Кольорові метали

11

		Очень хорошо деформируется в холодном состоянии, особенно
Л96		волочением; не подвержена коррозионного растрескивания;
		пригодна для ковки, чеканки, эмалирование.
ЛАЖ60-1-1		Для изделий высокой прочности и износостойкости;
		нечувствительных к коррозии; горячо деформируются.
ЛМц58-2	Высокая прочность, коррозионная стойкость; пригодна для пайки
ЛО70-1		Для изделий высокой коррозионной и эрозионной
		стойкости
				Специальная литейная латунь
Марки				Сферы применения
		Для изготовления сложных по конфигурации деталей приборов и
ЛЦ16К4		арматуры, работающих при температурах до 250 ° С и
		подвергаются гидровоздушной нагрузкой; деталей, работающих в
		морской воде (при обеспечении протекторной защиты)
ЛЦ40АЖ		Арматура, втулки, подшипники скольжения.
		Для изготовления несложных по конфигурации деталей
ЛЦ40МцЗЖ		ответственного назначения и арматуры морского судостроения,
		работающих при температурах до 300 ° С; массивных деталей,
		гребных винтов и их лопастей для тропиков
		Для литья под давлением арматуры (втулки, тройники,
ЛЦ40СД		переходники), сепараторов подшипников скольжения, работающих
		в пресной воде или на воздухе.
				Припои
Марки				Сферы применения
ПМЦ36			Для пайки латуни, содержащей до 68 % меди.
ПМІД48			Для пайки медных сплавов, содержащих медь более 68%.
ПМЦ54			Для пайки меди, томпака, бронзы и стали.
				Никель
Марки				Сферы применения
Н0, Н1, Н2,				Для легирования сталей и производства сплавов.
Н3, Н4.
НМц5				Для свечей автомобильных, авиационных и тракторных
				двигателей
НХ9				Для компенсационных проводов.
НХК				Для изготовления проволоки.

12

4 Алюминий и его сплавы

Алюминий обладает малой плотностью (р=2,7г/см3), высокой электро- и теплопроводностью, немагнитен. Он имеет высокую коррозионную стойкость в различных средах (пар, топливо, масло, азотная и серная кислоты, пресная вода) вследствие очень прочной пленки оксида алюминия, которая покрывает металл, защищая его от проникновения кислорода. Алюминий хорошо обрабатывается давлением, но имеет низкие литейные свойства.

Промышленность выпускает тринадцать марок технического алюминия,

которые делятся на три группы: алюминий особой чистоты (А999); алюминий высокой чистоты (А995, А99, А97, А95); алюминий технической чистоты

(А85, А8, А7, А6, А5, АО, А, АЕ).)

В марках буква А обозначает алюминий, а цифры — степень чистоты металла. Алюминий марки А999 содержит не менее 99,999 % алюминия, марок А995, А99, А97, и А95 — соответственно 99,995; 99,99; 99,97 и 99,95 %; марок А85, А8, А7, А6, А5, АО, А и АЕ — соответственно 99,85; 99,8; 99,7; 99,6; 99,5; 99; 99 и 99,5 %. Основные примеси алюминия – железо и кремний – повышают прочность, но снижают пластичность.

Алюминий особой и высокой чистоты применяют в электропромышленности для изготовления шин, кабелей и проводов, а также электрических конденсаторов, химической аппаратуры, фольги и т. п. В настоящее время многие медные токопроводящие детали заменяют более дешевыми алюминиевыми.

Из технически чистого алюминия делают посуду и другие изделия широкого потребления. В авиационной промышленности его используют для изготовления труб, в металлургической – в качестве раскислителей при производстве стали, для насыщения поверхностных слоев стальных деталей (алитирование) с целью повышения их жаростойкости, в судостроении – в виде фольги, служащей для теплоизоляции и в других целях.

Основное количество алюминия технической чистоты расходуется на производство алюминиевых сплавов, которые вследствие таких свойств, как малая плотность, высокая прочность и коррозионная стойкость, немагнитность, малая склонность к хрупким разрушениям, сохранение механических свойств при низких температурах, высокие технологические свойства и т. д., находят все большее распространение в промышленности.

В судостроении из алюминиевых сплавов изготовляют корпуса судов на подводных крыльях надстройки, рубки, мачты, грузовые стрелы, шлюпбалки, иллюминаторы, дельные вещи, металлическую мебель, труби и арматуру систем вентиляции, корпуса катеров и шлюпок, зашивку помещений, легкие двери.

Алюминиевые сплавы применяют часто вместо, стали, что позволяет снизить массу конструкций до 50 %, повысить их долговечность, уменьшить осадку судна, снизить потребную мощность главных двигателей и одновременно повысить скорость движения судна, сделать корпуса судов немагнитными, увеличить стойкость, повысить грузоподъемность и т. д.

13

В зависимости от химического состава и способа изготовления алюминиевые сплавы делят на деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы. Они содержат, кроме алюминия, марганец, магний, медь и другие элементы. Эти сплавы, составляющие основную массу всех применяемых в промышленности алюминиевых сплавов, хорошо поддаются обработке давлением (ковке, штамповке, прокатке и т. п.).

В зависимости от содержания основного (кроме алюминия) элемента деформируемые алюминиевые сплавы делят на следующие группы: алюминиево-

марганцевые (АМц); алюминиево-магниевые (АМг); алюминиево-медистые, или

дюралюмин (Д). Цифры в марке обозначают условный порядковый номер сплава. В зависимости от предела прочности все деформируемые алюминиевые

сплавы разделяют на сплавы

–низкой прочности (σв< 300 МПа);

–средней (σв=300...450 МПа);

–высокой (σв> 450 МПа).

Сплавы высокой прочности маркируют дополнительно буквой В, а сплавы, предназначенные для ковки и штамповки – буквами АК.

В марку сплавов, кроме основных обозначений, вводят буквы и цифры, указывающие состояние поставки или вид термической обработки:

Н – нагартованное состояние (горячая прокатка, отжиг, холодная прокатка, отжиг и холодная прокатка);

П – полунагартованное состояние (горячая прокатка, отжиг, холодная прокатка, отжиг частичный);.

ГК— горячекатанные полуфабрикаты; М — отожженные сплавы;

Т — сплавы, прошедшие закалку и естественное старение; Т1 — сплавы, прошедшие закалку и искусственное старение.

Большинство деформируемых алюминиевых сплавов плакируют чистым алюминием. Плакирование бывает технологическое, нормальное и утолщенное.

Технологическое плакирование выполняют для предотвращения появления поверхностных трещин в листах при прокате. После технологического плакирования лист обозначается буквой В, толщина плакирующего слоя с каждой стороны листа составляет 1,5 % его толщины.

Нормальное и утолщенное плакирование производят для предохранения сплавов от коррозии или улучшения внешнего вида изделий. Лист после нормального плакирования обозначают буквой Н. Толщина плакирующего слоя равна 2 – 4 % толщины листа и 4 – 8 % при утолщенном плакировании (его обозначают буквой У).

Деформируемые алюминиевые сплавы в зависимости от возможности их технического упрочнения делят на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся алюминиево-марганцевые (АМц) и алюминиево-магниевые (АМг). Они имеют

14

высокую пластичность и повышенную сопротивляемость коррозии, хорошо свариваются и штампуются, но обладают низкой прочностью. Из них составляют коррозионно-стойкие детали, сварные изделия, трубы, заклепки, штампованные детали и т. д.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относится дюралюмин

(Д). Максимальную прочность он приобретает после закалки. Дюралюмин широко применяют в промышленности, особенно в самолетостроении; из него изготовляют листовые конструкции, трубы, лопасти воздушных винтов и т. д. Однако дюралюминовые сплавы имеют низкую коррозионную стойкость и не поддаются сварке.

Недостатком алюминиевых сплавов является повышенная по сравнению со сталью способность деформироваться при сварке, что вызывается более высоким, чем у стали; коэффициентом линейного расширения.

Недостатком следует считать также то, что при нагреве эти сплавы не меняют цвета, поэтому во время сварки и правки конструкций нагревом газовой горелкой могут произойти прожоги. При соединении алюминиевых сплавов со сталью возникает контактная коррозия. Для предотвращения этого явления между соединяемыми поверхностями ставят изолирующие прокладки из резины, тиоколовой ленты и других материалов. При клепке этих соединений заклепки берутся из того материала, который соприкасается с агрессивной средой.

Литейные алюминиевые сплавы. Они предназначены для изготовления изделий методом литья. Их маркируют, буквами АЛ, которые обозначают «алюминиевый сплав литейный», и цифрами, которые обозначают номер сплава. Буква В в конце марки, показывает, что это вторичный сплав, изготовленный из лома и отходов.

В зависимости от содержания основных элементов различают три главные группы сплавов: алюминия с кремнием (силумины); алюминия с магнием (магналии); алюминия с медью.

Наибольшее распространение получили силумины. Простые силумины (АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др.) содержат до 13 % кремния, а сложные (АЛЗ, АЛ5„АЛ6 и др.) – до 22 % кремния, а также магний, медь, никель, хром, железо и другие примеси, улучшающие их механические свойства.

Силумины имеют высокую жидкотекучесть и малую усадку, что

.позволяет получать отливки сложной формы. Эти сплавы обладают удовлетворительной прочностью, но низкой пластичностью, плохим сопротивлением ударным нагрузкам и недостаточной коррозионной стойкостью в морской воде. Для повышения механических свойств силумины подвергаются модифицированию, т.е. обработке расплавленного сплава металлическим натрием или смесью солей натрия и калия.

Магналии, содержащие до 11% магния (АЛ8, АЛ 12, АЛИ, АЛ22 и др.) имеют наименьшую плотность из всех алюминиевых литейных сплавов, высокую прочность, пластичность и достаточную коррозионную стойкость. Однако литейные свойства у них более низкие, чем у силуминов.

15

Сплавы алюминия с медью, содержащие не более 15 % меди (АЛ7, АЛ 19 и др.), после термической обработки приобретают высокие механические свойства, но имеют довольно низкие литейные свойства.

В судостроении из литейных алюминиевых сплавов изготовляют детали оборудования, дельные вещи, арматуру, детали, механизмов и двигателей.

		Алюминий и его сплавы
	Марки	Сферы применения
	А999,А995, А99,	Алюминий высокой чистоты, для изготовления шин, кабелей,
	А97, А95	проводов, фольги и т.п.
	АЛ4	Для изготовления деталей средней и большой нагрузки; сплав
		отличается высокой герметичностью.
	АЛ9	Для изготовления фасонных отливок; сплав отличается
		высокой герметичностью.
	АЛ8	Для изготовления фасонных отливок; сплав коррозионно
		стойкий.
	АМц	Для изготовления сварных баков, бензо и маслопроводов,
		радиаторов и т.п; коррозионная стойкость высокая.
		Для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, полос, плит,
	АмгІ	профилей, панелей, труб, проволоки, штамповок и поковок)
		методом горячей или холодной деформации; коррозионная
		стойкость высокая.
	АК4	Для изготовления деталей реактивних двигателей.
	АК6	Для изготовления деталей реактивних двигателей.
	АК8	Для изготовления высоконагруженных деталей самолетов;
		для деталей, работающих в условиях криогенных температур.
	Д1	Для лопастей винтов, узлов креплений, строительных
		конструкций и т.п.
	Д12	Для изготовления полуфабрикатов методом горячей или
		холодной деформации.
	Д 1 6	Для силовых элементов конструкций самолетов, кузовов
	(дуралюминий,	автомобилей, труб и т.п.; для деталей, работающих при
	дюраль)	температурах до -230 °С.
	АЛ2	Для изготовления деталей малой нагрузки; сплав отличается
		высокой герметичностью.
		5 Титан и его сплавы

Титан не магнитен, имеет малую плотность (р = 4,5 г/см3), высокую температуру плавления 1160 °С и пластичность, высокую стойкость против коррозии в пресной и морской воде, а также во многих кислотах. По своим антикоррозионным свойствам титан превосходит цветные металлы (кроме

16

благородных) и легированные стали. При взаимодействии с агрессивной средой на поверхности титана образуется нерастворимая пленка, которая защищает

металл от коррозии.
Титан	удовлетворительно	обрабатывается	давлением	(ковкой,

штамповкой, прессованием, прокаткой), резанием, сваривается электродуговой сваркой в атмосфере защитных газов (аргона или гелия), он обладает низкой электропроводностью, малочувствителен к хрупким разрушениям, при низких

температурах сохраняет механические свойства при нагреве до

400 °С.

Недостатки чистого титана – низкая прочность, высокая чувствительность к надрезу, воспламеняемость и взрывоопасность в пылеобразном состоянии. Тонкая стружка, образующаяся при обработке титана резанием, может самовозгораться в результате нагрева. Пыль, образующаяся в процессе шлифования в воздухе, при определенной концентрации взрывоопасна.

Химическая активность титана при обычной температуре низкая, но с повышением температуры значительно возрастает и становится наивысшей при температуре плавления. Даже в азоте титан может гореть.

В промышленности применяют технический титан марок ВТ 1-00, ВТ1-1, и ВТ 1-2, содержащий от 0,1 до - 0,74 % примесей кислорода, азота, водорода, железа, кремния, никеля и др. Кислород, азот, углерод и водород – вредные примеси. Кислород и азот снижают пластичность, а при низких температурах вызывают хладноломкость титана. Углерод также способствует хладноломкости. Водород повышает чувствительность титана к надрезу и снижает сопротивляемость ударным нагрузкам. Примеси железа, кремния и никеля способствуют улучшению механических свойств титана.

При нагреве прочность титана понижается, а пластичность повышается. При температуре 450 °С он теряет упругие свойства. При охлаждении прочность титана увеличивается, а пластичность понижается; он становится хрупким при температуре -196 °С. При обработке заготовок Давлением в холодном состоянии титан получает упрочнение (наклеп) и теряет пластичность. Наклеп снимают отжигом при температуре нагрева 600 °С.

		Марки технического титана
	Марки	Сферы применения
	ВТ1-00	Слабонагруженные детали сложной конфигурации, работающие
		при температуре от -253 до 150 °С
	ВТ1-1	Для изготовления листов, поковок, штамповок, прутков..
	ВТ1-2	Для изготовления отливок.

6 Антифрикционные сплавы

Наряду с подшипниками качения в машинах широко используют подшипники скольжения, которые составляют трущуюся пару: шейка

17

вращающегося вала – вкладыш подшипника. Поскольку вкладыши подшипников скольжения непосредственно соприкасаются с валами, их изготовляют из сплавов, достаточно пластичных (чтобы легко прирабатывались к поверхности вращающегося вала) и твердых (чтобы служили опорой для вала). Однако твердость не должна быть слишком высокой, чтобы не вызывать быстрого истирания вала. Кроме того, сплавы должны иметь малый коэффициент трения с материалом вращающегося вата, обладать микропористостью для удержания смазки и достаточно низкой температурой плавления, удобной для заливки подшипников. Сплавы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются подшипниковыми

или антифрикционными.

Антифрикционные сплавы имеют пластичную основу, в которой равномерно рассеяны более твердые частицы. При вращении в подшипниках вал опирается на эти твердые частицы, а мягкая основа вкладыша по поверхности соприкосновения с валом изнашивается, в результате чего образуется сеть микроканалов, по которым перемещается смазка. Подшипниковые материалы делят на следующие группы: белые антифрикционные сплавы на основе олова, свинца (баббиты) и алюминия; сплавы на основе меди: чугуны серые, модифицированные и ковкие; порошковые пористые, материалы; пластмассы.

Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор α-сурьмы и меди в олове, а твердыми частицами – соединения SnSb и Cu3Sn, Баббиты Б83 применяют для заливки подшипников особо нагруженных машин. Оловянные баббиты дорогие, поэтому по возможности их заменяют баббитами, состоящими преимущественно из свинца (например, баббит марки Б16).

Другие подшипниковые сплавы. Сплавы алюминия по сравнению с баббитами отличаются меньшей плотностью, большей прочностью и дешевизной. Недостатком является значительная разница в коэффициенте расширения алюминиевых сплавов, и стали.

Наибольшее распространение имеет алюминиево-медный сплав – алъкусин (7,5 – 9,5 % Cu, 1,5 – 2,5 % Si, остальное – алюминий), в котором мягкая основа – твердый раствор кремния и меди в алюминии, а твердые частицы – соединение Cu Аl2. Этот сплав применяют как заменитель баббита марки Б16. Кроме того, применяют алюминиево-никелевые, алюминиево-железные сплавы – силумины, а также сплавы на основе цинка и кадмия.

Оловянные бронзы с 8 % Sn и более применяют как подшипниковые. По структуре они представляют собой основную массу твердого раствора олова в меди (мягкая фаза) и твердые частицы соединения Cu3Sn. Для экономии олово частично заменяется свинцом и цинком.

18

Оловянная бронза марки БрОФ10-1, содержащая 0,8 – 1,2 % Р, – прекрасный антифрикционный сплав. Применяется для ответственных подшипников, так как допускает большие удельные давления.

В качестве антифрикционных сплавов применяют также оловянно-свинцовые и свинцовые бронзы (например, марок БрОС8-12 и БрС-30), причем последние употребляют для заливки подшипников двигателей внутреннего сгорания. В качестве дешевых заменителей металлических материалов для подшипников успешно используют пластифицированную древесину, текстолит и резину.

			Баббиты
Марки			Сферы применения
			начала плавления 230 °С.
			Для изготовления баббитов в чушках, используемых для
		Б88	заливки подшипников скольжения и других деталей;
			температура заливки 380 – 420 °С.
			Для изготовления баббитов в чушках, используемых для
		Б 1 6	заливки подшипников скольжения и других деталей;
			температура заливки 480 – 500 °С; температура начала
			плавления 240 °С
Свинцовые			Для изготовления баббитов в чушках, используемых для
			заливки подшипников скольжения и других деталей;
баббиты		БН
			температура заливки 480 – 500 °С; температура начала
			плавления 240 °С.
			Для изготовления баббитов в чушках, используемых для
		БС6	заливки подшипников скольжения и других деталей;
			температура начала плавления 247 °С.
			Для заливки вкладышей коренных и шатунных
		БК2	подшипников скольжения дизелей и газовых
			двигателей.
Кальциевые			Для подшихтовки сплавов при заливке вкладышей
		БК2Ш	коренных и шатунных подшипников скольжения
баббиты			дизелей и газовых двигателей.
		БКА	Для заливки буксовых подшипников трения для вагонов
			и тендеров железных дорог.

Наибольшее распространение имеет алюминиево-медный сплав алькусин (7,5 – 9,5 % Сu, 1,5 – 2,5% Si, остальное – алюминий), в котором мягкая основа – твердый раствор кремния и меди в алюминии, а твердые частицы – соединение CuАl2. Этот сплав применяют как заменитель баббита марки Б16. Кроме того, применяют алюминиево-никелевые, алюминиево-железные сплавы – силумины, а также сплавы на основе цинка и кадмия.

19

Оловянные бронзы с 8 % Sn и более применяют как подшипниковые. По структуре они представляют собой основную массу твердого раствора олова в меди (мягкая фаза) и твердые частицы соединения Сu3Sn. Для экономии олово частично заменяется свинцом и цинком.

Оловянная бронза марки БрОФ10-1, содержащая 0,8 – 1,2 % Р, – прекрасный антифрикционный сплав. Применяется для ответственных подшипников, так как допускает большие удельные давления.

В качестве антифрикционных сплавов применяют также оловяно-свинцовые и свинцовые бронзы (например, марок БрОС8-12 и БрС-30), причем последние употребляют для заливки подшипников двигателей внутреннего сгорания. В качестве дешевых заменителей металлических материалов для подшипников успешно используют пластифицированную древесину, текстолит и резину.

7 Материалы атомных реакторов

Конструкционные материалы атомных реакторов. В судостроении атомные энергетические установки (АЭУ) находят все большее применение. Их устанавливают на кораблях и транспортных судах (в СССР, например, на ледоколах «Ленин», «Сибирь», «Арктика», и «Россия»).

Основной частью АЭУ является атомный реактор, в котором происходит реакция деления ядерного горючего. Эта реакция сопровождается радиоактивным излучением. Поэтому при постройке корпуса реактора, радиационной защиты и оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), помимо традиционных, применяют специальные материалы, обладающие особыми свойствами: бериллий, цирконий, ванадий, ниобий, тантал и другие.

Бериллий имеет температуру плавления 1284 °С, обладает малой плотностью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Недостаток его – низкая пластичность и сильная токсичность. При повышении температуры пластичность бериллия заметно возрастает, при температуре 200 – 250 °С он переходит из хрупкого состояния в пластическое, а при температуре 850 °С становится красноломким.

Механическая обработка бериллия затруднена. Его сложно сваривать и паять. В результате сварки структура бериллия делается крупнозернистой, сильно понижаются его механические свойства. В настоящее время сварку выполняют в основном электронным лучом.

Лучший способ соединения бериллиевых деталей – пайка. Она может быть высоко- и низкотемпературной и осуществляться в вакууме или инертной среде. В качестве припоев применяют сплав серебра с медью и литием.

Заготовки и простые изделия из бериллия выполняют методом порошковой металлургии. Сперва получают порошок Для этого слиток, изготовленный под вакуумом или в среде инертных газов, превращают в стружку на токарном станке. Станок имеет герметический кожух,

20

предохраняющий стружку от загрязнения и рабочего от токсической бериллиевой пыли. Затем стружку дробят в порошок, из которого прессуют и спекают в электропечах заготовки. Рабочие, находящиеся у печей, должны иметь специальную одежду и маску с наружной подачей воздуха.

Применение бериллия, как конструкционного металла атомных реакторов, вызвано его способностью слабо поглощать нейтроны. Облученный бериллий является одним из лучших источников нейтронов. Он также прекрасный их замедлитель и отражатель, что важно для работы атомных реакторов. В отличие от графита и воды бериллий-замедлитель не захватывает нейтроны, а лишь снижает их скорость до тепловых значений. Как отражатель он значительное количество нейтронов возвращает в рабочую зону и, следовательно, уменьшает критическую массу ядерного горючего, необходимую для поддержания цепной реакции. В этих случаях бериллий помещают между урановыми ТВЭЛ. В реакторах, работающих на тепловых нейтронах при температуре в рабочей зоне 430 – 630 °С, из бериллия изготовляют оболочку урановых ТВЭЛ.

В реакторах, где температура рабочей зоны ниже 430 °С, используют алюминий и магний. В реакторах, работающих на быстрых нейтронах, температура в рабочей зоне может повышаться свыше 630 °С, поэтому для изготовления оболочек ТВЭЛ используют жаростойкие стали.

Кроме атомной техники, бериллий становится незаменимым в космической, авиационной и других областях техники.

Широкое распространение получают бериллиевые сплавы, которые при введении небольших количеств различных элементов обладают хорошими механическими, технологическими и другими свойствами. Так, никель повышает прочность, а серебро и титан улучшают литейные свойства. Бериллий используют и в качестве легирующего элемента для получения сплавов различного состава: бериллиевые бронзы, никелево- и алюминиево-бериллиевые сплавы.

Цирконий имеет температуру плавления 1850°С, обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Он хорошо обрабатывается давлением и резанием, удовлетворительно сваривается. Недостатком циркония является низкая механическая прочность, которая уменьшается при повышении температуры. Цирконий, подобно титану, активно взаимодействует с газами: кислородом, азотом и водородом.

Особенно сильное влияние на свойства циркония оказывают кислород и азот, которые растворяются в цирконии в больших количествах и снижают его пластичность, жаростойкость и стойкость против окисления. Процесс окисления циркония вследствие плохих защитных свойств оксидов при нагреве протекает интенсивно и сопровождается выделением большого количества теплоты, что может привести к самовоспламенению. Порошок при нагреве свыше 180 °С самовозгорается и взрывается. Водород в цирконии растворяется меньше и на прочность и пластичность его не оказывает существенного влияния, но снижает ударную вязкость.