66. Бронзы, сплавы меди с никелем

Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т.д. Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств бронзы легируют. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля — пластичности, железа — прочности, цинка — улучшению литейных свойств, свинца— улучшению обрабатываемости.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%).

Оловянные бронзы содержат в среднем 4—6% олова, имеют высокие механические (σ_в = 150—350 МПа; δ = 3—5%; твердость НВ = 60—90), антифрикционные и антикоррозионные свойства. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Марганцовистые бронзы (БрМЦ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при повышенных температурах. Свинцовистые бронзы (БрС30) отличаются высокими антикоррозионными свойствами и теплопроводностью. Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения. Кремнистые бронзы (БрКНГ-3, БрКМцЗ-1) применяют как заменители дорогостоящих бериллиевых бронз. Медно-никелевые сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель.

Нейзильберы (медь + никель + цинк) содержат 15% никеля, 20% цинка, остальное медь. Нейзильберы имеют белый приятный цвет, близкий к цвету серебра. Мельхиоры (медь + никель и небольшие добавки железа и марганца до 1%) обладают высокой коррозионной стойкостью, в частности в морской воде. Их применяют для изготовления теплообмен-ных аппаратов, штампованных и чеканных изделий. Копель (медь + никель 43% + марганец 0,5%) — специальный термоэлектродный сплав для изготовления термопар. Манганин (медь + никель 3% + марганец 12%) — специальный сплав с высоким удельным электросопротивлением, используемый в электротехнике для изготовления электронагревательных элементов.

67. Получение, свойства и применение титана и магния

Титан — серебристо-белый металл с высокой механической прочностью и высокой коррозионной и химической стойкостью. Для производства титана используют рутил, ильменит, титанит и другие руды, содержащие 10—40% двуокиси титана ТiO₂. После обогащения концентрат титановых руд содержит до 65% ТiO₂, ТiO₂, и сопутствующие окислы железа разделяют восстановительной плавкой. В процессе плавки окислы железа и титана восстанавливаются, в результате чего получают чугун и титановый шлак, в котором содержится до 80—90% ТiO₂. Титановый шлак хлорируют, в результате чего титан соединяется о хлором в четыреххлористый титан TiCl₄. Затем четыреххлористый титан нагревают в замкнутой реторте при температуре 950—1000 ^оС в среде инертного газа (аргона) вместе с твердым магнием. Магний отнимает хлор, превращаясь в жидкий MgCl, а твердые частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу, образуя титановую губку.

Путем сложных процессов рафинирования и переплава из титановой губки получают чистый титан. Технически чистый титан (ГОСТ 19807-74) содержит 99,2—99,65% титана. Прочность технически чистого титана зависит от степени его чистоты и соответствует прочности обычных конструкционных сталей.

Преимущество титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических свойств (σ_в = 1500 МПа; σ = 10—15%) и коррозионной стойкости с малой плотностью. Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность

титановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо свариваются в среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при температурах до 350—500°С.

По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные, а по прочности — на три группы: низкой (σ_в = 300—700 МПа), средней (σ_в=700—1000 МПа) и высокой (σ_в более 1000 МПа) прочности. Титановые сплавы применяются в авиационной и химической промышленности.

Магний — самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1,740 кг/м³, температура плавления 650 ^оС. Технически чистый магний непрочный, малопластичный металл с низкой тепло- и электропроводностью. Для улучшения прочностных свойств в магний добавляют алюминий, кремний, марганец, торий, церий, цинк, цирконий и подвергают термообработке.

Для производства магния используют преимущественно карналлит (MgCl₂, KCl₆, Н₂0), магнезит (МgСO₃), доломит (СаСO₃, МgСO₃) и отходы ряда производств, например титанового. Технически чистый магний (первичный) содержит 99,8—99,9% магния (ГОСТ 804-72). Маркировка и химический состав магниевых сплавов приведены в ГОСТ 2581-78. В зависимости от способа получения изделий магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые. Литейные магниевые сплавы (ГОСТ 2856-68) применяют для изготовления деталей литьем. Их маркируют буквами МЛ и цифрами, обозначающими порядковый номер.