3.9. Цветные металлы и сплавы

(примеры материалов и их применения)

Алюминий – легкий металл,  = 2700 кг/м³, t_пл = 658 С, после прокатки и отжига _в = 58 МПа,  = 40 %. Высокая пластичность, невысокая прочность, хорошая свариваемость, коррозионная стойкость, на воздухе не окисляется за счет оксидной пленки, высокая электро- и теплопроводность.

Деформируемые термически не упрочняемые сплавы систем Al-Mn(AМц), Al-Mg(АМг).

Деформируемые термически упрочняемые сплавы систем Al-Cu-Mg: дуралюмины Д16 … Д18 и силумины АК6 … АК8, после ТО – высокая пластичность и прочность.

Литейные сплавы с 10 … 13 % Si – АЛ2, АЛ4, АЛ9 – применяются наиболее широко.

Сплавы с медью и марганцем АЛ7, АЛ19 обладают повышенной прочностью.

Сплавы с магнием Mg = 9,5 … 11,5 %, АЛ8, АЛ13 имеют хорошую коррозионную стойкость.

Алюминий применяют также для приготовления спеченных алюминиевых сплавов (САС) и алюминиевых пудр (САП), обладающих коррозионной стойкостью, прочностью или пористостью.

Магний – легкий металл,  = 1740 кг/м³, t_пл = 651 С, на воздухе окисляется, хорошо сваривается и обрабатывается резанием, после прокатки и отжига _в = 180 МПа;  = 15 %.

Деформируемые неупрочняемые ТО сплавы – МА2, МА8.

Высокопрочные, упрочняемые ТО – МА5.

Жаропрочные с добавками циркония, никеля и др. литейные сплавы МЛ6, МЛ3 имеют невысокий модуль упругости (Е = 4300 МПа) и вследствие этого хорошие демпфирующие свойства (гасят колебания конструкции), но низкую коррозионную стойкость, поэтому отливки оксидируют, покрывают лаком и т. д.

Магний химически активен к кислороду, поэтому применяется в качестве раскислителя при плавке стали и цветных металлов, при получении трудно восстанавливаемых металлов (Ti, V, циркония, урана и др.), для получения высокопрочного модифицированного чугуна. В химической промышленности Mg применяется для обезвоживания органических веществ (спирта, анилина и др.), в порошкообразном виде и в виде ленты горит ослепительно белым пламенем (фотовспышка, пиротехника, ракеты и зажигательные бомбы). Сплавы магния хорошо поглощают вибрации, немагнитны, не дают искры при трении и ударах. Удельная жесткость при изгибе и кручении у них на 20 % выше, чем у алюминиевых сплавов и на 50 %, чем у стали, удельная вибрационная прочность в 100 раз больше, чем у дуралюмина и в 20 раз больше, чем у легированной стали. Стружка и пыль магния взрывоопасны.

Медь:  = 8900 кг/м³, t_пл = 1083 С, высокая тепло- и электропроводность, пластичность, хорошая коррозионная стойкость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость. Чистая медь: _В = 250 ... 270 МПа,  = 40 ... 50 %. Примеси ухудшают качество меди, особенно сера и кислород, образующие соединения Cu₂S и Cu₂O.

Латуни – основной легирующий компонент – цинк. Латуни деформируемые – Л96, Л59. Литейные латуни – ЛАЖМц 66-6-3-2. Указан состав меди и др. элементов, остальное – цинк.

Бронзы – сплавы меди с оловом (4 … 33 %), свинцом (до 30 %), Al (5 … 11 %), Si (4 … 5 %), сурьмой и фосфором. Имеют высокую антифрикционность (стойкость против истирания за счет низкого коэффициента трения), малую усадку, хорошую жидкотекучесть, высокую химическую стойкость.

Литейные оловянистые бронзы – БрОЦС5-5-5 и безоловянистые – БрАЖН10-4-4 (алюминиевые), БрБ2 (бериллиевая – для пружин), БрС30 (свинцовистая – для подшипников).

Деформируемые бронзы – БрАЖ9-4.

Медноникелевые сплавы специальные, например, мельхиор, константан.

Титан:  = 4500 кг/м³, t_{пл .}= 1672 С, на воздухе коррозионно стоек за счет

оксидной пленки TiO₂, легкий, прочный, тугоплавкий, хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии и сваривается, но плохо обрабатывается резанием (вязок). Чем чище по примесям, тем ниже прочность и выше пластичность.

Сплавы ВТ4, ВТ18 и др. легированные, в основном Al, термически не упрочняются, после ОМД подвергают отжигу, _В = 650 ... 880 МПа;  = 15 ... 40 %.

ВТ6, ВТ14 и др. содержат Al, W, Mo, более высокая прочность за счет закалки и старения: _В = 800 ... 1150 МПа;  = 8 ... 15 %.

Титановые сплавы применяются в химической промышленности, авиации, судостроении, медицине, пищевой промышленности, в криогенной технике (аммиачные компрессоры, холодильные установки, емкости для хранения жидких газов).

Подшипниковые сплавы и материалы (антифрикционные).

К этим материалам предъявляется ряд требований, обеспечивающих наилучший режим эксплуатации для опор подшипников скольжения: низкий коэффициент трения, хорошая прирабатываемость, высокая теплопроводность и теплоемкость, способность удерживать смазку, малая способность к «схватыванию», устойчивость против коррозии.

В основном используются металлические сплавы на основе легкоплавких металлов Sn, Pb, Zn, Al (баббиты), а также некоторые бронзы и антифрикционные чугуны. Баббиты обладают неоднородной структурой (мягкая основа с твердыми включениями), что обеспечивает быструю приработку, высокую сопротивляемость износу и сеть микроскопических каналов для смазки. Например, баббиты оловянно-сурьмянистые Б83 и Б89. Основа – олово, 7,25 … 10 % Sb и 2,5 … 6,5 % Cu, t_пл. = 380 и 342 С.

Коэффициент трения подшипниковых сплавов f = 0,005 … 0,009.