Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

Высокая жаропрочность обусловлена добавками в сплавы Μn,

Ti, Ni, Се, Zr (см. табл. 36), образующими нерастворимые

(малорастворимые) интерметаллидные фазы (Al

, А1

Се, Al

и др.). Сплав АЛЗЗ упрочняют закалкой от высокой

температуры 545 °С и старением при 175 °С.

Для крупногабаритных деталей, работающих при 300—350 °С,

при

(

ой

удельной "прочностью, хорошо поглощают вибрации, что

предо ой и

ракет

401

меняют сплав АЛ21. Отливки сложной формы из сплава

подвергают отжигу при 300 °С. Для получения высоких

механических свойств отливки закаливают от 525 °С в горячей

воде и подвергают стабилизирующему отпуску при 300 °С (Т7).

Вопросы для самопроверки

1. Каковы характерные физические и механические свойства алюминия и

де он применяется?

алюминиевые

2. На какие группы делятся сплавы в зависимости от

ехнологии их обработки?

3. Опишите в общем виде структуру и фазовый состав алюминиевых

плавов?

4. Зачем проводят диффузионный отжиг (гомогенизацию) и отжиг

еформируемых алюминиевых сплавов (дуралюмина)?

5. Какие

структурные и фазовые превращения протекают при закалке и

тарении дуралюмина?

6. Какие Вы знаете высокопрочные алюминиевые сплавы?

7. Где применяются и как упрочняются сплавы Аl—Мn (АМц) и Аl—Mg

АМг

8. Какую термическую обработку проходят литые алюминиевые сплавы?

9. Какой состав имеет сплав силумин и как он упрочняется

10. Какие требования предъявляют к алюминиевым сплавам для

фасонного литья?

ГЛАВА XXI МАГНИЙ И СПЛАВЫ НА ЕГО ОСНОВЕ

1. МАГНИЙ

Магний — металл светло-серого цвета. Характерным

свойством магния является его малая плотность (1,74 г/см

Температура плавления магния 650 °С. Кристаллическая

реш н

етка гексагональ ая (а = 0,3103, с = 0,5200 нм, с/а — 1,62354).

Технический магни выпускают трех марок МГ90 (99,9 % Mg),

МГ95 (99,95 % Mg) и МГ96 (99,96 % Mg). Механические свойства

литого магния: σ

= 115 МПа, σ

0,2

= 25 МПа, δ = 8 %, ЗОНВ, а

деформированного (прессованные прутки): σ

= 200 МПа, σ

0,2

= 90 МПа, δ = 11,5 %, 40НВ. На воздухе магний легко

воспламеняется. Используется магний в пиротехнике и

химической промышленности.

2. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ

Сплавы магния обладают малой плотностью, высок

пределило их широкое использование в авиационн

ной

тех вы магния имеют низкий модуль нормальной

упругости 43 000 МПа и плохо сопротивляются коррозии. Магний не

взаимодействует с ураном и обладает низкой способностью поглощать

теп оболочек

трубчатых тепловыделяющих элементов в ядерных реакторах.

Недостатком сплавов является трудность обработки

давлением и

сва

хор с

алю ,

ци

тве

сво

рас в

маг .

188 и с шает

соп мость сплавов магния.

Цирконий, с цинком, измельчает

зерно, улучш вышает сопротивление

коррозии. Ред ь

маг т

оки

402

нике. Однако спла

ловые нейтроны. Поэтому его применяют для изготовления

магниевых

литья. Сплавы удовлетворительно свариваются дуговой

ркой в защитной среде инертных газов, контактной сваркой и

ошо обрабатываются резанием. Чаще применяют сплав магния

минием (до 10 %), цинком (до 5—6 %), марганцем (до 2,5 %)

рконием (до 1,5 %).

Алюминий и цинк в количестве до 6—7 %, образующие с магнием

рдые растворы и соединения Mg

и M'gZn

, повышают механически

йства магния (рис. 188, б и в). Марганец с магнием образует твердый

твор α. При понижении температуры растворимость марганца

нии понижается и из α-твердого раствора выделяется β-фаза (рис

, а). Марганец, не улучшая механическ е войства, повы

ротивление коррозии и сваривае

будучи введен в сплавы магния

ает механические свойства и по

коземельные металлы и торий повышают жаропрочност

ниевых сплавов. Бериллий в количестве 0,005— 0,012 % уменьшае

сляемость магния при плавке, литье и термической обработке.

Магниевые сплавы, как и алюминиевые, по технологии

изготовления подразделяют на две группы: 1) литейные сплавы —

для получения деталей методом фасонного литья, маркируемые

ом ) о а

С з

ивается, что облегчает обработку давлением

фазовые

, а

вательно, они могут упрочняться при искусственном старении

предварительной закалки. Гомогенизацию и закалку

осуществляют при нагреве до 380—540 °С (Т4) и последующее

старение при 150—200 °С (Т6).

Прочность магниевых сплавов в процессе старения можно

повысить только на 20—35 %. Пластичность сплавов при этом

уменьшается, поэтому нередко ограничиваются только

гомогенизацией (закалкой), улучшающей механические свойства

сплавов.

Литейные сплавы. Состав некоторых промышленных литейных

сплавов приведен в табл. 37.

Широко применяют сплав МЛ5, в котором сочетаются высокие

механические и литейные свойства. Он используется для литья

нагруженных крупногабаритных отливок.

Сплав МЛ6 обладает лучшими литейными свойствами, чем

МЛ5, и предназначается для изготовления тяжелонагруженных

деталей.

Механические свойства сплавов МЛ5 и МЛ6 могут быть

повышены гомогенизацией при 420 °С 12—14 ч и закалкой на

воздухе (Т4). Более высокие значения временного сопротивления

и предела текучести сплав МЛ5 приобретает после добавочного

старения при 175 °С, а сплав МЛ6 — после добавочного старения

при 190 °С 4—8 ч (Т6).

Сплав МЛ10 относится к группе жаропрочных и применяется

для отливок, работающих при температуре до 300 °С.

403

буквами «МЛ»; 2) деформируемые сплавы, подвергаемые

прессованию, прокатке, ковке, штамповке и другим видам

обработки давлением, маркируемые буквами «МА». Магниевые

сплавы, как и алюминиевые, подвергают термической обработке —

диффузионному отжигу (г огенизации , тжигу, з калке

старению. литки и фасонные отливки подвергают диффу ионному

отжигу (гомогенизации) обычно при 400—490 °С в течение 10—24

ч.

При гомогенизации магниевых сплавов избыточные фазы,

выделившиеся по границам зерен, растворяются, и состав по

объему зерен выравн

и повышает механические свойства.

Для устранения наклепа и уменьшения анизотропии

механических свойств магниевые сплавы подвергают

рекристаллизацион-ному отжигу при 250—350 °С

Ряд магниевых сплавов может быть упрочнен закалкой и

старением. Особенностью магниевых сплавов является малая

скорость диффузионных процессов, поэтому

превращения в них протекают медленно. Это требует больших

выдержек при нагреве под закалку (4—24 ч) и искусственном

старении (15—20 ч). По этой же причине возможна закалка на

воздухе. Многие сплавы закаливаются при охлаждении отливок

или изделий после горячей обработки давлением на воздухе

следо

без

Сплав используют после гомогенизации, закалки от 593 °С и

старения при 200 °С 12—16 ч (Т6).

Сплав МЛ12 наряду с высокими механическими свойствами

отличается большой коррозионной стойкостью и хорошими

литейными свойствами. Сплав может быть упрочнен

гомогенизацией, закалкой от 400 °С на воздухе и длительным

старением (50 ч) при 150 °С (Т6). Чем мельче зерно, тем выше

механические свойства литых магниевых сплавов. Измельчение

зерна сплавов, содержащих алюминий, достигается перегревом

расплава или

модифицированием его добавкой мела или магнезита

(до 1 % от массы шихты). В обоих случаях образуются

нерастворимые частицы (Al

Fe; А1

), играющие роль

зародышей для кристаллизации твердого раствора.

При выплавке и литье магниевых сплавов применяют

специальные меры предосторожности для предотвращения

загорания сплава. Плавку ведут в железных тиглях под слоем

флюса, а при разливке струю металла посыпают серой,

образующей сернистый газ, предохраняющий металл от

воспламенения. В песчаную почву для уменьшения окисления

металла добавляют специальные присадки, например фтористые

соли алюминия.

Деформируемые сплавы (см. табл. 37). Эти сплавы изготовляют

в виде горячекатаных прутков, полос, профилей, а также поковок

и штамповых заготовок.

Магниевые сплавы, имеющие гексагональную решетку, при

низких температурах малопластичны, так как сдвиг происходит

только по плоскостям базиса (0001). При нагреве до 200—300 °С

появляются дополнительные плоскости скольжения (1011) и (1120),

и пластичность возрастает, поэтому обработку давлением ведут при

повышенных температурах. Чем меньше скорость деформации, тем

выше технологическая пластичность магниевых сплавов.

Прессование в зависимости от состава

сплава ведут при 300—480

°С, а прокатку в интервале температур от 340—440 (начало) до

225—250 °С (конец). Штамповку проводят в интервале температур

480—280 °С в закрытых штампах под прессами. Вследствие

текстуры деформации полуфабрикаты (листы, прутки, профили и

др.) из магниевых сплавов обнаруживают сильную анизотропию

механических свойств. Холодная прокатка требует частых

промежуточных рекристаллизационных отжигов

Сплав МА1 обладает сравнительно высокой технологической

пластичностью, хорошей свариваемостью и коррозионной

стойкостью. По механическим свойствам он относится к сплавам

низкой прочности. Введение в сплав Аl—Mn 0,2 % Се (МА8)

измельчает зерно, повышает механические свойства и улучшает

деформацию в холодном состоянии.

Сплав МА2-1, относящийся к системе Mg—Al—Zn, обладает

достаточно высокими механическими свойствами, хорошей

технологической свариваемостью, однако склонен к коррозии

под

405

нап

Воп

э н ологические

ряжением, поддается всем видам листовой штамповки и легко

прокатывается.

Сплав МА14 отличается повышенными механическими

свойствами, жаропрочен (до 250 °С) и не склонен к коррозии под

напряжением.

К недостаткам сплава относится склонность к образованию

трещин при горячей прокатке. Сплав упрочняется в процессе

искусственного старения при 160—170 °С (Т5). Предварительной

закалкой служит охлаждение на воздухе от температур

прессования. В связи с малой устойчивостью к коррозии изделия

из магниевых сплавов оксидируются. На оксидированную

поверхность наносят лакокрасочные покрытия.

росы для самопроверки

1. Укажите характерные свойства магния и области его применения.

2. Какие сплавы магния применяются? Укажите влияние Zn, ΑΙ, Zr, Be

и других лементов а механические, техн свойства и структуру

сплава.

3. Какие трудности при деформации и литье магниевых сплавов?

4. Укажите особенности термической обработки магниевых сплавов.

5. Опишите характерные свойства магниевых сплавов, их маркировку

области применения.

ГЛАВА XXII. МЕДЬ И СПЛАВЫ НА ЕЕ ОСНОВЕ

1. МЕДЬ

Медь — металл красного, в изломе розового цвета.

Температура плавления 1083 °С. Кристаллическая решетка ГЦК

с периодом а = 0,31607 нм. Плотность меди 8,94 г/см

. Медь

обладает высокими электропроводимостью и теплопроводностью

Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм.м.

В зависимости от чистоты медь изготовляют следующих марок:

М00 (99,99 % Cu), МО (99,97 % Cu), Ml (99,9 % Cu), М2 (99,7 % Cu),

МЗ (99,50 % Cu). Присутствующие в меди примеси оказывают

большое влияние на ее свойства.

По характеру взаимодействия примесей с медью их можно

разделить на три группы.

щ1. Примеси, образую ие с медью твердые растворы: Ni, Zn,

Sb, Sn, Al, As, Fe, Ρ и др.; эти примеси (особенно Sb и As) резко

снижают электропроводимость и теплопроводность меди, поэтому

для проводников тока применяют медь М0 и Ml, содержащую

≤0,002 % Sb и ≤0,002 % As. Сурьма, кроме того, затрудняет

горячую обработку давлением.

Эти свойства меди принято принимать за 100 %, а все другие технические металлы, за

исключением серебра, сравнивать с медью.

406

2. Примеси Pb, Bi и другие, практически не растворимые в меди,

образуют в ней легкоплавкие эвтектики, которые, выделяясь по

границам зерен, затрудняют обработку давлением (рис 18 а, б).

При содержании 0,005 % Bi медь разрушается при горячей

обработке давлением; при

. 9,

ходясь в растворе, уменьшает

электропроводимость, а сера не влияет на нее. Сера улучшает

обрабатываемость, меди резанием, а кислород, если он

пр

«в

нагреве меди в атмосфере, содержащей водород,

пр исходит его диффузия в глубь меди

. Если в меди присутствуют

включения Cu

O, то они реагируют с водородом, в результате

чего

407

более высоком содержании висмута

медь становится, кроме того, хладноломкой; на

электропроводимость эти примеси оказывают небольшое

влияние.

3. Примеси кислорода и серы, образующие с медью хрупкие

химические соединения Cu

O и Cu

S (рис 189, в), входящие в

состав эвтектики. Кислород, на

исутствует в меди, образует закись меди и вызывает

одородную болезнь».

При

образуются пары воды по реакции Cu

O + Н

→ 2Cu + Н

О,

протекающей с увеличением объема. Это создает в отдельных

учас

М , р

п у

2. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ

Различают две основные группы медных сплавов:

1) латуни — сплавы меди с цинком;

2) бронзы — сплавы меди с

другими элементами, в числе которых, но только наряду с

другими, может быть и цинк. Медные сплавы обладают высокими

механическими и техническими свойствами, хорошо

сопротивляются износу и коррозии. Принята следующая

маркировка медных сплавов. Сплавы обозначают буквами «Л» —

(латунь) или «Бр» (бронза), после чего следуют

буквы основных

элементов, образующих сплав. Например, О — олово, Ц —

цинк, Мц — марганец, Ж — железо, Φ — фосфор, Б —

бериллий, X — хром и т. д. Цифры, следующие за буквами,

указывают количество легирующего элемента.

Порядок цифр для бронз и латуней различен. В марках

деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л»

указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 —

латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных

деформируемых латуней указывают еще буквы и цифры,

обозначающие название и количество легирующего элемента,

например ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную

алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 % .

Содержание цинка определяется по разности от 100 %. В

деформированных бронзах содержание основного компонента —

меди—не указывается, а определяется по разности. Цифры после

букв, отделенные друг от друга через тире, указывают среднее

содержание легирующих элементов в про-

408

тках металла высокое давление и вызывает появление

икротрещин, которые могут привести к разрушению детали.

Медь хорошо сопротивляется коррозии в обычных

тмосферных условиях, в пресной и морской воде и других

грессивных средах, но обладает плохой устойчивостью в

ернистых газах и аммиаке.

Механические свойст а меди в литом состоянии: σ

= 160 МПа,

0,2

= 35 МПа, δ = 25 %; в горячедеформированном состоянии

= 2 40 МПа, σ

0,2

= 95 МПа, δ = 45 %. Путем холодного

еформирования предел прочности может быть повышен до 450

Па (проволока) при снижении относительного удлинения до 3

. Модуль нормальной упругости меди Ε = 115 000 МПа.

Медь легко обрабатывается давлением, но плохо резанием,

имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки.

едь плохо сваривается но легко подве гается пайке. Ее

рим л

еняют в виде истов, пр тков, труб и проволоки.

В электротехнической промышленности, электронике и

лектровакуумной технике применяют бескислородную М0б (0,001

) и раскисленную М1р (0,01 % О

) медь.

центах; цифры расположены в том же

порядке, как и буквы, указывающие

присутствие в бронзе того или иного

эле на бр

мента, пример, онза — БрОЦ4 —

3 — имеет следующий состав: олова

(О) — 4 %, цинка (Ц) — 3 % .

Содержание меди определяется по

раз %.

ности от 100

В литейных латунях и бронзах

среднее содержание компонентов

сплава в процентах ставится сразу

после буквы, обозначающей его на

звание. Например, латунь

ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка

(Ц) и 1,5 % марганца (Мц). Бронза

БрА10ЖЗМц2 содержит алюминия

(А) 10 %, железа (Ж) — 3 % и мар

ганца (Мц) — 2 %.

Латуни. Латунями называют

двойные или многокомпонентные

сплавы на основе меди, в которых

основным легирующим элементом

является

Диагра

аст

409

цинк.

мма состояния Cu—Zn

приведена на рис. 190, а.

Медь с цинком образует кроме

основног α-раствора ряд фаз

электронного типа β, γ и ε.

Наиболее ч о структура лату-

ней состоит из α- или α + β'-фаз: α-

фаза — твердый раствор цинка в меди

с кристаллической решеткой меди

ГЦК Предельная растворимость

цинка в меди составляет 39 %

(рис. 190, а), а β'-фаза — упорядоченный твердый раствор на базе

электронного соединения CuZn с решеткой О

ЦК.

При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное

расположение атомов и широкую область гомогенности

(рис. 190, а). В этом состоянии β-фаза пластична. При

температуре ниже 454—468 °С расположение атомов меди и цинка

в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β'.

Фаза β' в отличие от β-фазы является более твердой и

хрупкой; γ-

фаза представляет собой электронное соединение Cu

(21/13).

Зависимость механических свойств латуни от содержания цинка

показана на рис. 190, б. В области α-твердого раствора прочность и

пластичность растут. При появлении в структуре β'-кристаллов

пластичность падает, а прочность продолжает возрастать примерно

до 45 % Zn. При большем содержании цинка структура сплава

сос β'-фатоит из зы и прочно ть сильно ум

хрупкости.

Технические латуни содержат до 40—45

от содержания цинка различают α-лату

латуни (рис. 191, б).

с еньшается из-за высокой

% Ζη. В зависимости

ни (рис. 191, а) и α + β'-

м, деформируемым в

Л96 (томпак), Л80

большую пластичность.

9 менее пластичны в

по гают горячей обработке

твующих области β- или α

нию с α-латунью имеют

йкость, но меньшую

еют σ

= 250÷350 МПа и δ

450 МПа и δ = 35÷40 % .

антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повыша

Аl, Zn, Si, Μn и Ni.

410

К однофазным (пластичным) α-латуня

холодном и горячем состоянии, относятся

(по )лутомпак и Л68, имеющая наи

Двухфазные α + β'-латуни, Л5 и Л60 —

холодном состоянии. Эти латуни двер

давлением при температурах, соответс

+ β-фазы; α + β

'-латуни по сравне

большую прочность и износосто

пластичность.

Однофазные α-латуни после отжига им

= 50÷55 % , а двухфазные — σ

= 400÷

Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена

холодной пластической деформацией (σ

= 450÷700 МПа), однако

пластичность резко снижается (δ = 3÷5 %).

Двухфазные латуни нередко легируют А1, Fe, Ni, Sn, Μn, Pb

и другими элементами. Такие латуни называют специальными,

или многокомпонентными. Введение легирующих элементов (кроме

никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует

образованию β'-фазы, поэтому специальные латуни чаще

двухфазные α + β'. Никель увеличивает растворимость цинка в

меди. При добавлении его к α + β'-латуни количество

β'-фазы

уменьшается, и при достаточном его содержании латунь из

двухфазной становится однофазной (α-латунь). Легирующие

элементы увеличивают прочность (твердость), но уменьшают

пластичность латуни.

Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшаем

ют