книги из ГПНТБ / Хвойка И. Цветные металлы и их сплавы
.pdfимеет при температуре около 250° С относительное удли нение 650% (рис. 41) ;|: [83].
Для получения отливок, а также для обработки дав лением были разработаны сплавы цинка с высоким со держанием алюминия. Это, например, сплавы следующе
го состава: Zn+37% |
AI+3% Cu+1% Si. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Сплавы |
с повышенными |
|||||
|
|
|
|
|
содерж аииями |
мар ганца |
|||||
|
|
|
|
|
(например, |
Zn+24% |
M n+ |
||||
|
|
|
|
|
+ 14% |
Cu |
или |
|
Zn+19% |
||
|
|
|
|
|
Mn+15% Cu, которые рас |
||||||
|
|
|
|
|
кисляют алюминием в коли |
||||||
|
|
|
|
|
честве |
0,1—0,2%) |
могут в |
||||
|
|
|
|
|
некоторых случаях заменить |
||||||
|
|
|
|
|
латунь, что особенно выгод |
||||||
|
|
|
|
|
но при литье под давлением. |
||||||
|
|
|
|
|
Эти сплавы обладают хоро |
||||||
|
|
|
|
|
шей жидкотекучестью. |
под |
|||||
|
|
|
|
|
Для |
производства |
|||||
50 |
60 |
70 |
80 |
90 WO |
шипников |
пригоден, напри |
|||||
мер, |
сплав |
следующего со |
|||||||||
СодержаниеZn, % (по п ассе) |
става: |
Zn+12% |
|
Al-f-2,5% |
|||||||
Рис. 4L Изотермы деформируемости |
Cu+0,2% Mg, твердость ко |
||||||||||
сплавов |
Zn—Al |
после |
закалки с |
торого |
составляет |
95— |
|||||
375° С: |
|
|
|
|
|||||||
I - 250° С; 2 - 200° С; 3 — 300° С |
110 кГ/мм2. |
|
дисперси |
||||||||
|
|
|
|
|
Производство |
|
|||||
|
|
|
|
|
онно |
твердеющих |
сплавов |
коснулось и области цинковых сплавов. Стабильность ме ханических свойств при длительном нагреве (например, в течение 250 ч) до 400° С достигнута, например, у сплава Zn—ZnO.
В области деформации цинка большое внимание уде ляется сплавам типа Zn—Cu—Ті, разработка которых велась во многих странах. К ним относятся, например, сплавы марки ILZRO 14 и 16 (Англия), имеющие следу
ющий |
химический состав: |
Zn+(1 —1,5) % |
Cu+(0,25— |
0,3)% |
Т І+ (0,01—0,03)% Al |
((ILZRO 14) |
и Zn+(1— |
-1,5)% C u + (0,15-0,25)% |
Ti-b(0,1—0,2) % |
C r+ (0 ,0 1 - |
|
—0,04) % Al (ILZRO 16).* |
|
|
* Наличие высоких пластических характеристик недостаточно для суждения о проявлении сверхпластнчностп. Для такого суж дения, кроме этого, необходимо нарушение правил аддитивности прочностных характеристик. Прим. ред.
Эти сплавы характеризуются высокими показателями механических свойств при повышенных температурах [84, 85]. В Японии такие сплавы легируют следующим образом: 0,4—1% Си+0,05—0,15% Ті.
В ФРГ фирма Stolberg Zink выпускает сплав STZ-20-D, который содержит, кроме цинка, 0,6—1,2% Си+0,1— 0,2% Ті. Прочность этого сплава в направлении поперек прокатки составляет 8—32 кГ/мм2, предел текучести 18—
Рис. 42. Твердость цинка и сплавов Zn—Cu, Zn—Ті и Zn—Cu—Ті в зависимо сти от температуры при выдержке в усло виях этой температуры в течение 2 ч\
/ — Zn+0,8% |
C u-f0,12% Tl; |
2 -Z n + 0 ,4 % |
||
Cu+0,2% Ti; |
3 — Zn+0,4% |
Cu+0,05% |
Ti; |
|
4 — Zn + 0,!2%Ti; |
5 - |
Zn+0,4% |
Ti; |
|
6 — цинк |
|
|
|
|
O OJ 0,2 0,3 O,U 0,5 0,6 Количест во присадок, % (am .)
Рис. 43. Влияние присадок металлов на температуру рекристаллизации цинка:
/ — Mg; 2 — Cd; 3 — Cu; 4 — Ag; 5 — Fe; 6 — Pb
22 кГ/мм2, относительное удлинение 15—25%, твердость по Бринелю 55—60 кГ/мм2. Эти сплавы деформируют при 140—170° С.
Следующим сплавом этого типа является сплав Zilloy 20, легированный 0,5—0,8% Си+0,1 % Ті [86, 87].
Сплавы цинка с 1% Си+1% Мп+0,1% Ті имеют прочность около 30 кГ/мм2. Из них целесообразно изго товлять штампованные полуфабрикаты, так как расходы на инструмент очень низкие, а штамповки можно паять и подвергать поверхностной отделке [88].
Легирование цинка медью повышает механические и технологические (например, деформируемость) свойства, но не при повышенных температурах. Улучшение этих свойств при повышенных температурах достигается толь ко легированием сплавов Zn—Cu титаном (упрочнение
обусловлено образованием соединения TiZnis). Хром и марганец не влияют на свойства этих сплавов.
Данные о свойствах сплавов Zn—Cu—Ті при повы шенных температурах приведены на рис. 42. Для произ водства поковок в настоящее время выпускают и сплавы Zn—Ті, прочность которых достигает 34 кГ/мм2 [89].
Влияние содержания некоторых элементов на повы шение температур рекристаллизации цинковых сплавов показано на рис. 43.
9.ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Влияние степени холодной деформации на повыше ние твердости металлов группы платины по сравнению с некоторыми другими цветными металлами показано на рис. 44 [90—92].
Рис. 44. Влияние деформации металлов групгш платины на их твердость
Чтобы улучшить свойства серебра, используемого в химической промышленности, его легируют, например, небольшим количеством никеля — до 0,1%. Этим дости гается существенное уменьшение размера зерна. При садка кадмия повышает стойкость серебра против воз действия галоидных соединений; присадка 1,5—3% крем ния повышает твердость и прочность серебра.
Для дисперсионного твердения серебра путем внут реннего окисления используют обычные металлы, такие как магний, алюминий, литий, бериллий, кадмий, медь, цинк, а также редкие элементы, такие как германий. Особый эффект дает присадка магния, алюминия и ции-
Рис. 45. Свойства дисперсионно твердеющих сплавов Ag—MgO в состоянии после окис ления воздухом при 800° С:
/ — удельная электропроводность; 2 — твер дость по Виккерсу; 3 — прочность; 4 — пре дел текучести; 5 — относительное удлинение
О Oß Oß 1,2 1,6 2,0
Содерж ание flgßA
Рис. 47. Калибровочные кривые различных термопар (включая сплав Pallador I н II):
1 — Pallador |
I; |
2 — Fe — контантан; |
3 — Pallador |
II; |
4 — хромель-алю |
мель; 5 — платнна-платинороднй 13
60
50 ЧГ
00•'*'*
£
30 Ç
гоіо I
о
О 0,If 0ß !,г Iß 2ß
Содержание tlg,%
Рис. 46. Свойства сплавов Ag—MgO в зависимости от содержания маг ния к способа окисления:
/ — окисление при 600° С; 2 — то же, при 800° С; 3 — без окисления
ка. На рис. 45 показано влияние магния на свойства сплавов Ag—MgO [93—94].
Для производства электрических контактов пригодны сплавы Ag-f-0,3% Mg. На рис. 46 видно различие в по казателях твердости сплавов Ag—Mg, окисленных и не окисленных.
В |
больших |
масштабах ведется |
разработка |
новых |
|||||||
сплавов платины: |
|
|
|
|
|
|
|
(по |
|||
а) |
материал для термопар марки Pallador I и II |
||||||||||
ложительная |
|
проволочка |
Pel—PI, |
отрицательная |
|||||||
Pd—Au); показатели термо-э. д. с. этих сплавов приве |
|||||||||||
дены |
на рис. |
47 [95] : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) сплавы Со—Pt, пригодные для изготовления ми |
|||||||||||
ниатюрных постоянных |
магнитов, |
известные под назва |
|||||||||
|
|
|
|
|
нием Platinox II |
(76,7% |
|||||
|
|
|
|
|
P t+остальное |
|
|
ко |
|||
|
|
|
|
|
бальт) и отличающиеся |
||||||
|
|
|
|
|
очень высокой химиче |
||||||
|
|
|
|
|
ской стойкостью; |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
а) |
|
для особых усло |
|||
|
|
|
|
|
вий |
эксплуатации |
в |
||||
|
|
|
|
|
коррозионной и |
окис |
|||||
|
|
|
|
|
лительной |
среде |
|
ис |
|||
|
|
|
|
|
пользуют сплавы Rh— |
||||||
|
|
|
|
|
—Іг (10—50% Ir) |
[96]; |
|||||
О |
500 |
|
WOO |
1500 |
|
г) |
|
|
в |
каче |
|
|
Температ ура, ”С |
|
используемые |
||||||||
Рис. 48. Параметры платина-молибдено* |
стве |
материала |
|
для |
|||||||
вых термопар: |
|
|
|
термопар при темпера |
|||||||
/ — 0,1% Mo — Pt/5% |
Mo — Pt; |
2 — 1% |
турах |
до |
1500° С, |
при |
|||||
Mo — Pt/5% Mo — Pt; |
3—Pt/10% |
Rh — Pt |
годны |
для эксплуата |
|||||||
|
|
|
|
|
ции, |
например, |
|
на |
|||
атомных электростанциях, где сплавы |
с родием |
приме |
нять нельзя из-за его большого сечения захвата нейтро нов (склонность молибдена к окислению не является в данном случае недостатком, так как работа ведется в среде, практически не содержащей кислорода).
Значения термо-э. д. с. этих сплавов приведены на рис. 48.
10. ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Значение тугоплавких металлов и их сплавов в по следнее время значительно возросло как в области произ водства тепловых установок, так и в области самолето строения, т. е. в области создания установок, работаю щих в диапазоне высоких температур. При конструиро вании сверхзвуковых самолетов необходимо, например, учитывать высокий нагрев обшивки самолета, прежде
всего кромок, подвергающихся воздействию набегающе го потока. Об этом свидетельствуют температуры, при веденные ниже:
Скорость |
самолета |
(чис |
2 ,5 —3,2 |
3,2—4,2 |
|
ло М а х а ) .......................... |
|
1—2,5 |
|||
Температура |
обшивки |
175-325 |
3 2 5 - 55Û |
||
самолета, |
° С .................... |
|
До 175 |
||
Скорость |
самолета |
(чис |
|
|
|
ло М а х а ) ......................... |
|
4,2—5,5 |
8 |
10 |
|
Температура |
обшивки |
2500 |
4400 |
||
самолета, |
° С .................... |
|
550—875 |
При производстве пассажирского самолета-гиганта, например Боинг 747 («Junbo Jet»), на один самолет рас-
Рабоѵие те/ілератррь/,°с
Рис. 49. Интервал температур, при которых применяют цветные металлы, их сплавы н стали:
А — сплавы магния; |
Б — медь п сплавы меди; В — материал типа |
||
САП; Г — сплавы алюминия; Д — сплавы титана; |
Е — стали; |
||
Ж — аустенитные |
стали; И — сплавы Ni—Сг |
и |
Ni—Сг—Со; |
К — сплавы Со—Сг |
и Со—Сг—Ni; Л — молибден |
и |
его сплавы |
ходуется 9 тполуфабрикатов из сплавов титана; столько же полуфабрикатов расходуется при конструировании других самолетов.
На рис. 49 приведены области применения металлов
5 -2 2 6 |
65 |
и сплайов в условиях нагрузки при повышенных темпе ратурах [97].
Титан и его сплавы
Взаимосвязь между твердостью и прочностью на рас тяжение титана и его сплавов показана на рис. 50; для сравнения на рис. 51 приведена подобная взаимосвязь
3 0 |
50 |
70 90 110130150170 |
60 |
60 6010012017/0160180. |
|
|
б в ,к Г/мп2 |
|
б в, кГ/нн2 |
Рис. 50. Взаимосвязь между твердостью и прочностью титана и его сплавов
7080 WO 120 М |
So 70 90 110 13017/0 |
бд ,ПГ/ПП2 |
бв, пГ/пп2 |
Рис. 51. Взаимосвязь между твердостью и прочностью никеля н его сплавов
для никеля и его сплавов [98]. Показатели прочности при длительном нагружении титана в условиях различ ных температур приведены на рис. 52.
Примеси повышают твердость титана по шкале Вик
керса следующим образом (повышение на 0,1% содер жания) :
А з о т ................................... |
100 |
К и сл о р о д ......................... |
50 |
У глерод............................. |
40 |
Ж е л е з о .............................. |
10 |
На поведение титана под действием кислот можно влиять путем легирования его драгоценными металлами, например палладием, как это видно на рис. 53. Анало-
Н агрузка, кГ/ t t t i г
0,01 0,1 1 іо ю 2 w 3 Ю*
вреяя, V
Рис. 52. |
Прочность титана |
в зависи |
||
мости |
от длительности нагружения |
|||
при температурах, °С: |
|
|||
/ — 24; |
|
2 - 5 0 ; |
3 — 75; |
4 — 150; |
5 — 250; |
6 — 350; 7 — 450 |
|
О2,5 5 7,5 10 12ß 15
Концентрация кислоты,%
Рис. 53. Влияние соляной и серной кис лот различной концентрации на корро зионную стойкость сплавов Ті—Pd:
7 — Ti — 0,1 % Pd — кипящая HCl;
2 — Ti — 0,1 % Pd — кипящая H2SO4; 5 — Ti — 1% Pd — кипящая — HCl; 4 — Ti — 0,5% Pd — кипящая HCl;
5 — Ti — 0,5% Pd — кипящая H2SO4; 6 — Ti — 1% Pd — кипящая H2SO«
гичное влияние оказывает и легирование титана молиб деном [99—102].
В странах Западной Европы степень чистоты титана имеет различные фирменные обозначения:
ФРГ: фирма Contimet — 30, 35, 35D и 55; фирма Krupp (TiKRUTAN) — RT 12, RT 15, RT 18, RT 20;
Англия: фирма IM.I—IM.I 115 и IMI 155;
США: фирма Annco Steel — ТІЗО, ТІ70; фирма Harvey Aluminium — НА 1930 и НА 1970; фирма Reactive Metals — RMI 30 и 70; фирма Titanium Metals — ТІ35А и 75А; фирма АІМСА — TI Р02 и Р04; фирма AMS — 4901В и С, 4921А. Основные свойства чистого титана и его сплавов приведены в табл. 9.
Таблица 9
Основные свойства титана и его сплавов
Свойства
Прочность иа растяжение при 20° С в отожженном состоянии,
кГ/мм2
Прочность в горячем состоя нии
Прочность при постоянной на грузке
Теплоустойчи
вость
Способность к термоупрочне нию
Деформируемость
Свариваемость
Применение при нагрузке до температур, °С
Чистый
титан
30—75
Плохая
при >300° С
Плохая
при >250° С
Хорошая
Нет
Хорошая при 20 и 300°С
Хорошая
<300
Сплавы титана
а a+ß
70—85 85—105
Хорошая |
Хорошая |
до 600°С |
до 500 °С |
Хорошая |
Хорошая |
до 600°С |
до 450° С |
Хорошая |
Хорошая |
до 500— |
до 300— |
600° С |
500° С |
Нет |
Возможно |
При 20° С |
При 20° С |
плохая, при |
плохая, при |
600—700° С |
500—600° С |
хорошая |
хорошая |
1 ß
90—100
Хорошая до 500°С
Хорошая до 480°С
Хорошая до 300°С
Возможно
При 20° С удовлетво рительная, при 500°С хорошая
Хорошая |
Хорошая |
Хорошая |
|
или отсут |
|
|
ствует* |
|
450—600 |
300—450 |
<300 |
* Свариваемость зависит от количественного соотношения а - и ß -фаз.
Перечень наиболее широко применяемых сплавов ти тана с указанием химического состава и основных свойств приведен в табл. 10.
Влияние легирующих элементов на скорость рекри сталлизации титана показано на рис. 54 [103].
Свойства титана и некоторых его сплавов при низких и повышенных температурах приведены на рис. 55 и 56
[104—107].
Цис. 54. Влияние некоторых легирующих эле |
|
|
|
|||||
ментов на |
скорость рекристаллизации титана: |
|
|
|
||||
1 — Ті+Сг; |
время, необходимое для полноіі ре |
|
|
|
||||
кристаллизации |
при -180° С, |
более 1000 ч (0,2— |
|
|
|
|||
0,5% Сг); 2 — T i+Sn, то же, |
130 ч (0,1—1% Sn); |
|
|
|
||||
3 — Т1+Та, то же, 130 ч (0,2—0,4% Та); 4 — Ті+ |
|
|
|
|||||
+Fe, то же, 30 ч (0,2—0,4% |
Fe): 5 — Ті+Со, |
то |
|
|
|
|||
же, 20 ч |
(0,2—0,5% Со); 6 — Ті+АІ, то же, 40 |
ч |
|
|
|
|||
(0,2 — 1% |
AI); |
7 — чистый |
титан, то же, 10 ч |
1,0 |
10 |
100 |
||
|
|
|
|
|
01 |
Время, Ч
|
|
|
О |
200 |
Ш |
600 |
|
|
|
|
Температура °С |
|
|
Рис. 55. Отношение пределов те |
Puc. 56. Свойства титана и некото |
|||||
кучести и прочности к плотности |
рых сплавов при повышенных тем |
|||||
сплавов |
титана |
н некоторых |
пературах: |
Al+3,5% |
V+1,5% |
Mo |
сплавов |
других |
металлов при |
1 — Т і+ 6% |
низких температурах: |
|
(900° С, |
вода+500° С, 8 ч); |
2 — Ті + |
||||||
/ —■Т і+ 6% |
Al+4% |
V; |
2 - Т І + |
+ 6% |
Al+4% |
V (950° С, вода+500° С, |
||||
8 ч); |
3 — Т І+ 6% Al + 4% V |
(850° С, |
||||||||
+ 5% |
Al+2,5% Sn; |
3 — A l+C u+ |
вода+500° С, |
8 ч); |
4 — Т і+ 6% А1+ |
|||||
+ 1% |
Mg; |
4 — XCrNiI8/8; 5 — |
+4% |
V |
(700° С, |
воздух); |
S — Т1+ |
|||
X2CI-NU8/8; |
6 — Fe+36% |
N1 |
+4% |
Al+4% |
Mn; |
6 — чистый титан |