39. Напряжения и деформации, возникающие при сварке

Как известно, металлы при нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются.

Во время электросварки происходит нагрев отдельных участков металла при холодных смежных участках, что вызывает напряжения в отдельных частях свариваемой конструкции и ее деформации.

Напряжение — сила, приложенная к единице площади поперечного сечения детали или к единице площади ее поверхности.

Деформация — изменение размеров и формы изделия под действием механических усилий или температурного воздействия.

При сварке в конструкции возникают внутренние напряжения в результате неравномерного нагрева, охлаждения и усадки, которые могут явиться причиной деформации и снижения надежности конструкции.

Внутренние напряжения при правильных приемах сварки нарастают медленно и потом остаются постоянными, не превышая допустимых для данной конструкции напряжений, при этом не происходит деформацияконструкции.

Деформации могут быть двух видов: упругая и остаточная, или пластическая, деформации.

Упругая деформация возникает в процессе приложения силы или нагреве и исчезает при снятии силы или при охлаждении.

При пластической деформации свариваемое изделие не восстанавливает свои размеры.

На рис. 16 показаны продольная и поперечная деформации при сварке.

Рис. 16. Деформации при сварке: а — продольная; б — поперечная

При поперечных деформациях происходит уменьшение ширины свариваемых деталей и коробление.Напряжения от поперечной усадки могут вызвать появление трещин и разрыв в сварных соединениях.

Продольные внутренние напряжения при сварке вызывают изгиб пластины, стыкового или таврового соединения относительно продольной оси сварного соединения. Усадка от продольных швов может вызвать уменьшение длины свариваемого изделия.

На величину остаточных деформаций при сварке влияет пластичность свариваемого металла, величина зоны нагрева, геометрические размеры и форма свариваемого металла, структурные изменения наплавленного и основного металлов при сварке, теплопроводность свариваемого металла. Деформации у металлов с повышенной теплопроводностью и меньшим коэффициентом линейного расширения меньше, так как тепловой поток распределяется более равномерно по сечению свариваемых деталей.

Нержавеющие стали деформируются при сварке больше, а алюминий меньше по сравнению с низкоуглеродистой сталью.

Деформации увеличиваются при сварке металла толщиной 16...20 мм встык при низких температурах, при этом могут быть трещины и разрывы.

Трещины и разрывы могут быть также вызваны неправильным закреплением деталей при сварке, когда затруднено возникновение пластических деформаций.

Деформации увеличиваются при длинных швах большого сечения, при швах с несимметричным расположением относительно осей сечений элементов из профильного проката.

Напряжения при сварке не влияют на конструкции из низкоуглеродистых сталей или других металлов с высокими пластическими свойствами.

В конструкциях, выполненных из специальных сталей и металлов с низкими пластическими свойствами, могут возникать в околошовной зоне закаленные участки, приводящие к возникновению трещин в шве и зоне термического влияния.

Трещины при наплавке металла. Горячие трещины. Возникновение холодных трещин.

Зависимость образования трещин от толщины наплавленного слоя.

Трещины подразделяются на два вида: горячие и холодные.

Горячие трещины образуются при температурах, близких к линии солидус. Их возникновение связано с процессами нагрева и кристаллизации, в результате которых в наплавленном соединении возникают пластические деформации сжатия, а при последующем охлаждении появляются напряжения растяжения. В результате воздействия на металл двух противоположных процессов, нагрева и охлаждения создаются условия для его укорочения. Если деформации укорочения превышают деформационную способность кристаллизующегося металла, то в наплавленном соединении могут возникнуть горячие трещины. Вероятность возникновения горячих трещин повышается при содержании в наплавляемом металле элементов, склонных к образованию легкоплавких эвтектик и химических соединений, кристаллизующихся на границах зерен при низких температурах и значительно понижающих его пластичность. К таким элементам, образующим по границам зерен легкоплавкие прослойки, относятся, в первую очередь, сера и углерод.

При наплавке хромоникелевых сплавов низкую температуру плавления дает эвтектика Ni + NiS, приводящая к образованию трещин.

Возникновение холодных трещин наиболее характерно для закаливающихся сталей перлитного и мартенситного классов. Холодные трещины образуются при переохлаждении наплавленного металла и зоны термического влияния, причем происходит быстрое превращение γ-железа в α- железо при температуре ниже 200°С. В результате бездиффузионного превращения образуется твердая и хрупкая мартенситная структура с большим объемом по сравнению с объемом исходной α-структуры.

Многие авторы отмечают не только закалочное, но и водородное происхождение холодных трещин. Выявление холодных трещин, образующихся по истечении длительного времени, связано с определенными трудностями.

Опыты * по определению склонности к образованию трещин различных порошковых твердых сплавов показали, что с увеличением толщины наплавляемого металла процесс трещино-образования возрастает (рис. 20). Наиболее предрасположены к образованию трещин сплавы ПГ-ФБХ6-2 и ПГ-СР4. Однако каждый из испытуемых сплавов в отдельности не дал положительных результатов при наплавке слоев толщиной более 1,7-2 мм.

2. Диаграмма состояния для полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии.

Диаграмма состояния сплавов системы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Диаграмма состояний сплавов с эвтектикой

 

В этих сплавах компоненты в твердом состоянии нерастворимы друг в друге и химически не взаимодействуют.

Однофазные области диаграммы:

1) жидкость L – выше линии ликвидус DCE;

2) фаза А – линия 0FD;

3) фаза В – линия 100-G-E.

Характерной точкой диаграммы является тройная точка С, ей соответствует эвтектический сплав, содержащий С'% В. Эвтектика в этих сплавах состоит из кристаллов А и В, ее область на диаграмме – линия СС'. Линия FCG – линия эвтекти­ческого превращения: L_эвт–>эвт(А+В). Эта же линия – солидус. Кристаллизация сплавов этой системы начинается на линии DCE с выделения твердых кристаллов компонента, избыточного по отношению к эвтектическому составу, и заканчивается на линии FCG – эвтектическим превращением.

Структурные составляющие сплавов (и их области на диаграмме):

1) кристаллы А – линия 0FD;

2) кристаллы В – линия 100-G-E;

3) кристаллы эвтектики (эвт(А+В)) – линия СС'.

2. Диаграмма состояния двойных систем при полной растворимости компонентов.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимос­тью компонентов в твердом состоянии изображена на рис. 10. Для этого сплава возможно образование двух фаз: жидкого сплава и твер­дого раствора а. На диаграмме имеется всего две линии, верхняя является линией ликвидус, а нижняя — линией солидус.

10. Состав и свойства углеродистых сталей.

Область применения углеродистой стали широка – она используется для создания инструментов, из нее изготавливаются несущие конструкции и элементы для машиностроения. В настоящее время это один из самых востребованных видов стали, так как она обладает уникальными свойствами. Ее эксплуатационные и технические свойства определяются компонентами и их соотношением в составе. Состав Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.

Состав

Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода. Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды. Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах: Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85. Конструкционная – ГОСТ 380-88. Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51. Содержание углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость. В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов: Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур. Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия. Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.

14. Медь и ее сплавы.

Медь – металл красновато-розового цвета. По применению в промышленности она занимает одно из первых мест среди цветных металлов. Температура плавления меди 1083?С. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая. Аллотропических превращений медь не имеет. Плотность меди 8,96 г/см?, ее твердость почти в 2 раза ниже, чем у железа.

Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, трубки небольшого диаметра, она легко полируется, хорошо паяется и сваривается.

Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электропроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. По электропроводимости она лишь незначительно уступает серебру. Поэтому значительная часть всей выплавляемой меди используется электротехнической промышленностью для производства электрических проводов и кабелей.

Важное значение имеет степень чистоты меди, поскольку при наличии даже небольшого количества примесей электрические свойства меди существенно понижаются. Поэтому в качестве проводникового материала используют электролитическую медь марок М1 (99,9%), М0 (99,95%) и особо чистую медь М00 (99,99%).

Недостатками меди являются высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкие литейные качества.

В качестве конструкционного материала чистая медь в технике практически не применяется. Легирование меди позволяет получать на ее основе различные технические сплавы, обладающие хорошими механическими, технологическими и эксплутационными свойствами. В качестве легирующих добавок используют цинк, олово, свинец, алюминий, марганец, бериллий, никель и другие элементы.

Наиболее распространенными конструкционными сплавами на основе меди являются латуни и бронзы.

Латунями называют группу сплавов меди с цинком. Механическая прочность латуней выше, чем меди. Все латуни хорошо обрабатываются резанием.

Влияние химического состава латуней на их механические свойства показано на рис.25. При содержании цинка примерно до 30% увеличиваются одновременно и прочность, и пластичность. После этого пластичность резко снижается. Прочность латуней увеличивается до содержания цинка около 45%, а затем снижается также резко, как и пластичность. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.

В технике наибольшее применение нашли латуни, содержащие цинка 30…38%. Эти латуни достаточно пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, проявляют высокую коррозионную стойкость к различным агрессивным средам.

Чем больше меди в латуни, тем она более пластична, выше ее коррозионная стойкость, теплопроводность и электропроводимость. Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют от 20 до 50% от характеристик меди.

Все латуни имеют хорошие литейные свойства – высокую жидкотекучесть, малую усадку, небольшую ликвацию.

Для повышения механических свойств и химической стойкости производят легирование латуней. С этой целью в их состав дополнительно вводят различные легирующие элементы: свинец, олово, алюминий, кремний, марганец и др. Свинец улучшает обработку латуней резанием и антифрикционные свойства. Марганец и, особенно, олово повышают прочностные свойства латуней и их коррозионную стойкость. Кремний увеличивает твердость и прочность, улучшает литейные свойства. Кремнистые латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, хорошо свариваются и соединяются с помощью различных припоев.

Выпускают латуни в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготавливают, например, радиаторные трубки, снарядные гильзы, трубопроводы, а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и т.п.).

Латуни обозначаются буквой Л (латунь) и числом, показывающим среднее содержание меди в процентах. Например, в латуни Л85 содержится 85% меди и 15% цинка. В марках латуней сложного состава имеются буквы, указывающие на содержание соответствующих легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозначают буквой А, олово – О, свинец – С, железо – Ж, марганец –Мц, никель – Н, кремний – К. Например, в латуни ЛАН59-3-2 содержится в среднем 59% меди, 3% алюминия и 2% никеля (остальное цинк).

Двойные латуни марок Л96 и Л90, имеющие наибольшую массовую долю меди (88…97%), называются томпаками. Томпак Л90, например, имеет высокую коррозионную стойкость, обладает достаточно хорошими литейными и механическими свойствами, имеет хорошую свариваемость со сталью. Латуни, имеющие массовую долю меди 79…86%, называются полутомпаками (марки Л85, Л80). Они несколько дешевле томпаков, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Бронзами называют сплавы на основе меди с добавками олова, алюминия, свинца, кремния, бериллия и других элементов. В состав бронз может входить и цинк, при этом он не является основной добавкой.

Маркируют бронзы буквами Бр. Далее следуют буквы и цифры, показывающие содержание легирующих элементов, а содержание меди определяется как разность от 100%. Например, в бронзе марки Бр.АЖН10-4-4 содержится в среднем 10% алюминия, 4% железа, 4% никеля и остальное медь (82%). Элементы обозначаются так же, как и в латунях.

Бронзы обладают хорошими литейными свойствами, их усадка при литье почти в 3 раза меньше, чем у стальных отливок. Некоторые бронзы имеют достаточную пластичность и могут обрабатываться давлением. В отличие от латуней все бронзы хорошо обрабатываются резанием. Большинство бронз обладает хорошей коррозионной стойкостью. Многие бронзы имеют хорошие антифрикционные свойства, поэтому используются как подшипниковые материалы.

Бронзы получают название по основным элементам, входящим в их состав. Важнейшими являются оловянистые, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые и никелевые. Одной из давно известных человечеству бронз является оловянистая. Она обладает высокими литейными и антифрикционными свойствами, поэтому используется в основном для художественного литья и как подшипниковый материал в узлах трения машин и механизмов. Однако эта бронза сравнительно дорогая из-за высокой дефицитности и стоимости олова, содержание которого обычно не превышает 3…6%.

Для удешевления в большинство промышленных бронз вводят свинец, цинк, алюминий и другие элементы. Добавки свинца снижают стоимость оловянистых бронз и улучшают их обрабатываемость резанием. Однако механические свойства при этом снижаются.

Алюминиевые бронзы характеризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, имеют высокие механические свойства. Однако эти сплавы имеют достаточно высокую литейную усадку (2,3%). Кроме того, у некоторых алюминиевых бронз недостаточно высокая коррозионная стойкость.

Бериллиевые бронзы обладают комплексом уникальных свойств, отличающих от других сплавов на основе меди. Эти бронзы имеют высокую химическую стойкость, упругость, износоустойчивость. После термической обработки они приобретают высокую прочность и твердость. Бериллиевые бронзы хорошо свариваются, обрабатываются резанием и подвергаются горячей обработке давлением.

Из этих бронз изготавливают такие детали точного приборостроения, как пружины, мембраны, пружинящие элементы электронных устройств, а также детали, работающие на истирание.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния. Они характеризуются хорошими механическими свойствами, высокой упругостью и выносливостью, успешно поддаются обработке литьем и давлением в горячем состоянии. Во многих случаях они успешно заменяют оловянистые бронзы при изготовлении деталей подшипниковых узлов.

Сплавы меди с никелем и другими легирующими элементами называют мельхиорами. Эти сплавы представляют собой по существу бронзы особого вида. Принцип маркировки таких сплавов аналогичен, как и для латуней и бронз. Например, мельхиор МНЖМц30-1-1 содержит около 30% никеля, до 1% железа и марганца, остальное – медь. Эти сплавы используют для изготовления монет, столовой посуды, деталей точной механики и др.

Медные сплавы с повышенным электрическим сопротивлением называют константанами. Такие сплавы (например, МНМц40-1,5) используют для изготовления катушек сопротивления, реостатов, термопар, а также нагревательных элементов электрических приборов и печей.

14. Латуни: классификация, свойства, маркировка.

Латунь

Латунь - сплав меди с цинком (от 5 до 45%). Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20–36% Zn – желтой. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка  превышает 45%.

Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств, приводит к снижению стоимости - латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Латунь - двойной и многокомпонентный медный сплав, с основным легирующим элементом - цинком. По сравнению с медью обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах. Латуни разделяют на литейные и деформируемые. Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями.

Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди. Латунь, содержащая более 20% цинка, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере (особенно, если присутствуют следы аммиака). Этот эффект часто называют «сезонное растрескивание». Наиболее заметен он в деформированных изделиях, поскольку коррозия распространяется по границам зерен. Для устранения этого явления после деформации латунь подвергают отжигу при 240 - 260 (°C).

Латуни обладают высокими технологическими свойствами и применяются в производстве различных мелких деталей, особенно там, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Из них получают хорошие отливки, так как латунь обладают хорошей текучестью и малой склонностью к ликвации. Латуни легко поддаются пластической деформации - основное их количество идет на изготовление катанных полуфабрикатов - листов, полос, лент, проволоки и разных профилей.

Обычно латуни делят на:

двухкомпонентные латуни («Простые»), состоящие только из меди, цинка и, в незначительных количествах, примесей.

Для двухкомпонентной латуни особое значение имеет фазовый состав сплава. Предел растворимости цинка в меди при комнатной температуре равен 39%. При повышении температуры он снижается и при 905 °C становится равным 32%. По этой причине латуни, содержащие цинка менее 39%, имеют однофазную структуру (a-фаза) твердого раствора цинка в меди. Их называют а-латунями. Если в расплав ввести больше цинка, то он не сможет полностью раствориться в меди, и после затвердевания возникнет вторая фаза – (b-фаза). b-фаза очень хрупка и тверда, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

При увеличении концентрации цинка до 30% возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения твердого раствора, затем происходит резкое ее понижение, так как в структуре сплава появляется хрупкая b-фаза. Прочность увеличивается до концентрации цинка около 45%, а затем уменьшается так же резко, как и пластичность.

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале 300 - 700 (°C) существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют.

Особенностью обработки латуней давлением является то, что для обработки в холодном состоянии (тонкие листы, проволока, калиброванные профили) используют a-латунь с содержанием цинка до 32%, так как она при комнатной температуре имеет высокую пластичность и малую прочность. При повышении температуры до 300-700 °C ее пластичность уменьшается, поэтому в горячем состоянии ее не обрабатывают. Для этой цели используют или b-латунь с большим содержанием цинка (до 39%), способную переходить при нагреве в двухфазное состояние a+b, либо (a+b)-латунь.

Марка латуни составляется из буквы «Л», указывающей тип сплава - латунь, и двузначной цифры, характеризующей среднее содержание меди. Например, марка Л80 - латунь, содержащая 80% Cu и 20% Zn.

многокомпонентные латуни («Специальные»)– кроме меди и цинка присутствуют дополнительные легирующие элементы

Количество марок многокомпонентных латуней больше, чем двухкомпонентных. Наименование специальной латуни отражает ее состав. Так, если она легирована железом и марганцем, то ее называют «Железомарганцевой», если алюминием – «Алюминиевой» и т.д.

Марку этих латуней составляют следующим образом: первой, как в простых латунях, ставится буква Л, вслед за ней - ряд букв, указывающих, какие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь; затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах, а последующие - каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала идет тот элемент, которого больше, а далее по нисходящей. Содержание цинка пределяется по разности от 100%. Например, марка ЛАЖМц66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66% Cu, 6%A l, 3% Fe и 2% Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23%.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях являются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-разному влияют на свойства латуней.

Марганец повышает прочность и коррозионную стойкость, особенно в сочетании с алюминием, оловом и железом. Олово повышает прочность и сильно повышает сопротивление коррозии в морской воде. Латуни, содержащие олово, часто называют морскими латунями. Никель повышает прочность и коррозионную стойкость в различных средах. Свинец ухудшает механические свойства, но улучшает обрабатываемость резанием. Им легируют (1-2%) латуни, которые подвергаются механической обработке на станках-автоматах. Поэтому эти латуни называют автоматными. Кремний ухудшает твердость, прочность. При совместном легировании кремнием и свинцом повышаются антифрикционные свойства латуни и она может служить заменителем более дорогих, например оловянных бронз, применяющихся в подшипниках скольжения.

Латуни по сравнению с бронзой обладают менее высокими прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах.

Двойные деформируемые латуни

Л96 Радиаторные и капиллярные трубки  Л90 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.  Л85 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.  Л80 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.  Л70 Гильзы химической аппаратуры  Л68 Штампованные изделия  Л63 Гайки, болты, детали автомобилей, конденсаторные трубы  Л60 Толстостенные патрубки, гайки, детали машин

Многокомпонентные деформируемые латуни

ЛА77-2 Конденсаторные трубы морских судов  ЛАЖ60-1-1 Детали морских судов  ЛАН59-3-2 Детали химической аппаратуры, электромашин, морских судов  ЛЖМа59-1-1 Вкладыши подшипников, детали самолетов, морских судов  ЛН65-5 Манометрические и конденсаторные трубки  ЛМц58- 2 Гайки, болты, арматура, детали машин  ЛМцА57- 3-1 Детали морских и речных судов  Л090-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры  Л070-1 То же  Л062-1 То же  Л060-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры  ЛС63-3 Детали часов, втулки  ЛС74-3 То же  ЛС64-2 Полиграфические матрицы  ЛС60-1 Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки  ЛС59-1  ЛС59-1В То же  ЛЖС58-1-1 Детали, изготовляемые резанием  ЛК80-3 Коррозионностойкие детали машин  ЛМш68-0,05 Конденсаторные трубы  ЛАМш77-2-0,05 То же  ЛОМш70-1-0,05 То же  ЛАНКМц75- 2- 2,5- 0,5- 0,5 Пружины, манометрические трубы

Литейные латуни

ЛЦ16К4 Детали арматуры  ЛЦ23А6ЖЗМц2 Массивные червячные винты, гайки нажимных винтов  ЛЦЗОАЗ Коррозионно-стойкие детали  ЛЦ40С Литые детали арматуры, втулки, сепараторы, подшипники  ЛЦ40МцЗЖ Детали ответственного назначения, работающие при температуре до 300 °С  ЛЦ25С2 Штуцера гидросистемы автомобилей

Латуни обладают сравнительно высокими механическими свойствами и удовлетворительной коррозионной устойчивостью и, будучи наиболее дешевыми из медных сплавов, имеют широкое распространение во многих отраслях машиностроения.

Латунь подразделяют на двойные и многокомпонентные. Двойные медно цинковые сплавы - простые или двойные латуни, многокомпонентные - специальные латуни. Двойные латуни, содержащие 88 - 97% меди, называют томпаком, а содержащие 79 - 80% меди - полутомпаком. Название специальных латуней дается по дополнительному легирующему элементу (кроме цинка), например, латунь, содержащую, кроме цинка, алюминий, называют алюминиевой латунью и т.п. По технологическому принципу различают деформируемые и литейные латуни.

Полуфабрикаты из деформируемых латуней изготовляют в следующих состояниях: мягкое (отожженные), полутвердое (обжатие 10-30%), твердое (обжатие более 30%) и особотвердое (обжатие боле 50%). Литейные латуни выплавляют как из первичных, так и из вторичных металлов (вторичные латуни).

В качестве дополнительных легирующих добавок в специальные латуни вводят алюминий, кремний, олово, никель, марганец, железо и свинец. Указанные добавки (кроме свинца) повышают коррозионную стойкость, прочность, жидкотекучесть, измельчают зерно латуни; свинец сильно улучшает обрабатываемость резанием.

Латуни, содержащие более 20% цинка, в деформированном состоянии склонны к коррозионному ( самопроизвольному) растеканию при хранении. Для предупреждения растекания изделия, изготовленные из латуни, следует подвергать низкотемпературному отжигу при 250 - 300 °С.

Химический состав и назначение латуней, физические и механические свойства, виды полуфабрикатов приводятся в следующих таблицах:

Марки обозначаются следующим образом. Первые буквы в марке означают: Л - латунь и Бр. - бронза. Буквы, следующие за буквой  Л в латуни или Бр. в бронзе, означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор.

Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.

В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают содержание основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов. Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие присутствие в сплаве того или иного элемента.

18. Литейные свойства металлов и сплавов: жидкотекучесть, усадка, ликвация.

Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. К основным литейным свойствам сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию.

Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести сплавы заполняют все элементы литейной формы. Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так , песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).

Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки. Различают объемную и линейнуюусадку.

В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки. Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники.

Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок, поэтому она учитывается при разработке технологии литья и изготовления модельной оснастки. Линейная усадка составляет: для серого чугуна – 0,8…1,3 %; для углеродистых сталей – 2…2,4 %; для алюминиевых сплавов – 0,9…1,45 %; для медных сплавов – 1,4…2,3 %.

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.

Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвация образуется в процессе затвердевания отливки, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. В сталях и чугунах заметно ликвируют сера, фосфор и углерод.

Различают ликвацию зональную, когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, когда химическая неоднородность наблюдается в каждом зерне.

36. Процессы плавления и кристаллизации металла сварочной ванны.

Кристаллизация - это процесс образования зерен (кристаллитов) металла при его охлаждении. Кристаллитом называют кристалл неправильной формы. Возникновение и рост кристаллитов при переходе металла из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией. Преобразование первичных кристаллитов при охлаждении затвердевшего металла, структурные превращения в нем, называют вторичной кристаллизацией.