Сплав ВТ22 переходного класса и в стабильном состоянии содержит (25...50)% β-фазы. Его структура отличается высокой дисперсностью смеси частиц а- и β- фаз, обусловленной примерно одинаковым их количеством. Обе фазы в сплаве сильно упрочнены алюминием, молибденом, ванадием, хромом и железом. Сплав характеризуется максимальным эффектом упрочнения при термической обработке и высокой прокаливаемостью, а его механические свойства существенно зависят от размера зерна. Термическая обработка сплава ВТ22 по стандартным режимам не приводит к существенному изменению размера зерна. Его успешно используют для изготовления высоконагруженных деталей и узлов, работающих до 350...400 °С: лонжеронов, стрингеров, шпангоутов, корпусов и т. д.
Температурные ограничения для титановых сплавов обусловлены прежде всего процессами, связанными с окислением и диффузией элементов, которые приводят к разупрочнению сплавов, потере ими пластичности, увеличению твердости поверхностного слоя. В связи с этим эксплуатация деталей из титановых сплавов при повышенных температурах ограничена.
После упрочняющей термической обработки титановым сплавам устанавливают меньший ресурс. Так, для сплава ВТ3-1 при температуре 400°С он составляет 1000 ч, а при 450 °С уменьшается до 500 ч. Для сплава ВТ9 при 450 °С ресурс составляет 1000 ч, а при 500 °С – всего 100 ч. Поэтому для деталей, работающих при температурах выше 600 °С, применяют жаропрочные и жаростойкие стали и никелевые сплавы.
Классификация сплавов на основе меди
Наиболее распространенные легирующие элементы в меди – Zn, Al, Sn, Fe,
Si, Mn, Be, Ni. Они повышают прочностные свойства меди.
Медные сплавы делятся на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.
Латунями называют сплавы меди, в которых главным легирующим элементом является Zn. Их маркируют буквой Л и числами, характеризующими среднее содержание легирующих элементов. Например, латунь Л80 содержит 80 % Cu и 20 % Zn. Если латунь легирована, помимо цинка, другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов: С – Pb; О – Sn; Ж – Fe; А – Al; К – Si, Мц – Mn, Н – Ni. Числа после букв указывают среднее содержание каждого легирующего элемента в латуни, кроме цинка. Содержание цинка определяется по разности до 100%. Например, латунь ЛАЖМц66-6-3-2 – 66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn и 23 % Zn.
Бронзами называют все сплавы меди, кроме латуней и медно-никелевых
сплавов. По основным легирующим элементам их подразделяют на
оловянные, алюминиевые, бериллиевые, свинцовые, кремнистые и т. д. Бронзы маркируют буквами Бр, затем указывают основные легирующие элементы и их содержание в сплаве так же, как для латуней. Zn в бронзах маркируют буквой Ц, фосфор – Ф, бериллий – Б, хром – X.
Например, бронза БрАЖМц10-3-1,5 – 10 % Al; 3% Fe; 1,5% Mn, остальное Cu.
Латуни
Структура и свойства латуней определяются диаграммой состояния Cu – Zn. В системе Cu – Zn имеется пять перитектических превращений, в результате которых образуются пять фаз , , , и . Растворимость цинка в меди очень велика и с понижением температуры возрастает и составляет 32,5 % при 902 °С и 39 % при 454 °С. С понижением температуры раствори- мость цинка в меди уменьшается (до 36 % при комнатной температуре).
Латуни со структурой -фазы пластичны, отличаются высокой технологичностью, поддаются горячей
ихолодной обработке давлением.
Сувеличением содержания цинка возрастают прочность и относительное удлинение. δ достигает максимального значения при 30…32 % Zn, а затем когда появляется -фаза резко уменьшается. σв возрастает до 45…47 % Zn, но
как только -фаза полностью сменяет -фазу, оно резко снижается.
Стабильная при высоких температурах, -фаза очень пластична, а образующаяся из нее при охлаждении '-фаза с упорядоченной структурой, наоборот, хрупка. Поэтому пластичность -латуней с '-структурой при комнатной температуре очень мала, и при содержании около 50 % Zn и более они не поддаются холодной обработке давлением. По указанным выше причинам в промышленном масштабе применяют лишь - и ( + ) -латуни.
Микроструктура -латуней после деформации и отжига полиэдрическая с большим количеством двойников; их в -латунях больше, чем в меди, из-за более низкой энергии дефектов упаковки. Структура двухфазных латуней представлена светлыми кристаллами -фазы и темными кристаллами -фазы. Структура -латуней после отжига представлена полиэдрами -фазы.
Холодная деформация приводит к существенному повышению прочности латуней при одновременном очень резком снижении пластичности. Отжиг нагартованного металла при температурах выше 400 °С снимает наклеп.
Для улучшения свойств латуни дополнительно легируют Al, Mn, Fe, Ni, Sn, Pb, Si, которые вводят в небольших количествах (1…2 %).
В промышленности применяют деформируемые и литейные латуни. Латуни разделяют на простые, легированные только Zn, и специальные, которые содержат дополнительно один или несколько элементов. Специальные латуни называют по основному дополнительному элементу: алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянные, свинцовые.
Оловянные бронзы
В реальных условиях охлаждения оловянные бронзы состоят из фаз и Cu31Sn8. Применяют только сплавы с содержанием до 10…12 % Sn. Сплавы, богатые Sn, очень хрупки. Оловянные бронзы имеют большой интервал температур кристаллизации и поэтому
склонны к ликвации.
Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы содержат 4…6 % Sn, до 0,4 % Р, до 4 % Zn и до 2,5 % Pb. Они предназначаются для пружин и пружинящих деталей. Структура деформированных оловянных бронз - твердый раствор.
Литейные бронзы, содержащие большое количество цинка, фосфора и свинца, имеют двухфазную структуру -твердый раствор и твердые, хрупкие включения -фазы.
Бронзы обладают невысокой жидкотекучестью, малой линейной усадкой, высокой коррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами.
Алюминиевые бронзы могут быть как двойными (например, БрА5), так и дополнительно легированными Ni, Mn, Fe и др. Бронзы, содержащие до 4…5 % Аl, характеризуются высокой пластичностью. При ускоренном охлаждении сплавов с 6…8 % Аl в структуре наряду с пластичным -твердым раствором алюминия в меди появляется твердая, хрупкая '-фаза (Сu32Аl19). Поэтому двухфазные сплавы обладают более высокой прочностью, но пониженной пластичностью по сравнению с однофазными. Алюминиевые бронзы хорошо обрабатываются давлением, коррозионностойки, имеют высокие механические свойства, хорошие литейные свойства. Многокомпонентные бронзы, содержащие > 9…11 % Аl, упрочняются закалкой и старением. Алюминиевые бронзы прежде всего используются в качестве заменителей оловянных. Из них изготавливают шестерни, втулки, подшипники, пружины, детали электрооборудования.
Бериллиевые бронзы обладают высокими механическими (в частности, упругими) свойствами, стойкостью против коррозии и удовлетворительной электро- и теплопроводностью, хорошо свариваются. Широко известны бронзы, содержащие 1,6…2,6 % Bе, 0,2…0,5 % Ni, 0,1…0,25 % Тi (БрБ2; БрБ2,5; БНТ-1,9, БНТ-1,7, цифры указывают содержание Be в %). Бериллиевые бронзы упрочняются закалкой (760…800 °С) со старением (300…350 °С, 2ч). В результате закалки фиксируется пересыщенный -твердый раствор легирующих элементов в меди. При этом бронза имеет высокую пластичность ( = 30…40 %), невысокую прочность ( в = 450…560 МПа) и может подвергаться пластической деформации в закаленном состоянии. При старении из пересыщенного -раствора выделяются дисперсные частицы - фазы (СuВе). Бронзы БрБ2 и БрБ2,5 после закалки и старения обладают высокой прочностью ( в = 1250…1300 МПа), но малой пластичностью ( = 2…5 %). Промежуточная холодная пластическая деформация обеспечивает дополнительное повышение прочности до в = 1400 МПа.
Имеются еще классы кремнистых, хромовых, циркониевых и др. бронз,
которые получили меньшее распространение.