Главная Обратная связь

Дисциплины:






Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные



Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой. Они подвергаются механической и термической обработке, которая существенно изменяет их свойства.

Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и не уп­рочняемые термической обработкой.

Термически не упрочняемые сплавы получают на основе систем Al - Mn (АМц, АМцМ,) и Al - Mg (AMг6, АМгН).

Они обладают умеренной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и пластичностью.

Их используют для изготовления короззионностойких изделий, получаемых методами глубокой вытяжки и сварки, например, сварных бензобаков, трубопроводов для масла и бензина, корпусов и мачт судов.

Термически упрочняемые сплавы приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии только в результате термической обработки.

Это сплавы системы А1-Мg-Si (АВ, АД31, АДЗЗ), упрочняемые закал­кой и искусственным старением. Эти сплавы, вне зависимости от состояния материала, не склонны к коррозион­ному растрескиванию под напряжением. Они удовлетворительно обрабаты­ваются резанием в закаленном и состаренном состоянии, а также сваривают­ся с помощью точечной, шовной и аргонодуговой сварки. Большей коррози­онной стойкостью обладают сплавы АД31 и АДЗЗ, работающие в интервале -70 до +50 °С; сплав авиаль (АВ: Cu - 0,3; Mg - 0,7; Mn - 0,25; Si - 25%, Zn - 0,2%) из указанной группы сплавов характеризует­ся большей прочностью. Из этих сплавов изготавливают лопа­сти и детали кабин вертолетов, барабаны колес гидросамолетов.

Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).

Дюралюмины Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17 и др. (1,4-13% Сu; 0,4-2,8% Мg; 0,2-1,0% Мn; иногда 0,5-6,0% Si и др) имеют хорошее сочетание прочности и пластичности.

Термическая обработка дюралюминов состоит в закалке, естественном или искусственном старении.

Сплавы, подвергнутые термическому упрочнению хорошо свариваются точечной сваркой, удовлетворительно обрабатываются резанием, однако склонны к межкристаллической коррозии после нагрева (особенно Д1, Д16 и В65). Значительное повышение коррозийной стойкости сплавов достигается плакированием (покрытием их техническим алюминием). Из сплавов этого типа изготовляют лопатки компрессора двигателя. В авиации дюралюмины применяют для изготовления лопастей воздушных винтов, силовых элементов конструкций самолетов, заклепок и др.

Высокопрочные сплавы системы А1- Zn - Мg - Сu (В93, В95, В96Ц) характеризуются большими значениями временного сопротивления. При этом у них достаточная пластичность, трещиностойкость и со­противление коррозии, которые достигаются режимами старения, а также применением сплавов повышенной (В95пч) и особой (В95оч) чистоты. В данном случае сплавы обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем дюралюмины. Рабочая температура высокопрочных сплавов не превышает 1200С, так как они не являются теплопрочными. Сплавы используют для изготовления высоконагруженных изделий, как правило, работающих в условиях сжатия (стрингеры, шпангоуты, лонжероны и др.).



К высокопрочным сплавам относятся и магналии.

Магналии– (названы так из-за большого содержания в них магния), сплавы на основе алюминия, содержащие: 5-13% Мg; 0,2-1,6%Мn; иногда 3,5-4,5% Zn; 1,75-2,25% Ni; до 0,15% Ве; до 0,2% Тi; до 0,2% Zr и др.

Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к корро­зии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты, разбавленной серной кислоты, ортофосфорной кислоты, а также устойчивы в средах, содержащих SO2.

Применяются как конструкционный материал в: авиастроении; судостроении; машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, масло­проводы); для изготовления арматуры строительных сооружений; для изготовления деталей холодильных установок; для изготовления декоративных бытовых предметов и др.

При содержании Мgвыше 6% магналии склонны к межкристалличе­ской коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силу­мины.

Жаропрочные алюминиевые сплавы системы А1-Сu-Мn (Д20, Д21) и А1-Сu-Мg-Fе-Ni (АК4-1) применяют для изготовления деталей (поршни, головки цилиндров, диски и лопатки компрессоров), работающих при повышенных температурах (до 3000С). Жаропрочность достигается за счет легирования сплавов никелем, железом и титаном, затормаживающими диффузионные процессы и образующими упрочняющие фазы. Сплавы обладают высокой пластичностью и технологичностью в горячем состоянии, хорошо (Д20) или удовлетворительно (Д21, АК-1) свариваются, однако отличаются пониженной коррозионной стойкостью; их защищают от коррозии анодированием и лакокрасочными покрытиями.

Литейные алюминиевые сплавы. Основные требования к сплавам для фасонного литья - это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими (со­противление коррозии) свойствами.

Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9-13% по отдельным компо­нентам). Литейные сплавы пред­назначены для изготовления фа­сонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов, их

маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава (АЛ8, АЛ27).

Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. В состав силуминов входят: 3-26% Si; 1-4% Сu; 0,2-1,3% Мg; 0,2-0,9% Мn; иногда 2-4% Zn; 0,8-2% Ni; и др.

Силумины обладают высокими меха­ническими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, неболь­шой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость, для повышения которой детали анодируют и защищают лакокрасочными покрытиями.

Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки.

Силумины используют для изготовления мелких, средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания – АЛ4, АЛ9). Сплав АЛ34 превосходит сплавы АЛ4 и АЛ9 по прочности на 25—50% и применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошими технологическими свойствами.

Следует отметить также высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы алюминия. Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе при динамическом нагружении) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием — жаропрочность при температурах до 300 °С. Сплав отличается хорошей обраба­тываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью. Он широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.

Промышленность выпускает и коррозионностойкие литейные сплавы.

Литейные алюминиевые сплавы систем А1—Мg (АЛ8, АЛ27) и А1—Мg—Zn (АЛ24) обладают высо­кой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатыва­ются резанием и свариваются. Дополнительное легирование сплавов систе­мы А1—Мg бериллием, титаном и цирконием повышает пластичность и коррозионную стойкость.

В последнее время получили распространение гра­нулированные и порошковые алюминиевые сплавы. Гранулирование производится распылением рас­плава; при этом получаются частицы сферической или овальной формы - гранулы. В гранулируемых алюмини­евых сплавах повышаются как механические, так и физические свойства. Гранулы брикетируют, а затем под­вергают пластическому деформированию.

В настоящее время получили распространение гранулируемые алюминиевые сплавы, отличающиеся высоким содержанием легирующих элемен­тов (Мn, Сг, Zn, Тi, V), нерастворимых или малорастворимых в алюминии. Из гра­нул изготавливают прессованные полуфабрикаты и листы любых алюминие­вых сплавов.

Методами порошковой металлургии изготавливают спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС). Первые состоят из порош­ка алюминия и дисперсных частиц А12О3, которые повы­шают прочность сплава и снижают его пластичность. Содержание А12О3 в САПах колеблется от 6 до 22 %.

САП характеризуется высокой прочностью и жаропроч­ностью при повышенных температурах (350—500 °С).

Сплавы САС обладают высокой жаропрочностью до 500 °С. Спеченные алюминиевые сплавы (САС-1, САС-2 и др.) относятся к сплавам системы А1-Si-Ni. Исполь­зуются они в основном в приборостроении как материа­лы с низким коэффициентом линейного расширения. Механические свойства этих сплавов оп­ределяются формой и размерами частиц.

Композиционные алюминиевые сплавы.Волокнистые ком­позиционные материалы получают, армируя алюминиевые сплавы АД1, АДЗЗ борными волокнами (ВКА-1, ВКА-2). Эти материалы использу­ют для изготовления стрингеров, труб. Для композиционных материалов характерны высокие значения циклической прочности. Алюминиевые сплавы, армированные стальной проволокой (КАС-1) могут подвергаться деформации изгибом, обладают высокой ударной вязко­стью и жаропрочностью, большим сопротивлением распространению усталостной трещины и значительной прочностью. Применение накладок (стопперов) из материала КАС уменьшает скорость распространения трещины более чем в пять раз по сравнению с накладками из титановых сплавов.

 

Контрольные вопросы:

1. Какие свойства цветных металлов, используемых в технике, дают им предпочтение перед черными металлами и сплавами и в каких случаях?

2. Охарактеризуйте основные свойства (физические, химические, механические, технологические, эксплуатационные) алюминия.

3. Что представляют собой деформируемые алюминиевые сплавы? Назовите основные.

4. Что представляют собой литейные алюминиевые сплавы? Назовите основные.

5. Для каких целей могут быть использованы дюралюмины? Каковы их свойства?

6. Что такое магналии? Каковы их основные свойства? Где применяются?

7. Что такое силумины? Каковы их основные свойства? Где применяются?

8. Охарактеризуйте порошковые алюминиевые сплавы. Каковы их свойства? Где применяются?

 

6.2. Медь и ее сплавы

 

Содержание меди в земной коре сравнительно невелико – 0, 004 до 0,007%(по массе), что в 1000 раз меньше чем алюминия.

Главные источники меди – медистые песчаники и руды. Руды в зависимости от характера входящих в них соединений, подразделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды (медный блеск Cu2S, медный колчедан CuFeS2, кислородосодержащий малахит (CuOH)2CO3 и др. имеют наибольшее значение, так как из них выплавляется около 90% меди.

В Оренбургской области сосредоточено 76% запасов меди. Богатейшим считается Галльское месторождение. На его основе работает ОАО Галльский горно-обогатительный комбинат по добыче занимающий 2 место в России

Медные месторождения встречаются на Камчатке, Курильских островах и Корякском нагорье. Медной провинцией является Урал, здесь имеются многочислен­ные богатые зарождения медно-колчедановых и медно-цинковых руд. Большие запасы меди разрабатываются в районе Норильска.

Медь - химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 29, атомная масса 63,55. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая, не имеет полиформизма. Медь имеет два стабильных изотопа 63 Cu и 65 Cu.

Металл красного (в изломе розового) цвета, ковкий и мягкий, хороший проводник тепла (теплопроводность 3,9*102 Вт/(м*К) и электричества (удельное сопротивление 1,7 *10-8 Ом*м); плотность 8,92*103 кг/м3, температура плавления - 1083°С, температура кипения - 25670 С, коэффициент линейного расширения 16,4*10-6 1/К. Медь диамагнитна.

Медь химически малоактивна. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях не окисляется. Но с кислородом реагирует легко, образуя два оксида Cu2O красного цвета и CuO черного цвета. С водородом, азотом, углеродом не взаимодействует даже при высоких температурах. Достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют. В атмосфере, содержащей СО2 пары Н2О и др., покрывается патиной - зеленоватой пленкой основного карбоната (ядовита).

Медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, в атмосферных условиях и различных химических средах: органических кислотах, едких щелочах, кислых растворах хромовых солей.

Примеси снижают тепло- электропроводность, пластичность, коррозионную стойкость. Поэтому в электротехнической промышленности применяют в основном металл высших сортов не менее 99,9% меди. Это основной материал для проводов. Холодная пластическая деформация увеличивает прочность, твердость и упругость меди, но снижает пластичность и электропроводность. Обладает хорошими технологическими свойствами: прокатывается в тонкие листы и ленту, из нее производят микропроволоку. Медь хорошо полируется, паяется, сваривается. Медь является художественным материалом. Изделия из меди отличаются красотой золотистых или красноватых тонов. Она имеет свойство обретать блеск при шлифовке, медь золотят, патируют, тонируют, украшают эмалью.

К неудовлетворительным свойствам можно отнести плохую обрабатываемость резанием, низкую жидкотекучесть, высокую плотность.

Чистая медь широко используется в электротехнике, в различного рода теплообменниках.

Кроме нужд тяжелой промышленности, связи, транспорта, некоторое количество меди (главным образом в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производстве искусственного шелка. Медь необходимый для растений и животных микроэлемент.

Медь как художественный материал используется с медного века(украшения, скульптура, утварь, посуда).

Около 30 – 40% меди используется в виде различных сплавов (латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы и др.).

Медные сплавы – первые металлические сплавы, созданные человеком. Примерно до средины 20 века они занимали первое место среди сплавов цветных металлов, а затем уступили место алюминиевым.

Медные сплавы подразделяются на латуни, бронзыи медно-никелевыесплавы.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. В зависимости от количества цинка меняется цвет латуни и ее механические свойства. В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозийной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением).

Двойные латуни маркируются буквой «Л» (латунь) и цифрой, показывающей среднее со­держание меди в процентах, например Л63. Латуни с содержанием более 90% меди на­зывают томпаком (Л96), при 80-90 % меди - полутомпаком (Л90, Л80).

Медно-цинковые сплавы легированные несколькими элементами называются специальными или сложными латунями. В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей содержа­ние меди, даются буквы и цифры, образующие название и количество в процентах легирующих элементов. Например, ЛАН 59-3-2, содержит: 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля.

К наиболее распространенным легирующим элементам относятся алюминий, олово, никель, кремний.

Латуни всех марок стойки в пресной воде и весьма стойки в сухом паре. В среде аммиака латуни не стойки и имеют относительную стойкость в воде, содержащей хлористые соли.

«Автоматная» латунь ЛС59-1» используется для изготовления деталей, в том числе метизов (винтов, болтов, гаек, шайб и др.), на станках-автоматах.

Латуни подразделяют на деформируемые и литейные в зависимости от технологии получения полуфабрикатов и изделий.

Деформируемые латуни используются при производстве изделий и полуфабрикатов с различными способами обработки металлов давлением. Это латуни типа Л90(томпак), Л80 (полутомпак) и сложные латуни ЛАЖ-1-1 (алюминиежелезные латуни), «Автоматная» латунь ЛС59-1» и т.д. Выпускают их в виде полуфабрикатов – проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Они широко применяются в химическом машиностроении. Деформируемые латуни значительно упрочняются при обработке давлением; разупрочнение достигается отжигом при 600° С.

Литейные латунииспользуют для фасонного литья. В основном применяют сложнолегированные сплавы. Легирующие элементы по-разному влияют на литейные свойства сплавов. Так, железо и марганец снижают жидкотекучестъ латуни, а олово (до 2,5%) ее повышает. Алюминий и кремний (в отдельности) повышают жидкотекучесть двойных латуней. Для литья арматуры используют кремнистую латунь ЛЦ16К4, а втулки и сепараторы шариковых и роликовых подшипников льют из свинцовой латуни ЛЦ40С. Латуни имеют лучшие литейные свойства, чем бронзы, температура плавления их ниже.

Из высокотехнологичных латуней получают изделия глубокой вытяжкой (радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги). Латуни, содержащие свинец, используют при работе в условиях трения (в часо­вом производстве, в типографских машинах).

 

Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называются бронзой. Бронзовые изделия начали изготавливать еще во втором веке до н.э. Бронза обладает высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств, бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля пластичности, железа - прочности, цинка - улучшению литейных свойств, свинца - улучшению обрабатываемости.

Маркируют бронзы буквами Бр, затем буквами последовательно указывают легирующие элементы и в конце их содержание в сплаве.

Например, БрОФ6,5-0,4 содержит 6,5% олова и 0,4% фосфора, Сu - остальное. Обозначение элементов в бронзах то же, что и при маркировке латуней. Кроме того, фосфор обозначают буквой Ф, цинк - Ц, хром - X, бериллий - Б, цирконий - Цр. Маркировка литейных бронз начинается также с букв Бр, а дальше производится аналогично обозначению литейных латуней. Например, БрОЗЦ12С5 содержит 3% олова, 12% цинка и 5% свинца.

В зависимости от основного легирующего элемента различают более 10 типов бронз – алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, марганцевые и т.д.

Оловянные бронзы содержат в среднем 4-6% олова, имеют высокие механические, антифрикционные и антикоррозийные свойства; хорошо отливаются и обрабатываются резанием. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.

Деформируемые бронзы поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т.д. При дополнительном легировании фосфором их используют для изготовления деталей, работающих на трение в коррозионной среде: подпятники, подшипники, уплотняющие втулки, пояски поршневых колец, клапаны.

Литейные оловянные бронзы содержат большое количество олова (до 15%), цинка (4-10%), свинца (3-6%), фосфора (0,4-1,0%). Литейные бронзы применяют для получения различных фасонных отливок. Оловянные бронзы применяют для литья художественных изделий.

Высокая стоимость и дефицитность олова — основной недостаток оловянных бронз.

Безоловянные бронзы содержат алюминий, железо, марганец, бериллий, кремний, свинец или различное сочетание этих элементов.

Алюминиевые бронзысодержат 4-11% алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозийную стойкость, хорошие механические и технологические свойства. Они также делятся на деформируемые и литейные. Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии. Бронзы, содержащие 9-11% алюминия, а также железо, никель, марганец, упрочняются термической обработкой (закалка и отпуск).

Из них изготавливают детали химических аппаратов, высокотемпературную арматуру, подшипники скольжения.

Алюминиевые бронзы часто используются в качестве заменителей оловянных. Высокопрочные алюминиевые бронзы идут на изготовление шестерен, втулок, подшипников, пружин, деталей. Из алюминиевой бронзы делают монеты.

Следует отметить, что хотя алюминиевые бронзы и имеют хорошие литейные свойства, однако при литье часто образуются усадочные раковины.

Бериллиевые бронзы обладают высокими механическими (в частности, упругими) свойствами, стойкостью против коррозии и удовлетворительной электро- и теплопроводностью, хорошо свариваются. Широко известны бронзы, содержащие 1,6—2,6% Ве, 0,2— 0,5 Ni, 0,1—0,25% Тi (БрБ2; БрБ2,5; БНТ-1,9; БНТ-1,7), где цифры указывают содержание бериллия в масс. %).

Бериллиевые бронзы упрочняются закалкой со старением. Бронзы БрБ2 и БрБ2,5 после закалки и старения обладают высокой прочностью но малой пластичностью. Эти свойства делают их весьма ценными для изготовления упругих элементов – токоведущих пружин, мембран, пружинных контактов, чувствительных элементов точных приборов, пружин всех типов.

Хромовые бронзы (БрХО,5) обладают высокими механическими свойствами, хорошей электро- и теплопроводностью. Бронзы содержат 0,4—1% Сг; 0,2% Аg. Серебро повышает механические свойства и температуру рекристаллизации бронз. Бронзы упрочняются закалкой в воде и последующим старением. Хромовые бронзы применяют в двигателестроении (внутренний кожух ЖРД, держатели форсунки и др.).

Марганцовистые бронзы(БрМЦ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают высокой пластичностью и хорошей сопротивляемостью коррозии и сохраняют механические свойства при повышенных температурах. Сплавы хорошо подвергаются пайке и сварке.

Они используются для производства паровой арматуры.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...