Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки

aКоррозионно-стойкие детали, применяе­ мые в судостроении и машиностроении

СПЛАВОВ МЕДНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЩАЯ

СПЛАВЫ МЕДНЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ

осевой части отливки) и значительной сосредо­ точенной усадочной раковиной. В связи с этим линейная усадка латуней больше, чем линейная усадка оловянных бронз, и находится пример­ но на том же уровне, что и линейная усадка алюминиевых бронз: 1,6...2% (табл. 4.9 и 4.15).

Узкий температурный интервал кристал­ лизации определяет также склонность к обра­ зованию столбчатой структуры и транскри­ сталлизации. Они мало склонны к ликвационным явлениям; отливки из литейных латуней получаются более однородными по свойствам в различных сечениях по сравнению с отлив­ ками из оловянных бронз [10,32,78].

Цинк, имея низкую температуру кипения и высокую упругость пара, частично испаряет­ ся в процессе плавки и оказывает раскисляю­ щее воздействие на латуни. Благодаря самозащитному действию паров цинка латуни имеют небольшую склонность к газонасыщению, что способствует получению плотных отливок. Отливки из литейных латуней обладают высо­ кой герметичностью и способны выдерживать давление до 30.. .40 МПа.

Литейные латуни - это, как правило, мно­ гокомпонентные сплавы (см. табл. 4.14). Ком­

плексное легирование позволяет улучшить не только их механические свойства и коррозион­ ную стойкость, но и специальные литейные свойства.

Кремний повышает механические и ли­ тейные свойства латуней. Алюминий повыша­ ет прочностные свойства, коррозионную стой­ кость и жидкотекучесть. Марганец аналогично алюминию влияет на прочность и коррозион­ ную стойкость латуней, но несколько снижает ее жидкотекучесть. Добавка свинца улучшает главным образом антифрикционные свойства латуней и их обрабатываемость резанием [10, 78].

Специальные литейные латуни отлича­ ются хорошими механическими, технологиче­ скими и коррозионными свойствами (табл. 4.15...4.17). Отливки из них могут быть полу­ чены литьем в земляные формы, в кокиль, цен­ тробежным литьем (детали, имеющие ось вра­ щения), литьем под давлением. Многие литей­ ные латуни обладают высокими антифрикци­ онными свойствами. Многокомпонентные ли­ тейные латуни (типа ЛЦ23Л6ЖЗМц2 и др.) отличаются высокой стойкостью против износа при работе на трение и применяются для изго-

ст0 2, МПа 170...240

150...180

-

1 2 0 . . . 2 0 0

-

-

140

-

-

-

-

300...350

5, %

18

1 0

15

10

12

2 0

20

2 0

2 0

1 2

12...18

15

15...20

-

8

15...18

-

1 0

7

7...10

8

НВ

95

1 0 0 . . . 1 1 0

80

80...95

70

0 0рчоо

80

1 0 0

1 0 0 . . . 1 1 0

80

оо У1 40 4У1

-

60...80

160

170

-

KOJ, МДж/м2

-

0,35

-

0,26

-

-

0 , 8

-

1 , 2

-

-

0,4

-

-

-

0,14

товления изделий (подшипников, втулок, вкла­ дышей и т. п.), для которых характерны высо­ кие удельные нагрузки и сравнительно боль­ шие скорости вращения.

Механические свойства отливок сильно зависят от способа литья; лучший комплекс свойств получается при литье в кокиль (см. табл. 4.16, 4.17).

Латуни применяют для литья под давле­ нием - латунь ЛЦ40Сд (втулки, тройники, пе­ реходники, сепараторы подшипников). Из ла­ туни ЛЦ23А6ЖЗМц2 отливают ответственные детали, работающие при высоких удельных знакопеременных нагрузках.

Наилучшей жидкотекучестью среди ла­ туней обладает латунь ЛЦ16К4, что позволяет получать методом литья тонкостенные детали сложной формы. Из латуней ЛЦ40С, ЛЦ16К4 и некоторых других получают фасонные детали сложной формы с хорошими поверхностями, которые не требуют обработки резанием.

Из литейных латуней легче получать гер­ метичные отливки, чем из оловянных бронз, которые могут выдерживать высокие давления.

Основным недостатком большинства ла­ туней по сравнению с бронзами является их пониженная коррозионная стойкость в некото­ рых средах (морская вода и др.), связанная с обесцинкованием латуни и коррозионным раз­ рушением изделий. Однако имеются марки литейных латуней (кремнистая ЛЦ16К4 и др.),

которые не уступают по коррозионным свойст­ вам бронзам и являются полноправными заме­ нителями дефицитных оловянных бронз. Мно­ гокомпонентные литейные латуни с большим количеством 0 -фазы склонны к сезонному рас­ трескиванию при наличии остаточных напря­ жений. Для устранения этого недостатка от­ ливки необходимо отжигать при низких темпе­ ратурах.

Основные физические свойства литейных латуней приведены в табл. 4.18.

4.2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ ЛИТЕЙНЫХ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Разработка технологии плавки для полу­ чения конкретной фасонной отливки из медно­ го сплава включает выбор плавильного агрега­ та, вида энергии, материалов футеровки печи, определение состава атмосферы в печи при плавке. Кроме того, решают вопрос о способах предотвращения возможного загрязнения рас­ плава и способе его рафинирования. Рассмат­ ривается также необходимость раскисления и модифицирования сплава.

Отправными точками при создании тех­ нологии плавки является химический состав сплава, который включает в себя металл - ос­ нову сплава, легирующие компоненты и при­ меси, заданный уровень механических и дру­ гих свойств в отливке. Главной особенностью

плавки литейных сплавов является необходи­ мость получения требуемых свойств в отливке сразу, без последующего металлургического передела. В плавильный агрегат загружают твердые материалы, а получают жидкий сплав и шлак, являющийся побочным продуктом плавки. Смесь твердых материалов, загружае­ мых в плавильный агрегат, называется шихтой. Состав шихты определяется требуемым соста­ вом готового медного сплава, основой ее явля­ ется металлические шихтовые материалы.

Для создания определенных условий формирования сплава в плавильный агрегат загружают также флюсы. Флюсы - это мате­ риалы, применяемые в металлургических про­ цессах с целью образования шлака или регули­ рования его состава.

Процесс плавки состоит из операций: за­ грузки шихты в печь; нагрева; плавления; пе­ регрева и доводки, т.е. доведения расплава до заданной температуры; очистки от вредных примесей - рафинирования; легирования; вы­ пуска расплава в разливочный ковш для после­ дующего получения фасонных отливок. На завершающем этапе процесса плавки основным продуктом является жидкий расплав, побочные продукты - это жидкий шлак и отходящие газы [10, 78, 114].

Важным является температурный режим плавки, порядок загрузки шихтовых материа­ лов и введение отдельных компонентов сплава, последовательность технологических операций металлургической обработки расплава.

Плавку всегда проводят в предварительно разогретой печи, температура в которой на 150...200 °С выше температуры плавления основного компонента - меди. Желательно, чтобы все загружаемые в печь материалы были нагреты до 450...200 °С, чтобы в них не оста­ лось влаги. Первым в плавильную печь загру­ жается тот шихтовой материал, который со­ ставляет наибольшую долю навески сплава. В случае приготовления сплава из чистых метал­ лов первым всегда загружают основной ком­ понент сплава - медь. Если плавку ведут с применением флюсов, то их обычно засыпают сверху загружаемой металлической шихты.

Однако каждая группа литейных медных сплавов имеет свои особенности технологии плавки, которые рассматриваются в соответст­ вующих разделах. На рис. 4.6 приведена прин­ ципиальная технологическая схема получения отливок из литейных медных сплавов.

4.2.1. Общая характеристика металлических шихтовых материалов

При производстве фасонных отливок из медных сплавов используют [114]:

- первичные цветные металлы - медь, яв­ ляющуюся основой сплавов, и легирующие компоненты - цинк, алюминий, олово, крем­ ний, марганец, бериллий, никель, железо, сви­ нец. сурьма и др.:

-чушки вторичных цветных сплавов (ла­ туней и бронз), получаемые на заводах вторич­ ных цветных металлов и используемые для приготовления специальных марок латуней и бронз или для подшихтовки;

-отходы литейных и механических цехов собственного производства (литники, выпоры, прибыли, бракованные отливки, стружка и др.);

-лигатуры сплавов меди с легирующими компонентами;

-лом и отходы, поступающие со сторо­

ны.

Выбор шихтовых материалов определя­ ется прежде всего возможностью получения из них сплава заданного состава, а также технико­ экономическими данными: наличием материа­ ла, его стоимостью, возможностью переработ­ ки в выбранном плавильном агрегате. Наибо­ лее низкую стоимость имеют возвраты и отхо­ ды. Однако они, как правило, загрязнены при­ месями, и составлять из них всю шихту нельзя, так как удаление примесей по ходу плавки далеко не всегда возможно и целесообразно. Кроме того, в отходах и возвратах часто со­ держатся неопределяемые примеси, которые ухудшают свойства сплавов. В связи с этим долю отходов и возврата в шихте задают из условия допустимого содержания примесей в сплаве по ГОСТу или техническим условиям.

Количество шихтовых материалов опре­ деляют путем расчета, при котором учитывают ожидаемые потери металла (например, из-за угара, испарения летучих компонентов сплава, со шлаками и др.). Для расчета шихты необхо­ димо иметь возможно более полный химиче­ ский анализ всех шихтовых материалов.

Химический состав первичных цветных металлов, чушек вторичных цветных металлов, лигатур и лома должен соответствовать требо­ ваниям ГОСТа или ТУ.

Первичные цветные металлы являются продукцией металлургической промышленно­ сти, получаемой из рудных материалов и по­ ставляемой на предприятия, которые произво­ дят фасонные отливки из медных сплавов, как

правило, в чушках, листах (катодная медь) и др.

Вторичные цветные металлы пред­ ставляют собой лом и отходы металлов и спла­ вов, а также сплавы, выплавляемые из этого лома и отходов.

В соответствии с ГОСТ 1639-93 лом и отходы меди и ее сплавов по внешним призна­ кам делят на классы: А - лом и кусковые отхо­ ды, Б - стружка и Г - прочие отходы; по хими­ ческому составу - на группы I...XIV, которые формируются из классов А и Б (табл. 4.19). По качеству они делятся на сорта, основным пока­ зателем которых является степень *незасоренности лома и отходов другими цветными ме­ таллами и сплавами. Лом и отходы идут на производство сплавов в чушках или использу­ ются для получения литейных медных сплавов непосредственно на машиностроительных предприятиях, на которых имеется необходи­ мое шихтоподготовительное и металлургиче­ ское оборудование, причем использование отходов дает значительный экономический эффект. Особо чистые лома (например группа I, сорт 1 ) могут поступать на заводы обработки цветных металлов, которые преимущественно работают на первичных цветных металлах.

Литейные медные сплавы в чушках в

России выплавляют на специализированных заводах вторичной цветной металлургии из ломов и отходов с частичной подшихтовкой первичными металлами.

Литейные латуни и бронзы изготовляют в чушках массой не более 42 кг. Для кремнистых латуней масса чушек допускается до 45 кг. Форму и размеры чушек устанавливает изгото­ витель по согласованию с потребителем.

Химический состав литейных бронз в чушках регламентируется ГОСТ 614-97, лату­ ней - ГОСТ 1020-97 (табл. 4.20...4.22). Со­ гласно ГОСТу показатели качества литейных медных сплавов в чушках должны быть сле­ дующими:

- на поверхности чушек не должно быть наплывов, заливов, вздутий, шлаковых и ино­ родных включений; общая площадь поверхно­ сти, занимаемой оксидными пленками и пле­ нами, не должна превышать 15 % поверхности чушек;

-в изломе чушки должны быть плотны­ ми, без инородных включений;

-на каждой чушке должны быть нанесе­

ны: товарный знак и наименование предпри­ ятия-изготовителя, номер плавки, цветная мар­ кировка сплава.

IМООк; МОк; М1к; МОб; Ml; М1р; МО; М1ф; М2; М00; М2р; М3; МЗр

11МООк; МОк; Ml к; МООб; МОб; Ml; М1р; М1ф; М2; М2р;МЗ; МЗр;

IIIЛ96; Л90; Л85; Л80; Л70; Л63; Л60; Л6 8

1

Бр03Ц13С4

БрОЗЦ8С4Н1

Бр04Ц8С5

Бр06Ц6С2х

2

2,1...3,5

2,6...4,0

3,1...5,5

Всего

Маркировка*

примесей

1,7 Две черные и одна белая

полосы

2,4 Черная и белая полосы

1,7 Одна черная и две белые

полосы

Втабл. 4.23 приведен перечень отечест­ венных литейных медных сплавов в чушках и их зарубежных аналогов, выпускаемых в США, Германии и Японии.

ВГОСТ 614-97 и ГОСТ 1020-97 даны конкретные указания по назначению каждой марки литейного сплава в чушках и отмечено, для каких марок литейных латуней или бронз можно использовать эти сплавы в качестве

шихтового материала (табл. 4.24, 4.25). Лигатуры. При выплавке медных спла­

вов часто в качестве шихтовых материалов пользуются лигатурами. Лигатурами называют промежуточные сплавы, состоящие из основ­ ного компонента рабочего сплава с одним или несколькими легирующими компонентами, но в значительно ббльших концентрациях, чем в рабочем сплаве [10, 114].

СПЛАВЫ МЕДНЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ