книги из ГПНТБ / Ромадин К.П. Материаловедение [учебное пособие]

Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, высо­

кой пластичностью, допускает большую деформацию в холодном

состоянии. В отожженном состоянии чистая медь , имеет следую­ щие механические свойства:

Получают медь из сульфидных (CuS) и окисных (Cu2O) руд металлургическим методом. Для получения особо чистой меди применяется электролитический метод.

В чистом виде медь всех марок применяется для изготовле­

ния листов, лент, трубок, проволоки, шин, прокладок, уплотни­

тельных колец, шайб, а также для выплавки бронз и латуней.

Медь марки Ml служит также для приготовления биметаллов, представляющих собой стальную проволоку или шину с наруж­

ной оболочкой из меди.

140 •

Сплавы на медной основе, применяющиеся для изготовления

подшипников, называются антифрикционными сплавами, кото­

рые, широко применяются для изготовления деталей, работаю­

щих на трение. К антифрикционным сплавам предъявляются следующие требования: минимальный коэффициент трения,

наименьший износ вала и подшипника, хорошая прирабатывае-

мость и пришабриваемость и способность выдерживать большие

удельные давления (прочность и твердость в сочетании с пла­

стичностью), высокая теплопроводность и обеспечение хорошей

смазки.

Для выполнения последнего требования, являющегося важ­

нейшим, антифрикционные сплавы должны обладать структу­

рой, состоящей из твердых опорных частиц, выдерживающих

давление вала, и мягкой основы, вырабатывающейся при экс­

плуатации и обеспечивающей циркуляцию масла в местах выра­

ботки (фиг. 100). Указанная на схеме структура также обеспе-

впериод приработки вдавливаются в мягкую основу.

Вкачестве антифрикционных материалов в авиастроении

применяются бронзы и баббиты. Бронзами называются сплавы

на медной основе, содержащие олово, алюминий, свинец, крем­

ний и другие элементы. В авиастроении применяются оловянистые бронзы, алюминиевые, свинцовистые, кремнистые и др,

Баббиты представляют собой сплавы на основе олова или свинца с добавкой меди и сурьмы. Применяются они в виде

биметалла, т. е. заливаются или электролитически осаждаются на стальное основание подшипника, т. е. на вкладыш.

1. Латуни

Латуни представляют собой сплавы меди с цинком. При

сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых растворов,

различающихся между собой типом кристаллических решеток и

141'

свойствами. Латуни, содержащие от 10 до 39% цинка, называ­

ются а-латунями, от 39 до 45% — (а 4- β)-латунями и содер­ жащие более 45% цинка, —β -латунями. Наибольшей пластич-

ностью обладают латуни, со­ держащие 30% цинка, а

наибольшей прочностью —

содержащие 45% цинка

(фиг. 101).

≈-латуни, обладая высо­

кой пластичностью, хорошо обрабатываются давлением в холодном состоянии, но при температурах выше 300° становятся красноломкими,

что объясняется примесью

свинца, который, залегая по границам зерен твердого раствора, при нагревании

чем состоянии при 500—600°. Наличие свинца не оказывает от­

рицательного действия на обработку давлением, так как β-ла­

туни способны растворять свинец до 3%.

По коррозионной стойкости латуни значительно превосходят железо, углеродистые и многие легированные стали. Они хорошо

паяются и свариваются точечной и дуговой сваркой, В некото­

142

Латунь Л96, называемая томпаком, применяется для изго­

товления радиаторных трубок и трубопроводов. Сплав обладает

коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и в пресной

воде, не подвержен коррозионному растрескиванию, хорошо об­

рабатывается в холодном и горячем состояниях.

Латунь Л68 применяется для изготовления деталей, подвер­

гающихся глубокой штамповке: снарядных гильз, трубопрово­

дов, обечаек радиаторов, шайб, уплотнительных колец, а также

готовится в виде лент, листов, прутков, проволоки и профилей

в отожженном и нагартованном состояниях. В нагартованном

состоянии латунь Л68 подвержена коррозионному растрескива­

нию, но отжиг при температуре 250—275° почти полностью пре­

дотвращает его. Для восстановления пластичности нагартован-

ной латуни применяется отжиг при температуре 600—700°

Латунь Л062-1 содержит олово, которое прибавлено для уве­

личения коррозионной стойкости латуни в морской воде. Эту ла­ тунь часто называют морской латунью. Она пластична и хорошо

обрабатывается давлением в холодном состоянии. Применяется эта латунь только для изготовления деталей, соприкасающихся с морской водой или с бензином.

Латунь ЛС59-1 содержит свинец, который вводится для луч­

шей обрабатываемости резанием. Латунь обладает повышенной

прочностью, но малой пластичностью. Поэтому обработка давле­ нием латуни в холодном состоянии затруднена .В горячем со­ стоянии латунь обладает высокой пластичностью и хорошо об­

рабатывается давлением при 750—780o. В нагартованном состоя­ нии она склонна к коррозионному растрескиванию, отжиг при

220—240° предотвращает ее от коррозионного растрескивания.

Применяется латунь ЛС59-1 для деталей, изготовляемых глав­ ным образом горячей штамповкой: труб, стопоров, винтов, про­ кладок, тройников, корпусов кранов, тяг, втулок.

2. Оловянистые бронзы

Оловянистыми бронзами называются сплавы меди с оловом, содержащие до 14% олова. Оловянистые бронзы обладают вы­

сокими механическими свойствами, отличными антифрикацион-

ными и пружинящими качествами, высокими литейными свой­ ствами, хорошо паяются и свариваются, стойки против коррозии в условиях атмосферы, морской воды, растворов едкого натра и соды. В азотной и соляной кислотах, а также в аммиаке, эти бронзы не стойки.

Литая бронза, содержащая олова более 5%, имеет неодно­ родную структуру, что обеспечивает хорошие антифрикционные свойства. Если такую бронзу подвергнуть отжигу при 700° в те­ чение 4—5 часов, то ее структура станет однородной и она те­ ряет антифрикционные свойства.

В оловянистые бронзы вводят фосфор, цинк, свинец и никель. Фосфор является раскислителем, увеличивает жидкотекучесть,

143

повышает прочность и твердость, улучшает антифрикционные свойства», Цинк вводится для удешевления бронз. Свинец улуч­ шает антифрикционые свойства и обрабатываемость резанием.

Никель повышает жаропрочность. В табл. 39 приведены состав

и свойства наиболее распространенных в авиастроении оловя-

Бронза БрОФ-10-1 применяется для изготовления втулок

головок шатунов и подшипников, работающих в условиях высо­

ких давлений, а также шестерен, колец и шаровых опор.

Бронза БрОФ-7-0,2 применяется для изготовления направ­ ляющих втулок клапанов выпуска, втулок приводов и шайб

антифрикционного назначения.

Бронза БрОЦС-4-4-4 применяется для изготовления втулок поршневых головок прицепных шатунов и дисков.

Бронза БрОСН-10-2-3 применяется для изготовления направ­ ляющих втулок клапанов выпуска и упорных втулок.

3. Алюминиевые бронзы

Алюминиевыми бронзами называются сплавы меди с алюми­ нием, содержащие от 9 до 11% алюминия. Самыми пластич­

ными являются бронзы, содержащие около 4% алюминия, а са­

мыми прочными — около 11% (фиг. 102).

В алюминиевые бронзы обычно вводят железо, марганец и

никель. Железо повышает прочность, пластичность, коррозион­ ную стойкость и измельчает зерна. Марганец повышает проч­ ность, пластичность и коррозионную стойкость. Никель повышает

жаропрочность и коррозионную стойкость. В табл. 40 приве­ дены состав и свойства наиболее распространенных в авиастрое­ нии алюминиевых бронз.

144

Таблица 40

ная и тер­ мически обрабо­ танная

Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими»

антифрикционными и литейными свойствами, высокой коррози­

водов, упорных колец, шайб, дисков, секторов управления, крон­

штейнов.

Бронза БрАЖМц-10-3-1,5 подвергается закалке с 850° в воде без отпуска или с отпуском при 350—450°. Применяется она для

изготовления коромысел, втулок свечей, обойм подшипников,

дисков, маховиков, гаек крепления подшипников, ниппелей. Бронза БрАЖН-Ю-4-4 подвергается закалке с 900° в воде

(выдержка 2 часа) и последующему отпуску при 650° в течение

1,5 часа. Применяется она для изготовления направляющих

втулок и седел клапанов, маслоуплотнительных колец, втулок ролика толкателя, шаровых пят, фланцев.

деталей реактивных двигателей, нагревающихся во время экс­ плуатации до 500°.

4. Свинцовистые бронзы

Свинцовистыми бронзами называются сплавы меди со свин­

цом, содержащие от 25 до 30% свинца. В некоторые свинцови­

стые бронзы вводят олово и серебро. Олово повышает механиче­

ские свойства бронз, но ухудшает их антифрикционные свойства.

Серебро измельчает зерно и повышает пластичность. Структура

свинцовистых бронз состоит из зерен чистой меди и зерен ЧИСТОГО

свинца.

Свинцовистые бронзы являются хорошим антифрикционным

всех антифрикционных сплавов растрескиваются при динамиче­

ских нагрузках. Теплопроводность свинцовистых бронз в 4 раза выше теплопроводности оловянистых бронз и в 6 раз выше теплопроводности баббитов. Свинцовистые бронзы обычно зали­

стальных вкладышей высоконагруженных коренных и шатунных подшипников, втулок главного шатуна, втулок сателлита, втулок нагнетателя, втулок кулачковой шайбы, дисков.

146

Бронза БрОС-5-25, хорошо сопротивляющаяся коррозии

ватмосферных условиях и пресной воде, пригодна для работы

вбензине и других средах при низких удельных давлениях. Обладает она отличными антифрикционными свойствами и при­

меняется без заливки по стали для изготовления втулок нагне­

тателя и приводов, втулок шестерен, втулок водяных насосов и

насосов, нагнетающих специальные виды топлива, подшипников

бензонасосов.

Бронза БрСС-3-30 заливается только по стали и применяется

для изготовления втулок главного шатуна и шатунных подшип­

ников.

5. Кремнистые бронзы

Кремнистыми бронзами называются сплавы меди с крем­

нием, содержащие от 1 до 3o∕o кремния. Обычно в кремнистые бронзы вводят 1% маргайца и 3% никеля. Марганец улучшает

коррозионную стойкость, а никель увеличивает механические

свойства.

Кремнистые бронзы обладают высокой коррозионной стойко­ стью в атмосфере, в пресной и морской воде; легко обрабатыва­

ются давлением в горячем состоянии, имеют хорошие литейные

и высокие механические свойства, а некоторые из них являются

жаропрочными. В ряде случаев кремнистые бронзы успешно

заменяют дефицитные оловянистые бронзы. Кремнистые бронзы упрочцяются термической обработкой и нагартовкой. В табл. 42 приведены состав и свойства наиболее распространенных в авиа­

меняется бронза БрКН-1-3 для изготовления направляющих вту­

лок клапанов.

Бронза БрКМц-3-1 хорошо обрабатывается давлением в го­

рячем и холодном состоянии.

Бронза обладает высокими пределами упругости и текучести

и высоким модулем жесткости, благодаря чему она успешно применяется для изготовления плоских и круглых пружин, пру­

жинящих деталей и стопоров.

Кремнистые бронзы марок БрКН-1-3 и БрКМц-3-1 обладают

высокими механическими свойствами и при повышенных темпе­

они для изготовления деталей реактивных двигателей, нагреваю­ щихся во время эксплуатации до 500°.

6. Бериллиевые бронзы

Бериллиевыми бронзами называются сплавы меди с берил­ лием, содержащие от 2 до 2,3% бериллия. Бериллий увеличи­ вает предел текучести и черзвычайно сильно повышает пружиня­

щие свойства сплава. Бериллиевые бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, хорошей

сопротивляемостью истиранию и при ударе не дают искры.

Бериллиевые бронзы закаливаются с 780° в воде (выдержка

В свежезакаленном состоянии бронза обладает высокой пластич­

148

При обработке давлением в холодном состоянии бериллиевая

бронза нагартовывается. Отжиг нагартованной бронзы при 500°

в течение 4 часов возвращает ее в пластичное состояние.

Бериллиевая бронза применяется в виде полос, лент, прутков

и проволоки для изготовления особо ответственных пружин, пру­

жинящих контактов и мембран. Бериллиевая бронза при ударе не дает искры, в связи с чем она применяется для изготовления инструмента, используемого при обработке взрывчатых веществ.

Бериллиевая бронза обладает высокими механическими свой­ ствами при повышенных температурах. При температуре 600°

механические свойства бронзы следующие: σft = 21,3 кг!мм2\

δ= 16,8%; αδ0 = 3,0 кг/мм2.

Высокие механические свойства бериллиевой бронзы при повышенных температурах позволяют применять ее для изготов­ ления деталей реактивных двигателей, нагревающихся во время эксплуатации до 600°.

7. Баббиты

Баббитами называются сплавы олова с сурьмой и медью,

содержащие от 3,5 до 11% сурьмы и от 2 до 5% меди. При

сплавлении олова с сурьмой и медью образуется неоднородная

структура, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к антифрикционным сплавам. Образующиеся твердые включе­

трения быстро вырабатывается и обеспечивает возможность рав­

номерной смазки. В табл. 44 приведены состав и свойства наи­ более распространенных в авиастроении баббитов.

Баббиты обладают хорошими литейными свойствами, хоро­

стой стали марки 20. Толщина залитого слоя баббита состав-

149