Литейные алюминиевые сплавы. Они маркируются буквами АЛ – алюминиевый литейный

Они маркируются буквами АЛ – алюминиевый литейный. Для них характерна классификация по химическому составу: Al – Si, Al – Cu, Al – Mg.

Лучшими литейными свойствами обладают силумины (Al – Si). Они характеризуются высокой жидкотекучестью, малой усадкой, отсутствием или низкой склонностью к образованию горячих трещин и хорошей герметичностью.

Плотность большинства силуминов – 2650 кг/м³, что меньше плотности чистого алюминия(2700 кг/м³). Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления и термической обработки.

Температура закалки силуминов находится в пределах 515 – 535 ⁰С, температура старения – в интервале 150 – 180 ⁰С. Наибольшее применение в промышленности нашли сплавы АЛ9 и АЛ4. Их применяют для средних и крупных литых деталей ответственного назначения: корпуса компрессоров, картеров, головки цилиндров.

Высокопрочный сплав АЛ32 разработанный в МВТУ им. Н.Э. Баумана предназначен для литья под давлением. Его можно упрочнять после литья путём искусственного старения без предварительной закалки. Применяется для получения блоков цилиндров, головок блоков и др. деталей автомобильных двигателей. Сплавы системы Al – Cu (АЛ7, АЛ19) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах. Но имеют худшие литейные свойства и герметичность. Хорошо обрабатываются резанием и свариваются.

Сплавы системы Al – Mg (АЛ8, АЛ27) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Имеют невысокие литейные свойства и пониженную герметичность.

Их применяют для изготовления деталей, работающих в условия высокой влажности в судо-, самолёто-, и ракетостроении. Из них делают детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы и др. Свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов представлены в таблице 11

Таблица 11. Химический состав и механические свойства литейных алюминиевых сплавов

4.2.3. Гранулированные алюминиевые сплавы.

Гранулированными называют сплавы, полученные путём компактирования из частиц (гранул), отлитых со сверхвысокой скоростью кристаллизации. Скорость охлаждения 10³ – 10^{6 0}С/сек. Это достигается распылением металла струёй чистого нейтрального газа. В зависимости от давления газа и условий кристаллизации диаметр гранул колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Гранулы имеют очень мелкозернистую структуру с пересыщенным твёрдым раствором с концентрацией в 2 – 5 раз превосходящую предельную растворимость компонентов в равновесных условиях. Такие твёрдые растворы называют аномально пересыщенными.

В процессе горячего компактирования сплавов (400 – 450 ⁰С) из пересыщенного раствора выпадают дисперсные частицы интерметаллидных фаз, которые увеличивают прочность при обычных и повышенных температурах.

Большой интерес представляют гранулированные сплавы алюминия с элементами практически нерастворимыми в нём в равновесных условиях и сильно отличающихся от алюминия по плотности (Fe, Ni, Co).

Стандартные деформируемые сплавы типа дуралюминов (Д16) в гранулированном варианте имеют s_в = 800 Мпа.

4.3. Сплавы на основе магния

Магний - металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, он не имеет полиморфных превращений. Температура плавления 650 ^оС, плотность 1,7 г/см³.

Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.

ГОСТ 804 – 72 устанавливает следующие марки магния:

Мг96 (99,96 % Мг), Мг95 (99,95 % Мг), Мг90 (99,90 % Мг).

Примеси Fe, Si, Ni, Cu понижают и без того низкую пластичность и коррозионную стойкость. При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623 ⁰С на воздухе воспламеняется. Порошок, тонкая лента, стружка магния представляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе при обычных температурах и горят с выделением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.

Литой магний имеет низкие механические свойства из-за крупнокристаллической структуры: s_в = 110 – 120 МПа, s_0,2 = 20 – 30 МПа, d = 6 – 8 %, НВ 300.

Чистый магний как конструкционный материал практически не применяется. Он используется в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических препаратов и как легирующая добавка в металлургии.

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность: s_в = 250 – 400 МПа при плотности менее 2 г/см³.

Основные виды термической обработки: закалка + искусственное старение и различные виды отжига (для снятия напряжений и диффузионных процессов).

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде инертных газов.

К недостаткам следует отнести низкую коррозионную стойкость, малый модуль упругости, плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению

По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяют на литейные – МЛ и деформируемые – МА.

Среди деформируемых сплавов наибольшей прочностью обладают сплавы магния с алюминием и сплавы магния с цинком. Цинк и алюминий придают сплавам хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготавливать из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолёта).

Литейные сплавы магния по химическому составу близки к деформируемым.

Преимуществом литейных сплавов перед деформируемыми является значительная экономия металла при производстве деталей, поскольку высокая точность размеров и хорошая чистота поверхности отливок практически исключают их обработку резанием. Однако грубая структура обуславливает более низкие механические свойства, особенно пластичность.

Механические свойства литейных магниевых сплавов в основном находятся на уровне свойств литейных алюминиевых сплавов, но, обладая меньшей плотностью, магниевые сплавы превосходят их по удельной прочности.

Наибольшее распространение нашли сплавы системы Mg – Al – Zn,

Применение: самолёты – корпуса насосов, коробок передач, фонари. Ракетная техника – корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы. Автомобили – корпуса, колёса, помпы.

Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов их используют в атомной технике.

4.4. Титан и сплавы на его основе

Титан – металл серого цвета, имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная - a, существует до 882 ⁰С и имеет ГПУ – решётку. Высокотемпературная - b, имеет решётку ОЦК. T_пл. = 1665 ⁰С, плотность 4,5 г/см³.

Полиморфное превращение при быстром охлаждении протекает по мартенситному механизму.

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим ее восстановлением из четырёххлористого титана металлическим магнием. Полученную при этом титановую губку маркируют по твёрдости специально выплавленных из нее образцов (ТГ-100, ТГ-110 и т.д.). Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.

Для уменьшения количества примесей и более равномерного их распределения по сечению слитка рекомендуется его двух – трёх разовая переплавка. Полученный в результате переплава технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей ВТ1 – 00 (примесей < 0,398 %), ВТ1 – 0 (примесей < 0,55 %).

Чистейший иодидный титан получают методом термической диссоциации из четырёххлористого титана, а также методом зонной плавки.

Низкий модуль упругости титана, почти в 2 раза меньший, чем у железа и никеля, затрудняет изготовление жёстких конструкций.

Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей, особенно от водорода, кислорода, азота и углерода, которые образуют промежуточные фазы – гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Они повышают твёрдость, но снижают пластичность, коррозионную стойкость, свариваемость, способность к пайке и штампуемость.

Наиболее опасная примесь в титане – ВОДОРОД. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане составляет 0,008 – 0,012 %.

При повышении температуры до 250 ⁰С предел прочности снижается почти в 2 раза. Титан обладает склонностью к ползучести даже при температуре 20 – 25 ⁰С.

Титан обладает высокой прочностью и удельной прочностью не только при комнатной температуре, но и в условиях глубокого холода. При температуре жидкого гелия временное сопротивление титана равно 1250 МПа, а пластичность – относительное удлинение 15 – 20 %.

Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. При степени деформации 60 – 70 % прочность увеличивается почти в 2 раза. Для снятия наклёпа проводят рекристаллизационный отжиг при 650 – 700 ⁰С.

При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50 – 70 ⁰С – водород, свыше 400 – 500 ⁰С – кислород и свыше 600 – 700 ⁰С – азот, окись углерода и углекислый газ. Поэтому плавят титан в вакууме или атмосфере инертных газов. Вместе с тем, благодаря способности к газопоглощению при повышении температуры титан применяют в радиоэлектронной промышленности в качестве гетерогенного материала. Гетеры предназначены для повышения вакуума электронных ламп.

Из титана изготавливают все виды прессованного и катаного полуфабриката: листы, трубы, проволоку, поковки. Титан хорошо варится аргонно-дуговой и точечной сваркой. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90 % прочности основного металла.

Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается.

Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Введение его в титановые сплавы уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает модуль упругости и прочность при высоких и низких температурах.

Титановые сплавы в основном подвергают отжигу, закалке и старению, а также химико-термической обработке.

Отжиг проводят после холодной деформации для снятия наклёпа. Температуры отжига 670 – 800 ⁰С⁰С с выдержкой от 15 минут до 3-х часов в вакууме или защитной атмосфере.

Для повышения износостойкости титановые сплавы подвергают азотированию. Это приводит к повышению поверхностной твёрдости, износостойкости, жаропрочности и жаростойкости. Азотируют при температуре 850 – 950 ⁰С в течении 10 – 50 часов. При этом на поверхности образуется тонкий нитридный слой (0,06 – 0,2 мм) с твёрдостью HV 12000.

4.4.1. Промышленные титановые сплавы

Титановые сплавы имеют более высокую прочность при обычных и повышенных температурах по сравнению с техническим титаном. По сравнению с бериллием они более пластичны и технологичны, меньше стоят, безопасны для здоровья при обработке. По сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами обладают более высокой удельной прочностью, жаропрочностью и коррозионной стойкостью.

Поэтому титановые сплавы нашли широкое применение в авиации, ракетной технике, судостроении, химической и др. отраслях промышленности. Их применяют для обшивки самолётов, деталей авиадвигателей (дисков и лопаток компрессора, воздухозаборников), корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени, баллонов для сжатых и сжиженных газов, обшивки морских судов и подводных лодок.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. По механическим свойствам – на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные и повышенной пластичности. А также на упрочняемые и не упрочняемые термообработкой.

Сплавы типа ВТ5, они имеют a - структуру и характеризуются средней прочностью при комнатных температурах и высокими механическими свойствами при криогенных и повышенных (450 – 500 ⁰С) температурах. Хорошо свариваются, прочность сварного шва составляет 90 % от прочности основного металла.

Недостатки сплавов: не упрочняются термообработкой, низкая технологическая пластичность. В горячем состоянии их куют, прокатывают и штампуют и поставляют в виде прутков, сортового проката, поковок, труб и проволоки.

Сплавы типа ОТ4 – 1 и ВТ20, (псевдо-a-сплавы). Сохраняя достоинства a - сплавов, они, благодаря наличию b - фазы, обладают высокой технологической пластичностью. Недостаток этих сплавов – склонность к водородной хрупкости.

Сплавы типа ВТ6 и ВТ14 - двухфазные (a + b) – сплавы обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Сплавы упрочняются с помощью термической обработки – закалки и старения. В отожженном и закалённом состоянии они имеют хорошую пластичность, а после старения – высокую прочность при комнатных и повышенных температурах. При этом, чем больше b - фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожжённом состоянии и сильнее упрочняется при термической обработке. Двухфазные сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются.

Наибольшее распространение в промышленности получил сплав ВТ15. Сплав выпускается в виде листов, полос, прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350 ⁰С.

Литейные титановые сплавы имеют хорошие литейные свойства. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает им хорошую жидкотекучесть и плотность отливки. Линейная усадка – 1 %, объёмная усадка около 3 %.

Недостаток – большая склонность к поглощению газов и высокая активность при взаимодействии с формовочными материалами. Поэтому их плавку и разливку ведут в вакууме или среде нейтральных газов.

Крупные отливки (до 300 – 500 кг) получают в чугунных и стальных формах, мелкие детали в оболочковых формах изготовленных из специальных смесей. Химический состав аналогичен деформируемым сплавам – ВТ5Л, ВТ14Л. Механические свойства литейных сплавов ниже чем у деформируемых.

Упрочняющая термическая обработка резко снижает пластичность литейных титановых сплавов и поэтому не применяется. Механические свойства некоторых титановых сплавов представлены в таблице 12.

Таблица 12. Химический состав и механические свойства некоторых титановых сплавов

4.5. Бериллий и сплавы на его основе

Бериллий – металл серого цвета, обладающий полиморфизмом. Низкотемпературная модификация - a, существует до 1250 ⁰С и имеет ГПУ – решётку. Высокотемпературная - b (1250 – 1284 ⁰С), имеет ОЦК – решётку.

Плотность бериллия 1,8 г/см³.

Помимо высокой удельной прочности и жёсткости бериллий имеет большую теплоёмкость, высокую теплопроводность и электропроводность, демпфирующую способность и другие ценные свойства.

Бериллий относится к числу редких металлов. Его добывают из минерала берилла, представляющего собой двойной силикат бериллия и алюминия. В земной коре бериллия содержится 0,0005 %. Малая распространённость в природе, сложная и дорогая технология извлечения из руд, получения из него полуфабрикатов и изделий определяют высокую стоимость бериллия.

Металлургия бериллия сложна из-за его химической инертности. Слитки, полученные вакуумной переплавкой, либо обрабатывают давлением для получения полуфабрикатов, либо перерабатывают в порошок, из которого полуфабрикаты и изделия изготовляют методом порошковой металлургии.

Литой бериллий крупнозернистый и хрупкий. Для улучшения пластичности прокатку ведут при нагреве. Однако при температурах выше 700 ⁰С бериллий схватывается с инструментом. Поэтому его катают в стальной оболочке, которую затем стравливают.

Механические свойства бериллия зависят от степени чистоты, технологии изготовления, величины зерна и текстуры, его механические свойства представлены в таблице 13. На хрупкость бериллия большое влияние оказывают примеси за исключением алюминия, который применяется в качестве легирующей добавки улучшающей пластичность.

Таблица 13. Механические свойства бериллия

Бериллий, полученный методом зонной плавки за 8 проходов, имеет чрезвычайно высокую пластичность d = 140 %.

Бериллий, полученный методом порошковой металлурги, имеет мелкозернистую структуру и более высокие механические свойства.

Чистый спечённый бериллий с чрезвычайно мелкозернистой структурой (зерно 1 – 3 мкм) обладает склонностью к сверхпластичности. При температуре 600 – 700 ⁰С и малых скоростях деформации пластичность d = 300 %.

Пластичность полуфабрикатов из спеченного бериллия зависит от технологии горячей обработки давлением

Сваривается бериллий дуговой сваркой в аргоне, гелии или в вакууме.

Бериллий токсичен, попадая в легкие, он вызывает тяжёлое лёгочное заболевание – бериллиоз. На коже бериллиевая пыль вызывает зуд, а попадая в ранки – опухоли и язвы. В связи с этим обработку бериллия на металлорежущих станках ведут в специальных помещениях и специальных пылезащитных костюмах и масках.

По удельным прочности и жёсткости бериллий превосходит высокопрочные стали и все сплавы на основе лёгких металлов: магний, алюминий и титан. А по удельной жёсткости и металлы, обладающие более высоким модулем упругости (W и Mo).

Расчёты показали, что самолёт, изготовленный на 80 % из бериллия, будет в два раза легче, чем из алюминия. При этом на 40 % увеличивается дальность полёта и значительно увеличивается грузоподъёмность.

Бериллий применяют в консолях крыльев, элеронов, тягах управления сверхзвуковых самолётов, в ракетной технике из него изготавливают панели обшивки, промежуточные отсеки, соединительные элементы, приборные стойки. В качестве теплозащитного материала – головные части ракет, передние кромки крыльев самолётов, оболочки кабин космонавтов.

Прочность бериллиевой проволоки диаметром несколько микрометров достигает 1300 МПа, что открывает еще одну область применения бериллия – армирование композиционных материалов на основе алюминия, титана и др., которые находят большое применение в ракетной и космической технике.

Слабая способность бериллия поглощать тепловые нейтроны обуславливает его применение в атомной технике.

Практическое значение нашли сплавы, содержащие 20 – 40 % алюминия. Так, сплав, содержащий 24% Al, имеет: s_в = 620 МПа, s_0,2 = 510 МПа, d = 3 %, Е = 260 Гпа.

4.6. Сплавы на основе меди

Медь – металл красновато-розового цвета с кристаллической ГЦК решеткой, полиморфных превращений не имеет. Температура плавления 1083 ^оС, плотность 8,9 г/см³. Медь обладает хорошей технологичностью, она прокатывается в тонкие листы, проволоку, хорошо паяется и сваривается. Отожженная медь имеет s_в = 220 МПа, s_0,2 = 75 МПа, d = 50%, y = 75%, НВ = 550. Понижение температуры до –50 ^оС не оказывает влияния на механические свойства меди.

Медь характеризуется высокой теплопроводностью и электропроводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Примеси снижают все эти свойства. В зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Cu), М0 (99,97% Cu), М1 (99,9% Cu), М2 (99,7% Cu), М3 (99,5% Cu).

Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости, но снижает пластичность и электрическую проводимость. Для снятия наклепа проводят отжиг при температуре 550 – 600 ^оС в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве.

По электропроводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра.

Медь указанных марок поставляется в виде проката (проволоки, полос, прутков) либо в отожженном, либо в нагартованном (упрочненном) состоянии. Отожженную медь используют для обмоточных поводов и кабельных изделий, а нагартованную - для подвесных токонесущих и контактных проводов, коллекторных пластин.

Недостатки меди: высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

Сохраняя положительные качества меди, медные сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Относительное удлинение некоторых сплавов достигает 65%. Временное сопротивление разрыву большинства медных сплавов лежит в интервале 300 – 500 МПа, что соответствует низкоуглеродистым нелегированным сталям. И только бериллиевые бронзы после термической обработки достигают s_в = 1100 - 1200 МПа.

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные. По способности упрочняться – на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

4.6.1. Латуни

Латунями называются сплавы меди с цинком. Они бывают двойными(простые) и многокомпонентными (легированные). Двойные латуни маркируются буквой Л (латунь) и цифрами, показывающими среднее содержание меди в процентах. Латуни с содержанием меди 90% и более называются томпаком (например Л96), при 80 – 85% меди – полутомпаком (например Л80).

Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. При этом уменьшается теплопроводность и электрическая проводимость до 20 –50 % от характеристик меди.

Они выпускаются в основном в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготавливают детали методом холодной вытяжки (радиаторные трубки, трубы, сильфоны). А также идут на изготовление деталей, не требующих высокой твердости (шайбы, втулки, уплотнительные кольца).

Латунь Л70 – называется гильзовая латунь и идет на изготовление снарядных гильз.

Легированные латуни, из за малой пластичности, выпускают в виде горячекатаных полуфабрикатов (листов, прутков, труб). Из них изготавливают также втулки, гайки, тройники, токопроводящие детали электрооборудования и др.

Литейные латуни, как правило, содержат большое количество цинка и легирующих элементов. Например литейная латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% цинка, 3% марганца, 1% алюминия.

Добавление кремния улучшает жидкотекучесть и свариваемость латуней. Кремнистые латуни (ЛК80-3) характеризуются высокой прочностью, пластичностью и вязкостью не только при нормальных температурах, но и при пониженных температурах ( до –183 ^оС). Они применяются для изготовления арматуры, деталей приборов в судостроении, подвергающихся воздействию морской воды.

Латунь марганцевожелезная ЛМцЖ55-3-1 (бронза Рюбеля) имеет s_в > 500 МПа, d > 10%, НВ = 100 коррозионно-стойкая в морской воде. Применяется для изготовления валов, штоков и литья массивных деталей, в том числе гребных винтов и их лопастей.

Оловянистые латуни, имеющие высокую коррозионную стойкость, (ЛО70-1) называют морскими и широко применяются в морском и речном судостроении.

Сплав меди с никелем (15 – 20%) и цинком (20 – 30%) называется мельхиор.

4.6.2. Бронзы

Бронзами называются сплавы меди со всеми элементами кроме цинка. Они хорошо обрабатываются резанием, паяются, имеют хорошие литейные свойства. Оловянистые бронзы (БрО4Ц4С17) имеют самую низкую линейную усадку (0,8% при литье в землю и 1,4% при литье в металлические формы), поэтому они используются для получения сложных фасонных отливок. Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях пресной и морской воде способствует их широкому применению для изготовления пароводяной арматуры, работающей под давлением.

Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью деформируемые оловянистые бронзы (БрОЦС4-4-2,5) обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении.

Алюминиевые бронзы (БрА5) отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. По сравнению с оловянистыми бронзами они имеют меньшую стоимость и более высокие механические свойства, однако усадка у нее выше, что следует учитывать при литье.

Добавление железа в алюминиевые бронзы повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства. Так бронза БрАЖ9-4 после термической обработки имеет твердость НВ 1750 – 1800.

Никель повышает технологичность и механические свойства алюминиево-железных бронз при обычных и повышенных температурах. Например, в отожженном (мягком) состоянии бронза БрАЖН10-4-4 имеет твердость НВ 1400 – 1600, после термической обработки твердость увеличивается до НВ 4000. Из алюминиево-железоникеливых бронз изготавливают детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (до 400 – 500 ^оС): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др.

Бериллиевые бронзы содержат 1,9 – 2,6% бериллия и имеют после термической обработки s_в > 1200 МПа. Например, бронзы БрБ2 и БрБ2,5, имеющие s_в до 2000 МПа, используются для пружин и пружинящих деталей ответственного назначения, работающие в морской воде.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния (БрКН1-3, БрКМц3-1). Они хорошо свариваются и паяются, литейные свойства у них хуже, чем у оловянистых, алюминиевых бронз и латуней. Кремнистые бронзы выпускают в виде лент, полос, прутков, проволоки. Их используют вместо более дорогих оловянистых бронз при изготовлении антифрикционных деталей, а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.

4.7. Контрольные вопросы.

1. Основными конструкционными легкими металлами являются

1. бериллий, алюминий, ванадий, вольфрам

2. магний, титан, вольфрам, уран

3. магний, бериллий, алюминий, титан

4. магний, бериллий, железо, вольфрам

5. алюминий, титан, вольфрам, молибден

2. Основными критериями при выборе конструкционных материалов с малой плотностью являются

1. временное сопротивление разрыву, твердость

2. удельная прочность, удельная жесткость

3. временное сопротивление разрыву, удельная жесткость

4. твердость, удельная прочность

5. твердость, удельная жесткость

3. Основными технологическими свойствами алюминия, которые обуславливают его область применения, являются

1. пластичность, твердость

2. твердость, прочность

3. пластичность, прочность

4. свариваемость, пластичность

5. свариваемость, твердость

4. Чистый алюминий имеет следующие характеристики

1. низкая плотность

2. высокая твердость

3. хорошую электропроводимость

4. высокую пластичность и коррозионную стойкость

5. высокая температура плавления

5. Соответствие между материалом и изделиями которые из них можно сделать

А. дуралюмины

Б. высокопрочные алюминиевые сплавы

В. спеченные алюминиевые порошки

Г. алюминий

Д. силумины

Е.

1. фольга

2. шпангоуты самолетов

3. литые корпусные детали

4. режущий инструмент

5. заклепки

6. лопатки турбин, работающие при температурах 300 – 500 ^оС

7. Чистый металлический магний применяется в

1. пиротехнике, химической промышленности, металлургии

2. пиротехнике, химической промышленности, строительстве

3. пиротехнике, химической промышленности, пищевой промышленности

4. пищевой промышленности, химической промышленности, строительстве

5. пиротехнике, пищевой промышленности, строительстве

8. Магниевые сплавы используются в самолетостроении при изготовлении

1. корпусов турбин

2. корпусов приборов

3. корпусов насосов и коробок передач

4. дверей кабин

5. лопаток турбин

9. Титановые сплавы по сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами обладают

1. высокой удельной прочностью, жаростойкостью

2. высокой удельной прочностью

3. высокой удельной прочностью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью

4. высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью

5. жаростойкостью, коррозионной стойкостью

10. Титан и его сплавы характеризуются следующими технологическими свойствами

1. хорошая свариваемость, хорошая деформируемость, хорошие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

2. плохая свариваемость, плохая деформируемость, хорошие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

3. хорошая свариваемость, плохая деформируемость, плохие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

4. плохая свариваемость, хорошая деформируемость, плохие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

5. плохая свариваемость, плохая деформируемость, плохие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием

11. Изделия изготовленные из титановых сплавов могут работать в диапазоне температур

1. от криогенных до 50 – 100 ^оС

2. от -20 ^оС до 1000 ^оС

3. от -20 ^оС до +20 ^оС

4. от криогенных до 450 – 500 ^оС

5. от 0 ^оС до 450 – 500 ^оС

12. Недостатками бериллия являются

1. высокая стоимость, высокая удельная прочность, низкая технологичность

2. высокая удельная жесткость, токсичность, высокая удельная прочность

3. высокая стоимость, токсичность, низкая технологичность

4. высокая удельная прочность, токсичность, низкая технологичность

5. высокая стоимость, токсичность, высокая удельная прочность

13. Бериллий используется для изготовления

1. консолей крыльев, элеронов, тяг управления сверхзвуковых самолетов

2. элеронов, тяг управления сверхзвуковых самолетов, режущего инструмента

3. консолей крыльев, тяг управления сверхзвуковых самолетов, строительных конструкций

4. консолей крыльев, элеронов, сверхзвуковых самолетов, деталей машин

5. тяг управления сверхзвуковых самолетов, режущего инструмента, деталей машин

14. Технологические свойства меди

1. хорошо полируется и сваривается, плохо паяется и деформируется

2. хорошо полируется, паяется, сваривается, деформируется

3. плохо полируется, паяется, сваривается, деформируется

4. хорошо полируется и паяется, плохо сваривается и деформируется

5. плохо полируется и паяется, хорошо сваривается и деформируется

15. Чистая медь применяется для изготовления

1. строительных конструкций

2. проводников электрического тока

3. теплообменников

4. режущего инструмента

5. нагруженных конструкций

16. Медь поставляется в виде

1. медной стружки, листов, медной руды, труб, проволоки

2. медной руды, сортового проката, медной стружки, проволоки

3. прутков, листов, сортового проката, поковок, труб, проволоки

4. медной руды, сортового проката, поковок, труб, медной стружки

5. прутков, поковок, труб, медной руды, медной стружки

17. Латунью называется сплав меди и ###

18. Высокая пластичность латуни позволяет изготавливать из них методом холодной вытяжки

1. снарядные гильзы, болты, сильфоны, сверла

2. сверла, болты, сильфоны, гайки

3. радиаторные трубки, снарядные гильзы, трубопроводы, сильфоны

4. сверла, трубопроводы, сильфоны, болты

5. радиаторные трубки, сверла, сильфоны, болты

19. Сплав меди с любым легирующим элементом кроме цинка называется ###

20. Хорошие литейные свойства и коррозионная стойкость бронзы позволяют получать из нее методом литейной технологии

1. памятники

2. строительные конструкции

3. отливки сложной формы

4. колокола

5. станины станков

5. Материалы с особыми физическими и физико-механическими свойствами.

5.1. Припои

Припои – это сплавы, используемые при пайке металлов высокой проводимости, должны обеспечивать небольшое переходное сопротивление (сопротивление контакта).

Различают припои двух типов:

1. для низкотемпературной пайки, имеющие температуру плавления до 400 ^оС;

2. для высокотемпературной пайки с более высокой температурой плавления.

Для получения хорошего соединения припой должен иметь более низкую температуру плавления, чем металл подвергающейся пайке. В расплавленном состоянии припой должен хорошо смачивать поверхности. Температурные коэффициенты линейного расширения металла и припоя должны быть близки.

В приборостроении для низкотемпературной пайки используют оловянно-свинцовые, и оловянно-цинковые припои (ГОСТ21931 – 96).

Сплавы олова и свинца имеют хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает качественное формирование шва и высокие механические свойства. Сплав эвтектического типа, содержащий 61% Sn и 39% Pb, имеет температуру плавления t_пл.=183 ^оС и обозначается ПОС-61 (припой оловянно-свинцовый, содержащий 61% Sn). Применяют также доэвтектические сплавы ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 и заэвтектические ПОС-90. Число в маркировке указывает на содержание олова в сплаве.

Их применяют для пайки очень тонких проводов из меди и медных сплавов, а также в тех случаях, когда не допустим высокий нагрев в зоне пайки.

Сплавы олова и цинка также образуют диаграмму эвтектического типа. Наилучшим припоем является сплав ПОЦ-90, отвечающий эвтектическому составу (90% Sn, и 10% Zn). Этот сплав имеет самую низкую температуру плавления t_пл.=199 ^оС из всех сплавов этой системы.

Сплавы ПОЦ-60, ПОЦ-70, ПОЦ-90 используют для пайки алюминия и его сплавов.

В тех случаях, когда требуется очень низкая температура нагрева (менее 100 ^оС), для пайки используют сплавы висмута со свинцом, оловом и кадмием. Но такие припои не обеспечивают высокой прочности соединения и отличаются повышенной хрупкостью.

Припои для высокотемпературной пайки обеспечивают более прочные соединения, чем припои для низкотемпературной пайки, так как вследствие высокой температуры нагрева происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя. Переходное электрическое сопротивление таких припоев ниже, чем низкотемпературных припоев.

В качестве высокотемпературных припоев используют медь, медно-цинковые и медно-фосфористые припои, а также припои, содержащие серебро.

Медно-цинковые припои (ГОСТ21737 – 96) ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54 имеют в своем составе по 36, 48 и 54% меди соответственно, остальное цинк. Температура плавления их при увеличении содержания меди возрастает от 825 ^оС до 880 ^оС.

Применение медно-фосфористых припоев ПМФ7 (цифра указывает процентное содержание фосфора) позволяет вести пайку меди без флюса, что практически удобнее и проще.

Припои, содержащие серебро, очень технологичны, так как обладают хорошей растворимостью и смачиваемостью. Они пригодны для пайки любых металлов и сплавов, обеспечивают соединения с хорошими механическими свойствами и имеют невысокое переходное сопротивление. Кроме серебра, содержание которого указывает цифра в марке, припой содержит медь или медь с цинком. Например ПСр-72, ПСр-61, ПСр-45, содержат по 72, 61, и 45% серебра, остальное медь или медь с цинком. Температура плавления у них изменяется от 779 ^оС до 920 ^оС.

5.2. Антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы предназначены для изготовления подшипников и опор скольжения, которые нашли широкое применение в современных машинах и приборах для обеспечения устойчивости к вибрациям и бесшумности работы. Главное свойство подшипникового материала – это антифрикционность т.е. способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения. Это, в свою очередь, приводит к малой скорости изнашивания сопряженной детали (стального или чугунного вала).

Антифрикционность обеспечивают следующие свойства подшипникового материала:

1. высокая теплопроводность;

2. хорошая смачиваемость смазочным материалом;

3. способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла;

4. хорошая прирабатываемость.

Критериями для оценки работоспособности подшипниковых материалов являются коэффициент трения и допустимые нагрузочно-скоростные характеристики (давление, действующее на опору и скорость скольжения).

Для подшипников скольжения используют металлические материалы, неметаллы, комбинированные материалы и минералы (драгоценные и полудрагоценные камни, например рубин).

Металлические антифрикционные материалы по своей структуре подразделяют на два типа сплавов:

1. сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями;

2. сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.

Они предназначены для работы в режиме жидкостного трения, сочетающемся в реальных условиях эксплуатации с режимом граничной смазки.

К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди (бронзы и латуни). Мягкая матрица в них обеспечивает не только защитную реакцию подшипникового материала на усиление трения и хорошую прирабатываемость, но и особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение смазочным материалом участков трения и теплоотвод с них. Твердые включения на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость.

Баббиты – мягкие (НВ 300) антифрикционные сплавы на оловянистой или свинцовой основе. Баббиты на оловянистой основе маркируются буквой Б – баббит и цифрами, показывающими процентное содержание олова в сплаве, например: Б83 – содержит 83% олова, остальное сурьма и медь. Баббиты на свинцовой основе, например Б16 – содержит16% олова, остальное свинец, сурьма и медь. Свинец используется для замены дорогостоящего олова, хотя это и приводит к небольшому снижению эксплуатационных характеристик материала.

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим они применяются только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения.

Оловянистые баббиты из за высокого содержания дорогостоящего олова используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях и нагрузках.

Оловянистые бронзы (например Бр10Ц2) применяют для изготовления монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения.

В последнее время бронзы широко используют как компоненты порошковых антифрикционных материалов или тонкостенных пористых покрытий, пропитанных твердыми смазочными материалами.

Латуни используют как более дешевый материал для замены бронз.

К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрС30, содержащая 30% свинца и алюминиевые сплавы с оловом. Мягкими составляющими в этих сплавах являются включения свинца или олова. В процессе эксплуатации при граничном трении на поверхность твердого вала переносится тонкая пленка этих мягких и легкоплавких металлов, которая защищает его от повреждений.

К сплавам второго типа относятся также серые, высокопрочные и антифрикционные чугуны. Роль мягкой составляющей в них выполняют включения графита. Их применяют для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения. Марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости сопрягаемой стальной поверхности, это снижает износ последней.

Главным достоинством чугунов, является невысокая стоимость, а недостатками – плохая прирабатываемость и пониженная стойкость к воздействию ударных нагрузок.

Из неметаллических материалов для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы. Например текстолит, из него изготавливают подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Из полимеров наиболее часто применяют полиамиды (капрон, фторопласт). Они отличаются низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Применение комбинированных материалов, состоящих из нескольких металлов и неметаллов, позволят получать самосмазывающиеся подшипники. Их получают методом порошковой металлургии, смешивая в заданных пропорциях порошки твердых материалов, являющихся основой, и мягких материалов, играющих роль смазки. Применяются сочетания: железо – графит, железо – медь, бронза – графит.

Естественные (агат), и искусственные (рубин, корунд) минералы применяют для миниатюрных подшипников скольжения – камневых опор. Их применяют в часах, гироскопах, прецезионных приборах и т.д. Главное достоинство таких опор – низкий и стабильный момент трения.

5.3. Фрикционные материалы

Фрикционные материалы применяют в тормозных устройствах и механизмах передающих крутящий момент. Они работают в тяжелых условиях изнашивания – при высоких давлениях (до 6 МПа), скоростях скольжения (до 40 м/с) и температуре возростающей почти мгновенно до 1000 ^оС. Такие материалы должны иметь высокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент трения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость и достаточную прочность. Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметаллические и металлические материалы. Их производят в виде пластин или накладок, которые крепятся к стальным деталям, например дискам трения.

Из неметаллических материалов основными являются асбофрикционные материалы. В их состав входят связующие (смолы, каучук), наполнитель (асбест) и специальные добавки (металлы – для повышения теплопроводности, графит – для затруднения схватывания). Например ретинакс (ФК-24А), содержит 25% фенолформальдегидной смолы, 40% асбеста, 35% барита (BaSO₄) для увеличения коэффициента трения, рубленную латунь и пластификатор. В паре со сталью ретинакс обеспечивает коэффициент трения 0,37 – 0,40. Его используют в тормозных механизмах самолетов, автомобилей и других машин.

Металлические спеченные материалы применяют при тяжелых режимах трения (t_max £ 1200 ^оС). Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5) с добавками асбеста, графита, оксида кремния для обеспечения стабильного коэффициента трения.

5.4. Контрольные вопросы.

1. Способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок называется - ###

2. Способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела называется - ###

3. Твердые наконечники, используемые в приборах, для определения твердости

1. конус, призма, куб

2. пирамида, куб, призма

3. шарик, конус, пирамида

4. шарик, конус, призма

5. шарик, куб, призма

4. Соответствие характеристик металлов и сплавов и их обобщающего названия

А. плотность, температура плавления, электросопротивление

Б. обрабатываемость, деформируемость, свариваемость

В. прочность, пластичность, твердость

Г. взаимодействие с агрессивными средами

Д. жаропрочность, хладостойкость, антифрикционность

Е.

1. механические свойства

2. физические свойства

3. химические свойства

4. эксплуатационные свойства

5. литейные свойства

6. технологические свойства

5. Физическими свойствами металлов и сплавов являются

1. температура плавления

2. свариваемость

3. плотность

4. теплопроводность

5. литейные свойства

6. Параметры, определяющие область применения металлов и сплавов

1. физические свойства

2. механические свойства

3. маркировка

4. химические свойства

5. качество поверхности

7. Скорость коррозии металлов и сплавов определяет их

1. прочность и электропроводность

2. электропроводность и пластичность

3. пластичность и прочность

4. химическая активность и электропроводность

5. химическая активность и прочность

8. Коррозионно-стойкими являются следующие группы металлов и сплавов

1. золото, платина, титан

2. углеродистая сталь, золото, железо

3. углеродистая сталь, железо, алюминий

4. золото, платина, высокохромистая сталь

5. железо, углеродистая сталь, платина

9. Эксплуатационные свойства, определяющие условия работы машины или конструкции

1. коррозионная стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность

2. свариваемость, хладостойкость, литейные свойства, жаростойкость, твердость

3. коррозионная стойкость, свариваемость, жаропрочность, жидкотекучесть, прочность

4. пластичность, хладостойкость, жидкотекучесть, жаростойкость, свариваемость

5. усадка, хладостойкость, свариваемость, пластичность, жидкотекучесть

10. Способность сплава сохранять механические свойства при повышенных температурах называется - ###

11. Способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при повышенных температурах называется

1. антифрикционность

2. коррозионная стойкость

3. хладостойкость

4. жаропрочность

5. жаростойкость

12. Кристаллическими телами являются

1. металлы

2. пластмассы

3. стекла

4. сплавы металлов

5. керамика

13. Способность металлов в твердом состоянии при различных температурах иметь различные типы кристаллических решеток называется - ###

14. Линейный дефект кристаллического строения называется - ###

15. Преимущественное использование в промышленности находят

1. чистые металлы

2. неметаллы

3. сплавы металлов с металлами или неметаллами

4. сплавы металлов с металлами

5. сплавы металлов с неметаллами

16. Сплавы, используемые при пайке металлов высокой проводимости, называется - ###

17. Металлические антифрикционные материалы по своей структуре подразделяют на сплавы с:

1. мягкой матрицей и твердыми включениями

2. твердой матрицей и мягкими включениями

3. твердой матрицей и твердыми включениями

4. мягкой матрицей и мягкими включениями

5. жидкой матрицей и мягкими включениями

18. Антифрикционными материалами являются:

1. баббиты

2. рубин

3. титан

4. бронзы

5. чугуны

19. Фрикционные материалы используются в:

1. тормозных устройствах

2. парах трения

3. подшипниках скольжения

4. химической промышленности

5. атомной энергетике

20. Основными требованиями к фрикционным материалам являются:

1. пластичность

2. теплопроводность

3. низкий коэффициент трения

4. износостойкость

5. высокий коэффициент трения

Содержание отчёта.

Отчет по расшифровке обозначений машиностроительных материалов с указанием их химических составов, краткой характеристики и области применения сплавов выполняется в виде таблицы.

Список использованной литературы:

1. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. – М.: Металлургия, 1975. – 584 с.

3. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – 2-е изд., испр. И доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

4. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. – 3-е изд. перераб. и доп. В 3-х т. т.1. Методы испытаний и исследований / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта Л.Г. М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

5. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М .: Машиностроение, 1985. – 448 с.

6. Слесарь инструментальщик: Учебн. Пособие для СПТУ / Н.П. Малевский, Р.К. Мещеряков, О.Ф. Полтавец – М. Высш шк., 1987. – 304 с.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 391; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!