Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

ставляющей играют включения (5 (SnSb)-фазы и частицы хими

ческих соединений CuaSn и Cu2Sb.

В отличие от баббита БС, где основой твердой составляющей

является хрупкая сурьма, баббит Б 16 менее склонен к выкраши

ванию и износу так как роль твердой составляющей играет

более прочная и пластическая фаза p(SnSb)

U0 50 60 ег 70

- Snf % (по массе)

90 Sn

Рис. 127 Поверхность ликвидуса диаграммы состояния систе

мы Pb Sb Sn

Важнейшие физико-механические и антифрикционные свой

ства баббита Б 16 даны в табл 59

Баббит Б16 применяют как заменитель баббита Б83 для за

ливки ответственных подшипников, работающих в условиях спо

койной нагрузки.

Сплавы БН и БТ относятся к числу малооловянистых

баббитов. Значительное улучшение механических и антифрик

ционных свойств этих баббитов достигается легированием их ни

келем мышьяком, кадмием и теллуром см. табл. 59)

Никель и теллур упрочняют основу сплава а-твердый рас

твор. Присадки кадмия и мышьяка образуют в сплавах новое

химическое соединение AsCd (в виде округлых серых кри

сталлов , которые одновременно служат зародышами для фор

16 Заказ 1024

241

мирования зерен |3(SnSb)-(j)a3bi. Микроструктура сплавов БН

показана на рис. 125 атласа.

Подобную структуру имеет сплав Б6. Сплавы БН, БТ и Б6

рекомендуют как заменители высокооловянистого баббита Б83;

они могут полностью заменять баббит Б16.

Механические и антифрикционные свойства баббита даны

в табл. 59.

2. Легкоплавкие сплавы

Легкоплавкие сплавы применяют главным образом в электро

технической промышленности и медицине, для легкоплавких

вставок и специальных целей. Некоторые из этих сплавов при

меняют как припои.

Состав наиболее распространенных легкоплавких сплавов

дан в табл. 60.

Т а б л и ц а 60

Легкоплавкие сплавы

№

сплава

Химический состав, %

Температура

плавления

°С

РЬ

| Sn

| Hg

35 30 140

25 94

3 50 30 20 96

4 50

27 13

10 70

5 53 15 20 12 70

25 12,5 12 5

60,5

42 32

6 20

28 6

Металлы, входящие в состав этих сплавов, образуют между

собой легкоплавкие тройные и более сложные эвтектики, кото

рые и составляют основу сплавов.

При введении в сплавы кадмия и ртути образуются еще бо

лее легкоплавкие четверные эвтектики.

3. Мягкие припои

Припоями называют сплавы, применяемые для соединения

частей спаиваемых изделий.

Мягкие припои представляют собой сплавы легкоплавких

металлов олова, свинца и сурьмы и характеризуются невысо

кой прочностью = 5 7 кГ/мм2)

Состав и температура плавления наиболее распространен

ных легкоплавких припоев приведены в табл. 61

242

Мягкие припои

Таблица 61

Марка

припоя

Химический состав, %

Темпера-

xvna

Sn Sb

i у у/а

плавления

°С

Применение

ПОСЭО

80-9 0 0,2

Остальное 210 Для пайки посуды, медицин

ской аппаратуры

ПОС61

61-62

0 2

190

То же

Г10С40 39-40 1 5 -2

240

Для пайки латуни, железа,

медных проводов

посзо 28-30

1 ,5 -2

260

Для пайки меди, железа, бе

лой жести и т д.

ПОС18

17 18

2 -2 5

270

Для пайки свинца, железа,

латуни, меди, оцинкованного же

леза, автотракторных деталей

Для пайки жести, железа, ла

туни и меди

ПОС4-6

3 - 4

5—6

280

4. Типографские сплавы

Сплавы свинца, легированные сурьмой и оловом, имеют

большое применение в полиграфической промышленности. Кро

ме этих сплавов, в типографском деле используют более дешевые

сплавы свинца с сурьмой и мышьяком [109]. Типичные составы

типографских сплавов приведены в табл. 62.

Т а бл и ц а 62

Составы стандартных типографских сплавов

Марка

сплава

Основные компоненты, %

РЬ Sb Sn

МШ1

Остальное 13,5-15

3 ,5 -4 5

МШ2 »

14*—16

2 7 - 3 3

мшз

14-16

1 5 -2 5

МП1

9 5 -1 0,5

1 0 -1 5

МСМ1

9 5 -1 0 5

2 0—2 5

МЛ 1

9 5 -1 0,5

1 0 -1 5

ЛН1

1-1 2

4 2 - 4 8

5. Сплавы для кабельных оболочек

Широкое применение для кабельных оболочек имеют малоле

гированные сплавы свинца. Состав и свойства наиболее распро

страненных сплавов для кабельных оболочек приведены в

табл. 63.

243

Таблица 63

Состав и свойства свинцовых сплавов для кабельных оболочек

Л1> сплава

Химический состав, %

Верхняя крити

ческая точка,

°С

Предел прочности

кГ/мм2

Предел выносли

вости при вибра

ции (107 циклов),

кГ1мм2

Предел ползуче

сти при нагрузке

0 1 кГ/мм2 (в

прессованном со-

_ 4

стоянии) а-10

%А

Число изгибов

при 20° С

Относительное

удлинение, %

Твердость НВ,

кГ/мм2

ся

<и

РЬ

99 99 327 1 5

0 42

0 1 42

4 4

0 5 Остальное 324 1 9 0 66 1 8

23 49 5 7

—

0 06 То же

327

1 4

0 43 0 03

4 6

—

0 06

» »

327

1 8

0 51 0 03 49 48 5 8

—

» »

324

2 1 0 69

1 0

20 56 6 1

0 5

0 25

» »

2 1

0 66 1 2

6 1

Примечание.

1 Для кабелей высокого напряжения. 2. Для телефонных и морских кабе

лей. 3. Для кабелей высокого напряжения. 4. Для телефонных и морских ка

белей. 5. Для телефонных кабелей. 6. Для морских кабелей.

ГЛАВА ЦИНК И ЕГО СПЛАВЫ

§ 1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЦИНКА

Цинк является одним из важных промышленных

металлов. В чистом виде он применяется для антикоррозионных

и декоративных покрытий, гальванических элементов, в типо

графском деле и других отраслях техники. Химический состав

промышленных марок цинка дан в табл. 64

Цинк хорошо обрабатывается в горячем состоянии. Прокатку

цинка обычно производят при температуре 130—170° С.

Механические свойства цинка характеризуются следующими

средними показателями аь = 15 кГ/мм2 6 = 20%, i|) = 70% и

НВ = 30 кГ мм2

Микроструктура литого цинка дана на рис. 126 атласа. На

рис. 127 атласа приведена структура цинка после деформации и

рекристаллизации. В рекристаллизованной структуре цинка в

отличие от меди, никеля и других металлов кубической системы

отсутствуют двойники.

Примеси, имеющиеся в цинке, оказывают заметное влияние

на его твердость (рис. 128

Из встречающихся примесей в цинке (Fe, Pb, Cd, Sn и др.)

наибольшее влияние на рекристаллизацию оказывает железо.

В присутствии тысячных долей процента железа цинк рекристал

лизуется при комнатной температуре.

Цинк, содержащий 0,01% Fe, рекристаллизуется только при

температуре 70—100° С.

Железо повышает твердость цинка и сильно снижает его

прочность.

.Цинк г жрлрчпм пбрячурт тиерпмй рягтиор (^), однако рас-

творимость последнего в цинке ничтожна (около 0,01 % Fe

Кроме этого, в сплавах, богатых цинком, образуется эвтектика,

содержащая всего лишь 0,018% Fe, в состав которой входит

6-фаза (твердый раствор на основе химического соединения

FeZn Так как кристаллы 6(Ре2п)-фазы тверды и хрупки, это

соединение сообщает цинку повышенную твердость и хрупкость.

При содержании 0,2% Fe цинк, становится хрупким и. его ..обра

ботка затрудняется.

245

Химический состав цинка различных марок (ГОСТ 3640—17)

Таблица 64

Марка

цинка

Цинка, %

не менее

Примеси, % не более

РЬ

Fe Cd Cu

As Sb

Sn всего примесей

Применение

цв

до

Ц2

113

Ц4

99 99

99 96

99 94

99 9

98 7

97 5

0 005

0 015

0,024

0 05

1 0

2,0

0 003

0 010

0 015

0 04

0,07

0 15

0 002

0 010

О 014

О 02

О 2

О 001

0,001

О 002

О 005

О 05

О 01

О 02

О 002

О 05

0,01

0,04

О 06

О 1

1 3

2,5

Для отливаемых под давлением осо

бо ответственных деталей авиа- и ав

топриборов.

В химической и химико-фармацев-

тической промышленности

Для гальванических элементов для

ответственных деталей авиа- и авто

приборов, для цинковых сплавов, об

рабатываемых давлением

Для сплавов, обрабатываемых давле

нием, для гальванических элементов,

цинкования, для анодов, для изготов

ления высококачественных белил, спе

циальных латуней и медноалюминие

вых сплавов на цинковой основе

Для изготовления цинковых листов,

медноцинковых сплавов и бронз, для

горячего цинкования, изготовления

муфельных белил

Для изготовления цинковых листов,

в типографской промышленности, для

медноцинковых сплавов, для горячего

цинкования стальных листов

Для получения обычных литейных

и свинцовистых медноцинковых спла

вов, изготовления цинковых листов,

для горячего цинкования

Свинец, кадмий и олово образуют с цинком легкоплавкие

эвтектики, которые, залегая по границам зерен, служат причиной

образования трещин на цинке при горячей обработке. Подобное

явление наблюдается в цинке, со

держащем примеси олова и кадмия.

Однако действие кадмия проявляет

ся в меньшей степени вследствие

его значительной растворимости (до

2 %) в цинке.

Вредное влияние олова и свинца

проявляется еще в большей степени,

если эти примеси присутствуют од

новременно, так как в этом случае

появляется тройная эвтектика Zn +

+ Sn + Pb, залегающая по грани

цам зерен и плавящаяся при темпе

ратуре 150° С.

В некоторые сорта цинка поли

графический цинк) свинец вводят

умышленно в количестве до 1 % что

бы повысить растворимость послед

него в кислотах при изготовлении

клише.

Очень чистый цинк имеет доста

точную устойчивость против корро-^

зии. Образующаяся на его поверхности защитная окисная плен

ка обладает удовлетворительной стойкостью в атмосферных ус

ловиях и против действия морской воды.

§ 2. СПЛАВЫ ЦИНКА

Сплавы на основе цинка применяют в промышленности для

производства отливок и обработки давлением, а также для под

шипников и припоев.

1. Литейные сплавы

Литейные сплавы цинка в основном используют для мелких

фасонных деталей, получаемых литьем под давлением. Наиболее

типичные составы сплавов и их механические свойства даны

в табл. 65.

Эти сплавы можно условно разделить на три группы: сплавы

цинка с алюминием, цинка с медью и тройные сплавы цинка с

алюминием и медью.

Двойной сплав цинка с алюминием указанного выше состава

имеет структуру, данную на рис. 128 атласа.

Как видно из микрофотографии, сплав состоит из первичных

кристаллов и эвтектики. Согласно диаграмме состояния системы

Н6, кГ/мм2

150

130

120

110

100

О 1,0 2,0 3,0

Содержание примесей %

Рис. 128. Влияние примесей на

твердость цинка

247

Состав и физико-механические свойства

Основные компоненты, %

№

сплава

А1

Си

Mg РЬ

Fe Sn

3 ,5 -4 ,5 2 5 -3 ,5 0 ,0 5 -0 10

0,01

0 10

Осталь

ное

3 ,5 -4 3

сл

До 0,06 То же

0,03

0 25

4 - 5

Zn Al, приведенной на рис. 129, первичными кристаллами яв

ляются твердый раствор алюминия в цинке (р-фаза , а эвтекти

кой смесь кристаллов а и р

а-твердый раствор цинка в алю

минии) Однако при медленном

охлаждении a-фаза при темпера

туре 270° С распадается с образо

ванием эвтектоида

2 70° С

a Gtj -)-р.

где ai является также твердым

раствором цинка в алюминии, но

содержит в своем составе 27%

Zn. Фаза а имеет состав. 79%

Zn и 21% А1.

Необходимо указать, что если

быстрым охлаждением удается

О 20 40 60 SO 100 предотвратить распад а-твердого

Al Z/7,% Zn раствора, то в силу неустойчиво

го его состояния при обычных

Рис. 129. Диаграмма состояния температурах происходит распад

уже в готовых изделиях. Этот

процесс часто называют естест

венным старением. При старении происходит изменение свойств

и линейных размеров отливок. Изменение линейных размеров

сплава с 4,1% А1, 0,04% Mg, остальное Zn и Некоторых его

свойств при естественном старении показано на рис. 130.

Небольшие добавки магния (до 0,1%) уменьшают скорость

распада a-фазы и повышают прочность сплава.

Сплавы цинк — медь выгодно отличаются от сплавов

цинк алюминий тем, что в них не наблюдается старение, одна

ко они имеют более низкие механические свойства.

248

Таблица 65

цинковых литейных сплавов

Средние механические свойства

Плотность,

г/см3

Верхняя

критическая

точка, °С

Применение

аЬ’

кГ/мм2

н в

кГ/мм2

ан

кГ-м'см2

2 - 5

100

6 75 400

Для литья под давлением

3 80

6 75 390

» » »

30 2 -6

90 9

6 63

389

» » » »

20 0 5 -1 5

» » »

Характер взаимодействия цинка с медью определяется ди

аграммой состояния, данной на рис. 131 где применяемые в

практике сплавы отмечены заштрихованной областью.

Время Выдержки, мин.

Рис. 130. Изменение размеров и некоторых

свойств сплавов цинка с алюминием при есте

ственном старении

Промышленный сплав 4% Си, остальное Zn) находится в

двухфазной области и имеет перитектическую структуру обра

зующуюся в результате следующих процессов кристаллизации.

z ^ - e+Lp,

423°С

Lp + e ~ — Л + е0Ст-

Структура сплава дана на рис. 129 атласа.

249

Тройныесп лавы цинк алюминий медь имеют

наибольшее применение вследствие их более высоких механиче

ских свойств. Процесс кристалли

зации и структуру этих сплавов

можно описать, руководствуясь

проекцией поверхностей ликвиду

са диаграммы состояния Zn

Al Си, приведенной на рис. 132.

На рис. 132 точка Е\ является

тройной эвтектической точкой.

Температура плавления тройной

эвтектики 377° С, состав эвтекти

ки. 89,1% Zn, 7,05% Al и

3,85% Си.

Применяемые в промышленно

сти сплавы в соответствии с их

средним составом обозначены

точками а и b

Согласно поверхностям ликви-

12 11 10 9 8 7 6 5 Е it 3 2 1 In

Al, %

Рис. 132. Проекция поверхности ликвидуса Zn Al — Си

дуса, кристаллизация сплава а (4% А1, 1% Си, остальное Zn)

протекает в следующие три стадии:

1-я стадия:

L— »Tj + Le,

2-я стадия:

г 1,-377° С

---------

> эвт. (ti + Р) + L£,

3-я стадия

эвт.(г| + р + е).

377°С

гп си, %

Рис. 131. Диаграмма состояния

Zn Си

250