Упражнение №2

ЦВЕТНЫЕ, ТВЁРДЫЕ СПЛАВЫ.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Цель работы: ознакомление с основными марками цветных сплавов и композиционных материалов, их свойствами и применением.

1. Краткая теоретическая часть

Уровень технического развития общества в значительной мере зависит от тех материалов, которые оно имеет. Разнообразие применяемых материалов обусловлено различием комплекса свойств, необходимых деталям и конструкциям в процессе эксплуатации. В настоящее время существует 3 группы используемых материалов:

1) металлические материалы (чёрные и цветные); 2) неметаллические материалы (керамические материалы; стекло; полимеры); 3) композиты, которые могут быть на металлической и неметаллической основе. В связи с особенностями структурного строения каждая группа материалов характеризуется определёнными физико-химическими свойствами. Например, чистые металлы и сплавы в настоящее время полностью не удовлетворяют требованиям новой техники, так как имеют низкие жаростойкость и усталостную прочность. А керамические материалы, имея малую плотность и высокую жаростойкость, отличаются недостаточной ударной вязкостью и низкой стойкостью к термоциклированию. Поэтому для получения лучшего комплекса свойств создаются композиции, в которых собраны все лучшие качества различных составляющих.

2. Цветные сплавы

В данной работе изучаются цветные сплавы на медной и алюминиевой основах.

1. Сплавы на медной основе.

Медные сплавы имеют высокие механические и технологические свойства, хорошо сопротивляются коррозии и износу. Сплавы на медной основе разделяют в зависимости от состава на две основные группы: латуни и бронзы.

Латуни – это сплавы меди с цинком, где содержание цинка не превышает 45 %. Они маркируются буквой “Л” – латунь и цифрами, указывающими содержание меди в процентах, остальное цинк (Л90, Л62 и т.д.)

Все латуни по технологическому признаку подразделяются на две группы:

а) деформируемые латуни (основной способ производства обработка давлением), из которых приготовляют ленты, проволоку, трубы, листы, прутки и т.д. (см. в табл. 3).

б) литейные латуни (основной способ производства изделий – литьё, чаще фасонное литьё), они обладают хорошей жидкотекучестью, антифрикционными свойствами, малой склонностью к ликвации (см. в табл. 3). Эти латуни имеют более высокие механические свойства и применяют их для изготовления подшипников, втулок, вкладышей, гаек, нажимных винтов, червячных колёс, пароводяной аппаратуры и т.д.

Латуни с содержанием цинка до 39 % хорошо деформируются в холодном состоянии. При содержании цинка от 39 % до 45 % латуни малопластичны в холодном состоянии, поэтому подвергаются горячей обработку давлением. Они имеют более высокую прочность и износостойкость.

По химическому составу латуни подразделяются на двойные (простые сплавы – только с Zn), называемые томпак, и специальные (многокомпонентные) (см. таблицу 4).

Специальные многокомпонентные латуни – это двухфазные латуни с добавками легирующих элементов, например, Sb (олово) повышает прочность, увеличивает коррозионную стойкость; Pb (свинец) улучшает обрабатываемость резанием; Al (алюминий) повышает механические свойства; Ni (никель) повышает прочность и коррозионную стойкость; Si (кремний) повышает твёрдость, улучшает износостойкость; Fe (железо) улучшает жидкотекучесть. По технологическому признаку многокомпонентные латуни также подразделяются на литейные и деформируемые. Легирующие элементы повышают прочность, но уменьшают пластичность. При маркировке специальных латуней после буквы “Л” – латунь стоят первые русские буквы каждого легирующего элемента и цифры, указывающие количество входящих легирующих добавок в процентах. Например, ЛАЖ60-1-1 – латунь, содержащая 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа, остальное цинк; ЛКС80-3-3 – 80 % меди, около 3 % кремния, 3 % свинца, остальное цинк.

Бронзы- это сплавы меди с другими различными элементами: оловом, свинцом, алюминием, кремнием, бериллием и др. Как легирующая добавка в бронзы может включаться и цинк в небольших количествах.

Маркируются бронзы буквами “Бр” (бронза), затем указываются буквенные обозначения легирующих элементов, входящих в сплав, а за ними по порядку цифры, показывающие содержание этих элементов в процентах, остальное медь. Например, БрОФ10-1 бронза оловянная (олова - 10 %, фосфора - 1%, остальное медь); БрАЖМц10-3-1 бронза алюминиевая (алюминия - 10%, железа - 3%, марганца - 1 %, остальное медь).

В технике широко применяются бронзы ( см. таблицы 5 и 6). Различают деформируемые и литейные оловянистые бронзы (при содержании олова менее 5-6 %). Деформируемые оловянистые бронзы изготовляют в виде лент, листов, прутков, трубок, путём прессования и штамповки. Литейные оловянистые бронзы применяют для изготовления антифрикционных деталей, пароводяной арматуры, вкладышей подшипников. Оловянистые (оловянные) бронзы характеризуются высокими антифрикционными свойствами, хорошей жидкотекучестью, низкой литейной усадкой.

В оловянистые бронзы для улучшения обрабатываемости резанием добавляют свинец, для повышения механических и литейных свойств – цинк и фосфор, для повышения коррозионной стойкости – никель.

Специальные (безоловянистые) бронзы также находят широкое применение, так как имеют высокие механические и технологические свойства, коррозионную стойкость (таблица 5).

Безоловянистые бронзы – это сплавы меди с марганцем, алюминием, никелем, свинцом, бериллием и другими элементами. Они также могут быть двойными и сложнолегированными, используются для получения деталей давлением или литьём.

Марганцовистые бронзы отличаются высокими коррозионными свойствами, высокой пластичностью, хорошо обрабатываются давлением, сохраняют механические свойства при повышенных температурах, например БрМц5 – до температуры 400-450⁰ С.

Алюминиевые бронзы – двойные (БрА5 и БрА7) и сложнолегированные (добавки Ni, Mn, Fe и др.) обладают повышенной коррозионной стойкостью и имеют высокие механические и технологические свойства.

Свинцовистые бронзы (БрС30, БрОС10-10, БрОСН10-2-3) являются литейными сплавами, они применяются как антифрикционный материал для высоконагруженных подшипников, работающих в условиях больших удельных давлений.

Кремнистые бронзы (БрКМц3-1) с содержанием кремния до 3 % отличаются высокой пластичностью и хорошими литейными свойствами, упругостью и коррозионной стойкостью. Эти бронзы легко обрабатываются резанием, давлением, свариваются. Применяют для изготовления пружин и других упругих деталей, работающих при повышенных температурах (до 250⁰ С), в агрессивных средах.

Бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ2-1-1) относятся к деформируемым сплавам, имеют высокие прочностные свойства, высокую упругость, сопротивляемость коррозии, свариваются и обрабатываются резанием. Применяют как материала для упругих элементов (пружин, мембран, торсионов), работающих в коррозионных средах, а также для деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов и др.).