Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)

Подождите немного. Документ загружается.

особенно

дуралюмин, недостаточно устойчивы против коррозии

обычной атмосфере и не обладают хорошей свариваемостью.

Алюминиевые сплавы (подобно сталям и

чугунам)

распределяются

на:

1) деформируемые давлением (прокаткой, прессованием, штам-

повкой);

2) литейные; 3) изготовляемые способом порошковой ме-

таллургии.

Марки

более широко применяемых сплавов и их назначение

указаны в табл. 40.

АЛЮМИНИЕВЫЕ

СПЛАВЫ,

ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ

ДАВЛЕНИЕМ

Сплавы для повышения прочности подвергают термической обра-

ботке: закалке, сообщающей

структуру

пересыщенного твердого

раствора, и старению (дисперсионному твердению) — естественному

или

искусственному. Кроме того, для их упрочнения используется

термомеханическая обработка, заключающаяся в закалке, холод-

ной

пластической деформации и старении.

Для повышения стойкости против коррозии некоторые сплавы,

главным образом дуралюмины, плакируют, т. е. покрывают защит-

ным

слоем алюминия (что, однако, снижает прочность и износостой-

кость).

Сплавы используют в различных условиях эксплуатации,

поэтому они неодинаковы по составу и свойствам и их целесооб-

разно

распределить на:

а) сплавы высокой прочности, называемые дуралюминами (o

40ч-50

кгс/мм

у большинства сплавов и до 60 кгс/мм

у сплавов

В95). Они имеют сложный химический состав; главными легиру-

ющими

элементами являются медь и магний, а у сплава В95 —

цинк;

б) сплавы (дуралюмины), сохраняющие прочность при повы-

шенных температурах (жаропрочные). Они используются при нагреве

до

300—350°

С (что ниже, чем у жаропрочных сталей и титановых

сплавов).

Дуралюмины этой группы имеют более сложный состав;

большинство из них содержит дополнительно никель (при меньшем

содержании меди);

в) сплавы повышенной пластичности, хорошо принимающие

глубокую

вытяжку и сварку. Содержание меди ограничивается 0,5%,

вследствие чего прочность сплавов ниже 25 кгс/мм

, а пластичность

выше,

чем у дуралюминов;

г) сплавы повышенной пластичности, свариваемости и стойкости

против коррозии. Они легируются марганцем и реже магнием и

отличие от дуралюминов почти не содержат меди, т. е. компонента,

который

образует упрочняющие фазы и

делает

сплав многофазным

мало устойчивым против коррозии. Эти сплавы устойчивы против

воздействия масел, бензина и т. п. Кроме того, они хорошо прини-

мают

холодную

вытяжку и удовлетворительно свариваются.

ЛИТЕЙНЫЕ

АЛЮМИНИЕВЫЕ

СПЛАВЫ

1. Сплавы с наиболее высокими литейными свойствами леги-

руются кремнием; они называются силуминами. Эти сплавы имеют

431

Таблица

АЛЮМИНИЕВЫЕ

СПЛАВЫ

Марка

Си

Химический состав,

Другие элементы

Примерное назначение

Д1

Д16

В95

АК2

АК4

АВ

(авиаль)

АМг2

АМц

АМгб

3.8—4,8

3,8-4,9

1,4—2,0

3,5—4,5

1,9—2,5

0,1—0,5

1. ДЕФОРМИРУЕМЫЕ СПЛАВЫ

(ПО

ГОСТ

4784—65)

Сплавы

высокой

прочности

(дуралюмины)

0,4—0,8

1,2—1,8

1,8—2,8

0,4—0,8

1,4—1,8

0,45—0,9

1,8-2,8

<0,7

«=0,5

0,5—1,0

0,5—1,2

0,4—0,8

0,3=0,9 Мп

0,2—0,6

5—7Zn

Жаропрочные

сплавы

1,8—2,3 Ni

0,8—1,3

Трубы, прутки, заклепки

для

конструкций средней

прочности

То

же,

большей прочности

Лонжероны

самолетов, лопасти, шпангоуты,

сплав

высокой

прочности

Поршни

двигателей

Диски

кольца, турбореактивных двигателей,

ло-

патки

компрессоров, поршни

Сплавы

повышенной

пластичности

0,5-1,2

«£0,4

0,2—0,4

Мп

0,2—0,6

Мп

Трубопроводы

детали, изготовляемые глубокой

вытяжкой

Сварные

баки, трубопроводы, оконные рамы. Хоро-

шая

свариваемость

Сплавы

повышенной

пластичности,

стойкости

против

коррозии

свариваемости

Бензино-

маслопроводы, баки

сварные, заклепки

5,6—6,8

«£0,4

1,0—1,6

Мп

0,02—0,1

2. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

(ПО

ГОСТ

2685

—

63)

АЛ2

АЛ4

АЛ9

АЛЗ

АЛ8

АЛ7

АЛ1

АЛ20

САП

Сплавы

повышенными

литейными

свойствами

коррозионной

стойкостью

во

влажной

атмосфере

(алюминиевокремнистые

силумины) *

Детали колес, агрегатов и приборов малой нагружен-

ности

Крупные

нагруженные детали моторов (блоки голо-

вок,

картеры)

Детали тонкостенные и сложной формы небольшой и

средней нагруженности. Свариваемые детали

1,5—3,0

0,35—0,6

4,5—5,5

0,6—0,9

Мп Корпуса и детали приборов

3. СПЛАВЫ

ПОВЫШЕННЫМИ МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Алюминиевомагниевые

магналии

0,17—0,3

0,2—0,4

0,35—0,6

1U—Id

8—10,5

6-8

4,5—5,5

—

0,6—0,9

Мп

9,5—11,5

Ответственные узлы несложной формы, работающие

при

ударных нагрузках и во влажной атмосфере

Алюминиевомедные

сплавы

4,0—5,0

3,75—4,5

3,5—4,5

1,25—1,75

0,7—1,2

Жаропрочные

сплавы

1,7—2,2

Ni,

1,5—2

1,2—1,7

0,15—0,3

Мп

0,15—0,25

Сг

0,05—0,1

4. СПЕКАЕМЫЕ СПЛАВЫ

Алюминий и 20—22% А1

Детали средней нагруженности; педали рычаги, арма-

тура; литейные свойства ниже, чем у магналия

Головки и поршни цилиндров и другие детали двига-

телей внутреннего сгорания, нагревающиеся до

275°

То же, литейные свойства лучше

Детали из листа, профильного проката, нагреваю-

щиеся

до

300—325°

Применяется

без

термической обработки.

Применяется

закаленном состоянии.

низкую температуру литья, хорошую жидкотекучесть, наибольшую

чувствительность к образованию литейных пор, но пониженные

механические свойства: о,, до

22—25

кгс/мм

и относительное удли-

нение

2—3% (при условии модифицирования). Силумины исполь-

зуют

для деталей сложной формы, но не воспринимающих повышен-

ных нагрузок.

2. Сплавы с повышенными механическими свойствам; для этой

цели они легируются магнием и медью; литейные свойства, ниже,

чем у силуминов.

3. Устойчивые против нагрева (жаропрочные); подобно дефор-

мируемым сплавам, они используются при нагреве до

300—350°

СПЕКАЕМЫЕ

АЛЮМИНИЕВЫЕ

СПЛАВЫ

(САП)

Сплавы,

называемые САП, изготовляют спеканием алюминия

виде пудры, содержащей на поверхности слой окисла (А1

В спеченном сплаве алюминий является матрицей ячеистого строе-

ния,

в которой включены в качестве фазы-упрочнителя дисперсные

частицы окислов

А1

Оптимальное количество окиси алюминия

20—22%.

Частицы

А1

химически не взаимодействуют с матрицей и не

коагулируют при нагреве, вследствие чего прочностные свойства

сплава мало изменяются при повышении температуры. Прочность

при

20° С ниже, чем у дуралюминов, а при

200—300°

С, наоборот,

выше и стойкость против коррозии повышенная.

Пластичность сплавов вследствие влияния матрицы удовлетво-

рительная. Сплавы после спекания прокатывают в листы, прутки

разного профиля или подвергают штамповке.

Сплавы САП используют преимущественно в качестве жаропроч-

ных для работы при температурах на

30—50°

С выше, чем деформи-

руемых

и литейных сплавов.

Д.

Магниевые сплавы

В машиностроении используют сплавы магния, преимущественно

с алюминием, марганцем и цинком и реже с цирконием и ниобием

(прочность магния значительно ниже, чем его сплавов).

Основное преимущество магниевых сплавов по сравнению с осталь-

ными

промышленными металлами — небольшая плотность: 1,7—

1,8 г/см

. Однако их модуль упругости пониженный:

4300

кгс/мм

Вследствие этого магниевые сплавы пригодны для менее нагружен-

ных деталей. Для магниевых сплавов характерен, кроме того, вы-

сокий

уровень демпфирования (т. е. способности гасить вибрации),

что уменьшает опасность появления резонансных пиков напря-

жений.

Магниевые сплавы, подобно сплавам алюминия и железа, распре-

деляются на:

1) деформируемые и

2) литейные.

Химический состав типичных сплавов приведен в табл. 41.

434

1. ДЕФОРМИРУЕМЫЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Сплавы используют в виде проката (листов, ленты,

труб)

и по-

ковок.

увеличением содержания алюминия в

структуре

сплавов воз-

растает содержание фазы

(см. рис. 137). Это повышает проч-

ность. Предел текучести сплава МА1 (без алюминия) 9—10, а спла-

ва МА2-1 (с

3,8—5%

А1) Н—15 кгс/мм

Однако в присутствии второй фазы

(или фазы, образуе-

мой цинком) снижается стойкость против коррозии, в том числе на

воздухе

и в воде.

Наоборот, стойкость против коррозии при нагреве в атмосфере

воздуха

возрастает в присутствии марганца, не образующего до-

полнительной фазы. Поэтому магниевые сплавы, главным образом

с марганцем, используют в качестве теплостойких, но при более

низком

нагреве (см. табл. 41), чем алюминиевые и титановые.

ЛИТЕЙНЫЕ

МАГНИЕВЫЕ

СПЛАВЫ

Механические свойства магниевых сплавов, используемых в виде

отливок, ниже, чем у деформированных. Их повышают модифици-

рованием и термической обработкой. В этом

случае

предел

теку-

чести достигает 8—10 (сплавы МЛЗ, МЛ5) и у сплава МЛ15 14—

15 кгс/мм

Теплостойкость литейных и деформированных сплавов примерно

одинакова.

Е.

Титановые

сплавы

Основные преимущества титановых сплавов, определяющие об-

ласть применения этого сравнительно нового конструкционного

материала, следующие: небольшая плотность ~4,5 г/см

, высокая

стойкость против коррозии и высокие прочностные свойства при

отсутствии хладноломкости, в том числе при очень низких темпера-

турах.

Для некоторых сплавов титана характерны, кроме того, хо-

рошие жаропрочные свойства (но они ниже, чем у стали).

Титановые сплавы практически превосходят нержавеющие стали,

медные и никелевые сплавы в стойкости против коррозии в морской

воде, в том числе и при длительной работе, а также в таких агрес-

сивных

средах,

как влажный хлор, горячая азотная кислота высокой

концентрации

(и некоторых

других).

Коррозионная стойкость тита-

новых сплавов дополнительно возрастает при введении очень малых

количеств палладия.

Прочностные свойства титановых сплавов различаются в зави-

симости от состава и структуры, получаемой при термической обра-

ботке. Некоторые сплавы титана, обладая меньшей плотностью,

не

уступают

в прочности легированным конструкционным сталям

после улучшающей термической обработки. Марки титановых спла-

вов распределены в табл. 42 по прочности и

структуре.

435

Таблица

МАГНИЕВЫЕ

СПЛАВЫ

Марка

Химический

состав,

Zn Zr

РЗМ

Свойства

назначение

МА2-1

МА14

МА1

МА2

МА8

МЛ10

МЛ

3,8—5

3—4

0,3—0,7

1,3—2,5

0,15—0,5

1,3—2,2

ДЕФОРМИРУЕМЫЕ

СПЛАВЫ

(по

ГОСТ

14957-69)

Повышенной прочности

0,8—1,5

5—6

0,3—0,9

Теплостойкие

Хорошая свариваемость; листы, трубы

для

подачи

масла, бензина

Свариваемость ниже, цельные детали

0,2—0,8

0,15—0,30 Се

Для работы

до 150° С; a

0l2

до 10

кгс/мм

То

же, до

200°

ЛИТЕЙНЫЕ

СПЛАВЫ

(по

ГОСТ

2856—68)

Для

работы без нагрева

млз

МЛ5

2,5—3,5

7,5—9

0,15—0,5

0,5—1,5

0,2—0,8

—

Теплостойкие

0,1—0,7

4,0—5,0

0,4—1,0

0,7—1,0

2,2—2,8 Nd

0,6—1,2 La

Арматура, детали корпусов насосов, ручки, педали

простой конфигурации

То

же,

более сложной формы; стойкость

во

влаж-

ной

атмосфере

Для работы

до

250°

Для работы

до 300—400° С

ВТ5

0Т4-1

ОТ 4

ВТ 6

АТЗ*

ВТ8**

ВТ15

Таблица

Сплав

ТИТАНОВЫЕ

Химический

состав,

Ми

V Мо Сг

СПЛАВЫ

Свойства

назначение

Однофазные

а-структурой

Высокая свариваемость, хорошая пла-

стичность и прочность при низких

температурах

Двухфазные

сплавы

(а + (5)

6,5

1,5

—

3,5

—

1,5*

То же, но выше пластичность при

20° С (пригодны в листах), прочность

30—70

кгс/мм

То же, прочность

80—90

кгс/мм

Повышенная

стойкость против корро-

зии;

жаропрочный сплав

Однофазные

сплавы

^-структурой

3 8 11

Высокие пластичность и прочность

100—120

кгс/мм

при 20° С

* (Fe + Сг + Si + В).

••

Кроме

того,

0,2% Si.

Повышенные

прочностные свойства, в том числе при нагреве

до

550—600°

С, имеют титановые сплавы, легированные хромом, что

при

меньшей плотности, чем у стали,

делает

их особенно пригод-

ными

для деталей, в работе которых развиваются значительные

центробежные силы.

Вместе с тем сплавы титана

уступают

сталям, особенно с повы-

шенным

содержанием

углерода,

в твердости и износостойкости, что

сильно

затрудняет использование их для деталей, работающих

условиях повышенного изнашивания.

Ж.

Подшипниковые сплавы (баббиты)

Эти сплавы (табл. 43) применяют для заливки вкладышей под-

шипников

скольжения. Основные типы сплавов следующие:

1. Оловянные баббиты (в частности, марки Б83), у них хорошая

прирабатываемость к

валу

и износостойкость. Структура их —

мягкая

основа (сс-твердый раствор сурьмы в олове) и равномерно

распределенные в ней твердые частицы химического соединения SnSb.

2. Несколько ниже износостойкость (при повышенных давле-

ниях) у баббитов на свинцовистой основе; их металлическая основа —

437

Таблица

ПОДШИПНИКОВЫЕ

СПЛАВЫ

(БАББИТЫ) (ПО

ГОСТ

1209-73 и

ГОСТ

1320 — 55)

Марка

Б83

БН*

Б16

БКА**

10—12

13—15

15—17

^0,25

РЬ

Осн.

Химический

состав,

°/

{

Осн.

9-11

15—17

—

Си

5,5-6,5

1,5-2

1,5—2

0,95—

1,15 Са

другие

элементы

1,25—

1,75 Cd

—

0,7-

0,9 Na

Назначение

для

вкладышей

подшипников

Сильно нагруженных ма-

шин

(турбины и др.)

Машин средней нагру-

женности, автомобиль-

ных моторов

Для подшипников же-

лезнодорожного транс-

порта

Кроме

того,

0,75—1,25% Ni и 0,5 — 0,9% As.

••

Кроме

того,

0,05 — 0,2% А1.

мягкая

эвтектика; в ней распределены (но менее равномерно) ча-

стицы

более твердой сурьмы. Эти сплавы используют для вклады-

шей

подшипников меньшей нагруженности.

Для предупреждения ликвации при литье из-за различия в плот-

ности

основных компонентов: олова, свинца и значительно более

легкой

сурьмы в эти баббиты вводят медь.

3. Баббиты на свинцовистой основе без олова, т. е. более дешевые

(с

добавками кальция, алюминия, натрия).

ГЛАВА

XXVIU

МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ

Эти

материалы в зависимости от состава и свойств применяют

для резания, деформирования и шлифования. Их делят по главному

свойству — высокой твердости — на материалы: 1) повышенной

твердости (HV 1500—2000); высокой твердости (HV 2000—2500);

3) очень высокой твердости (HV

8000—10

000).

ТВЕРДЫЕ

СПЛАВЫ

(HV

1500-2000)

Твердые сплавы (табл. 44) значительно превосходят быстроре-

жущие стали по твердости * (HRC 73—75 и HRC

65—69

соответ-

ственно),

износостойкости, теплостойкости (900—1000 и

620—720°С

соответственно) и модулю упругости Е (~50 000 кгс/мм

Твердость твердых сплавов измеряют по Роквеллу по шкале А (с нагрузкой

60 кгс). Значения HRA можно пересчитывать по HRC по формуле HRC =

—

2HRA — 104.

438

Но

твердые сплавы

уступают

быстрорежущим сталям по проч-

ности

(соответственно

90—200

220—350

кгс/мм

при изгибе).

Их

применяют для резания с высокой скоростью материалов повы-

шенной

твердости, а также для штамповки при отсутствии значи-

тельных механических нагрузок. Получаемая чистота обрабатывае-

мой

поверхности из-за высокой жесткости сплавов лучше, чем после

резания

инструментами из быстрорежущих сталей.

Твердые сплавы изготовляют из порошков прессованием и спе-

канием

и применяют в виде пластинок, припаиваемых или механи-

чески закрепляемых в режущем инструменте или в штампе: а также

виде инструментов простой формы (например, коротких сверл).

Их

технологический недостаток — невозможность обработки реза-

нием,

так как твердые сплавы не принимают термической обработки

не изменяют своей высокой твердости.

Свойства и область применения отдельных марок твердых спла-

вов изменяются в зависимости от их состава и структуры.

Структура сплавов: твердые частицы карбидов вольфрама и

титана (а у некоторых сплавов, кроме того, карбидов тантала),

связанные

мягкой эвтектикой на основе кобальта. С увеличением

содержания кобальта снижаются твердость и износостойкость, но

возрастает прочность.

В присутствии карбидов титана повышаются температуры сва-

ривания

сходящей стружки с рабочей гранью, что предупреждает

ее быстрое разрушение.

Поэтому применяют:

а) сплавы с карбидом вольфрама и карбидом титана для резания

сталей, т. е. материалов с повышенной способностью к свариванию.

В присутствии карбида тантала, кроме того, несколько улучшается

вязкость;

б) сплавы с карбидом вольфрама для резания

чугуна

и в штампах.

В обозначениях марок твердых сплавов первая буква указывает:

В — на присутствие карбида вольфрама (WC) и на то, что в таком

сплаве нет

других

карбидов;

— на присутствие карбида титана TiC (наряду с карбидом

вольфрама);

цифра, следующая за буквой, — его количество в %.

Это сплавы вольфрамо-титановой группы.

Если

после буквы Т нет цифры и за ней

следует

вторая буква Т,

то сплав содержит, кроме того, карбид тантала (ТаС) и цифра, сле-

дующая за второй буквой Т, указывает содержание карбида ТаС.

Буква К обозначает кобальт, а следующая за ней цифра — его

содержание в %.

Содержание основного карбида WC определяется, таким образом,

по

разности (кроме сплавов, содержащих три карбидных фазы:

WC, TiC, ТаС).

Буква В, если она приписывается в конце обозначения маркя

(после буквы К), указывает, что карбидные частицы более крупные

(чем в сплавах такого же состава, но без этого дополнительного

обозначения).

Эти сплавы имеют несколько большую вязкость, но

меньшую твердость.

439

Таблица

ТВЕРДЫЕ

СПЛАВЫ

(МАТЕРИАЛЫ

ТВЕРДОСТЬЮ

1500—2000)

(ПО

ГОСТ

3882

—

67)

Марки

Компоненты,

w;-

TiC

TaC

ДОС

на:

iS-5

СО

Назначение

Т30К4

Т15К6

Т5К12

ТТ7К12

В КЗ

В Кб

ВК6М

ВК6В

ВК8

ВК8В

ВК15

;. для

РЕЗАНИЯ СТАЛЕЙ

Вольфрамотитанокобальтовые

—

115

160

Точение с малым сечением

среза, развертывание

Точение чистовое (непрерыв-

ное),

фрезерование

Тяжелое черновое точение

строгание

Вольфрамотитанотанталокобальтовые

81 4 3 12 87 160

Точение,

строгание при боль-

ших нагрузках

ДЛЯ

РЕЗАНИЯ ЧУГУНОВ, ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ,

АУСТЕНИТНЫХ

СТАЛЕЙ

СПЛАВОВ, НЕМЕТАЛЛОВ

(ВОЛ ЬФРАМО

КОБ

АЛЬТОВЫЕ)

—

88,5

87,5

86,5

ПО

145

135

150

160

170

180

Точение чистовое (непрерыв-

ное

резание)

чугуна.

Обра-

ботка стекла, резины, пласт-

масс

Точение чистовое прерывное

черновое непрерывное чу-

гуна,

цветных металлов, по-

лимеров

Обработка аустенитных ста-

лей и сплавов,

твердых

чугу-

нов

и неметаллов

Бурение горных пород

Черновое точение, строгание,

фрезерование

чугунов

и не-

металлов

Точение аустенитных спла-

вов,

строгание, бурение тя-

желых горных пород

Бурение горных пород, обра-

ботка гранита, дерева. Воло-

чение стали

ДЛЯ

ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

ШТАМПОВЫЕ

(ВОЛ ЬФРАМО

КОБ

АЛЬТОВЫЕ)

ВК20

ВК25

—

84,5

190

200

Штампы

и детали при повы-

шенном

износе и небольших

ударных нагрузках

То же, при больших нагруз-

ках

Примечание

Твердость наиболее твердого сплава Т30К4 составляет

78 HRC,

сплава Т15К6

—

74 — 75

ННС и

наиболее мягкого ВК25

—

62 — 64

HRC.

НО