Контрольные вопросы для самопроверки по подразделу 3.2.2 темы 3

1. Что называют легированной сталью?

2. Привести, руководствуясь маркой, химический состав ука­занных сталей, применяемых для деталей судовых технических средств, а также марок сталей: 37Х12Н8ГМФБ, 10ХСНД, ЕВ6, 09Г2, 65С2ВА, У13А, 09Х15Н8Ю, 60С2,

3. Какие характерные дефекты имеют место в легированных ста­лях?

4. Почему легированные стали при одном и том же количестве углерода имеют более высокие механические свойства, чем углеро­дистые?

5. Какой основной принцип заложен в основу маркировки леги­рованных сталей?

6. Какие элементы способствуют повышению ударной вязкости в легированных сталях?

7. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек в стали и точки Е и S диаграммы Fe-C?

8. Как влияют на свойства стали хром, никель и вольфрам и почему это сочетание является оптимальным для определенных усло­вий работы судовых деталей?

9. Какие основные фазы и как они определяются в легированных сталях?

10. Какие фазы лежат в основе нержавеющих, инструментальных и конструкционных сталей?

11. Как классифицируются легированные стали по назначению и содержанию легирующих элементов?

12. Как классифицируются легированные стали по структуре в отожженном и нормализованном состояниях?

Иллюстрации к теме 3 – см. Сборник наглядных пособий и др. учебные пособия на сайте.

Тема 4. «Цветные металлы и сплавы. Неметаллические материалы»

«Coming together is a beginning; keeping together is progress; working together is success»

(Henry Ford)

4.1. Цветные металлы и сплавы.

Ключевые слова: Медь, алюминий, титан и их сплавы; антифрикционные материалы. Классификация и маркировка цветных сплавов.

Цветные металлы и главным образом их сплавы имеют сравни­тельно большое применение в судостроении и судоремонте. В некото­рых конструкциях судна, механизмах и приборах они пока являются незаменимыми.

Все цветные металлы по сравнению с черными имеют общий не­достаток: высокую стоимость. На практике чаще всего прибегают к использованию цветных металлов в случаях, когда требуется матери­ал, обладающий высокой тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью, антифрикционными свойствами, а также с целью снижения массы конструкции, машин и т.д.

Медь и ее сплавы, благодаря их высокой электро - и теплопроводности, пластичности, химической и коррозионной стойкости, хо­рошей полируемости широко используются для изготовления труб су­довых систем, проводников тока, подшипников скольжения и др. В большом количестве медь используется для изготовления важнейших конструкционных сплавов: латуней и бронз.

Латуни - сплавы меди с цинком - используют для изготовления судовых систем и гребных винтов. В простых (двойных) латунях со­держание цинка не превышает 38%. В специальные латуни кроме цинка вводятся Al, Fe, Sn, Pb, Si и другие элементы. Легирующие добавки оказывают различное влияние на свойства латуней. Так, добавки свинца улучшают обрабатываемость, марганца - повышают механичес­кие и коррозионные, а в сочетании со свинцом - антифрикционные свойства, железа - улучшает пластичность в холодном и горячем состояниях, алюминий (до 6%) - повышает прочность и коррозионную стойкость. Кремний вводится с целью улучшения литейных свойств.

В твердом состоянии латунь, при содержании цинка до 39%, об­разует твердый раствор замещения цинка в меди. Такая латунь хо­рошо поддается обработке давлением в горячем и холодном состояни­ях, сварке, пайке и лужению.

Марку латуни обозначают буквой Л, затем начальную букву ле­гирующего компонента, за которыми следуют цифры, указывающие среднее содержание в % меди и легирующих элементов. Например, сплав ЛМц 58-2, из которого изготавливают корпус клапана управле­ния пуском, корпус индикаторного крана судовых МОД, содержит 58% меди и 2% марганца; ЛАМцЖ67-5-2-2, применяемая для изготовления гребных винтов, содержит 67% меди, 5% алюминия и по 2% марганца и железа.

По технологическому признаку латуни подразделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемые латуни обрабатывают прессованием, прокаткой и штамповкой. Применяют их для изготовления деталей арматуры и тру­бопроводов, деталей иллюминаторов и др.

Литейные латуни применяют для изготовления фасонных отливок арматуры, дельных вещей и гребных винтов.

Литейные латуни в движущейся морской воде в разной степени подвержены коррозионному разрушению - обесцинкованию - электрохи­мической коррозии, проявляющейся в

удалении из латуни преимущест­венно фазы обогащенной цинком. Все литейные латуни могут свари­ваться и паяться мягким и твердым припоями.

Бронзы - сплавы меди с оловом, алюминием и другими элемента­ми, являющимися легирующими компонентами. Они делятся на две основные группы: оловянистые (основной легирующий компонент - оло­во) и специальные (основные легирующие компоненты - алюминий, марганец, кремний и др.).

Бронзы обозначают буквами Бр и первыми буквами основных ле­гирующих компонентов, за которыми следуют цифры, показывающие их процентное содержание. Например, сплав Бр.АМцЮ-2, применяемый для изготовления поворотной втулки топливного насоса, содержит 10% алюминия и 2% марганца; Бр.ОЦС5-5-5 - втулки регулятора числа оборотов, содержит по 5% олова, цинка и свинца; Бр.АЖМц 10-3-1,5 - золотника клапана управления пуском СОД, содержит 10% алюминия, 3% железа и 1,5% марганца.

Оловяниспие бронзы по технологическому признаку разделяют на литейные и деформируемые.

Оловяниспые литейные бронзы обладают высокими литейными и антифрикционными свойствами, легко обрабатываются резанием, хоро­шо лудятся и имеют красивый цвет в готовых изделиях. Их коррози­онная стойкость в морской воде обусловлена образованием на поверхности устойчивой плотной пленки окиси олова. Из оловянистой бронзы Бр.ОФ 10-1 изготавливается втулка верхней головки шатуна СОД, из БрОЦСНЗ-7-5-1 и БрОЦС8-4-3 - литая тонкостенная арматура, облицовки валов, корпусов насосов, работающих в морской и пресной воде, топливе и паре и др.

Деформируемые бронзы применяют для изготовления различных видов проката, поковок и штамповок.

Кроме указанных марок бронз, для деталей СОД и МОД нашли применение также Бр.АЩ 9-2 - для стержня клапана БрОСН5-23-1 -направляющего пояска, Бр.АЖ 9-4Я, Бр.ОФЮ-1 - втулки ролика и др.

Алюминий и его сплавы обладают рядом ценных свойств: высокой удельной прочностью и коррозионной стойкостью, малой склонностью к хрупким разрушениям, устойчивостью механических свойств при низких температурах, высокой технологичностью, эстетичностью в конструкциях и неограниченными запасами сырья для их производс­тва.

Алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Деформируемые в свою очередь подразделяются на упрочняемые и не­упрочняемые термообработкой.

К неупрочняемым термообработкой алюминиевым сплавам относят алюминиевомагниевый сплав АМг (магналии) и АМц.

К упрочняемым термообработкой алюминиевым сплавам относятся дуралюмины и др. Химический состав Д1: 3,8-4,8% Сu, по 0,4-0,8% Mg и Mn, остальное Аl. Дуралюмины подвергают закалке, отжигу и ста­рению. После закалки и старения механические свойства повышаются. Упрочняющей фазой является CuAl₂.

Литейные алюминиевые сплавы для фасонного литья используются для изготовления деталей оборудования, арматуры, деталей электро­оборудования. Наиболее широкое применение нашли алюминиевокремнистые сплавы (силумины), имеющие хорошую жидкотекучесть, неболь­шую усадку, возможность получения мелкозернистой структуры путем модифицирования, равномерность механических свойств по сечению отливки и др. Недостатки силуминов - низкая пластичность и корро­зионная стойкость в морской воде, плохое сопротивление ударным нагрузкам. В качестве примеров применения силуминов: АЛ2 и АЛ9 - для изготовления диффузора и корпуса турбонагнетателя МОД.

Титан имеет серебристо-белый цвет, его плотность около 4510 kг/m³ и температура плавления 1725 С ⁰. Свойства титана существенно зависят от чистоты. Так, 0,01% примесей уменьшает б_в примерно в 2 раза. Титан обладает весьма высокой коррозион­ной стойкостью, что в сочетании с низкой плотностью и высокими механическими свойствами предопределило его

широкое применение для судовой арматуры подводных лодок и др. Надежную защиту ти­тана и его сплавов от коррозии обеспечивает нерастворимая пассивная пленка, образующаяся на поверхности изделий при воздействии агрессивной среды.

Титан используют в основном для производства конструкционных сплавов. Сплавы на основе титана с добавками алюминия, хрома, мо­либдена и других элементов обладают более высокими механическими свойствами, чем технический титан. Они жаростойки и имеют повы­шенный предел усталости и ползучести. В качестве примера химичес­кий состав сплава ВТЗ: 4-6,2% А1, 2-3% Сг, остальное Ti.

В судостроении наиболее перспективно использование титана и титановых сплавов для плакирования стальных листов, изготовления гребных винтов, крыльевых устройств, различных деталей судовой арматуры, работающих в морской воде, агрессивных и кавитирующих средах. Однако широкое внедрение титана и титановых сплавов огра­ничено их высокой стоимостью (они во много раз дороже низколеги­рованной стали).

Антифрикционными называют сплавы, предназначенные для изго­товления подшипников скольжения. Эти сплавы обладают малым коэф­фициентом трения, пластичностью, микрокапиллярностью, а также не­однородной по твердости структурой (твердые включения в мягкой основе). Такое сочетание свойств можно получить у двухфазных сплавов, у которых одна фаза - твердые кристаллы, а другая - мяг­кая основа. Твердые кристаллы обеспечивают хорошую сопротивляе­мость трению, а мягкая основа - хорошую прирабатываемостъ вклады­ша к валу. При вращении в подшипниках мягкая основа, соприкасаясь с валом, изнашивается и образует сеть капилляров, по которым циркулирует смазка. К металлическим антифрикционным материалам в судостроении относятся баббиты, бронзы (оловянистые и безоловянистые) и латуни.

Баббиты представляют собой сплавы из легкоплавких цветных металлов на основе олова или свинца и предназначены для заливки подшипников (при 300-420^ОС). Баббиты имеют минимальный коэффициент трения и хорошо удерживают смазку. Баббиты на оловянной основе состоят из пластичной основы и распределенных в ней твердых ме­таллических соединений олова с сурьмой и медью (SnSb, Cu₆Sn₅), которые играют роль опорных частиц, воспринимающих основную наг­рузку вала.

В судостроении применяются в основном оловянистый баббит Б83 и свинцовоникелевый БН. Так, ползун и кольцо уплотнительное порш­невого штока МОД изготавливаются наплавкой Б83 и БН на сталь 25. Сплав Б83 применяется для заливки вкладышей, работающих при более высоких удельных нагрузках и окружных скоростях, чем сплав БН.