Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехническое и конструкционное материаловедение. Учебное пособие по курсу «Электротехническое и конструкционное материаловедение» для студентов
.pdf
о) и механические
латуни изменяются при увеличении содержания в них цинка
Структура латуней зависит от их состава и может быть установлена
α, β, γ
практическое применение имеют латуни, содержащие до 45%
, включающая
латуней, приведена на рис
собой твердый раствор
меди с решеткой ГЦК и может содержать до 39% цинка. Однофазная
латунь характеризуется высокой пластичностью. При содержании
фаза.
фазы: выше 454…486°
фаза, имеющая неупорядоченное расположение
´
характеризуется упорядоченным расположением атомов меди
латуни могут содержать до 45% цинка
В соответствии с изменением структуры меняются
свойства латуней. Влияние цинка на механические свойс
Влияние цинка
механические свойства
Цвет (от красноватого до светло-желтог
109
известной диаграмме состояния системы медь – цинк (Cu
Cu – Zn образуется шесть твердых растворов:
Левая часть диаграммы состояния Cu – Zn
однофазных (α) и двухфазных (α + β)
Однофазная α–латунь представляет
39% цинка в структуре появляется хрупкая βэлектронное соединение CuZn с решеткой ОЦК.
Рис.45. Левая часть диаграммы
состояния Cu-Zn
Рис.46.
Существует две модификации βпластичная βэтих температур – более твердая и хрупкая β
- Zn). В системе
но
α–
β-фаза – это
атомов. Ниже
-фаза, которая
цинка.
Двухфазные (α + β´)–
ские
тва латуней
110
приведены на рис. 46.
β´-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около
30%. Поэтому в сплавах, содержащих менее 30% цинка, увеличение его
концентрации повышает и прочность, и пластичность. Затем пластичность
начинает уменьшаться, а после появления в структуре значительных
качеств β´-фазы происходит резкое падение пластичности. Прочность
продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь
находиться в двухфазном состоянии, а потом также резко снижается.
Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.
Химический состав некоторых промышленных латуней (ГОСТ 1552770, ГОСТ 1774-93) и их механические свойства приведены в табл. 14, 15.
Латуни обычно хорошо обрабатываются давлением. Наибольшую
пластичность имеют однофазные α–латуни (содержание цинка до 39%) и
они хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая
значительно повышает их прочность и твердость.
В двухфазных α + β´–латунях пластичность резко снижена, поэтому
они удовлетворительно деформируются в горячем состоянии. Обычно их
деформируют при температуре несколько выше 700°С.
Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их
обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и
противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и
электрическая проводимость, которые составляют 20-50% от характеристик
меди.
Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней.
Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в
однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные
латуни в основном выпускают в виде холоднокатаных полуфабрикатов:
полос, лент, проволоки, листов, из которых изготовляют детали методом
глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны,
трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации
низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).
В двухфазные латуни иногда добавляют свинец для улучшения
обрабатываемости резанием и повышения антифрикционных свойств.
В виду невысокой пластичности эти латуни выпускают в виде
горячекатаного полуфабриката: листов, прутков, труб, штамповок. Из них
111
изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали
электрооборудования и др.
Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием,
свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами, среди
которых цинк не является основным легирующим, называются бронзами.
Бронзы обозначаются буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа.
В маркировках деформируемых бронз сначала помещают буквы – символы
легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание.
Например, БрАЖ9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа, остальное – медь.
В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание
этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6% олова,
6% цинка, 3% свинца, остальное – медь.
В зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть
оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми, кремнистыми,
марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наиболее широкое
распространение получили четыре первых вида бронз. Используют также
многокомпонентные бронзы.
Оловянные бронзы
олова в которых не превышает обычно 10-12%, так как при более
высоком их содержании бронзы хрупки. В отличие от латуней
оловянистые бронзы склонны к ликвации, в их микроструктуре можно
отчетливо видеть дендриты выделяющихся соединений. Эти бронзы
характеризуются пониженной жидкотекучестью, поэтому в них не
образуются усадочные раковины, но возникает мелкая пористость,
распределенная по объему. Это позволяет получать отливки сложной
формы без усадочных раковин. Пластичность литых бронз – низкая.
Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. По
коррозионной стойкости в морской воде оловянистые бронзы
превосходят медь и латунь. Их легируют цинком (Zn), железом (Fe),
фосфором (P), никелем (Ni), свинцом (Pb).
Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже
свариваются.
Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую
Бронзы
В практике применяют сплавы, содержание
.
112
Химический состав и механические свойства
деформируемых латуней после отжига (ГОСТ 15527-70)
Таблица 14
Содержание, мас. %
Марка латуни
Cu
Прочих
элементов
σ
МПа σ
в,
0,2,
МПа
δ, % Ψ, %
Л90 88-91 -
Л68 67-70 -
Л63 62-65 -
Л60 59-62 -
260
320
330
380
120 45 80 1,76 53
90 55 70 1,68 55
110 50 66 1,37 56
160 25 62 0,78 77
ЛА77-2 76-79 1,75-2,5 Al 400 140 55 58 - 60
ЛАН59 - 3 - 2 57-60
2,5-3,5 Al
2-3 Ni
380 300 50 - 0,5 75
ЛН65 - 5 64-67 5-6,5 Ni 400 170 65 - - 60
0,1-0,4 Al
ЛЖМц59-1-1 57-60
0,6-1,2 Fe
0,5-0,8 Mn
450 170 50 58 1,18 88
0,3-0,7 SN
ЛМц58 - 2 57-60 1-2 Mn 400 160 40 52,5 - 85
ЛО7О - 1 69-71 1-1,5 Sn 350 100 0 70 0,6 60
ЛК80 - 3 79-81 2,5-4 Si 340 200 58 55 0,4 100
KCU,
МДж/м
HB
2
113
Механические свойства и область применения
литейных латуней (ГОСТ 17711-93)
Таблица 15
Марка латуни σв, МПа δ, % HB Область применения
ЛЦ40С
ЛЦ40Мц3Ж
ЛЦ38Мц2С2
ЛЦ30А3
ЛЦ23А6Ж3Мц2
ЛЦ16К4
ЛЦ14К3С3 245-290 7-15 90-100 Подшипники, втулки
215
390-490
245-340 10-15 80-85
290-390 12-15 80-90 Коррозионно-стойкие
700
290-340 15
12-20 70-80
10-18
7
90-100
160-165
100-110
Арматура, втулки,
сепараторы для
подшипников качения
Несложные детали
ответственного
назначения, гребные
винты и лопасти, судовая
арматура, работающая
при температуре до 300°С
Антифрикционные
втулки, вкладыши,
ползуны, судовая
арматура
детали
Детали ответственного
назначения, нажимные
винты и гайки прокатных
станов, венцы червячных
колес
Сложные по
конфигурации детали,
работающие при
температуре до 250°С
литейную усадку, поэтому их используют для получения сложных
фасонных отливок. Для удешевления оловянных бронз содержание
олова в некоторых стандартизованных литейных бронзах снижено до 36%. Большое количество Zn и Pb повышает их жидкотекучесть,
улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и
обрабатываемость резанием.
Литейные оловянистые бронзы подразделяют на машинные,
предназначенные для фасонного литья деталей машин (БрО3Ц12С5,
БрО3Ц7С5Н1) и антифрикционные с хорошим сопротивлением
истиранию (БрО5Ц5С5, БрО4Ц4С17, БрО10Ц2 и др.).
Деформируемые бронзы содержат до 6-8% олова. Деформируемые
114
элементов
σ
МПа
МПа
Ψ, %
KCU,
МДж/
HB
БрОФ6,5
0,49 70
БрОФ6,5
0,59
80
БрОФ4
50 85 63
БрОЦ4
40 - 0,39
60
БрОЦС
4
0,36
60
БрО3Ц7С5Н1
6
60
БрО3Ц12С5
8
60
БрО3Ц4С17
60
БрО5Ц5С5
2,05
60
БрО10Ц2
1,47
80
БрО10Ф1
0,88
90
бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой
прочностью, чем литейные.
Химический состав и механические свойства оловянных бронз
Таблица 16
Марка
бронзы
-0,15
-0,4
-0,25
Содержание, мас. %
Pb Zn
Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017-74)
7 - - 0,1-0,25 Р 400 250 65 80
7 - - 0,26-0,4 Р 400 250 65 80
-4 - -
прочих
0,1-0,2 Ni
0,2-0,3 P
,
σ
в
340 -
,
0,2
δ, %
2
м
-3
-4-2,5
Литейные бронзы (ГОСТ 613-79)
-4 - 2,7-3,3
3-5 1,5-3,5 3-5 - 350 130 40 34
-4
-6
3,5
-5,5
6
11
11
-20 2-6 - 150 - 6 - -
-6 4-6 - 180 100 4 -
-
- 350 65
-9,5 0,5-2,0 Ni 210 170 5 - -
-15 - 210 - 5 - -
1-3 - 250 180 5 -
0,4-1,1 P 270 195 3-10 10
115
Деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и
сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и
плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом
машиностроении и других областях промышленности.
плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом
машиностроении и других областях промышленности.
Химический состав и механические свойства оловянных бронз
приведены в табл. 16.
Алюминиевые бронзы вытесняют оловянистые, так как по многим
свойствам их превосходят и занимают в промышленности первое место по
объему использования бронз. Алюминиевые бронзы отличаются высокими
механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. С
этой целью алюминиевые бронзы легируют железом и марганцем.
Алюминиевые бронзы в сравнении с оловянными бронзами обладают
меньшей стоимостью и более высокими механическими свойствами.
Однофазные бронзы (БрА5, БрА7) имеют хорошую пластичность и
относятся к деформируемым. Они обладают наилучшим сочетанием
прочности (σв = 400-500 МПа) и пластичности (δ = 60%). Двухфазные
бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, а также
применяют для изготовления фасонных отливок. Двухфазные бронзы
отличаются высокой прочностью (σв = 600 МПа) и твердостью (>100 HB).
В табл. 17 приведен химический состав и указано назначение
алюминиевых бронз.
Кремнистые бронзы характеризуются хорошими механическими,
упругими и антифрикционными свойствами. По механическим
свойствам они превосходят оловянные бронзы, кроме того, они более
дешевы.
Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния. При содержании
кремния более 3% эти бронзы становятся хрупкими и поэтому не
применяются. Кремнистые бронзы обладают высокой пластичностью,
хорошей обрабатываемостью давлением, они хорошо свариваются и
паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Литейные
свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз
и латуней. Легирование цинком способствует улучшению литейных
свойств этих бронз.
Химический состав и назначение алюминиевых бронз
Марка бронзы Al
БрА5
.
116
Легирующие
элементы
4-6 - Ленты, полосы
Назначение
Таблица 17
БрА7 .
БрАМц9-2 8-10 1,5-2,5 Mn
БрАЖМц10-3-1,5 9-11
БрАЖС7-1,5-1,5 6-8
БрАЖН10-4-4Л 9,5-11
БрАЖН11-6-6 10,5-11,5
6-8 - Ленты, полосы
Прутки, полосы, ленты,
фасонное литье
2-4 Fe
1-2 Mn
1-1,5 Fe
1-1,5 Pb
3,5-5,5 Fe
3,5-5,5 Ni
5-6,5 Fe
5-6 Ni
Прутки, поковки, трубы,
фасонное литье
Фасонное литье
Прутки, поковки, трубы,
фасонное литье
Фасонное литье
Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков,
проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их
используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении
антифрикционных деталей (БрКН1-3), (БрКМц3-1), а также для замены
бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других
деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.
Бериллиевые бронзы характеризуются чрезвычайно высокими
пределами упругости, твердостью, пределом прочности и коррозионной
стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости и
износу.
Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами,
устойчиво работающими при температурах до 310…340°С. Бериллиевые
бронзы обладают высокой теплостойкостью и электропроводностью,
при ударах не образуют искр. Они хорошо обрабатываются резанием,
свариваются точечной и роликовой сваркой.
Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос,
лент, проволоки. Вместе с тем из них можно получить качественные
фасонные отливки.
Несмотря на уникальные свойства эти бронзы используют не очень
117
широко из-за дороговизны и дефицитности бериллия (БрБ2).
Легирование никелем (Ni), титаном (Ti), кобальтом (Co), магнием (Mg)
позволяет уменьшить содержание бериллия до 1,7-1,9% без заметного
снижения механических свойств (БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9).
Из бериллиевых бронз изготавливают детали ответственного
назначения: упругие элементы точных приборов (плоские пружины,
пружинные контакты, мембраны); детали, работающие на износ
(кулачки, шестерни, червячные передачи); подшипники, работающие
при высоких скоростях, больших давлениях и повышенных
температурах.
Антифрикционные сплавы.
В машиностроении применяют как подшипники качения, так и
подшипники скольжения. Подшипники скольжения применяют в виде
вкладышей. Трение происходит в подшипниках между вкладышем
подшипника и трущейся деталью (оси, валы). Для вкладышей
подшипников должен быть подобран такой материал, который
предохранил бы от износа вал, сам минимально изнашивался, создавая
условия для нормальной смазки, и облегчал работу трущегося узла, т.е.
уменьшал коэффициент трения.
Основными требованиями к антифрикционным сплавам являются
низкие значения коэффициента трения со стальной поверхностью вала и
высокая износостойкость подшипников. Для их удовлетворения
необходимо, чтобы поверхности вала и вкладыша были разделены
пленкой смазки. Высокие антифрикционные свойства обеспечиваются
структурой сплава, которая состоит из мягкой и пластичной основы и
включений твердых частиц. Мягкая основа прирабатывается к валу и
вместе с твердыми включениями образует оптимальный
антифрикционный рельеф с пространством для удерживания смазочных
материалов.
Для повышения износостойкости вкладыши должны иметь высокие
механические свойства и выдерживать достаточные удельные давления.
Антифрикционные материалы должны иметь высокую
теплопроводность для хорошего отвода тепла от трущихся
поверхностей. Для изготовления подшипников скольжения заливкой
трущихся поверхностей, заливаемые сплавы должны иметь низкую
температуру плавления.
118
Химический состав и назначение баббитов
Таблица 18
Марка
сплава
10-12
7,25-8,25
13-15
14-16
15-17
14-16
-
2 -
Sb
Cd Sn
-6,5 - Остальное -
-3,5 - Остальное -
-2,0 1,25-1,75 9-11
-1,1 - 9-11 0,05-0,20 Tl
-2,0 - 15-17 -
-3,0 1,75-2,25 5-6 0,6-1,0 As
Ca
0,85-1,15 -
0,35-0,55 1,5-2,5
Примечание: во всех сплавах, кроме кроме Б89 и Б83, основа – свинец.
Другие
элементы
0,75-1,25 Ni
0,5-0,9 As
0,65-0,95Na
0,05-0,20 Al
0,25-0,50Na
0,04-0,09Mg
Назначение
Для заливки подшипников
особо нагруженных машин
Для заливки подшипников
особо нагруженных машин
Для заливки подшипников
машин средней
нагруженности
Для подшипников
тракторных и
автомобильных двигателей
Для заливки подшипников
машин средней
нагруженности
Для подшипников машин,
нагруженных сравнительно
мало
Для подшипников с
максимальным давлением
1000 МПа
Для подшипников с
максимальным давлением
1000 МПа
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]