Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Хвойка И. Цветные металлы и их сплавы

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
9.81 Mб
Скачать

имеет 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 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ