Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

Половинчатый чугун

В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Классификация

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

• передельный чугун — П1, П2;

• передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2,

• передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,

• передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;

• чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);

• антифрикционный чугун

  • антифрикционный серый — АЧС,

  • антифрикционный высокопрочный — АЧВ,

  • антифрикционный ковкий — АЧК;

• чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние(%);

• чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

20. Медь и ее сплавы. Чистая медь имеет розовато-красный цвет. Медь обладает невысокой прочностью («ременное сопротивление разрыву составляет всего 18—22 кгс/мм2), хорошей пластичностью (относительное удлинение 35—50%), высокой электропроводностью и теплопроводностью. Благодаря этим свойствам медь широко применяется для изготовления проводников электрического тока: кабеля, провода, шин и др. В больших количествах медь идет для изготовления сплавов— латуни и бронзы. Латунь — это сплав меди с цинком. По сравнению с медью латунь имеет большую прочность, пластичность и твердость. Механические свойства латуней сильно меняются с изменением количества содержащегося в них цинка. Наиболее пластичными являются латуни, содержащие цинка около 32%; с увеличением содержания цинка прочность латуней увеличивается. Наибольшую прочность, но вместе с тем и хрупкость имеют латуни с содержанием цинка около 45%. Техническое применение имеют латуни с содержанием цинка до 40%. Медные сплавы, содержащие цинка не более 12%, называются томпаком. В состав латуней, кроме меди и цинка, могут входить другие металлы: алюминий, никель, железо, марганец, кремний, олово, свинец. Такие латуни называются специальными латунями. Они имеют повышенную коррозийную стойкость и более высокие механические свойства. Общее количество легирующих компонентов в специальных латунях составляет от 2 до 7%. Из простых латуней изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку. Из томпака — радиаторные трубки. Из специальных латуней — червячные винты, работающие в тяжелых условиях, литую арматуру, зубчатые колеса, подшипники, втулки, тяжелые детали в моторо- и судостроении. Бронзами называются сплавы меди с другими элементами, за исключением цинка. Бронзы разделяются на оловянистые и безоловянные, или специальные. Оловянистые бронзы обладают хорошей сопротивляемостью коррозии, высокими механическими и антифрикционными свойствами. Однако вследствие дефицитности олова применение оловянистых бронз допускается только в ответственных случаях, когда невозможна замена их другими, менее дефицитными материалами. Бронзы, применяемые на практике, обычно содержат 10—12% олова. Из оловянистых бронз изготовляются арматура высокого давления, втулки подшипников, работающие при повышенных скоростях и больших давлениях, детали, работающие на трение. Широкое применение получили специальные бронзы, не содержащие олова. Безоловянные бронзы имеют более высокие механические свойства, лучшую стойкость против коррозии, большую износостойкость. Вместо дорогостоящего олова, в состав таких бронз входит алюминий, кремний, никель, железо, марганец, свинец и др. В зависимости от наименования элемента, с которым сплавляется медь, специальные бронзы подразделяются на алюминиевые, кремнистые, марганцовистые и т. д.

21. Оловянные бронзы. При сплавлении меди с оловом образуются твердые растворы. 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 Э(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 оловянные бронзы являются хорошими антифрикционными материалами.

Оловянные бронзы имеют низкую объемную усадку (около 0,8 %), поэтому используются в художественном литье.Наличие фосфора обеспечивает хорошую жидкотекучесть.

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

22. Безоловянные бронзы — это бронзы, не содержащие в ка­честве основного легирующего компонента олова. В зависимости от основного легирующего компонента безоловянные бронзы делят на следующие группы: алюминиевые, кремнистые, марганцевые, сурьмя­ные и свинцовые. Наибольшее распространение в литейном производ­стве получили алюминиевые бронзы.

Алюминиевые бронзы. Основ­ным легирующим элементом в этих бронзах является алюминий, содержание которого колеблется в пределах 6—12%. Струк­тура бинарных алюминиевых бронз (рис. 7), содержащих до 9,4% Аl, в условиях равновесия состоит из однородного α-твердого рас­твора. Однофазные алюминиевые бронзы характеризуются высокой пластичностью. При медленном охлаждении бронз с 9,4—12% Аl при температуре 565° С происходит эвтектоидный распад β-фазы с образованием крупнозернистой γ-фазы, выделяющейся в виде непрерывных цепей и сообщающей сплаву хрупкость. Это явление называют «самопроизвольным отжигом».

Кремнистые бронзы. Эти бронзы содержат около 3—5% кремния. При содержании до 5,4% кремния последний образует с медью (830° С) α-твердый раствор (рис. 8). С понижением температуры растворимость кремния в α-твердом растворе уменьшается и при 300° С доходит до 3,5%. Правее границы насыщения α-твердого раствора появляется новая χ-фаза. При температуре 557° С происходит фазовое превращение χ→ α+ γ. Марганцевые бронзы. В промышленности применяют бронзы, содержащие 4-5% Mn. Марганец неограниченно растворим в меди в жидком и твердом состояниях (рис. 9). При содержании до 20% Mn и понижении температуры сплавы остаются однофазными. С увеличением содержания марганца (более 20%) и понижением температуры в затвердевших сплавах происходят превращения с выделением новых фаз.

Сурьмяные бронзы. Литейные сурь­мяные бронзы содержат 7—8% сурьмы. Максимальная растворимость сурьмы в меди (α -твердый раствор) состав­ляет 9,5% при температуре 645° С (рис. 10). С понижением температуры растворимость сурьмы в α-твердом растворе резко уменьшается и в струк­туре сплава появляются новые фа­зы β и ε.

Свинцовые бронзы. Бронзы, при­меняемые для заливки подшипников, содержат 27—33% свинца; бронзы для изготовления сальниковых колец — 57—63% свинца.

Свинец не растворяется в твердом состоянии. В содержащих до 36% свинца, в интер­вале температур 952—326°С присутствуют две фазы: твердая и жидкая, резко отличающиеся друг от друга по плотности (рис. 11). При большем содержании свинца (36—93%) при температурах выше 954° С существуют две жидкие фазы (происходит расслоение жидкого сплава) с различными плотностями, что является причиной склонности свинцовых бронз к ликвации.

23. Латунь — это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк. Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.

По способу изготовления изделий различают латуни деформируемые и литейные.

Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах, например в латуни Л62 содержится 62 % меди и 38 % цинка. Если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы ( О – олово, С – свинец, Ж – железо, Ф – фосфор, Мц – марганец, А – алюминий, Ц – цинк). Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего содержание меди, например, сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа и 38 % цинка.

Однофазные α–латуни используются для изготовления деталей деформированием в холодном состоянии. Изготавливают ленты, гильзы патронов, радиаторные трубки, проволоку.

Для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500^oС используют (α + β)–латуни. Из двухфазных латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливают детали. Обрабатываемость резанием улучшается присадкой в состав латуни свинца, например, латунь марки ЛС59-1, которую называют “автоматной латунью”.

Латуни имеют хорошую коррозионную стойкость, которую можно повысить дополнительно присадкой олова. Латунь ЛО70-1 стойка против коррозии в морской воде и называется “морской латунью“.

Добавка никеля и железа повышает механическую прочность до 550 МПа.

Литейные латуни также маркируются буквой Л. После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит 23 % цинка, 6 % алюминия, 3 % железа, 2 % марганца. Наилучшей жидкотекучестью обладает латунь марки ЛЦ16К4. К литейным латуням относятся латуни типа ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц. Литейные латуни не склонны к ликвации, имеют сосредоточенную усадку, отливки получаются с высокой плотностью.

Латуни являются хорошим материалом для конструкций, работающих при отрицательных температурах.

24. Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см³ и температурой плавления 660^oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al₂O₃, предохраняет его от коррозии. Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа. Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов (см. Электротехника).

Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).

Маркировка алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный

По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

• деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:

• деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;

• литейные сплавы.

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).