книги из ГПНТБ / Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки

Промышленное освоение производства титана позво­ лило использовать его как конструкционный материал в различных областях машиностроения. Сплавы на основе титана применяются как заменители специальных сталей и легких сплавов при изготовлении деталей само­ летов и морских судов: частей фюзеляжа, поршней, ша­ тунов, клапанов и ряда других деталей реактивных дви­ гателей и судовых машин. Титан применяется в общем машиностроении, а также для изготовления медицин­ ского инструмента и в других областях.

Особенно широко применяется титан в металлургии стали, в производстве сплавов цветных металлов, твер­ дых и жаростойких сплавов и т. п. Технический титан (марки ВТ1-1 и ВТ1-2) изготовляется в виде листов, прутков, проволоки, поковок и штамповок.

Различие в свойствах титана марок ВТ1-1 и ВТ1-2 вызвано тем, что титан ВТ1-2 имеет более высокое сум­ марное содержание примесей, и в частности кислорода. Титан ВТ-1 имеет высокую коррозийную стойкость. По своей стойкости на воздухе и в морской воде он не усту­ пает платине, что объясняется образованием на поверх­ ности тонкой окисной пленки, которая отличается боль­ шой плотностью. Органические кислоты (уксусная, лимонная, молочная) на титан не действуют даже при нагревании. Титан растворяется в разбавленных соля­ ной, серной и азотной кислотах при нагревании. Титан хорошо растворяется в плавиковой кислоте, растворение в щелочах происходит медленнее.

Технический титан характеризуется высокой пластич­ ностью при горячей деформации; при холодной дефор­ мации пластичность удовлетворительная. Большинство деталей штампуется вхолодную, но детали сложной фор­ мы рекомендуется штамповать при нагревании до 300^- 400°С. После холодного деформирования полуфабрика­

70

ты из технического титана подвергаются отжигу. Темпе­ ратура горячей деформации 750— 1000°С. Свариваемость титана дуговой сваркой с применением защитной атмос­ феры (аргон) и контактной сваркой без применения защитной атмосферы хорошая. Обрабатываемость реза­ нием удовлетворительная.

Применяется технический титан для изготовления деталей, работающих при температурах до 350°С.

Хр о м — серовато-белый блестящий металл. Широко применяется для электропокрытий, так называемого хромирования, и в качестве легирующего элемента при выплавке сталей и сплавов. Используется также для получения феррохрома — сплава хрома с железом.

пластичен, стоек против коррозии в ряде сред. По анти­ коррозийной устойчивости цирконий превосходит титан

иприближается к танталу и ниобию. При высоких тем­ пературах весьма активен, способен поглощать различ­ ные газы.

Внастоящее время цирконий используется в произ­ водстве керамики и огнеупоров, эмалей и стекла, сталей

исплавов цветных металлов, в пиротехнике и электро­ вакуумной технике. Большая часть металлического цир­ кония потребляется атомной техникой. Несомненно, что совершенствование технологии получения пластического циркония и снижение его стоимости приведут к более широкому его применению в технике.

Всвязи с промышленным освоением производства

циркония его намечают использовать в химическом и в общем машиностроении, в турбостроении и в производ­ стве медицинского инструмента.

Физико-механические свойства тугоплавких металлов приведены в таблице 7.

71

Таблица 7

Физико-механические свойства тугоплавких металлов

Легкоплавкие металлы

Легкоплавкие металлы используются в различных металлургических процессах и в сплавах. К ним относят­ ся барий, кадмий, калий, кальций, литий, натрий, олово,

азотом, водородом. Требует особых условий хранения. Применяется при производстве алюминия, при тер­

вам сходен с цинком и в природе его сопровождает. Кад­

72

мий обладает хорошими пластическими свойствами, но как конструкционный материал не применяется. Исполь­ зуется для кадмирования изделий из стекла, чугуна, меди и медных сплавов, для изготовления аккумулято­ ров, сплавов для заливки подшипников, припоев для легкоплавких сплавов и бронз и т. д.

Ка л и й — мягкий металл синевато-зеленоватого цве­ та. Является весьма химически активным металлом. В машиностроении применяется в фотоэлементах и в лег­

минеральном масле или в герметических сосудах. В ма­ шиностроении используется в виде соединений с хлором для изготовления кальциевых баббитов, с углеродом, кремнием и другими элементами. Применяется в каче­ стве раскислителя при выплавке стали.

Ли т и й — серебристо-белый, очень мягкий металл, легко окисляется на воздухе.

В машиностроении применяется для дегазации и рас­ кисления стали, чугуна, бронзы и латуни, для изготов­ ления баббитов.

В электронной и полупроводниковой технике приме­ няется для повышения эффективности и прочности элементов; повышает качество различных сплавов, улуч­ шает их антикоррозийные и литейные свойства и т. д.

Н а т р и й — металл серебристо-белого цвета. По­ ставляется в металлической запаянной таре, так как от воды взрывается, требует особых условий «ранения.

Ол о в о — серебристо-белый металл. В небольших количествах оно встречается в земной коре в самородном состоянии, а также в руде (оловянный камень).

Олово широко применяется для изготовления бабби­ тов, припоев, бронз, типографских сплавов и т. д.

73

Олово — один из мягких металлов. При обычных условиях оно весьма устойчиво к химическим воздейст­ виям, поэтому широко употребляется для защитных по­ крытий других металлов. Олово не реагирует с водой и очень медленно растворяется в разбавленных кислотах; на воздухе заметно окисляется только при температуре

выше 150°С.

Олово используется в основном как главная состав­ ная часть большинства мягких (низкотемпературных) припоев для пайки в производстве полупроводниковых приборов. Оно широко применяется в электродных спла­ вах, в особенности для германия, с которым легко сплав­

ляется.

Р т у т ь — жидкий металл серебристо-белого цвета. Применяется для вакуумэлектротехники, для контроль­ но-измерительных приборов, для амальгации золота, для фармацевтических препаратов.

Св и н е ц — металл синевато-серого цвета, его добы­ вают в основном из минерала свинцового блока. Благо­ даря пленке окислов устойчив против атмосферных влияний, хорошо сопротивляется действию кислот и ще­ лочей.

Свинец энергично реагирует с разбавленной азот­ ной кислотой, растворяется также в крепких растворах щелочей. К действию разбавленных серной и соляной кислот свинец устойчив. В горячей концентрированной серной кислоте и концентрированной соляной кислоте свинец быстро растворяется.

С металлами свинец образует многочисленные спла­ вы. Свинец широко применяется в аккумуляторной про­ мышленности, для защиты от рентгеновских и ядерных излучений, для кислотоупорных оболочек и фужеровок, в качестве компонента для припоев и баббитов, для че­ канки и т. п.

74

С у р ь м а — мягкий и хрупкий металл серебристо­ белого цвета с блеском. Применяется для изготовления полупроводников, специальных сплавов и эмалей, типо­ графских и антифрикционных сплавов.

Цинк — хрупкий металл светло-серого цвета. В ма­ шиностроении применяется для изготовления особо от­ ветственных деталей, авиа- и автоприборов, используется для получения специальных латуней и бронз, медно-алю­ миниевых сплавов, для цинкования листов, проволоки; для приготовления материалов, используемых при лужении.

Физико-механические свойства легкоплавких метал­

75

Благородные металлы

К благородным, или драгоценным, металлам отно­ сятся рутений, родий, палладий, серебро, иридий, пла­ тина, золото, осьмий.

Благодаря ряду ценных свойств, химической и электроэрозийной стойкости, тугоплавкости, пластичности, декоративности они находят применение в технике. Однако использование благородных металлов ограничи­ вается их высокой стоимостью и специальными условия­ ми расходования.

З о л о т о — металл желтого цвета. В природе встре­ чается преимущественно самородное золото.

При нагревании золота выше температуры его плав­ ления оно заметно улетучивается, образуя желто-зеле­ ный пар. Золото обладает большой химической стой­ костью. На воздухе оно совершенно не изменяется; с кислородом, водородом, азотом и углеродом не соеди­ няется даже при самых высоких температурах. Раство­ ряется только в смеси соляной и азотной кислот.

Золото — тягучий и ковкий металл. Его легко паять мягкими припоями. Оно хорошо сплавляется с кремнием и германием. Поэтому золото часто используют в каче­ стве основного компонента многих электродных сплавов для пайки кремния и германия.

С е р е б р о — металл белого цвета, встречается в са­ мородном состоянии и в соединениях.

Серебро — пластичный, мягкий металл, стойкий на воздухе, хорошо воспринимающий полировку. Химиче­ ская активность серебра невелика. В обычных условиях оно не окисляется; при повышенных температурах и дав­ лении серебро образует окись темно-бурого цвета. Се­ ребро не реагирует с азотом, углеродом и щелочами. Оно хорошо паяется мягкими припоями.

76

Серебро используется в основном в качестве состав­ ной части электродных сплавов для германия и кремния, а также как основа большой группы твердых (высоко­ температурных) припоев для пайки металлов — так называемых серебряных припоев.

Основные физико-механические свойства благород­ ных металлов приведены в таблице 9.

Таблица 9

Физико-механические свойства благородных металлов

Редкие металлы

Эти металлы благодаря ряду ценных свойств по мере роста добычи начинают широко использоваться как в чистом виде, так и в виде сплавов. К редким металлам относятся бериллий, галий, гафний, германий, индий и др.

Б е р и л л и й — прочный хрупкий металл серо-сталь­ ного цвета. Обработке давлением поддается в случае вы­ сокой чистоты. Активен. В порошкообразном состоянии разлагает воду при кипении. Физико-механические

77

свойства бериллия сильно зависят от присутствия при­

месей.

Бериллий в основном применяется в сплавах на осно­ ве меди, никеля, алюминия. В чистом виде применяется в производстве рентгеновских трубок, зеркал, в качестве отражателя и замедлителя в атомных реакторах и атом­

синеватым оттенком. Он не образует собственных мине­ ралов, это типичный рассеянный элемент, содержащийся в некоторых широко распространенных в природе рудах. Температура кипения галия составляет 2070°С. В жид­ ком состоянии его можно использовать в качестве метал­ лической жидкости. Применяется в радиоэлектронике, полупроводниковой и вакуумной технике.

Г а фн и й — блестящий металл серебристо-белого цвета, обладающий большой пластичностью. Применяет­ ся в атомной энергетике, в радиоэлектронике и вакуум­ ной технике. Используется в производстве стали для повышения жаростойкости и создания мелкозернистой структуры, при получении сплавов для электрических контактов и т. п.

Г е р м а н и й — твердый серебристо-серого цвета ме­

ской воде. Германий почти не имеет своих руд. Поэтому добыча германия чрезвычайно затруднена.

Германий — очень твердый и хрупкий материал; он не подвергается никаким видам обработки давлением.

78

Механическая обработка его чрезвычайно трудна. Со многими металлами германий образует сплавы. Как ти­ пичный полупроводник германий обладает весьма высо­ ким электросопротивлением. При температуре выше 500°С германий становится пластичным и легко подвер­ гается неупругим деформациям.

Германий как полупроводник широко используется для изготовления выпрямителей и усилителей, которые применяются в сложных счетных машинах, телемехани­ ке, радарных установках и т. п. Германий применяют для изготовления термистеров, которые используются в устройствах для автоматического включения и выклю­ чения тока через определенные промежутки времени и в приборах, обеспечивающих постепенное, с заданной ско­ ростью, увеличение тока в цепи. Германий используется также для изготовления фотоэлементов с запирающим слоем и термоэлементов. В радиотехнике его применяют для изготовления пленочных сопротивлений, в приборо­ строении— для изготовления оптических стекол. Герма­ ний используется для изготовления различных сплавов, применяемых для электронных ламп, а также твердых и антикоррозийных покрытий.

Ин д и й — металл серебристо-белого цвета, в чистом виде в природе не существует. Он относится к числу рас­ сеянных элементов и встречается в весьма незначитель­ ных количествах в цинковых, свинцовых, оловянных, медных минералах. Соединения индия извлекают из отходов переработки руд цветных металлов.

На воздухе при обыкновенной температуре индий не окисляется; при нагревании сгорает с образованием желтой окиси.

Индий — очень мягкий металл. Он обладает большой текучестью, поэтому его можно вытягивать в проволоку и прокатывать в тончайшую фольгу. Индий применяется

79