуру стали, подвергая ее воздействию едких кислот, оказалось, что структура новой стали не изменяется под воздействием этих соединений. В течение года со дня открытия Бреарли в компании Крупп в Германии проводились опыты с металлическими сплавами с добавлением никеля. Таким образом была создана сталь, лучше поддающаяся обработке и более устойчивая к воздействию кислот. Именно эти два открытия положили начало нержавеющей стали.  Но только после Первой мировой войны начались эксперименты с добавлением к сплавам различных комбинаций хрома и никеля.

Большинство современных марок стали были открыты между 1913 г. и 1935 г. в Англии, Германии, Франции и Америке. После II мировой войны производство нержавеющей стали становится все более производительным, начали появляться новые марки, более устойчивые к воздействию кислот, с лучшими прочностными показателями относительно массы. Преимущества нержавеющей стали больше цениться и находить более широкие применения.

 

ПРЕИМУЩЕСТВА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

  • Коррозионная стойкость - сплавы с относительно небольшим добавлением хрома (10%) могут использоваться в качестве сырья для изделий, которые должны находиться во влажной среде или в непосредственном контакте с водой. Сплавы с повышенным содержанием хрома устойчивы к воздействию большинства кислот, щелочей, растворов хлора и других соединений;
  • Стойкость к высокой температуре и огню - стали с повышенным содержанием хрома и добавлением никеля не изменяют структуру и сохраняют прочность даже при высоких температурах;
  • Гигиена - легкость очистки и стойкость к едким веществам делают нержавеющую сталь безальтернативным материалом для использования в кухнях, производственных цехах, в пищевой промышленности и т.д;
  • Эстетичный внешний вид - яркие, блестящие поверхности имеют привлекательный, современный и благородный вид. Дополнительным эстетическим оформлением может стать шлифование поверхности, ее пескоструйная обработка или отделка под древесину;
  • Отношение прочности к весу - благодаря разнообразию сплавов нержавеющей стали легко можно выбрать материал очень прочный как при высоких, так и при низких температурах. Прочная структура позволяет использовать более аккуратные конструкции, в сравнении с обычными материалами, что приносит определенную экономию;
  • Простота обработки - благодаря современным технологиям нержавеющую сталь можно обрабатывать как обычную;
  • Долговечность - за счет своих свойств нержавеющая сталь гораздо более долговечна, чем обычные материалы. Поэтому, несмотря на более высокую стоимость, в многолетней перспективе изделия из нержавеющей стали часто являются самым экономным решением;
  • Престиж - нержавеющая сталь - это высококлассный материал, современный, более ценный, чем обычные стали и пластмассы. Придает изделиям неповторимый стиль, создает эффект солидности, качества и профессионализма;
  • Стоимость - закупочная цена нержавеющей стали выше, но также и выше цена ее перепродажи. Цена лома нержавеющей стали намного выше, чем цена лома черных металлов;
  • Охрана окружающей среды - беспроблемная утилизация отходов из нержавеющей стали. До 50% стали, поступающей в продажу, получено из переплавки отходов.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК ДЛЯ ТВЭЛОВ РЕАКТОРОВ ТИПА ВВЭР В РАМКАХ КОНЦЕПЦИИ ТОПЛИВА, УСТОЙЧИВОГО К АВАРИЙНЫМ СИТУАЦИЯМ Prospects for the Use of Steel Claddings for Rods of VVER Type Reactors within the Concept of ATF

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ, Т. 128, ВЫП. 4, АПРЕЛЬ 2020

для топлива, устойчивого к авариям. Для ис-

пользования в этом качестве оболочек из фер-

ритно-мартенситной, ферритной и аустенитной

стали требуется проведение комплекса дореак-

торных и реакторных исследований. Также

необходимо учитывать недостатки рассмотрен-

ных материалов (возможно применение биме-

таллических оболочек, покрытий, различных

технологических приемов).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никитина А.А., Агеев В.С., Леонтьева-Смирно-

ва М.В. и др. Развитие работ по конструкционным ма-

териалам активной зоны быстрых реакторов. — Атом-

ная энергия, 2015, т. 119, вып. 5, с. 292—300.

2. Savchenko A., Ivanov V., Novikov V. e.a. Review of

A.A. Bochvar institute activities in developing potentially

accident tolerant fuel for light water reactors. — In: Proc.

of the TopFuel-2015 Conf. Zurich, Switzerland, 13—

18 September 2015, p. 21—30.

3. Terrani K. Accident tolerant fuel cladding development:

promise, status, and challenges. — J. Nucl. Mater, 2018,

v. 501, p. 13—30.

4. Солонин М.И., Кондратьев В.П., Вотинов С.Н. и др.

Сплав ХНМ-1 как перспективный материал для элемен-

тов конструкций ядерных и термоядерных реакторов с

водным теплоносителем. — Вопросы атомной науки и

техники. Сер. Материаловедение и новые материалы,

1995, вып. 1(52), с. 13—20.

5. Solonin M.I., Kondrat’ev V.P., Rechitsky V.N. e.a.

XHM-1 alloy as a promising structural material for water-

cooled fusion reactor components. — J. Nucl. Mater., 1996,

v. 233—237, p. 586—591.

6. Solonin M.I., Kondrat’ev V.P., Rechitsky V.N. e.a. Cr—

Ni alloys for fusion reactors. — Ibid., 1998, v. 258—263,

p. 1762—1766.

7. Ватулин А.В., Кондратьев В.П., Речицкий В.Н. и др.

Исследование коррозионной и радиационной стойкости

никель-хромового сплава «Бочвалой». — Металловеде-

ние и термическая обработка металлов, 2004, № 11,

с. 19—24.

8. Кулаков Г.В., Ершов С.А., Коновалов Ю.В. и др.

Основные свойства сплава 42ХНМ и перспективы его

внедрения в качестве конструкционного материала эле-

ментов ВВЭР. Тезисы докл. ХI конф. по реакторному

материаловедению. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР»,

27—31 мая 2019 г., с. 37—39.

9. Гильмутдинов И.Ф., Шишин В.Ю., Крюков Ф.Н. и

др. Радиационная стойкость опытных твэлов с диспер-

сионной топливной композицией «диоксид урана—

силумин» для модернизированной активной зоны реак-

тора СМ. — Вопросы атомной науки и техники.

Сер. Материаловедение и новые материалы, 2017,

вып. 4(91), с. 124—133.

10. Гильмутдинов И.Ф., Шишин В.Ю., Крюков Ф.Н. и

др. Распухание дисперсионной топливной композиции

диоксид урана—силумин в опытных твэлах реактора

СМ. — Атомная энергия, 2018, т. 124, вып. 1, с. 23—29.

11. Салатов А.В., Кумачев А.В., Нечаева О.А. и др. Экс-

периментальные и расчетные исследования поведения

твэлов ВВЭР в условиях LOCA (эксперимент МИР—

LOCA/60). — Вопросы атомной науки и техники.

Сер. Материаловедение и новые материалы, 2013,

вып. 1(74), с. 26—38.

12. Гринчук П.П., Голованов В.Н., Солонин М.И. и др.

Радиационная и коррозионная стойкость сплава

ХНМ-1. — Там же, 2005, вып. 1(64), с. 273—280.

Поступила в Редакцию 24.10.19

УДК 621.039.4

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО УРАНА

ПРИ МНОГОКРАТНОМ РЕЦИКЛЕ В ЛЕГКОВОДНЫХ РЕАКТОРАХ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Смирнов А.Ю., Гусев В.Е., Сулаберидзе Г.А. (НИЯУ МИФИ, г. Москва),

Невиница В.А., Бобров Е.А., Белов И.А., Родионова Е.В. (НИЦ «Курчатовский ин-т», г. Москва)

e-mail: [email protected]

В соответствии со стратегией развития од-

ним из вариантов решения проблемы накопле-

ния отработавшего ядерного топлива является

его переработка с рециклом регенерированного

уран-плутониевого топлива. Такой вариант мо-

жет быть особо интересен для обращения с от-

работавшим топливом, которое накоплено за

рубежом в реакторах, построенных по россий-

ским проектам. В этом случае возможна перера-

ботка с выделением радиоактивных отходов для

возврата в страны-поставщики топлива с учетом

утилизации трансурановых элементов в отечест-

венных быстрых реакторах. Описанный вариант

коррелирует с современными требованиями,

которые предъявляются к ядерным технологиям

в Евросоюзе, — использование топлива из реге-

нерированного урана и уран-плутониевой смеси

в перспективных АЭС, планируемых к сооруже-

нию на территории Евросоюза, а также в треть-

их странах европейскими компаниями. Ключе-

выми элементами топливного цикла в этом слу-

чае являются каскадные схемы для обогащения

Артикул - Современный зубной техник

др хаб. н.мед. Януш Борович1, мгр инж. тех. вмятина. Анна Модзелевская1, Катажина Сарна-Бось1, доктор медицинских наук, преподаватель технических наук вмятина. Александра Ропа2 9000 3
1 Кафедра протезирования зубов Люблинского медицинского университета

2 Выпускник стоматологического факультета Люблинского медицинского университета


Название: Применение сплавов неблагородных металлов в протезировании

Реферат: Цель статьи - представить широкое использование неблагородных сплавов при изготовлении протезных реставраций.Обсуждены задачи современного зубопротезирования, различные разделы зубных протезов и характеристики несъемных и съемных протезов. В статье также приведены характеристики металлов и их сплавов и требования к этим материалам. Также была проанализирована проблема коррозии металлических сплавов, используемых в полости рта. Представлены различные методы изготовления металлоконструкций, т.е. традиционное литье, система CAD/CAM и технология SLS.

Ключевые слова:

Ключевые слова: сплавы металлов, основные металлы, ортопедические реставрации, зубное протезирование, коронки, мостовидные протезы, коронко-корневые вкладки, скелетные протезы, съемные ортопедические реставрации, несъемные ортопедические реставрации

Резюме: представляют широкий спектр сплавов недрагоценных металлов для изготовления протезных реставраций.Обсуждаются задачи современного протезирования, различные классификации зубных протезов и характеристики несъемных и съемных протезов. В статье также представлены характеристики металлов и их сплавов, а также требования к этим материалам. Также проанализирован вопрос коррозии металлических сплавов в полости рта. Были представлены различные способы изготовления металлоконструкций, т.е. традиционное формование, система CAD/CAM и технология SLS.

Ключевые слова: металлические сплавы, основные металлы, ортопедические реставрации, протезирование, коронки, мостовидные протезы, литые штифты и сердечники, скелетные зубные протезы, съемные ортопедические реставрации, несъемные реставрации .Протезные реставрации должны воссоздавать эстетику утраченных зубов, что крайне важно при заполнении промежутков в переднем отделе. Не менее важно, чтобы протезы правильно воссоздавали утраченные функции жевательного аппарата. Развитие стоматологии, и в частности протезирования, дает нам все больший спектр возможностей для использования соответствующего метода замены утраченных зубов в том или ином случае. Старение общества создает растущий спрос на выполнение протезных реставраций, таких как зубные протезы.Однако растет спрос на всевозможные протезы и среди молодежи. Для пациента, которого не устраивает его улыбка, форма и цвет передних зубов, идеальным решением станут виниры. Часто молодые пациенты теряют зубы в результате кариеса, заболеваний пародонта или травм. Для замены отсутствующих отдельных зубов оптимальным решением является использование имплантатов (фото 1). Однако существует множество противопоказаний к применению этого метода восстановления зубного ряда.Чаще всего это стоимость такой процедуры – не каждый способен на нее решиться. Альтернативой может быть строительство моста. Мосты как несъемные протезы создают условия, очень похожие на физиологические. В настоящее время очень популярны и широко применяются мостовидные протезы на металлической основе, облицованные керамикой. Правильно изготовленный мост способен идеально воссоздать утраченные зубы пациента, а металлическая основа обеспечивает отличную прочность всей конструкции, что выражается в долговечности такого дополнения.

Чистые металлы не используются должным образом в зубном протезировании, в основном из-за их низкой прочности. Применяются сплавы (рис. 2), представляющие собой смеси не менее двух различных металлов. Сплавы создаются в процессе выплавки металлов, которые должны быть включены в их состав, благодаря чему вместе они получают значительно лучшие физико-химические свойства, чем по отдельности. В современном протезировании используются как сплавы неблагородных, так и благородных металлов. Однако чаще используются сплавы неблагородных металлов (из-за их более низкой цены, а также большей прочности).Базовые сплавы используются для производства, в том числе, коронково-корневые вкладки (рис. 3-4), которые позволяют восстановить утраченную культю зуба и восстановить ее коронкой. Хорошей альтернативой традиционным акриловым частичным протезам являются скелетные протезы, которые изготавливаются из хромокобальтового сплава. Цельные коронки и вкладки также могут быть изготовлены из металлических сплавов, которые дешевы и долговечны. Они очень хорошо подойдут в качестве коронок на моляры, где эстетика не особо важна, и на которых будут проектироваться и изготавливаться кламмеры скелетного протеза.

Рис. 1. Коронка облицованная керамикой на металлической основе, установленная на имплантат

Рис. 2. Металлический куб

Рис. 3-4. Коронково-корневая вкладка

Несъемные протезы

Протезирование с использованием несъемных протезов предназначено для восстановления утраченных тканей и обеспечения эффективного функционирования стоматогнатической системы. Постоянные протезы могут восстановить утраченные ткани отдельных зубов, а также дополнить отсутствующие зубы.Таким образом, постоянные реставрации можно разделить на:

• несъемные протезы — они заполняют полости в пределах одного зуба, например коронко-корневые вкладки и вкладки, виниры и протезные коронки,

• многосегментные протезы — это мостовидные протезы, они дополняют промежутки между зубами (фото 5).

Несъемные протезы отличаются от съемных протезов тем, что пациенты не могут самостоятельно извлечь их из полости рта, так как такие реставрации постоянно цементируются на опорных зубах.При необходимости эту деятельность выполняет врач в кабинете. В случае реконструкции зуба имплантатами наилучшим решением является привинчивание реставрации непосредственно к имплантату, без использования ортопедических цементов
(рис. 6-7). Такую конструкцию можно разобрать и разобрать без необходимости ее разрушения, что немаловажно по финансовым соображениям. Кроме того, процедура занимает меньше времени и менее неприятна для пациента, а также требует меньше посещений (1).Постоянные протезы, в отличие от съемных, включают в себя только опорные зубы — в случае, например, коронок — и альвеолярные отростки после утраты зубов — в случае мостовидных протезов. Несомненно, это преимущество данного вида реставрации, так как способствует более быстрой адаптации пациента к новой реставрации в полости рта. Еще одной особенностью, отличающей постоянные реставрации, является передача жевательных усилий, которая осуществляется исключительно через пародонт опорных зубов. В результате условия распределения окклюзионного давления на опорные зубы аналогичны естественным зубным рядам (2).

Использование постоянных реставраций позволяет пациентам хотя бы частично сохранить собственные зубы, что предотвращает исчезновение альвеолярных отростков, тогда съемные протезы, изготовленные в более поздние сроки, будут держаться намного лучше. В прошлом от использования постоянных протезов отказывались у пациентов с пародонтопатией из-за опасений чрезмерного пародонтита. Однако сегодня склонность к пародонтопатии не является противопоказанием к использованию таких реставраций. Условием, однако, является включение в конструкцию как можно большего количества зубов.Такая реставрация раздробляет зубы, обездвиживая их и положительно влияет на регресс зубных изменений.

Несъемные протезы также принимают участие в профилактике окклюзионных нарушений, поскольку нарушение непрерывности зубных рядов может привести к патологическим изменениям во всей стоматогнатической системе. После потери одного зуба остальные зубы в дуге начинают постепенно наклоняться в сторону щели. Зубы теряют свои контактные точки, что приводит к тому, что ткани пародонта теряют свои защитные барьеры.Когда зубы наклонены в сторону щели, они более подвержены неблагоприятным условиям окклюзионной нагрузки. Заполнение отсутствующих зубов постоянными пломбами помогает сохранить опорные зоны, тем самым поддерживая правильную окклюзионную высоту и, следовательно, весь вертикальный размер лица. Все вышеописанные явления приводят к нарушению жевательной функции, что может привести к проблемам с пищеварением. Таким образом, протезирование играет важную роль в поддержании здоровья всего организма.В случае частичной неполноценности, когда можно использовать бюгельный протез, пациенты чаще принимают решение о заполнении промежутков постоянными протезами, например, мостовидными протезами. Адаптация к таким протезам проходит быстрее, что делает пациентов более довольными.

Рис. 5. Мостовидный протез, облицованный керамикой на металлическом основании, восстанавливающий отсутствующие зубы на челюсти

Рис. 6. Мостовидный протез, восстанавливающий отсутствующие зубы нижней челюсти, облицованный керамикой на металлическом основании

Рис.7. Протезная реставрация на имплантах

Съемные протезы

При обширном отсутствии зубов у пациентов используются съемные частичные протезы, а у пациентов, потерявших все зубы, - полные съемные протезы. Полный съемный протез представляет собой механическое устройство, которое пациент вводит в полость рта для восстановления утраченных зубов, восстановления жевательной функции, улучшения произношения и восстановления удовлетворительного эстетического вида (3). Протез не должен доставлять пациенту никаких проблем, он должен быть удобным и прочно лежать на земле.

В случае отсутствия зубов факторами хорошего удержания на подложке являются силы когезии, адгезии и отрицательное давление, возникающее между протезной пластиной и слизистой оболочкой. Биологические силы, т. е. взаимодействие языка, губ и щек, также имеют большое значение для поддержания и правильного функционирования протезов, т.е. во время речи, жевания и глотания. Важно, чтобы зубные протезы воссоздавали утраченную связь между верхней и нижней челюстью и мягкими тканями полости рта. Тогда они будут действовать еще и профилактически, защищая височно-нижнечелюстные суставы.Несомненно, восстановление тотальной беззубости с помощью зубных протезов улучшает психологический комфорт пациента и повышает его уверенность в себе. В случае частичного отсутствия зубов можно использовать частичные протезы или скелетные протезы. Главной особенностью, которая отличает эти два типа зубных протезов, является способ передачи жевательных усилий. В осадочных частичных протезах жевательные усилия передаются так же, как и в полных протезах, т. е. через слизистую оболочку и надкостницу на кость. С другой стороны, скелетный протез передает жевательные усилия на кость через надкостницу, а также через пародонт опорных зубов.Частичный протез состоит из пластины, заделанных в нее зубов и проволочных зажимов, удерживающих протез на базе. Обычно эстетический эффект от таких протезов удовлетворительный. Это экономичное решение, что важно для многих пациентов. И ремонт, и всевозможные модификации (т.е. добавление зуба в пластину протеза) не сложны, как и их лабораторное выполнение. Однако такие добавки имеют и недостатки.Из-за постоянного давления, которое протез оказывает на субстрат, кость атрофируется. Они также оказывают деструктивное воздействие на остаточный зубной ряд пациента и могут привести к воспалению слизистой оболочки. Это обширные конструкции, и из-за их объема они могут привести к ухудшению произношения.

Скелетный протез имеет максимально ограниченную базовую пластину (рис. 8). Цель состоит в том, чтобы пластина скелетного протеза покрывала как можно меньшую поверхность слизистой оболочки, но она должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить достаточную жесткость всей конструкции.Конструкцию скелетного протеза планируют на основании клинического осмотра и параллелометрического анализа, а также дополнительных исследований, основным из которых является анализ рентгенограмм в отношении состояния костной основы и состояния оставшихся зубов. и их периодонт, особенно те, которые предусмотрены в качестве опоры для планируемого раствора (4).

Рис. 8. Металлоконструкция протеза верхнего скелета

Металлы и сплавы, используемые для изготовления зубных протезов

При протезировании зубов используются как драгоценные, так и недрагоценные металлы.К благородным металлам относятся: платиновые металлы, а также золото и серебро из группы меди. Драгоценные металлы химически стойки и не подвержены коррозии в условиях окружающей среды. Их большим преимуществом является их биосовместимость, что очень важно в случае ортопедических реставраций. Основные металлы, используемые в протезировании: хром, кобальт, никель, железо, титан, ниобий, молибден, ванадий, алюминий, тантал и вольфрам. Однако чистые металлы используются редко. Исключение составляют чистое гальваническое золото в гальванотехнике и титан в имплантологии.

Металлы в основном используются в виде сплавов, т. е. смесей различных металлов. Сплавы создаются в процессе плавки и в результате этого процесса приобретают нужные физико-химические свойства. Сплавы обладают несравненно лучшими свойствами, такими как прочность, твердость и эластичность, чем каждый из металлов, входящих в состав по отдельности. Однако до сих пор не создан идеальный сплав, отвечающий всем требованиям, предъявляемым к современным стоматологическим сплавам. К ним относятся, среди прочего: биосовместимость, легкость плавления, коррозионная стойкость, высокая прочность, несложная обработка, достаточная твердость, эластичность и пластичность.

Существует множество классификаций стоматологических сплавов. Одним из них является деление по температуре плавления. При этом различают следующие сплавы:

• легкоплавкие,

• среднеплавкие,

• тугоплавкие.

По микроструктуре различают следующие сплавы:

• многофазные,

• однофазные.

В связи с возможностью растворения в сплаве отдельных компонентов различают следующие сплавы:

• гомогенные,

• негомогенные,

• пограничные.

Однако наиболее распространена классификация сплавов по классификации ANSI-ADA, которая учитывает состав сплава и содержание в нем благородных металлов. Сплавы подразделяются на три группы:

• высокодрагоценные сплавы с содержанием драгоценных металлов не менее 60 %, в том числе 40 % золота,

• сплавы драгоценных металлов, содержащие не менее 25 % драгоценных металлов,

• сплавы недрагоценных металлов — состоит в основном из неблагородных металлов, содержащих менее 25% драгоценных металлов (5-7).

Требования к стоматологическим сплавам

Сплавы должны быть биосовместимы и не должны вызывать аллергии или токсических реакций у пациента, стоматолога или зубного техника. В среде полости рта они должны быть устойчивы к коррозии и помутнению. Они также должны быть легко доступны. Они, как и их переработка, должны быть относительно дешевыми. Сплавы также должны быть прочными, достаточно твердыми и устойчивыми к истиранию. Сплавы, предназначенные для реставраций, облицованных керамикой, не могут деформироваться при высоких температурах и должны иметь аналогичные термические свойства применяемой керамике (8).

Металлы как компоненты сплавов

Некоторые металлы добавляют в состав сплавов в больших количествах, а другие в количествах, не превышающих 1%:

• золото (Au) - металл драгоценный, мягкий и блестящий, это пластичный и кованый металл; он устойчив к коррозии и нетоксичен; чистое золото светло-желтого цвета, растворяется в королевской воде, чистое золото слишком мягкое, чтобы его можно было использовать отдельно в качестве протезной реставрации; золото также не образует оксидного слоя на поверхности, поэтому не может химически соединиться с керамикой; в протезировании применяются в виде сплавов или в гальваноформовочной технологии;

• медь (Cu) – используется в драгоценных сплавах в качестве упрочнителя, обычно в концентрации > 10%; вызывает увеличение коэффициента теплового расширения, в сплавах палладий-медь-галлий может вызвать образование темного слоя оксидов на поверхности сплава;

• палладий (Pd) – отбеливает золото, повышает его твердость и эластичность, повышает температуру плавления; имеет низкий коэффициент теплового расширения, поэтому может использоваться для изготовления каркасов под облицовку керамикой;

• платина (Pt) – повышает температуру плавления сплава, повышает его твердость, прочность и эластичность, но при этом снижается коэффициент теплового расширения; может использоваться как альтернатива палладию, но менее эффективен;

• серебро (Ag) – повышает пластичность и пластичность сплава, снижает его температуру плавления;

• цинк (Zn) – препятствует образованию пористости в сплаве, так как улавливает кислород; повышает текучесть сплава, улучшает его литейные свойства, так как снижает поверхностное натяжение при нахождении сплава в жидком виде;

• индий (In) - улучшает текучесть сплава золото-серебро-медь, увеличивает тепловое расширение сплава и снижает его температуру плавления; способствует увеличению связи между керамикой и сплавами за счет создания оксидного слоя на поверхности;

• галлий (Ga) - используется только в палладиевых сплавах, которые предназначены для изготовления постоянных реставраций, облицованных керамикой; упрочняет сплав и снижает его температуру плавления;

• олово (Sn) – повышает прочность сплава, увеличивает коэффициент теплового расширения и снижает температуру плавления; увеличивает связь между сплавом и керамикой за счет образования оксидов;

• железо (Fe) - упрочняет сплавы, предназначенные для керамики, преимущественно золото-платиновые сплавы; образует оксидный слой, который вызывает химическую связь сплава с керамикой (9).

Общие сплавы

В группу неблагородных сплавов входят те сплавы, которые содержат менее 25% по массе всего сплава драгоценных металлов. В основном они содержат: хром, кобальт, бериллий, никель. К неблагородным сплавам относятся, прежде всего:

• хромокобальтовые сплавы,

• хромоникелевые сплавы.

Их можно использовать для постоянных реставраций, облицованных керамикой или цельнометаллическими реставрациями, а также для коронко-корневых вкладок.Они отличаются высокой твердостью, поэтому реставрации из этих сплавов могут быть тоньше и не деформируются, например, во время пескоструйной обработки или при высокой температуре. Металлоконструкция скелетного протеза выполнена из неблагородных сплавов, а именно хромокобальтового сплава. Температура плавления неблагородных сплавов очень высока. Они имеют высокую усадку (2,3%), которую необходимо компенсировать применением соответствующей огнеупорной массы, имеющей высокий коэффициент теплового расширения.При обжиге керамических подконструкций из неблагородных сплавов не деформируются даже при высоких температурах (рис. 9-10). Высокая твердость неблагородных сплавов затрудняет их обработку, полировку и пайку. Хромокобальтовые сплавы очень твердые и имеют высокую температуру плавления. Они могут быть альтернативой никелевым сплавам или сплавам золота из-за их большей прочности, чем у благородных сплавов. Благодаря высокой стойкости к коррозии и окислению их можно использовать в полости рта.Эти сплавы более устойчивы к коррозии, чем хромоникелевые сплавы и сплавы с низким содержанием благородных металлов, но менее устойчивы, чем благородные сплавы. Их можно использовать для металлоконструкций под облицовку керамикой или для изготовления скелетных протезов. Различные типы хромокобальтовых сплавов различаются по составу в зависимости от области применения. Сплавы, используемые для литья скелетных протезов, содержат примерно 61-64% кобальта, 29-30% - хрома, 5% - молибдена и ок.2% марганца, кремния, азота, тантала и углерода. Сплавы, предназначенные для обжига керамики, обычно содержат меньшее количество кобальта и хрома, а также содержат ванадий (5-6%), обуславливающий прочность и эластичность сплава. Температура плавления этих сплавов 1240-1420°С, предел прочности 650-1000 МПа. Сплавы CoCr обладают высоким модулем упругости (180-230 ГПа) и низкой степенью теплопроводности. Эти сплавы являются самыми твердыми из всех стоматологических сплавов (340-420 HV). На специфические свойства сплава влияют добавки отдельных металлов:

• кобальт повышает прочность и твердость сплава, повышает стойкость к высоким температурам, электро- и теплопроводность;

• хром повышает коррозионную стойкость и сопротивление изменению формы;

• никель снижает прочность, твердость и температуру плавления; повышает тепло- и электропроводность;

• молибден и вольфрам повышают твердость и прочность, снижают жаропрочность сплава;

• бериллий влияет на гомогенизацию сплава;

• Железо, в отличие от кобальта, снижает прочность и твердость.

Механическая обработка сплавов CoCr может быть затруднена - из-за высокой твердости сплава рекомендуется использовать твердосплавные режущие инструменты (резцы из карбида вольфрама, диски и бруски из карбида кремния), электролитическую и механическую полировку (8).

Хромоникелевые сплавы обладают низкой теплопроводностью, коррозионностойки, имеют высокий предел текучести и высокий модуль упругости. Они используются в основном для изготовления постоянных протезов.Они могут создавать проблемы при литье из-за низкой плотности и высокой усадки (2,4%). Их температура плавления составляет 1250-1430°С. Сплавы NiCr состоят из 70-80% никеля, 10-25% хрома, а также магния, бериллия, вольфрама и молибдена (10).

Рис. 9а-б. Металлический каркас - один зуб

Рис. 10а-б. Металлический фундамент - мост

Коррозия металлических сплавов

Коррозия металлических сплавов – это процесс разрушения структуры сплава.Оно обусловлено химическими реакциями с компонентами среды, в которой находится данный сплав, или электрохимическими процессами. Наиболее подвержены ему неблагородные сплавы. Снижая рН в ротовой полости, сплавы неблагородных металлов могут вызывать большее выделение ионов металлов. Это чрезвычайно распространенное явление, особенно в случае сплавов, содержащих никель. Чем больше поверхность металлической реставрации, тем больше будет выделяться ионов, поэтому все реставрации необходимо тщательно отполировать до блеска — тогда поверхность не будет такой «обширной», как в случае, например, сна предварительно обработанных пескоструйной обработкой поверхностях.

Когда в полости рта используется только один сплав, возникающую коррозию можно назвать биологической коррозией. Анаэробы, присутствующие в ротовой полости, ответственны за биологическую коррозию. Однако при наличии во рту более одного сплава электрохимическая коррозия возникает за счет электрохимических процессов, происходящих за счет наличия различных потенциалов на поверхности предмета, находящегося в электролите слюны.Механические повреждения протезов ослабляют сплав и его структуру – при этом нарушается защитный слой поверхности сплава. Все это может ускорить коррозию. Ионы металлов, являющиеся продуктами коррозии, могут вызывать изменения в ротовой полости, такие как воспаление мягких тканей, гингивит, лейкоплакия или потеря альвеолярной кости. Пациенты с металлическими реставрациями во рту могут жаловаться на жжение, металлический привкус и даже боль. Это могут быть местные симптомы, также называемые гальванозами.Продукты коррозии также могут всасываться слизистой оболочкой дыхательной и пищеварительной систем и оказывать вредное воздействие на весь организм. Среда полости рта имеет прекрасные условия для возникновения коррозионных процессов. На него влияют изменения рН, температуры и химические изменения, вызванные действием микроорганизмов. На риск коррозии также влияют зубные пасты и другие средства гигиены полости рта, такие как жидкости для полоскания рта, которые нарушают стабильность среды полости рта (2).

Химический состав сплава и его микроструктура влияют на коррозионную стойкость. Среди неблагородных сплавов наибольшей коррозионной стойкостью обладают сплавы с 16-17% хрома. Молибден, который также входит в состав этих сплавов, образует оксидный слой на поверхности сплава. Количество никеля, которое будет выделяться из этого типа сплавов, невелико (12-14).

Методы изготовления реставраций из металлических сплавов

Литье по выплавляемым моделям

В стоматологической технике традиционным способом получения металлоконструкций является литейный.Этот метод используется для изготовления как скелетных протезов, так и постоянных реставраций, то есть коронко-корневых вкладок и каркасов для коронок или мостовидных протезов. Отливка металлоконструкций производится «по выплавляемым моделям». Он заключается в заливке восковой модели реставрации в паковочную массу. Затем его обжигают, чтобы создать пустоту, в которую позже будет введен расплавленный металл. На правильно подготовленной гипсовой модели (в случае постоянной реставрации) или модели из огнеупорной массы (при изготовлении скелетного протеза) моделируется реставрация из литейного воска, который сгорает без остатка, поэтому не оставляет любые загрязнения в литейной форме.Восковая реставрация должна быть чистой, точно прилегать к модели и иметь закругленные контуры, чтобы избежать турбулентности при втекании расплавленного металла. В случае конструкции каркасного протеза восковая модель должна быть изготовлена ​​тщательно, что ограничит последующую механическую обработку. Затем прикрепляется литейный штифт, который может быть изготовлен из литейного воска, пластмассы или металла. Однако чаще всего используются восковые палочки. Толщина литейного канала зависит от размеров и толщины литейного объекта.Назначение литейного канала состоит в том, чтобы позволить расплавленному воску выйти из формы, а также позволить жидкому металлу затекать в форму. Он крепится к самой толстой, самой протяженной части восковой модели, потому что надо следовать принципу, что «отливаем от толстого к тонкому». Тогда расплавленный металл будет легко перетекать из элементов большего диаметра в более тонкие. Тонкие элементы остывают быстрее, поэтому литейные каналы будут удерживать металл в жидком состоянии и, таким образом, будут представлять собой резервуар жидкого металла для остальных частей отливки, пока они полностью не концентрируются.Место, где канал соединяется с восковой моделью, должно быть сглажено. Восковая модель с литейным каналом крепится к литейному конусу, который будет основанием кольца при заливке его паковочной массой. Однако восковые предметы не должны находиться ближе 6 мм от стенок литейного кольца. Это расстояние обеспечивает достаточную толщину массы, чтобы литейная форма была прочной, и в то же время достаточно тонкой, чтобы образующиеся внутри формы газы могли легко выходить наружу.Такое размещение канала с моделью обеспечивает более быстрое ее охлаждение, при этом металл в литейном канале остается в жидком виде и стекает в отливку до полного его концентрирования. Каналы также должны проходить как можно более прямолинейно, так как слишком длинный путь течения металла, а также острые кромки и резкие изменения направления течения металла приводят к турбулентности, следствием которой может стать образование пористости и питтинга в литой металл.

После размещения восковых элементов на резиновом литейном конусе накладывается литейное кольцо.Кольцо может быть силиконовым (его потом снимают после полного застывания массы) или металлическим. При использовании металлических колец перед заливкой огнеупорной массы их следует футеровать изнутри керамической футеровкой, предварительно смоченной. При этом увеличивается гигроскопическое расширение массы, поэтому при использовании силиконовых колец готовую форму следует погрузить в воду температурой 37°С примерно на час. Керамическая футеровка должна быть примерно на 3 мм короче на каждом конце кольца, чтобы огнеупорная масса «запиралась» в кольце и расширение было равномерным по всей форме.Подготовленное кольцо можно залить паковочной массой, смешанной в вакуумном смесителе в пропорциях, указанных производителем на упаковке. Заливку массы следует производить на вибростоле, что снижает риск замыкания пузырьков воздуха в кольце. Затем залитому кольцу дают полностью застыть массе, что занимает примерно 45-60 минут. По истечении этого времени литейный конус и силиконовое кольцо (если оно используется) вынимают из формы. Литейная форма помещается в холодную печь, которая начинает нагреваться, когда в нее вставляют форму.Однако можно использовать метод ускоренного литья с паковочными массами, которым требуется всего 15 минут для схватывания и 15 минут для выгорания воска внутри формы, если их поместить в печь, предварительно нагретую примерно до 815°C.

Литейная форма помещается в печь загрузочным отверстием вниз, чтобы воск мог свободно вытекать наружу. Затем форму помещают заливным отверстием вверх, что облегчает удаление газов из формы. Время отжига колец зависит от их размера и количества.Обратите внимание, что при отжиге более одного кольца время следует увеличивать на 10 минут для каждого дополнительного кольца. В случае отливки конструкции скелетного протеза печь следует разогреть до температуры 950°С и выдержать кольцо при этой температуре в течение 1,5 часов. При отливке конструкций для реставраций постоянные литейные формы следует выдерживать в печи около 40-60 минут в печи, предварительно разогретой до температуры 870-950°С. Конечная температура литейной формы должна быть ок.на 400°С ниже температуры литого сплава. Литейная форма не должна слишком сильно остывать перед литьем, так как расширение во время отжига необратимо.

Методы плавки металлических сплавов

Существует несколько методов плавки металлических сплавов. Одним из них является использование газовоздушной горелки. Этот метод подходит для плавки сплавов с температурой плавления от 870°С до 1000°С. Эффективная плавка металлических кубиков также зависит от правильной настройки горелки.Неправильная настройка горелки излишне увеличивает время плавки металла, а также может привести к разрушению материала, например, из-за чрезмерного окисления. Вы также можете использовать горелки, в которых используется комбинация природного газа, ацетилена и кислорода. Однако наиболее популярным методом является использование индукционного литья. Тогда плавление металла длится намного меньше, но следует следить за тем, чтобы сплав не перегревался. Когда сплав становится недогретым, возникает так называемая холодное литье. При этом физико-химические свойства такой отливки значительно хуже, чем даже у слегка перегретого сплава (10, 16).Перед использованием цеха индукционного литья необходимо подключить сжатый воздух – для его правильной работы давление должно быть от 6 до 8 бар. Устройство имеет систему охлаждения, которую необходимо доливать дистиллированной водой. Воду следует регулярно менять (примерно каждые 12 месяцев). Когда литейный цех готов к использованию, поместите металлические кубики в тигель, соответствующий типу отливаемого сплава. Тигель должен быть помещен в гнездо носиком к конусу литейной формы.Кронштейн, правильно подобранный по диаметру кольца, должен быть размещен на руке. Как только все компоненты будут на месте, сбалансируйте литейный рычаг, перемещая противовесы, пока механизм не будет сбалансирован. Эту операцию необходимо проводить перед каждой отливкой из-за разного веса литейных форм и расплава расплава. Плавку сплава можно проводить, когда форма уже находится в середине. Человек, который выполняет операцию заливки, имеет больший контроль над расплавленным металлом.Вы также можете начать плавить металл, пока форма еще находится в печи, и, когда металл будет готов к заливке, отнести его в литейный цех.

Металл плавится при закрытой верхней крышке. Когда металл расплавится, приступайте к фазе литья с использованием центробежной силы. Верхняя крышка блокируется во время отжима. Когда процесс центрифугирования завершится и двигатель остановится, крышка автоматически разблокируется, затем вы сможете снять кольцо с помощью щипцов и дать ему остыть.По истечении этого времени отливку следует освободить от паковочной массы и обработать механически (17). Этот метод постоянно совершенствуется, но он по-прежнему обременен дефектами материалов, обусловленными их физическими параметрами, например, усадкой воска и металла, расширением формовочной массы, литейностью сплава, изменением параметров металла после плавления и т. д. Все эти явления негативно сказываются на точности и герметичности готовой реставрации. Поэтому литье не является идеальным методом изготовления металлоконструкций в стоматологической технике (18).

CAD/CAM технология

Еще одним методом изготовления металлоконструкций в протезировании является использование технологии CAD/CAM. Эта технология состоит из двух систем:

• CAD (Computer-Aided Design) – система автоматизированного проектирования,

• CAM (Computer-Aided Manufacturing) – система автоматизированного производства.

Современное протезирование использует технологию CAD/CAM для проектирования ортопедических реставраций (CAD) и изготовления ранее спроектированных реставраций с использованием устройства с компьютерным управлением (CAM).

Каждая такая система состоит из таких элементов, как:

• сканер, представляющий собой устройство, записывающее геометрию, которая затем преобразуется в цифровые данные,

• компьютерное программное обеспечение, позволяющее выполнять проектирование в системе САПР,

• устройство ( фрезерный станок), созданный ранее спроектированным объектом.

В настоящее время мы можем выбирать между двумя типами сканеров, которые сканируют отдельные элементы гипсовой модели. Бесконтактный сканер, также называемый оптическим сканером, использует лазерный луч или белый свет, который улавливается, когда он отражается от поверхности модели.Затем он преобразуется в цифровые данные. Вы также можете выбрать сенсорный сканер, иначе известный как механический. Его использование заключается в касании острием поверхности модели. Такой наконечник регистрирует форму заданной структуры. Однако используется реже из-за сложной процедуры сканирования и стоимости аппарата. Альтернативой таким сканерам является использование внутриротовых сканеров. Они используются для сканирования зубов непосредственно во рту пациента, таким образом создавая геометрическую цифровую модель зубного ряда на основе собранных изображений из полости рта.При этом опускается этап снятия оттисков для пациента, а также отливка и подготовка гипсовых моделей в ортопедической лаборатории, что делает метод очень удобным, эстетичным и позволяет значительно сократить время выполняемых работ. . Недостатком, однако, является то, что поле сканирования ограничено в основном в случае наиболее удаленных зубов. Следующим шагом является проектирование реставрации, например, каркаса коронки. Сегодня на рынке представлено большое количество компьютерного программного обеспечения, которое обеспечивает этот процесс.Эта технология позволяет производить реставрации с точным контролем толщины материала.

Следующим шагом является создание ранее разработанной реставрации. Для этого используются фрезерные станки с компьютерным управлением. Самым большим преимуществом этого метода, несомненно, является точность, с которой производится реставрация. Таким образом, можно исключить ошибки, которые может допустить человек на этапе изготовления традиционной реставрации, иногда возникающие в результате усталости или недосмотра.Таким образом, работа выполняется с высокой точностью и обеспечивает хорошее прилегание к собственным зубам пациента. Его можно фрезеровать во многих материалах, например, в оксиде циркония или металлических сплавах, которые в основном используются для изготовления каркасов постоянных реставраций, или в полиметилметакрилате, также известном как ПММА (фото 12), который идеально подходит для фрезерования временных реставраций. Восковые диски также можно фрезеровать, и в этом случае такие элементы можно отливать из металлических сплавов традиционным методом литья по выплавляемым моделям.

Системы CAD/CAM имеют множество преимуществ. Одним из них является точность, с которой выполняется протезирование; такие реставрации точно подогнаны под разработанную опору, краевая плотность сохраняется в пределах до 100 мкм. Готовая реставрация, особенно керамическая, прочная и биосовместимая, ее можно фиксировать традиционным или адгезивным способом. Цифровую модель можно просматривать на мониторе компьютера со всех сторон, что дает возможность контролировать контактные точки, высоту бугров, а также глубину бороздок и толщину моделируемой реставрации.Однако и эта система не свободна от недостатков, которые в основном связаны с большими затратами, которые необходимы для оснащения лаборатории компьютерной техникой и программным обеспечением, а также обучения сотрудников (5-7, 13, 15, 18-21).

Рис. 11. Коронки облицованные керамикой на металлической основе, восстановление зубов 12 и 22

Рис. 12. Мостовой разрез из ПММА

.
Технология SLS
САМ-система

используется для фрезерования блоков материала, что называется методом вычитания.Второй метод – технология SLS, т.е. селективное лазерное спекание, заключающееся в спекании порошков лазером, управляемым компьютером. Этот метод называется аддитивным. Материалы, используемые в этой технологии: металлические порошки, керамика, воски и термопластичные композиты. Благодаря селективному спеканию металлических порошков можно изготавливать металлические конструкции, такие как коронко-корневые вкладки и каркасы для постоянных реставраций. Методом SLS можно изготовить металлический каркас путем спекания лазерным лучом тонких слоев порошка на основе хромокобальтового сплава.Такой каркас имеет однородную структуру, лишен неточностей, существующих в традиционных реставрациях, и идеально ложится в абатмент зуба, какой бы обширной ни была реставрация. В настоящее время это самый точный метод производства структур CoCr. Он исключает проблему усадки, возникающую при традиционном методе на этапе моделирования восковых реставраций или их фрезерования из восковых блоков, а также последующей их переделки в металл. Процесс изготовления такой реставрации изначально такой же, как и для фрезерованных реставраций.Рабочая модель сканируется, чтобы затем можно было спроектировать реставрацию. Разработанное приложение в виде STL-файла отправляется в центры, оснащенные устройством EOSint M270. В этом устройстве используется Yb-волоконный лазер (иттербиевый волоконный лазер). Мощность такого лазера составляет 200 Вт. На рабочую пластину наносится слой порошка (0,2 мм). Далее лазерный луч направляется по поверхности порошка в соответствии с проектной документацией созданного каркаса.Этот шаг повторяется несколько раз. Конечным результатом является однородная реставрация с плотностью 99%. Основание, выполненное по технологии SLS, должно иметь толщину 0,5 мм, а его края – 0,2 мм. Размер коннекторов в мостовидных протезах в переднем сегменте не менее 4 мм2, а в латеральном отделе - 5 мм2. В этом методе порошок, находящийся в твердом состоянии, проходит через жидкость обратно в твердое тело, которое представляет собой агломерат. Порошок, который не использовался в процессе, сметается с рабочего стола.Его можно использовать повторно, так что потери материала будут очень низкими, что снижает производственные затраты. Одновременно на рабочей платформе можно изготовить от 350 до 600 подконструкций, а весь производственный цикл занимает 22 часа. На следующем этапе элементы подвергаются процессу дробеструйной обработки керамики. Этот процесс включает бомбардировку элементов, образованных на этапе спекания, абразивом. Керамический абразив круглый, диаметром 0,125-0,250 мм. Этот процесс осуществляется при давлении 2,5-3,5 бар.Это очищает металлические элементы от загрязнений, создавая механические вибрации. Следующий этап – аргонный прогрев каркаса. Это необходимо для минимизации внутренних напряжений. Это происходит в печи, которая за час нагревается до 450°С. Эту температуру держат 45 минут, затем она поднимается до 750°С за 45 минут и держится на этом уровне еще час. Затем нагретый таким образом элемент постепенно охлаждается.

Полученную реставрацию можно обрабатывать стандартным способом, так же, как и традиционные реставрации. Оксидирование проводится после изготовления каркаса, но рекомендуется повторить его в студии. Для облицовки следует выбирать керамику с соответствующим тепловым расширением (18, 22).

Прекращение

В настоящее время растет осведомленность и требования пациентов к собственному зубному ряду и ортопедическим реставрациям. Однако, помимо восстановления эстетики отсутствующих зубов, реставрации должны воссоздавать утраченные функции жевательной системы.Современное протезирование позволяет выполнять как эстетические, так и функциональные реставрации практически в каждом случае. Металлические сплавы часто используются в качестве основных материалов для протезных реставраций, как несъемных, так и съемных. Чаще всего используются сплавы неблагородных металлов, которые по сравнению с другими сплавами отличаются более низкой ценой и большей прочностью.

Также существует множество технологий изготовления металлоконструкций, которые ежедневно успешно используются во многих протезных лабораториях.Базисные сплавы могут быть использованы для изготовления: скелетных протезов, которые являются хорошей альтернативой традиционным оседающим протезам, коронко-корневых вкладок, благодаря которым можно восстановить поврежденный зуб, а также каркасов для постоянных реставраций, облицованных керамикой, которые прекрасно воссоздают утраченные зубы и очень прочны (фото 13а-б).

Рис. 13а-б. Цельнометаллическая коронка

Список литературы можно получить в редакции.
.

Классификация никелевых сплавов - Новости

Никель легко сплавится со многими другими металлами, включая хром, железо, молибден и медь. Это позволяет использовать широкий спектр сплавов, которые демонстрируют выдающуюся устойчивость к высокотемпературной коррозии и окалине, исключительную жаропрочность и другие уникальные свойства, такие как память формы и низкий коэффициент расширения. Ниже представлена ​​упрощенная классификация различных типов никелевых сплавов.

Кованый никель

Чистый никель UNS N02200 используется в химической промышленности из-за его коррозионной стойкости, особенно щелочей.Он также используется из-за его экранирующих свойств от электромагнитных помех и преобразователей.

Сплавы никеля и железа

Они используются в качестве магнитомягких материалов, в качестве уплотнений стекло-металл и в качестве материалов с особыми свойствами теплового расширения.
Invar® (UNS K93600) с содержанием никеля 36% и остаточным железом уникален своим почти нулевым коэффициентом теплового расширения при комнатной температуре.Это делает его ценным там, где требуется высокая стабильность размеров, например, в точных измерительных приборах и термостатических стержнях. Он также используется при криогенных температурах из-за очень низкой скорости теплового расширения.
Сплавы, содержащие 72-83% никеля, обладают лучшими магнитомягкими свойствами и используются в трансформаторах, катетерах, магнитных усилителях, магнитных оболочках и устройствах памяти.

Сплавы никеля и меди

Обладают высокой коррозионной стойкостью к щелочным растворам, неокисляющим солям и морской воде.Наиболее известным является Alloy 400.

Никелевые и молибденовые сплавы

Они обладают высокой устойчивостью к кислотному восстановлению в отсутствие окисляющих ионов, таких как железо и медь, или растворенного кислорода. Наиболее известен сплав Б-2.

Сплавы никеля и хрома

Характеризуются высокой коррозионной стойкостью как при нормальных, так и при повышенных температурах (стойкость к образованию окалины), хорошей устойчивостью к высоким температурам и высоким электрическим сопротивлением.Различают три основные группы сплавов:

Ni-Cr (а также Ni-Cr-Fe) сплавы с высоким электрическим сопротивлением нагревательных элементов, например 70-30 (UNS N06008) и C-Grade (UNS N06004)

Ni-сплавы Cr (с Fe и другими легирующими элементами) с хорошей коррозионной стойкостью. Наиболее известны Alloy 600 (UNS N06600) и Alloy 601 (UNS N06601)

Ni-Cr сплавы с высокой прочностью и сопротивлением ползучести, в основном устойчивые к старению, такие как Alloy X-750 (UNS N07750)

Никелевые сплавы и хром и железо

Существуют в основном две группы сплавов:

Ni-Cr-Fe сплавы с превосходной жаропрочностью и способностью сопротивляться окислению, науглероживанию и другим видам высокотемпературной коррозии.Наиболее известен сплав 800 (UNS N08800) и его варианты 800H (UNS N08810) и 800HT (UNS N08811). (Недавно эти сплавы были классифицированы как нержавеющие стали из-за высокого содержания в них Fe)

Ni-Cr-Fe (с Mo и Cu) сплавы с превосходной коррозионной стойкостью в определенных областях применения. Возможно, самым известным является сплав 825 (UNS N08825), обладающий исключительной устойчивостью к серной кислоте. Сплав G-3 (UNS N06985) обеспечивает исключительную коррозионную стойкость к коммерческим фосфорным кислотам, а также ко многим сложным растворам, содержащим сильно окисляющие кислоты.

Никель-хром-молибденовые сплавы

Обладают высокой коррозионной стойкостью, из которых наиболее известен сплав С-276 (N10276). Они обеспечивают исключительную стойкость к редуцирующим кислотам, таким как майор и сульфит. Существует множество вариантов на основе этого состава, в которых изменены уровни Cr и Mo, а в некоторых случаях добавлены Cu или W для повышения коррозионной стойкости до более окислительных или более восстановительных условий. К ним относятся сплав C-22 (N06022), сплав 59 (N08059), сплав C-2000 (UNS N06200) и сплав 686 (N06686).

Сплавы никеля, хрома и кобальта

Добавление кобальта и молибдена обеспечивает упрочнение твердого раствора и высокий уровень сопротивления ползучести сплаву 617 (UNS N06617). Добавление кобальта в HR-160 (N12160) обеспечивает исключительную стойкость к различным формам высокотемпературной коррозии, такой как воздействие сульфитов и хлоридов, как в восстановительной, так и в окислительной атмосфере.

Никель-титановые сплавы

55% никель-титановый сплав (UNS N01555) (также известный как нитинол) обладает свойствами памяти формы.После формирования при одной температуре, а затем деформации при более низкой температуре, он восстанавливает свою первоначальную форму при повторном нагревании. Переходные температуры можно регулировать тщательным контролем состава. Медицинские устройства и специализированные соединители — это два конкретных приложения. Тот же сплав может также подвергаться значительной упругой деформации и при этом восстанавливать свою первоначальную форму (свойство сверхэластичности). Это свойство использовалось в таких разнообразных приложениях, как оправы для очков и амортизаторы для обеспечения сейсмостойкости исторических каменных зданий.

90 070 Номинальный состав различных никелевых сплавов:

Б-2

2 N06601

Бал Х-750

0 G 3

N08800)

1.6 N06686 Бал 80980

Сплав Название

унны

% Ni

% Cr

03

0% Fe

% Мо

% Cu

% каждый

% Прочее

200

9902 200







инвара (инвара)

K93600

36





400

N04400

65

32




N10665

68


28




(n06008)

70

30






Класс С

N06006

60

16

Бал

16





600

N06600

76

16

8


80

601

60

23




Al - 1,3

N07750 (N07 750)

70

15

7




Ti - 2.5

Al - 0,7

Nb - 1,0

825

N08825

42

21

25

3

2


N06985

Бал

22

20

7

2



32

21

45


9 0015

W - 3.5

С-276

N10276

Бал

15

5

16

03



С-22

N06022

Бал

21

4

13


59

N06059

Бал

23

1,5 макс.

16




С-2000

N06200 (n06200)

Бал

23

макс.

16



686

21

2 макс.

16



W - 3,7

617

N0617

9008

.

22

3 макс.

9


12


Hr-160

N12160

03

03

0

28

3,5 макс.



30

Si - 2,75

нитинол

N01555

55





Ti - 45

Тип

02

05

05

05 % Мо

316 S31603 2,1 Бал 2 507 S32750

7 Бал высокого окисления хромированной стали

отличная нержавеющая сталь

превосходного окисление стойкость при высоких температурах.

высокой температуры и полезной стойкость к окислению при высоких температурах.

N10276 Бал N06600

8 N04400

сплава

унны

% Cr

% Cu

% Fe


304L

S30403

18

-

Бал

Чаще всего из нержавеющей стали, используемой для обработки питьевой воды и контакта с пищевыми продуктами.

16

10

-

дополнительных хлоридов и растворов кислых. Используется в прибрежных районах, при очистке воды и в химической промышленности.

2205

S32205

22

5.7

3.1

-

Bal

Еще более устойчивы к коррозии, чем 316L. Его можно использовать вместо 316L, но большая прочность может означать потерю веса. Может быть заменен на 316L в случае неудачи в обслуживании.

25

4

-

Более коррозионная стойкостьПолезная коррозионная стойкость к морской воде.

254 SMO

S31254

20

18

6,1

-

Бал

9000 похож на коррозионную стойкость также полезно морской воды устойчивость к коррозии.

Аллея 20

N08020 (N08020)

20

33

2.1

3.2

Bal

Подшипники из нержавеющей стали Cu с полезной коррозионной стойкостью ко всем концентрациям серной кислоты.

310s

S31008

25

20

-

-

Бал

800H

N08810 (n08810)

20

32

-

-

Нержавеющая сталь

625

N06625

21

Бал

9

-

3

отличная высокая температура сплава и исключительную стойкость к воздействию воды коррозия.

С-276

15

16

-

5

отличную коррозионную стойкость к снижению кислот.

600

16

76

-

-

высокой термостойкостью

Сплав 400

-

65

-

32

-

.

.Никелевый лист

, никелевые стержни, никелевые стержни, никелевые сплавы, никелевые листы, никелевые листы, никелевая фольга, никелевые винты, никелевая проволока, никелевые трубы, никелевая проволока, чистый никель, никель 200, никель 201, HASTELLOY, INCOLOY, INCONEL , МОНЕЛЬ, НИМОНИК, ИНКО, ИНВАР, МУ-МЕТАЛЛ, МУМЕТАЛ, НИКОРРОС, НИКРОФЕР, КУНИ, никелевая фольга.

Предлагаемые изделия из никеля и никелевых сплавов:

НИКЕЛЬ ЛИСТЫ, ПОЛОСЫ НИКЕЛЬ , ПЛЕНКИ НИКЕЛЬ (ХОЛОДНОКАТАНЫЙ И ГОРЯЧЕКАТАНЫЙ)
холоднокатаный: th.0,02 мм ~ 5 мм * максимальная ширина 1200 мм макс * длина макс 2500 мм
горячекатаный: th. 5–80 мм * максимальная ширина 3000 мм * максимальная длина 6000 мм
Стандарты: N2, N4, N6, N8, N02200, N02201, ASTM B162

НИКЕЛЬ БАРЫ, никелевых сплавы БАРЫ (круглые и прямоугольных)
Размеры: 3 мм \ 350 мм * Максимальная длина 6000 мм
Стандарты: N2, N4, N6, N8, N02200, N02201, N02201,

ASTM НИКЕЛЬ
Размеры: не менее 0,05 мм
Стандарты: N2, N4, N6, N8, N02200, N02201, ASTM

ТРУБЫ НИКЕЛЬ
бесшовные: fi 4-115 мм * толщина стенки макс. 0,2 ~ 8 мм *15000 мм
сварные: фи 80 ~ 650 мм * стена 1 ~ 10 мм * максимальная длина 15000 макс
Стандарты: N2, N4, N5, N6, N7, N8, N02200, N02201, ASTM B161

БОЛТЫ НИКЕЛЬ , ГАЙКИ НИКЕЛЬ , ШАЙБЫ НИКЕЛЬ , СТЕРЖНИ С РЕЗЬБОЙ НИКЕЛЬ

Размер от 5, максимальная длина 2000 мм
Стандарты: DIN 84, DIN 912, DIN 933, DIN 934, DIN 963, DIN 125, DIN 975, ISO 1207, ISO 4762, ISO 4017, ISO 2009, ISO 4032, ISO 7089 № 82215, № 82302, № 82105, № 82207, № 82144, № 82006

НИКЕЛЕВЫЕ ПОКОВКИ И ОТЛИВКИ, СЛИТКИ, РОЛИКИ И НИКЕЛЕВЫЕ ПЛИТЫ
По запросу.Также изготавливаем элементы из никеля по чертежу заказчика.

МИШЕНИ ИОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
Ni/Cr (Ni: Cr 80:20; Ni: Cr 70:30)
Ni/V (Ni: V 93:7)

Наиболее часто заказываемые:


Никель чистый 99,99%, никель 200/201 и сплавы: HASTELLOY, INCOLOY, INCONEL, MONEL, NIMONIC, INCO, INVAR, MU-METAL (МУМЕТАЛ), NICORROS, NICROFER, CUNI и др.

Нило 36 / Инвар

Нило 42 / Инвар

Нитроник 50

Нитроник 60

Нимоник 75

Ниломаг 77

Нимоник 80А

Нимоник 90

Никель 200/201

Нимоник 263

Инколой 330

Монель 400

Инконель 600

Инконель 601

Инконель 625

Инконель 625 ЖКФ

Инконель 686

Инконель 718

Инколой 800

Инколой 825

Инколой 901

Инколой 925

Инколой А-286

Хастеллой С-22

Хастеллой С-276

Хастеллой С-2000

Инколой ДС

Нило К / Ковар

Монель К-500

Васпаллой

Хастеллой Х

Инконель Х-750

НИКЕЛЬ - общая информация

Чистый никель или сплавы с высоким содержанием никеля находят свое основное применение в химической обработке и электронике.

Коррозионная стойкость
Чистый никель обладает коррозионной стойкостью, особенно для восстанавливающих химикатов, особенно оснований. Никель используется для поддержания качества продукции во многих химических реакциях, особенно в пищевой промышленности и производстве синтетических волокон.

Свойства чистого никеля
По сравнению с никелевыми сплавами технически чистый никель обладает высокой электропроводностью, высокой температурой Кюри и хорошими магнитострикционными свойствами.Никель используется в производстве электронных кабелей, аккумуляторов, тиратронов и искровых электродов.

Никель также обладает хорошей теплопроводностью. Это означает, что его можно использовать для теплообменников в агрессивных средах.

Никель

после отжига имеет низкую твердость и хорошую пластичность. Подобно золоту, серебру и меди, он имеет относительно низкую скорость затвердевания, т. е. не становится твердым и хрупким при повреждении или деформации, как большинство других металлов.Эти особенности в сочетании с хорошей свариваемостью делают его легким в изготовлении металлом.

Таблица 1. Свойства никеля 200 технической чистоты (99,6% Ni).

Собственность

Значение

Отожженный Прочность на растяжение при 20°С

450 МПа

Отожженный с пределом текучести 0,2% при 20°С

150 МПа

Удлинение (%)

47

Плотность

8.89 г/см 3

Диапазон плавления

1435-1446°С

Тепло

456 Дж/кг. °С

Температура Кюри

360°С

Относительная проницаемость

Начальный

110

макс.

600

Тепловое расширение (20-100°С)

13,3х10 90 327 -6 90 328 м/м.°С

Теплопроводность

70Вт/м.°С

Электрическое сопротивление

0,096х10 -6 Ом.м

НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ

Никелевые сплавы

широко используются благодаря своей коррозионной стойкости, высокой термостойкости и особым магнитным и термическим свойствам.

Основные типы никелевых сплавов:

Никель-хромовые сплавы Fe-Ni-Cr
Нержавеющие стали
Медно-никелевые сплавы и никель-медные сплавы (купроникель)
Никель-хром и никель-хром-железо
Низкое расширение сплавы
Сплавы магнитные

НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ СВАРОЧНЫЕ

Никелевые сплавы можно соединять всеми видами сварки, кроме кузнечной и кислородно-уксусной сварки.Никелевые сплавы можно сваривать в условиях, аналогичных тем, которые используются при сварке аустенитной нержавеющей стали. Литейные никелевые сплавы, особенно с высоким содержанием кремния, работают плохо.

Наиболее часто используемыми процессами сварки являются сварка с упрочнением (упрочнение твердым раствором) и механически обработанные никелевые сплавы: дуговая сварка вольфрамовым электродом в газовой среде (GTAW), сварка газом с металлом (GMAW) и дуговая сварка в среде защитного газа (SMAW). Дуговая сварка под флюсом (SAW) и электрошлаковая сварка (ESW) имеют ограниченное применение, как и плазменно-дуговая сварка (PAW).Хотя процесс GTAW полезен для дисперсионной сварки для упрочнения сплавов, также используются процессы GMAW и SMAW.

Сплавы никеля обычно изготавливаются в состоянии обработанного раствора. Дисперсионное твердение (PH) Сплавы должны быть закалены перед сваркой, если они подвергались операциям, при которых возникают высокие напряжения.

После сварки может потребоваться термическая обработка, чтобы избежать затвердевания или коррозионного растрескивания.

Защитный газ – аргон или гелий или их смесь используются при сварке никеля и никелевых сплавов.Кислород, углекислый газ или азот с аргоном обычно могут вызвать пористость или эрозию электрода. Можно использовать аргон с небольшим количеством водорода (обычно 5%), который может помочь избежать пористости чистого никеля, а также уменьшить образование оксидов во время сварки.


Некоторые сплавы и отливки должны быть отожжены перед сваркой, чтобы уменьшить некоторые литейные напряжения и обеспечить однородность структуры.

.

Длительное время охлаждения Высокотемпературные никелевые сплавы, никель-хромовый сплав CTE 14

Никель-хромированные стоматологические сплавы для литья фарфора с услугой гравировки

Услуга гравировки доступна для нашего никель-хромового стоматологического сплава. Буква «NCP» будет выгравирована на корпусе каждого слитка из сплава. Лаборанту будет полезно различать различные сплавы в своей лаборатории. Наш сплав представляет собой сплав на основе никеля, обладающий отличной обрабатываемостью и абсолютно универсальными свойствами.Совместим с большинством керамических порошков. Благодаря специальной формуле, запатентованной Willett, он обеспечивает лучшую прочность сцепления по сравнению с другими конкурентами.

Компоненты
Ni Cr Мо КТР ВХН Удлинение
60.5-62.5% 25.2-27.3% 11.3-12.8% 14- 14.1 270HV10 4%
9008
Диапазон температуры плавления ℃ Плотность G / CM3 Прочности выхода RP0,2)
.5 500 МПа

Характеристики :

1. Чрезвычайно высокая коррозионная стойкость: отсутствие цитотоксического потенциала в тестах на клеточных культурах

4. Высокий модуль упругости

5. Высокая прочность во всех допустимых пределах

6. Не требуется длительное время охлаждения: низкий коэффициент расширения

7.Надежное металлокерамическое соединение

8. Высокая термостойкость: постоянство стабильности размеров при ускорении высоких температур

Без бериллия, для использования с керамическими реставрациями.

Упаковка: 1 кг/бутылка

Часто задаваемые вопросы:

Какая идеальная температура для наилучшего результата литья?

Температура заливки всегда должна быть на 100~150° выше температуры ликвидуса.

Какое идеальное время для получения наилучшего результата заброса?

При литье хромоникелевых сплавов, не содержащих бериллий, поверхность плавящихся сплавов будет иметь вид тени. Как только тень потускнеет и края стопа станут закругленными (сплавляться до тех пор, пока он не станет шарообразным в этом не будет необходимости) наступит лучшее время заброса. Идеальное время для литья кобальт-хромового сплава — нагревать его до тех пор, пока поверхностная мембрана не продырявится и не появятся искры яркого света.

Кобальт-хромовое литье неполное, каковы причины?

1. Литейное кольцо нагревается неравномерно: При литье кобальтовых сплавов литейное кольцо должно постепенно и медленно нагреваться до температуры 300 ℃. Дайте ему постоять в духовке при температуре от 300 ℃ до 600 ℃ в течение 10-30 минут. После нагрева до необходимой температуры выдерживают эту температуру не менее 30 минут перед заливкой.

2. Температура литья ниже/выше требований к сплаву.

3. Неправильно спроектированный Strub: Например, Strub слишком узкий. Мы рекомендуем, чтобы диаметр Strub составлял 5 мм или больше.

4. Количество сплава недостаточно для литья или центробежная сила давления литья недостаточна.

5. Литой элемент не вышел из очага нагрева.

.

Добавка Ni-Nickel (никола), сплавы никеля, хромоникелевая сталь, жаропрочная сталь, жаропрочная сталь, кислотоупорная сталь, кислотоупорные трубы

Растворимость никеля в железе γ неограничена, а в железе α растворимость составляет до 10% и находится в равновесии с аустенитом. Никель повышает твердость стали, прочность, хорошо влияет на ударную вязкость и пластичность, особенно при низких температурах, подобно хрому, повышает прокаливаемость стали.Никель является аустенитообразователем, его влияние на структуру стали аналогично действию марганца.
Низколегированные стали с содержанием 3-5 % Ni обладают высокой прочностью, твердостью и устойчивы к истиранию, стали с содержанием 7-20 % (также в сочетании с хромом) устойчивы к коррозии и высоким температурам, они устойчивы к морской воде, кислотам. Это очень распространенный компонент, используемый в нержавеющей стали (inox), кислотостойкой стали, жаростойкой и жаропрочной стали. Стальные сплавы, содержащие 20-30% этого элемента, показывают увеличение электрического сопротивления при повышении температуры.Никелевые сплавы - 60% Ni, 15% Fe, 14% Cr применяются в качестве электросопротивлений и кислотоупорных элементов.

Никель - атомный номер 28, атомный вес 58,71, температура плавления 1452 °С, температура кипения 2730 °С, плотность 8,908 г/см3 (Энциклопедия технологии, издательство "Шленск")

История открытия никеля , (более или менее) представлен следующим образом.
В Средние века и позднее алхимики верили в так называемую теорию подписи. Эта теория говорила о том, что природа и сама природа помечают свои произведения подписями, чтобы человек мог распознать, что и для какой цели представляет собой данное творение.Так, например, клевер предполагалось использовать для лечения сердечных заболеваний, потому что его листья имели сердцевидную форму и т. д.
Эта теория была применима и к металлургии. Принято считать, что все тела, вещества и минералы золотого цвета содержат золото, нужно было только найти подходящий способ его выделения. В поисках золота в моче был обнаружен фосфор, а в поисках меди в минералах медного цвета был открыт новый блестящий металл… никель.

В древности было известно только семь чистых металлов (медь, серебро, олово, свинец, железо, золото и ртуть).Никель, как природный легирующий компонент, присутствовал задолго до нашей эры. В Китае его очень давно выплавляли из медно-никелевых руд, добываемых в провинциях Юньнань и Сычуань, и сплав, выплавляемый из этих руд, назывался пактонг. Пак-тонг (пактонг или иначе пакфонг) был светло-серебристого цвета с безупречно сильным блеском, твёрже и прочнее серебра. Из него изготавливали различные предметы, в том числе ювелирные изделия, а также различные украшения и монеты.В древней Бактрии (территория современного северного Афганистана) во II веке до нашей эры чеканились монеты, которые, согласно современному химическому анализу, содержали около 77,6 % меди, 20 % никеля, 1 % железа и около 1 % других элементов. Также метеориты, с которыми люди имели дело с самых далеких времен, содержат никель.

Странный минерал с медным оттенком был найден в шахтах Саксонии, расположенных в горном массиве Рудных гор. Согласно вышеупомянутой теории подписи, он должен содержать медь.К сожалению, несмотря на все усилия, отличить его не удалось. Этот чрезвычайно редкий минерал получил название «Купферникель» (поддельная медь). За ним ухаживал и внимательно присматривался шведский химик и минералог барон Аксель Фредрик Кронстедт (1722-1765). Он восстановил его до оксида в 1751 году, а затем восстановил древесным углем до ожидаемой меди. «К сожалению», к его удивлению, образовался белый металл, который он рассматривал как отдельный металл, дав ему название никель. Это открытие было подтверждено четырьмя годами позже, в 1755 году, другим известным шведским химиком и минералогом Торберном Олафом Бергманом (1735-1784).Никель, показав столько достоинств и удивительных применений, стал незаменимым металлом, но прежде чем это произошло, ученым предстояло проделать три работы:
- выяснить точные свойства и найти применение новому металлу
- выбрать способы получения в нужном количестве и по низкой цене
- найти места, где встречается металл
Когда в начале 19 века был освоен промышленный способ получения никеля, в 1825 году в Германии некие братья Хеннигер, и независимо от них Эрнст Август Гайтнер ( 1783-1852) изготовил сплав, полученный из чистых компонентов (20% никеля, 20-25% цинка, 55-60% меди), названный по мельхиору, новому серебру, серебру, альпакке, альбате.Новое серебро использовалось так же, как и китайский пакфонг, в основном для производства различных украшений

В 1840 году никеля производилось мало, всего около 100 тонн, и получить его было очень трудно из-за низкого содержания металла в разрабатываемых месторождениях . В 1870-х годах немецкий химик Людвиг Монд (1839 - 1909) изобрел оригинальный способ получения никеля из никелевого камня, открывший так называемые карбонилы никеля. Это соединение Ni (CO4), образованное никелем с монооксидом углерода, от которого легко отделяется чистый никель.
В то же время, когда шведы Кронстедт и Бергман впервые получили образцы чистого никеля, капитан Джеймс Кук (1928-1779) открыл в 1774 году новый остров в южной части Тихого океана под названием Новая Каледония. В 1853 году он перешел под контроль Франции, а через 12 лет француз Гарнье обнаружил высокопроцентную никелевую руду под названием Гарнье, которая содержала до 30% никеля. Когда Монд осваивал добычу никеля карбонильным методом, добыча руды в Новой Каледонии составляла уже 300 тонн.В 1856 году на медных рудниках в Онтарио, Канада, были обнаружены новые залежи никелевой руды, ресурсы которых оцениваются в миллионы тонн. С 1900 года производство никеля в Новой Каледонии стало превосходить производство никеля в Канаде. Помимо производства вышеупомянутых украшений и украшений, никель нашел гораздо более широкое применение, а именно производство монет. Впервые в новое время новые серебряные монеты были отчеканены в Швейцарии (с добавлением серебра) в 1850 г., а в 1855 г. в Бельгии для чеканки монет использовали сплав меди и никеля (75% и 25%).
Соединенные Штаты хранили новые монеты в 1857 г., Германия - в 1873 г., а в 1881 г. в Швейцарии были введены монеты из чистого никеля.

Однако величайшая карьера никеля началась с признания его технических преимуществ. Никель обладает чрезвычайно высокой прочностью на растяжение и исключительной пластичностью. Поэтому он широко используется во многих областях жизни и техники, таких как химия, архитектура, но прежде всего в металлургии, как легирующий компонент стали.

В 1819 году Майкл Фарадей (1791-1867) безуспешно пытался использовать никель в стали, первые попытки получения легированных никелем сталей в Германии в 1823 году также не увенчались успехом. Только в 1888 году француз Марбо с оружейного завода Шнайдера в Ле-Крезо ввел в производство никелевую сталь небывалой прочности, коррозионной стойкости и пластичности, из которой изготавливались броневые листы, которые, как и
, могли выдерживать удары пули из хромистой стали.В 1889 г., независимо от производства на заводе Шнейдера, англичанин Райли с завода Виккерса также ввел в производство никелевую сталь. В 1891 году патенты, принадлежащие Виккерсу и Шнайдеру, были куплены Соединенными Штатами и использованы при производстве бронеплит на их флоте. Еще до изобретения Марбо некий Сэмюэл Ритчи из никелевого рудника в Онтарио сделал заводам Круппа
предложение производить никелевую сталь, предложение было отклонено, и только после того, как США приобрели патенты на производство никелевой стали, Крупп заводы заинтересовались производством этой стали.

.

Проблемы обработки труднообрабатываемых материалов

Введение

Интенсивное развитие автомобильной, аэрокосмической, химической, нефтехимической и медицинской промышленности требует применения современных материалов, характеризующихся высокой прочностью, малым удельным весом, коррозионной стойкостью, жаростойкостью и пластичностью. Особую роль в этом отношении играют никелевые суперсплавы, такие как Hastelloy ® , Waspalloy ® , Inconel ® , Incoloy ® , титан и его сплавы и различные виды композиционных материалов.В основном это материалы, принадлежащие к так называемому трудно режется из-за высокой прочности и пластичности, низкой теплопроводности, высокого химического сродства к обрабатывающим инструментам и высоких значений коэффициентов трения.

В последнее время проводились и продолжаются исследования, направленные на повышение эффективности удаления материала из этих материалов. В основном они ориентированы на процессы механической обработки с применением однолезвийных и многолезвийных инструментов.В результате были разработаны специальные конструкции токарных ножей, резцов, сверл и инструментов для контурной обработки. Значительный прогресс достигнут также в оптимизации параметров обработки, подборе охлаждающих и смазочных жидкостей, конструкции станков и технологических устройств.

Значительно более медленный прогресс наблюдается при обработке труднообрабатываемых материалов абразивной обработкой. Это связано с большей сложностью явлений, воздействующих на инструмент и заготовку одновременно, по сравнению с процессами резания.Высокая пластичность и сильное химическое сродство этих материалов является причиной интенсивного прилипания рабочих поверхностей шлифовальных кругов. Низкая теплопроводность вызывает большие повышения температуры в зоне обработки, что приводит к высокой интенсивности термоусталостного износа абразивных зерен и связки. Склонность к увеличению прочности и твердости под влиянием температуры неблагоприятно сказывается на абразивном и прочностном износе активных абразивных зерен.

До сих пор в этих процессах преимущественно использовались обычные шлифовальные инструменты, изготовленные как из обычных абразивных зерен (оксид алюминия, карбид кремния), так и из сверхтвердых зерен (синтетический алмаз, кубический нитрид бора).Модификации этих инструментов в основном касаются большей открытости структуры, т.е. с использованием специальных наполнителей и сферических зерен корунда. Разработаны также новые виды керамических связок с кристаллической структурой, позволяющие регулировать интенсивность их изнашивания в зависимости от расхода абразивного зерна в заданных технологических условиях. Все чаще для шлифования труднообрабатываемых материалов применяют также шлифовальные круги с прерывистыми поверхностями, которые позволяют лучше удалять стружку из зоны шлифования и лучше подавать СОЖ.

Несмотря на эти достижения, успехи в абразивной обработке труднообрабатываемых материалов все еще недостаточны, наряду с распространением этих материалов во многих отраслях промышленности. Для решения этих задач исполнителями базового проекта была предпринята попытка найти возможность повышения эффективности процессов измельчения никелевых и титановых сплавов.

Свойства и применение труднообрабатываемых материалов

Важнейшую группу труднообрабатываемых материалов составляют металлические материалы из подгруппы легких металлов (титан, алюминий, магний и их сплавы) и жаропрочные сплавы на основе никеля и кобальта.Это строительные материалы, имеющие большое промышленное значение и постоянно расширяющийся диапазон их применения. Особенно это касается работы в тяжелых эксплуатационных условиях, характеризующихся высокими температурами, большими переменными механическими и термическими нагрузками, высоким уровнем коррозионной и химической агрессивности рабочей среды.

Ниже приведены характеристики наиболее важных представителей этих материалов, которые были предметом базового проекта. Это сплавы никеля и титана.

Сплавы на основе никеля

Никель

(Ni) имеет атомный номер, равный 28, не проявляет аллотропии и кристаллизуется в стеночно-центрированной решетке регулярной системы А1 с параметрами и = 0,3516 нм. Поэтому он поддается как холодной, так и горячей обработке. Температура его плавления 1453 °С, плотность 8,902 г/см 3 [1]. Это ферромагнитный металл. В мягком состоянии имеет предел прочности при растяжении Р м = 450 МПа, а в холоднодеформированном состоянии (степень сжатия 50 %) Р м = 750 МПа.Сохраняет высокие механические свойства при повышенных температурах примерно до 500 °C. Никель устойчив к атмосферной коррозии и среде морской воды, органических кислот и щелочей. Однако он не стоек к азотной и фосфорной кислотам и соединениям серы.

Чистый никель используется для изготовления деталей в авиационной промышленности, электронике, электротехнике, исследовательском и химическом оборудовании, пищевой промышленности. Он также используется в качестве важной добавки к сплавам технических сталей и является матрицей для многих сплавов, имеющих большое техническое значение.По химическому составу и применению никелевые сплавы делятся на:

  • строительство,
  • термостойкий и жаростойкий,
  • со специальными физическими свойствами,
  • тяга.

Благодаря легирующим элементам они обладают особыми свойствами. Наибольшей сферой применения и бурным развитием отличаются жаропрочные и жаропрочные сплавы, так называемые суперсплавы ( суперсплавы ), которые предназначены для работы в условиях высоких нагрузок, при температуре 850°С и даже выше.Они относятся к группе материалов, трудно поддающихся резке, в частности с применением методов резки и шлифования.

Наиболее популярные жаростойкие и жаропрочные никелевые сплавы известны как Nimonic ® , Inconel ® , Incoloy ® .

Нимоник ®

Представляет собой сплав никеля (70-75%) с хромом (10-20%) с добавлением железа (до 5%), магния, кремния, титана (0,2-4%), алюминия (0,5-5%). %), медь и иногда кобальт (2-22%).Он характеризуется высокой стойкостью к высокотемпературной коррозии, хорошей прочностью на растяжение и сопротивлением ползучести при высоких температурах. В зависимости от химического состава и расположения легирующих элементов эти сплавы имеют разные области применения [4].

Nimonic ® сплав 75 ​​ - это никель-хромовый сплав с хорошими механическими свойствами и стойкостью к окислению. Применяется в производстве тонких листов для газотурбинных двигателей, оборудования и арматуры для термообработки и атомной техники.

Nimonic ® сплав 80A - аналогичен по составу Nimonic ® сплав 75, но подвергается дисперсионному твердению за счет добавления алюминия и титана. Обладает хорошей коррозионной стойкостью и стойкостью к окислению, а также высокой прочностью на растяжение и сопротивление ползучести при температурах до 815°С. Он используется в производстве деталей газовых турбин, выпускных клапанов двигателей, штампов и стержней для литья под давлением.

Nimonic ® сплав 90 - дисперсионно-твердеющий никель-хром-кобальтовый сплав, характеризующийся высокими показателями ползучести и прочности на разрыв при температурах до 920°С.Используется для лопаток газовых турбин, инструментов горячей штамповки, пружин.

Инконель ®

Представляет собой сплав никеля (45-65%), содержащий хром (15-29%), кобальт (14-20%), молибден (3-26%), железо (1-22%) и, в зависимости от класс: вольфрам, ванадий, титан, алюминий и кремний. Обладает высокой теплостойкостью и сопротивлением ползучести, а также коррозионной стойкостью. Отдельные разновидности этого сплава широко используются в промышленности [4].

Инконель ® сплав 600 - это никель-хромовый сплав с высокой стойкостью к окислению при высоких температурах и хорошей стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в среде ионов хлора и коррозии в среде едкого натра.Применяется в производстве деталей промышленных печей, в конструкции оборудования пищевой и химической промышленности, в производстве комплектующих для атомных электростанций.

Инконель ® сплав 617 - никель-хром-кобальт-молибденовый сплав с высокой стойкостью к окислению за счет алюминиевого армирования. Он также устойчив к широкому спектру агрессивных водных сред. Он используется для производства газовых турбин и для производства деталей в химической промышленности и оборудования для термической обработки.

Инконель ® сплав 62 5 - представляет собой никель-хром-молибденовый сплав с добавкой ниобия, что придает ему высокую прочность без необходимости упрочнения термической обработкой. Сплав устойчив к широкому спектру агрессивных сред, в частности к точечной и щелевой коррозии. Широко применяется при производстве деталей и узлов в химической, судостроительной, авиационной и атомной промышленности.

Inconel ® сплав 718 - дисперсионно-твердеющий никель-хромовый сплав, также содержащий железо, ниобий, молибден и в меньших количествах алюминий и титан.Он сочетает в себе коррозионную стойкость и высокую прочность с очень хорошей свариваемостью. Обладает отличной прочностью на ползучести при температурах до 700°С. Он используется в производстве газовых турбин, ракетных двигателей, космических кораблей и ядерных реакторов.

Инколой ®

Представляет собой сплав никеля (20-75%) с хромом (7,5-48%) с добавлением железа (2,5-74%), углерода (0,04-0,3%) и иногда молибдена (0,5-9%), кобальт (12,5-28,5%), титан (0,35-2,9), медь (0,05-2,2%).Это жаропрочный сплав, устойчивый к коррозии и температурной ползучести, обладающий высокой механической прочностью.

Сплав Incoloy ® 020 - никель-железо-хромовый сплав с добавлением молибдена и меди. Устойчив к общей коррозии, точечной и щелевой коррозии в химикатах, содержащих кислоты: хлорную, серную и азотную. Он используется в строительстве резервуаров, трубопроводов, теплообменников, клапанов и насосов.

Инколой ® сплав 800 - никель-хром-железный сплав с хорошей прочностью и устойчивостью к окислению и науглероживанию при высоких температурах.Характеризуется хорошей стойкостью в водной среде. Он используется в конструкции теплообменников, науглероживающих устройств и обшивки нагревательных элементов.

Incoloy ® сплав 800H / HT - никель-железо-хромовый сплав того же состава, что и Incoloy ® сплав 800, но с более высоким сопротивлением ползучести. Это результат лучшего контроля углерода, алюминия и титана в процессе высокотемпературного отжига. Он используется в технологических линиях химической и нефтехимической промышленности, промышленных печах и пароперегревателях на электростанциях.

Инколой ® сплав Ма956 - сплав железо-хром-алюминий, армированный дисперсионным оксидом. Отличается исключительной прочностью и стойкостью к окислению, науглероживанию и высокотемпературной коррозии (даже свыше 1100°С). Он используется в конструкции газовых турбин, камер сгорания и устройств преобразования энергии.

Сплавы на основе титана

Титан (Ti) представляет собой элемент с атомным номером 22. Он встречается в двух аллотропных формах: Tiα и Tiβ.Модификация α кристаллизуется при комнатной температуре в гексагональной системе, а при температуре 882,5°С трансформируется в высокотемпературный Tiβ, кристаллизующийся в кубической форме. Средний параметр ячейки Tiα в решетке A 3 составляет и = 0,29503 нм, а в пространственно центрированной решетке Tiβ A 2 и = 0,332 нм. Температура плавления титана составляет около 1668 °С, а плотность при комнатной температуре составляет 4,507 г/см 3 [1]. Он характеризуется очень низкой теплопроводностью 11,4 Вт/м·К, что в 3-4 раза ниже, чем у железа, и в целых 16 раз ниже, чем у меди.В мягком состоянии имеет предел прочности при растяжении Р м = 460-590 МПа.

Титан

характеризуется высокой пластичностью и очень хорошей коррозионной стойкостью к морской воде, хлоридам, органическим кислотам и воздушной атмосфере. Не окисляется до 200°С и обладает высоким сопротивлением ползучести при высокой температуре.

Чистый нелегированный титан используется в основном в конструкциях, где требуется высокая коррозионная стойкость. Эти:в химическое и буровое оборудование, работающее вблизи морской воды. Он также используется в медицинской и часовой технике и в производстве очков.

Титановые сплавы, в частности, приобретают все большее значение и промышленное значение. Это связано с вдвое меньшей плотностью по сравнению со стальными сплавами и высокой прочностью до 1400 МПа. Это дает им значительное преимущество перед стальными сплавами за счет отношения прочности к удельному весу. Титановые сплавы также имеют более низкий модуль упругости, чем стали или суперсплавы на основе никеля, благодаря чему они характеризуются прибл.в два раза эластичнее. Поэтому они предрасположены к применениям, где требуется эластичность и высокая прочность на разрыв [8-10].

Основными элементами титановых сплавов являются: Al (2-7%), Sn (2-6%), V (2-20%), Mo (2-20%), Cr (2-12%), Cu (2-6%), Zr (2-8%), Si (0,05-1%).

Наиболее важные отрасли, в которых используются титановые сплавы, включают:

  • химическая промышленность: реакторы, резервуары, теплообменники, прецизионное оборудование;
  • нефтехимическая промышленность: установки и аппараты нефтеперерабатывающих заводов;
  • энергетика: конденсаторы, конденсаторы пара, теплообменники, паровые турбины на электростанциях и теплоэлектроцентралях;
  • морская промышленность: насосы морской воды, клапаны, корпуса подводных лодок и батискафов;
  • автомобильная промышленность: выхлопные системы, элементы подвески, карданные валы, пружины, коромысла;
  • аэрокосмическая промышленность: детали фюзеляжа, шасси, ракет и шаттлов, крыло вертолета и конструкции несущего винта;
  • медицинская промышленность: имплантаты, костные соединители, хирургические инструменты, исследовательская аппаратура, инвалидные кресла;
  • Индустрия спортивного инвентаря: велосипедные рамы, рули, клюшки для гольфа и хоккея, альпинистское снаряжение, теннисные ракетки, аксессуары для парусных лодок и другие.

Основными производителями титана и его сплавов являются США и Россия, а в последнее время и Китай [5]. Производимый в США технически чистый титан выпускается пяти основных марок под торговыми названиями Grade 1-4 и 7. Они отличаются степенью примеси (0,2-1,2%). Наиболее распространенными загрязняющими веществами являются: кислород, азот, углерод, железо, водород и кремний. Предел текучести изменяется от 170 МПа для класса 1 до 480 МПа для класса 4, а предел прочности при растяжении — от 290 МПа до 740 МПа соответственно.Различные механические свойства достигаются в основном за счет изменения содержания кислорода и железа. По мере увеличения содержания этих элементов прочность на растяжение и твердость увеличиваются. Чистый технический титан выпускается в виде отливок, листов, прутков и труб.

Титан Марка 1 ® - это чистейшая форма технического титана. Обладает высокой устойчивостью к коррозии и изменяющимся условиям окружающей среды. Он характеризуется высокой пластичностью и способностью к холодной штамповке.Благодаря высокой коррозионной стойкости он широко используется в химической и морской промышленности (конденсаторы, конденсаторы пара и теплообменники на электростанциях и теплоэлектроцентралях). В авиационной промышленности используется для изготовления элементов фюзеляжа самолетов.

Титан марки 2 ® - — наиболее распространенная марка титана. Обладает высокой коррозионной стойкостью, прекрасно поддается сварке, не теряет своей структуры α после термической обработки.Он широко используется при строительстве буровых платформ, оборудования химической промышленности и производстве различных видов оборудования.

Титан Марка 3 ® - характеризуется более высокой прочностью и пластичностью, чем Марка 2, поэтому применяется в химической, морской и авиационной промышленности, для изготовления деталей, подвергающихся большим и переменным механическим нагрузкам.

Титан Марка 4 ® - с высокой прочностью и пластичностью, а также коррозионной стойкостью, благодаря чему используется в очень агрессивных средах, напр.опреснительные установки.

Титановые сплавы

характеризуются лучшими физическими и химическими свойствами, чем чистый титан, благодаря их упрочнению различными легирующими элементами, например Al, Mo, Cr, Fe. Они обладают высокой механической прочностью и исключительной коррозионной стойкостью.

Наиболее важные титановые сплавы группы сплавов α и аналогичные α включают:

  • Ti Al5 Sn2,5 - этот сплав отличается хорошей пластичностью и пластичностью.Широко используется в промышленных ракетных машинах;
  • Ti Al6 Sn Zr4 Z Mo Si - обладает хорошими физико-механическими свойствами при повышенных температурах. Предназначен для изготовления: дисков, лопаток двигателей и подвесок самолетов.

Наиболее важными сплавами в группе β являются:

  • Ti V10 Fe2 Al 3 - это высокопрочные кованые сплавы, используемые для шасси самолетов, элементов жесткости крыла;
  • Ti V15 Mo3 Cr3 Al3 - сплав, поддающийся ковке и прокатке, обладающий высокой прочностью.Изготавливается из литых деталей и листов, опор и плоских пружин.

Важные сплавы в группе α + β :

  • Ti Al6 V4 — наиболее типичный представитель титановых сплавов, обладающий полным комплексом необходимых физико-химических свойств. Применяется в производстве лопаток и дисков турбин, шасси самолетов. Он также широко используется в производстве элементов для морской и космической промышленности.
  • Ti Al6 Sn2 Zr4 Mo6 - характеризуется высокой прочностью при повышенных температурах и высокой пластичностью. Он используется в производстве дисков и лопаток турбин авиационных двигателей.

Титановые сплавы с аналогичными техническими характеристиками и применением также производятся в России:

сплавы
  • α : WT5, WT5-1;
  • псевдосплавы α : ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, WT20;
  • сплавы
  • α + β : WT6S, WT6, WT14, WT23;
  • выпускается также технически чистый титан WT1-00, WT1-0.

Обрабатываемость

Обрабатываемость характеризует склонность металлов к их отделению механической обработкой. Его определяют как совокупность свойств материала, определяющих эффективность резания и качество обрабатываемой поверхности при конкретных параметрах и условиях этого процесса [6]. На совокупность этих признаков в первую очередь влияет химический состав и внутреннее строение металлов, зависящее, в том числе, от из: металлургический процесс, пластмасса и термообработка. Эти особенности формируют специфические свойства металлов, непосредственно влияющие на ход и результаты процесса резания.К ним относятся: предел механической прочности, предел текучести, склонность к упрочнению под действием деформации, чувствительность к скорости деформации и температуре в зоне резания, а также: твердость, ударная вязкость, теплопроводность, степень загрязнения, дислокационная структура и другие. При этом обрабатываемость зависит еще и от: способа, вида и типа обработки, вида, формы и режущих свойств обрабатывающего лезвия, параметров обработки, вида и способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Обрабатываемость сплавов на основе никеля

Сплавы на основе никеля, такие как Inconel ® , Incoloy ® , Waspalloy ® , Hastelloy ® и Nimonic ® , относятся к труднообрабатываемым материалам. Причины этого:

  • высокая механическая прочность и твердость, влияющие на механический износ режущих инструментов,
  • высокая пластичность, вызывающая образование прилипания и наростов на кончиках режущих инструментов,
  • низкая теплопроводность, что вызывает повышение температуры в зоне обработки, что способствует износу режущих кромок,
  • Компоненты сплава
  • , встречающиеся в структуре материала, которые представляют собой абразивный материал, ускоряющий абразивный износ лезвия,
  • твердеет в процессе обработки.

Характерной особенностью процесса механической обработки этих сплавов является наличие высоких удельных давлений в области режущих кромок и высоких температур. Это приводит к быстрому износу режущих инструментов, часто также катастрофическому. Удельное сопротивление резанию этих сплавов может быть даже в 2-3 раза выше, чем при резании конструкционных сталей.

Поэтому для токарной обработки никелевых сплавов применяют, в частности, инструменты из кубического нитрида бора (специального сорта QBN), керамики SiAlON и карбидов, покрытых слоем PVD-TiAlN.Также используются твердые сплавы с покрытием CVD-Ti(C, N)/Al 2 0 3 /TiN/TiAlN, оксидная керамика и нитевидное армирование.

Для эффективного охлаждения зоны обработки используется охлаждение высокого давления (7-20 МПа), при котором поток жидкости точно направлен под стекающую стружку. За счет образования гидродинамического клина в зоне обработки снижаются трение и температура. Все чаще при обработке этого типа сплавов процесс резки также поддерживается энергией лазерного луча.Это увеличивает стойкость лопатки на 40 %, а производительность процесса до 30 % [2].

Обрабатываемость сплавов на основе титана

Как и никелевые сплавы, титан и его сплавы являются труднообрабатываемыми материалами. В основном это связано с:

  • низкое значение коэффициента теплопроводности, благодаря которому тепло, образующееся в зоне резания, не рассеивается, а концентрируется на кромках и кончиках режущего диска,
  • высокая температура (в зоне обработки превышающая даже 1100°С) приводящая к интенсивному износу лезвия и его пластической деформации, что в свою очередь вызывает быструю потерю срока его службы,
  • высокая температура в зоне обработки, также вызывающая явление закалки и увеличение сопротивления резанию,
  • сильное химическое сродство титана к инструментальным материалам, что способствует слипанию и образованию наростов на кончиках режущих инструментов, а, следовательно, их быстрому затуплению и скалыванию,
  • высокая эластичность титана, вызывающая прогиб и вибрацию при обработке, что влияет на изменение мгновенных значений глубины резания.На малых глубинах уже не происходит резка лезвием, а только пластическая деформация, которая упрочняет обрабатываемый материал и повышает его прочность и твердость.

Поэтому при обработке титана и его сплавов используются острые режущие кромки с PVD-покрытиями и положительными передними углами, что ограничивает механические нагрузки и дробящие явления заготовки. В процессе резания используются относительно низкие скорости резания: v c = 20-50 м/мин для черновой и v c = 50-100 м/мин для чистовой обработки.Однако в случае обработки чистого титана значения v c могут достигать 200 м/мин.

Параметры обработки (до 250 м/мин) могут быть увеличены при использовании системы охлаждения высокого давления (7-20 МПа). Улучшение обрабатываемости титана и его сплавов может быть достигнуто введением осевых или крутильных ультразвуковых колебаний с амплитудой 10-20 мкм (например, при сверлении). Криогенное охлаждение лезвия микроструями жидкого азота (-197°С) также может способствовать этому улучшению.Новинкой в ​​этом отношении является лазерная обработка, а также лазер с криогенным охлаждением лезвия.

Шлифование

Химические и физические свойства труднообрабатываемых материалов вызывают такие же трудности в процессах шлифования, как и при резке. Однако они еще более заметны, что является следствием более тяжелых условий работы абразивных зерен в зоне шлифования. Это результат одновременного участия в процессе обработки большого количества зерен, из которых только часть выполняет работу по резанию, а большая часть только упруго и пластически деформирует обрабатываемый материал.Это сказывается на непостоянстве сечений слоев, срезанных отдельными вершинами зерен, и случайных (обычно отрицательных) углах их атаки. Существенное влияние оказывают также малые объемы места для скопления стружки на рабочей поверхности абразивного инструмента и трудности ее удаления.

Шлифование сплавов на основе никеля

На способность к шлифованию сплавов на основе никеля в основном влияют: высокая пластичность, низкая теплопроводность и склонность к упрочнению в процессе механической обработки.Высокая пластичность вызывает образование длинномерной пластичной стружки, размеры которой значительно больше, чем, например, образующаяся при шлифовании стальных сплавов. Исследования, проведенные в Кошалинском технологическом университете, показали, что при микрообработке сплава Inconel ® 617 одиночными зернами кубического нитрида бора ABN 605 стружка может иметь длину, значительно превышающую 1 мм (рис. 1).

Рис. 1. Вид следов резания (а) и сколов (б), полученных в процессе микрорезки сплава Inconel ® 617 с зерном ABN 60

Эти сколы образуются преимущественно на торцевой (атакующей) грани лезвия и имеют пластинчатую структуру.Однако интенсивность образования боковых вспышек невелика.

Характер стружки, образующейся при шлифовании никелевых сплавов, а также сопутствующие температура и склонность к налипанию являются частой причиной прилипания активной поверхности шлифовального круга. Эти спайки могут локально достигать больших размеров и быстро развиваться при обработке (рис. 2).

Рис. 2. РЭМ-изображение активной поверхности шлифовального круга с микрокристаллическими спеченными зернами оксида алюминия и стеклокристаллической связкой после процесса шлифования сплава Inconel ® 600

Результатом является быстрая потеря режущих свойств шлифовального круга, что приводит к снижению эффективности обработки.Это подтверждается очень низкими значениями коэффициентов шлифования G при шлифовании сплава нимоник даже с применением высокопористых шлифовальных кругов (53%) - рис.3.

Рис. 3. Значения индекса G в процессе шлифования сплава нимоник [7]

Также следует отметить, что ухудшение режущих свойств шлифовального круга вызывает снижение качества поверхности отшлифованного объекта, как по шероховатости, так и по состоянию поверхностного слоя (повышенное значение растягивающего напряжения).Для уменьшения этих неблагоприятных явлений при шлифовании никелевых сплавов необходима комплексная оптимизация, касающаяся как подбора соответствующих характеристик шлифовальных кругов, так и подбора параметров и режимов обработки.

Что касается шлифовальных кругов, обязательно, чтобы структура была очень открытой и создавалось большое пространство для стружки. Это может быть достигнуто за счет использования шлифовальных кругов с большой полостью или шлифовальных кругов со сферическими наполнителями, которые могут быть, например,сферический корунд. Однако, что касается параметров обработки, то их подбор необходим для получения, с одной стороны, малых единичных сечений слоев, срезаемых одиночными абразивными зернами, а с другой стороны, чтобы мгновенная работа источника тепла была максимально возможной. как можно короче.

Существенное влияние на повышение эффективности измельчения никелевых сплавов оказывает правильный выбор СОЖ, а также способ ее введения. Эта жидкость должна быть направлена ​​непосредственно в зону обработки с большим объемным выходом, чтобы она интенсивно поглощала тепло из зоны обработки и одновременно смывала стружку обрабатываемого материала с активной поверхности абразивного инструмента.

Шлифование сплавов на основе титана

Основными факторами, влияющими на шлифовальную способность титана и его сплавов, являются: высокая пластичность, высокие значения коэффициентов трения, склонность к упрочнению при шлифовании из-за высоких температур и, как следствие, химических реакций между поверхностью объекта и абразивное зерно. В результате высокой пластичности при шлифовании титановых сплавов образуется пластичная стружка больших размеров и неправильной формы, меньшей длины, чем при микрорезании никелевого сплава.Боковые заусенцы отчетливо видны в следах резки. Это подтверждается результатами исследований, проведенных в Кошалинском технологическом университете, которые проводились при резании титанового сплава WT3-1 алмазным зерном LS 250 (рис. 4).

Рис. 4. Вид на след реза (а) и стружку (б), полученную в процессе микрорезания сплава ВТ3-1 с алмазным зерном LS 250

Стружка этого типа, образующаяся при высоких температурах (выше 1000°С), имеет высокую склонность к налипанию на активную поверхность абразивных инструментов.Это явление дополнительно подтверждается высокой интенсивностью абразивного износа на вершинах абразивных зерен, что является результатом их термического и термоусталостного износа (рис. 5).

Рис. 5. РЭМ-изображение активной поверхности шлифовального круга с микрокристаллическими зернами спеченного корунда и стеклокристаллической связкой после процесса шлифования титанового сплава 2-й марки ®

Чтобы противодействовать этому, процесс шлифования выполняется на более низких скоростях шлифовального круга, в диапазоне от одной трети до половины скорости, используемой при обычном шлифовании [8-10].Понижение частоты вращения шлифовального круга также способствует образованию в заготовке напряжений меньших величин, но в свою очередь вызывает быстрое затупление зерен, особенно в шлифовальных кругах с зернами оксида алюминия.

В связи с этими проблемами в последнее время многие научные центры и производители абразивного инструмента предпринимают шаги по совершенствованию процессов шлифования титановых сплавов. Они ориентированы на шлифовальные круги с алмазным зерном, в основном с гальваническим покрытием.Например, компания Tyrolit разработала алмазные шлифовальные круги для шлифования с режущей способностью до 50 мм 3 /ммс. Для предотвращения прилипания и пригорания отшлифованного предмета применяется внутреннее охлаждение через шлифовальные круги под давлением 3 МПа и дополнительно внешнее охлаждение под давлением 8 МПа. Saint Gobain Abrasives, с другой стороны, производит шлифовальные круги Norton SG BLAZE с блочными зернами. Микрокристаллические зерна спеченного корунда СГ, благодаря своей способности постоянно обновляться в результате дробления на границах микрозерен, непрерывно восстанавливают свои режущие свойства.Это предотвращает прилипание рабочих поверхностей шлифовальных кругов.

Несмотря на значительный прогресс в разработке процесса измельчения титановых сплавов, следует подчеркнуть, что реализация этих процессов все еще сложнее, чем в случае измельчения сплавов никеля или кобальта.

Выводы

  1. Материалы, отнесенные к труднообрабатываемым, например никелевые и титановые сплавы, характеризуются комплексом отрицательных свойств в отношении их механической обработки резанием и шлифованием.Это: высокая механическая прочность, высокая пластичность, склонность к упрочнению под воздействием температуры, низкая теплопроводность.
  2. Эти свойства значительно снижают эффективность процессов шлифования из-за высокого сопротивления резанию, образования наростов и забивания на обрабатывающих инструментах, а также их ускоренного износа. Особенно это проявляется в процессах абразивной обработки, где термомеханические условия в зоне шлифования значительно сложнее, чем в зоне резания.
  3. Основными причинами снижения эффективности процесса шлифования являются, прежде всего: залипание рабочей поверхности шлифовального круга стружкой заготовки, повышение температуры в зоне контакта шлифовального круга с заготовкой поверхности, вызывая упрочнение материала, что дополнительно приводит к ускоренной прочности и термическому износу абразивных зерен.
  4. Для повышения эффективности шлифования необходимо правильно подобрать характеристики и конструкцию абразивных инструментов, как по твердости и прочности абразивных зерен, так и по сродству с материалом обрабатываемой детали.Конструкция этих инструментов также должна быть изменена таким образом, чтобы увеличить пространство для стружки и направить эффективный поток смазочно-охлаждающей жидкости непосредственно в зону обработки.
  5. Условия и параметры механической обработки каждый раз должны выбираться многокритериальным образом с учетом специфики данной операции шлифования, например, длина зоны контакта шлифовального круга с изделием (плоское шлифование, шлифование отверстий) или размер контактной поверхности (шлифовка фасонных поверхностей).
  6. Для правильного осуществления процессов шлифования труднообрабатываемых сплавов необходимо контролировать и контролировать их различными видами сигналов с целью получения информации о ресурсе шлифовального круга и оценки (прогноза) качества заготовки и ее повторяемость в последовательно отшлифованных изделиях.

Литература

  1. Добжаньски Л.: Инженерные материалы и дизайн материалов. Основы материаловедения и металловедения.WNT, Варшава, 2006 г.
  2. Гжесик В., Малецка Ю.: Механическая обработка титана и сплавов Ti-Al на матрице интерметаллических фаз. Сталь, металлы и новые технологии, 9-10 / 2011 стр. 136-142.
  3. Качоровски М., Кшиньска А.: Конструкционные металлические, керамические и композиционные материалы. Издательство Варшавского технического университета, Варшава, 2008.
  4. .
  5. Информационные материалы Bibus Metals Sp. о.о.
  6. Мелехов Р., Тубелевич К., Блашук В.: Титан и его сплавы: виды, свойства, применение, технология обработки, деградация.Издательство Ченстоховского политехнического университета, Ченстохова, 2004.
  7. Мирник М.: Обрабатываемость металлов. Методы определения и прогнозирования. Издательство Вроцлавского технического университета, Вроцлав, 2000.
  8. Неслушан М.: Шлифовка сплавов на основе никеля шлифовальными кругами высокой пористости. Достижения в области производства и управления 4 (2009) 1-2, стр. 29-36.
  9. Очось К.Э.: Формование полостей титана и его сплавов в авиационной промышленности и медицинской технике. Часть I. Механик, 81 (2008) 8-9, с.639-656.
  10. Очось К.Э.: Формование полостей титана и его сплавов в авиационной промышленности и медицинской технике. Часть II. Механик, 81 (2008) 10, стр. 753-767.
  11. Oczoś K.E.: Формование легких металлов. Польское научное издательство PWN, Варшава, 2012.

.

Анализ процессов микровыглаживания хромоникелевых сплавов с использованием результатов исследований топографии поверхности и особенностей образующихся микрополостей *

Анализ процессов доводки сплавов никель-хром по результатам исследования топографии обработанной поверхности и характеристик сформированных микрочипов

Войцех Качалак, Катажина Тандечка | 09-09-2016

Механик № 09.08.2016 - X Школа механообработки, XXXIX Научная школа абразивной обработки

АННОТАЦИЯ: В статье представлены результаты исследования процесса микрошлифовки никель-хромового сплава Нимоник 80А абразивными пленками с зернами электрокорунда.Последовательное шлифование производилось с использованием абразивных пленок с последовательной номинальной зернистостью: 30, 15 и 9 мкм. После каждой операции сглаживания топографию поверхности исследовали на профилографометре Taylor Hobson CCI6000. Чтобы определить влияние процесса микросглаживания, было проведено микроскопическое исследование микрозубцов как влияние процесса механической обработки. Из анализа количества и формы возвышений на уровне 0,3Ст сделаны выводы об эффективности формирования благоприятного рельефа поверхности в процессе выравнивания.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: микрошлифовка, абразивные пленки, никель-хромовый сплав

АННОТАЦИЯ: В статье представлены результаты процесса микрофинишной обработки фольги абразивными зернами электрокорунда никель-хромового сплава Nimonic 80A. Проведена шлифовка последовательных абразивных пленок номинальным размером частиц 30, 15, 9 мкм. Мы изучали топографию поверхности каждой обработки с помощью сглаживающего профилографометра CCI6000 Taylor Hobson. С целью определения эффектов процесса микроисследования были проведены микроскопические микрочипы как эффекты процесса обработки.Анализ размеров и формы возвышений на 0,3 ст позволил сделать выводы об эффективности формирования рельефа поверхности в процессе микрофинишной обработки.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: микрообработка, абразивная фольга, никель-хромовый сплав

БИБЛИОГРАФИЯ / БИБЛИОГРАФИЯ:

  • Госвами А., Кумар Дж. «Исследование целостности поверхности, скорости съема материала и коэффициента износа проволоки для WEDM сплава Nimonic 80A с использованием метода GRA и Тагучи». Технические науки и технологии . Том 17, вып. 4 (2014): стр. 173 ÷ 184.
  • Го-чжэн Цюань, Цзя Пань и Сюань Ван. «Прогноз поведения деформации при горячем сжатии суперсплава Nimonic 80A по модели BPANN». Applied Sciences 6 (3): 66, февраль 2016 г., DOI: 10.3390 / app6030066.
  • Качалак В., Тандечка К. "Прогнозирование технологических свойств абразивных пленок с использованием спектрального анализа активной поверхности инструмента". Механик. № 8–9 (2014): С. 212 ÷ 218/725.
  • Качалак В., Тандека К., Томас Г. Матиа. «Прогнозирование эффектов микрофинишной обработки с использованием абразивных пленок с использованием данных, характеризующих топографию их поверхности». Журнал машиностроения . Том 15, № 4 (2015): стр. 103 ÷ 112.
  • Sunulahpasica R., Hadzalicb M., Orucc M., Begovic E. «Вклад в исследование влияния химического состава на обрабатываемость жаропрочного сплава Nimonic80A». Процедиа Инжиниринг .132: 480-485, декабрь 2015 г., DOI: 10.1016 / j.proeng.2015.12.522.
  • Островски Д., Сикора М., Крушински Б. «Влияние условий обработки сплава никеля 201 на эффекты процесса шлифования». Механик. № 12 (2015): стр. 38 ÷ 42

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2016.8-9.302

Скачать / скачать

Wojciech Kacalak, Katarzyna Tandecka: Анализ процессов чистовой обработки никель-хромовых сплавов с использованием результатов исследования рельефа обработанной поверхности и характеристик сформированных микрочипов (PDF, ~ 3 МБ)

.

Смотрите также