Кольорові метали та сплави

Тема: Кольорові метали та сплави

Багато кольорові метали і їх сплави мають ряд цінних властивостей: хорошою пластичністю, в'язкістю, високою електро- і теплопровідністю, корозійну стійкість і іншими достоїнствами. Завдяки цим якостям кольорові метали і їх сплави займають важливе місце серед конструкційних матеріалів.

З кольорових металів в автомобілебудуванні в чистому вигляді і у вигляді сплавів широко використовуються алюмінії, мідь, свинець, олово, магній, цинк, титан.

1.Алюміній і його сплави

Алюміній - метал сріблясто-білого циста, характеризується низькою густиною 2,7 г / см 3. високу електропровідність, температура плавлення 660 "С. Механічні властивості алюмінію невисокі, тому в чистому вигляді як конструкційний матеріал застосовується обмежено.

Для підвищення фізико-механічних і технологічних властивостей алюміній легируют різними елементами (Сі, Mg, Si, Zn). Залізо і кремній є постійними домішками алюмінію. Залізо викликає

зниження пластичності і електропровідності алюмінію. Кремній, як і мідь, магній, цинк, марганець, іпколь і хром, відноситься до легирующим добавкам, зміцнюючих алюміній.

Залежно від змісту постійних домішок розрізняють:

--- алюміній особливої ​​чистоти марки А 999 (0,001% домішок);

- алюміній високої чистоти - А 935, А 99, А 97, Л 95 (0,005-0,5% домішок);

---- технічний алюміній - А 85, А 8, А 7, А 5, А О (0,15-0,5% домішок).

Алюміній випускають у вигляді напівфабрикатів для подальшої переробки у вироби. Алюміній високої чистоти застосовують для виготовлення струмопровідних і кабельних виробів.

І автомобілебудуванні широке застосування отримали зшиті на основі алюмінію. Вони класифікуються: - за технологією виготовлення; за ступенем зміцнення після термічної обробки;

---- за експлуатаційними властивостями.

К. неупрочіяемим термічною обробкою відносяться сплави;

алюмінію з марганцем марки АМц;

алюмінію з магнієм, марок АМц АМгЗ, АМг5В;

Ці сплави мають високу пластичність, корозійну стійкість, добре штампуються і зварюються, але мають невисоку міцність. З них виготовляють бензинові баки, дріт, заклепки, а також зварні резервуари для рідин і газів, деталі вагонів.

У групі, що деформуються алюмінієвих сплавів, зміцнюючих термічною обробкою, розрізняють сплави:

- сплави для кування і штампування.

Сплави нормальної міцності. До них відносяться сплави системи Алюміній + Мідь + Магній (дюраліміни), які маркуються буквою «Д». Дюралюмінію (Д1, Д16, Д! 8) характеризуються високою міцністю, достатньою твердістю і в'язкістю. Для зміцнення сплавів застосовують загартування з наступним охолодженням у воді. Загартовані дуралюміни піддаються старінню, що сприяє збільшенню їх корозійної стійкості.

Дюраліміни широко використовуються в авіабудуванні: зі сплаву Д1 виготовляють лопаті гвинтів, з Д16 - несучі елементи фюзеляжів літаків, сплав Д18 - один з основних клепаних матеріалів.

Високоміцні сплави алюмінію

Високоміцні сплави за своїми характеристиками міцності показниками перевершують дуралюміни, проте менш пластичні і більш чутливі до концентраторів напружень (надрізів). З цих сплавів виготовляють високонавантажені зовнішні конструкції в авіабудуванні - деталі каркасів, шасі і обшивки.

Жароміцні сплави алюмінію (АК 4-1, Д 20) мають складний хімічний склад, леговані залізом, нікелем, міддю і іншими елементами. Жароміцність сплавів надає легування, що сповільнює дифузійні процеси.

Деталі з жароміцних сплавів використовуються після гарту і штучного старіння і можуть експлуатуватися при температурі до 300 ° С.

Сплави для кування і штампування (АК 25 АК 4Е АК 6, АК 8) відносяться до системи Алюміній + Мідь + Магній з добавками кремнію. Сплави застосовують після гарту і старіння для виготовлення середньо навантажених деталей складної форми (АК 6) і високонавантажених штампованих деталей - поршні, лопаті гвинтів, крильчатки насосів і ін.

Ливарнісплави. Для виготовлення деталей методом лиття застосовують алюмінієві сплави систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для поліпшення механічних властивостей сплави легують титаном, бором, ванадієм. Головним достоїнством ливарних сплавів є висока текучість, невелика усадка, хороші механічні властивості.

Застосовують наступні види термічної обробки ливарних алюмінієвих сплавів:

- штучне старіння: для поліпшення міцності і обробки різанням;

- отжиг з охолодженням на повітрі: для зняття ливарних і залишкових напруг і підвищення пластичності;

- гарт і природне (або штучне) старіння: для підвищення міцності;

- гарт і пом'якшувальний відпустку: для підвищення пластичності і стабільності розмірів.

Сплави алюмінію з кремнієм (силуміни) набули найбільшого поширення серед алюмінієвих ливарних сплавів в силу своїх високих ливарних властивостей і хороших механічних і технологічних характеристик. Силуміни (марок АЛ2, АЛ4, АЛ9) мають високу жидкотекучестью, хорошою герметичністю, достатню міцність, добре обробляються різанням, добре зварюються, пручаються корозії і стійкі до утворення гарячих тріщин.

Сплав АЛ2 застосовується для виготовлення тонкостінних деталей складної форми при литті в землю: корпусу агрегатів і приладів.

Сплав АЛ4 - високонавантажені деталі відповідального призначення: корпуси компресорів, блоки двигунів, поршні циліндрів і ін.

Сплав АЛ9 - виготовлення деталей середньої навантажений, але складної конфігурації, а також для деталей, що піддаються зварюванні.

Сплави алюмінію з магнієм (магналіни) - АЛ 8, АЛ13, АЛ27, АЛ29 мають найбільш високу корозійну стійкість і більш високими механічними властивостями після термічної обробки в порівнянні з іншими алюмінієвими сплавами, але ливарні властивості їх низькі.

Сплави АЛ 8 і АЛ 13 є найбільш поширеними, з них виготовляють схильні корозійних впливів деталі морських судів, а також деталі, що працюють при високих температурах (головки циліндрів потужних двигунів повітряного

Стави алюмінію з міддю - АЛ7, АЛ12, АЛ19 мають невисокими ливарні властивості і зниженою корозійну стійкість, але високими механічними властивостями.

Сплав АЛ7 застосовують для виготовлення виливків нескладної форми, які працюють-з великими напруженнями (головки циліндрів малопотужних двигунів повітряного охолодження).

Сплави алюмінію, міді і кремнію - АЛЗ, АЛ4, Алб характеризуються хорошими ливарними властивостями, але корозійна стійкість їх невисока.

Сплав АЛЗ широко застосовують для виготовлення виливків корпусів, арматури і дрібних деталей.

Сплав АЛ4 використовується для виливків відповідальних деталей, що вимагають підвищеної теплостійкості і твердості.

Сплав АЛ6 застосовують для виливків корпусів карбюраторів і арматури бензинових двигунів.

Сплави алюмінію, цинку і кремнію - типовий представник сплав АЛІ (цинковий силумін), що володіє високими ливарними властивостями, а для підвищення механічних властивостей піддається модифікації. Використовується для виготовлення виливків складної форми - картерів, блоків двигунів внутрішнього згоряння.

Підшипникові сплави. Найбільше застосування з алюмінієвих підшипникових матеріалів отримав сплав АСМ. За антифрикційним властивостям він близький до свинцевої бронзі, але перевершує її по корозійної стійкості і технологічності.

Сплав АСС-6-5 містить в своєму складі 5% свинцю, що надає йому високі протизадирні властивості. Підшипники ковзання з сплавів АСМ і АСС-6-5 застосовують замість бронзових в дизельних двигунах.

З алюмінієвих сплавів, легованих оловом, виготовляють важко навантажених підшипники ковзання в автомобілебудуванні, а також в судновому і загальному машинобудуванні.

Алюмінієві сплави характеризуються більш високим коефіцієнтом теплового розширення, ніж чавуни і стали. Тому підшипники з алюмінієвих сплавів обмежено застосовуються в практиці машинобудування. Більш широке поширення отримали біметалічні матеріали, що представляють собою шар алюмінієвого сплаву, нанесений на сталеве підстава. Такі біметали забезпечують надійну роботу вузлів тертя при великих навантаженнях (20- 30 МПа) і високих швидкостях ковзання (до 20 м / с).

Спечені метали. Матеріали на основі алюмінію, отримані методами порошкової металургії, володіють у порівнянні з ливарними сплавами більш високою міцністю, стабільністю властивостей при підвищених температурах і корозійну стійкість.

Матеріали з спечених алюмінієвих порошків (САП) складаються з найдрібніших частинок алюмінію і його оксиду А12 О3. Порошок для спікання отримують з технічно чистого алюмінію, розпиленням з подальшим подрібненням гранул в кульових млинах.

Технологічний процес отримання виробів з САП складається з операцій виготовлення заготовок і подальшої механічної обробки. Заготовки отримують брикетуванням (холодним або з підігрівом) порошку з наступним спіканням при 590-620 ° С і тиску 260-400 МПа.

За стійкістю до впливу температури матеріали з САП перевершують жароміцний алюмінієвий сплав ВД17.

Спечені алюмінієві порошки (марок САП-1 - САП-4) застосовують для виготовлення деталей підвищеної міцності і корозійної стійкості, експлуатованих при робочих температурах до 500 ° С.

Представником цієї групи матеріалів є САС-1, що містить 25-30% Si і 7% Ni, застосовуваний замість більш важких матеріалів в приладо- і машинобудуванні.

2.Медь і її сплави

Мідь в чистому вигляді має червоний колір; .ніж більше в ній домішок, тим грубіше і темніше злам. Температура плавлення міді 1083 ° С, щільність 8,92 г / см 3.

Випускають мідь наступних марок: - катодна - МВ4к, МООк, Мокуо, М1К;

- бескислородная - МООб, моб, М1Б;

- катодна переплавлені - М1у;

- розкислення - М1р, М2р, МЗР, МОЗ.

Домішки надають істотний вплив на фізико-механічні властивості міді. За змістом домішок розрізняють марки міді:

МГО (99,99% Сі), МО (99,95% Сі), Ml (99,9% Сі), М2 (99,7% Сі), МОЗ (99,50% Сі).

Головними перевагами міді як машинобудівного матеріалу є високі тепло- і електропровідність, пластичність, корозійна стійкість в поєднанні з досить високими механічними властивостями. До недоліків міді відносять низькі ливарні властивості і погану оброблюваність різанням.

Легування міді здійснюється з метою надання сплаву необхідних механічних, технологічних, антифрикційних і інших властивостей. Хімічні елементи, які використовуються при легуванні, позначають в марках мідних сплавів наступними індексами:

А - алюміній; ВНМ - вольфрам; Ві - вісмут; В - ванадій; Гм - кадмій; Гл - галій; Г - германій; Ж залізо; Зл - золото; К - кобальт; Кр - кремній; Мг - магній; Мц - марганець; М - мідь; Мш - миш'як; Н - нікель; Про - олово; С - свинець; Ст - селен; Ср - срібло; Су - сурма; Ти - титан; Ф - фосфор; Ц - цікк.

Мідні сплави класифікують:

за хімічним складом на:

- меднонікелевие сплави; за технологічним призначенням на:

зі зміни міцності після термічної обробки ь '.

Латуні - сплави міді, в яких головним легуючим елементом є цинк. Залежно від змісту легуючих компонентів розрізняють:

- простигши (подвійні) латуні;

- багатокомпонентні (леговані) латуні. Прості латуні маркують буквою «Л» і цифрами,

кремністомарганцевая, що містить 75% міді, 2% алюмінію, 2,5% нікелю, 0,5% кремнію, 0,5% марганцю, інше - цинк.

Залежно від основного легуючого елемента розрізняють алюмінієві, крем'янисті, марганцеві, нікелеві, оловяністие, свинцеві та інші латуні.

Алюмінієві латуні - ЛА 85-0,6, ЛА 77-2, ЛАМш 77-2-0,05 володіють підвищеними механічними властивостями і корозійну стійкість.

Крем'янисті латуні - ЛК 80-3, ЛКС 65-1,5-3 і інші відрізняються високу корозійну стійкість в ТМООферНШ умовах і в морській воді, а також високими механічними властивостями.

Марганцеві латуні - ЛМц 58-2, ЛМцА 57-3-1, деформуються в гарячому і холодному стані, облада-нм iii.K-oKiiMii механічними властивостями, стійкі до корозії і морській воді і перегрітому парі.

Нікелеві латуні - ЛН 65-5 і інші мають високі механічні властивості, добре обробляються длплснпем в гарячому і холодному стані.

Oловяністиe латуні- ЛО - 90-1, ЛВ 70-3, ЛВ 62-1 відрізняються підвищеними антифрикційними властивостями і корозійну стійкість, добре обробляються.

Свинцеві латуні - ЛЗ 63-3, ЛС 74-3, ЛС 60-1 характеризуються підвищеними антифрикційними властивостями і добре обробляються різанням. Свинець в цих сплавах присутній у вигляді самостійної фази, практично не змінює структури сплаву.

Бронзи - це сплави міді з оловом і іншими елементами (алюміній, кремній, марганець, свинець, берилій). Залежно від змісту основних компонентів, бронзи можна умовно розділити на:

- олов'яні, головним легуючим елементом яких є олово;

Олов'яні бронзи мають високі антифрикційні властивості; -нечувствітельни до перегріву, морозостійкі, немагнітні.

Для поліпшення якості олов'яні бронзи легують цинком, свинцем, нікелем, фосфором і іншими елементами. Легування фосфором підвищує механічні, технологічні, антифрикційні властивості олов'яних бронз. Введення нікелю сприяє підвищенню механічних і протикорозійних властивостей. При легуванні свинцем збільшується щільність бронз, поліпшуються їх антифрикційні властивості і різанням, проте помітно знижуються механічні властивості. Легування цинком покращує технологічні властивості. Введення заліза (до 05 09%> сприяє підвищенню механічних властивостей бронз, однак зі збільшенням ступеня легування різко знижуються їх корозійна стійкість і технологічні властивості.

Залежно від технології-переробки олов'яні і спеціальні бронзи поділяють на:

Деформуємі олов'яні бронзи містять до 8% олова. Ці бронзи використовують для виготовлення пружин, мембран та інших деформуються деталей. Ливарні бронзи містять понад 6% олова, мають високі антифрикційні властивості і достатню міцність; їх використовують для виготовлення відповідальних вузлів тертя (вкладиші підшипників ковзання).

Спеціальні бронзи включають в свій склад алюміній, нікель, кремній, залізо, берилій, хром, свинець та інші елементи, В більшості випадків назва бронзи визначається основним легуючим компонентом.

Алюмінієві бронзи мають високі механічні, антифрикційними і антикорозійними властивостями. Ці бронзи знайшли застосування для виготовлення відповідальних деталей машин, що працюють при інтенсивному зношуванні і підвищених температурах.

Крем'янисті бронзи характеризуються високими антифрикційними і пружними властивостями, корозійну стійкість. Додаткове легування кременистих бронз іншими елементами сприяє поліпшенню експлуатаційних і технологічних властивостей бронз: цинк підвищує їх ливарні властивості, марганець і нікель покращують корозійну стійкість і міцність, свинець - різанням і антифрикційні властивості. Крем'янисті бронзи застосовують замість олов'яних для виготовлення антифрикційних деталей, пружин, мембран приладів і обладнання,

Свинцеві бронзи використовують у парах тертя, що експлуатуються при високих відносних швидкостях переміщення деталей. Для підвищення механічних властивостей і корозійної стійкості свинцеві бронзи легують нікелем і оловом.

Берилієві бронзи відрізняються високими властивостями міцності, зносостійкості і стійкістю до дії корозійних середовищ. Вони забезпечують працездатність виробів при підвищених температурах (до 500 ° С), добре обробляються різанням і зварюються. Бронзи цього типу використовують для виготовлення деталей відповідального призначення, що експлуатуються при підвищених швидкостях переміщення, навантаженнях, температурі.

Сплави міді з нікелем поділяють на конструкційні та електротехнічні

Їли (мідь-нікель-алюміній) містять 6-13% Ni, 1,5-3% А1, решта - мідь. Вони піддаються термічній обробці (гарт-старіння). Куніалі служать для виготовлення деталей підвищеної міцності, пружин і ряду електротехнічних виробів.

Нейзильбери (мідь-нікель-цинк) містять 15% Ni, 20% Sn, решта - мідь. Вони мають білий колір, близький до кольору срібла. Нейзильбери добре пручаються атмосферної корозії. Їх застосовують в приладобудуванні і виробництві годин.

Мелькіор (мідь-нікель і невеликі добавки заліза і марганцю до 1%) мають високу корозійну стійкість. Їх застосовують для виготовлення теплообмінних апаратів, штампованих і карбованих виробів,

Копел' (мідь-нікель-марганець) містять 43% Ni, 0,5 Мп, решта - мідь. Це спеціальний сплав з високим коефіцієнтом електроопору, який використовується для виготовлення електронагрівальних елементів.