- •Введение
- •Глава I строение металлов и сплавов
- •§ 1. Металлография и ее задачи
- •§ 2. Металлы и сплавы
- •§ 3. Макро- и микроструктура
- •Контрольные вопросы
- •Глава II свойства металлов и методы их определения
- •§ 4. Физические, химические и технологические свойства металлов
- •§ 5. Механические свойства металлов
- •§ 6. Испытание на растяжение
- •§ 7. Измерение твердости
- •§ 8. Ударные испытания
- •Контрольные вопросы
- •Глава III анализ макроструктуры металлов и сплавов
- •§ 9. Отбор и подготовка образцов для анализа
- •§ 10. Выявление макроструктуры
- •§ 11. Изучение изломов
- •§ 12. Фиксирование макроструктуры
- •Контрольные вопросы
- •Глава IV анализ микроструктуры металлов и сплавов
- •§ 15. Методы выявления микроструктуры
- •§ 16. Химическое травление
- •§ 17. Металлографический микроскоп
- •§ 18. Применение светового микроскопа
- •§ 19. Тепловая металлография
- •§ 20. Определение микротвердости
- •§ 21. Электронная микроскопия
- •§ 22. Рентгеноструктурный анализ
- •Контрольные вопросы
- •Глава V железоуглеродистые сплавы
- •§ 23. Производство стали
- •§ 24. Углеродистые стали и их классификация
- •Конструкционные (строительные) низколегированные стали.
- •§ 25. Легированные стали и их классификация
- •§ 26. Применение легированных сталей
- •§ 27. Производство чугуна
- •§ 28. Классификация и применение чугунов
- •Контрольные вопросы
- •Глава VI цветные металлы и их сплавы
- •§ 29. Медь и ее сплавы
- •§ 30. Алюминий и его сплавы
- •§ 31. Магний и его сплавы
- •§ 32. Титан и его сплавы
- •§ 33. Жаропрочные сплавы
- •§ 34. Тугоплавкие металлы и сплавы
- •§ 35. Сплавы на основе олова и свинца
- •Контрольные вопросы
- •Глава VII твердые сплавы
- •§ 36. Классификация твердых сплавов. Литые сплавы
- •§ 37. Металлокерамические твердые сплавы. Порошковая металлургия
- •Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
1. Какие руды служат исходным материалом для выплавки чугуна?
2. Как производят подготовку железной руды к плавке?
3. Каким образом выплавляют чугун в доменной печи?
4. Какие чугуны выплавляют в доменной печи?
5. Какие основные способы выплавки стали применяются в настоящее время?
6. Для чего применяют кислородное дутье при выплавке стали?
7. Какие печи применяют для выплавки стали?
8. Какие способы разливки стали применяют в настоящее время?
9. Как получают стали особо высокого качества?
10. Как классифицируют углеродистые стали по способу производства, по степени раскисления?
II. Как классифицируют углеродистые стали по назначению и гарантируемым характеристикам?
12. Где применяются различные марки углеродистых сталей?
13. Как классифицируют легированные стали по назначению и в зависимости от легирующих элементов?
14. Как классифицируют легированные стали в зависимости от общего содержания легирующих элементов и по качеству?
15. Как классифицируют легированные стали по структуре в отожженном состоянии по структуре после их охлаждения на воздухе?
Глава VI цветные металлы и их сплавы
§ 29. Медь и ее сплавы
Цветные металлы являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. Прежде всего, это относится к меди, алюминию и титану.
Медь - пластичный металл, имеющий ГЦК-решетку. Плотность ее γ = 8,9 г/см3, Тпл=1083° С, σв=200-250 Н/м2, НВ=850÷1150Н/м2, 50%, φ≈75%. Медь обладает очень высокой теплопроводностью (λ=340 ккал/(м×град×ч) и электропроводностью.
По электропроводности медь лишь немногим уступает серебру и является важнейшим из проводниковых материалов. Однако ее электропроводность существенно снижается при наличия даже незначительного количества примесей. Поэтому в качестве проводников используют чистую электролитическую медь марок М1 (чистота 99,9%, МО (99,95%) и особо чистую медь МОО (99,99%).
Вредными для прочностных и технологических свойств меди являются примеси висмута и свинца, а также серы и кислорода, которые снижают пластичность меди. У меди низкая прочность. Поэтому в качестве конструкционного материала используют сплавы меди. Сплавы меди с цинком называют латунями. Сплавы меди с любыми другими компонентами называют бронзами.
Цинк образует с медью твердый раствор а; предельная растворимость цинка при комнатной температуре 39%. До этой концентрации цинка латунь однофазна, от 39 до 46% - двухфазна (α+β’). Однако из-за хрупкости (β’ -фазы содержание цинка ограничивается 42-43%.
Для повышения уровня механических свойств и коррозионной стойкости латунйлегируют (вне больших количествах) оловом, марганцем, алюминием (повышается σв и коррозионная стойкость) - это так называемые «морские латуни», стойкие в морской воде. Легирование кремнием улучшает литейные свойства.
Легированные таким образом латуни называются многокомпонентными в отличие от простых (двойных) латуней Сu-Zn. В маркировке латуней в соответствии с ГОСТ 15527-70 содержание цинка и его обозначение не указывается. Простые латуни маркируются как Л80, Л70 (Л-латунь, 80 и 70 - содержание меди).
Легированные латуни обозначаются как ЛМС 58-2-2 (58% меди, 2% марганца, 2% свинца), ЛАН 59-3-2 (59% меди, 3% алюминия, 2% никеля).
Бронзы - это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием, свинцом, марганцем.
Как правило, бронзы обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной пластичностью, хорошо обрабатываются давлением и резанием (латуни плохо поддаются обработке резанием). Бронзы характеризуются высокой коррозионной стойкостью; некоторые виды бронз могут использоваться как антифрикционные материалы.
Оловянные бронзы системы Сu -Sn являются, по-видимому, самым древним металлическим материалом в истории человечества («бронзовый» век связан с использованием в качестве оружия и предметов обихода именно этого материала). При содержании Sn≤5% такие бронзы однофазны (α-фаза обладает высокой пластичностью, однако прочность ее низка). Обычно содержание олова в бронзе составляет 8-10% и тогда она обладает хорошими литейными свойствами.
Такие бронзы устойчивы в атмосфере, в морской воде, в растворах солей и щелочей, в азотной и соляной кислотах. Однако олово дорогой и редкий металл, поэтому применение оловянных бронз строго регламентируется.
Пример маркировки оловянных бронз: Бр.ОЦС8-4-3 (Бр - бронза, 8% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное медь, она в маркировке не указывается).
Алюминиевые бронзы - своего рода заменители бронз оловянных. Они технологичны, прочны, не содержат дефицитных материалов. При содержании алюминия до 9% такие бронзы однофазны, при более высокой концентрации — двухфазны. При Аl>10% алюминиевую бронзу можно закаливать: получаемая в результате структура является аналогом мартенсита в стали. Пример маркировки по ГОСТ 1048-70: Бр.АЖ9-4 (8-10% АI, 2-4% Fе). Следует от метить, что алюминиевые бронзы обладают хорошими антифрикционными свойствами.
Кремнистые бронзы (ГОСТ 1048 - 70) можно отнести к жаропрочным: рабочие температуры их использования достигают 500°С. Кремнистые бронзы, как и алюминиевые, могут подвергаться закалке и отпуску.
Бериллиевые бронзы ( ГОСТ 1789 - 70) содержат до 2-2,5% бериллия (Бр.Б2).Это самые высокопрочные бронзы: после закалки от 780°С в воде и старения при 300°С в течение 3ч, необходимого для дисперсионного упрочнения, предел прочности может достигать 1500 Н/м2, правда, пластичность составляет всего 2%. Эти бронзы обладают великолепной упругостью (из них делают мембраны, плоские пружины и другие разнообразные упругие элементы). Ударный инструмент из бериллиевой бронзы обладает абсолютной искробезопасностью, что важно во взрывоопасных рабочих средах. Свинцовые бронзы содержат до 25-30% свинца, обладают хорошим сочетанием антифрикционных свойств с высокой теплопроводностью. Эти бронзы применяют в качестве рабочих элементов подшипников скольжения.
Марганцевые бронзы, представляющие твердый γ-раствор, обладают высокой коррозионной стойкостью в сочетании с жаропрочностью до 400°С. Из бронзы Бр.Мц5 делают, например, фасонные отливки для арматуры паровых котлов.
Сплавы меди с никелем (мельхиоры, нейзильберы) нашли широкое применение в криогенной технике, а также для изготовления предметов домашнего обихода.