Цветные металлы и сплавы

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 тАФ 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);

тАФ алюминий высокой чистоты тАФ А 935, А 99, А 97, Л 95 (0,005-0,5 % примесей);

---- технический алюминий тАФ А 85, А 8, А 7, А 5, А О (0,15тАФ0,5 % 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:

тАФ нормальной прочности;

тАФ высокопрочные сплавы;

тАФ жаропрочные сплавы;

тАФ сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дюралимины), которые маркируются буквой ВлДВ». 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 тАФ несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 тАФ один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия {В93, В95, В96) откосятся к системе Алюминий + Цинк + Магний + тАвг 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 тАФ детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК 4тАФ1, 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 300В°С.

Сплавы для ковки и штамповки (АК 2₅ АК 4_Э 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 тАФ 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:

тАФ искусственное старение: для улучшения прочности и обработки резанием;

тАФ отжиг с охлаждением на воздухе: для снятия литейных и остаточных напряжений и повышения пластичности;

тАФ закалка и естественное (или искусственное) старение: для повышения прочности;

тАФ 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 тАФ высоконагруженные детали ответственного назначения: корпуса компрессоров, блоки двигателей, поршни цилиндров и др.

Сплав АЛ9 тАФ изготовление деталей средней нагруженно, но сложной конфигурации, а также для деталей, подвергающихся сварке.

Сплавы алюминия с магнием (магналины) тАФ 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 тАФ 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 тАФ 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 тАФ типичный представитель сплав АЛИ (цинковый силумин), обладающий высокими литейными свойствами, а для повышения механических свойств подвергающийся модифицированию. Используется для изготовления отливок сложной формы тАФ 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 (20тАФ 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 590-620В°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 тАФ САП-4) применяют для изготовления деталей повышенной прочности и коррозионной стойкости, эксплуатируемых при рабочих температурах до 500В°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 25тАФ30 % 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 1083В°С, плотность 8,92 г/см³.

Выпускают медь следующих марок: - катодная тАФ МВ4к, МООк, МОку, М1к;

тАФ бескислородная тАФ МООб, МОб, М1б;

тАФ катодная переплавленная тАФ М1у;

тАФ раскисленная тАФ 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 тАФ алюминий; Внм тАФ вольфрам; Ви тАФ висмут; В тАФ ванадий; Гм тАФ кадмий; Гл тАФ галлий; Г тАФ германий; Ж -железо; Зл тАФ золото; К тАФ кобальт; Кр тАФ кремний; Мг тАФ магний; Мц тАФ марганец; М тАФ медь; Мш тАФ мышьяк; Н тАФ никель; О тАФ олово; С тАФ свинец; Ст тАФ селен; Ср тАФ серебро; Су тАФ сурьма; Ти тАФ титан; Ф тАФ фосфор; Ц тАФ цикк.

Медные сплавы классифицируют:

по химическому составу на:

тАФ латуни;

тАФ бронзы;

тАФ медноникелевые сплавы; по технологическому назначению на:

тАФ деформируемые;

тАФ литейные;

по изменению прочности после термической обработки ъ&'.

тАФ упрочняемые;

тАФ неупрочняемые.

Латуни тАФ сплавы меди, в которых главным легирующим элементом является цинк. В зависимости от содержания легирующих компонентов различают:

тАФ простыв (двойные) латуни;

тАФ многокомпонентные (легированные) латуни. Простые латуни маркируют буквой ВлЛВ» и цифрами,

показывающими среднее содержание меди в сплаве. Например, сплав Л 90 тАФ латунь, содержащая 90 % меди, остальное тАФ цинк.

В марках легированных латуией группы букв и цифр, стоящих после- них, обозначают легирующие элементы и их содержание в процентах. Например, сплав ЛАН КМц 75тАФ2тАФ2,5тАФ0,5тАФ0,5 тАФ латунь алюминиевоникель-

кремнистомарганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 % никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное тАФ цинк.

В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.

Алюминиевые латуни тАФ ЛА 85-0,6, ЛА 77-2, ЛАМш 77-2-0,05 обладают повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

Кремнистые латуни тАФ 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 тАФ 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 тАФ 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 тАФ это сплавы меди с оловом и другими элементами (алюминий, кремний, марганец, свинец, бериллий). В зависимости от содержания основных компонентов, бронзы можно условно разделить на:

тАФ оловянные, главным легирующим элементом которых является олово;

тАФ безоловянные (специальные), не содержащие олова. Бронзы маркируют буквами ВлБрВ», 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 тАФ 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:

тАФ деформируемые;

тАФ литейные;

тАФ 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 тАФ 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 500В°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 6тАФ13 % Ni, 1,5тАФ3 % А1, остальное тАФ 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 тАФ 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 тАФ медь. Это специальный сплав с высоким удельным электросопротивлением, используемый для изготовления электронагревательных элементов.

Вместе с этим смотрят:

Авангардизм як явище архiтектури ХХ столiття

Автоматическая автозаправочная станция на 250 заправок в сутки

Амурський мiст

Анализ деятельности строительного предприятия "Луна-Ра-строй"

Анализ проектных решений 20-ти квартирного жилого дома