3.4.2 Сплавы на медной основе

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 технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии. Сплавы обозначают начальной буквой (Л – латунь, Бр – бронза), после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав. Например, О – олово, Ц – цинк, Мц – марганец, Ж – железо, Ф – фосфор, Б – бериллий, X – хром и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают количество легирующего элемента. Например, ЛЖМц .59 – 1 –1 - латунь, содержащая 59% Сu, 1% Fe и 1% Мn и остальное цинк, или БрОФ 6,5-0,15: Бр - бронза, содержащая 6,5% Sn, 0,15% Р и остальное медь.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Двойные латуни нередко легируют Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pb и другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует увеличению прочности (твердости), но уменьшают пластичность латуни. Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами

Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплопроводность и важно отсутствие склонности к коррозионному растрескиванию, применяют латуни с высоким содержанием меди (Л96 и Л90). Латуни Л70 и Л62 и Л60 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются

резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии. Наибольшей пластичностью обладает (Л70), которую чаще используют для изготовления деталей штамповкой.

Деформируемые латуни ЛАЖ60—1 — 1 и ЛЖМц59 — 1 - 1 обладают высокими коррозионными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде и применяются для деталей в судостроении. Более высокой: устойчивостью в морской воде обладают латуни, легированные оловом, например ЛО70—1 и ЛО62 —1, получившие название морских латуней.

Латунь ЛС59 —1 (автоматная латунь) поставляется в прутках и предназначается для изделий, изготовляемых резанием на станках-автоматах. Для уменьшения твердости перед обработкой давлением и получения в полуфабрикатах требуемых свойств их подвергают рекристаллизационному отжигу, чаще при 600 —700°С, с охлаждением на воздухе или в воде (для отделения слоя окалины).

Латуни, предназначенные для фасонного литья, от которых требуется повышенная прочность, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются и лучшей коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. Если медь легировать оловом (Сu – Sn), то поучают оловянные бронзы, представляющие твердый раствор олова в меди. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10—12% Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки. Оловянные бронзы имеют большой интервал температур кристаллизации и поэтому склонны к ликвации (образованию рассеянной пористости); при ускоренном охлаждении у них резко выраженное дендритное строение.

Бронзы, содержащие до 4 — 5% Sn, после деформации и отжига имеют полиэдрическое строение и представляют собой в основном твердый раствор. Предел прочности возрастает с увеличением содержания олова.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу. Фосфор при содержании его свыше 0,3% образует фосфид Сu₃Р. Он улучшает литейные свойства, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок и уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу. Фосфор при содержании его свыше 0,3% образует фосфид Сu₃Р. Он улучшает литейные свойства, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок и

уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает плотность отливок, а главное – облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства.

Сравнительные характеристики медных сплавов – см. таблицу 3.4

Таблица 3.4 – Свойства и назначение медных сплавов

Сплав	σв, МПа	δ, %	Назначение
Латунь
Деформируемая
ЛАЖ60-1-1	450	8	Трубы, прутки
ЛЖМц59-1-1	450	10	Полосы, прутки, мелкие поковки
ЛС59-1	400	6	Мелкие поковки
Литейная
ЛЦ40С	215	12	Втулки, сепараторы
ЛЦ40Мц5Ж	440	10	Винты, лопасти
ЛЦ30А3	300	12	Коррозионно-стойкие детали
Бронза
Деформируемая
БрОФ6,5-0,4	400	5	Арматура
БрОЦ4-3	330	4	Пружины
БрОЦС4-4-2,5	350	2	Антифрикционные детали
Литейная
БрО3Ц12С5	200	8	Арматура
БрО5ЦНС5	175	4	Вкладыши подшипников
БрО4Ц4С17	150	5	Антифрикционные детали

3.4.3 Алюминий – химический элемент III группы Периодической системы таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер 13, атомный вес 26,98. Алюминий – металл белого, на изломе светло-серого цвета. По проводимости занимает 3-ье место после серебра и меди. Алюминий обладает высокой пластичностью, теплопроводностью, электропрововодностью и малой прочностью. Он слабо подвергается коррозии на воздухе, в пресной воде и др. средах благодаря тому, что на его поверхности образуется плотная оксидная пленка.

Алюминий широко применяется в электротехнике, а также из него делают пищевую тару и посуду.

Как конструкционный материал применять нецелесообразно из-за низкой прочности.

По степени чистоты (ГОСТ 11069) различают алюминий особой чистоты – А999 (99,999% Al), высокой чистоты – А995 (99,995% Al), А99 (99,99% Al) А97 (99,97% Al), А95 (99,95% Al) и технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, А0 (99,9% Al).

Технический алюминий изготавливают в виде листов, профилей, прутков, проволоки и др. полуфабрикатов, маркируют АД и АД1.

Механические свойства отожженного алюминия высокой чистоты: σ_в = 50МПа; σ_0,2 =15МПа, δ =50% и технического алюминия АДМ, М – мягкий (отожженный) σ_в = 80МПа; σ_0,2 =30МПа, δ =35%. Холодная пластическая деформация превышает: σ_в технического алюминия (АДН-нагартованный) до 150МПа, но относительное удлинение снижается до δ =6%. Благодаря высокой пластичности в отожжённом состоянии алюминий легко обрабатывается давление, но обработка резанием затруднена. Сваривается всеми видами сварки.

3.4.4 Алюминиевые сплавы. В современной технике широко применяются сплавы на алюминиевой основе, которые по своим техническим свойствам можно разделить на три группы: литейные, деформируемые и порошковые. Первые получают литьем; вторые – прокатом, прессованием, волочением, ковкой и штамповкой; последние получают методом порошковой металлургии, в их числе САП – спеченные алюминиевые порошки, САС – спеченные алюминиевые сплавы.

Свойства алюминиевых сплавов – см. таблицу 3.5

Дуралюмины – деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, сложные сплавы систем алюминий – медь –магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.

Дуралюмины обычно подвергаются закалке с температуры 500^oС и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через 4…5 суток.

Широкое применение дуралюмины находят в авиастроении, автомобиле-строении, строительстве.

Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа. Основной потребитель – авиастроение (обшивка, стрингеры, лонжероны).

Ковочные алюминиевые сплавы АК:, АК8 применяются для изготовления поковок. Поковки изготавливаются при температуре 380…450^oС, подвергаются закалке от температуры 500…560^oС и старению при 150…165^oС в течение 6…15 часов.

В состав алюминиевых сплавов дополнительно вводят никель, железо, титан, которые повышают температуру рекристаллизации и жаропрочность до 300^oС.

Изготавливают поршни, лопатки и диски осевых компрессоров, турбореактивных двигателей.

Таблица 3.5 – Свойства и назначение алюминиевых сплавов

				Литейные
Марка сплава		Легирование		Свойства			Применение
Силумины
АЛ2	Si			Хорошие литейные свойства, невысокая прочность				Малонагруженные детали
АЛ9								Фланцы, картеры, поршни
АЛ4								Блоки цилиндров
	Медно-марганцевые
АЛ7	Си			Повышенная прочность, корро-зионная стойкость во влажных средах				Кронштейны, арматура
АЛ8	Mg							Вилки, кронштейны
АЛ 21	Mg, Си							Блоки цилиндров
Деформируемые
Марка сплава			Легирование			σв, МПа				δ, %
Дуралюмины
Д1	Си, Mg, Mn				320				14
Д16	Си, Mg, Mn				400				11
АВ	Си, Mg, Mn, Si				200				15
Авиаль
В95	Си, Mg, Mn, Zn, Cr				550				8
Высокопрочный сплав
АК6	Си, Mg, Mn, Si				300				12
АК8	Си, Mg, Mn, Si				380				14
Ковочный сплав
АК4-1	Си, Mg, Si, Fe, Ni				280				13
Жаропрочный сплав
Д20	Си, Si, Fe, Ni				250				12

Силумины – литейные алюминиевые сплавы. Это сплавы системы алюминий – кремний (силумины), содержащие 10…13 % кремния.

Присадка к силуминам магния, меди содействует эффекту упрочнения литейных сплавов при старении. Титан и цирконий измельчают зерно. Марганец повышает антикоррозионные свойства. Никель и железо повышают жаропрочность.

Литейные сплавы маркируются от АЛ2 до АЛ20. Силумины широко применяют для изготовления литых деталей приборов и других средне- и малонагруженных деталей, в том числе тонкостенных отливок сложной формы.