Лекции по материаловедению

Подождите немного. Документ загружается.

обрабатываемостью.

18.2. Алюминиевые сплавы

Алюминий - один из наиболее легких конструкционных металлов

(ρ–=–2,7кг/м

). Он обладает высокой пластичностью. В чистом виде

алюминий имеет небольшую прочность, кристаллическую решётку ГЦК с

параметром а = 0,404 Нм и обладает высокой коррозионной стойкостью

из-за образования на поверхности пленки, содержащей химическое

соединение Al

Алюминий и его сплавы используют в качестве проводниковых

материалов (провода в быту). Электропроводность равна 34*10 Ом

-1

* см

-1

что составляет 57 % от электропроводности меди. В электротехнике

используют алюминий марок A00 (99,7 %), А0 (99,6 %) и Al(99,5 %).

По технологическому признаку алюминиевые сплавы делятся на

деформируемые (термически не упрочняемые и упрочняемые) и литейные

(рис. 18.1).

133

Объем литейных

пар

Жидкотекучесть

Пластичность и

прочность при

высокой темпера-

туре

Температура, С

Дефор-

мируемые

сплавы

Литейные

сплавы

B,%

а)

б)

в)

г)

Рис. 18.1. Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния

(а) и технологические свойства сплавов с ограниченной

растворимостью (б – г)

Как видно из рисунка 18.1. различные участки диаграммы

соответствуют:

1 – сплавам, не упрочняемым термической обработкой;

2 – сплавам, упрочняемым термической обработкой;

3 – изменению пластичности;

I – образованию рассеянных пор;

II- образованию сконцентрированных пор.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся:

134

- сплавы алюминия с марганцем АМц (АМц3) и сплавы алюминия

с магнием АМг (Амг6). Марганец и магний повышают прочность

алюминия в три раза. Используют эти сплавы при изготовлении сварных

емкостей для горючего, азотной и других кислот, трубопроводов, средне-

нагруженных деталей конструкций;

- дюралюмины - сплавы алюминия с медью (2,2-4,8 %),магнием

(0,4-2,4 %), марганцем (0,4-0,8 %). Это термически упрочняемые сплавы.

Обозначение дюралюминов: Д1, Д6, Д16 (номера условные).

Для защиты дюралюминов от коррозии используют так называемое

плакирование (покрытие тонким защитным слоем из чистого алюминия);

- сплав В95 - наиболее прочный алюминиевый сплав (2 % Си, 2,5 %

Mg, 0,5 % Mn; 6 % Zn, 0,15 % Сr, 0,5 %Si, 0,5 % Fe) и используется он для

изготовления элементов летательных аппаратов;

- ковочные сплaвы (АК) для деталей, изготавливаемых ковкой и

давлением. Обозначение: АК1, АК5 (номер условный).

Эти сплавы обладают способностью сохранять механические

свойства при повышенных температурах.

К литейным алюминиевым сплавам относятся сплавы алюминия с

кремнием (так называемые силумины), содержащие 4-13 % Si.

Силумины маркируют: АЛ2, АЛ13 (порядковый номер). Применяют

такие сплавы для изготовления литых деталей приборов, корпусов

турбонасосов, тонкостенных отливок сложной формы.

В настоящее время вводится единая цифровая маркировка

алюминиевых сплавов. Первая цифра обозначает основу всех сплавов

(алюминию присвоена цифра 1); вторая – главный легирующий элемент

или группа главных легирующих элементов; третья или третья со второй –

соответствует старой маркировке; четвертая цифра – нечетная (включая 0)

указывает, что сплав деформируемый, четная – что сплав литейный.

Например, сплав Д1 обозначают 1110, Д16 – 1160, АК4 1140, Амг5 –

1550, АК6- 1360 и т. д. Некоторые новые сплавы имеют только цифровую

маркировку – 1915, 1925 и др.

18.3. Магниевые сплавы

В качестве легирующих добавок в магниевых сплавах используют

алюминий, цинк и марганец, растворяющиеся в магнии. Растворимость

падает с уменьшением температуры, что позволяет применять для этих

сплавов термическую обработку, заключающуюся в закалке с

последующим старением.

Магниевые сплавы делятся на деформируемые (МА) и литейные

(МЛ). Эти сплавы очень легкие и используются для изготовления деталей

в авиастроении.

135

18.4. Титан и его сплавы.

Титан – это серебристо-белый металл с малой плотностью (4,5 г/см

)

и высокой температурой плавления (1672

С), имеющий две

аллотропические модификации: α – низкотемпературную с

плотноупакованной гексагональной решёткой и β – высокотемпературную

с кубической объёмноцентрированной решёткой. Температура перехода α

↔ β равна 882

С.

Для улучшения прочностных и пластических свойств титан

легируется различными элементами, содержание которых, в общей

сложности, не превышает 10 –15 %. Легирующие элементы смещают

температуру аллотропического превращения титана. Алюминий, кислород,

азот, углерод стабилизируют α –фазу ; железо, молибден, тантал,

вольфрам, хром, марганец, никель стабилизируют β –фазу;

Титан имеет высокую коррозионную стойкость в большом

количестве агрессивных сред, превосходя в этом отношении

нержавеющую сталь. При нагреве до 500

С титан становится активным и

поглощает из атмосферы газы (кислород, азот, водород), что сильно влияет

на его механические свойства.

Технический титан маркируется в зависимости от содержания

примесей: BT1-00 (сумма примесей менее 0,398 %), ВТ1-0 (сумма

примесей менее 0,55 %).

Титановые сплавы классифицируются:

- по технологии изготовления на деформируемые, литейные и

изготовленные методами порошковой металлургии. Для маркировки

деформируемых титановых сплавов используется буквенно-цифровой код:

- ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4 - сплавы, в которых основными легирующими

добавками являются алюминий и марганец;

- ВТ5, ВТ5-1, ВТ3-1, ВТ6, ВТ9 и т.д. – сплавы, легированные

алюминием или алюминием и вольфрамом.

Стоящие за буквами цифры являются условным порядковым

номером.

Особенности маркировки литейных титановых сплавов – наличие

буквы Л в конце обозначения марки: ВТ5Л, ВТ3-1Л и др.

Для изготовления деталей методом порошковой металлургии

используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4 и др. Порошковые сплавы

маркируются так же, как и деформируемые.

Литейные сплавы титана обладают более низкими механическими

свойствами, чем соответствующие деформируемые;

- по способу упрочнения на термически упрочняемые и не

упрочняемые термической обработкой;

- по структуре на однофазные α – сплавы (не содержат b-

136

стабилизаторов); псевдо –а - сплавы (коэффициент b- стабилизации не

более 0,25); (a + b)-сплавы (коэффициент b-стабилизации от 0,3 до 0,9);

псевдо-b-сплавы (коэффициент b-стабилизации от 1,4 до 4,4) и b-сплавы

(коэффициент b-стабилизации > 2,5).

Преимуществом титановых сплавов, по сравнению с техническим

титаном, являются следующие свойства:

- сочетание высокой прочности (σ

= 800-1500 МПа) с хорошей

пластичностью (δ = 18-25 %);

- малая плотность и высокая удельная прочность (σ

/γ до 40);

- хорошая жаропрочность (до 600-700

С);

- высокая коррозионная стойкость;

- низкая пластичность при комнатной температуре;

- высокая чувствительность к поверхностным дефектам.

Все титановые сплавы подвергаются термообработке, ХТО и ТМО

и для повышения их износостойкости возможно применение цементации

и азотирования.

Основными недостатками титана и его сплавов являются:

- высокая способность при повышенных температурах к

взаимодействию со всеми газами, а также с материалами плавильных

печей;

- невысокие антифрикционные свойства;

- плохая обрабатываемость резанием;

- невысокая жесткость конструкции из-за низкого значения модуля

упругости.

Титановые сплавы используют в авиа- и ракетостроении (корпуса

двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа, фюзеляжа), в

химической промышленности (компрессоры, клапаны, вентили), в

изготовлении криогенной техники.

18.5. Антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы применяют для изготовления

подшипников качения и скольжения. К таким сплавам предъявляются

следующие требования:

- низкий коэффициент трения;

- хорошая прирабатываемость;

- микрокапиллярность для смазки;

- хорошая теплопроводность.

К антифрикционным сплавам относятся:

- свинцовистые бронзы (до 25-30 % РЬ) (БрС30 И БРОС5-25;

- антифрикционные чугуны (чугун с перлитной основой и

повышенным количеством графита);

137

- баббиты - сплавы олова с сурьмой и медью (Б88, Б89),а также

сплавы свинца с кальцием и натрием (Б16, БКА).

138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гуляев, А.П. Металловедение: учебник для вузов / А.П.Гуляев.

- М.: Металлургия, 1986.- 541 с.

2. Мозберг, Р.К. Материаловедение: учебник для вузов /

Р.К.Мозберг. - М.: Металлургия, 1991. - 500 с.

3. Лахтин, Ю.М. Основы металловедения: учебник для вузов /

Ю.М.Лахтин. – М.: Металлургия, 1988. – 400 с.

4. Новиков, И.И. Теория термической обработки: учебник для

вузов / И.И.Новиков. – М.: Металлургия, 1988. – 479 с.

5. Конструкционные материалы: Справочник / под ред.

Б.Н.Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990. – 687 с.

6. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов /

Б.Н.Арзамасов. – М.: Машиностроение, 1986. –383 с.

7. Башнин, Ю.А. Технология термической обработки /

Ю.А.Башнин, Б.К.Ушаков, А.Г.Секей. – М.: Металлургия, 1986. – 424 с.

8. Гольдштейн, М.И. Специальные стали / М.И.Гольдштейн,

С.В.Грачев, Ю.Г.Веслер. – М.: металлургия, 1985. – 407 с.

139

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ

ПОНЯТИЯ О МЕТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ

2. АТОМНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

МЕТАЛЛОВ

2.1. Строение реальных кристаллов

2.2. Дефекты кристаллического строения

2.3. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм

3. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

3.1. Энергетические условия процесса кристаллизации

3.2. Механизм процесса кристаллизации

3.3. Аморфное состояние металлов

3.4. Реальная форма кристаллических образований

3.5. Получение монокристаллов

3.6. Жидкие кристаллы

3.7. Строение стального слитка

3.8. Методы исследования структуры

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТЬВА МЕТАЛЛОВ И

СПЛАВОВ

4.1. Упругая и пластическая деформация. Несовершенства

решетки и прочность металлов

4.2. Методы испытаний металлов и сплавов

4.3. Конструкционная прочность металлов и сплавов

4.4. Пути повышения прочности металлов

4.5. Влияние нагрева на строение и свойства

деформированного металла (рекристаллизация)

5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЛАВОВ

5.1. Строение сплавов

5.2. Химические соединения

5.3. Электронные соединения (фазы ЮМ-РОЗАРИ)

5.4. Механические смеси

6. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ

6.1. Построение диаграмм состояния (равновесия)

6.2. Правило отрезков или правило рычага

6.3. Диаграмма состояния для сплавов, образующих

механические смеси из чистых компонентов (I рода)

6.4. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной

растворимостью в твердом состоянии (III рода)

140

6.5. Диаграмма с перитектикой

6.6. Диаграмма для сплавов, образующих химические

соединения (IV рода)

6.7. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих

полиморфные превращения

6.8. Связь диаграммы состояния сплава с его свойствами

7. АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ «ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД»

7.1. Характеристика линий и точек диаграммы «железо-

углерод»

7.2. Практическое применение диаграммы «железо-

углерод»

7.3. Классификация сплавов системы «железо-углерод»

8. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

8.1. Четыре основные превращения в стали

8.2. Превращения в стали при нагреве – образование

аустенита (I превращение)

8.3. Превращение в стали при охлаждении (II

превращение)

8.4. Перлитное превращение

8.5. Бейнитное превращение

8.6. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

8.7. Мартенситное превращение (III превращение)

8.8. Превращение в закаленной стали при нагреве (IV

превращение)

9. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

9.1. Основные составляющие технологического процесса

термической обработки

9.2. Классификация видов термической обработки

9.3. Способы закалки

9.4. Закаливаемость и прокаливаемость

10. ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

11. ОТПУСК

12. ХИМИКО - ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО)

12.1. Цементация стали

12.2. Азотирование стали

13. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

14. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

14.1. Влияние легирующих элементов на превращения в

сталях

14.2. Влияние легирующих элементов на кинетику распада

аустенита

14.3. Влияние легирующих элементов на мартенситное

141

превращение

14.4. Классификация легированных сталей

14.5. Принцип комплексного легирования

14.6. Технологические особенности термической

обработки легированной стали

14.7. Особенности отпуска легированной стали

15. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

15.1. Классификация конструкционных сталей

16. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

16.1. Режущие стали

16.2. Быстрорежущие стали

16.3. Твердые режущие стали

16.4. Штамповые стали

16.5. Стали для измерительных инструментов

17. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

17.1. Нержавеющие (коррозионностойкие) стали

17.2. Жаростойкие и жаропрочные стали

17.3. Криогенные стали и сплавы

17.4. Магнитные стали и сплавы

17.5. Сплавы с особенностями электросопротивления

17.6. Сплавы с высоким электросопротивлением

17.7. Сплавы с заданным коэффициентом теплового

расширения

18. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

18.1. Медные сплавы

18.2. Алюминиевые сплавы

18.3. Магниевые сплавы

18.4. Титан и его сплавы

18.5. Антифрикционные сплавы

142