Сплавы и их свойства
Бронзы - сплавы меди с оловом (оловянные), алюминием (алюминиевые), бериллием (бериллиевые) и др. легирующими элементами. Бронзы по электропроводности уступают меди, но превосходят ее по механической прочности, упругости, сопротивлению истиранию и коррозионной стойкости. Применяются для изготовления пружинящих контактов электрических приборов, контактов токоведущих пружин, проводов линий электрического транспорта, пластин коллекторов электрических машин.
Бронзовые детали для упрочнения подвергаются термической обработке - закалке и отпуску при повышенных температурах. Предел прочности на растяжение бронз может быть 800 - 1200 МПа и более, в то время как проводимость твердых бронз может составлять 10 - 30% от проводимости чистой меди. Пример некоторых марок бронз:
· БрО10 (10% олова, остальное медь);
· БрА7 (6 - 8% алюминия, остальное медь).
Алюминий - в 3,3 раза легче меди, имеет сравнительно большую проводимость (для АМ 
) и стойкость к атмосферной коррозии за счет защитной пленки оксида Al2O3 . Алюминий мягкий имеет прочность на разрыв 80, твердый 160 - 170 МПа. По сравнению с медью имеет больший температурный коэффициент линейного расширения ( 26 . 10-6 1/оС ), что является недостатком. В местах контакта алюминиевого провода с проводами из других металлов во влажной среде возникает гальваническая пара, поэтому незащищенная лаками или другими способами алюминиевая проволока разрушается коррозией. Из алюминия особой чистоты с содержанием примесей не более 0.005% изготовляют электроды алюминиевых конденсаторов и алюминиевую фольгу. Из алюминия, содержащего примесей не более 0.3 - 0.5% (марки А7Е и А5Е), изготовляют проволоку и шины. Для жил кабелей может использоваться алюминий с уменьшенным содержанием примесей - марки А75К, А8К, А8КУ. Алюминиевые провода можно соединять друг с другом холодной или горячей сваркой, а также пайкой с применением специальных флюсов и припоев.
Сталью называют сплавы железа с углеродом при содержании углерода до 2,14%. Стали углеродистые промышленного производства — сложные по химическому составу сплавы. Кроме углерода в их состав входит ряд примесей.
Сталь как проводниковый материал используется в виде шин, рельсов трамваев, электрических железных дорог и пр. Удельная проводимость стали в 6 - 7 раз меньше, чем у меди, бр= 700 - 750 МПа, относительное удлинение перед разрывом 5 - 8%. На переменном токе в стали проявляется поверхностный эффект и появляются потери мощности на гистерезис. Такая сталь может использоваться для проводов воздушных линий электропередач, если передаются небольшие мощности и основную роль играет не удельное сопротивление провода, а его механическая прочность.
При охлаждении большинства сталей кристаллизация жидкой фазы заканчивается образованием аустенита.
Аустенит — твердый раствор углерода в У-железе, с максимальной растворимостью углерода 2,14% при температуре 1147 С. Со снижением температуры растворимость углерода в С-железе уменьшается и при температуре 727°С составляет 0,8%. Аустенит обозначают А или Fey(С); он имеет твердость НВ = 1600 ... 2000 МП.
При дальнейшем охлаждении доэвтектоидных сталей (0,8% углерода) происходит превращение аустенита в феррит. За эвтектоидными сталями (00,8% и мене 2,14% углерода) из аустенита выделяется цементит. Для всех сталей при уменьшении температуры происходит превращение аустенита в перлит.
Феррит (обозначают Ф или Fe(C) — твердый раствор углерода в а-железе. Феррит может быть высокотемпературный, с максимальной растворимостью углерода 0,1% при температуре 1499° С, и низкотемпературный, с максимальной растворимостью углерода 0,02% при температуре 727° С и растворимостью менее 0,01% при температуре ниже 600° С. Феррит имеет хорошие пластические свойства, но невысокие прочность и твердость (НВ ° 800 ... 1000 МПа).
Цементит (обозначают Ц) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа - FезО с содержанием углерода 6,67%. Он имеет сложную ромбическую решетку. Последними исследованиями при нагреве лазерным лучом установлено, что температура его плавления равна 1260° С. Цементит обладает высокой твердостью (8000 МПа), хрупок и выступает в сплавах как отдельная фаза.
Цементит может быть первичный (Щ), кристаллизующийся из расплава, вторичный (Цп), выделяющийся из аустенита; третичный (Цщ), выделяющийся из феррита.
Перлит (обозначают П) — механическая смесь (эвтектоид) феррита с цементитом, образующаяся при распаде астенита с содержанием углерода 0,8% (точно 0,81%) при температуре 727°С. Структура перлита представляет собой эвтектоидную смесь тонких пластинок феррита и цементита (Ф + Ц) или округлых зерен цементита в ферритной основе. Твердость перлита близка к твердости аустенита (НВ = 2000 МПа).
Феррит — очень пластичная, но малопрочная фаза, цементит очень тверд и статически прочен, но практически непластичен. Поэтому увеличение содержания углерода в стали (или, что то же, увеличение содержания перлита и цементита) приводит к повышению прочности и твердости стали и уменьшению ее пластичности.
В зависимости от назначения предусмотрено изготовление и поставка углеродистой стали по нескольким государственным стандартам — ГОСТ 380-88. ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1435-90 и др.
Кроме того, в зависимости от вида продукции и способа ее изготовления предусмотрены государственные стандарты и технические условия на отдельные виды продукции.
По ГОСТ 380-88, изготавливают двадцать марок стали углеродистой обыкновенного качества, имеющих широкое применение в машиностроении, строительстве и т.д.
Все марки стали, изготовляемые по настоящему стандарту, имеют буквенно-цифровое обозначение. Первые две буквы "Ст" обозначают сталь, цифры 0; 1;... 6 — условный номер марки, буквы кп. пс и сп — способ раскисления ( поведение стали при разливке и кристаллизации) и буква Г — повышенное содержание марганца. Для большинства марок (кроме СтО) массовая доля серы не более 0,05%, фосфора — не более 0,04%.
Поведение стали при разливке и кристаллизации (кп — кипящая, пс — полу спокойная и сп — спокойная) связано со степенью удаления из стали кислорода (степенью раскисления). При разливке малораскисленной стали в изложнице происходит бурное выделение пузырьков окиси углерода — сталь как бы кипит (кп); чем полнее удален из стали кислород, тем спокойнее (пс и сп) проходит процесс кристаллизации.
Углеродистые качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050-88) во всех обозначениях марок содержат цифры, указывающие среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы кп и пс — степень раскисления. Если после цифры буквы отсутствуют, то эта сталь является спокойной.
В сталях всех марок содержание серы допускается не более 0,04%, а фосфора — не более 0,035%.
Углеродистую инструментальную сталь (ГОСТ 1435-90) применяют для изготовления режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания и не подвергаемого существенному разогреву в процессе эксплуатации.
Все инструментальные углеродистые стали относятся к качественным (S<0.028%, P<0,03%) или высококачественным (S<0,018%, Р<0,025 .более чистые по примесям других элементов).
В обозначениях марок (У7, У8, У10А, У8ГА и др.) углеродистой инструментальной стали буквы и цифры обозначают: У — углеродистая, цифры — среднее содержание углерода в десятых долях процента; если в стали содержание марганца превышает обычное (0.17...0,33%), то после цифры ставят букву Г (Мп = 0,33...О,58%). если сталь высококачественная, то в конце марки ставят букву А (табл.1.2).