|
|
Материаловедение. Общетехнический курс материаловедение
Литейные магниевые сплавы.
Н аибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn (МЛ5, МЛ6). Широко применяются в самолетостроении (корпуса приборов, насосов, коробок передач, фонари и двери кабин и т.д.). В ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы). В конструкциях автомобилей, особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), в приборостроении (корпуса и детали приборов). Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов магниевые сплавы используют в атомной технике, а благодаря высокой демпфирующей способности - при производстве кожухов для электронной аппаратуры.
Более высокими технологическими и механическими свойствами обладают сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10). Данные сплавы применяют для нагруженных деталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).
Магниевые сплавы подвергаются следующим видам термической обработки: Т1 - старение, Т2 - отжиг, Т4 - гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 - гомогенизация, закалка на воздухе и старение, Т61 - гомогенизация, закалка в воду и старение.
Сплавы меди
В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.
Латуни - сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием - сплавами, обрабатываемыми давлением.
Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.
Латуни применяются для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой, т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуни изготавливаются гильзы различных боеприпасов.
В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.
Простые латуни содержат только Cu и Zn.
Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов, повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.
Al, Mn, Ni повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью.
Бронзы - это сплавы меди с оловом (4-33% Sn), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой, фосфором и другими элементами.
Бронзы - это всякий медный сплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционность. Бронзы отличаются высокой коррозионной устойчивостью и антифрикционными свойствами. Из них изготавливают вкладыши подшипников скольжения, венцы червячных зубчатых колес и другие детали.
Высокие литейные свойства некоторых бронз позволяют использовать их для изготовления художественных изделий, памятников, колоколов.
По химическому составу делятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).
Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова.
Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим механическим, антикоррозионным и технологическим свойствам:
Алюминиевые бронзы - 5-11% алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства, чем у оловянных бронз, но литейные свойства - ниже. Для повышения механических и антикоррозионных свойств добавляют железо, марганец, никель (например, БрАЖ9-4). Из этих бронз изготовляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.
Бериллиевые бронзы содержат 1,8-2,3% бериллия отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и упругостью (например, БрБ2, БрБМН1,7). Их применяют для пружин в приборах, которые работают в агрессивной среде.
Кремнистые бронзы - 3-4% кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствам приближаются к сталям.
Свинцовистые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.
Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элемента в процентах.
Примеры:
– БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu («Л» указывает, что сплав литейный);
– ЛЦ40Мц3Ж - латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn,
l% Fe, остальное Cu;
– Бр0Ф8,0-0,3 - бронза содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;
– ЛАМш77-2-0,05 - латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди).
В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:
– Л96 - латунь содержащая 96% Cu и
4% Zn (томпак);
– Лб3 - латунь содержащая 63% Cu и 37% Zn.
Высокая стоимость меди и сплавов на ее основе привела в 20 веке к поиску материалов для их замены. В настоящее время их успешно заменяют пластиками, композиционными материалами.
Титан и сплавы.
Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.
Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, свариваемость. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широкое распространение получило вакуумное литье, в том числе вакуумно-дуговой переплав с расходуемым электродом. Аллотропические модификации титана: низкотемпературная и высокотемпературная.
Различают две основные группы легирующих элементов в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5 °C): б-стабилизаторы (элементы, расширяющие область существования б-фазы и повышающие температуру превращения – А1, Оа, С) и в-стабилизаторы (элементы, суживающие б-область и снижающие температуру полиморфного превращения, – V, Мо, Сг).
Легирующие элементы делятся на две основные группы:
- элементы с большой и ограниченной растворимостью в титане.
- элементы с ограниченной растворимостью вместе с титаном могут образовывать интерметаллиды, силициды и фазы внедрения.
Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана (Ре, А1, Мп, Сг), повышают его прочность, но снижают эластичность и вязкость; А1, Zr увеличивают жаропрочность, а Мо, Zr, Та – коррозионную стойкость.
Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана – это твердые растворы легирующих элементов в б– и в-модификациях титана.
Виды термической обработки титановых сплавов.
Рекристаллизационный (простой) отжиг холоднодеформированных сплавов (650–850 °C).
Изотермический отжиг (нагрев до 780–980 °C с последующим охлаждением в печи до 530–680 °C, выдержка при этой температуре и охлаждение на воздухе), обеспечивающий высокую пластичность и термическую стабильность сплавов.
Двойной, ступенчатый отжиг (отличается от изотермического тем, что переход от первой ступени ко второй осуществляется охлаждением сплава на воздухе с последующим повторным нагревом до температуры второй ступени). Приводит к упрочнению сплава и снижению пластичности за счет частичного протекания процессов закалки и старения.
Неполный отжиг при 500–680 °C с целью снятия возникающих при механической обработке остаточных напряжений.
Упрочняющая термическая обработка. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность.
-титановые сплавы термической обработкой не упрочняются; их упрочнение достигается посредством легирования твердого раствора и пластической деформацией.
( + ) – титановые сплавы характеризуются смешанной структурой и упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения.
Псевдо--титановые сплавы характеризуются высоким содержанием -стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью в состаренном; они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.
Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми литейные сплавы имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость, но более дешевы. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами. Литейные сплавы ВТ5Л, ВТ14Л и ВТЗ-1Л по составу в основном совпадают с аналогичными деформируемыми сплавами (в то же время сплав ВТ14Л дополнительно содержит железо и хром).
Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Фасонные отливки из сплава ВТ5Л работают при температурах до 400 °C. Недостатком сплава является его невысокая прочность (800 МПа). двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 °C вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей.
Баббиты
Б аббит представляет собой антифрикционный сплав, изготавливаемый на основе олова или свинца. В России стандартизованы две группы баббитовых сплавов и регламентируются ГОСТ 1320-74 и ГОСТ 1209-90. Первый подшипниковый сплав, содержащий 82 – 84 % Sn, 5 – 6 % Сu и 11–12 % Sb был разработан в 1839 г. И. Баббитом, в честь которого получили название мягкие белые сплавы. Баббит, в строении которого всегда сочетаются мягкая основа и твердые включения, характеризуется следующими показателями:
• Низкая твердость НВ 13–32;
• Невысокая температура плавления в диапазоне 240 – 320 °С;
• Повышенная мягкость при 100 °С НВ 9 – 24.В качестве положительных характеристик легкоплавких подшипниковых сплавов выделяются отличная притираемость и высокие антифрикционные свойства. К отрицательным характеристикам баббита следует отнести низкую прочность, которая отражается непосредственно на работоспособности подшипников.
Баббит производится в чушках. В зависимости от химического состава дифференцируется на следующие марки:
• Баббиты оловянные Б88, Б83, Б83С (олово, сурьма и медь);
• Баббиты свинцовые Б16, БН, БСб (свинец, сурьма, медь и олово);
• Баббиты кальциевые БКА, БК2, БК2Ш (свинец, кальций и натрий). Присадками также могут быть: кадмий, магний, мышьяк, никель, теллур.
Б аббит оловянный применяется в том случае, когда необходима повышенная вязкость и минимальный коэффициент трения, в отличие от свинцового обладает более высокой коррозионной стойкостью, износоустойчивостью и теплопроводностью. Область применения: подшипники турбин, дизелей, работающие при больших скоростях и средних нагрузках, опорные подшипники гребных валов.
Баббит свинцовый обладает более высокой рабочей температурой (в отличие от оловянных баббитов). Область применения: подшипники дизельных двигателей, прокатных станов, быстроходных дизелей, компрессоров, автотракторных двигателей, оборудования тяжелого машиностроения, работающие при больших и средних скоростях, высоких и средних динамических нагрузках.
Баббит кальциевый применяется в подшипниках подвижного состава железнодорожного транспорта.
Все баббиты имеют существенный недостаток — низкое сопротивление усталости, что ухудшает работоспособность подшипника. Из-за небольшой прочности баббиты могут успешно эксплуатироваться только в подшипниках, имеющих прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус. Обычно тонкостенные подшипниковые вкладыши автомобильных двигателей изготовляют штамповкой из биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки. Продолжительность работы подшипников зависит от толщины баббитового слоя, залитого на стальной вкладыш. Уменьшение толщины слоя увеличивает срок службы подшипника.
|
|
|
Скачать 1.24 Mb.