ЛЕКЦИЯ №4. Лекция 4 Цветные металлы и сплавы на их основе Алюминий и сплавы на его основе медь
 Скачать 1.75 Mb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №4 1. Цветные металлы и сплавы на их основе Алюминий и сплавы на его основе медь, бронзы, латуни, титан и его сплавы. Пластическая деформация, влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла Технически чистая медь маркируется ММ, ММ и М (99%). Медные сплавы по технологическим свойствам подразделяются на деформируемые при получении листов, полос, профилей, проволоки) и литейные (при получении отливок в песчаные или металлические формы. По способности упрочняться в результате нагрева медные сплавы делятся на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. По химическому составу более широко известно деление медных сплавов на латуни и бронзы . Латунь — двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим компонентом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим, чем цинка, иначе получится традиционная оловянная бронза ), никеля , свинца , марганца , железа и других элементов. Диаграмма состояния системы – Латуни, состоящие из меди и цинка, называют простыми. Они могут быть однородными (до 39% цинка) и двухфазными (более 39% цинка Простые латуни маркируются буквой Ли цифрой, показывающей процентное содержание меди. Латунь Л содержит меди и 20% цинка. В специальных латунях после буквы «Л» следуют буквы русского алфавита, обозначающие легирующий элемент, Н, К - Si, С - РОЖ, Мц - М, ФР, Б, Ц-Zn. Цифры после букв показывают среднее содержание меди и легирующих элементов в %. Например ЛК 80-3 содержит меди, 3% кремния, 17% цинка Литейные латуни содержат большое количество добавок для улучшения литейных свойств. Их обозначение отличается от деформируемых латуней. В них содержание компонента указывается после буквы обозначения: ЛЦ40МцЗЖ - содержит 40% Zn, 3% М, 1% Fe, остальное медь Бронзы это сплавы меди со всеми другими элементами оловом, алюминием, кремнием, бериллием и др. Бронзы называют по наличию легирующего элемента в её составе алюминиевые, оловянистые, кремнистые, бериллиевые и т. д. Бронзы маркируют буквами «Бр» (бронза, за которыми следуют буквы и цифры, указывающие на состав и содержание в легирующих элементов. БрОФ10-1 - 10% олова, 1% фосфора, остальное – медь Оловянистые бронзы известны с бронзового века. Они, как и другие сплавы, делятся на деформируемые (<10% Sn) и литейные (>10% Sn). В прошлом бронзы получили название в зависимости от их назначения: колокольная (20- 30% олова), зеркальная (30-35% олова), монетная (4-10% олова), пушечная (8-18% олова). Оловянистые бронзы отличаются хорошими литейными свойствами - высокой жидкотекучестью и малой усадкой Алюминиевые бронзы обычно содержат от 5 до алюминия. Механические и коррозионные свойства этих бронз выше, чему оловянистых. Алюминиевые бронзы можно подвергать закалке и старению. БрАЖН10-4-4, БрА7 Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния и являются заменителями оловянистых бронз, для улучшения механических свойств их дополнительно легируют никелем и марганцем. Обладают высокой упругостью и антикоррозионными свойствами. БрКМц3-1 Свинцовые бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами, хорошей теплопроводностью БрС30. Бериллиевые бронзы содержат не более 2,5% бериллия (например, Бр Б 2% Be, остальное медь Металл серебристо-белого цвета, лёгкий •плотность — 2,7 г/см³ •температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 удельная теплота плавления 390 кДж/кг •температура кипения — 2500 удельная теплота испарения 10,53 МДж/кг •удельная теплоёмкость — 880 Дж/кг·K •временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², деформируемого — 18—25 кг/мм², сплавов — 38—42 кг/мм² •Слабый парамагнетик •Температурный коэффициент линейного расширения К Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м характеризуются невысокой прочностью, но хорошей пластичностью (от 6 до 40 К ним относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием, содержащие до 6 % Mg. широко применяют сплав АМц, содержащий 1-1,6 % Ми сплавы АМг2, АМг5, содержащие соответственно 2,6- 1,8 Mg, 0,2- 0,6 Ми, М Диаграмма состояния сплавов алюминия с медью Дуралюмины - сплавы на основе Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец для повышения коррозионной стойкости сплава. Наиболее известны сплавы Д, содержащий % u 0,2-0,5 %, Mg, и Д, содержащий 3,8- 4,6 % Си Мn. Микроструктура дуралюминия: а отожженное состояние, б – закаленное состояние, ×100 Группа I - сплавы на основе системы алюминий - кремний (АЛ2, АЛ4, АЛО). Группа II объединяет много сплавов, имеющих основу алюминий - кремний - медь (АЛЗ, АЛ5, АЛ6, а также АЛ32, содержащий, кроме трех основных компонентов, еще марганец и титан). Группа III - сплавы на основе системы алюминий - медь (АЛ7 и АЛ 19), которые из-за наличия значительного количества меди более дефицитны и дороги. Группа IV - сплавы на основе системы алюминий - магний (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др, обладающие низкой плотностью (почти в 3 раза легче стали, высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью. К группе V относят сплавы на основе алюминия и других компонентов. Эта группа особенно велика наиболее популярны из этой группы сплавов АЛ1, содержащий медь, никель и магний, сплав АЛ11 Микроструктура литейных сплавов алюминия, а – немодифицированный силумин, б – модифицированный силумин Литейные сплавы на основе алюминия маркируют двумя буквами. Вторая буква указывает элемент, на базе которого получен сплав. Например, «АК» – система алюминий кремний, «АМ» – алюминий – медь, «АМг» – алюминий магний и т.д. Затем идет число, указывающее содержание элемента. Если сплав легированный, указывают буквенные обозначения элементов и их содержание. Пример: АК12М2 – сплав системы алюминий–кремний, с содержанием кремния 12 % (в среднем) и меди 2 %. АМг4К система алюминий–магний с содержанием 4 % магния и 1 % кремния. В конце марки может стоять буква, характеризующая особенности данного сплава ч – чистый «пч» – повышенной чистоты «оч» – особой чистоты л – литейные сплавы с селективный Четырехзначная цифровая маркировка Первая цифра обозначает основу алюминиевого сплава. Алюминий и сплавы на его основе маркируют цифрой "1″. Вторая цифра обозначает основной легирующий компонент или основные легирующие компоненты. Второй цифрой "0″ обозначаются различные марки алюминия, спеченные алюминиевые сплавы (САС), различные сорта пеноалюминия. Цифрой "1″ обозначают сплавы на основе системы СМ цифрой "2″ - сплавы на основе системы С цифрой "3″ - сплавы на основе системы Al-Mg-Si; цифрой "4″ - сплавы на основе системы А, а также сплавы, легированные малорастворимыми компонентами, например переходными металлами (марганец, хром, цирконий); сплавы, замаркированные цифрой "5″, базируются на системе Al-Mg и называются магналиями; сплавы на основе систем Аl-Zn-Мg или Аl-Zn- Мg-Сu обозначаются цифрой "Цифры 6, 7 и 8 - резервные Для указания состояния деформированных полуфабрикатов, изготавливаемых из алюминиевых сплавов, используется буквенно- цифровая система обозначений после марки сплава. Без обозначения значит без термической обработки. М - мягкий отожженный; Н - нагартованный; Н3 - нагартованный натри четверти; Н2 - нагартованный на одну вторую; Н1 - нагартованный на одну четверть; Т - закаленный и естественно состаренный; Т1 - закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность; Т2, Т - режимы искусственного старения, обеспечивающие перестаривание материала (режимы смягчающего искусственного старения); Т5 - закалка полуфабрикатов с температуры окончания горячей обработки давлением и последующее искусственное старение на максимальную прочность - закалка, усиленная правка растяжением (1,5-3 %) и искусственное старение на максимальную прочность Дуралюмин обозначают как Д. Д16, комплекс показателей свойств растет с увеличением номера сплава. По ГОСТ все эти сплавы маркируют от 1110 до например, Д – 1110, АК4 (ковочный) – 1140 и т.д. С учетом состава, способа производства высокопрочные алюминиевые сплавы обозначают по–разному: В95 (высокопрочный) – 1950, АВ (авиаль) – и т.д. Титан — металл серебристого цвета с голубоватым отливом имеет невысокую плотность 4,507 г/см 3 , плавится при температуре 1660 С, кипит при 3260 °С. Механические свойства титана изменяются от содержания в нем примесей. Чистый титан ковок, имеет невысокую твердость (НВ 70), технический титан хрупок и тверд (НВ Вредные примеси титана - азот и кислород резко снижают его пластичность, а углерод при содержании более 6,15 % снижает ковкость, затрудняет обработку титана резанием и резко ухудшает свариваемость. Водород в большой степени повышает чувствительность титана к надрезу, поэтому этот эффект называют водородной хрупкостью Элементы, легирующие титан, подразделяются на повышающие температуру полиморфного превращения и расширяющие область существования модификации Al, Ga, La, C, O, N; • понижающие температуру полиморфного превращения и расширяющие область существования модификации Mo, V, Nb, Ta, Hf, W, Cr, Mn, Fe, Co и другие. Алюминий повышает удельную прочность сплава, жаропрочность, модуль упругости, уменьшает склонность к водородной хрупкости. Для повышения рабочих характеристик жаропрочных сплавов с высоким содержанием алюминия главным образом используют добавки ванадия , молибдена и вольфрама Цирконий повышает термическую стабильность, увеличивает предел ползучести, прочность при низких и средних температурах, уменьшает склонность к хладноломкости и улучшает свариваемость. Ниобий – повышает стабильность поверхности, увеличивает жаростойкость при высоких температурах По типу структуры могут быть подразделены натри группы: титановые сплавы на основе сплавы на основе и двухфазные (титановые сплавы. По уровню характеристик прочности титановые сплавы классифицируют на высокопластичные и малопрочные, среднепрочные и высокопрочные, жаропрочные, коррозионно-стойкие. По способности упрочняться с помощью термической обработки – на упрочняемые и не упрочняемые. По технологии производства – на деформируемые и литейные. Деформируемые титановые сплавы с структурой характеризуются невысокой прочностью и не упрочняются при термической обработке. Они хорошо свариваются и имеют высокие механические свойства при криогенных температурах (ВТ, ОТ, ОТ, ВТ, ВТ, ВТ–6, ВТ14, ВТ, ВТ и др.). Литейные титановые сплавы (ВТЛ1, ВТ14Л, ВТ5Л и др.) имеют небольшой температурный интервал кристаллизации, высокую жидкотекучесть и хорошую плотность отливки. Титановые сплавы этой категории склонны к поглощению газов, поэтому разливку надо проводить в вакууме или в среде нейтральных газов Микроструктура титановых сплавов, а – твердый раствор α (сплав ВТ б – фаза мартенсит, полученный после закалки сплавов ВТ с 1075 o С Сплав ВТЗ-1 (5,5–7 % А 0,8–2,3 % Cr; 2–3 % Мо; 0,2– 0,4 % Si). Он обладает термической стабильностью, не становится хрупким при длительном нагреве (до 000 ч) до температуры 400°С, а при кратковременной работе – до 450 Св МПа δ = 10– 16 Сплав ВТ (6–7 % Al; 3–4 % Мо; 0,3 % Si; 0,8–2 % можно применять при изготовлении конструкций и деталей, длительно работающих при нагреве до температуры 450 Св МПа, δ = 8–16 %. Эти сплавы штампуются и куются, из них прокатываются и прессуются прутки и фасонные профили Марка ВТ означает «ВИАМ титан, затем следует порядковый номер сплава. Марка ОТ означает Опытный титан - сплавы, разработанные совместно ВИАМом и заводом ВСМПО (г. Верхняя Салда, Свердловской области). Марка ПТ означает Прометей титан - разработчик ЦНИИ КМ Прометей, г. Санкт-Петербург.) Иногда в марку сплава добавляют буквы «У» - улучшенный, «М» - модифицированный, «И» - специального назначения. Буква «Л» означает литейный сплав, «В» - сплав, где марганец заменен эквивалентным количеством ванадия Подшипниковыми или антифрикционными сплавами называются сплавы удовлетворяющие требованиям: пластичность, чтобы было легко прирабатываться к поверхности вращающегося вала; прочность, чтобы служили опорой для вала сплавы должны иметь малый коэффициент трения с материалом вала; сплавы должны иметь достаточно низкую температуру плавления Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твердыми частицами - соединения SnSb и Микроструктура баббита а – Б, б – Б Все свинцовые и оловянные баббиты имеют в своей маркировке букву Б. Кальциевые баббиты маркируются сокращением «БК» и далее могут следовать буквы названий дополнительных легирующих элементов. Например, аббревиатура БКА расшифровывается как кальциевый баббит, легированный алюминием. Кроме того, буква Ш в конце маркировки кальциевых баббитов указывает на область применения, а именно – шихтовка сплавов при заливке подшипников Свинцовые баббиты маркируются буквой «Б», после которой стоит цифра, указывающая на среднее процентное содержание олова и сурьмы или начальные буквы названий основных легирующих элементов. Например, сокращение БС – свинцовый баббит, основными элементами которого является свинец и сурьма, БН – сплав, базовыми компонентами которого являются свинец, олово (9%-11%) и сурьма(13%-15%) с добавлением никеля (0,1%-0,5%). Баббит под маркой Б содержит около 16% олова и сурьмы, БС6 содержит 5-6% олова и сурьмы и около 2% меди Магний – металл серебристо- белого цвета, химический элемент 2 группы периодической системы. - Температура плавления – 651 ºС. - Кристаллическая решетка Mg – гексагональная плотноупакованная. - Удельный вес Mg 1,74 г/см 3 - Коррозионная стойкость магния ниже, чему алюминия. Магниевые сплавы производятся по ГОСТ 2856 –79 «Литейные магниевые сплавы и ГОСТ Деформируемые магниевые сплавы». В качестве легирующих элементов в магниевых сплавах наиболее часто применяются Al, Zn, Примеры марок магниевых сплавов литейные – МЛ4, МЛ5 и деформируемые МАМА, МАМА Литейные магниевые сплавы МЛ4 и МЛ имеют основу Mg–Al–Zn с небольшим легированием марганцем (0,3 %) В качестве деформируемых магниевых сплавов применяют сплавы на основе системы МА (3,5 % Al; 0,5 % Zn; 0,3 % Mn); МАЗ (6 % Al, 1 % Zn, 0,3 % Mn); МА (8,5 % Al; 0,6 % Zn, 0,3 % Mn). Эти сплавы, как правило, упрочняющей термической обработке не подвергаются и имеют впрессованном состоянии 250–350 Мпа. Сплавы на основе системы Mg –Mn: МАМА си в МА обладают высокой коррозионной стойкостью при сравнительно низких механических свойствах в = 200 МПа при = 5 Некоторое распространение получил сплав Mg–Zn–Zr (4 –5 % Zn, 0,5–08 % Zr), который не уступает сплавам Mg –Al–Zn по механическим свойствам, а имеет более высокие литейные свойства и пластичность. К жаропрочным магниевым относятся сплавы систем Мg–Ce–Mn и Mg–Zn–Zr–Th. Пластическая деформация Деформацией называют процесс изменения формы и размеров твердого тела под действием приложенных сил. Деформацию называют упругой, если тело с прекращением внешнего воздействия полностью восстанавливает свою первоначальную форму и размеры. Если же происходят необратимые изменения формы и размеров тела, сохраняющиеся и после прекращения действия приложенных сил, то такую деформацию называют пластической остаточной Схемы сдвига и двойникования Упрочнение металлов и сплавов при холодной пластической деформации называют наклепом При больших степенях деформации возникает преимущественная кристаллографическая ориентировка зерен. Закономерная ориентировка кристаллитов относительно внешних деформирующихся сил получила название текстура деформации. Наклеп. С увеличением степени холодной деформации свойства, характеризующие сопротивление деформации (σ в , σ 0, твердость и др, повышаются, а способность к пластической деформации - пластичность и ψ ) уменьшается. Упрочнение металла в процессе пластической деформации получило название наклепа Возврати рекристаллизация Возврат города отдых) протекает при температуре ниже 0,2 Т пл . Изменений в микроструктуре не наблюдается. Наклеп снимается (уменьшается) на 10-15 Возврат города полигонизация) происходит при температурах примерно (0,2-0,3)Т пл. Изменений в микростурктуре также не обнаруживается. Наклеп в большинстве случаев снижается на 20-30%. Первичная рекристаллизация – процесс замены деформированных зерен другими, более совершенными (мелкими, равноосными) зернами той же фазы. Собирательная рекристаллизация - процесс роста одних рекристаллизованных зерен за счет других путем миграции границ зерен |