- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
4.5 Медь и ее сплавы
4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
Медь – металл без полиморфных превращений с кристаллической ГЦК решеткой. Температура плавления составляет 1083оС. При нагревании полиморфные превращения в меди отсутствуют. Плотность меди составляет 8940кг/м3.
Медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. По электрической проводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Медь обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, едких щелочах, органических кислотах и других агрессивных средах, но взаимодействует с аммиаком и сернистыми газами.
Медь хорошо прокатывается в тонкие листы и ленту Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность и электрическую проводимость. При пластической деформации возникает текстура, вызывающая анизотропию механических свойств меди. Отжиг для снятия наклепа проводят при 550 – 600°С в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве.
К недостаткам меди относятся: невысокая прочность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.
В зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Сu), М0 (99,97% Сu), M1 (99,9% Сu), М2 (99,7% Сu), М3 (99,5% Сu).
Наиболее часто встречающиеся в меди элементы подразделяют на три группы.
К первой группе относятся растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Sn, Zn, которые повышают прочность и твердость меди и используются для легирования сплавов на медной основе. Эти примеси резко снижают электропроводимость и теплопроводность меди.
Вторую группу составляют нерастворимые в меди элементы РЬ и Bi, которые ухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие эвтектики (соответственно, при 326 и 270°С), располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость сплавов.
Нерастворимые элементы О, S, Se, Те присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз (например, Сu2О, Сu2S). Они составляют третью группу элементов и образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления, не вызывающих красноломкости. Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную болезнь», которая может привести к разрушению металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей.
Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в меди, – Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Высокая пластичность – отличительная особенность медных сплавов. Относительное удлинение некоторых однофазных сплавов достигает 65%. По прочности медные сплавы уступают сталям. Временное сопротивление большинства сплавов меди лежит в интервале 300...500 МПа, что соответствует свойствам низкоуглеродистых нелегированных сталей в нормализованном состоянии. И только у наиболее прочных бериллиевых бронз после закалки и старения предел прочности составляет 1100...1200 МПа и соответствует уровню прочности среднеуглеродистых легированных сталей, подвергнутых термическому улучшению.
Медные сплавы подразделяются на две основные группы: латуни и бронзы.
Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых деталей. В медных сплавах алюминий обозначают буквой А, бериллий – Б, железо – Ж, кремний – К, магний – Мг, никель – Н, олово – О, свинец – С, фосфор – Ф, цинк – Ц, цирконий – Цр, хром – X; марганец – Мц.
Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих, кроме меди и цинка, других элементов, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие на содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь Л68 содержит 68% Сu, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59% Сu, 3% А1; 2% Ni (остальное Zn). В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% Zn, 3% Mn и 1% Al.
Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозначают буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В марках деформируемых бронз сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие на их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% А1, 4% Fe, остальное – Сu. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb, остальное – Сu.