Stworzono najbardziej odporny na zużycie stop metali na świecie. Najmocniejszy stop Przemysłowe zastosowania tytanu
Szkło wykonane z metalu
Specjaliści z California Institute of Technology uzyskali materiał o wyjątkowych właściwościach – jest to najmocniejszy jak dotąd stop – „metalowe szkło”. Wyjątkowość nowego stopu polega na tym, że szkło metaliczne jest wykonane z metalu, ale ma wewnętrzną strukturę szkła. Dziś naukowcy zastanawiają się, co dokładnie nadaje stopowi tak niezwykłe właściwości i w jaki sposób można je wprowadzić do stopów wykonanych z tańszych materiałów.
Amorficzna struktura szkła, w przeciwieństwie do krystalicznej struktury metalu, nie jest zabezpieczona przed propagacją pęknięć, co wyjaśnia kruchość szkła. Szklanki metalowe mają również tę samą wadę, ponieważ również dość łatwo pękają, tworząc pasma ścinania, które przekształcają się w pęknięcia.
Właściwości stopu
Specjaliści z Instytutu Kalifornijskiego zauważyli, że pojawienie się dużej liczby pasm ścinania zapewnia dużą odporność na rozwój pęknięć, dzięki czemu osiąga się odwrotny efekt: materiał wygina się bez zapadania. To właśnie ten materiał, energia wytworzenia pasm ścinania, która jest znacznie mniejsza niż energia potrzebna do przekształcenia ich w pęknięcia, wytworzył. „Mieszając pięć elementów, zapewniliśmy, że po ochłodzeniu materiał „nie wie”, którą strukturę przyjąć i wybiera amorficzną” – wyjaśnił uczestnik badania R. Ritchie.
Metalowe szkło
Najtrwalszy stop - szkło metaliczne - składa się ze szlachetnego palladu, krzemu, fosforu, germanu z niewielkim dodatkiem srebra (wzór: Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2).
Nowy stop pokazał się w testach jako połączenie wzajemnie wykluczających się właściwości – wytrzymałości i wytrzymałości na poziomie niespotykanym wcześniej w żadnym innym materiale. W rezultacie nowe szkło metaliczne łączy w sobie twardość szkła z odpornością metali na pękanie. Co więcej, poziom sztywności i wytrzymałości jest w zasięgu ręki.
Wykorzystanie materiału
W przypadku metali konstrukcyjnych przeprowadzone badania znacznie przesunęły granice tolerancji obciążeń. Jednak według prognoz naukowców najtrwalszy stop może nie znaleźć szerokiego zastosowania ze względu na rzadkość występowania i wysoki koszt jego głównego składnika, palladu. Twórcy zgłaszali jednak możliwość zastosowania tego materiału w implantach medycznych (na przykład w protezach śródszczękowych), a także w częściach w przemyśle motoryzacyjnym czy lotniczym.
Czas czytania: 1 minuta.
Metale towarzyszą ludzkości niemal przez całe jej świadome życie. Zaczęło się oczywiście od miedzi, ponieważ jest to materiał najbardziej podatny na obróbkę i dostępny w przyrodzie.
Ewolucja pomogła ludziom znacznie rozwinąć się technicznie i z biegiem czasu zaczęli wymyślać stopy, które stawały się coraz mocniejsze. W naszych czasach eksperymenty trwają i co roku pojawiają się nowe trwałe stopy. Rozważmy najlepsze z nich.
Tytan
Tytan to materiał o wysokiej wytrzymałości, na który istnieje duże zapotrzebowanie w wielu gałęziach przemysłu. Najczęstszym obszarem zastosowań jest lotnictwo. Dzieje się tak dzięki udanemu połączeniu niskiej masy i dużej wytrzymałości. Właściwości tytanu to także wysoka wytrzymałość właściwa, odporność na wpływy fizyczne, temperatury i korozję.
Uran
Jeden z najtrwalszych elementów. W warunkach naturalnych jest metalem słabo radioaktywnym. Występuje w stanie wolnym, jest bardzo ciężki i szeroko rozpowszechniony ze względu na swoje właściwości paramagnetyczne. Uran jest elastyczny, ma wysoką plastyczność i względną plastyczność.
Wolfram
Najbardziej ogniotrwały metal obecnie znany. Ma srebrzysto-szary kolor i jest tzw. elementem przejściowym. Właściwości wolframu sprawiają, że jest on odporny na ataki chemiczne i podatny na podrabianie. Najbardziej znanym obszarem zastosowania są lampy żarowe.
Ren
Metal srebrno-biały. Można go spotkać w przyrodzie w czystej postaci, ale jest też surowiec molibdenowy, w którym również się znajduje. Charakterystyczną cechą renu jest jego ogniotrwałość. Należy do drogich metali, więc jego koszt również jest poza skalą. Głównym obszarem zastosowania jest elektronika.
Osm
Osm to srebrzystobiały metal o lekko niebieskim zabarwieniu. Należy do grupy platynowców i wykazuje niezwykle duże podobieństwo do irydu pod względem takich właściwości jak ogniotrwałość, twardość i kruchość.
Beryl
Metal ten jest pierwiastkiem, który ma jasnoszary odcień i jest silnie toksyczny. Dzięki tak niezwykłym właściwościom materiał znalazł szerokie zastosowanie w energetyce jądrowej i technologii laserowej. Wysoka wytrzymałość berylu pozwala na jego zastosowanie do produkcji stopów.
Chrom
Niebiesko-biały odcień sprawia, że chrom wyróżnia się z tłumu. Jest odporny na zasady i kwasy. W naturze występuje w czystej postaci. Chrom jest często używany do tworzenia różnych stopów, które są później wykorzystywane w medycynie i sprzęcie chemicznym.
Warto zauważyć, że żelazochrom jest stopem chromu i żelaza. Stosowany jest do produkcji narzędzi skrawających do metalu.
Tantal
Jest to srebrzysty metal o dużej twardości i gęstości. Odcień ołowiu na metalu powstaje w wyniku pojawienia się warstwy tlenku na powierzchni. Metal dobrze nadaje się do obróbki.
Dziś tantal jest z powodzeniem stosowany w budowie reaktorów jądrowych i produkcji metalurgicznej.
Ruten
Srebrzysty metal należący do grupy platynowców. Ma niezwykły skład: zawiera tkankę mięśniową organizmów żywych. Innym charakterystycznym faktem jest to, że ruten jest stosowany jako katalizator wielu reakcji chemicznych.
Iryd
Ten metal zajmuje pierwsze miejsce w naszym rankingu. Ma srebrzysto-biały kolor. Iryd również należy do grupy platynowców i posiada najwyższą twardość spośród powyższych metali. We współczesnym świecie jest on używany bardzo często. Dodawany jest głównie do innych metali w celu poprawy ich odporności na środowisko kwaśne. Sam metal jest bardzo drogi, ponieważ ma bardzo słabo rozpowszechniony charakter.
Przeczytaj także:
Metale były wykorzystywane przez człowieka od zarania cywilizacji. Jednym z pierwszych znanych była miedź, ze względu na łatwość przetwarzania i szerokie zastosowanie. Podczas wykopalisk archeolodzy znaleźli tysiące miedzianych przedmiotów. Postęp nie stoi w miejscu i wkrótce ludzkość nauczyła się wytwarzać trwałe stopy do produkcji broni i narzędzi rolniczych. Do dziś eksperymenty z metalami nie ustają, dzięki czemu możliwe stało się określenie, który metal jest najsilniejszy na świecie.
Iryd
Zatem najsilniejszym metalem jest iryd. Otrzymuje się go przez wytrącanie z rozpuszczenia platyny w kwasie siarkowym. Po reakcji substancja staje się czarna, a później w procesie różnych związków może zmieniać kolor: stąd nazwa, tłumaczona jako „tęcza”. Iryd odkryto na początku XIX wieku i od tego czasu znaleziono tylko dwa sposoby jego rozpuszczenia: stopiony ług i nadtlenek sodu.
Iryd występuje w przyrodzie bardzo rzadko, jego ilość na ziemi nie przekracza 1 na 1 000 000 000. W rezultacie jedna uncja tego materiału kosztuje co najmniej 1000 dolarów.
Iryd jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach działalności człowieka, szczególnie w medycynie. Produkuje się z niego protezy oczu, aparaty słuchowe, elektrody do mózgu, a także specjalne kapsułki wszczepiane w guzy nowotworowe.
Według naukowców tak niewielka ilość materii wskazuje, że jest ona pochodzenia obcego, czyli przyniesiona przez jakąś asteroidę.
Kolejny z najsilniejszych metali świata, którego nazwa pochodzi od nazwy naszego kraju. Po raz pierwszy odkryto go na Uralu. A raczej znaleźli tam platynę, w której rosyjscy naukowcy zidentyfikowali później nowy metal. To było 200 lat temu.
Ze względu na swoje piękno ruten jest często stosowany w biżuterii, ale nie w czystej postaci, ponieważ jest bardzo rzadki
Ruten jest metalem szlachetnym. Ma nie tylko twardość, ale i piękno. Pod względem twardości jest tylko nieznacznie gorszy od kwarcu. Ale jednocześnie jest bardzo delikatny, łatwo go rozkruszyć na proszek lub rozbić, upuszczając go z wysokości. Ponadto jest to najlżejszy i najmocniejszy metal, jego gęstość wynosi zaledwie trzynaście gramów na centymetr sześcienny.
Pomimo słabej odporności na uderzenia ruten doskonale wytrzymuje wysokie temperatury. Aby go stopić, należy go podgrzać do temperatury ponad 2300 stopni. Jeżeli odbywa się to za pomocą łuku elektrycznego, substancja może przejść bezpośrednio w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego.
Jako część stopów ma niezwykle szerokie zastosowanie, nawet w mechanice kosmicznej, np. stopy metali rutenu i platyny wybierano do produkcji elementów paliwowych sztucznych satelitów Ziemi.
Pierwszym na Ziemi, który odkrył ten metal, był szwedzki naukowiec Ekeberg. Ale chemik nigdy nie był w stanie wyizolować go w czystej postaci, pojawiły się z tym trudności, dlatego otrzymał imię greckiego bohatera mitów, Tantala. Tantal zaczął być aktywnie wykorzystywany dopiero podczas drugiej wojny światowej.
Tantal to twardy, trwały metal o srebrzystym kolorze, który wykazuje niewielką aktywność w zwykłych temperaturach, utlenia się dopiero po podgrzaniu powyżej 280°C i topi się dopiero w temperaturze prawie 3300 kelwinów.
Pomimo swojej wytrzymałości tantal jest dość plastyczny, mniej więcej jak złoto, a praca z nim nie jest trudna
Tantal może być stosowany jako zamiennik stali nierdzewnych, a żywotność może różnić się nawet o dwadzieścia lat.
Tantal jest również używany:
- w lotnictwie do produkcji części żaroodpornych;
- w chemii jako część stopów antykorozyjnych;
- w energetyce jądrowej, ponieważ jest wyjątkowo odporna na pary cezu;
- leki do produkcji implantów i protez;
- w technologii komputerowej do produkcji nadprzewodników;
- w sprawach wojskowych dla różnych typów pocisków;
- w biżuterii, ponieważ podczas utleniania może nabrać różnych odcieni.
Metal ten uznawany jest za biogenny, co oznacza, że może mieć pozytywny wpływ na organizmy żywe. Na przykład ilość chromu reguluje poziom cholesterolu. Jeśli chrom w organizmie jest mniejszy niż sześć miligramów, prowadzi to do gwałtownego wzrostu poziomu cholesterolu we krwi. Jony chromu można pozyskać np. z jęczmienia perłowego, kaczki, wątroby czy buraków.
Chrom jest ogniotrwały, nie reaguje na wilgoć i nie utlenia się (tylko po podgrzaniu powyżej 600°C).
Metal jest aktywnie wykorzystywany do tworzenia powłok chromowych i koron dentystycznych.
Ten trwały metal był wcześniej nazywany glucynem, ponieważ ludzie zwracali uwagę na jego słodki smak. Ponadto substancja ta posiada o wiele więcej niesamowitych właściwości. Niechętnie wchodzi w reakcje chemiczne. Niezwykle trwały: eksperymentalnie ustalono, że drut berylowy o grubości milimetra może utrzymać ciężar osoby dorosłej. Dla porównania drut aluminiowy wytrzymuje tylko dwanaście kilogramów.
Beryl jest bardzo trujący. Po spożyciu może zastąpić magnez w kościach, co jest schorzeniem zwanym berylozą. Towarzyszy mu suchy kaszel i obrzęk płuc i może prowadzić do śmierci. Toksyczność jest być może jedyną znaczącą wadą berylu dla ludzi. Poza tym ma wiele zalet i wiele zastosowań: przemysł ciężki, paliwo nuklearne, lotnictwo i astronautyka, metalurgia, medycyna.
Beryl jest bardzo lekki w porównaniu do niektórych metali alkalicznych
Ten trwały metal jest nawet droższy od irydu (i ustępuje jedynie Kalifornii). Znajduje jednak zastosowanie tam, gdzie wynik jest ważniejszy niż koszt: do produkcji sprzętu medycznego dla najlepszych klinik na świecie. Ponadto można go używać do wykonywania styków elektrycznych, części sprzętu pomiarowego i drogich zegarków, takich jak Rolex, mikroskopy elektronowe i wojskowe głowice bojowe. Dzięki osmowi stają się mocniejsze i wytrzymują wyższe temperatury, nawet te ekstremalne.
Osm nie występuje w przyrodzie sam, jedynie w połączeniu z rodem, zatem po ekstrakcji zadaniem jest rozdzielenie ich atomów. Mniej powszechny jest osm w „zestawie” z platyną, miedzią i niektórymi innymi rudami.
Na planecie produkuje się zaledwie kilkadziesiąt kilogramów tej substancji rocznie.
Metal ten ma bardzo mocną strukturę. Sam ma białawy kolor, a po rozdrobnieniu na proszek staje się czarny. Metal jest bardzo rzadki i wydobywa się go w połączeniu z innymi rudami i minerałami. Stężenie renu w przyrodzie jest znikome.
Ze względu na niewiarygodnie wysoki koszt substancję stosuje się tylko w przypadkach skrajnej konieczności. Wcześniej jego stopy, ze względu na swoją odporność cieplną, były wykorzystywane w lotnictwie i rakietach, m.in. do wyposażenia myśliwców naddźwiękowych. To właśnie ten obszar był głównym punktem światowego zużycia renu, czyniąc go materiałem o zastosowaniu militarno-strategicznym.
Ren służy do produkcji włókien i sprężyn do przyrządów pomiarowych, styków samoczyszczących oraz specjalnych katalizatorów niezbędnych do produkcji benzyny. To właśnie spowodowało znaczny wzrost zapotrzebowania na ren w ostatnich latach. Rynek światowy jest dosłownie gotowy do walki o ten rzadki metal.
Na całym świecie istnieje tylko jedno jego pełnoprawne złoże i znajduje się ono w Rosji, drugie, znacznie mniejsze, znajduje się w Finlandii
Naukowcy wynaleźli nową substancję, która swoimi właściwościami może stać się mocniejsza od znanych metali. Nazywano go „płynnym metalem”. Eksperymenty z nim rozpoczęły się całkiem niedawno, ale już się sprawdziły. Całkiem możliwe, że Ciekły Metal już wkrótce wyprze tak dobrze nam znane metale.
Metale twarde i stopy są materiałami odpornymi na zużycie, które mogą zachować swoje właściwości w podwyższonych temperaturach (900-1100 stopni). Znane są człowiekowi od ponad stu lat.
ogólna charakterystyka
Stopy twarde produkowane są głównie na bazie chromu, tantalu, tytanu, wolframu z dodatkiem różnej ilości niklu lub kobaltu. Do produkcji wykorzystano trwałe węgliki, które nie ulegają rozkładowi i rozpuszczaniu w wysokich temperaturach. Węglik może być odlewany lub spiekany. Węgliki są kruche. Pod tym względem ich ziarna są łączone z odpowiednimi metalami, tworząc stały materiał. Te ostatnie to żelazo, kobalt i nikiel.
Połączenia odlewane
Narzędzia węglikowe wytwarzane tą metodą charakteryzują się dużą odpornością na ścieranie przez materiał obrabiany oraz wióry. Nie tracą swoich właściwości w temperaturach ogrzewania od 750 do 1100 stopni. Ustalono, że wyroby powstałe w procesie topienia lub odlewania z dodatkiem kilograma wolframu mogą przetworzyć pięciokrotnie więcej materiału niż przedmioty wykonane ze stali szybkotnącej o tej samej zawartości W. Jedną z wad takich związków jest ich kruchość. W miarę zmniejszania się udziału kobaltu w kompozycji, wzrasta on. Prędkość frezów węglikowych jest 3-4 razy większa niż w przypadku stali.
Materiały spiekane
Obejmują one związek podobny do metalu połączony stopem lub metalem. Z reguły jako bazę stosuje się węgliki (w tym złożone) tytanu lub wolframu, a także tantal, węglik tytanu. Borki są rzadziej stosowane w produkcji. Matrycą utrzymującą ziarna materiału jest spoiwo - stop lub metal. Z reguły jest to kobalt. Jest pierwiastkiem neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla. Kobalt nie tworzy własnych węglików i nie niszczy innych. Rzadziej stosowany jest nikiel i jego związek z molibdenem.
Charakterystyka porównawcza
Materiały spiekane produkowane są metodą proszkową. Obróbka twardych stopów tego typu odbywa się wyłącznie poprzez szlifowanie lub metodami fizyko-chemicznymi (laser, trawienie kwasem, ultradźwięki itp.). Wyroby odlewane poddawane są hartowaniu, wyżarzaniu, starzeniu i tak dalej. Przeznaczone są do napawania na narzędziach. Materiały sproszkowane mocuje się poprzez lutowanie lub mechanicznie.
Klasyfikacja
Zależy to od zawartości węglików kobaltu, tantalu, wolframu i tytanu. Pod tym względem rozważane materiały są podzielone na trzy grupy. Przy oznaczaniu marek połączeń stosuje się następujące litery:
- Węglik wolframu - „B”.
- Kobalt - „K”.
- Węglik tytanu to pierwsze „T”.
- Węglik tantalu to drugie „T”.
Liczby wskazane po literach wskazują przybliżony procent składników. Pozostałą część związku (do 100%) stanowi węglik wolframu. Litery wskazane na końcu oznaczają wielkość ziaren struktury: „B” – gruba, „M” – drobna, „OM” – bardzo drobna. Przemysł produkuje twarde stopy marek VK (wolfram), TTK (tytan-tantal-wolfram) i TK (tytan-wolfram).
Cechy
Głównymi właściwościami twardych stopów jest ich wysoka wytrzymałość i odporność na zużycie. Jednocześnie rozpatrywane materiały charakteryzują się niższą lepkością i przewodnością cieplną w porównaniu ze stalą. Należy to wziąć pod uwagę podczas stosowania produktów. Wybierając twardy stop, należy przestrzegać szeregu zaleceń:
- Wyroby wolframowe w porównaniu do wyrobów tytanowo-wolframowych mają niższą temperaturę spawania ze stalą. Pod tym względem służą do pracy z żeliwem, metalami nieżelaznymi i materiałami niemetalowymi.
- W przypadku stali zaleca się stosowanie związków z grupy TK.
- Twardy stop klasy TTK ma zwiększoną lepkość i dokładność. Stosowany jest do pracy z odkuwkami i odlewami stalowymi w niesprzyjających warunkach.
- Wykańczające i dokładne toczenie przy małym przekroju wióra zapewniają frezy węglikowe o drobnoziarnistej strukturze i obniżonej zawartości kobaltu.
- W niesprzyjających warunkach i ciężkiej pracy z materiałami obciążonymi udarowo zaleca się stosowanie mieszanek o dużej zawartości kobaltu. Ponadto muszą mieć gruboziarnistą strukturę.
- Obróbka wykańczająca i zgrubna w procesie ciągłego cięcia odbywa się głównie związkami o średniej zawartości kobaltu.
Materiały w proszku
Są one prezentowane w dwóch grupach: zawierające i niezawierające wolframu. W pierwszym przypadku twardy stop występuje w postaci mieszaniny sproszkowanego technicznego W i żelazowolframu ze składnikami nawęglanymi. Został wyprodukowany w ZSRR. Ten twardy stop nazywany jest „wokarem”. Proces wytwarzania materiału wygląda następująco:
- Wysokoprocentowy żelazowolfram i sproszkowany techniczny W miesza się z mielonym koksem, sadzą i innymi podobnymi składnikami.
- Powstałą masę miesza się z melasą cukrową lub żywicą na gęstą pastę.
- Z mieszanki wyciska się brykiety i lekko je wypala. Jest to konieczne w celu usunięcia lotnych związków.
- Po wypaleniu brykiety są mielone i przesiewane.
Gotowy materiał ma zatem wygląd delikatnych czarnych ziaren. Ich wielkość wynosi 1-3 mm. Charakterystyczną cechą takich materiałów jest ich duża masa nasypowa.
stalinit
Ten stop węglika nie zawiera wolframu, co sprawia, że jest tani. Został również wynaleziony w latach sowieckich i jest szeroko stosowany w przemyśle. Jak pokazuje praktyka, pomimo tego, że ten twardy stop nie zawiera wolframu, posiada on wysokie właściwości mechaniczne, które w większości przypadków spełniają wymagania techniczne. Stalinit ma znaczną przewagę nad materiałami wolframowymi. Przede wszystkim jest to niska (1300-1350 stopni) temperatura topnienia. Materiały wolframowe ulegają zmianom dopiero od 2700 stopni. Temperatura topnienia 1300-1350 stopni znacznie ułatwia napawanie i zwiększa jego produktywność. Podstawą stalinitu jest mieszanina tanich sproszkowanych żelazostopów, żelazomanganu i żelazochromu. Produkcja tego materiału przebiega podobnie do procesu wytwarzania związków wolframu. Stalinit zawiera 16-20% chromu i 13-17% manganu.
Aplikacja
We współczesnym przemyśle stopy twarde są szeroko stosowane. Jednocześnie stale udoskonalane są materiały. Rozwój tego sektora produkcyjnego odbywa się w dwóch kierunkach. Przede wszystkim udoskonalane są składy stopów i udoskonalana technologia ich wytwarzania. Ponadto wprowadzane są innowacyjne metody nanoszenia związków na produkty. Narzędzia węglikowe przyczyniają się do znacznego wzrostu wydajności pracy. Zapewnia to wysoka odporność na zużycie i odporność na ciepło produktów. Takie cechy pozwalają na pracę z prędkościami 3-5 razy większymi niż w przypadku stali. Nowoczesne żarna mają na przykład takie zalety. Materiały węglikowe produkowane przy użyciu zaawansowanych technologii (metod elektrochemicznych i elektrofizycznych), w tym z wykorzystaniem półfabrykatów diamentowych, należą dziś do najbardziej poszukiwanych w przemyśle.
Rozwój
Obecnie w krajowym przemyśle prowadzone są różne badania, w tym dogłębna analiza możliwości zwiększenia właściwości twardych stopów. Dotyczą one głównie składu granulometrycznego i chemicznego materiałów.
Jako dość udany przykład z ostatnich kilku lat można przytoczyć związki z grupy TSN. Takie stopy są specjalnie zaprojektowane do zespołów ciernych pracujących w agresywnym środowisku kwaśnym. Grupa ta kontynuuje opracowywanie nowych związków w grupie VN zaproponowanej przez Ogólnorosyjski Instytut Badań Naukowych Traumatologii i Technologii.
W trakcie badań stwierdzono, że zmniejszając wielkość ziaren fazy węglikowej, znacząco wzrastają takie właściwości, jak wytrzymałość i twardość stopów. Zastosowanie technologii regulacji i plazmowego przywracania rozkładu wielkości cząstek umożliwia dziś wytwarzanie materiałów, których wielkość frakcji jest mniejsza niż mikron. Stopy klasy TSN są obecnie szeroko stosowane w produkcji komponentów pomp naftowych i gazowych oraz substancji chemicznych.
przemysł rosyjski
Jednym z wiodących przedsiębiorstw zajmujących się produkcją i rozwojem naukowym jest Zakład Twardych Stopów w Kirowogradzie. KZTS posiada duże, własne doświadczenie we wdrażaniu innowacyjnych technologii do produkcji. Pozwala to na zajęcie wiodącej pozycji na rosyjskim rynku przemysłowym. Firma specjalizuje się w produkcji narzędzi i wyrobów z węglika spiekanego, proszków metali. Produkcję rozpoczęto w styczniu 1942 r. Pod koniec lat 90-tych przedsiębiorstwo zostało zmodernizowane. W ciągu ostatnich kilku lat Zakład Twardych Stopów w Kirowogradzie skupiał swoją działalność na produkcji ulepszonych wielopłaszczyznowych wkładek wymiennych z odpornymi na zużycie wielowarstwowymi powłokami. Firma opracowuje także nowe związki niezawierające wolframu.
Wniosek
Pozytywne doświadczenia wielu przedsiębiorstw przemysłowych sugerują, że w najbliższej przyszłości stopy bezwolframowe nie tylko staną się jeszcze bardziej popularne, ale będą w stanie zastąpić inne materiały stosowane do produkcji wyrobów do tłoczenia i cięcia, elementy maszyn pracujących w trudnych warunkach warunki, wyposażenie i wyposażenie. Dziś powstała już cała grupa związków na bazie węgloazotku i węglika tytanu. Znajdują zastosowanie w wielu obszarach przemysłowych. W szczególności szeroko stosowane są stopy twarde TV4, LTSK20, KTN16, TN50, TN20. Nowe osiągnięcia obejmują materiały z grupy tantalu TaC, niobu NbC, hafnu HfC i tytanu TiC. Produkcja narzędzi z wykorzystaniem tych stopów umożliwia zastąpienie wolframu stosunkowo tanimi dodatkami, poszerzając tym samym gamę stosowanych surowców. To z kolei zapewnia wytwarzanie produktów o określonych właściwościach i wyższych parametrach użytkowych.
Amerykańscy inżynierowie z Sandia National Laboratories twierdzą, że udało im się stworzyć najmocniejszy stop metalu, który jest sto razy bardziej odporny na zużycie niż stal o najwyższej wytrzymałości. Dobrze znane połączenie platyny i złota, ale wykonane w nowy sposób, stało się pierwszym stopem, który wykazał swoje właściwości. Ponadto nowy materiał w naturalny sposób zapewnia smarowanie, którego koszt byłby zwykle zbyt wysoki.
Co ciekawe, eksperymenty z platyną i złotem prowadzono już wcześniej, jednak dotychczas takie stopy nie były badane pod kątem wytrzymałości z należytą starannością. Faktem jest, że w tradycyjnym ujęciu odporność materiału na zużycie zależy od jego twardości, a ta kombinacja metali nie może pochwalić się tym wskaźnikiem.
Jednak w nowej pracy John Curry i jego współpracownicy opracowali zasadniczo nowe podejście. Stworzyli stop zawierający zwykle 90% platyny i 10% złota, który reaguje na ciepło w określony sposób, dzięki czemu przez długi czas nie odkształca się podczas tarcia. Osiągnięto to poprzez zmianę energii granic ziaren materiału poprzez segregację (proces ten wiąże się ze zmianami właściwości, składu i struktury powierzchniowych warstw atomów).
Eksperci wykorzystali symulacje komputerowe do zbadania możliwych mikrostruktur na poziomie pojedynczych atomów przy różnych kombinacjach materiałów wyjściowych. Na podstawie tej analizy wybrali stopy odporne na temperaturę do rzeczywistych testów.
„Podczas opracowywania wielu tradycyjnych stopów zwiększenie wytrzymałości materiału osiągnięto poprzez zmniejszenie rozmiaru ziaren” – mówi Curry. „Jednak pod wpływem ekstremalnych naprężeń i temperatur wiele z nich rozszerza się lub zmiękcza, zwłaszcza w wyniku nagromadzenia zmęczenia Jednak w przypadku naszego stopu widzimy doskonałą stabilność mechaniczną i termiczną bez znaczących zmian mikrostruktury w bardzo długich okresach cyklicznego naprężenia tarcia.”
Zdaniem autorów badania, gdyby nowy stop wykorzystano do produkcji opon do zawodów driftingowych, podczas których zawodnicy wpadają w poślizg na zakrętach i bardzo szybko zużywają się opony, samochód na takich kołach mógłby okrążyć Ziemię 500 razy wzdłuż równika.
Podczas testów ujawniono kolejną zaskakującą cechę nowego materiału. Podczas tarcia na jego powierzchni spontanicznie utworzył się czarny film, który okazał się diamentopodobną modyfikacją węgla. Ta sztuczna powłoka, która jest jednocześnie gładka jak grafit i twarda jak diament, zwykle działa jako bardzo skuteczny smar, ale jej produkcja wymaga skomplikowanych komór próżniowych o wysokiej temperaturze.
„Wierzymy, że stabilność i wysoka odporność na zużycie umożliwiają cząsteczkom zawierającym węgiel z otoczenia przyklejanie się do stopu, degradację podczas poślizgu i ostatecznie utworzenie węgla podobnego do diamentu” – wyjaśnia Curry.
Zatem to spontaniczne wytwarzanie smaru nie tylko wydłuża żywotność materiału, ale może również zapewnić alternatywny sposób jego produkcji.
