Вопрос № 61 Классификация и св-ва медных сплавов

Медь — металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083 °С. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом Плотность меди 8,94 г/см³. Медь обла­дает высокими электропроводимостью и теплопроводностью^:. В зависимости от чистоты медь изготовляют следующих марок: МОО (99,99 % Си), МО (99,97 % Си), М1 (99,9 % Си),-М2 (99,7 % Си), МЗ (99,50 % Си). Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.

Алюминиевые бронзы. Наиболее часто применяют алюминиевые брон­зы двойные и добавочно легированные N1, Мп, Ре и др. Железо измельчает зерно и повышает меха­нические и антифрикционные свой­ства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость как при низких, так и при высоких температурах (500— 600 °С).

Алюминиевые бронзы хорошо со­противляются коррозии в морской во­де и тропической атмосфере, имеют высокие механические и технологиче­ские свойства. Однофазные бронзы, обладающие высокой пластичностью, применяют для глубокой штамповки. Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в виде фасонного литья.

Литейные свойства алюминиевых бронз ниже, чем литейные свойства оловянных бронз, но они обеспечивают высокую плот­ность отливок.

Кремнистые бронзы - При легировании меди кремнием (до 3,5 %) повышается прочность, а также пластич­ность. Никель и марганец улучшают механические и коррозион­ные свойства кремнистых бронз. Эти бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариваются. Благодаря высоким меха­ническим свойствам, упругости и коррозионной стойкости их применяют для изготовления пружин и пружинящих дета­лей приборов и радиооборудования, работающих при темпе­ратуре до 250 °С, а также в агрессивных средах (пресная, мор­ская вода).

416

Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает плотность отливок, а главное — облегчает обра­ботку резанием и улучшает антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы (табл. 39). Деформируемые бронзы изготовляют в виде прутков, лент и проволоки в нагартованном (твердом) и отожженном (мяг­ком) состояниях. Эти бронзы чаще предназначаются для изготов­ления пружин и пружинных деталей, применяемых в различных отраслях промышленности. Структура деформированных оловян­ных бронз — альфа-твердый растворЛитейные бронзы, содержащие большое количество цинка, фосфора и не­редко свинца, имеют двухфазную структуру: а-твердый раствор и твердые хрупкие включения 6-фазы, входящие обычно в струк­туру эвтектоида (см. рис. 193, а).

Оловянные бронзы обладают хорошими литейными свойствами и применяются для литья деталей сложной формы. Недостатком отливок из оловянных бронз является большая микропористость. Бронзы, особенно двухфазные, обладают высокими антифрик­ционными свойствами. В связи с этим их часто применяют для изготовления антифрикционных деталей.

Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при 700—750 °С с последующим быстрым охла­ждением.

414

Бериллиевые бронзы (см. табл. 40). Эти бронзы относятся к сплавам, упрочняемым термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при температуре 866 °С состав­ляет 2,7 %, при температуре ~600 ^сС 1,5 %, а при 300 °С всего 0,2 %. Это указывает на возможность упрочнения бериллиевой бронзы методом дисперсного твердения. При нагреве бронзы БрБ2 до 760—780 °С образуется однородный а-раствор, который сохраняется в результате быстрого охлаждения в воде при нор­мальной температуре¹.

После закалки бронза обладает малой -прочностью (а_в = = 450 МПа), высокой пластичностью (6 = 40 %) и способностью упрочняться при старении как непосредственно после закалки, так и после пластической деформации в закаленном состоянии. Старение проводят при 300—350 ^СС. При старении из пересыщен­ного а-растврра выделяются дисперсные частицы гамма-фазы (CuВе), что сильно повышает прочность бронзы. Предварительно накле­панная бронза при старении упрочняется сильнее и быстрее.

416

Так, бронза БрБ2 в состоянии поеле закалки и старения имеет а_в = 1250 МПа и б = З-г-5 %, а после закалки, холодной пла­стической деформаций в обжатием 30 % и старения — а_в = = 1400 МПа, пластичность поеле етарения невелика (б = 2 %). Бронзу нередко легируют также титаном (0,1—0,25 %): БрБНТ1,9 а БрБНТ1,7. Обладая высокими значениями временного сопро­тивления, пределов текучести и упругости, бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и обрабатываются резанием. Бериллиевые бронзы применяют для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов), в электронной технике и т. д.

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жид­кой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кри­сталлов меди и включений свинца.

Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикцион­ные свойства. Это предопределяет широкое применение бронзы БрСЗО для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и при повышенных давле­ниях. По сравнению с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрСЗО в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.

Из-за невысоких механических свойств (а_в — 60 МПа, 6 = 4 %) бронзу БрСЗО наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Такие биметаллические подшипники просты в из­готовлении и легко заменяются при изнашивании. Вследствие большой разности значений плотности меди (8,94 г/см³) и свинца (11,34 г/см³) и широкого интервала кристаллизации бронза БрСЗО склонна к ликвации по плотности. Нередко свинцовые бронзы легируют никелем и оловом, которые, растворяясь в меди, повышают механические и коррозионные свойства.

Глава XX. Алюминий и сплавы на его основе

1. Алюминий

Алюминий — металл се ребристо-белого цвета. Темпе­ратура плавления 600 °С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку с периодом а = 0,4041 нм. Наиболее важной осо­бенностью алюминия является низкая плотность — 2,7 г/см³ против 7,8 г/см³ для железа и 8,94 г/см³ для меди. Алюминий

384

обладает высокой электрической проводимостью, составляющей 65 % электрической проводимости меди. В зависимости от чистоты различают алюминий особой чистоты: А999 (99,999 % А1); высо­кой чистоты: А995 (99,995 % А1), А99 (99,99 % А1), А97 (99,97 % А1), А95 (99,95 % А1) и технической чистоты: А85, А8, А7, А6, А5, АО (99,0 % А1).

Технический алюминий изготовляют в виде листов, профилей, прутков, проволоки и других полуфабрикатов и маркируют АДО и АД1. В качестве примесей в алюминии присутствуют Ре, 31, Си, Мп, 2п. алюминий обладает высокой коррозионной стой­костью вследствие образования на его поверхности тонкой проч­ной пленки А1₂О₃. Чем чище алюминий, тем выше коррозионная стойкость. Механические свойства отожженного алюминия высо­кой чистоты: о_в = 50 МПа, о_0д2 = 15 МПа, -ф = 50 %, а техни­ческого алюминия (АДМ)* : 0_В — 80 МПа, ст₀,_а = 30 МПа, б — = 35 %. Модуль нормальной упругости 71 000 МПа. Холодная пластическая деформация повышает предел прочности техничес­кого алюминия (АДН) * до 150 МПа, но относительное удлинение снижается до 6 %. Алюминий легко обрабатывается давлением, но обработка резанием затруднена, сваривается всеми видами сварки. Технический алюминий (АД и АД1) ввиду низкой проч­ности применяют для изготовления элементов конструкции и деталей, не несущих нагрузки, когда требуются высокая пластич­ность, хорошая свариваемость, сопротивление коррозии и высо­кие теплопроводность и электрическая проводимость. Так, напри­мер, из технического алюминия изготовляют различные трубо­проводы, палубные надстройки морских и речных судов, кабели, электропровода, шины, конденсаторы, корпуса часов, фольгу, витражи, перегородки в комнатах, двери, рамы, посуду, цистерны для молока и т. д. Алюминий высокой чистоты предназначается для фольги, токопроводящих и кабельных изделий. Более широко используют сплавы алюминия.

2. Классификация алюминиевых сплавов

Наибольшее распространение получили сплавы А1—Си, А1—81, А1—Ме, А1—Си—Мё, А1—Си—М§—Я А1~М§—51, а также А1—2п—М§—Си. В равновесном состоянии эти сплавы

представляют собой низколегированный твердый раствор и ин­терметалл идные фазы СиА1₂ (6-фаза), М§₂51, А1₂СиМ§ (5-фаза), А1„СиМ& и А1₂М§₃2п₃ (Т-фаза) ^а, А1₃М& и др. (рис. 183).

Все сплавы алюминия можно разделить на деформируемые, предназначенные для получения полуфабрикатов (листов, плит,

¹ Н — нагартованный, М — мягкий (отожженный).

^а Фаза А1_аМ§_в2Пз, изоморфная фаза Т {А1_аСиМ§^} в системе А1-—Си—М§.

13 Лчхтаи 385

прутков, профилей, труб и т. д.), а также поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки (табл. 34, 35), и литейные, предназначенные для фасонного литья (см. табл. 36).

Деформируемые сплавы по способности упрочняться терми­ческой обработкой подразделяют на сплавы, неупрочняемые тер­мической обработкой, и сплавы, упрочняемые термической об­работкой.

Сплавы алюминия, обладая хорошей технологичностью во всех стадиях передела, малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, при достаточной прочности, пластичности и вяз­кости нашли широкое применение в авиации, судостроении, авто­строении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

13* 387

жига сплав имеет низкое временное сопротивление, удовлетвори­тельную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под напряжением.