Цветные металлы и сплавы
Цветные металлы и сплавы
Реферат
Дисциплина: материаловедение
Тема: Цветные металлы и сплавы
2009
Введение
Многие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных свойств:
хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью,
коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам
цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных
материалов.
Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде
сплавов широко используются алюминии, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.
1.
Алюминий и его сплавы
Алюминий — металл серебристо-белого циста, характеризуется низкой
плотностью 2,7 г/см3, высокой электропроводностью, температура
плавления 660"С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в
чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.
Для повышения физико-механических и технологических свойств
алюминий легируют различными элементами (Си, Mg, Si, Zn). Железо и кремний являются
постоянными примесями алюминия. Железо вызывает
снижение пластичности и электропроводности алюминия. Кремний, как
и медь, магний, цинк, марганец, ипколь и хром, относится к легирующим добавкам,
упрочняющим алюминий.
В зависимости от содержания постоянных примесей различают:
--- алюминий особой чистоты марки А 999 (0,001 % примесей);
— алюминий высокой чистоты — А 935, А 99, А 97, Л 95 (0,005-0,5 %
примесей);
---- технический алюминий — А 85, А 8, А 7, А 5, А О (0,15—0,5 %
примесей).
Алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей
переработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления токопроводящих
и кабельных изделий.
И автомобилестроении широкое применение получили сшиты на основе
алюминия. Они классифицируются: - по технологии изготовления; по степени
упрочнения после термической обработки;
---- по эксплуатационным свойствам.
Деформируемые сплавы
К. неупрочияемым термической обработкой относятся сплавы;
алюминия с марганцем марки АМц;
алюминия с магнием, марок АМц АМгЗ, АМг5В;
АМгЗП, АМгб.
Эти сплавы
обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и
свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки,
проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали
вагонов.
В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых
термической обработкой, различают сплавы:
— нормальной прочности;
— высокопрочные сплавы;
— жаропрочные сплавы;
— сплавы для ковки и штамповки.
Сплавы нормальной прочности. К ним относятся сплавы системы
Алюминий + Медь + Магний (дюралимины), которые маркируются буквой «Д».
Дюралюмины (Д1, Д16, Д!8) характеризуются высокой прочностью, достаточной
твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим
охлаждением в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются старению, что
способствует увеличению их коррозионной стойкости.
Дюралимины широко используются в авиастроении: из сплава Д1
изготовляют лопасти винтов, из Д16 — несущие элементы фюзеляжей самолетов,
сплав Д18 — один из основных заклепочных материалов.
Высокопрочные сплавы алюминия {В93, В95, В96) откосятся к системе
Алюминий + Цинк + Магний + •г Медь. В качестве легирующих добавок используют
марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения
сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств сплавы закаливают с
последующим старением.
Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят
дуралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентраторам
напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные
конструкции в авиастроении — детали каркасов, шасси и обшивки.
Жаропрочные сплавы алюминия (АК 4—1, Д 20) имеют сложный
химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами.
Жаропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные процессы.
Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и
искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300°С.
Сплавы для ковки и штамповки (АК 25 АК 4Э АК
6, АК 8) относятся к системе Алюминий + Медь + Магний с добавками кремния.
Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средне нагруженных
деталей сложной формы (АК 6) и высоконагруженных штампованных деталей — поршни,
лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.
Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют
алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном,
бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является высокая
жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.
Применяют следующие виды термической обработки литейных
алюминиевых сплавов:
— искусственное старение: для улучшения прочности и обработки
резанием;
— отжиг с охлаждением на воздухе: для снятия литейных и остаточных
напряжений и повышения пластичности;
— закалка и естественное (или искусственное) старение: для
повышения прочности;
— закалка и смягчающий отпуск: для повышения пластичности и
стабильности размеров.
Сплавы алюминия с кремнием (силумины) получили наибольшее
распространение среди алюминиевых литейных сплавов в силу своих высоких
литейных свойств и хороших механических и технологических характеристик.
Силумины (марок АЛ2, АЛ4, АЛ9) обладают высокой жидкотекучестью, хорошей
герметичностью, достаточной прочностью, хорошо обрабатываются резанием, хорошо
свариваются, сопротивляются коррозии и устойчивы к образованию горячих трещин.
Сплав АЛ2 применяется для изготовления тонкостенных деталей
сложной формы при литье в землю: корпуса агрегатов и приборов.
Сплав АЛ4 — высоконагруженные детали ответственного назначения:
корпуса компрессоров, блоки двигателей, поршни цилиндров и др.
Сплав АЛ9 — изготовление деталей средней нагруженно, но сложной
конфигурации, а также для деталей, подвергающихся сварке.
Сплавы алюминия с магнием (магналины) — АЛ 8, АЛ13, АЛ27, АЛ29
обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими
механическими свойствами после термической обработки по сравнению с другими
алюминиевыми сплавами, но литейные свойства их низкие.
Сплавы АЛ 8 и АЛ 13 являются наиболее распространенными, из них
изготовляют подверженные коррозионным воздействиям детали морских судов, а
также детали, работающие при высоких температурах (головки цилиндров мощных
двигателей воздушного
Ставы алюминия с медью — АЛ7, АЛ12, АЛ19 обладают невысокими
литейными свойствами и пониженной коррозионной стойкостью, но высокими
механическими свойствами.
Сплав АЛ7 применяют для изготовления отливок несложной формы,
работающих-с большими напряжениями (головки цилиндров маломощных двигателей
воздушного охлаждения).
Сплавы алюминия, меди и кремния — АЛЗ, АЛ4, АЛб характеризуются
хорошими литейными свойствами, но коррозионная стойкость их невысокая.
Сплав АЛЗ широко применяют для изготовления отливок корпусов, арматуры
и мелких деталей.
Сплав АЛ4 используется для отливок ответственных деталей,
требующих повышенной теплоустойчивости и твердости.
Сплав АЛ6 применяют для отливок корпусов карбюраторов и арматуры
бензиновых двигателей.
Сплавы алюминия, цинка и кремния — типичный представитель сплав
АЛИ (цинковый силумин), обладающий высокими литейными свойствами, а для
повышения механических свойств подвергающийся модифицированию. Используется для
изготовления отливок сложной формы — картеров, блоков двигателей внутреннего
сгорания.
Подшипниковые сплавы. Наибольшее применение из алюминиевых
подшипниковых материалов получил сплав АСМ. По антифрикционным свойствам он
близок к свинцовой бронзе, но превосходит ее по коррозионной стойкости и
технологичности.
Сплав АСС-6-5 содержит в своем составе 5 % свинца, что придает ему
высокие противозадирные свойства. Подшипники скольжения из сплавов АСМ и
АСС-6-5 применяют взамен бронзовых в дизельных двигателях.
Из
алюминиевых сплавов, легированных оловом, изготовляют тяжелонагруженные
подшипники скольжения в автомобилестроении, а также в судовом и общем
машиностроении.
Алюминиевые сплавы характеризуются более высоким коэффициентом
теплового расширения, чем чугуны и стали. Поэтому подшипники из алюминиевых
сплавов ограниченно применяются в практике машиностроения. Более широкое
распространение получили биметаллические материалы, представляющие собой слой
алюминиевого сплава, нанесенный на стальное основание. Такие биметаллы
обеспечивают надежную работу узлов трения при больших нагрузках (20— 30 МПа) и
высоких скоростях скольжения (до 20 м/с).
Спеченные металлы. Материалы на основе алюминия, полученные
методами порошковой металлургии, обладают по сравнению с литейными сплавами
более высокой прочностью, стабильностью свойств при повышенных температурах и
коррозионной стойкостью.
Материалы из спеченных алюминиевых порошков (САП) состоят из
мельчайших частичек алюминия и его оксида А12О3. Порошок
для спекания получают из технически чистого алюминия, распылением с последующим
измельчением гранул в шаровых мельницах.
Технологический процесс получения изделий из САП состоит из
операций изготовления заготовок и последующей механической обработки. Заготовки
получают брикетированием (холодным или с подогревом) порошка с последующим
спеканием при 590-620°С и давлениях 260-400 МПа.
По стойкости к воздействию температуры материалы из САП
превосходят жаропрочный алюминиевый сплав ВД17.
Спеченные алюминиевые порошки (марок САП-1 — САП-4) применяют для
изготовления деталей повышенной прочности и коррозионной стойкости,
эксплуатируемых при рабочих температурах до 500°С.
Спеченные -алюминиевые сплавы (САС) получают из порошков алюминия
с небольшим содержанием А12О3, легированных железом,
никелем, хромом, марганцем, медью и другими элементами.
Представителем этой группы материалов является САС-1, содержащей
25—30 % Si и 7 % Ni, применяемый взамен более тяжелых материалов в приборо- и
машиностроении.
2.
Медь и ее сплавы
Медь в чистом виде имеет красный цвет;.чем больше в ней примесей,
тем грубее и темнее излом. Температура плавления меди 1083°С, плотность 8,92
г/см3.
Выпускают медь следующих марок: - катодная — МВ4к, МООк, МОку,
М1к;
— бескислородная — МООб, МОб, М1б;
— катодная переплавленная — М1у;
— раскисленная — М1р, М2р, МЗр, МЗ. .
Примеси оказывают существенное влияние на физико-механические
характеристики меди. По содержанию примесей различают марки меди:
МОО (99,99 % Си), МО (99,95 % Си), Ml (99,9 % Си), М2 (99,7 %
Си), МЗ (99,50 % Си).
Главными достоинствами меди как машиностроительного материала являются
высокие тепло- и электропроводность, пластичность, коррозионная стойкость в
сочетании с достаточно высокими механическими свойствами. К недостаткам меди
относят низкие литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием.
Легирование меди осуществляется с целью придания сплаву требуемых
механических, технологических, антифрикционных и других свойств. Химические
элементы, используемые при легировании, обозначают в марках медных сплавов
следующими индексами:
А — алюминий; Внм — вольфрам; Ви — висмут; В — ванадий; Гм —
кадмий; Гл — галлий; Г — германий; Ж -железо; Зл — золото; К — кобальт; Кр —
кремний; Мг — магний; Мц — марганец; М — медь; Мш — мышьяк; Н — никель; О —
олово; С — свинец; Ст — селен; Ср — серебро; Су — сурьма; Ти — титан; Ф —
фосфор; Ц — цикк.
Медные сплавы классифицируют:
по химическому составу на:
— латуни;
— бронзы;
— медноникелевые сплавы; по технологическому назначению на:
— деформируемые;
— литейные;
по изменению прочности после термической обработки ъ&'.
— упрочняемые;
— неупрочняемые.
Латуни — сплавы меди, в которых главным легирующим элементом
является цинк. В зависимости от содержания легирующих компонентов различают:
— простыв (двойные) латуни;
— многокомпонентные (легированные) латуни. Простые латуни
маркируют буквой «Л» и цифрами,
показывающими среднее содержание меди в сплаве. Например, сплав Л
90 — латунь, содержащая 90 % меди, остальное — цинк.
В марках легированных латуией группы букв и цифр, стоящих после-
них, обозначают легирующие элементы и их содержание в процентах. Например,
сплав ЛАН КМц 75—2—2,5—0,5—0,5 — латунь алюминиевоникель-
кремнистомарганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 %
никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное — цинк.
В зависимости от основного легирующего элемента различают
алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и
другие латуни.
Алюминиевые латуни — ЛА 85-0,6, ЛА 77-2, ЛАМш 77-2-0,05 обладают
повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью.
Кремнистые латуни — ЛК 80-3, ЛКС 65-1,5-3 и другие отличаются высокой
коррозионной стойкостью в ТМООферНШ условиях и в морской воде, а также высокими
механическими свойствами.
Марганцевые латуни — ЛМц 58-2, ЛМцА 57-3-1, деформируемые в
горячем и холодном состоянии, облада-нм iii.K-oKiiMii механическими свойствами,
стойкие к коррозии и морской воде и перегретом паре.
Никелевые латуни — ЛН 65-5 и другие имеют высокие механические
свойства, хорошо обрабатываются длплснпем в горячем и холодном состоянии.
Oловянистыe латуни- ЛО--90-1, ЛО 70-3, ЛО 62-1 отличаются
повышенными антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью, хорошо
обрабатываются.
Свинцовые латуни - ЛС 63-3, ЛС 74-3, ЛС 60-1 характеризуются
повышенными антифрикционными свойствами и хорошо обрабатываются резанием.
Свинец в этих сплавах присутствует в виде самостоятельной фазы, практически не
изменяющей структуры сплава.
Бронзы —
это сплавы меди с оловом и другими элементами (алюминий, кремний, марганец,
свинец, бериллий). В зависимости от содержания основных компонентов, бронзы
можно условно разделить на:
— оловянные, главным легирующим элементом которых является олово;
— безоловянные (специальные), не содержащие олова. Бронзы
маркируют буквами «Бр», правее ставятся буквенные индексы- элементов, входящих
в состав. Затем следуют цифры, обозначающие среднее содержание элементов в
процентах (цифру, обозначающую содержание меди, в бронзе, не ставят). Например,
сплав марки БрОЦС 5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по
5 %, остальное — медь (85 %).
Оловянные бронзы обладают высокими антифрикционными
свойствами;-нечувствительны к перегреву, морозостойки, немагнитны.
Для улучшения качества оловянные бронзы легируют цинком, свинцом,
никелем, фосфором и другими элементами. Легирование фосфором повышает
механические, технологические, антифрикционные свойства оловянных бронз.
Введение никеля способствует повышению механических и противокоррозионных
свойств. При легировании свинцом увеличивается плотность бронз, улучшаются их
антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием, однако заметно снижаются
механические свойства. Легирование цинком улучшает технологические свойства.
Введение железа (до 0509 %} способствует повышению механических
свойств бронз, однако с увеличением степени легирования резко снижаются их
коррозионная стойкость и технологические свойства.
В зависимости от технологии- переработки оловянные и специальные
бронзы подразделяют на:
— деформируемые;
— литейные;
— специальные.
Деформируемые оловянные бронзы содержат до 8 % олова. Эти бронзы
используют для изготовления пружин, мембран и других деформируемых деталей.
Литейные бронзы содержат свыше 6 % олова, обладают высокими антифрикционными
свойствами и достаточной прочностью; их используют для изготовления
ответственных узлов трения (вкладыши подшипников скольжения).
Специальные бронзы включают в свой состав алюминий, никель,
кремний, железо, бериллий, хром, свинец и другие элементы, В большинстве
случаев название бронзы определяется основным легирующим компонентом.
Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими, антифрикционными
и противокоррозионными свойствами. Эти бронзы нашли применение для изготовления
ответственных деталей машин, работающих при интенсивном изнашивании и
повышенных температурах.
Кремнистые бронзы характеризуются высокими антифрикционными и
упругими свойствами, коррозионной стойкостью. Дополнительное легирование
кремнистых бронз другими элементами способствует улучшению эксплуатационных и
технологических свойств бронз: цинк повышает их литейные свойства, марганец и
никель улучшают коррозионную стойкость и прочность, свинец — обрабатываемость
резанием и антифрикционные свойства. Кремнистые бронзы применяют взамен
оловянных для изготовления антифрикционных деталей, пружин, мембран приборов и
оборудования,
Свинцовые бронзы используют в парах трения, эксплуатируемых при
высоких относительных скоростях перемещения деталей. Для повышения механических
свойств и коррозионной стойкости свинцовые бронзы легируют никелем и оловом.
Бериллиевые бронзы отличаются высокими прочностными свойствами,
износостойкостью и стойкостью к воздействию коррозионных сред. Они обеспечивают
работоспособность изделий при повышенных температурах (до 500°С), хорошо
обрабатываются резанием и свариваются. Бронзы этого типа используют для
изготовления деталей ответственного назначения, эксплуатируемых при повышенных
скоростях перемещения, нагрузках, температуре.
Сплавы меди с никелем подразделяют на конструкционные и
электротехнические
Кушали (медь-никель-алюминий) содержат 6—13 % Ni, 1,5—3 % А1, остальное —
медь. Они подвергаются термической обработке (закалка-старение). Куниали служат
для изготовления деталей повышенной прочности, пружин и ряда электротехнических
изделий.
Нейзильберы (медь-никель-цинк) содержат 15 % Ni, 20 % Sn, остальное — медь. Они имеют белый цвет, близкий к цвету серебра.
Нейзильберы хорошо сопротивляются атмосферной коррозии. Их применяют в
приборостроении и производстве часов.
Мелькиоры (медь-никель и небольшие добавки железа и марганца до 1
%) обладают высокой коррозионной стойкостью. Их применяют для изготовления теплообменных
аппаратов, штампованных и чеканных изделий,
Копелъ
(медь-никель-марганец) содержат 43 % Ni, 0,5 Мп, остальное — медь. Это специальный сплав с высоким
удельным электросопротивлением, используемый для изготовления
электронагревательных элементов.
|