Цветные металлы и сплавы Мальцева Т.В. 2019. Учебное пособие мальцева татьяна викторовна
 Скачать 7.2 Mb.
|
|
169 5.8.Сплавысособымисвойствами калку. В некоторых случаях закалка и последующий отпуск являются заключительной операцией технологического процесса (сплавы для постоянных магнитов, тензометров и потенциометров, пружинящих контактов, фильер для искусственного волокна, тонкостенных часовых корпусов и др.). Большой интерес представляет изменение физико‑механических свойств при термической обработке, связанной с переходом твердого раствора в фазу Курнакова. С явлением упорядочения, впервые открытым НС. Курнаковым, связан ферромагнитизм сплавов Pt–Cr, Pt–Co, Pt–Fe и др. При отпуске сплавов AuCu 3 , Cu 3 Pd диамагнитная восприимчивость возрастает, а сплава AuCu уменьшается, электрическое сопротивление тоже падает. Модуль упругости с упорядочением возрастает в сплавах AuCu 3 и Cu 3 Pd и уменьшается в сплавах AuCu и CuPd. 5.8. Сплавы с особыми свойствами В современной технике (в производстве точных измерительных и регулирующих приборов и других средств автоматизации, химической и других отраслях промышленности) в ряде случаев требуется применение металлов и сплавов с особыми физико‑химическими и механическими свойствами. К числу особых свойств относятся отсутствие износа (опоры измерительных приборов постоянство электросопротивления (потенциометры сильное и постоянное изменение электросопротивления в зависимости от температуры (термометры сопротивления сильное и постоянное изменение электродвижущей силы в зависимости от температуры (термопары высокая коэрцитивная сила и остаточная индукция (постоянные магниты низкая эрозия в сочетании с комплексом других свойств (электрические контакты способность служить катализаторами химических реакций. Катализаторы из платины и палладия применяют в компактном, губчатом и коллоидном состояниях, в виде черни, а также проволоки, фольги и сетки. Катализаторы из сплавов платины с родием 170 Глава5.Благородныеметаллыисплавынаихоснове (Pt + 7,0 % Rh) и платины с родием и палладием (Pt + 3,0 % Rh + 4,0 % Pd) изготавливают в виде сетки. Опоры осей приборов — это иглы, опоры игл компасов и других вращающихся частей точных измерительных и регулирующих приборов практически не должны изнашиваться при заданных условиях работы. Поэтому необходимо, чтобы материал сочетал особо высокие показатели твердости, сопротивления истиранию и сопротивления коррозии. Обычно применяют природный осмистый иридий в виде зерен диаметром 0,8–1,0 мм. Плавленые наконечники для приборов, атак же вечных перьев изготавливают из сплавов Os–W–Co, Os–W–Ni, Ru–W–Ni и Ru–W–Co. Природные зерна и плавленые шарики припаивают серебряным или золотым припоем или приваривают (на конденсаторных сварочных аппаратах) к основе опор приборов или к перьям самописцев, авторучек и т. п. Термометры сопротивления. Наиболее точно температуру измеряют с помощью платинового термометра сопротивления. Для этого используют платину особо высокой чистоты — для термометров первого класса допускается отклонение ± 0,05 % и второго класса ± 0,1 Электрические постоянные сопротивления. Сплавы на основе благородных металлов (в сравнении с манганином, константаном и др) используют в потенциометрах и других подобных элементах электрических приборов, т. кони должны обладать постоянством электросо‑ противления в условиях эксплуатации. Сплавы применяют в виде пружин, спиралей тонкой и тончайшей проволоки, поэтому они должны сочетать высокую пластичность при холодной деформации с заданными физико‑механическими свойствами после термической обработки (отпуска). Термопары . Температуры в широком интервале (от 0 до 2000 Сиз меряют со значительной точностью в лабораторных и производственных условиях с помощью термоэлектрического пирометра. Наиболее высококачественные термопары по жаростойкости, стойкости к окислению, взаимодействию с окружающей средой, стабильности и плавности изменения ТЭДС изготавливают из платины и сплавов на основе платины с родием и иридием. Величина показаний, их точность и стабильность сильно зависят от чистоты металла и сплава. Для обеспечения высокой точности и надежности показаний каждую термопару необходимо градуировать в паре с гальванометрами 171 5.8.Сплавысособымисвойствами Термопары с платиной с сплавами платины и родия наиболее устойчивы в защитной армировке из окиси алюминия. Недопустимо использование их в условиях, где возможен контакт с твердым углеродом, кремнием и кренеземом, фосфором и его соединениями. Электрические контакты ответственного назначения, если требуется надежность и долговечность, отсутствие окисления и потускнения, малая испаряемость и высокая термическая стойкость, изготовляют обычно из благородных металлов (серебра, золота, платины и палладия) и их сплавов. Серебро в чистом виде ив сплавах широко применяют как контактный материал в электротехнике, радиоэлектронике и т. п. Серебро имеет максимальную среди металлов тепло и электропроводность, высокую кислотоупорность и отличную деформируемость. Недостатком серебра как контактного материала является незначительная твердость, низкая температура плавления и склонность к образованию непроводящих (в технике слабых токов) слоев сульфида серебра на поверхности в присутствии серы в окружающей среде. В некоторых случаях из‑за низкой твердости и легкоплавкости серебряные контакты свариваются и при постоянном токе образуют пики и кратеры. Для контактов наиболее целесообразно использовать плакированные или покрытые гальваническим путем (толщина слоя серебра 5–20 мкм) цветные металлы и сплавы (медь, латунь фосфористая, бериллиевая и др. бронзы. Твердость гальванопокрытий из драгоценных металлов приведена в табл. Таблица Твердость по Бринеллю гальванопокрытий из драгоценных металлов Металл Ag Au Rh Pd Pt HB, МПа 500–700 5000–7000 2000–2500 Добавление медик серебру повышает твердость, стойкость к износу, незначительно снижает электропроводность и уменьшает кислотоупорность. Наиболее высокие свойства имеет сплав с 3 % Cu (твердое серебро. Иногда применяют сплавы си Введение кадмия в серебро предотвращает образование световой дуги и повышает склонность к сварке, лучшие результаты дает окись кадмия. Добавка 0,1 % Ni к серебру измельчает зерно Ag, что снижает его склонность к сварке. Контакты си изготавливают 172 Глава5.Благородныеметаллыисплавынаихоснове спеканием. Никель не растворяется в серебре, и поэтому тепло и электропроводность остаются высокими. Подобные сплавы применяются для контактов, реле, регуляторов напряжения и переключателей максимального тока. Серебро с углеродом выдерживает высокие токи короткого замыкания без сваривания, но имеют незначительную стойкость к обгоранию. Ее можно повысить введением вольфрама и никеля. Припои Для соединения частей деталей и узлов машин, инструмента, приборов и других изделий в ряде случаев применяют пайку. Припайке место соединения деталей (или целиком) нагревают и зазор между ними заполняют расплавленным металлом или сплавом с припоем с более низкой температурой плавления (на 50–60 °С). При охлаждении частей деталей припой кристаллизуется и соединяет их водно целое. Рассмотрим состав и свойства припоев и особенности пайки, если применяют благородные металлы и сплавы. На производство припоев расходуется серебро, золото, платина и палладий. Чистое серебро в качестве припоя применяют весьма ограниченно присоединении сплавов железо‑никель с керамикой (предварительно покрытой по месту соединения железом и кобальтом для электролитического нанесения по детали радиолокационных волноводов на медные, латунные, бронзовые детали при производстве электрических контактов и т. п. Серебро вводят в свинцовые и медно‑фосфори‑ стые припои для повышения прочности паяных соединений (на основе свинца, улучшения растекаемости припоя, увеличения прочности и пластичности (на основе медно‑фосфористых). Медно‑фосфори‑ стые припои с добавлением серебра лучше обрабатывать давлением, их применение обеспечивает высокое качество пайки медных сплавов в защитной атмосфере (без флюса). В современной технике и производстве ювелирных и художественных изделий широко применяют припои (сплавы с большим содержанием или на основе серебра. Они имеют высокие технологические и эксплуатационные свойства, хорошо растекаются и смачивают по Припои верхность, обеспечивают высокую прочность при обычных, а также ударных, длительных переменных нагрузках и вибрации, имеют высокое сопротивление коррозии. Все серебряные припои по составу можно разделить натри основные группы двойные (Ag–Cu), тройные (Ag–Cu–Zn) и многокомпо‑ нентные. Двухкомпонентные припои серебра, содержащие 50–72 % Ag, имеют низкое удельное электросопротивление, не содержат испаряющихся при нагреве элементов и могут быть применены для пайки вакуумной аппаратуры. Они пригодны для пайки без флюса и защитной атмосферы. Трехкомпонентные припои серебро‑медь‑цинк в широком диапазоне по составу имеют высокую жидкотекучесть и хорошо смачивают соединяемые поверхности. Припои обладают достаточно высокой обрабатываемостью в холодном состоянии, и из них можно получить ленту и проволоку. Часть тройных припоев можно подвергать горячей прокатке и прессованию. Многокомпонентные припои на основе тройных содержат кадмий, никель и марганец и вытесняют трехкомпонентные. Введение кадмия в припои снижает температуру плавления, увеличивает жидкотекучесть, обеспечивая прочное и пластичное соединение. Температурные интервалы кристаллизации припоев различных систем показаны на рис. Температура, °С Рис. 5.26. Температурная область кристаллизации припоев — Ag–Cu–Zn; 2 — Ag–Cu–Zn–Cd 174 Глава5.Благородныеметаллыисплавынаихоснове Наилучшие характеристики из системы Ag–Cu–Zn–Cd свойственны припоям с 40–50 % Некоторые серебряные припои, кроме Cu, Zn и Cd, содержат и другие элементы — Mn, Ni, Si. Олово по своему действию в серебряных припоях подобно кадмию и цинку, но их можно использовать для пайки вакуумных приборов. Никель увеличивает смачиваемость и ускоряет затекание припоя в зазорно вводить его надо обязательно при наличии меди в припое. К числу особых требований к припоям относится жаропрочность. Так, например, крепление пайкой твердосплавного инструмента должно обеспечивать прочность до 400–450 С, а деталей реактивной техники до 900–1000 СВ качестве жаропрочных припоев применяют сплавы серебра с марганцем ив особо ответственных случаях припои на основе золота, палладия и платины. Жаропрочными припоями могут служить сплавы системы Au–Ca–Ni, где компонентами припоев служат обычно серебро, олово, никель, медь, а также индий пл = 180 °С). Изделия из благородных металлов, в том числе часовые корпуса, ювелирные и другие художественные изделия, паяют исключительно припоями на основе соответствующих благородных металлов. Части изделий из серебра и его сплавов соединяют серебряными припоями, а из золота и его сплавов — золотыми. К припоям, применяемым в ювелирном деле, наряду с обычными требованиями (прочность и пластичность соединения, коррозионная устойчивость, растекаемость и т. п) предъявляются специфические требования) припой по цвету не должен заметно отличаться от цвета соединяемых деталей (особенно при наружной сварке) содержание соответствующего драгоценного металла в припое должно соответствовать (или быть близким) содержанию этого металла (пробности) в изделии. Припои содержат обычно золото, серебро и медь (также как и изделия, к которым для получения необходимых свойств добавляют цинк, кадмий и олово. Цвет сплава регулируют относительным содержанием серебра. Введение цинка и олова меньше осветляют сплав, чем кадмий. Кадмий вводят до 13 %, олова до 3 %. Наилучший результат получается при применении припоя системы Au–Ag–Cu–Zn–Sn. Библиографический список. Златкина, АС. Структура металлов и методы ее исследования. Кристаллизация металлов. Двойные сплавы : учебное пособие / АС. Златкина, ЮЛ. Кириллов. — Свердловск : изд. УПИ им. СМ. Кирова, 1978. — 80 с. Бокштейн, C. З. Строение и свойства металлических сплавов / С. З. Бокштейн. — Москва : Металлургия, 1971. — 496 с. Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. — Москва : Металлургия, 1986. –544 с. Avner, Н. Sidney, H. Introduction to physical metallurgy / Sidney H. Avner. Second Edition. — Delhi : Tata McGraw‑Hill Edition, 1997. Twentieth reprint, 2007. — 696 p. 5. Захаров, А. М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем / А. М. Захаров. — е изд, перераб. и доп. — Москва : Металлургия, 1990. — 240 с. Новиков, И. И. Металловедение, термообработка и рентгенография / И. И. Новиков, Г. Б. Строганов, АИ. Новиков. — Москва : МИСиС, 1994. — 480 с. Лившиц, Б. Г. Металлография / Б. Г. Лившиц. — Москва : Металлургия, 1990. — 236 с. Физическое металловедение : учебник для вузов / СВ. Грачев, В. Р. Бараз, А. А. Богатов, В. П. Швейкин. — е изд, перераб. и доп. — Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ‑УПИ, 2009. — 548 с. Мозберг, Р. К. Материаловедение : учебное пособие / Р. К. Моз‑ берг. — е изд, перераб. — Москва : Высш. шк, 1991. — 448 с. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа справочник / О. А. Банных и др. — Москва : Металлургия, 1986. –440 с. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник. Вт Т. 1 / под общ. ред. Н. П. Лякишева. — Москва : Машиностроение, 1996. — 992 с 176 Библиографическийсписок 12. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник. Вт Т. 2 / под общ. ред. Н. П. Лякишева. — Москва : Машиностроение, 1997. — 1024 с. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник. Вт Т. 3 / под ред. Н. П. Лякишева. — Москва : Машиностроение, 2001. — 872 с ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ Учебное пособие МАЛЬЦЕВА ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА Доцент кафедры металловедения УрФУ, кандидат технических наук. Основное научное направление — разработка составов и упрочняющих технологий высокопрочных сталей и сплавов. Ряд работ посвящен изучению поверхностного упрочнения изделий за счет комплексной химико-термической обработки и лазерного воздействия. Автор более 150 печатных работ, имеет 5 патентов на изобретения. ОЗЕРЕЦ НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА Доцент кафедры металловедения УрФУ, кандидат технических наук. Основное научное направление — разработка составов и упрочняющих технологий высокопрочных сталей и сплавов аустенитного класса для приборостроения, специального машиностроения и медицины. Автор более 100 научных трудов, имеет 3 патента на изобретение. ЛЕВИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА Доцент кафедры металловедения УрФУ, кандидат технических наук. Основное научное направление — разработка составов и упрочняющих технологий высокопрочных сталей и сплавов аустенитно-ферритного класса для приборостроения и специального машиностроения. Автор более 30 научных трудов, имеет 3 патента на изобретение. ИШИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА Доцент кафедры металловедения УрФУ, кандидат технических наук. Научные интересы связаны с разработкой оптимального состава конструкционных сталей с различной степенью стабильности аустенита, обеспечивающих сочетание повышенных прочностных свойств и характеристик трещиностойкости. Автор более 30 печатных работ. Награждена почетной грамотой администрации города Екатеринбурга 7 8 5 7 9 9 6 2 5 9 8 6 I SBN 579962598 - 6 |