Материаловедение. Учебник для студентов высших учебных заведений Арзамасов В. Б., Волчков А. Н
 Скачать 4.56 Mb.
|
|
ГЛАВА. 8. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ Цветные металлы в чистом виде обычно применяются редко, чаще используют различные сплавы. Из числа сплавов цветных металлов в машиностроении наибольшее значение имеют легкие сплавы – алюминия, магния и титана, а также медь и ее сплавы, сплавы на основе никеля, сплавы для подшипников (баббиты), материалы для полупроводников и высокопрочные сплавы на основе тугоплавких металлов. Маркировка цветных сплавов вызывает затруднения вследствие ее неоднозначности. Сплавы на основе титана и марганца относятся к группе специальных сплавов. Поэтому они имеют оригинальную буквенно – числовую маркировку. На первом месте ставят буквенное обозначение вида сплава («ВТ или ОТ» титановые, «МЛ» магниевые литейные, «МА» магниевые деформируемые, «Ц» цинковые), на втором месте стоит порядковый номер сплава. Остальные сплавы имеют двойственную маркировку: современную и традиционную. Современная маркировка похожа на маркировку легированных сталей: на первом месте стоит буквенное обозначение сплава («Л» латунь, «Бр» бронза, «Н» медно- никелевые сплавы, «АЛ» алюминиевый литейный, «АК, Д, АВ или В» алюминиевые деформируемые, «Б» баббиты). Далее стоит буквенное обозначение легирующего компонента и его среднее процентное содержание. Легирующий компонент обозначается по одной двум буквам его русского названия (А – алюминий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О - олово, С – свинец…). Техническая документация и техническая литература, изданная до 2000 г. в основном использует традиционную маркировку, поэтому в дальнейшем рассмотрим эту маркировку. 8.1. Сплавы на основе алюминия Для алюминия и его сплавов характерна большая удельная прочность (σ в /ρ, где ρ- плотность), близкая к значениям для среднелегированных сталей. 131 Алюминий и его сплавы хорошо поддаются горячей и холодной деформациям, точечной сварке, а специальные сплавы можно сваривать плавлением и другими видами сварки. Чистый алюминий хорошо сопротивляется коррозии, так как на его поверхности образуется плотная пленка оксидов Al 2 O 3 . Добавки железа и кремния повышают прочность алюминия, но снижают пластичность и устойчивость против коррозии. Чистый алюминий применяется для кабелей и электропроводящих деталей, но в основном алюминий используется для изготовления сплавов. Традиционная маркировка алюминиевых сплавов включает в себя: буквенное обозначение вида сплава (Д – дюралюмины, В или АВ - высокопрочный сплав, АК – ковочный сплав, АЛ – литейный сплав); порядковый номер сплава и буквенное обозначение состояния поставки (М – мягкий, Т – термически обработанный, Н - нагартованный, П - полунагартованный). Все сплавы на алюминиевой основе по технологическим признакам можно разделить на деформируемые и литейные, которые в свою очередь могут быть упрочняемыми или неупрочняемыми термической обработкой. Деформируемые алюминиевые сплавы К деформируемым сплавам неупрочняемым термообработкой относятся сплавы на основе систем Al-Mn и Al-Mg. Сплавы на основе этих систем типа АМц, АМг2, АМг6 являются коррозионно-стойкими, отличаются высокой пластичностью и хорошей свариваемостью. Применяются для изделий, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для масла и бензина, радиаторы тракторов и автомобилей, сварные бензобаки), а также для заклепок корпусов судов и других деталей. 132 К деформируемым сплавам упрочняемым термической обработкой относятся сплавы системы Al-Cu-Mg- дуралюмины (Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17) и жаропрочные сплавы системы Al-Cu-Mg-Fe-Ni (типа АКЦ4-1). Дюралюмины применяются для лопастей воздушных винтов, силовых элементов конструкций самолетов, кузовов автомобилей (Д1, Д16), для деталей, работающих при нагреве до 200…250 о С (Д19, ВД17). Сплав АКЦ-1 используется для изготовления деталей реактивных двигателей (крыльчатки насосов, колеса, компрессоры, диски, лопатки). Ковочные сплавы АК6, АК8 системы Al-Mg-Si-Cu применяют для изготовления сложных штамповок, таких как крыльчаток вентиляторов для компрессоров реактивных двигателей, корпусных агрегатных и крепежных деталей. Высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu (B95, B93, B96Ц1) отличаются высоким временным сопротивлением (600…700МПа), но при этом не являются жаропрочными. Максимальная рабочая температура изделий из этих сплавов при длительной эксплуатации не может превышать 100…120 о С. Сплавы применяются для высоконагруженных конструкций, работающих в основном в условиях напряжений сжатия (детали обшивки, лонжероны самолетов и другие детали). В табл. 8.1 приведены свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов. Литейные алюминиевые сплавы Для изготовления фасонных деталей применяют литейные алюминиевые сплавы, которые имеют низкую плотность и высокую удельную прочность. Эти сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой. Сложнолегированные сплавы обычно подвергают термической обработке, после которой они приобретают высокую прочность (σ в =250…300МПа). 133 Основными легирующими элементами литейных алюминиевых сплавов являются кремний, медь, марганец, цинк. Марганец, никель и хром в небольших количествах (0,5…3,5 %) добавляют в некоторые сплавы для повышения коррозионной стойкости и жаропрочности. По назначению алюминиевые конструкционные литейные сплавы можно условно разбить на герметичные, жаропрочные и на коррозионно- стойкие. Таблица 8.1 Свойства деформируемых сплавов алюминия Марка Вид полуфабриката Толщина или диаметр, мм σ в , МПа δ, % Неупрочняемые термической обработкой АМц пруток 20 170 18 АМг4 пруток 25 320 15 Упрочняемые термической обработкой (закалка и старение) Д1 пруток ≤50 360 12 Д16 лист 30…40 460 10 Д19 полотно 7,5 480 10 АК4-1 профиль <10 400 8 АК8 пруток 150…200 450 8 В95 лист 50 550 12 Конструкционные герметичные сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛЗ4 (силумины) приготовляются на основе систем Al-Si или Al-Si-Mg, и отличаются высокими литейными свойствами и герметичностью изготовленных из них отливок. Двойные сплавы Al-Si (АЛ2) не упрочняются термической обработкой, но модифицирование этого сплава небольшими количествами магния или церия значительно повышает механические свойства. Легированные силумины (АЛ4, АЛ9) подвергаются термической обработке, как правило закалке и старению. Сплавы предназначены для изготовления герметичных емкостей (АЛ2), корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания (АЛ4, АЛ9), крупных корпусных деталей (АЛ34), блоков цилиндров (АЛ 32) и других деталей. Механические свойства силуминов приведены в табл. 8.2. 134 Конструкционные жаропрочные алюминиевые сплавы систем Al-Si-Cu- Mg (АЛЗЗ), Al-Cu-Mn (АЛ19) подвергают термической обработке (закалке и старению). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью (до 250…350ºС) и применяются для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях повышенных статических и ударных нагрузок при высоких температурах (табл. 8.3). Таблица 8.2. Механические свойства силуминов при 20ºС. Сплав Полуфабрикат Состояние (термическая обработка- т/о) σ в , МПа δ, % АЛ2 Отлитые образцы Ø12мм Без т/о 170 6,0 АЛ4 Закалка и старение 260 4,0 АЛ9 230 2,0 АЛ32 Выточенный образец Ø10мм Без т/о 180 1,5 АЛ34 Отлитые образцы Ø12мм Без т/о 200 3,0 Закалка и старение 300 7,0 Таблица 8.3. Механические свойства жаропрочных литейных сплавов алюминия. Сплав Вид образца Термическая обработка Температура испытания, ºС σ в , МПа δ, в % T 100 , в МПа АЛ 19 Литые - Ø12мм Закалка и старение 20 300 8,0 - 200 270 3,0 150 300 140 5,0 60 350 80 8,0 35 АЛ33 точенные Закалка и старение 200 210 4,0 130 250 140 4,0 55 Литые - толщиной 3мм Без т/о Закалка и старение 200 230 4,0 - 200 300 250 170 3,0 3,0 160 90 Конструкционные коррозионно-стойкие сплавы на основе систем Al- Mg (АЛ8, АЛ27) и Al-Mg-Zn (АЛ24) обладают более высокой коррозионной 135 стойкостью, по сравнению с другими алюминиевыми сплавами. Недостатком сплавов АЛ8, АЛ27 является их низкая жаропрочность – уровень рабочих температур не должен превышать 60ºС. Эти сплавы применяют для изготовления силовых деталей, работающих при температурах от –60 до +60ºС в различных климатических условиях, включая воздействие морской воды и тумана. Добавки цинка в систему Al-Mg (сплав АЛ24) позволил увеличить жаропрочность до 150ºС, при этом сплав сохранил высокую коррозионную стойкость и хорошие литейные свойства. В табл. 8.4 приведена коррозионная стойкость сплавов системы Al-Mg. Таблица 8.4 Коррозионная стойкость сплавов системы Al-Mg. Сплав Скорость коррозии, г/(м 2 ·час) При постоянном погружении При переменном погружении В камере тумана 1 месяц 2 месяца 6 месяцев 1 месяц 3 месяца АЛ8 0,0969 — — 0,0218 0 АЛ27 0,479 0,0364 0,0228 0,0076 0,001 АЛ27-1 0,0098 0,0031 0,0029 0,0015 0 8.2. Сплавы на основе магния Малая плотность магния и его сплавов в сочетании с высокой удельной прочностью и рядом физико-химических свойств делает их ценными для применения в различных областях машиностроения: автомобильной, приборостроении, самолетостроении, космической, радиотехнике и других. В горячем состоянии магниевые сплавы хорошо поддаются различным видам обработки давлением – прессованию, ковке, прокатке. В зависимости от химического состава магний выпускается трех марок: Мг96 (чистота - 99,96%), Мг95 (99,95%) и Мг90 (99,90%). Также для спецтехники выпускается магний повышенной (99,99%) и высокой (99,9999%) чистоты. 136 Промышленные магниевые сплавы делятся на литейные (МЛ) для получения деталей методом фасонного литья и деформируемые (МА) для получения изделий методом пластической деформации. В табл. 8.5 приведены области применения некоторых магниевых сплавов. Таблица 8.5. Области применения магниевых сплавов Сплав Состав, % Максимальная рабочая температура, о С Области применения Длительная Кратковременная Литейные сплавы МЛ3 (2,5…3,5)Al (0,15…0,5)Mn (0,5…1,5)Zr 130 150 Детали с высокой герметичностью и коррозионной стойкостью (корпуса насосов, бензобаки, горловина и т.д.) МЛ10 (0,1…0,7)Zn 250 350 Нагруженные детали различных конструкций двигателей, приборов и агрегатов с высокой герметичностью и стабильностью размеров Деформируемые сплавы МА1 (1,3…2,5)Mn 150 200 Сварные детали несложной формы, детали арматуры бензо и маслосистем, не несущие больших нагрузок МА12 (0,3…0,8)Zr (2,5…3,5)Nb 250 300 Детали, нагревающиеся в процессе эксплуатации МА14 (5,0…6,0)Zn (0,3…0,9)Zr 150 200 Высоконагруженные детали 137 8.3. Титановые сплавы Титан обладает высокими механическими свойствами, высокой удельной прочностью при комнатных и криогенных температурах, а также хорошей коррозионной стойкостью. Технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей в соответствии с ГОСТ 19807-74 (табл. 8.6). Механические свойства титана сильно зависят от содержания примесей. Так небольшие количества кислорода, азота и углерода повышают твердость и прочность, но при этом значительно уменьшаются пластичность и коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость и штампуемость. Особенно вреден водород, который образует по границам зерен тонкие пластины гидридов, сильно охрупчивающих металл. Для особо ответственных деталей применяют наиболее чистый титан – иодидний, получаемый из четырехиодистого титана методом зонной плавки. Таблица 8.6. Химический состав технического титана (основа – титан). Маркировка Примеси, % (не более) Fe Si C O N H прочие ВТ1-00 0,12 0,08 0,05 0,10 0,04 0,008 0,1 ВТ1-0 0,18 0,10 0,07 0,12 0,04 0,010 0,3 Несмотря на высокую температуру плавления, чистый титан не обладает жаропрочностью, поэтому чаще применяются различные сплавы на его основе, обладающие более высокими характеристиками прочности и жаропрочности при сохранении достаточно высокой пластичности и коррозионной стойкости. Наибольшее применение нашли сплавы на основе титана легированного алюминием, оловом, марганцем, хромом и ванадием. По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные, которые в свою очередь делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Механические свойства некоторых титановых сплавов приведены в табл. 8.7. 138 8.4. Медь и ее сплавы Наиболее характерными свойствами чистой меди являются высокие значения электропроводности, теплопроводности и стойкость против атмосферной коррозии. В связи с высокой пластичностью чистая медь хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. В процессе холодной деформации медь наклепывается и упрочняется; восстановление пластичности достигается рекристаллизационным отжигом при 500…600ºС в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве. Таблица 8.7. Механические свойства титановых сплавов. Марка Механические свойства Вид полуфабриката σ в , МПА δ, % KCU, кДж/м 2 ВТ5 750…950 10 500 Отливки, профили, поковки ВТ5-1 800…1000 10 400 Листы, профили, трубы ОТ 4 700…900 11 400 Листы, полосы, ленты ВТ6 950…1700 8 400 Поковки, листы, трубы ВТ8 1050…1250 11 300 Поковки Чистая медь применяется для проводников электрического тока, различных теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов. Чистая медь имеет низкую прочность и жидкотекучесть, плохо обрабатывается резанием, поэтому более широкое применение нашли сплавы на ее основе. При сохранении высоких показателей электро- и теплопроводности коррозионной стойкости сплавы меди обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Для легирования меди в основном применяют цинк, олово, алюминий, бериллий, кремний, марганец и никель. Повышая прочность сплавов, эти легирующие элементы практически не снижают пластичность, а 139 цинк, олово, алюминий даже увеличивают ее. Вредными добавками, снижающими механические и технологические свойства меди и ее сплавов, являются висмут, свинец, сера и кислород. Различают три основные группы на основе меди-латуни (ГОСТ 15527- 70), бронзы (ГОСТ 493-79) и медно-никелевые сплавы (ГОСТ 613-79). Латуни Латунями называют медноцинковые сплавы. При дополнительном введении в сплав добавок алюминия, свинца, олова, кремния и других элементов получают специальные латуни. Практическое применение находят латуни, содержание цинка в которых не превышает 49%. При более высокой концентрации цинка значительно ухудшается механические свойства сплава. По структуре различают однофазные и двухфазные латуни. Наибольшей пластичностью обладают однофазные латуни, содержащие 30…32% цинка. При появлении в структуре второй фазы относительное удлинение сплава уменьшается. Так, если для однофазных латуней предел прочности составляет порядка 300 МПа и относительное удлинение 40…45%, то у двухфазных латуней эти показатели изменяются до 350…400 МПа и до 20% соответственно. Различают деформируемые и литейные латуни. Однофазные латуни хорошо деформируются в холодном состоянии, при этом происходит наклеп. Для восстановления пластичности сплав подвергается рекристаллизационному отжигу при 500…700ºС. Двухфазные латуни менее пластичны, и деформируются лишь в нагретом состоянии. Латуни являются преимущественно деформируемыми сплавами на медной основе и лишь отдельные марки специальных латуней с повышенной твердостью применяются для отливки фасонных деталей. Латуни маркируют буквой Л, после которой ставят буквы, обозначающие специально введенные элементы и числа, характеризующие 140 содержание меди и легирующих элементов (кроме цинка). Например Л68 – латунь, содержащая 68%Cu, остальное – цинк. Легирующие элементы, введенные в специальные латуни, имеют обозначения аналогичные обозначению легирующих элементов в алюминиевых сплавах. Например, ЛАЖМц66-6-3-2 (66%Cu, 6%Al, 3%Fe, 2%Mn). У литейных латуней иногда содержание меди не указывают, например ЛЦ30А3 – латунь литейная, 30%Zn, 3%Al, остальное медь. Специальные латуни по применению можно подразделить на латуни с высокими антикоррозионными свойствами (ЛКС80-2-2, ЛМцС58-2-2) и латуни повышенной прочности (ЛМцЖ52-4-1 и другие). Латунные детали при длительном хранении, особенно в коррозионно- активной среде растрескиваются. Для предотвращения этого детали подвергают отжигу для снятия остаточных напряжений при 200…300ºС. Бронзы Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом, бериллием соответственно называются оловянистыми, алюминиевыми, кремнистыми, свинцовистыми, берриллиевыми бронзами. Бронзы обозначают двумя буквами «Бр», далее пишут буквенные обозначения входящих в бронзу элементов (кроме меди) и затем идут цифры, показывающие содержание их в сплаве. Например: БрО10 (10%Sn, остальное Cu); БрАЖН10-4-4 (10%Al, 4%Fe, 4%Ni; остальное Cu). Оловянистые бронзы Бр010, БрОЦС3-11-5, БрОФ10-1 и другие применяются преимущественно в литом виде. По структуре различают однофазные и двухфазные оловянистые бронзы. В оловянистые бронзы для улучшения свойств вводят до 5% свинца (улучшает обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства), до 1% фосфора (повышает антифрикционные свойства, износостойкость и жидкотекучесть) и до 11% цинка, который позволяет уменьшить содержание в сплаве дефицитного олова. 141 Если однофазную оловянистую бронзу подвергнуть диффузионному отжигу (800…850ºС), она может подвергаться деформации. Двухфазные оловянистые бронзы применяют лишь в литом виде. Оловянистые бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые (однофазные) содержат 4…8%Sn, легированы свинцом, цинком, фосфором (БрОФ6,5-0,5; БрОЦС4-4-2,5) они поставляются в виде прутков, труб, лент в нагартованном (наклепанном) или отожженном состояниях и используются для изготовления пружин, мембран, антифрикционных деталей. Литейные оловянистые бронзы (БрОЦС5-5-5; БрОЦС4-4-17) имеют двухфазную структуру, обладают более высокими антифрикционными свойствами и стойкостью против коррозии. Безоловянистые бронзы – это сплавы меди со свинцом, алюминием, бериллием, железом, кремнием, хромом и другими элементами. Так свинцовистая бронза БрС30, обладающая высокими антифрикционными свойствами, используется для изготовления вкладышей подшипников, берилиевая бронза БрБ2 имеет высокие механические свойства (σ в =800МПа, δ=30%), теплостойка до 310…340ºС, и используется для изготовления упругих элементов точных приборов, деталей, работающих на износ при высоких скоростях, давлениях и температурах. Области применения и механические свойства некоторых медных сплавов приведены в табл. 8.8. 8.5. Сплавы на основе никеля Чистый никель имеет низкую длительную прочность ( 800 100 =40МПа), поэтому применяются сплавы на его основе (нимоники). Повышение жаропрочных свойств, достигается путем комплексного легирования, в результате которого образуются многофазные сплавы. Молибден, вольфрам, кобальт и 142 хром упрочняют твердый раствор, алюминий, титан, ниобий и тантал помимо упрочнения твердого раствора, образуют вторые фазы, углерод, бор, цирконий в небольших количествах упрочняют границы зерен, образуя сегрегации, церий и другие редкоземельные металлы рафинируют металл от примесей. Как правило, основной термической обработкой никелевых сплавов являются закалка и старение. Так, например, жаропрочный сплав ХН77ТЮР (20%Cr; 77%Ni; 2,5%Ti; 0,7%Al; 0,01%B) после закалки на воздухе с 1080ºС и старения в течение 16 часов при 750ºС приобретает 750 100 =850МПа и 750 100 / 5 , 0 =300МПа. В табл. 8.9 приведены примерные области применения и рабочие температуры некоторых жаропрочных никелевых сплавов. Таблица 8.8. Области применения и механические свойства медных сплавов. Сплав σ в, МПа δ, % Назначение Латуни Деформируемые ЛАЖ60-1-1 450 8 Тубы, прутки ЛЖМц59-1-1 450 10 Полосы, прутки, мелкие поковки ЛС59-1 400 6 Мелкие поковки Литейные ЛЦ40С 215 12 Втулки, сепараторы ЛЦ40Мц5Ж 440 10 Винты, лопасти ЛЦ30А3 300 12 Коррозионно- стойкие детали Бронзы Деформируемые БрОФ6,5-0,4 400 5 Арматура БрОЦ4-3 330 4 Пружины БрОЦС4-4-2,5 350 2 Антифрикционные детали Литейные БрО3Ц12С5 200 8 Арматура БрО5ЦНС5 175 4 Вкладыши подшипников 143 Бр04Ц4С17 150 5 Антифрикционные детали 8.6. Тугоплавкие металлы и их сплавы К тугоплавким относят металлы, имеющие температуру плавления выше 2000ºС – это ниобий, молибден, тантал и вольфрам, имеющие температуры плавления 2468, 2622 и 3400ºС соответственно. Свойства тугоплавких металлов зависят от способа получения металлов и их чистоты. Вольфрам и молибден охрупчиваются уже при незначительном содержании примесей, среди которых наиболее отрицательное воздействие на пластичность оказывает кислород. Ниобий и тантал более пластичны и технологичны, имеют низкие температуры перехода в хрупкое состояние. Таблица 8.9. Назначение и свойства никелевых сплавов (ГОСТ 5632-72*) Сплав Назначение Рабочая температура, ºС Температура начала образования окалины,ºС ХН70ВМЮТ ХН70ВМТЮ Лопатки газовых турбин для длительного использования 750 850 1000 ХН80ТБЮ Лопатки, крепежные детали турбин 700 1000 ХН70МВТЮБ ХН70Ю ХН78Т Листовые детали, газопроводы, работающие при небольших нагрузках ограниченное время 850 1100 1100 1200 1200 1100 ХН75МБТЮ Листовые детали турбин, срок службы ограничен 850 1050 ХН77ТЮР Диски, лопатки 750 1050 144 турбин, срок службы ограничен ХН60ВТ Листовые детали турбин с ограниченным сроком службы 1000 1100 ХН62МВКЮ Лопатки, диски турбин с длительным сроком службы 800 1080 Общим недостатком тугоплавких металлов является низкая жаростойкость, что требует нанесения на их поверхность специальных защитных покрытий или применения их для работы в вакууме или в защитной атмосфере. Все сплавы на основе тугоплавких металлов подразделяются на две группы в зависимости от способа упрочнения: сплавы со структурой твердого раствора и сплавы, упрочняемые закалкой и старением. Сплавы первой группы легируют титаном, ниобием, молибденом, вольфрамом танталом и другими элементами, термической обработкой не упрочняются. Сплавы второй группы содержат повышенное содержание углерода и карбидообразующих элементов и упрочняются в процессе старения после закалки за счет выделения карбидов внутри зерен. Рабочие температуры при длительной работе сплавов на основе ниобия, молибдена, тантала и вольфрама составляют порядка 1300, 1400, 2000 и 2200ºС соответственно, при кратковременной эксплуатации рабочие температуры значительно выше. В табл. 8.10 приведены механические свойства сплавов на основе тугоплавких металлов. 8.7. Антифрикционные сплавы Такие сплавы предназначены для заливки подшипников скольжения, которые обладают бесшумностью работы и устойчивостью к вибрациям. Они должны иметь низкий коэффициент трения, быть достаточно пластичными и 145 обеспечивать малую скорость изнашивания сопряженной детали – стального или чугунного вала. Для высоких антифрикционных свойств материал должен обладать высокой теплопроводностью, хорошей смачиваемостью смазочным материалом, способностью образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла и хорошей прирабатываемостью. Основными характеристиками для оценки антифрикционного материала служат коэффициент трения, давление, действующее на опору (Р), скорость скольжения (V), а также параметр (p V ), определяющий удельную мощность трения. Чем больше значение p V , тем выше способность материала снижать температуру нагрева и нагруженность контакта. Таблица 8.10 Механические свойства сплавов на основе тугоплавких металлов Сплавы химический состав (%) При 25ºС При 1200ºС σ 100 , МПа σ в σ 0,2 δ σ в δ МПа % МПа % Сплавы на основе ниобия ВН2А (4,1Мо;0,7Zr;0,08C) 850 620 5 250 ─ 130(при 1100ºС) ВН4 (9,5Мо;1,5Zr;0,3C) 810 730 16 550 ― 280 (при 1100ºС) Сплавы на основе тантала Та-10W 760 650 3,5 400 1,2 140(при 1200ºС) 35 (при 1650ºС) Сплавы на основе молибдена ВМ1 (0,4Ti; 0,01C) 800 680 10 340 14 90(при 1200ºС) ВМ3 (1,1Ti; 0,5Zr; 0,4C; 1,4Nb) 860 ― 0,03 550 12 260 (при 1300ºС) Сплавы на основе вольфрама W-27Re 1400 ― 4 700 12 (при 1500ºС) 42 (при 1600ºС) W-15Mo ― ― ― 175 27(при 1600ºС) ― 146 Металлические материалы для подшипников скольжения по своей структуре подразделяются на две группы: сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями и сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями. К первой группе относятся баббиты (основа олово или свинец), а также бронзы и латуни. Мягкая матрица в них предотвращает усиление трения и обеспечивает хорошую прирабатываемость, а твердые включения, на которые опирается вал, дают высокую износостойкость. По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим баббиты применяют только для тонкого (до 1мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Из-за высокого содержания дорогостоящего олова оловянистые баббиты используют для подшипников ответственного назначения – дизелей, паровых турбин и других подшипников особо нагруженных машин. Сплавы типа Б16 используют для подшипников средней нагруженности, а дешевые свинцово-кальциевые баббиты типа БК2 используют для менее ответственных подшипников. Особое место среди антифрикционных бронз занимают оловянистые (БрО10Ф1, БрО10Ц2) и оловянисто-цинково-свинцовистые (БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С3) бронзы. Эти материалы применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при высоких давлениях и средних скоростях скольжения. Латуни используются в качестве заменителей дорогостоящих бронз, однако по антифрикционным свойствам они уступают бронзам. К сплавам второй группы относятся: свинцовистая бронза (БрС30 - наплавка на стальную ленту), алюминиевые сплавы с оловом (АО9-2 - монометаллические вкладыши). Эти сплавы имеют высокую теплопроводность, что позволяет применять их при больших скоростях скольжения. К сплавам этой группы относятся и серые чугуны. Роль мягкой составляющей в чугунах играет графит. 147 В табл. 8.11 приведены свойства некоторых антифрикционных материалов. В авиационной и автомобильной промышленности получили распространение композиционные подшипники (вкладыши): многослойные, самосмазывающиеся, металлофторопластовые и другие. Многослойные вкладыши состоят из: стального основание (250 мкм); слоя свинцовистой бронзы БРС30; тонкого (до 10мкм) слоя никеля или латуни; тонкого (до 25 мкм) слоя свинцово-оловяного сплава. Стальная подкладка обеспечивает прочность и жесткость вкладыша. Верхний мягкий слой обеспечивае6т прирабатываемость. После износа верхнего слоя рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Никель служит барьером, не допускающим диффузию олова в свинец бронзы. Подшипники используют в двигателестроении в качестве коренных и шатунных вкладышей. Таблица 8.11 Свойства антифрикционных материалов. Марка/состав НВ Коэффициент трения по стали Допустимый режим работы Без смазки Со смазкой Р, МПа V, м/с P V , МПа·м/c Баббиты Б83 300 0,07 0,004 15 50 75 Б16 300 0,09 0,005 10 30 3 БК2 320 0,12 0,006 15 15 6 Бронзы Бр О10Ф1 1000 0,1… 0,12 0,004… 0,009 15 10 15 Бр О5Ц5С5 600 8 3 12 Латуни ЛЦ16К4 1000 0,15… 0,24 0,009… 0,016 12 2 10 ЛЦ38Мц2С2 800 10,6 1 10 Антифрикционные серые чугуны АСЧ-1 2200 0,12… 0,23 0,008 2,5 5 10 АСЧ-3 1600 0,016 6 0,75 45 Самосмазывающиеся подшипники получают методами порошковой металлургии из следующих комбинаций материалов: железо – графит; железо - медь – графит; бронза – графит. Графит вводят в количестве 1…4%. 148 После спекания в материале сохраняется 15…35% пор, которые заполняются маслом. Масло и графит смазывают трущиеся поверхности. При увеличении трения поры раскрываются и смазки поступает больше (автоматическое регулирование подачи смазки). Подшипники работают при скоростях до 3 м/с, используются в труднодоступных для смазки агрегатах. 8.8. Биметаллы В условиях непрерывного удорожания производства легированной стали, цветных металлов и их сплавов большое значение приобретает применение биметаллов и многослойных покрытий. Биметалл – материал, состоящий из металла – основы и нанесенного на него одно или многослойного покрытия. Биметаллы позволяют не только уменьшить расход дефицитных и дорогостоящих цветных сплавов, но и получить материалы с новыми, уникальными свойствами. Например: при изготовлении отвалов плугов используется трехслойная сталь «сталь 60-сталь 15-сталь 60» - износостойкий материал, позволяющий резко повысить стойкость отвала. Рекомендации по применению некоторых биметаллов в машиностроении приведены в табл. 8.12. Таблица 8.12. Рекомендации по применению биметаллов в сельхозмашиностроении. Вид материала Материал Применение Сталь листовая трехслойная коррозионно- стойкая сталь08Х18Н10Т-сталь10 (08)-сталь08Х18Н10Т Детали машин для подготовки и внесения в почву удобрений и химзащиты растений. Сталь12Х18Н10Т-сталь10 (08)-сталь12Х18Н10Т Сталь листовая трехслойная износостойкая сталь60-сталь15-сталь60 Рабочие органы почвообрабатывающих машин (лемехи, отвалы, полевые доски), ножи для резки 149 сельскохозяйственной продукции, молоточки для молотильных барабанов комбайнов. Трубы биметаллическ ие сталь10-бронза БрОФ6,5- 0,15 Подшипники скольжения Полосы биметаллическ ие антифрикцион ные сталь08- бронза БрОФ6,5-0,4 Вкладыши коренных и шатунных шеек двигателей комбайнов Листы рифленые плакированног о дуралюмина алюминий - дюралюмин Д1- алюминий Настилы полов сельхозмашин. Контрольные вопросы 1. Назовите марки алюминиевых литейных конструкционных герметичных сплавов? 2. Назовите области применения магниевых сплавов? 3. Что это за сплавы: ВТ5-1, ОТ-4? 4. Что это за сплавы: ЛАЖМц66-6-3-2; БрОФ10-1? |