1. Латуни – сплавы меди с цинком. Их разделяют на литейные и деформируемые. К литейным латуням относятся латуни типа лс, лк, ла, лаж, лажмц. Химический состав литейных латуней

Вид материала

Содержание

Свойства литейных латуней.
Маркировка литейных латуней.
Области применения литейных латуней.
Общие сведения
Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы

Подобный материал:

Федеральное агентство по образованию РФ

Тульский государственный университет

Кафедра физики металлов и материаловедения

Контрольно-курсовая работа

по материаловедению

Вариант № 10

Выполнила: ст.гр. 632331 Комарова А. И.

Принял: к. т. н., доц. Петрушин Г. Д.

Тула - 2005

1. Латуни – сплавы меди с цинком. Их разделяют на литейные и деформируемые. К литейным латуням относятся латуни типа ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц.

Химический состав литейных латуней.

ЛЦ40Мц3Ж: Сu - 53,0...58,0 %, Fe - 0,5...1,5 %, Мn - 3,0...4,0 %, остальное Zn; примеси, не более 1,7 % (0,5 % Pb; 0,l % Sb; 0,2 % Si; 0,5 % Ni; 0,5 % Sn;

0,5 % Al; 0,05 %Р).

ЛЦ40Мц3А: Сu - 55,0...58,5 %, Мn - 2,5...3,5 %, Al - 0,5...1,5 %, остальное Zn; примеси, не более 1,5 % (0,2 % Pb; 0,05 % Sb; 0,2 % Si; l,0 % Ni; 0,5 % Sn; 1,0 % Fе; 0,03 % P).

ЛЦ38Мц2С2: Сu - 57,0...60,0 %, Рb - 1,5...2,5 %, Мn - 1,5...2,5 %, остальное Zn; примеси, не более 2,2 % (0,8 % Fe; 0,l % Sb; 0,4 % Si; l,0 % Ni; 0,5 % Sn;

0,8 % Al; 0,050,5 % P).

ЛЦ40С: Сu - 57,0...61,0 %, Рb - 0,8...2,0 %, остальное Zn; примеси, не более 2,0 % (0,8 % Fe; 0,05% Sb; 0,3 % Si; l,0 % Ni; 0,5 % Sn; 0,5 % Mn).

ЛЦ40Сд: Сu - 58,0...61,0 %, Рb - 0,8...2,0 %, остальное Zn; примеси, не более 1,5 % (0,5 % Fe; 0,05 % Sb; 0,2 % Si; l,0 % Ni; 0,3 % Sn; 0,2 % Al; 0,2 %Mn).

ЛЦ40Мц1,5: Сu - 57,0...60,0 %, Мn - 1,0...2,0 %, остальное Zn; примеси, не более 2,0 % (l,5 % Fe; 0,1 % Sb; 0,1 % Si; l,0 % Ni; 0,5 % Sn; 0,7 % Pb; 0,03% P).

ЛЦ30А3: Сu - 66,0...68,0 %, Al - 2,0...3,0 %, остальное Zn; примеси, не более 2,6 % (0,8 % Fe; 0,l % Sb; 0,3 % Si; 0,3 % Ni; 0,7 % Sn; 0,7 % Pb; 0,05 % P; 0,5%Mn).

Структура литейных латуней.

Базовой диаграммой состояния для латуней является система Cu-Zn (рис.1). В этой системе имеется необычная зависимость растворимости цинка в меди от температуры, при температуре 902°С она составляет 32,5 % и в отличие от многих других систем, с понижением температуры растворимость увеличивается, достигая максимальных значений 39 % при 454°С. При дальнейшем понижении температуры растворимость цинка в меди мало изменяется, поэтому для оценки фазового состава латуней используют значение предельной растворимости цинка в твердой меди (39 %).

В соответствии с фазовым составом различают однофазную

-латунь, двухфазную

-латунь и

-латунь (рис.1). Механические свойства латуней определяются свойствами фаз. Фаза

- мягкая, малопрочная, но высокопластичная. Высокотемпературная

-фаза также достаточно пластична. При температурах ниже 454...468°С

-фаза переходит в упорядоченное состояние:

—

'. Фаза

' в отличие от

-фазы является более твердой и хрупкой;

-фаза представляет собой твердый раствор на основе электронного соединения Cu₅Zn₈; она отличается очень высокой хрупкостью, и ее присутствие в промышленных конструкционных сплавах исключено. В этом главная причина того, что медно-цинковые сплавы, содержащие более 50 % Zn, не нашли применения в промышленности.

Рис. 1. Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы:

1 - нагрева под обработку давлением;

2 - рекристаллизационного отжига;

3 - отжига для уменьшения остаточных напряжений

В соответствии со свойствами фаз в системе Cu-Zn

-латуни - мягкие и высокопластичные сплавы; но прочностные свойства их невелики;

-латуни - прочные и твердые сплавы, но отличаются высокой хрупкостью. В двухфазных

-латунях с увеличением содержания

-фазы в структуре прочностные свойства повышаются, а пластичность понижается. По мере увеличения содержания цинка возрастает от 200 до 300 МПа в однофазной области

и до 450 МПа в двухфазной -

. Пластичность увеличивается от 30 до 50 % и проходит через максимум в сплавах, содержащих ~ 30 % Zn, а затем (в двухфазной области) резко понижается из-за появления в структуре сплавов хрупкой

'-фазы.

Сплавы системы Cu-Zn кристаллизуются в узком температурном интервале (50...60 °С). Этот факт в значительной мере определяет их литейные свойства. Из-за малого интервала кристаллизации латуни обладают хорошей жидкотекучестью и дают плотные отливки с небольшой пористостью (главным образом в осевой части отливки).

Узкий температурный интервал кристаллизации определяет также склонность к образованию столбчатой структуры и транскристаллизации. Они мало склонны к ликвационным явлениям; отливки из литейных латуней получаются более однородными по свойствам в различных сечениях по сравнению с отливками из оловянных бронз.

Цинк, имея низкую температуру кипения и высокую упругость пара, частично испаряется в процессе плавки и оказывает раскисляющее воздействие на латуни. Благодаря самозащитному действию паров цинка латуни имеют небольшую склонность к газонасыщению, что способствует получению плотных отливок. Отливки из литейных латуней обладают высокой

герметичностью и способны выдерживать давление до 30.. .40 МПа.

^ Свойства литейных латуней.

Литейные латуни – это, как правило, многокомпонентные сплавы. Комплексное легирование позволяет улучшить не только их механические свойства и коррозионную стойкость, но и специальные литейные свойства. Основные легирующие компоненты латуней — алюминий, кремний, марганец, свинец, железо. Кремний повышает механические и литейные свойства латуней. Алюминий повышает прочностные свойства, коррозионную стойкость и жидкотекучесть. Марганец аналогично алюминию влияет на прочность и коррозионную стойкость латуней, но несколько снижает ее жидкотекучесть. Добавка свинца улучшает главным образом антифрикционные свойства латуней и их обрабатываемость резанием. Специальные литейные латуни отличаются хорошими механическими, технологическими и коррозионными свойствами. Отливки из них могут быть получены литьем в земляные формы, в кокиль, центробежным литьем (детали, имеющие ось вращения), литьем под давлением. Многие литейные латуни обладают высокими антифрикционными свойствами. Механические свойства отливок сильно зависят от способа литья; лучший комплекс свойств получается при литье в кокиль. Из литейных латуней легче получать герметичные отливки, чем из оловянных бронз, которые могут выдерживать высокие давления.

Основным недостатком большинства латуней по сравнению с бронзами является их пониженная коррозионная стойкость в некоторых средах (морская вода и др.), связанная с обесцинкованием латуни и коррозионным разрушением изделий. Однако имеются марки литейных латуней (кремнистая ЛЦ16К4 и др.), которые не уступают по коррозионным свойствам бронзам и являются полноправными заменителями дефицитных оловянных бронз. Многокомпонентные литейные латуни с большим количеством

-фазы склонны к сезонному растрескиванию при наличии остаточных напряжений. Для устранения этого недостатка отливки необходимо отжигать при низких температурах.

^ Маркировка литейных латуней.

Литейные латуни маркируются буквой Л. После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит 23 % цинка, 6 % алюминия, 3 % железа, 2 % марганца.

Марки литейных латуней (ГОСТ 17711-93):

ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦ40Мц3А, Л38Мц2С2;

Свинцовая латунь - ЛЦ40С, ЛЦ40Сд;

Марганцовистая латунь - ЛЦ40Мц1,5;

Алюминиевая латунь - ЛЦ30А3;

Кремнистая латунь - ЛЦ16К4;

Оловянно-свинцовая латунь - ЛЦ25С2;

Алюминиево-железо-марганцовая латунь - ЛЦ23А6ЖЗМц2;

Кремнисто-свинцовая латунь - ЛЦ14К3С3;

Марганцово-свинцово-кремнистая латунь - ЛЦ37Мц2С2К.

^ Области применения литейных латуней.

Широкое применение латуней в технике объясняется их хорошими литейными свойствами, высокими механическими и антикоррозионными свойствами, относительной дешевизной. Литейные латуни применяются для изготовления фасонных отливок. Латуни применяют для литья под давлением — латунь ЛЦ40Сд. Наилучшей жидкотекучестью среди латуней обладает латунь ЛЦ16К4, что позволяет получать методом литья тонкостенные детали сложной формы. Из латуней ЛЦ40С, ЛЦ16К4 и некоторых других получают фасонные детали сложной формы с хорошими поверхностями, которые не требуют обработки резанием. Многокомпонентные литейные латуни (типа ЛЦ23Л6Ж3Мц2 и др.) отличаются высокой стойкостью против износа при работе на трение и применяются для изготовления изделий (подшипников, втулок, вкладышей и т. п.), для которых характерны высокие удельные нагрузки и сравнительно большие скорости вращения. Из литейных латуней легче получать герметичные отливки, чем из оловянных бронз, которые могут выдерживать высокие давления.

Марка	Области применения
ЛЦ40Мц3Ж	Арматура в судостроении, работающая до 300° С; простые по конфигурации детали ответственного назначения; гребные винты и лопасти для судов с металлическим корпусом (кроме судов, предназначенных для службы в тропиках)
ЛЦ40Мц3А	Детали несложной конфигурации
ЛЦ38Мц2С2	Конструкционные детали и арматура судов; антифрикционные детали несложной конфигурации (втулки, вкладыши, ползуны, арматура вагонных подшипников)
ЛЦ40С	Фасонные отливки арматуры, втулок и сепараторов шариковых и роликовых подшипников, детали приборов, электроаппаратов, корпуса кранов, тройники и др.
ЛЦ40Сд (для литья под давлением)	Для литья под давлением деталей арматуры (втулки, тройники, переходники, сепараторы подшипников), работающих в среде воздуха и пресной воде
ЛЦ40Мц1,5	Детали простой формы, работающие при ударных нагрузках; детали узлов трения, работающие в условиях спокойной нагрузки при температурах не выше 60° С
ЛЦ30А3	Коррозионно-стойкие детали, применяемые в судостроении и машиностроении
ЛЦ16К4	Детали приборов и арматуры сложной конфигурации, работающие при температуре 250° С и подвергающиеся гидровоздушным испытаниям; детали, работающие в среде морской воды при условии обеспечения протекторной защиты (шестерни, детали узлов трения и др.)
ЛЦ14К3С3	Детали подшипников, втулки
ЛЦ25С2	Штуцеры гидросистем автомобилей
ЛЦ23А6Ж3Мц2	Детали ответственного назначения, работающие при высоких удельных нагрузках. При изгибе, а также антифрикционные детали (нажимные винты, гайки нажимных винтов, венцы червячных колес, втулки и др.)
ЛЦ37Мц2С2К	Антифрикционные детали, арматура

2. Из стали марки 12Х18Н9Т (Х18Н9Т) можно изготавливать сварную аппаратуру, например трубы. Эта сталь одновременно и жаростойкая (до 800°С), и жаропрочная (до 600°С). Коррозионная стойкость высокая. Сталь устойчива по отношению к азотной, холодной фосфорной и органическим кислотам (за исключением уксусной, муравьиной, молочной, щавелевой), к растворам многих солей и щелочей, морской воде, влажному воздуху; неустойчива в соляной, серной, плавиковой, горячей фосфорной, кипящих органических кислотах. Превосходит по коррозионной стойкости коррозионно-стойкие высокохромистые стали. Эта сталь обладает удовлетворительной сопротивляемостью межкристаллитной коррозии. Коррозионная стойкость стали 12Х18Н9Т в азотной кислоте в очень сильной степени зависит от состава стали и режима ее термообработки. Сталь 12Х18Н9Т в горячетканном состоянии имеет очень низкую коррозионную стойкость, поэтому трубы, изготовленные из этой стали, необходимо подвергать закалке при 1050°С с охлаждением в воде или на воздухе. Закалка с 1050°С при одночасовом нагреве устраняет склонность к межкристаллитной коррозии и обеспечивает высокую коррозионную стойкость стали в азотной кислоте.

Закалка — термическая операция, состоящая в нагреве выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава. Основными параметрами являются температура нагрева и скорость охлаждения. Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства. Режим охлаждения должен исключить возникновение больших закалочных напряжений. При высоких скоростях охлаждения при закалке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению и растрескиванию. Для предупреждения образования трещин необходимо избегать растягивающих напряжений в поверхностных слоях трубы. На характер распределения напряжений при закалке, помимо режима охлаждения, оказывает влияние и температура нагрева под закалку. Перегрев содействует образованию закалочных трещин, увеличивает деформации. Режим охлаждения должен также обеспечить необходимую глубину закаленного слоя.

Литература

1. Гелин Ф. Д.

Металлические материалы: Сплав.- Мн.: Выс. шк., 1987.- 368 с.

2. Журавлев В. Н., Николаева О. И.

Машиностроительные стали: Справочник.- 4-е изд ., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1992.- 480 с.: ил.

3. Осинцев О. Е., Федоров В. Н.

Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. М.: Машиностроение, 2004.- 336 с., ил.

4. Марочник сталей и сплавов/ М. М. Колосков, Е. Т. Долбенко, Ю.В.Ка- ширский и др.; Под общей ред. А. С. Зубченко - М.: Машиностроение, 2001.-

627 с.: ил.

МЛЕНИЕМ

астической деформации, ботке и, в конечном сче-1ства.

наблюдается необычная имость растворимости: С она составляет 32,5 % ; других систем с пони-эастворимость увеличи-мальных значений 39 % ее понижение темпера-!ьшению растворимости .35 % при комнатной 1ри режимах обработки, я в промышленности, щия цинка в твердом стигается. Поэтому для ва латуней используют растворимости цинка в (39 %).

газует кроме а-твердого :и с ГЦК решеткой ряд у и другие. Ближайшая фаза Р - это твердый :ктронного соединения При высоких темпера-рокую концентрацион-юсти. Высокотемпера-но пластична, поэтому при горячей деформа-»азную область р. При .468 °С Р-фаза пере-остояние: Р -> р'. Фаза шляется более твердой гавляет собой твердый •стройного соединения ь высокой хрупкостью чышленных конструк-[ается.

^ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

49

1084 1000

900 800 700 600 500 400

300 200

100

0 10 20 30 40 50 60

Си Zn, %

Рис. 2.1. Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы:

/ - нагрева под обработку давлением;

2 - рекристаллизационного отжига; 3 - отжига для

уменьшения остаточных напряжений

Механические свойства латуней определяются свойствами фаз. По мере увеличения содержания цинка в латунях их прочность возрастает (рис. 2.2). Максимум прочности достигается в двухфазной области а + Р при содержании цинка 45 .47 %, как только Р'-фаза полностью заменит а-фазу, прочность резко уменьшается из-за высокой хрупкости сплавов. Модуль нормальной упругости Е с увеличением содержания цинка уменьшается. Особенно резкое понижение модуля упругости наступает, когда превышен предел растворимости цинка в а-фазе и в структуре появляется Р'-фаза (рис. 2.3). Пластичность Р-латуней с Р'-структурой при комнатной температуре очень низка, и при содержании около 50 % Zn и более они не подвергаются холодной обработке давлением. Поэтому в промышленности применяются преимущественно а- и а + р-латуни. Представляют интерес как основа сплавов с эффек-* том запоминания формы р-латуни.

Цинк довольно резко снижает теплопроводность X и электропроводность со меди, и

а

10 20 30 40 Zn, %

Рис. 2.2. Влияние содержания цинка на механические свойства латуней [92|

Си

Рис. 23. Изменение модуля нормальной упругости

медно-цинковых сплавов в зависимости

от содержания цинка (104]

при содержании его в латунях более 20 % эти свойства не превышают 40 % от соответствующих характеристик меди. При увеличении содержания цинка коэффициент линейного расширения а монотонно увеличивается вплоть до 65 % Zn, а плотность у уменьшается (рис. 2.4).

По технологии производства латуни делят на деформируемые и литейные.

В России принята буквенно-цифровая маркировка латуней, в которой буквы обозначают основные компоненты сплава, числа - их примерное содержание в процентах. Марка латуни начинается с буквы «Л» - латунь. В двойных (простых) латунях число после буквы Л определяет среднее содержание меди. Многокомпонентные специальные латуни, кроме меди и цинка, содержат еще один или несколько легирующих элементов, которые имеют следующие обозначения: А - алюминий; О -олово; Н - никель; Ж - железо; К - кремний; С - свинец; Мц - марганец; Мш - мышьяк.

^ Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы:

/ - нагрева под обработку давлением;

2 - рекристаллизационного отжига; 3 - отжига для уменьшения остаточных напряжений

Литература

1.Гелин Ф. Д.

Металлические материалы: Сплав.- Мн.: Выс. шк., 1987.- 368 с.

2. Журавлев В. Н., Николаева О. И.

Машиностроительные стали: Справочник.- 4-е изд ., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1992.- 480 с.: ил.

3. Осинцев О. Е., Федоров В. Н.

Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. М.: Машиностроение, 2004.- 336 с., ил.

4. Марочник сталей и сплавов/ М. М. Колосков, Е. Т. Долбенко, Ю.В.Ка- ширский и др.; Под общей ред. А. С. Зубченко - М.: Машиностроение, 2001.-

627 с.: ил.

Blog

Содержание