Провідні сплави

Мідні сплави по складу можна розділити на дві основні групи: латуні і бронзи.

Латуні і бронзи – мають високу теплопровідність і електричну провідність, володіють корозійною стійкістю у вологій атмосфері, немагнітні. Високі пластичні властивості мідних сплавів дозволяють одержувати з них вироби складного профілю. Мідні сплави є надійними матеріалами для роботи при відємних температурах (-250 °С (23⁰К)). Їхні недоліки - велика питома вага і низькі властивості при підвищених температурах.

Латуні - сплави міді з цинком. У кількості до 39% цинк утворює з міддю твердий розчин  - так названу - латунь. При більшому вмісті цинку в сплавах виникає інша фаза -  - твердий розчин. Двохфазні латуні називають + -латунями. Наявність у структурі більш міцної і твердої  - фази сприяє підвищенню міцності латуні, однак, різко знижує її пластичність. Тому  - латуні використовують для деталей, що оброблюються тиском (прокаткою, штамповкою), а + - латуні - для деталей, що одержуються литтям і обробкою різанням. Однофазні латуні добре деформу­ються як у гарячому, так і в холодному станах. Найбільш високу пластичність має латунь Л68 (68% міді), яка називається "патронно." і застосовується для виготовлення деталей глибокою штамповкою.

Т иповим представником двохфазної латуні є мунц- латунь (Л60), що містить 60% міді (мал. 10.2), яку піддають гарячій обробці тиском і поставляють у вигляді прутиків, стрічок і т.д.

Мал. 3.1 Мікроструктури латуней.

а - латунь Л80 (- латунь); б - латунь Л59 (+) після відпалу.

Практичне застосування мають латуні, що містять не більше 45% цинку, тому що при великій кількості цинку сплави стають крихкими. Варто засвоїти, що латуні маркують буквою Л з указанням вмісту міді: Л96, Л90, Л85, Л70, Л68, Л62, Л60, Л59.

Крім простих застосовуються спеціальні латуні, у які для надання їм певних властивостей вводяться додаткові елементи. У виробництві приладів, годинникових механізмів, кріпильних деталей і т.д. використовують автоматні латуні типу ЛС59-1 з добавками 1-2% свинцю для поліпшення обробки. Олово підвищує опір корозії в морській воді (морська латунь Л070-1). Алюміній, залізо, нікель, марганець вводяться для підвищення механічних властивостей латуней.

Бронзи — це сплави міді з іншими елементами, до складу яких може входити і цинк. Одним з найбільш давно відомих людству сплавів є оловяна бронза. Однак, у зв'язку з дефіцитністю олова з'явилися алюмінієві, свинцеві, кремнієві, берилієві та інші бронзи.

Необхідно пам'ятати, що олов’яні бронзи мають широкий інтервал кристалізації (відстань між лініями ліквідус і солідус 150-160 ⁰С). Наслідком цього є значна дендритна ліквація і пористість виливків. З олов’яної бронзи неможливо одержати щільний, у гідравлічному відношенні, виливок. Для підвищення щільності виливків застосовують прискорене охолодження, лиття під тиском чи вводять спеціальні добавки. У практичних умовах охолодження бронзи з вмістом олова понад 6-7% є двохфазні.

При вмісті олова до 6-7% олов’яна бронза має структуру  - твердого розчину, неоднорідного за хімічним складом.

Олов’яна бронза раніше мала дуже широке поширення завдяки високим ливарним властивостям (рідкотекучості та малій усадці), міцності, твердості, стійкості проти корозії і красивому жовтуватому кольору. Бронза з змістом олова до 5% використовувалась для виготовлення монет і медалей.

Двохфазні оловяні бронзи використовують, коли потрібна висока корозійна стійкість у сполученні з достатньою стійкістю. Вони мають також високі антифрикційні властивості при роботі в парі зі сталлю. Для здешевлення олов’яних бронз в них вводиться деяка кількість цинку, а для поліпшення обробки - свинець. Необхідно засвоїти, що бронзи маркуються буквами Бр з зазначенням кількості легуючих елементів у відсотках і їх позначень буквами російського алфавіту. Наприклад, БрО5Д5Ц2 - арматурна бронза, БрО10Ф1 - антифрикційна бронза. Основне застосування оловяних бронз: складні виливки, вкладиші підшипника, арматура.

Безоловяні бронзи мають високі механічні, антикорозійні й антифрикційні властивості. Широке розповсюдження в машинобудуванні одержали алюмінієві бронзи. Однофазні алюмінієві бронзи БрА5 і БрА7 легко піддаються холодній і гарячій пластичній деформації. Бронза БрА5 застосовується для карбування монет, і БрА7 - для виготовлення пружин у приладобудуванні. Двохфазна бронза БрА10 завдяки наявності евтектоідного перетворення може піддаватися всім видам термообробки, відрізняється підвищеною корозійною стійкістю й антифрикційними властивостями, що дозволяє застосовувати її для виготовлення деталей, які працюють на тертя (шестерні, зубчасті колеса), у суднобудуванні.

Як антифрикційний матеріал для вкладишів підшипників, котрі знаходяться під великим навантаженням, застосовується свинцева бронза марки БрСЗО. Цей сплав має високу теплопровідність і допустиме нагрівання в процесі роботи до температури 300 - 320 °С (573...593⁰К)

Берилієва бронза БрБ2 - сплав, що піддається термічній обробці. Після гартування при температурі 300°С (1073 ⁰К у воді і старінні при температурі 300...350 °С (573...623 ⁰К)) вона має високу міцність, твердість (350-400 НВ (3500-4000 Н/мм^г)), пружність при одночасно високій хімічній стійкості, гарній зварюваності й обробці різанням. Берилієва бронза застосовується для відповідальних пружин, мембран, контактів, що пружинять, та інших деталей.

З кольорових металів алюміній має найбільше поширення. Він характеризується високою пластичністю, електричною провідністю і корозійною стійкістю. Варто пам'ятати, що міцність чистого алюмінію мала ( _в = 10кгс/мм ²(100 МПа)) і тому застосовувати його як конструкційний матеріал недоцільно. У чистому вигляді алюміній використовується для виготовлення проводів, посуду, фольги.

Сплави алюмінію мають більш високі механічні властивості і широко використовують в техніці, тому що мають високу питому міцність (_в/_ =18).

Алюмінієві сплави ділять на деформовані, ливарні і спечені. Деформовані сплави бувають зміцнені й не зміцнені термічною обробкою.

Серед деформованих алюмінієвих сплавів широке промислове застосування одержали дуралюміни - сплави системи Al-Cu-Mg. Вони відносяться до групи деформованих сплавів, зміцнених термічною обробкою. Основними зміцнюючими компонентами в цих сплавах є мідь і магній, хімічний склад дюралюмінію у %, приведений у табл. 10.1.

Таблиця 3.1

Марка	Мідь	Магній	Марганець	Кремній	Залізо
Д1	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,8	0,7	0,7
Д16	3,8-4,5	1,2-1,8	0,3-0,9	0,5	0,5

Для підвищення механічних властивостей дуралюміни піддають гартуванню і старінню.

В результаті гартування (нагрівання до Т = 495-510 °С, витримки і послідуючого охолодження у воді) фіксується перенасичений твердий розчин міді в алюмінії (мал. 10.3). У гартованому стані сплав зберігає високу пластичність, що дозволяє проводити різні технологічні операції - згинання, рихтування і т.п. Зміцнення дуралюмінів настає в результаті їхнього старіння після гартування. Процес старіння, в основі якого лежить розпад перенасиченого твердого розчину, відбувається як при кімнатній температурі (природне старіння), так і при нагріванні сплаву до температури 150-200°С (423-473 ⁰К) (штучне старіння).

При природному старінні в ґратках -розчину виникають угрупування з атомів міді, які називаються зонами Гіньє - Престона (ГП). Вони являють собою диски діаметром до 100 А і товщиною в кілька атомних шарів.

Після гартування і старіння межа міцності дуралюмінів досягає 46 кгс/мм ² (460 Мпа), тоді як після відпалу чи гартування сплави мають вдвічі меншу міцність.

Необхідно пам'ятати, що найбільш розповсюдженими ливарними алюмінієвими сплавами є силуміни - сплави алюмінію, що містять до 14% кремнію. Вони добре заповнюють форму і мають малу усадку.

Алюміній із кремнієм дає евтектику, що містить 11,6% Si. Більшість використовуваних силумінів є доевтектичними сплавами, тому що заевтектичні містять у структурі великі первинні кристали Si і відрізняються крихкістю.

Структура доевтектичного -силуміну, як це видно з діаграми стану, складається з твердого розчину і евтектики.

Якщо силумін піддати модифікуванню, тобто перед розливанням ввести в рідкий сплав невелику кількість натрію (не більше 0,01%) чи суміш його солей (2/3NaF +1/3NaCl ), то евтектика стає дрібнозернистою. Крім того, заевтектичний сплав з 12-14% Si робиться за структурою доевтектичного - відбувається зрушення евтектичної точки вправо.

В результаті модифікування зерно подрібнюється. Модифікування дає різке підвищення механічних властивостей. Міцність _в і пластичність  силумінів зростають.

Мал. 3.2 Мікроструктура силуміну: до модифікування

Порядок виконання роботи

1. Вивчити фізичні властивості провідникових матеріалів.

2. Вивчити електричні властивості провідникових матеріалів.

3. Оформити звіт, включивши в нього відповідь на наступні запитання.

Контрольні запитання

1. Основні фізичні і електричні властивості алюмінію. Область його застосування.

2. Основні фізичні і електричні властивості міді. Область її застосування.

3. Основні провідникові сплави і їх характеристики