Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Магний и его сплавы

Магний – очень легкий металл, его плотность – 1,74 г/см³. Температура плавления – 650⁰С. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку. Химически очень активный, он может при механической обработке самовозгораться на воздухе. Механические свойства технически чистого магния (Мг1) составляют - предел прочности 190 МПа, относительное удлинение 18 %.

Магний относится к числу металлов, промышленное использование и производство которого стало развиваться около ста лет назад. Основными его достоинствами являются сравнительно низкая плотность, удовлетворительная коррозионная стойкость в воздухе и некоторых других средах, высокая активность в качестве восстановителя в химических процессах, а также хорошая способность сплавляться с другими металлами.

Чистый металлический магний используется в основном в качестве легирующей добавки в сплавах на основе алюминия, титана и некоторых других металлов. В черной металлургии магний довольно широко применяется для глубокой десульфурации чугуна и стали, а также для улучшения свойств чугуна путем сфероидизации графита. Кроме того, магний является незаменимым восстановителем, в первую очередь в производстве титана.

Магниевые сплавы широко используются в современной технике, в первую очередь, благодаря низкой плотности, что позволяет существенно снизить вес изделий и конструкций. Например, разработанные в последние годы промышленные магниевые сплавы, содержащие литий, имеют плотность 1,35-1,6 г/см³. при достаточно высоких прочностных свойствах и хорошем модуле упругости. Кроме того, сплавы магния химически устойчивы в щелочах, минеральных маслах, фторсодержащих газовых средах. Из-за высокого электрического потенциала эти сплавы используются в качестве протекторов при электрохимической защите стальных конструкций от коррозии в морской воде и подземных сооружениях.

К особым физическим свойствам магниевых сплавов относится их способность эффективно поглощать упругие колебания (демпфирующая способность), что обеспечивает большую устойчивость при ударных нагрузках и снижает чувствительность к возникновению резонансных явлений. Магний имеет сравнительно низкий коэффициент поглощения тепловых нейтронов, что в сочетании с хорошей теплопроводностью и слабым взаимодействием с ядерным топливом обусловливает его применение в качестве оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

Основными магниевыми сплавами являются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, цирконием. Сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Магниевые сплавы подразделяю на деформируемые и литейные.

В отечественных стандартах магниевые сплавы обозначаются следующим образом:

МА - магниевые деформируемые сплавы (ГОСТ 14957);

МЛ - магниевые литейные сплавы (ГОСТ 2856).

Кроме того, литейные и деформируемые магниевые сплавы классифицируются по прочности при нормальных и повышенных температурах, коррозионной стойкости и плотности.

Магний плохо деформируется при нормальной температуре. Пластичность сплавов значительно увеличивается при горячей обработке давлением (360…520⁰С). Деформируемые сплавы маркируют МА1, МА8, МА9, ВМ5-1. Из деформируемых магниевых сплавов изготавливают детали автомашин, самолетов, прядильных и ткацких станков. В большинстве случаев эти сплавы обладают удовлетворительной свариваемостью.

Магниевые сплавы с добавками алюминия, цинка, циркония, лития и других редкоземельных элементов упрочняются после закалки и искусственного старения. Закалку проводят от температуры 380…420⁰С, старение при температуре 260…300⁰С в течение 10…24 часов. Особенностью является длительная выдержка под закалку – 4…24 часа.

Литейные сплавы маркируются МЛ3, МЛ5, ВМЛ–1. Последний сплав является жаропрочным, может работать при температурах до 300⁰С. Отливки изготавливают литьем в землю, в кокиль, и под давлением. При литье следует принимать меры, предотвращающие загорание сплава при плавке и в процессе литья.

Из литейных сплавов изготавливают детали двигателей, приборов, телевизоров и т.д.

Литейные магниевые сплавы подразделяются в зависимости от способа литья: в песчаные формы, в кокиль, литье под давлением и др.

По уровню прочности и ряду других основных свойств (жаропрочности, плотности) магниевые деформируемые сплавы подразделяются на группы.

1.Сплавы средней прочности

МА1, МА2, МА8, МА8пч, МА2-1, МА2-1пч, МА20,МЛ3.

2.Сплавы высокой прочности

МА4, МЛ4пч, МЛ5, МЛ5пч, МЛ5он, МЛ6, МЛ8, Мл12, МЛ15

МА5, МА14, МА15, МА19

3.Жаропрочные сплавы

МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ19

МА11, МА12

4.Сплавы пониженной плотности, содержащие литий

МА18, МА21

По коррозионной стойкости во всех климатических атмосферных условиях магниевые сплавы можно разделить на 3 основные группы:

1.Повышенная

МЛ4пч, МЛ5пч

МА1, МА8, МА8пч, МА2-1пч

2.Удовлетворительная

МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6, МЛ8, МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ12, МЛ19

МА2, МА2-1, МА5, МА12, МА14, МА15, МА18, МЛ15, МА19, МА20, МА21

3.Пониженная

МЛ5он

МА11

По степени свариваемости магниевые сплавы можно классифицировать:

1.Хорошая

МЛ9, МЛ10, МЛ11

МА2 МА2-1, МА2-1пч, МА11, МА18, МА20, МА21

2.Удовлетворительная

МЛ3, МЛ4, МЛ4пч, МЛ5, МЛ5пч, МЛ6, МЛ8, МЛ12, МЛ15

МА1, МА5, МАВ, МА11, МА15

3.Практически не свариваемые

МА14, МА19

Медь и ее сплавы

Медь это пластичный металл золотисто-красного цвета. Плотность 8,92 г/см³. Температура плавления (1083,4 С).

Кристаллическая решётка кубическая гранецентрированная.

Медь отличается высокой пластичностью, хорошей тепло- и электропроводностью. Медь и ее сплавы имеют высокую коррозионную стойкость.

Рис. 35. Микроструктура литой меди

Основными сплавами меди являются бронзы и латуни.

Бронза

Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами. Бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.

При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показывающие содержание компонентов в сплаве. Например, марка БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.

Маркировка литейных бронз также начинается с букв Бр, затем указываются буквенные обозначения легирующих элементов и ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, бронза БрО3Ц12С5 содержит 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца, остальное – медь.

При сплавлении меди с оловом образуются оловянистые бронзы. Эти сплавы очень склонны к ликвации из-за большого температурного интервала кристаллизации. Благодаря ликвации сплавы с содержанием олова выше 5 % имеют в структуре эвтектоидную составляющую Эд(α + β), состоящую из мягкой и твердой фаз. Такое строение является благоприятным для деталей типа подшипников скольжения: мягкая фаза обеспечивает хорошую прирабатываемость, твердые частицы создают износостойкость. Поэтому оловянистые бронзы являются хорошими антифрикционными материалами. Оловянистые бронзы имеют низкую объемную усадку (около 0,8 %), поэтому используются в художественном литье. Наличие фосфора обеспечивает хорошую жидкотекучесть.

Рис. 36.Микроструктура оловянистой бронзы

Оловянистые бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.

В деформируемых бронзах содержание олова не должно превышать 6 %, для обеспечения необходимой пластичности (БрОФ6,5-0,15). В зависимости от состава деформируемые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными, антифрикционными и упругими свойствами, и используются в различных отраслях промышленности. Из этих сплавов изготавливают прутки, трубы, ленту, проволоку.

Литейные оловянистые бронзы, БрО3Ц7С5Н1, БрО4Ц4С17, применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников.

Алюминиевые бронзы БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4 являются заменителями более дорогой оловянистой. Бронзы с содержанием алюминия до 9,4 % имеют однофазное строение α–твердого раствора. При содержании алюминия 9,4…15,6 % сплавы системы медь–алюминий двухфазные и состоят из α– и γ–фаз. Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие 5…8 % алюминия. Увеличение содержания алюминия до 10…11 % вследствие появления λ–фазы ведет к резкому повышению прочности и сильному снижению пластичности. Дополнительное повышение прочности для сплавов с содержанием алюминия 8…9,5 % можно достичь закалкой. Положительные особенности алюминиевых бронз по сравнению с оловянистыми:

· меньшая склонность к внутрикристаллической ликвации;

· большая плотность отливок;

· более высокая прочность и жаропрочность;

· меньшая склонность к хладноломкости.

Основные недостатки алюминиевых бронз:

· значительная усадка;

· склонность к образованию столбчатых кристаллов при кристаллизации и росту зерна при нагреве, что охрупчивает сплав;

· сильное газопоглощение жидкого расплава;

· самоотпуск при медленном охлаждении;

· недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.

Для устранения этих недостатков сплавы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем, свинцом. Из алюминиевых бронз изготавливают относительно мелкие, но высокоответственные детали типа шестерен, втулок, фланцев литьем и обработкой давлением. Из бронзы БрА5 штамповкой изготавливают медали и мелкую разменную монету.

Кремнистые бронзы, БрКМц3-1, БрК4, также применяют как заменители оловянистых бронз. Они немагнитны и морозостойки, превосходят оловянистые бронзы по коррозионной стойкости и механическим свойствам, имеют высокие упругие свойства. Сплавы хорошо свариваются и подвергаются пайке. Благодаря высокой устойчивости к щелочным средам и сухим газам, их используют для производства сточных труб, газо- и дымопроводов.

Свинцовистые бронзы, БрС30, используют как высококачественный антифрикционный материал. Их используют для изготовления вкладышей подшипников скольжения. По сравнению с оловянистыми бронзами они имеют более низкие механические и технологические свойства.

Бериллиевые бронзы, БрБ2, являются высокопрочным пружинным материалом. Растворимость бериллия в меди с понижением температуры значительно уменьшается. Это явление используют для получения высоких упругих и прочностных свойств изделий методом дисперсионного твердения. Готовые изделия из бериллиевых бронз подвергают закалке от 930⁰С, благодаря чему при комнатной температуре фиксируется пересыщенный твердый раствор бериллия в меди. Затем проводят искусственное старение при температуре 300…350⁰С. При этом происходит выделение дисперсных частиц, возрастают прочность и упругость. После старения предел прочности достигает 1100…1200 МПа.

Рис. 37.Часть диаграммы медь-бериллий и микроструктура бронзы БрБ2 после закалки от 930⁰С и старения при 350⁰С.

Латунь

Сплав меди с цинком называют латунью. Несмотря на то, что цинк был открыт только в XVI веке, латунь была известна уже древним римлянам. Они получали её, сплавляя медь с галмеем, то есть с цинковой рудой. Путем сплавления меди с металлическим цинком, латунь впервые была получена в Англии в 1781 году. В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота.

Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880—950 °C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается (однако нельзя сваривать латунь сваркой плавлением — можно, например, контактной сваркой) и прокатывается. Хотя поверхность латуни, чернеет на воздухе, в массе она лучше сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Латунь имеет жёлтый цвет и отлично полируется.

Рис. 38 Микроструктура латуни

Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии. Тем не менее, легирование свинцом применяют для получения сыпучей стружки, что облегчает ее удаление при обработке резанием.

Медь с цинком образуют кроме основного α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α- или α+β’- фаз: α-фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллической решёткой меди ГЦК, а β’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой (рис.39).

При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное расположение атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454—468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ-фаза представляет собой электронное соединение Cu₅Zn₈.

Рис. 39. Диаграмма состояния Cu-Zn

Однофазные α -латуни характеризуются высокой пластичностью; β’-фаза очень хрупкая и твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

При содержании цинка в латуни до 30% возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счёт усложнения α — твёрдого раствора, а затем происходит резкое её понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β’-фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 %, а затем уменьшается так же резко, как и пластичность.

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Однако в интервале 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют.

Двухфазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β’-превращения, особенно выше 700°C, когда их структура становится однофазной (β-фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.

Латуни маркируют буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, входящих в сплав. 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 ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента. ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60% Cu, легированную алюминием в количестве 1% и железом в количестве 1%. Содержание Zn определяется по разности от 100%.

В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40% цинка (Ц) и 1,5% марганца (Мц).

К деформируемым латуням относят прежде всего томпаки -латуни с содержанием меди 90—97 %. Они обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами, хорошо свариваются со сталью, их применяют для изготовления биметалла сталь-латунь. Благодаря золотистому цвету, томпак используют для изготовления художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры.

Основное применение двойных деформируемых латуней.

Л96, Л90 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.

Л85 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.

Л80 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.

Л70 Гильзы химической аппаратуры, отдельные штампованные изделия

Л68 Большинство штампованных изделий

Л63 Гайки, болты, детали автомобилей, конденсаторные трубы

Л60 Толстостенные патрубки, гайки, детали машин.

Основное применение многокомпонентных деформируемых латуней.

ЛА77-2 Конденсаторные трубы морских судов

ЛАЖ60-1-1 Детали морских судов.

ЛАН59-3-2 Детали химической аппаратуры, электромашин, морских судов

ЛЖМа59-1-1 Вкладыши подшипников, детали самолетов, морских судов

ЛН65-5 Манометрические и конденсаторные трубки

ЛМц58- 2 Гайки, болты, арматура, детали машин

ЛМцА57-3-1 Детали морских и речных судов

ЛO90-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры

ЛO70-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры

ЛO62-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры

ЛO60-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры

ЛС63-3 Детали часов, втулки

ЛС74-3 Детали часов, втулки

ЛС64-2 Полиграфические матрицы

ЛС60-1 Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки

ЛС59-1 Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки

ЛЖС58-1-1 Детали, изготовляемые резанием

ЛК80-3 Коррозионностойкие детали машин

ЛМш68-0,05 Конденсаторные трубы

ЛАНКМц75- 2- 2,5- 0,5- 0,5 Пружины, манометрические трубы

Литейные латуни

ЛЦ16К4 Детали арматуры

ЛЦ23А6ЖЗМц2 Массивные червячные винты, гайки нажимных винтов

ЛЦЗОАЗ Коррозионно-стойкие детали

ЛЦ40С Литые детали арматуры, втулки, сепараторы, подшипники

ЛЦ40МцЗЖ Детали ответственного назначения, работающие при температуре до 300 °C

ЛЦ25С2 Штуцера гидросистемы автомобилей

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 19 20 21 222324 Следующая ⇒