7.3.5. Применение меди и ее сплавов

Области применения меди определяют ее высокая электро- и теплопроводность, пластичность и коррозионная стойкость. Медь используется для изготовления химической аппаратуры (теплообменники, холодильники, детали плазмотронов и т. д.), проводов высоковольтных линий электропередач, троллейных проводов, коллекторных шин электромашин, печей для дуговой плавки активных металлов, водоохлаждаемых изложниц, кристаллизаторов и т.п. Более 30 % меди применяется в виде медных сплавов – латуней и бронз.

Высокотехнологичные латуни используются для получения изделий, требующих глубокой вытяжки, таких как радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги, трубы, ленты. Многокомпонентные латуни, обладающие достаточно высокой прочностью и коррозионной стойкостью, применяются в судостроении, электромашиностроении, теплотехнике.

Из бронз наиболее широкое распространение имеют алюминиевые бронзы. Они используются в морском судостроении, общем машиностроении, в локомотиво- и вагоностроении, авто- и авиастроении для изготовления ответственных деталей: шестерен, втулок, седел клапанов, гаек нажимных винтов, пружин и пружинящих изделий.

Оловянные бронзы с фосфором, имеющие высокие антифрикционные и антикоррозионные свойства, находят применение в машиностроении для изготовления подпятников тяжелых кранов, гаек ходовых винтов, шестерен, червячных колес и других деталей, работающих при большом трении. Некоторые сплавы используются для деталей водяной, паровой и газовой арматуры. Группа бронз, легированных фосфором, с высокими упругими свойствами идет для изготовления круглых и плоских пружин.

Бериллиевая бронза используется для наиболее ответственных изделий – плоских пружин, мембран, деталей точного приборостроения, пружинящих элементов электронных приборов, электродов сварочных машин. Поскольку бериллиевые бронзы не образуют искр при ударах, они применяются для изготовления инструмента для работы во взрывоопасных зонах.

7.4. Сплавы на основе магния

Магниевые сплавы образуются в результате легирования магния алюминием, цирконием, цинком, марганцем, литием, редкоземельными и другими элементами.

Одним из главных достоинств магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. Кроме того, они хорошо обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются, удовлетворительно свариваются электроконтактной и дуговой сваркой.

К недостаткам магниевых сплавов относятся низкая коррозионная стойкость, плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, значительная окисляемость и воспламенение при получении.

По способу производства полуфабрикатов магниевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные, которые маркируются соответственно буквами МА и МЛ (см. табл. 19).

Таблица 19

Химический состав и механические свойства магниевых сплавов

Марка сплава

Содержимое элементов, %. (остальное Mg)

в

0,2





HB

Деформируемые сплавы (ГОСТ 14957-76)

Al

Mn

Zn

Другие

МПа

%

МА 5

7,8…9,2

0,15…0,5

0,2…0,8

–

320

220

14

–

55

МА 11

–

1,5…2,5

–

2,5…4 Nd; 0,1…0,25 Ni

280

140

10

–

50

МА 14

–

–

5…6

0,3…0,9 Zr

350

300

9

–

60

МА 19

–

–

5,5…7,0

1,4…2 Nd; 0,5…1,0 Zr; 0,2…1 Cd

380

330

5

–

80

МА 21

4…6

0,1…0,5

0,8…2,0

7,0…10,0 Li; 3,0…5,0 Cd

240

200

18,5

–

75

Литейные сплавы (ГОСТ 2856-79)

МЛ 5

7,5…9

0,15…0,5

0,2…0,8

–

255

120

6

15

25

МЛ 8

–

–

5,5…6,6

0,7…1,1 Zr; 0,2…0,8 Cd

255

155

5

13

26

МЛ 12

–

–

4…5

0,6…1,1 Zr

270

160

6

12

–

МЛ 9

–

–

–

0,4…1,0 Zr; 1,9…2,6 Nd

200

95

8

–

–

МЛ 10

–

–

0,1…0,7

0,4…1,0 Zr; 2,2…2,8 Nd

200

95

6

–

26

МЛ 15

–

–

4…5

0,7…1,1 Zr; 0,6…1,2 La

380

150

4

5

28

МЛ 19

–

–

0,1…0,6

0,4…1,0 Zr; 1,6…2,3 Nd

260

170

2

–

28

По плотности различаются сплавы легкие и сверхлегкие. К сверхлегким относятся сплавы, легированные литием (МА 18, МА 21), а к легким – все остальные.

По возможным температурам эксплуатации магниевые сплавы подразделяются на следующие группы:

– общего назначения (для работы при обычных температурах);

– жаропрочные (для длительной эксплуатации при температурах до 200С);

– высокожаропрочные (для длительной эксплуатации при температурах 250…300С);

– для эксплуатации при криогенных температурах.

Кроме того, можно выделить еще две группы – термически упрочняемые и термически неупрочняемые.

Из деформируемых сплавов наиболее широко в промышленности и на транспорте находят сплавы Mg–Al–Zn–Mn, Mg–Zn–Zr и Mg–Mn.

Сплавы Mg–Al–Zn–Mn содержат 3…9,2 % Al, 0,2…1,5 % Zn и 0,15…0,7 % Mn. Алюминий и цинк имеют хорошую растворимость в магнии, чем обеспечивают большой эффект упрочнения.

При понижении температуры растворимость уменьшается, что дает возможность упрочнения сплавов закалкой и старением за счет выделения фаз Mg₄Al₃ и Mg₃Zn₃Al₂.

Сплавы систем Mg–Al–Zn–Mn склонны к коррозии под напряжением тем сильнее, чем больше содержат алюминия. Цинк не влияет на коррозионную стойкость магниевых сплавов, а марганец ее повышает. В то же время марганец оказывает благоприятное действие, взаимодействуя с вредными примесями, в частности с железом.

Вторая группа сплавов (систем Mg–Zn-Zr) отличается высокими механическими свойствами, обусловленными упрочняющим действием Zn и модифицирующим действием циркония. При введении циркония образуются тугоплавкие соединения Zr₂Fe₃ и ZrFe, которые оседают на дно расплава, очищая его от вредной примеси – железа. Кроме того, цирконий, связывая водород, препятствует развитию пористости. Оставшийся в растворе цирконий обеспечивает увеличение центров кристаллизации.

Цирконий повышает прочность, пластичность и коррозионную стойкость магниевых сплавов. Однако его введение связано со значительными трудностями из-за малой растворимости.

Сплавы систем Mg–Zn–Zr дополнительно легируются кадмием и редкоземельными элементами, что повышает пластичность и их прочностные свойства, особенно при повышенных температурах.

Сплавы, в которых основным легирующим элементом является марганец (систем Mg–Mn) отличаются повышенной коррозионной стойкостью и свариваемостью. Повышение коррозионной стойкости обеспечивается образованием соединения марганца с железом, которые, имея большую плотность, оседают на дно тигля и очищают расплав от железа.

Для улучшения свойств сплавов Mg-Mn дополнительно вводится церий, который, за счет образования соединения Mg₉Ce, существенно измельчает зерно. Такие сплавы отличаются высокой технологической плас­тичностью и коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью. Термической обработкой сплав не упрочняется, и полуфабрикаты поставляются в основном в отожженном состоянии.

Кроме отмеченных групп в промышленности используются магниевые сплавы, в которых главными легирующими элементами являются редкоземельные металлы (МА11, МА12). В этих сплавах основным легирующим элементом является неодим, обеспечивающий высокую жаропрочность.

Литейные магниевые сплавы по химическому составу в большинстве близки к деформируемым. Их преимуществом является существенная экономия при производстве изделий, так как достигаются хорошая чистота поверхности и высокая точность, что почти исключает их дальнейшую обработку резанием. Однако механические свойства литых сплавов ниже деформируемых по причине образования грубозернистой литой структуры. Улучшение механических свойств достигается гомогенизацией отливок, модифицированием, применением особо чистых шихтовых материалов при получении сплавов.

Малая плотность магниевых сплавов, а в отдельных случаях большая удельная прочность дают возможность уменьшить массу агрегатов. Из них изготавливаются колеса и вилки шасси, различные рычаги, корпуса приборов, насосы, коробки передач, двери кабин, детали планеров самолетов. Они успешно используются в конструкциях вертолетов, в ракетной технике, в конструкциях автомобилей (особенно гоночных), в приборостроении. Магниевые сплавы считаются перспективными для широкого применения в горной, текстильной и других отраслях промышленности.