18.5.6.2 Чугуны

Чугуны являются железоуглеродистыми сплавами с содержанием угле­рода более 2,14 %. Они подразделяются на белые, серые и ковкие.

В белом чугуне весь углерод химически связан с железом в виде цемен­тита Fе_зС. В изломе – белого цвета с характерным блеском. Имеет повы­шенную твердость и хрупкость. Служит полуфабрикатом для переделки в сталь и для получения ковких чугунов.

В серых чугунах углерод полностью или частично находится в свобод­ном состоянии в виде графита. Содержание углерода не превышает 0,8 %. Из-за графитовых пластинчатых включений серый чугун более хрупкий и менее прочный материал по сравнению со сталью. Предел прочности _в составляет от 100 до 450 МПа, _и – от 280 до 650 МПа, твердость от – 120 до 289 НВ.

Серый чугун модифицируют добавками SiCa, FeSi, Al, Mg. Графит при­обретает шаровидную форму. Механические свойства чугуна повышаются. Его называют высокопрочным. Предел прочности при растяжении _в со­ставляет 350–1000 МПа, твердость – 140–360 НВ.

Серые чугуны называют литейными. Из них методом литья изготавли­вают канализационные трубы, тюбинги метрополитена, отопительные ра­диаторы и др.

Ковкие чугуны получают отжигом (томлением) белого чугуна при тем­пературе 900–950 °С. Графит приобретает форму хлопьев, в результате чего пластичность чугуна повышается. Прочность чугуна _в составляет 330–600 МПа, твердость – 165–269 НВ.

Их применяют для деталей, подвергающихся ударным и вибрационным нагрузкам (картеры, редукторы, муфты), для некоторых строительных дета­лей (кронштейны, фитинги).

18.5.6.3 Цветные металлы и сплавы

Алюминий и его сплавы. Алюминий – легкий металл плотностью 2700 кг/м³, прочностью при растяжении _в = 80 ... 100 МПа, твердостью 20 НВ.

Он имеет высокую электропроводность, пластичность, коррозионную стойкость.

В строительстве алюминий применяют в виде: пигмента для приготов­ления красочных составов, которыми окрашивают металлические конст­рукций; газообразователя при получении ячеистых материалов; фольги.

На поверхности алюминия образуется тонкая плотная оксидная пленка, стойкая к атмосферной коррозии. Это позволяет применять его для защиты алюминиевых и других сплавов от коррозии.

Для повышения прочности алюминий легируют марганцем, медью, кремнием, железом и др.

Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые.

К литейным относят сплавы алюминия с кремнием (силумины) с содер­жанием кремния от 6 до 13 %, алюминия с кремнием (4–8,5 %) и медью (4–8,5 %); сплав алюминия с медью (4–6,2 %); алюминия с магнием (4,5–13 %); сплав алюминия с прочими компонентами. Они маркируются буквами АЛ или АК, после которых идет номер сплава.

В технике чаще всего применяются силумины. Для улучшения свойств в их состав, кроме кремния, могут вводиться магний, титан, бериллий. Проч­ность их _в = 128...334 МПа, твердость – 50–90 НВ. Силумины характери­зуются хорошей текучестью в расплавленном состоянии и малой усадкой. Применяют их для изготовления сложных отливок.

К деформируемым сплавам, обрабатываемым давлением, относят: спла­вы алюминия с марганцем (до 0,8 %); сплавы алюминия с магнием (2,8 %) –магналии; сплавы алюминия с медью (до 5,5 %) и магнием (до 0,8 %) – ду-ралюмины; сплавы алюминия с медью (до 2,6 %), магнием (до 0,8 %), крем­нием (1,2 %) и марганцем (до 0,8 %) – авиаль; сплавы алюминия с цинком, магнием, медью – высокопрочные алюминиевые сплавы и др.

Самыми распространенными деформируемыми сплавами являются ду-ралюмины. Медь и магний упрочняют сплавы, марганец повышает корро­зионную стойкость. Прочность дуралюминов увеличивается после закалки при температуре 495–525 °С и последующим старением на воздухе в тече­ние 4–5 суток. Для повышения коррозионной стойкости листовой алюми­ний плакируют, т. е. покрывают с двух сторон слоем чистого алюминия, и производят совместную горячую прокатку.

Дуралюмины хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавления.

Сплавы алюминия применяются для изготовления прокатных профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечений. Эффективно его применение при возведении легких конструкций зданий и сооружений, особенно в большепролетных сооружениях, а также конструк­ций и изделий, к внешнему виду которых предъявляются повышенные эсте­тические требования (элементы выставочных павильонов, оконных и двер­ных заполнений).

Медь и ее сплавы. Медь – металл красновато-розового цвета. Плот­ность меди составляет – 8,9 г/см³, температура плавления – 1083 °С, прочность –_в = 150...250 МПа, относительное удлинение  – более 50 %. Она обладает высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью. На поверхности меди образуется темная пленка углекислых соединений меди, называемая па­тиной. Чистая медь из-за высокой стоимости и низкой прочности как конст­рукционный материал не применяется. Из-за высокой электропроводности медь используется в основном в электро- и радиотехнике, а из-за высокой теп­лопроводности применяется для различных теплообменников, нагревателей, холодильников. Из-за высокой коррозионной стойкости ее применяют в хими­ческой промышленности для изготовления трубопроводов, насосов и др.

Основное количество меди используется для изготовления сплавов -латуни и бронзы.

Сплавы меди, в которых основным легирующим элементом является цинк, называют латунями. Содержание цинка составляет 4–40 %. Они мар­кируются: Л96, Л90, ..., Л60, где цифры указывают количество меди в про­центах. Прочность латуни _в = 250 ... 400 МПа, относительное удлине­ние

 = 15 ... 35 %. Большую группу медно-цинковых сплавов составляют специальные (многокомпонентные) латуни, легированные одним или не­сколькими элементами: алюминием, никелем, марганцем, оловом и др.

Латуни – самые распространенные сплавы на основе меди, которым при­сущи все основные положительные свойства меди: высокая электро- и теплопроводность, пластичность, коррозионная стойкость, но более высо­кая прочность и технологические свойства.

Бронзы - сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами. Это все сплавы меди, кроме латуней и медно-никелевых сплавов.

Наибольшее применение имеют оловянные бронзы, где олово – основ­ной легирующий элемент (до 10 %) и в качестве добавок вводятся цинк, свинец, фосфор, никель и др. Маркировка бронз расшифровывается сле­дующим образом. Например, Бр ОЦС 4–4-2,5: Бр – бронза, О – олово, Ц – цинк, С – свинец, цифры 4; 4; 2,5 – содержание олова, цинка, свинца в про­центах.

Бронзы оловянные подразделяются на два вида – обрабатываемые давлением и литейные. Обрабатываемые давлением имеют прочность _в = 270 ... 800 МПа и более, относительное удлинение  = 3...40 %, твердость – 60 НВ.

Бронзы обладают удовлетворительной электропроводностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами. Бронзы, обрабатываемые давлением, обладают хорошей пластичностью, упругостью, сопротивлением усталости.

Применяют бронзы для изготовления водяной и паровой арматуры, подшипников, шестерней, пружин, деталей машин и пр.