ЛЕКЦІЇ Матеріалознавство / Матеріалознавство лекції 11-14 / ЛЕКЦІЯ Тема1 3

3

Тема 13. Кольорові метали та їх сплави

План

1. Латуні.

2. Бронзи.

3. Сплави міді з нікелем.

4. Алюміній і сплави.

5. Титанові сплави.

6.Магнієві сплави.

• 1–

Мідь Т_пл = 1038 °С з ГЦК решіткою одержують і з збагаченої до 11...35 % Сu руди за допомогою технологічних операцій: 1) обпалювання при 600...850 °С,щоб зменшити вміст сірки; 2) плавлення 1300... 1500 °С на штейн (сплав сульфідів Cu₂S і Fe); 3) переплавка штейна в конверторі 950... 1050 °С на чорнову мідь, 1...2 % домішок (Fe, Zn, Ni, As); 4) рафінування.

Сумарна кількість домішок у марці М006 – 0,01 %, М3 – 0,5%.

Як конструкційний матеріал використовують сплави з оловом, цинком, алюмінієм, кремнієм, марганцем.

За хімічним складом сплави міді груп: латуні, бронзи, сплави міді з нікелем.

Латуні – це сплави міді з цинком (до 45 %) та 7...9 % інших легуючих елементів.

Маркують Л, цифра вміст міді у % (сплав Л62 62 % Си і 38 % Zn). Якщо є інші елементи, пишуть початкові літери елементів (О – олово, С – свинець, Ж – залізо, Ф – фосфор). Наприклад, сплав ЛАЖ60-1-1 60 % Сu, 1 % А1, 1 % Fe і 38 % Zn.

За вмістом Zn і структурою на: 1) однофазні α-латуні (до 39 % Zn); 2) двофазні α + β-латуні (більше 39 % Zn). Крихка β - фаза – твердий розчин на основі сполуки CuZn з ОЦК-граткою.

Однофазні: Л62, Л68, Л80 пластичні. Л62, Л68 – гільзи патронів, дріт, фольгу. Л80 (томпак) ювелірні і декоративні вироби.

Двофазні малопластичні, методом лиття: арматуру, втулки (ЛС59-1Л); антифрикційні деталі (ЛМц58-2-2); корозійностійкі деталі (ЛАб7-2,5); гребні гвинти, арматуру (ЛМцЖ55-3-1).

• 2–

Бронзи – сплави міді з оловом, алюмінієм, марганцем, кремнієм, берилієм, свинцем. За основним легуючим елементом: олов'янисті, алюмінієві, берилієві.

Маркують Бр, елементи: О – олово, Ц – цинк, А – алюміній, С – свинець, Ж – залізо, Мц – марганець, Б – берилій. Цифри середній вміст елементів у процентах (мідь не вказують). БрОЦ4-3 –4 % олова і 3 % цинку, решта – мідь; БрОЦС5-5-5 – олова, цинку і свинцю по 5 %, решта – мідь.

Олов'янисті (БрО3, БрО6, БрОС25-8), за вмістом олова і фазового стану: однофазні (до 5 % Sn) із структурою а-твердого розчину і двофазні (більше 5 % Sn) із структурою з α-твердого розчину і евтектоїду (α+ Cu₃₁Sn₈).

Однофазні виготовляють фольгу, дріт, прутки.

Двофазні з вмістом олова до 15...20 % ливарні матеріали для фасонних виливків.

Олов'янисті типу БрОЦНЗ-7-5 для арматури; БрОЦС5-5-5 – для антифрикційних деталей, арматури.

Алюмінієві (4... 11 % А1) корозійно стійкі (БрАЖ9-4, БрАЖН 10-4-4, БрКМцЗ-1, БрСЗО). Однофазні (α-твердий розчин) з вмістом алюмінію до 8...9 % обробляються тиском у гарячому і холодному стані. Двофазні (α-твердий розчин + Сu₂А1) з А1 9...11 % більшої міцності обробляються тиском у гарячому стані.

У двофазних гартуванням 900...950 °С з відпуском утворюється орієнтована голчаста структура. Виготовляють арматуру трубопроводів (БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л); підшипники ковзання (БрАМц10-2); шестерні (БрАЖМц10-3-1,5).

Марганцеві (БрМц5 БрМцС20-5) високопластичні, жароміцні: для теплоелектростанцій, котли, вентилі, засувки, арматуру.

Берилієві 2...2,5 % Be (БрБ2) властивості: висока хімічна стійкість, високий поріг пружності: пружні контакти, пружини.

Кремнієві 1...3 % Si (БрКН1-3, БрКМц3-1) замінники олов'янистих – високі ливарні властивості, корозійна стійкість, гаряча обробка тиском і різанням: прутки, смуги, вироби, до 500 °С.

Свинцева (БрС30): антифрикційний матеріал.

• 3–

Сплави з нікелем (основний легуючий елемент Ni).

Куналі (Сu –Ni – А1) 6... 13 % Ni, 1,5...З % А1, решта – мідь: пружини.

Нейзилъбери (Сu – Ni – Zn) до 15 % Ni, до 20 % Zn, решта – мідь: приладобудування, годинники.

Мельхіори (Сu – Ni + до 1 % Fe і Мn): теплообмінні апарати, посуд, декоративні вироби.

Копель (Сu – Ni – Мn) 45 % Ni, 0,5 % Мn, решта – мідь. високий питомий електроопір: електронагрівальні елементи.

Манганін (Сu – Ni – Мn) – МНМц3-12: реостатний сплав в електротехніці. Те ж застосування константану.

Константан (Сu – Ni - Мn) - 40...43 % Ni, 0,5...1,5 % Мn, решта – мідь (МНМц40-1,5).

• 4–

Т_пл = 660...667 °С. обробляється тиском, погано різанням. Як конструкційний матеріал не застосовують.

За вмістом домішок марки: А999 (0,001 % домішок), А995 (0,005 % домішок), А99 (0,010 % домішок), А97, А95.

За технологією виготовлення заготовок сплави груп:

• деформівні; • ливарні; • спечені.

Деформівні

Термічно незміцнювані: 1)технічний алюміній (АД, АД1, АД0), 2) сплави з марганцем (АМц); 3)сплави з магнієм і марганцем (АМг). За станом поставки листа (0,5... 10 мм) у позначенні марки сплаву додають літери: у відпаленому стані М – м'які (АМгМ), при незначному наклепуванні – П (АМгП), при значному – Н (АМгН).

Малонавантажені деталі зварювальних і клепаних конструкцій, деталі глибокої витяжки зі сплавів типу АМцН, АМг2М, АМг3М. Деталі середнього навантаження – АМг5М, АМг6М.

З АМц і АМг лист, прутки, дріт.

Термічно зміцнювані за хімічним складом і властивостями:

• підвищеної пластичності АВ, АД31, АД33 (на основі системи А1 – Mg – Si);

• (А1 –Сu –Mg) – дюралюміни марок Д1,Д16,Д18,В65;

• ковочні (А1 – Mg – Si – Сu): АК6, АК8;

• високоміцні (А1 – Zn –Mg – Сu): В95, В96;

• жароміцні систем (Al – Сu – Mg): АК4-1 та (А1 - Сu - Мn) Д20.

Сплави підвищеної пластичності – авіалі (АВ, АД31, АД33) – 0,4...1,2 % Mg, 0,3...1,2 % Si, 0,15...0,35 % Мn. Зі АВ, АД3: листи, труби,профілі, деталі двигунів, лопаті гвинтів вертольотів.

Дюралюміни маркують Д, цифра, умовний номер сплаву. Деталі середньої міцності зі сплавів Д1, Д1А . Дюралюміни виробляють у вигляді листа, пресованих і катаних профілів, прутків, труб. Сплави Д18 і В65 заклепочні сплави. Найбільш застосовуються в авіаційній промисловості і будівництві.

Алюмінієві сплави, придатні для кування (ковочнї), АК системи А1 – Cu – Mg – Si. АК6 і АК8 після гартування і старіння: штамповані і ковані деталі складної форми (АК6) – рами, кріпильні деталі, високонавантажені штамповані деталі (АК8): пояси лонжеронів, лопаті гвинтів вертольотів.

Високоміцні сплави (В95, В96) крім міді і магнію містять цинк (5...8,6 %). В95 і В96 у літакобудуванні.

Жароміцні сплави для експлуатації до 300 °С (поршні, головки циліндрів,обшивка літаків). сплави АК4-1 системи А1 – Сu – Mg – Si з добавками заліза і нікелю; Д20 системи А1 – Сu – Мn з добавками титану і цирконію.

Ливарні

Для виготовлення фасонних виливків АЛ марок АЛ1 …АЛ33. А сплав алюмінієвий, літера Л – ливарний, цифра – порядковий номер сплаву.

За хімічним складом групи: алюміній з кремнієм (АЛ2, АЛ4, АЛ9); алюміній з магнієм (АЛ8, АЛ13, АЛ22).

Типові сплави системи А1 – Si (10...13 % Si)– силуміни. Розчинність Si в А1 мала (0,8 % при 500 °С; 0,05 % при 20 °С), тому сплави з А1 і Si, не зміцнюються термічною обробкою і в системі А1 – Si є сплави, що частково або повністю складаються з евтектики. Для поліпшення механічних властивостей силуміни з вмістом кремнію більше 5 % модифікують натрієм: 1...3 % від маси розплаву додають солі натрію (2/3 NaF + 1/3 NaCl). Структура немодифікованих сплавів з голчастих кристалів Si і евтектики (α + Si), після модифікування – α-розчин і евтектика (α + Si): деталі при невеликих (АЛ2), середніх (АЛ4) і вібраційних (АЛ8) навантаженнях, при 150... 170 °С (АЛ1, ОВ).

Спечені алюмінієві порошкові (САП) сплави на основі А1 і А1₂0₃ брикетуванням порошку алюмінію, вакуумної дегазації брикетів і спікання під тиском. А1₂0₃ від 6...9 % (САП1) до 18...22 % (САП4).

• 5–

Титан Т_пл = 1672 °С, корозійно стійкий. Механічні властивості технічно чистого титану (марки ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-1) на рівні конструкційних сталей. виготовляють катані і пресовані труби, лист, дріт, поковки. Важко обробляється різанням.

Титан поліморфний метал, що існує у двох алотропічних модифікаціях – а і р. Температура поліморфного перетворення 882,5 °С. Нижче температури ГЦК-гратка, вище – ОЦК. Легуючі елементи, утворюючи з титаном тверді розчини заміщення, змінюють температуру поліморфного перетворення α ↔ β.

За структурою у рівноважному стані: α-сплави (однофазні) і β -сплави (двофазні). сплави зі структурою α + β ВТ5 (4,5...5 % А1; 3,5...4,5 % V), ВТ8 (5,8...6,8 % А1; 2,8...3,8 % Мо). За технологією обробки: ливарні і деформівні.

За міцністю групи:

• низької σ_в = 300...700 МПа (ВТ1);

• середньої σ_в = 700...1000 МПа (ВТЗ, ВТ4, ВТ5);

• високої σ_в >1000 МПа (ВТ6, ВТ14, ВТ15).

Для лиття ВТ5, ВТ14, з літерою Л (ВТ5Л, ВТ14Л): в авіації, хімічній промисловості, суднобудуванні.

• 6–

Магній Т_пл =650 °С. Використовується у вигляді сплавів із А1, Zn, Mn, Zr. Поділяють на: • деформівні; • ливарні.

Деформівні для виготовлення напівфабрикатів (пруток, лист, профіль) обробкою тиском. маркують МА і цифрами (MA1, MA2-1, МА14) порядковий номер сплаву.

Сплав МА1 (1,3...2,5 % Мn) має пластичність, зварюваність і корозійну стійкість. Сплав МА2-1 належить до системи Mg – А1 – Zn піддається видам листового штампування і прокатування. З деформованих МА деталі літаків, автомобілів і ткацьких верстатів.

Ливарні маркують МЛ і цифрами порядковий номер сплаву (МЛ5, МЛ6, МЛ-10, МЛ-12). сплави МЛ5 і МЛ6 системи Mg – А1 – Zn. МЛ5 (7,5...9 % А1; 0,2...0,8 % Zn; 0,15...0,5 % Мn). МЛ для високонавантажених деталей авіаційної промисловості (картери, корпуси приладів, форми шасі). Через низьку корозійну стійкість вироби піддають оксидуванню з нанесенням лакофарбових покриттів.