Цветные металлы и сплавы.

Цветными называют металлы - алюминий, магний, цинк, медь и сплавы на их основе (деформируемые и литейные).

Алюминий и алюминиевые сплавы в целом обладают высокой прочностью, малой плотностью и, как следствие, высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью, высокими тепло- и электропроводностью. Механические свойства алюминия и его сплавов существенно зависят от состояния материала (отожженный или нагартованный) и могут быть повышены введением в состав сплава легирующих элементов: меди, магния, цинка, марганца и др. Медь увеличивает твердость, хрупкость алюминиевых сплавов, ухудшает их коррозионную стойкость. Кремний способствует повышению твердости сплава. Марганец вводят преимущественно для повышения коррозионной стойкости алюминиевых сплавов. Цинк способствует упрочнению алюминиевых сплавов, но уменьшает их коррозионную стойкость. Добавки никеля способствуют большей стабильности и повышению теплопроводности сплавов. Железо для большинства алюминиевых сплавов является вредной примесью, ухудшает их коррозионную стойкость, но в некоторые алюминиевые сплавы вводят до 1,5 % железа для повышения жаропрочности. Эксплуатационные свойства алюминиевых сплавов делают их незаменимым материалом для авиационной промышленности.

Магний среди технических металлов имеет минимальную плотность, однако из-за плохого комплекса эксплуатационных свойств как конструкционный материал в чистом виде не применяется. Магниевые сплавы прочны, имеют малую плотность, высокую удельную прочность, удовлетворительную коррозионную стойкость к атмосферным воздействиям, однако они не устойчивы в морской воде, в среде органических и минеральных кислот.

Важнейшими легирующими элементами в магниевых сплавах являются алюминий, цинк, марганец. Алюминий вводят для увеличения прочности и пластичности сплава, однако с увеличением содержания алюминия увеличивается склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Цинк способствует повышению коррозионной стойкости сплава. Марганец вводят для повышения коррозионной стойкости и увеличения прочности магниевого сплава.

Сплавы цинка достаточно прочны, обладают высокой коррозионной стойкостью к атмосферным воздействиям. Цинковые литейные сплавы используют ограниченно в качестве антифрикционных материалов. Цинк часто используют для электрохимической защиты железосодержащих сплавов.

Медь имеет высокую электро- и теплопроводность, высокую пластичность и достаточную прочность. Механические свойства меди зависят от предварительной термической обработки. Предел прочности нагартованной меди в 2 раза выше, чем у отожженной. Медь хорошо смачивается маслом, сопротивляется контактному схватыванию, особенно в пассивированном состоянии. Антифрикционные свойства меди недостаточно высоки и не допускают ее применения при трении скольжения и действии больших нагрузок. В атмосферных условиях она корродирует незначительно; растворяется в азотной и серной кислотах; в щелочах и соляной кислоте растворяется медленно. Медь защищает железосодержащие сплавы механически.

Латуни (медно-цинковые сплавы) обладают высокой прочностью (особенно в наклепанном состоянии), хорошей пластичностью (в отожженном состоянии), высокой коррозионной стойкостью. Наибольшую пластичность имеют латуни, содержащие 30...32 % цинка, а наибольшую прочность - содержащие 42...45% цинка (авиационные латуни). Чаще применяют латуни, обрабатываемые давлением.

Бронзы - сплавы на медной основе с добавками олова, алюминия, кремния, бериллия. Оловянные бронзы обладают хорошими антикоррозионными и антифрикционными свойствами. Чисто оловянные бронзы в настоящее время не применяют из-за дефицита и высокой стоимости олова. При ограничении содержания олова до 10 % в оловянные бронзы добавляют фосфор, цинк для улучшения их механических свойств. Введением свинца улучают главным образом антифрикционные свойства бронз. Безоловянные бронзы обладают также высокими механическими свойствами, имеют хорошие антикоррозионные и антифрикционные свойства.

Силумины (сплавы алюминий-кремний) обладают наиболее высокими литейными свойствами среди литейных алюминиевых сплавов Сплавы системы алюминий - медь обладают пониженными литейными свойствами, склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости. Преимущество этих сплавов - теплопрочность. Сложные алюминиевые сплавы, легированные медью и кремнием, обладают высокой жидкотекучестью. Алюминиево-магниевые сплавы склонны к окислению, образованию усадочных трещин, обладают пониженной жидкотекучестью, изготовление отливок вызывает трудности.

Алюминиевые сплавы в целом склонны к газопоглощению, что приводит к получению отливок с газовой пористостью и раковинами. Несмотря на то что линейная усадка алюминиевых сплавов невысока (0,9...1,4 %), они склонны к образованию усадочной пористости.

Медные сплавы в целом обладают высокими литейными свойствами и достаточной технологической пластичностью. Линейная усадка оловянных бронз составляет 1,2...1,6 %, они обладают хорошей жидкотекучестью, но склонны к образованию рассеянной усадочной пористости. Литейные свойства безоловянных бронз хуже, чем оловянных: ниже жидкотекучесть, выше склонность к окислению, значительная линейная усадка - 2,0..3,0 %.

Примерное назначение некоторых цветные металлов и сплавов представлено в табл. 2.7.

 

 

2.7. Назначение некоторых цветных металлов и сплавов
Марка	Назначение
Алюминий и сплавы алюминиевые, деформируемые, ГОСТ 4784-97
АМц	Малонагруженные изделия и элементы конст­рукции, изготовляемые обработкой давлени­ем, обладающие высокой коррозионной стой­костью: бензо- и маслопроводы, патрубки, фланцы.
АМг,	Средненагруженные детали и элементы свар­ных конструкций, обладающие высокой кор­розионной стойкостью.
АМг6	Детали авиационной техники.
Д1	Детали каркасов авиационной техники, штам­пованные узлы креплений, лопасти винтов, заклепки.
АК6	Детали сложной формы, изготовляемые обра­боткой давлением, обладающие средней прочностью.
Д16	Детали каркаса, об­шивки, шпангоутов, лонжеронов, нервюр са­молетов.
Сплавы алюминиевые литейные
АЛ2	Детали агрегатов и приборов авиатехники.
АЛ9	Детали сложной конфигурации при требова­ниях герметичности и коррозионной стойко­сти: кронштейны, качалки, педали.
АК5М	Крупные и средние детали, подверженные значительным нагрузкам: корпуса форсунок, фермы, картеры головок цилиндров и другие детали.
АМ5	Детали агрегатов, эксплуатирующиеся при умеренных нагрузках и температурах не выше 175...300°С.
АМг10(АЛ27)	Силовые детали, эксплуатирующиеся при температурах от -60 до +60 °С в морской воде и под действием водяного тумана.
Сплавы магниевые деформируемые
МА5	Изготовление высоконагруженных деталей (кронштейнов, качалок и др.) обработкой давлением.
МА11	Детали, нагревающиеся в процессе эксплуатации.
МА14	Высоконагруженные детали.
Сплавы магниевые литейные
МЛ5	Высоконагруженные детали сложной конфи­гурации, корпуса приборов и аппаратуры.
МЛ9	Средненагруженные детали сложной конфи­гурации.
МЛ11	Средненагруженные детали, эксплуатирую­щиеся при температурах до 300 °С.
Сплавы цинковые литейные
ЦА4	Литые детали средней прочности со стабиль­ными размерами.
ЦАМ4-1	Литые детали средней прочности: корпусы карбюраторов, насосов
ЦАМ4-3	Детали повышенной прочности
Сплавы цинковые антифрикционные
ЦАМ10-5	Моно- и биметаллические детали в конструк­циях подшипников скольжения: вкладыши, втулки
ЦАМ9-1,5	То же, что и ЦАМ10-5, а также прокатаные полосы, предназначенные для направляющих скольжения металлорежущих станков
Медь
Ml	Детали электротехнических устройств. Мас­лопроводы, прокладки, уплотнительные коль­ца, шайбы и др.
Латунь (сплав медно-цинковый), обрабатываемая давлением,
Л68	Радиаторы, шайбы, прокладки, втулки.
ЛС59-1	Трубы, корпуса кранов, заглушки, тройники, жиклеры и др.
Латунь литейная
ЛЦ40С	Фасонное литье, втулки, сепараторы подшип­ников
ЛЦ30А3	Мелкие и средние, умеренно нагруженные детали, эксплуатирующиеся в коррозионно-активных средах
ЛЦ16К4	Детали арматуры и детали, эксплуатирую­щиеся в морской среде
Бронза оловянная, обрабатываемая давлением
БрОФ7-0,2;	Детали с высокой коррозионной стойкостью. Упругие элементы (контакты, мембраны) при­боров
Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением
БрАМц9-2	Нагруженные детали: червяки, шестерни, втулки
БрАЖ9-4	Детали, работающие на изнашивание: втулки и вкладыши подшипников, червячные колеса, сопряженные с термически обработанными червяками; детали насосов.
БрБ2	Упругие элементы, эксплуатирующиеся при повышенной температуре: пружины, клеммы, контакты
БрАЖН10-4-4	Ответственные детали, эксплуатирующиеся в условиях интенсивного изнашивания: направ­ляющие, втулки, клапаны, шестерни
Бронза оловянная литейная
БрО8Ц4	Детали, изготовляемые из отливок, эксплуа­тирующиеся в пресной и морской воде, в па­ровоздушных и масляных средах
БрО3Ц12С5,	Детали, эксплуатирующиеся в условиях ин­тенсивного изнашивания: подшипники шпин­делей, венцы червячных колес в сопряжении с незакаленным червяком, литые вкладыши подшипников
Бронза безоловянная литейная
БрА10Ж3Мц2	Гребные винты судов, тяжелонагруженные зубчатые колеса, корпуса насосов

 

Контрольные вопросы к главе 2

1. Что называется доменным процессом?

2. Опишите устройство доменной печи.

3. Какой материал называют сталью?

4. В чем заключается суть передела чугуна в сталь?

5. Объясните устройство мартеновской печи.

6. Перечислите основные особенности устройства конвертера.