Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание 5. Цветные металлы и их сплавы Деформируемые алюминиевые сплавы. Литейные алюминиевые сплавы Спечённые алюминиевые сплавы. Деформируемые магниевые сплавы Литейные магниевые сплавы Деформируемые титановые сплавы. Литейные титановые сплавы. 5.2. Тяжёлые металлы и их сплавы Медноникелевые сплавы.

Подобный материал:

• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 2836.1kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 2979.19kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 2143.51kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 785.31kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 793.69kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 901.29kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 2591.69kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 814.76kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 2075.7kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 1147.22kb.

5. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ


5.1 ЛЁГКИЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ


К лёгким относят металлы с плотностью менее 5000 кг/м³. Наибольшее применение находят такие лёгкие металлы, как алюминий, магний, титан и сплавы на их основе. Достоинством лёгких сплавов является их высокая удельная прочность, представляющая собой отношение прочности к плотности материала.

В сплавах цветных металлов принято следующее обозначение легирующих элементов: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, М – медь, Мг – магний, Мц – марганец, Мш – мышьяк, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк.


5.1.1. Алюминий и его сплавы

Алюминий - мономорфный парамагнитный металл серебристо-белого цвета с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой, температура плавления 660°С, плотность 2700 кг/м³. Обладает высокой электро- и теплопроводностью, хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем со­стоянии, хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием.

В зависимости от содержания примесей различают: алюминий особой чистоты А999 (99,999%А1); высокой чисто­ты А995 (99,995%Al), A99 (99,99%Al), A97 (99,97%Al), A95 (99,95%А1); технической чистоты А85, А8, А7, А5, АО (со­держание примесей от 0,15 до 1%).

Изделия и полуфабрикаты из технического алюминия маркируют АДО и АД1. В качестве примесей в алюминии при­сутствуют железо, кремний, медь, марганец, цинк. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью вследствие обра­зования на его поверхности тонкой прочной пленки оксида Аl₂О₃. Чем чище алюминий, тем выше его коррозионная стой­кость.

Технический алюминий из-за низкой прочности приме­няют для изготовления элементов конструкций и деталей, не несущих нагрузки, таких как трубопроводы, палубные над­стройки морских и речных судов, кабели, конденсаторы, кор­пуса приборов, перегородки в комнатах, двери, рамы, посуда, цистерны для молока и т.д. Алюминий высокой чистоты пред­назначается для изготовления фольги, токопроводящих и ка­бельных изделий.

Наибольшее же применение получили сплавы на основе алюминия. По способу производства полуфабрикатов и изде­лий сплавы можно классифицировать следующим образом:

сплавы алюминия

/  \

деформируемые литейные спечённые

/ \ /  \ / \

не упрочняемые упрочняемые Al-Si Al–Cu Al-Mg САС САП

термической термической

обработкой обработкой


Деформируемые алюминиевые сплавы.

Сплавы систем Аl-Мп и Al-Mg типа АМц (до 1,6%Мп), АМг2 (1,8-2,6%Mg ,до 0,6%Мп), АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб (5.8-6,8%Mg, до 0,8%Мп) не упрочняются термообработкой,

их можно упрочнить нагартовкой. Они отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррози­онной стойкостью. Применяются для изготовления трубопро­водов для масла и бензина, радиаторов тракторов и автомоби­лей, а также для заклепок, корпусов и мачт судов и т.п.

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняе­мым термообработкой, относятся такие сплавы, как:


А). Дуралюмины (Al-Cu-Mg-Mn).

Типичным дуралюмином является Д1, но сейчас боль­ше используют марки Д16, Д18, Д19 (числа обозначают по­рядковые номера). Дуралюмины характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Они хорошо сварива­ются точечной сваркой и практически не свариваются плавле­нием из-за высокой склонности к трещинообразованию. Все дуралюмины удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состоянии.

Применяют для изготовления лопастей воздушных вин­тов, строительных конструкций (Д1), обшивки самолетов, ку­зовов грузовых автомобилей, буровых труб (Д16), заклепок (Д18), элементов конструкций самолетов, работающих при на­греве до 200-250°С (Д19).

Б). Авиали (Al-Mg-Si).

К ним относятся сплавы АВ, АД31, АДЗЗ, обладающие повышенной пластичностью и коррозионной стойкостью, они не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжени­ем независимо от состояния материала. Наиболее прочный сплав АВ по коррозионной стойкости уступает сплавам АД31 и АДЗЗ.

Сплав АВ применяют для деталей, при изготовлении которых требуется высокая пластичность в холодном и горя­чем состоянии (лопасти вертолетов, штамповые и кованые де­тали сложной конфигурации). Сплав АД31 применяется для деталей невысокой прочности, от которых требуется хорошая коррозионная стойкость и декоративный вид. Его используют для отделки кабин самолетов и вертолетов, а также в автомо­бильной, легкой и мебельной промышленности. Сплав АДЗЗ применяется для деталей средней прочности, обладающих коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде (лопасти вертолётов, барабаны колёс гидросамолётов)

В). Сплавы для ковки и штамповки (Al-Mg-Si-Cu-Mn).

Обладают высокой пластичностью, хорошо обрабаты­ваются резанием, но склонны к коррозии под напряжением. Детали следует анодировать или защищать лакокрасочным по­крытием. Применяются для изготовления подмоторных рам, крепежа (АК6), поясов лонжеронов, лопастей винтов вертоле­тов, бандажей вагонов (АК8).

Г). Высокопрочные сплавы (Al-Zn-Cu-Mg).

К ним относятся сплавы марок В93, В95, В96. Они от­личаются высоким пределом прочности 550-70С МПа, но меньшей пластичностью, чем дуралюмины. Они хорошо обра­батываются резанием и свариваются точечной сваркой. При­меняются в самолетостроении для нагруженных конструкций, работающих длительное время при температурах 100-120°С (обшивка, шпангоуты, лонжероны), для силовых каркасов строительных сооружений и др.

Д). Жаропрочные сплавы (Al-Cu-Mg-Si с добавлением, Fe, Ni, Ti).

Эти сплавы используются для изготовления деталей, работающих при температурах до ЗОО°С (поршни, головки ци­линдров, лопатки и диски осевых компрессоров турбореактив­ных двигателей; обшивка сверхзвуковых самолетов и т.п.). К ним относятся сплавы марок Д20, АК4-1.

Литейные алюминиевые сплавы

Для изготовления фасонных деталей применяют литей­ные алюминиевые сплавы, обладающие высокой жидкотекучестью и малой усадкой в сочетании с хорошими механиче­скими свойствами и коррозионной стойкостью. Многие отлив­ки из алюминиевых сплавов подвергают термической обра­ботке. Маркируют литейные алюминиевые сплавы буквами АЛ и числом, обозначающим порядковый номер (например, АЛ2, АЛ4, АЛ19).

А). Сплавы системы Al-Si (силумины).

Эти сплавы отличаются высокими литейными свойст­вами , а отливки – большой плотностью. Наиболее распространен сплав АЛ2, содержащий 10-13% Si, обладающий высокой коррозионной стойкостью и не упрочняемый термообработкой. Легированные силумины (АЛ4, АЛ9) подвергаются термообработке.

Сплав АЛ2 рекомендуется для изготовления герметичных деталей, а сплавы АЛ4 и АЛ9 применяются для средних и крупных литых деталей ответственного назначения: корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания и т.п.

Б). Сплавы системы Al-Cu.

Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) после термообработки имеют высокие механические свойства и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства у них хуже, коррозионная стойкость тоже, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплав АЛ7 используют для отливки небольших деталей простой формы (арматура, кронштейн и т.п.). Сплав АЛ19 предназначен для крупногабаритных отливок, а также для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях статических и ударных нагрузок при температурах до 300°С.

В). Сплавы системы Al-Mg.

Сплавы этой системы (АЛ8, АЛ27) имеют низкие литейные свойства, но отличаются хорошей коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами и обрабатываемостью резанием. Они применяются для отливок, работающих во влажной атмосфере, например, судостроении и авиации.

Добавка к сплавам до 1,5% Si (АЛ13, АЛ22) улучшает литейные свойства. Эти сплавы также применяют в судостроении и авиации.

Спечённые алюминиевые сплавы.

Методами порошковой металлургии получают спечённые алюминиевые сплавы (САС) и спечённые алюминиевые пудры (САП).

А). Спечённые алюминиевые сплавы.

Спечённые алюминиевые сплавы (САС-1, САС-2 и др.) получают распылением жидких сплавов при высоких скоростях охлаждения. К ним относятся сплавы системы Al-Si-Ni, a также сплавы марок Д16П, АК4П. В структуре САС содержатся мелкие включения кремния и интерметаллиды. Механические свойства этих сплавов определяются формой и размерами частиц. Используются они, в основном, в приборостроении как материалы с низким коэффициентом линейного расширения.

Б). Спечённые алюминиевые пудры.

САП состоят из алюминия марки А97П и дисперсных чешуек оксида алюминия. Частицы AI₂O₃ тормозят движение дислокаций и тем самым упрочняют сплав. Алюминиевый порошок получают распылением металла с последующим измельчением в шаровых мельницах до размера около 1 мкм в присутствии кислорода. С увеличением длительности помола пудра становится мельче, и в ней повышается содержание оксида алюминия. Дальнейшая технология производства изделий и полуфабрикатов из САП включает холодное прессование, предварительное спекание, горячее прессование, прокатку или выдавливание спечённой алюминиевой заготовки в форме готовых изделий, которые можно подвергать дополнительной термической обработке.

Содержание Аl₂О₃ колеблется от 6% до 23%. Различают САП-1 (6-9%А1₂О₃), САП-2 (9-13%), САП-3 (13-18%), САП-4 (18-23%). С увеличением объемной концентрации А1₂О₃ возрастает прочность сплавов. САП обладают высокой жаропрочностью, превосходящей деформируемые алюминиевые сплавы. Применяют их в авиационной технике для изготовления деталей с высокой удельной прочностью и коррозионной стойкостью, работающих при температурах З00-500°С. Из них также изготавливают штоки поршней, лопатки компрессоров, оболочки тепловыделяющих элементов и трубы теплообменников.


5.1.2. Магний и его сплавы

Магний - щелочноземельный мономорфный парамагнитный металл серебристо-белого цвета, кристаллизующийся в гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решетке, температура плавления 651^оС, плотность 1740 кг/м³.

Прочностные свойства магния в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, но значения их удельной прочности близки. Присутствующие в магнии примеси железа, кремния, меди, никеля резко снижают его коррозионную стойкость. В промышленности используют следующие марки магния: Мг96 (99,96%Mg), Мг95 (99,95%Mg), Мг90 (99,90%Mg). В настоящее время в России освоено производство магния повышенной (99,99%Mg) и высокой (99,999% Mg) чистоты, а также выпуск гранулированного магния.

Магний химически активный металл, легко окисляется на воздухе, а при температуре выше 623°С воспламеняется. Порошок магния самовоспламеняется на воздухе при комнатной температуре и излучает ослепительно яркий свет.

Из-за низких механических свойств чистый магний как конструкционный материал практически не применяется. Его используют в химической промышленности, в металлургии в качестве раскислителя и модификатора при производстве высокопрочного чугуна, в пиротехнике.

Сплавы магния отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо поглощают вибрации. Удельная вибрационная прочность магниевых сплавов с учетом демпфирующей способности почти в 100 раз больше, чем у дуралюмина, и в 20 раз больше, чем у легированной стали. Магниевые сплавы обладают хорошей обрабатываемостью резанием. При механической обработке этих сплавов допускается скорость резанья в 7 раз выше, чем для сталей и в 2 раза выше, чем для алюминиевых сплавов. Магниевые сплавы немагнитны и не дают искры при ударах и трении. Большую выгоду дает применение магниевых сплавов в деталях, работающих на продольный или поперечный изгиб. По удельной жесткости при изгибе и кручении магниевые сплавы превышают алюминиевые на 20% и сталь на 50%. Магниевые сплавы в горячем состоянии хорошо прессуются, дуются и прокатываются. К недостаткам магниевых сплавов можно отнести низкий модуль упругости и низкую коррозионную стойкость.

По способу производства полуфабрикатов и изделий магниевые сплавы подразделяются на деформируемые, предназначенные для обработки давлением, и литейные – для получения фасонных отливок.

Деформируемые магниевые сплавы

Эти сплавы маркируют буквами МА и ставят порядко­вый номер сплава, например, MA1, MA8, МА12 и т.п. Их изго­тавливают в виде горячекатаных прутков, полос, профилей, а также поковок и штамповых заготовок.

В сплавах МА1 и МА8 основным легирующим элемен­том является марганец. Термической обработкой эти сплавы не упрочняются, но обладают хорошей коррозионной стойко­стью и свариваемостью. Введение в сплав МА8 церия приво­дит к измельчению зерна, повышает механические свойства и улучшает деформацию в холодном состоянии.

Сплавы МА2-1 и МА5, относящиеся к системе, Mg-Al-Zn-Zr, обладают достаточно высокими механическими свойст­вами, хорошей свариваемостью, но склонны к коррозии под напряжением.

Сплав МА14 системы Mg-Zn-Zr относится к высоко­прочным магниевым сплавам. Цирконий измельчает зерно, по­вышает прочность и предел текучести, способствует коррози­онной стойкости. К недостаткам сплава относится, склонность к образованию трещин при горячей деформации, невысокая свариваемость.

В сплаве МА12 основным легирующим элементом яв­ляется неодим, он обеспечивает жаропрочность до З00°С этого сплава.

Разработанные в последние годы сплавы системы Mg-Li (MAI8, МА21) являются сверхлегкими сплавами (плотность 1300-1600 кг/м³). Эти сплавы обладают высокой технологиче­ской пластичностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью.

Литейные магниевые сплавы.

Эти сплавы, в отличие от деформируемых, маркируют буквами МЛ (например: МЛ5, МЛ 12 и т.п.). Для них характер­на грубозернистая структура и, соответственно, более низкие, чем у деформируемых сплавов, механические свойства. Меха­нические свойства литейных сплавов повышают различными способами: перегревом и модифицированием расплава, гомо­генизацией слитков, повышением степени чистоты сплавов.

Наиболее распространенными являются сплавы систе­мы Mg-Al-Zn (МЛ5 и МЛб). Они обладают малой линейной усадкой, хорошей жидкотекучестью. Из них изготавливают сложные крупногабаритные отливки, применяемые в самоле­тостроении (корпуса приборов, насосы, коробки передач), в ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели), в автомобиле­строении (корпуса, колеса).

Сплав системы Mg-Zn-Zr (МЛ12) отличается более вы­сокими механическими и технологическими свойствами, большей коррозионной стойкостью. Из этого сплава получают отливки деталей, требующих высокой герметичности и проч­ности в условиях динамических нагрузок.

Сплав системы Mg-Nd-Zr (МЛ10) отличается высокой жаропрочностью и применяется для отливок, работающих при температуре до 300°С.

5.1.3. Титан и его сплавы

Титан - полиморфный парамагнитный металл серебри­сто-серого цвета. До 882°С титан имеет гексагональную плотноупакованную решетку с плотностью 4505 кг/м³ (Ti_α), выше 882°С решетка становится объемно-центрированной кубиче­ской с плотностью 4320 кг/м³ (Ti_β). При 1668°С титан плавит­ся.

Титан отличается высокой коррозионной стойкостью, особенно в морской воде, из-за образующейся на поверхности прочной и плотной оксидной пленки ТiO₂. Механические свойства титана зависят от содержания таких примесей как водород, углерод, азот и кислород, образующих с титаном твердые растворы внедрения, а также гидриды, карбиды, нит­риды и оксиды. Небольшие количества кислорода, азота, угле­рода повышают твердость и прочность, но при этом значи­тельно уменьшаются пластичность, коррозионная стойкость, свариваемость. Содержание этих примесей не должно превышать 0,02-0,06%. Особенно вреден водород, охрупчивающий титан, содержание его не должно превышать 0,012%.

Технический титан выпускается следующих марок: ВТ1-00 (99,53%Ti), BT1-0 (99,46% Ti), BT1-1 (99,2%Ti). Технический титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо обрабатывается резанием и обладает низкими антифрикционными свойствами.

Титан применяется в ракетной и авиационной технике, в холодильной и криогенной технике (пластичен при низких температурах), в пищевой промышленности, в медицине (биологически инертен).

Сплавы на основе титана находят значительно большее применение, чем технический титан. Их применяют там, где главную роль играют небольшая плотность, высокая удельная прочность, теплостойкость и хорошая сопротивляемость коррозии. Титановые сплавы применяют в авиационной и ракетной технике, в химическом машиностроении.

Деформируемые титановые сплавы.

Деформируемый сплав системы Ti-Al марки ВТ5 хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и сваривается, обладает высокой коррозионной стойкостью, но склонен к водородной хрупкости. Дополнительное легирование оловом (ВТ5-1) улучшает технологические и механические свойства сплава. Сплавы имеют стабильные механические свойства вплоть до 450-500°С. Их поставляют в виде прутков, поковок, труб, сортового проката, проволоки.

Сплав ВТЗ-1 относится к системе Ti-Al-Cr-Mo-Fe-Si и является одним из наиболее освоенных в производстве сплавов. Это жаропрочный сплав, предназначенный для длительной работы при 400-450°С. Из него изготовляют прутки, профили, плиты, поковки.

Сплав ВТ15 системы Ti-Al-Mo-Cr обладает высокой пластичностью, хорошо обрабатывается давлением в холодном состоянии. Сплав ОТ4 системы Ti-Al-Mo тоже хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, сваривается всеми видами сварки, но склонен к водородной хрупкости.

Сплав ВТ6 (Ti-Al-V) обладает хорошими механически­ми и технологическими свойствами, а сплав ВТ14 (Ti-Al-V-Мо) рекомендуется применять для изготовления тяжелонагру-женных деталей.

Литейные титановые сплавы.

Литейные титановые сплавы (ВТ5Л, ВТЗ-1Л, ВТ14Л и др.) по химическому составу практически совпадают с анало­гичными деформируемыми. Из этих сплавов благодаря их вы­сокой жидкотекучести, незначительной линейной усадке и ма­лой склонности к образованию горячих трещин получают ка­чественные фасонное отливки. Однако склонность титана и его сплавов к активному взаимодействию с газами и формо­вочными материалами заставляет проводить плавку и разливку в защитной атмосфере или вакууме.


5.2. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ


5.2.1. Медь и её сплавы

Медь - мономорфный парамагнитный металл красно-розового цвета с гранецентрированной кубической решеткой. Температура плавления 1083°С, плотность 8960 кг/м³.

Медь очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом только серебру. Ее принято считать эталоном электропроводности по отношению к другим металлам. Если электропроводность меди принять за 100%, то у алюминия, магния и железа она будет составлять 60%, 40% и 17% соответственно. Примеси существенно снижают электропроводность меди.

По степени очистки различают следующие марки меди: особо чистая (после электронно-лучевой плавки) МЭ (99,995% Сu), высокой чистоты М00 (99,99% Сu), М0 (99,95% Сu), технической чистоты Ml (99,9% Сu), М2 ( 99,7% Сu), МЗ (99,5% Сu), М4 (99,0% Сu).

В сухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на ее поверхности тончайшая пленка оксидов (придающая меди более темный цвет) служит хорошей защитой от дальнейшего окисления, но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым на­летом гидроксокарбоната меди (СuOH)₂СО₃.

Около половины производимой меди используется в электро- и радиотехнике. Остальная медь идет на производст­во сплавов и различной промышленной аппаратуры: котлы, перегонные кубы и т.п.

Сплавы меди коррозионностойки, обладают хорошими антифрикционными, технологическими и механическими свойствами и широко используются в качестве конструкцион­ных материалов.

Сплавы меди

/  \

латуни бронзы медноникелевые

/ \ / \ 

деформи- литейные деформи- литейные деформируемые

руемые руемые / \

коррозионно- электро-

стойкие технические


Латуни.

Латунями называют сплавы на основе меди, основным легирующим компонентом которых является цинк. По сравне­нию с медью они обладают более высокой прочностью, упру­гостью, лучше обрабатываются резанием. Это наиболее деше­вые и распространенные в машиностроении сплавы меди. Раз­личают двойные или простые латуни, содержащие только медь и цинк, и многокомпонентные или специальные латуни, до­полнительно легированные другими элементами. По техноло­гическим признакам различают деформируемые и литейные латуни.

Все латуни принято обозначать буквой Л в начале мар­ки. В двойных латунях после Л ставится двузначное число, указывающее среднее содержание меди в процентах, количе­ство цинка определяется по разности от 100%, например, Л85 – латунь, содержащая 85% меди и 15% цинка.

Двойные латуни, содержащие до 14% цинка, называют также томпаком, а латуни, содержащие 14-20% цинка, – полу­томпаком. Чем больше в латуни цинка, тем она дешевле.

Все двойные латуни обладают достаточной прочностью и отлично обрабатываются давлением, как в горячем, так и в холодном состоянии.

Латунь Л96 отличается высокой коррозионной стойкостью, ее применяют для изготовления радиаторных, конденсаторных и капиллярных трубок. Латунь Л90 хорошо сваривается со сталью при совместной прокатке, что успешно используется при изготовлении биметаллических пластин, также она применяется для изготовления украшений и фурнитуры, т.к. по цвету похожа на золото.

Из латуни Л85 изготавливают гибкие шланги, детали холодильного оборудования, конденсаторные трубки. Латунь Л80 идет на изготовление проволочных сеток в целлюлозно-бумажной и шиферной промышленности.

Латунь Л70 преимущественно применяется для химической аппаратуры. Из латуней Л68 и Л63 изготавливают полосы, ленты, листы, прутки, трубы, проволоку, фольгу и профили различных размеров, используемые для крепежных изделий, деталей автомобилей и конденсаторных труб. Латунь Л60 устойчива к общей коррозии и применяется для изготовления толстостенных патрубков, шайб, деталей машин.

Многокомпонентные деформируемые латуни маркируются следующим образом: после буквы Л, обозначающей латуни, ставятся буквы легирующих элементов, затем указывается количество меди в процентах и через тире количество соответствующих легирующих элементов; количество цинка определяется по разности от 100%. Например: марка ЛАН59-3-2 расшифровывается так: деформируемая латунь, содержащая 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля, остальное (36%) цинк.

.Алюминиевые латуни обладают повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Латуни ЛАН59-3-2 применяется в морском судостроении, в электрических машинах и в химическом машиностроении для прочных и химически стойких изделий, работающих при комнатной температуре. Латунь ЛА77-2 (77%Сu, 2%А1, 21%Zn) устойчива к ударной коррозии и применяется в морском судостроении для изготовления конденсаторных труб. Латунь ЛА85-0,5 (85%Сu, 0,5%А1, 14,5%Zn) отличается высокой коррозионной, стойкостью и служит заменителем золота при изготовлении знаков отличия, фурнитуры и украшений. Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 (75%Сu, 2%А1, 2,5%Ni, 0,5%Si, 0,5%Mn, 19,5%Zn) изготавливают цельнотянутые манометрические трубки и пружины.

Из железомарганцевой латуни ЛЖМц59-1-1 (59%Сu, 1%Fe, 1%Mn, 39%Zn), обладающей повышенной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и морской воде, а также хорошими антифрикционными свойствами, изготавливают детали для авиации, морского флота и вкладыши для подшипников.

Никелевая латунь ЛН65-5 (65%Сu, 5%Ni, 30%Zn) обладает повышенными механическими и антикоррозионными свойствами, обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Кроме различных видов проката из нее изготавливают манометрические и конденсаторные трубки в морском судостроении, сетки для бумажной промышленности.

Марганцевые латуни кроме хороших механических и технологических свойств обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, хлоридах и перегретом паре. Латуни ЛМц58-2 и ЛМцА57-3-1 (57%Сu, 3%Мп, 1%А1, 39%Zn) применяют в судостроении, а также для изготовления крепежных изделий и арматуры.

Оловянные латуни хорошо обрабатываются давлением, обладают высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде. Из латуней Л090-1, Л070-1, Л062-1, Л060-1, ЛОМш70-1-0,05 (70%Сu, 1%Sn, 0,05%As, остальное Zn) изготавливают конденсаторные трубки, теплотехническую аппаратуру и детали морского судостроения.

Свинцовые латуни отлично обрабатываются резанием и обладают высокими антифрикционными свойствами. Латуни ЛС74-3, ЛС63-3, ЛС64-2 применяют в часовой и автотракторной промышленности, латунь ЛС64-2 используют также в типографском деле. Латуни ЛС60-1, ЛС59-1 применяют для изготовления крепежных изделий, зубчатых колес, втулок.

Кремнистая латунь ЛК80-3 обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии и применяется для изготовления коррозионностойких деталей машин.

В литейных латунях среднее содержание легирующих компонентов в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей компонент, а содержание меди определяется по разности от 100%. Например, латунь ЛЦ16К4 содержит 14% цинка, 4% кремния и 80% меди.

Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают хорошими антифрикционными свойствами. Латуни, предназначенные для фасонного литья, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются и лучшей коррозионной стойкостью.

Латунь ЛЦ16К4 используется для изготовления деталей, работающих в морской воде. Из латуни ЛЦ23А6ЖЗМц2 (23%Zn, 6%А1, 3%Fe, 2%Mn, 66%Сu) льют гайки и массивные червячные винты, работающие в тяжелых условиях.

Бронзы.

Бронзами: называют сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка и никеля (цинк и никель могут входить в незначительных количествах). Бронзы по сравнению с латунью облагают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

По технологическому признаку бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые бронзы хорошо поддаются обработке давлением, а литейные бронзы предназначены для фасонных отливок.

Деформируемые бронзы маркируют буквами Бр, затем ставятся буквы, обозначающие легирующие элементы, после через тире проставляются их количества в процентах; содержание меди определяется по разнице от 100%. Например, марка БрОЦС4-4-4 обозначает деформируемую бронзу, содержащую 4% олова, 4% цинка, 4% свинца, 88% меди.

Оловянные бронзы, в которых основным легирующим элементом является олово, обладают высокими механическими свойствами. С увеличением содержания олова возрастают твердость и прочность сплавов, но снижается пластичность. Оловянные бронзы слабо чувствительны к перегреву и газам, свариваются и паяются, не дают искры при ударах, не магнитны, морозостойки и обладают хорошими антифрикционными свойствами. Добавки фосфора к оловянным бронзам значи­тельно улучшают их механические и антифрикционные свой­ства, но при содержании фосфора выше 0,5% бронзы охрупчиваются, особенно при горячей прокатке. Бронзы БрОФ8-0,3 (8%Sn, 0,3%Р, 91,7%Сu) и БрОФб,5-0,4 применяют для изго­товления сеток в целлюлозно-бумажной промышленности; бронза БрОФ6,5-0,15 применяется для изготовления лент, по­лос, прутков, деталей подшипников, биметаллических изде­лий; бронза БрОФ7-0,2 идет на изготовление прутков, шесте­рен, зубчатых колес, втулок и прокладок; бронза БрОФ4-0,25 используется для трубок контрольно-измерительных прибо­ров, для манометрических пружин. Добавка цинка к оловян­ным бронзам почти не меняет механически свойств, но значи­тельно улучшает технологические. Бронза БрОЦ4-3 использу­ется для изготовления лент, полос, прутков, применяемых в электротехнике, а также для токоведущих пружин, контактов, штепсельных разъемов, в химической промышленности. До­бавка свинца значительно повышает антифрикционные свой­ства, и обрабатываемость резанием, но снижает механические свойства. Бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 применяются для изготовления втулок и подшипников в автомобильной промышленности.

Бериллиевая бронза БрБ2, содержащая 2%Be и 98%Сu, обладает высокими механическими свойствами, износостойко­стью, коррозионной стойкостью, повышенным сопротивлени­ем усталости. Применяется для ответственных деталей авиа­ционных приборов (мембраны, пружины); для изготовления инструментов, работающих во взрывоопасных условиях, т.к. не дают искры при ударе. Изделия из бериллиевой бронзы внешне похожи на золотые, чем иногда пользуются мошенни­ки.

Алюминиевые бронзы БрА5, БрА7, БрАЮ отличаются высокой прочностью и пластичностью. Они хорошо обрабаты­ваются давлением в горячем и холодном состоянии, морозо­стойкие, не дают искры при ударе, по коррозионной стойкости превосходят латуни. Недостатком является то, что они плохо поддаются пайке и неустойчивы в условиях перегретого пара. Предназначены для деталей, работающих в морской среде. Железо значительно улучшает механические свойства алюминиевых бронз, способствуя измельчению зерна. Бронза БрАЖ9-4 применяется для изготовления шестерен, гаек нажимных винтов, втулок. Никель повышает механические свойства, жаростойкость и коррозионную стойкость алюминиевых бронз, а также антифрикционные свойства и устойчивость при низких температурах. Из бронзы марки БрАЖН10-4-4 изготавливают направляющие втулки, клапаны, шестерни и другие детали ответственного назначения, используемые в авиационной промышленности. Марганец в алюминиевых бронзах повышает технологические свойства и коррозионную стойкость. Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Бронзы БрАМц9-2 и БрАЖМц10-3-1,5 применяются для изготовления червячных винтов, шестерен, втулок, в морском судостроении для деталей, работающих при температуре до 250°С.

Кремниевые бронзы обычно содержат никель (БрКН1-3) или марганец (БрКМцЗ-1). Они отличаются высокими механическими и антифрикционными свойствами. Кремниевые бронзы хорошо паяются, обрабатываются давлением при низких и высоких температурах, они не магнитны и не дают искры при ударе. Применяются для изготовления пружин, подшипников, в морском судостроении.

В литейных бронзах, так же как и в литейных латунях, среднее содержание легирующего компонента и процентах ставится сразу после буквы, обозначающей этот компонент, а содержание меди находится по разности от 100%. Например, бронза БрОЗЦ12С5 содержит 3% олова, 12% цинка, 5% свинца и 80% меди.

Наибольшее применение находят оловянные литейные бронзы для литья деталей сложной формы. Хотя жидкотекучесть оловянных литейных бронз и ниже, чем у других бронз, но они имеют малую объемную усадку. Бронзы БрОЗЦ12С5 и БрОЗЦ7С5Н применяются для литья антифрикционных деталей, а также для арматуры, работающей в воде и водяном паре; бронза БрО8С12 используется для ответственных подшипников, работающих при высоких давлениях; бронзы БрО5С25 и БрО1С22 идут на изготовление подшипников и втулок, работающих при малых нагрузках и больших скоростях.

Литейные свойства алюминиевых бронз (БрА10ЖЗМц2, БрА11ЖбНб и др.) ниже, чем у оловянных, но они обеспечивают высокую плотность отливки, характеризуются высокой прочностью, хорошими антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. Они применяются для изготовления деталей, работающих в особо тяжелых условиях (зубчатые колеса, втулки, клапаны, шестерни для мощных кранов и турбин; подшипники, работающие при высоких давлениях и ударных нагрузках).

Медноникелевые сплавы.

К медноникелевым сплавам относятся сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является никель. Добавка никеля к меди значительно повышает ее механические свойства и коррозионную стойкость.

Медноникелевые сплавы по назначению условно подразделяются на 2 группы: коррозионностойкие и электротехнические.

Маркируются медноникелевые сплавы буквой М, после нее следуют буквенные обозначения легирующих элементов, а затем через тире указывают числовые значения соответствующих легирующих элементов в процентах, содержание меди находят по разности от 100%. Например, сплав марки МНЦ15-20 содержит 15% никеля, 20% цинка и 65% меди.

К коррозионностойким сплавам относятся мельхиоры, нейзильберы и куниали. В качестве дополнительно легирующих элементов используются цинк, алюминий, марганец, железо, свинец.

Мельхиоры обладают высокой коррозионной стойкостью в различных средах: пресной и морской воде, органических кислотах, растворах солей. Добавки железа и марганца увеличивают стойкость против ударной коррозии. Мельхиоры хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях. Мельхиоры МН19, МНЖМцЗО-1-1 применяются в морском судостроении (конденсаторные трубы и термостаты), для изготовления медицинского инструмента, художественных изделий, посуды, в химической промышленности.

Сплавы на основе меди, в которых основными легирующими элементами являются никель и цинк, называются нейзильберами. Легирование цинком приводит к повышению механических свойств медноникелевых сплавов, приданию им красивого серебристого цвета и удешевлению. Нейзильберы не окисляются на воздухе, устойчивы в органических кислотах и растворах солей, отличаются хорошими упругими свойствами, обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях. Для улучшения обработки резанием добавляют небольшое количество свинца. Нейзильбер МНЦ15-20 используется для изготовления деталей приборов, применяемых в электротехнике, радиотехнике, медицине. Свинцовый нейзильбер марки МНЦС16-29-1,8 применяется для деталей часовой промышленности.

Сплавы системы Cu-Ni-Al называют куниалями. Эти сплавы отличаются высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии. Куниаль А марки МНА13-3 используется для изготовления изделий повышенной прочности, из куниаля Б марки МНА6-1,5 изготавливают пружины ответственного назначения, изделия электротехнической промышленности.

К электротехническим сплавам относятся манганин МНМцЗ-12, константан МНМц40-1,5, копель МНМц43-0,5. Основные требования к ним: низкий температурный коэффициент электрического сопротивления, низкая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, высокая стабильность электросопротивления во времени. Применяются для изготовления термопар, катушек сопротивления, шунтов, обмоток потенциометров.


5.2.2. Никель и его сплавы

Никель - мономорфный ферромагнитный металл серебристого с желтоватым оттенком цвета с гранецентрированной кубической решеткой. Температура плавления 1455°С, плотность 8940 кг/м3, температура точки Кюри 358°С. Никель очень тверд, хорошо полируется, характеризуется высокой коррозионной стойкостью (устойчив в атмосфере, в воде, в щелоках и в ряде кислот). Химическая стойкость никеля обусловлена склонностью к образованию на поверхности оксидных пленок, хорошо защищающих от дальнейшего воздействия окружающей среды.

Никель используется для покрытия других металлов, мелко раздробленный никель применяется в качестве катализатора при многих химических процессах. Но основная масса никеля идет на производство различных сплавов с железом, медью, хромом и другими металлами.

Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные, магнитные и сплавы с особыми свойствами.

К важнейшим жаропрочным сплавам никеля относятся нимоник, инконель, хастеллой. В состав этих сплавов входят более 60% никеля, 15-20% хрома и .другие металлы. Например, нимоник ХН77ТЮ содержит 77%Ni, 19-22%Сг, 2,3-2,7%Ti, 0,55-0,95%А1. Жаропрочные сплавы никеля используются в современных турбинах и реактивных двигателях, работающих при температурах 850-900°С.

К магнитным относятся сплавы никеля с железом, называемые пермаллоями. Они содержат от 45 до 80% никеля, а также добавки хрома, кремния, молибдена, которые, повышая электросопротивление, уменьшают потери на вихревые токи. Эти сплавы обладают очень высокой магнитной проницаемостью. Наиболее высокие свойства имеет пермаллой марки 79НМА (78,5-80%Ni, 3,8-4,1%Mo, остальное железо), После специальной термической обработки (отжиг при 1100-1250°С в атмосфере водорода с медленным охлаждением в магнитном поле) он обладает высокой начальной магнитной проницаемостью, что обуславливает его интенсивную намагничиваемость даже в слабых полях. Пермаллои применяют в аппаратуре, работающей в слабых полях (радио, телефон).

К сплавам никеля с особыми свойствами относятся монель-металл, алюмель, хромель, нихром, ферронихром, инвар, платинит, нитинол и др.

Монель-металл НМЖМц28-2,5-1,5 (68%Ni+Co, 28%Сu, 2,5%Fe, 1,5%Мп) широко используется в химическом аппаратостроении, т.к. по механическим свойствам он превосходит никель, а по коррозионной стойкости почти не уступает ему.

Алюмель НАМцК2-2-1 (95%Ni, 2%Al, 2%Мп, 1%Si), хромель Х9Н91 (91%Ni, 9%Сг), нихром Х20Н80, ферронихром Х15Н60 (60%Ni, 25%Fe, 15%Сг) относятся к сплавам с высоким электросопротивлением. Алюмель и хромель используются для изготовления термопар. Хромель-алюмелевая термопара по сравнению с другими термопарами из неблагородных металлов обладает большей стойкостью к окислению и пригодна для измерения температур от -150 до 1100°С. Продолжительность службы хромель-алюмелевой термопары из проволок 3,3 мм на воздухе достигает 1000 часов при 1050°С.

Нихром и ферронихром, в котором для удешевления и улучшения технологических свойств часть никеля заменена на железо, применяются для нагревателей электропечей, бытовых приборов, а также в качестве резисторов, терморезисторов и тензодатчиков.

Инвар 36Н (36%Ni и 64%Fe) и платинит Н48 (48%Ni и 52%Fe) относятся к сплавам с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Инвар практически не расширяется при нагревании до 100°С и применяется в радиотехнике и химическом машиностроении. Платинит имеет такой же коэффициент термического расширения, как стекло и платина, его применяют для замены платины при впаивании в электролампы.

Нитинол, сплав на основе соединения NiTi (~55%Ni), относится к сплавам с эффектом «памяти формы». Эффектом «памяти формы» называется способность сплавов, пластически деформированных в интервале температур мартенситного превращения, восстанавливать при нагреве исходную форму. Нагрев приводит к восстановлению кристаллов исходной высокотемпературной фазы и устраняет пластическую деформацию. Эффект «памяти формы» у нитинола может повторяться в течение многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью, пластичностью, коррозионной и кавитационной стойкостью, демпфирующей способностью (хорошо поглощает шум и вибрацию) Его применяют как магнитный высоко-демпфирующий материал во многих ответственных конструкциях. Имеются данные, что из нитинола изготавливают антенны космических спутников. Антенна скручивается в маленький бунт, а после запуска в космос восстанавливает свою первоначальную форму при нагреве выше 100°С. Нитинол широко используется в автоматических прерывателях тока, запоминающих устройствах, в температурно-чувствительных датчиках.