Реферат Курсовая Конспект
Цветные металлы и их сплавы. Сплавы на медной основе. - раздел Высокие технологии, Технологии конструкционных материалов В Технике Используют Сплавы Меди С Цинком, Оловом, Алюминием, Бериллием, Крем...
|
В технике используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, бериллием, кремнием, марганцем, никелем, свинцом. Легирование меди обеспечивает повышение ее механических, технологических и антифрикционных свойств.
Сплавы меди с цинком называют латунями и томпаками, все другие ее сплавы, за исключением сплавов с никелем, называют бронзами.
Латуни по сравнению с медью прочнее и тверже, устойчивее к коррозии и обладают жидкотекучестью.
Существуют также сложные (специальные) латуни, содержащие железо, марганец, никель, олово, кремний. Массовое содержание легирующих компонентов в специальных латунях не превышает 7—9 %.
Таблица 1 Марки латуней
Наименование | Марка | Область применения | |
Латуни, обрабатываемые давлением | |||
Томпак Латунь Латунь марганцево-алюминиевая | Л96 Л63 ЛМцА57-3-1 | Для изготовления лент, полос, труб Для изготовления листов, лент, полос, труб, прутков , фольги, проволоки Для изготовления поковок | |
Латуни литейные | |||
Латунь алюминиево-железная Латунь марганцево-оловянно-свинцовая Латунь алюминиевая | ЛАЖ1-1 ЛМцОС58-2-2 ЛА67-2.5 | Для арматуры, втулок, подшипников Для изготовления шестерен Для коррозионно-стойких деталей, работающих в морской воде | |
По ГОСТу латуни обозначают буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди в сплаве в процентах. Латуни, содержащие до 10 % цинка, называют томпаком, свыше 10 до 20 % —полутомпаком. Обозначение легирующих элементов следующее: Ж — Железо, Мц—марганец, Н—никель, О—олово, К—кремний, С — свинец; массовое содержание легирующего элемента указывается цифрами. Например, марка ЛМцЖ55-3-1 обозначает марганцево-железную латунь, содержащую около 55 % Cu, 3 % Mn и 1 % Fe (остальное—цинк).
Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность, но уменьшают пластичность сплавов. Свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием.
Латуни, как и все сплавы цветных металлов, делят на литейные (для фасонного литья) и деформируемые (обрабатываемые прокаткой, прессованием, волочением). Наклепанные (нагартованные) латуни в присутствии влаги (а также кислорода, аммиака) растрескиваются; для предотвращения этого их отжигают при 250—300 °С. В табл. 1 приведены некоторые марки латуней.
Важнейшими бронзами являются оловянные, алюминиевые, кремнистые, никелевые.
Оловянные бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, жидкотекучестью и повышенными антифрикционными свойствами. Из них изготовляют главным образом отливки.
Простые оловянные бронзы применяют редко; в стандартных литейных бронзах массовое содержание олова не превышает 6 %, деформируемые бронзы содержат до 8 % Sn.
По ГОСТу оловянные бронзы маркируются буквами БрО и цифрой, показывающей массовое содержание олова; последующие буквы и цифры показывают наличие и массовое содержание в бронзе дополнительных элементов, для обозначения которых применяют те же буквы, что и при маркировке специальных латуней. Кроме того, цинк обозначают буквой Ц, а фосфор —Ф. Например, маркировка БрОЦС6-6-3 обозначает оловянно-цинково-свинцовую бронзу, содержащую около 6 % Sn, 6 %'Zn и 2 % Pb (остальное — медь).
Цинк повышает жидкотекучесть бронз, плотность отливок, их прочность, улучшает свариваемость. Свинец улучшает антифрикционные свойства, обрабатываемость резанием, никель способствует повышению коррозионной стойкости и прочности.
Среди сплавов на медной основе оловянные бронзы имеют самую низкую литейную усадку (около 1 %) и лучшую жидкотекучесть. Деформируемые бронзы имеют хорошую пластичность; они выпускаются в виде полос, лент, прутков, проволоки, трубок. В табл. 2 приведены некоторые марки бронз, область их применения.
Таблица 2.Марки бронзы
Наименование | Марка | Область применения |
Оловянно-цинковая бронза(обрабатываемая давлением) Оловянно-цинково-свинцовая бронза(литейная) Оловянно-цинково-свинцово-никелевая бронза (литейная) Алюминиевая бронза (обрабатываемая давлением) Алюминиево-железо-свинцовая бронза (литейная) Кремниемарганцевая бронза (обрабатываемая давлением) | БрОЦ4-3 БрОЦС5-7-5 БрОЦСНЗ-7-5-1 БрА7 БрАЖС7-1,5- 1,5 БрКМцЗ-1 | Ленты, полосы , прутки, проволока для пружин Вкладыши подшипников Арматура, устойчивая к морской воде, а также работающая под давлением до 2500кПа Ленты, полосы Отливки с высокими требованиями по шероховатости поверхности после обработки резанием Проволока, прутки, ленты |
В алюминиевых бронзах содержится до 11 % А1. По структуре эта бронза в основном (до 9,7 % А1) однофазная и представляет собой твердый раствор алюминия в меди. Она устойчива к коррозии, износу, более пластична, чем оловянная бронза; недостатком является большая литейная усадка (2,3 %) и пониженная жидкотекучесть.
Добавка к алюминиевой бронзе железа, марганца еще больше повышает ее механические свойства.
Кремнистая бронза содержит 2—3 % Si и относится к однофазным сплавам — твердым растворам, является литейной, имеет высокую прочность и успешно заменяет во многих случаях оловянную бронзу; ее свойства улучшают добавками марганца, никеля и др.
Медно-никелевые сплавы маркируются буквой М, а по легирующим элементам как бронзы. Константан МНМц40-1,5 имеет большое электрическое сопротивление и применяется в виде проволоки и лент в реостатах, электроизмерительных приборах. Мельхиор МНЖМпЗО-1 -1 имеет высокую коррозионную стойкость, применяется для теплообменных аппаратов, работающих в морской воде.
Монель-металл НМЖМц29-2,5-1,5 — сплав на основе никеля, отличается высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, широко применяется в судостроении, электротехнике и других отраслях промышленности.
-Легкие сплавы
К легким относятся сплавы на основе алюминия, магния и титана.
Из сплавов на основе алюминия получили распространение сплавы с медью, марганцем, кремнием. Для повышения прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности алюминиевых сплавов используют литий, никель, титан, бериллий.
Алюминиевые литейные сплавы содержат чаще всего кремний, медь и магний. Сплавы алюминия с кремнием, называют силуминами. Силумины жидкотекучи, имеют малую усадку, их состав близок к эвтектическому (марки АЛ2, АЛ9, АЛ4).
Сплавы алюминия с магнием для литья содержат 4,5—11 % Mg.
Упрочнение отливок из алюминиевых сплавов производят закалкой и старением; внутренние напряжения в отливках из этих сплавов снимают отжигом.
Алюминиевые сплавы, обрабатываемые давлением, подразделяются на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Сплавы с марганцем и магнием относятся к неупрочняемым.
К упрочняемым сплавам относится дюралюмин (Д1, Д16). Основными компонентами, упрочняющими дюралюмин после термической обработки, являются медь, магний и марганец. При нагреве до температуры 500—520 °С дюралюмин из двухфазного превращается в однофазный по мере растворения в а-фазе (сложном твердом растворе магния и меди в алюминии) алюминида СuА12. При последующей закалке образуется пересыщенный твердый раствор а. С течением времени в таком растворе даже при комнатной температуре происходит концентрация атомов меди внутри кристаллической решетки в определенных зонах раствора — «дисках» диаметром около 5 нм. Такие «диски» с повышенным массовым содержанием меди располагаются более или менее равномерно в пределах каждого кристалла; в результате твердый раствор становится неоднородным. Это явление называют естественным старением. Оно сопровождается повышением твердости и прочности дюралюмина при некотором понижении его пластичности. Старение можно ускорить путем подогрева сплава — искусственное старение. Наибольшую прочность сплава имеют в состоянии неоднородного твердого раствора, поэтому после закалки их подвергают выдержке при комнатной температуре в течение 5—7 сут или при температуре 150 °С (искусственное старение) в течение нескольких часов. При искусственном старении важно ограничить его до начала образования СuА12, так как выделение этой фазы сопровождается понижением прочности. Дюралюмин обрабатывают давлением в горячем (440—480 °С) и в холодном состояниях. Обработку в холодном состоянии рекомендуется делать до старения. Дюралюмин широко применяют в промышленности, особенно, в авиационной и ракетной.
Спеченные алюминиевые порошки (САП) получают методами порошковой металлургии . САП состоит из алюминия и оксида алюминия. Оксид алюминия не растворяется в алюминии, равномерно распределен в алюминиевой матрице, тормозит движение ее дислокаций, в результате чего предотвращается ползучесть, уменьшается пластичность и повышается прочность сплавов. В различных марках САП А1203 содержится от 6 до 22 %, что определяет предел прочности от 300 до 460 МПа и относительное удлинение от 8 до 1,5 %. По жаропрочности САП превосходит все алюминиевые сплавы, его используют для изготовления деталей, работающих при температурах до 500 °С, когда требуется также высокая прочность и коррозионная стойкость. САП хорошо обрабатывается давлением, резанием и удовлетворительно сваривается.
Сплавы на основе магния. Из сплавов на основе магния получили распространение его сплавы с марганцем, алюминием и цинком. Для повышения механических свойств магниевых сплавов добавляют цирконий, церий, неодим, торий и др. Магниевые сплавы упрочняют закалкой и дисперсным твердением.
Для магниевых сплавов характерна низкая сопротивляемость коррозии, поэтому готовые изделия защищают от коррозии оксидированием и последующим покрытием специальными лаками, красками, эпоксидными пленками.
Главным преимуществом их является высокая удельная прочность. Сплавы магния применяют для изготовления различных деталей самолетов, вагонов, автомобилей, решающее значение при этом имеет малая плотность сплавов (1,75—1,8 г/см3).
Титановые сплавы. Титан стоек в агрессивных средах (серной и соляной кислотах, их солях), поэтому он используется в химическом машиностроении, электронике, ядерной и других областях техники. В авиа- и ракетостроении чистый титан не применяется из-за его невысокой жаропрочности.
Для легирования титановых сплавов используют алюминий, олово, которые повышают температуру полиморфного превращения титана и называются α-стабилизаторами, а также марганец, хром, ванадий, железо, которые понижают температуру полиморфного превращения и являются β-стабилизаторами.
Сплавы с α-структурой термической обработкой не упрочняются; они обладают жаропрочностью и прочностью при низких температурах.
В промышленности применяют в основном двухфазные а + β-сплавы, упрочняемые при закалке и старении.
Помимо высокой прочности и малой плотности (4,5—5, 2 г/см3), титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах; они получили широкое применение при изготовлении деталей реактивных авиационных двигателей, обшивки сверхзвуковых самолетов, их используют в судостроении, криогенной технике.
-Антифрикционные сплавы
Наряду с подшипниками качения в машинах широко используются подшипники скольжения. Поскольку вкладыши подшипников скольжения непосредственно соприкасаются с валами, их изготовляют из сплавов достаточно пластичных, чтобы было легко прирабатываться к поверхности вращающегося вала, и достаточно прочных, чтобы служили опорой для вала; кроме того, сплавы должны иметь малый коэффициент трения с материалом вала и достаточно низкую температуру плавления, что необходимо для заливки подшипников. Сплавы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются подшипниковыми или антифрикционными.
Антифрикционные сплавы имеют пластичную основу, в которой равномерно рассеяны более твердые частицы. При вращении в подшипнике вал опирается на эти твердые частицы, а мягкая основа сплава по поверхности соприкосновения с валом изнашивается, в результате чего образуется сеть микроканалов, по которым перемещается смазка. Подшипниковые материалы делят на следующие группы: белые антифрикционные сплавы на основе олова, свинца (баббиты) и алюминия; сплавы на основе меди, чугуны серые, модифицированные и ковкие; металлокерамические пористые материалы; пластмассы.
Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы в меди и олове, а твердыми частицами—соединения SnSb и Cu3Sn. Баббиты Б83 применяют для заливки подшипников особо нагруженных машин. Оловянные баббиты дороги, поэтому по возможности их заменяют баббитами, состоящими преимущественно из свинца (например, баббитом марки Б16).
В свинцовых баббитах с сурьмой (марки Б16) твердые частицы образуют кристаллы соединений SnSb и Cu3Sn, рассеянные в мягкой основе — растворе сурьмы и олова в свинце. Эти баббиты уступают по качеству оловянным, однако с успехом применяются для подшипников средней нагруженности (например, в тракторных и автомобильных двигателях).
Другие подшипниковые сплавы. Сплавы алюминия по сравнению с баббитами отличаются меньшей плотностью, большей прочностью и меньшей стоимостью. Недостатком их является значительная разница в коэффициенте расширения алюминиевых сплавов и стали. Различные марки этих сплавов содержат олово (от 3,5 до 23 %), медь (0,7—8,5 %), кремний (0,3—1,2 %), никель (0,3—3,3%). Эти сплавы идут для изготовления литых подшипников и прокатных полос с последующей штамповкой из них. В качестве антифрикционных сплавов применяют бронзы БрОЦС5-5-5, БрОЦС4-4-17, БрСЗО и цинковые сплавы, а в качестве дешевых заменителей металлических материалов для подшипников используют пластифицированную древесину, текстолит и резину. Большое распространение получили спеченные антифрикционные материалы.
Антифрикционные сплавы содержат дефицитные цветные металлы (олово, свинец, сурьма), кроме того, они не могут работать в условиях сухого трения, при большой скорости скольжения, в агрессивных средах и при температурах выше 350 °С.
Для изготовления подшипников скольжения, вкладышей, втулок, уплотнителей все более широкое применение находят спеченные антифрикционные материалы, которые могут работать в названных выше условиях. Эти материалы характеризуются также низким коэффициентом трения, высокой износоустойчивостью и хорошей прирабатываемостью. Относительная пористость этих материалов (18—25 %) обеспечивает необходимую масловпитываемость; для пропитки маслом изделия обрабатывают в масляной ванне при температуре 100—120 °С.
Спеченными антифрикционными материалами являются железо-графит, железо-графит-медь, железо-медь, бронзографит.
Фрикционные спеченные материалы применяют для прокладок и тормозных дисках машин, для тормозных лент и колодок в самолетах, тракторах и т. д. В состав их входят медь, железо, олово, графит, кремний. Эти материалы выдерживают давление до 7 МПа и нагрев до температуры 550 °С.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ... ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ... Строительный факультет...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Цветные металлы и их сплавы. Сплавы на медной основе.
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов