книги из ГПНТБ / Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие

створ и сам заряжается отрицательно, т. е. приобретает электрический потенциал. Различные металлы в одном и том же электролите имеют различные потенциалы.

Стандартные значения нормальных потенциалов важнейших материалов возрастают в следующем поряд­ ке: Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Au, причем потенциал Mg —1,55 В, a Au +1,5 В. В nape Zn — Fe

будет разрушаться цинк, а в nape Ni—Fe железо, т. е. в паре разрушаются те металлы, потенциал которых бу­ дет меньше.

Металлы и сплавы при воздействии на них электро­ литов можно рассматривать как многоэлектродные эле­ менты, состоящие из огромного числа микроскопически малых коррозионных гальванических пар — микрогальванопар. Чем сильнее отличаются электродные потен­ циалы фаз, находящихся в сплаве, тем быстрее проис­ ходит его коррозионное разрушение. Отсюда следует, что высокую коррозионную стойкость могут иметь либо чистые металлы, либо сплавы, имеющие однородную структуру твердого раствора.

Практически электрохимической коррозии подверже­ ны не столько металлические детали в месте их сопря­ жения (болт и гайка), сколько сами сплавы, структура которых неоднородна, т. е. многофазна.

Структурные составляющие обладают различными потенциалами, что обусловливает развитие в сплаве структурно-избирательной коррозии. Так, сплав Sb — Pb, структура которого состоит из зерен свинца и сурь­ мы, подвержен этому виду коррозии, так как сурьма имеет потенциал +0,2 В, а свинец —0,127 В, и разру­ шается свинец. Таким образом, чистые металлы и одно­ фазные сплавы имеют более высокую коррозионную стойкость.

Химическая коррозия — это коррозия металлов, про­ исходящая без воздействия электролита и заключаю­ щаяся в том, что поверхностные слои металла вступают в химическое соединение с окружающей средой; напри­ мер с газовой — кислород воздуха или с жидкой — бен­ зин, масло. В этом случае металл покрывается пленкой окислов, которая у некоторьщ металлов (железа) явля­ ется непрочной и легко отделяется.

Пассивирование заключается в образовании на по­ верхности металла под воздействием окружающей атмо­ сферы весьма тонкой пленки окислов. Эта пленка проч­

91

но связана с металлом, не отслаивается и является ан­ тикоррозионной.

Для борьбы с коррозией применяют различные ме­ тоды, из которых наиболее распространенными являют­ ся нанесение покрытий и применение антикоррозионных сплавов.

Нанесение покрытия заключается в том, что поверх­ ность металлического изделия покрывают слоем, защи­ щающим это изделие от коррозии. Различают два вида покрытий — металлическое и неметаллическое.

Металлическим покрытием служит тонкий слой ме­ талла на поверхности защищаемого сплава. В качестве таких покрытий для стальных изделий используют ни­ кель, хром, цинк, кадмий и др.

Неметаллическими покрытиями служат лаки, краски и масла, а также тонкие окисные пленки (воронение). В тех случаях, когда покрытия не могут обеспечить за­ щиты деталей от коррозии, детали изготавливают из антикоррозионных сплавов, таких как нержавеющие, кислотоупорные стали, бронзы и т. д.

§ 31. Термическое и деформационное старение стали

Под старением понимают изменение свойств, протекаю­ щее во времени без заметного изменения микрострукту­ ры. Известны два вида старения стали: термическое и деформационное (механическое).

Термическое старение протекает в результате изме­ нения растворимости углерода в a -железе (см. рис. 31) в зависимости от температуры. При ускоренном охлаж­ дении с температур 650—700°С (как, например, при сварке, охлаждении тонкого листа после прокатки и т. д.) в низкоуглеродистой стали задерживается выделе­ ние цементита и при комнатной температуре фиксиру­ ется пересыщенный а — раствор. При последующей вы­ держке стали при комнатной или при повышенной тем­ пературе (50—150°С) происходит распад твердого ра­ створа.

Деформационное (механическое) старение протекает после пластической деформации, если она происходила при температуре ниже температуры рекристаллизации. Деформационное старение развивается в течение 15—

92

16 сут при комнатной температуре и в течение несколь­ ких минут при температуре 200—350°С.

>В сталях возможно термодеформационное старение, т. е. одновременное протекание термического и деформа­ ционного старения. Старение отрицательно сказывается на эксплуатационных и технологических свойствах мно­ гих сталей. Старение может протекать в строительных и мостовых сталях, подвергаемых пластической деформа­ ции и сварке, и, усиливаясь охрупчиванием при низких температурах, может явиться причиной разрушения кон­ струкций. Поэтому многие углеродистые стали подвер­ гают обязательно испытаниям на склонность их к де­ формационному старению.

§ 32. Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы являются более дорогими и дефицит­ ными по сравнению с черными металлами, однако об­ ласть их применения в технике непрерывно расширя­ ется.

Медь и ее сплавы. Главные свойства меди —это ее электропроводность, теплопроводность, высокое сопро­ тивление коррозии и пластичность. Чем чище медь от примесей, тем выше ее свойства.

Сплавы меди делятся на деформируемые (обрабаты­ ваемые давлением) и литейные. Основные сплавы меди: латунь и бронза. Латуни (ГОСТ 15527—70) — это спла­ вы меди с цинком. Они применяются главным образом для деталей, работающих в коррозионных средах.

Д е ф о р м и р у е м ы е л а т у н и маркируют буквой Л и цифрами, обозначающими среднее содержание леги­ рующих элементов. Так, латунь Л96 содержит 96% Си и 4% Zn. Деформируемые латуни хорошо обрабатыва­ ются в холодном и горячем состоянии. Их выпускают в виде прутков, проволоки, труб, листов, ленты и других изделий.

С п е ц и а л ь н ы е л а т у н и , в состав которых вхо­ дят, кроме цинка, и другие элементы (алюминий — А, никель — Н, марганец — Мц, свинец — С, олово — О, же­

93

Бронзы-—это медные сплавы, легированные оловом, алюминием, никелем, кремнием, марганцем, и другими элементами. Они предназначаются преимущественно для подшипников и для деталей, работающих в корро­ зионных средах. Маркируют бронзы буквами Бр.

состав: 4—6% Sn, 4—5% Zn, 4—6% Pb, остальное Си.

Д е ф о р м и р у е м ы е б р о н з ы изготовляют по ГОСТ 5017—49. Так, оловянная бронза Бр. ОФ6,б—0,15

и превосходят их во многих случаях по своим свойствам.

стичностью и широко применяется в электротехнике как токопроводящий материал. Марки алюминия по ГОСТ

последующим старением) повышать механические свой­ ства значительно расширяет область их применения.

Деформируемые сплавы алюминия выпускают мно­ гих марок по ГОСТ 4784—65 в виде прутков, проволоки, листов, труб, штамповок. Алюминий в этих сплавах ле­ гирован медью, марганцем, магнием, кремнием, никелем

94

БТ (ГОСТ 1320—55). Баббит БЫ имеет следующий со­

чили алюминиевые подшипниковые сплавы, наплавлен­

—1,5% Si; остальное А1. Эти подшипники значительно технологичнее и экономичнее подшипников, заливаемых на стальной вкладыш.

§ 33. Порошковые сплавы (металлокерамика)

Порошковые сплавы изготовляют из порошков путем их прессования и спекания. Применение этих сплавов вы­ звано следующей необходимостью:

1. Некоторые металлы и сплавы можно изготовлять только из порошков. К ним относятся, например, туго­ плавкие металлы — вольфрам, молибден и их сплавы, пористые сплавы для фильтров.

2. Технологически целесообразно некоторые изделия изготовлять только из порошков. Так, в композиции, из металлов и неметаллов, образующих механические сме­ си, вследствие ликвации весьма трудно получить одно­

давлением до 981 МН/м2 (100 кгс/мм2). Полученное та­ ким образом изделие спекают в атмосфере водорода для восстановления окислов при температуре ~1500°С. При спекании в местах соприкосновения частиц (кон­ тактные поверхности) происходит диффузия, в результа­ те которой частицы сцепляются друг с другом и изделие приобретает достаточную прочность. В инструменталь­ ном деле широко применяют твердые сплавы, изготов­ ляемые из порошков карбида вольфрама WC,- карбида титана TiC и Со (ГОСТ 3882—67).

Твердость по Виккерсу этих сплавов составляет 86— 92 единицы. Выпускаютсяони в форме пластинок, напаи­ ваемых на державки резцов, фрез и других инструмен-

96

тов. Красностойкость твердых сплавов значительно вы­ ше, чем быстрорежущей стали; так, нагрев режущей кромки может доходить до 800°С и выше без снижения

еетвердости.

Вмарках вольфрамовых твердых сплавов, имеющих буквенное обозначение ВК, цифры обозначают содержа­ ние кобальта в процентах, а в вольфрамотитановых

для обработки чугуна, а вольфрамотитановьте сплавы — для обработки сталей.

Антифрикционными материалами для вкладышей, втулок и других деталей служат бронзографитовые спла­ вы (87—90% Си; 9—10% Sn, 1—3% графита); железо­ графитовые сплавы (98—99% Fe; 1—2% графита) и, наконец, железомедеграфитовые сплавы (83—97% Fe, 15—3% Си, до 2% графита). Эти сплавы выпускают с пористостью 20—30%- Подшипники из этих сплавов пе­ ред эксплуатацией выдерживают в масле, при этом их поры пропитываются маслом. Такие подшипники явля­ ются самосмазываютцимися.

изготовления тормозных колодок, дисков и лент в трак­ торах и автомобилях.

Минералокерамические сплавы изготовляют из по­ рошков окислов, карбидов, нитридов, которые связыва­ ют стекловидными веществами. Применяют их в каче­ ства пластинок режущего инструмента, при этом инст­ румент выдерживает нагрев до 1200°С. ■

Твердые сплавы для наплавки инструмента и изно­ шенных поверхностей. К этим сплавам относятся сормайт

№ 1 (25—31% Сг; до 1,5% Мп; 3—5% N1; 2,8—3,5% Si;

2,5—3,3%) С; остальное Fe), сормайт № 2 (13—17%0 Сг; около 1%) Мп; 1,3—2,2%) Ni; 1,5—2,2%о Si; 1,5— 2,0%о С; остальное Fe) (ГОСТ 11545—65).

Сормайты выпускают в виде прутков диаметром 5— 7 мм и длиной 200—400 мм, а также в виде порошкооб­ разной или зернообразной смеси.

Указанные сплавы служат для наплавки изношенных деталей, штампового и измерительного инструмента, ле­ мехов и т. д. После наплавки детали подвергают шли­ фовке. Твердость по 'Виккерсу наплавленного слоя сормайта > 4 8 ед.

§ 34. Электротехнические металлы и сплавы

Проводниковые металлы и сплавы. К ним предъявля­ ются следующие требования: малое удельное сопротив­ ление, коррозионная стойкость, механическая прочность, способность обрабатываться давлением в холодном и горячем состоянии, сварке и пайке.

Этим требованиям в той или иной степени удовлет­ воряют медь и ее сплавы, алюминий, сталь, свинец, се­ ребро, золото, платина и некоторые другие металлы.

Ме д ь — металл большой проводимости (второй по­ сле серебра), прочности, пластичности и стойкости про­ тив атмосферной коррозии. Отожженная, мягкая медь марки ММ идет для изготовления изолированных обмо­

ют для изготовления проводов повышенной прочности, пружин, щеткодержателей, контактных деталей, зажи­ мов и крепежных деталей. Наиболее широко в электро­ технике используют латуни марок Л63, Л68, фосфорис­ тую бронзу марки Бр.ОФ7—0,2 (ГОСТ 5017—49) и 'бериллиевую бронзу марки Бр.Б2 (ГОСТ 1817—-72) (~'2% Be, остальное Си).

А л ю м и н и й . Электропроводность алюминия состав­ ляет около 65% от электропроводности меди. Недостат­ ками алюминия являются его .низкая прочность и сва­ риваемость, кроме того, он плохо поддается пайке.

Ст а ль . Благодаря дешевизне и высокой прочности сталь нашла широкое применение для изготовления проводов главным образом в линиях связи. К недостат­ кам стали относятся низкая проводимость и незначи­ тельная коррозионная стойкость. Для проводов исполь­ зуют сталь с содержанием углерода ^0,1% . Выпускают ее в виде оцинкованной проволоки, а также в виде сер­ дечников в сталемедных и еталеалюминиевых проводах,

98

что позволяет сэкономить значительное количество ме­ ди и алюминия.

• Свинец широко применяют для изготовления за­ щитных оболочек кабелей, легкоплавких вставок предо­

м о л и б д е н а —для спиралей накаливания и т. д.

Сплавы высокого электрического Сопротивления. Эти сплавы должны обладать большим удельным сопротив­ лением, малым температурным коэффициентом сопро­ тивления, не окисляться и не оплавляться при высокой температуре. К ним относятся медноникелевые, никеле­ вые и жаропрочные сплавы. Медноникелевые электро­ технические сплавы — это главным образом манганин и константан.

турном коэффициенте сопротивления. Манганиновую проволоку применяют для катушек сопротивления раз­ личных приборов, работающих при температуре до 100°С, а также используют в измерительных приборах и для изготовления образцовых сопротивлений.

К о н с т а н т а н (МНМц40—4,5) содержит 40% Ni, 1,5% Мп, остальное медь. Выпускается он в виде про­ волоки для реостатов высокого сопротивления, незначи­ тельно изменяющегося при повышении температуры до

500°С.

проволоки и ленты, используемых в нагревательных при­ борах с рабочей температурой до 1000°С.

Магнитные металлы и сплавы. К ним относятся сплавы, обладающие ферромагнетизмом. Это — сплавы на основе железа и никеля. По свойствам магнитные сплавы разделяются на магнитномягкие и маснитнотвердые.

М а г н и т н о м я г к и е с п л а в ы и с т а л и ’ об­

ладают высокой магнитной проницаемостью, малой ко­ эрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Применяют их для изготовления магиитопроводов для переменного и постоянного прерывистого магнитного поля. К ним относятся электротехнические стали и спла­ вы, выпускаемые по ГОСТ 3836—47. Электротехничес­ кие низкоуглеродистые стали марок Э, ЭА и ЭАА вы­ пускают в виде листов, они содержат ^0,04% С; ^0,2% Мп; ^0,2% Si; s£0,03% S; ^0,025% Р. При­ меняют эти стали для’ изготовления сердечников реле и электромагнитов, полюсов электрических машин и т. д.

По ГОСТ 802—58 изготовляют электротехнические тонколистовые стали марок Э11, Э12, Э22, Э41 и др. (^0,05% С; 0,8—4,8% Si). Первая цифра в маркиров­ ке указывает на содержание кремния в процентах, вто­ рая характеризует удельные потери в ваттах на кило­ грамм.

Это— стали ферритного класса, в которых кремний способствует росту зерен феррита и этим увеличивает магнитную проницаемость. Применяются они для изго­ товления магиитопроводов электрических машин и ап­ паратов переменного и постоянного тока, трансформа­ торов, дросселей и т. д.

К магнитномягким сплавам относятся также пермал­ лои— железоникелевые сплавы, различных марок, на­ пример сплав 50Н, в котором содержится 50% никеля, и ферриты, изготовляемые методами порошковой метал­ лургии. Применяют их в магнитных усилителях.

М а г н и т н о т в е р д ы е с п л а в ы и с т а л и име­ ют малую магнитную проницаемость, значительную ко­ эрцитивную силу и большие потери на гистерезис. При­ меняют эти стали и сплавы для изготовления постоянных магнитов. По ГОСТ 6862—71 выпускают стали марок EX, ЕХ9К15М и т. д. Буква Е указывает на то, что сталь используется для постоянных магнитов. Эти стали со­ держат около 1 % углерода. Повышение легирования влечет за собой увеличение коэрцитивной силы. Напри­ мер, если коэрцитивная сила стали EX с 1% хрома со­ ставляет 60 Э, то для стали ЕХ9К15М с 9% Сг, 15% Со

100