Обладнання, матеріали та інструменти

Теоретичні основи

Мідні сплави

Найпоширеніші промислові сплави міді поділені на дві групи: латуні та бронзи. Мідні сплави позначають за їх приналежністю до певної групи згідно з хімічним складом. У марці сплаву вказують літери групи сплавів («Л» — латуні, «Бр» — бронзи) та легувальних елементів («А» – Al, «Б» – Be, «Ж» – Fe, «К» – Si, «Мц» – Mn, «Н» – Ni, «О» – Sn, «Ф» – P, «Ц» – Zn). Перше число в марках деформівних латуней вказує на вміст Cu, а іншими числами позначають масову частку основних легувальних елементів, наявність яких засвідчують літери після «Л». Наприклад, ЛАЖМц66-6-3-2 — це деформівна латунь, що містить як основні компоненти 66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn, решта — Zn. У ливарних латунях та бронзах вміст усіх компонентів сплаву вказують відразу після відповідних літер. Так, ЛЦ30А3 — ливарна латунь, котра містить приблизно 30 % Zn, 2…3 % Al, решта — Cu, а БрО8Ц4 — ливарна бронза складу: 7...9 % Sn, 4...6 % Zn, решта — Cu. У марках деформівних бронз числа показують масову частку легувальних елементів, решта — Cu. БрОЦС4–4–4 — деформівна бронза приблизно такого складу: 4 % Sn, 4 % Zn, 4 % Pb, решта — Cu.

Латуні

Латуні поділяють на прості та багатокомпонентні.

Простими латунями називають подвійні сплави системи Cu–Zn. Практично як деформівні матеріали, з яких виготовляють напівфабрикати — листи, стрічки, смуги, труби, прутки тощо застосовують сплави з 47...50 % Zn. За структурою латуні поділяють на одно– та двофазні (рис. 6.1). Латуням властиве значне зменшення пластичності в інтервалі 200...700 ^оС, що пов'язано з впливом домішок (Pb, Sb, Bi тощо) і унеможливлює гарячу обробку тиском виробів за температур, нижчих від 700 ^оС.

Додавання третього хімічного елементу до подвійних латуней змінює їх структуру та властивості (міцність, твердість, корозійну тривкість, технологічність). Найпоширенішими є сплави систем Cu–Zn–Al, Cu–Zn–Mn, Cu–Zn–Si, Cu–Zn–Pb, Cu–Zn–Sn, Cu–Zn–Ni. Легувальні елементи, крім Ni та Al, зменшують розчинність Zn в Cu порівняно з подвійними сплавами. Завдяки цьому потрійні та складніше леговані спеціальні латуні переважно є двофазними. Такі елементи, як Al, Si, Ni, Zn та Sn, надають латуням антикорозійних властивостей (особливо Sn).

Латуні мають вищу за мідь корозійну тривкість. Проте їм властиве знецинкування та корозійне («сезонне») розтріскування у вологому середовищі, кисні, аміаку та інших газах. Достатньо стійкими до знецинкування є латуні з малим вмістом Zn (Л90, Л85 тощо), але процес пришвидшується з підвищенням температури агресивного середовища та збільшенням його рухливості. Недоліком більшості спеціальних латуней, що містять понад 20 % Zn, є також схильність до корозійного розтріскування. Корозійну тривкість латуней підвищують, застосовуючи різноманітні покриття (хромування, нікелювання тощо).

Високоміцним латуням властива погана зварюваність. Вона зумовлена зростанням схильності до утворення тріщин під час нагрівання.

Бронзи

Бронзами називають сплави Cu з іншими хімічними елементами, крім Zn. Проте останній може входити до їх складу як легувальний елемент. Бронзи розрізняють за основним легувальним елементом.

Алюмінієві бронзи. Найпоширенішою в промисловості однофазною бронзою є БрА5. Ливарні бронзи містять 5...10 % Al і є двофазними. Перевагою алюмінієвих бронз є те, що вони добре обробляються тиском у гарячому та холодному станах, корозійнотривкі та добре працюють у парах тертя. Завдяки доброму заповненню форми відливки з алюмінієвих бронз є щільними та герметичними. Але в цих бронзах під час кристалізації можуть утворюються грубі стовбчасті зерна, на границях яких зароджуються макротріщини. Окрім того, алюмінієві бронзи мають значну усадку та схильні до газонасичення й забруднення оксидними плівками, що утруднює технологічний процес одержання якісного фасонного литва. Перед їх розливанням додають невелику кількість V, Ti, B, передбачають більші припуски на механічну обробку, під час плавлення сплаву використовують захисне середовище. Перераховані недоліки усувають легуванням алюмінієвих бронз Fe, Ni, Mn.

Олов'яні бронзи. Мікроструктура литих бронз з вмістом Sn до 5 % переважно складається із зерен збідненого та збагаченого Sn твердого розчину дендритної будови. Швидке охолодження сплавів з 6...7 % Sn викликає утворення в їх структурі евтектоїду (рис. 6.2), у той час, як під час повільного охолодження він утворюється за концентрації понад 15 % Sn. Подвійні олов'яні бронзи через високу вартість та грубозернисту структуру виробів використовують рідко. Окрім схильності до ліквації, вони мають також малу рідкотекучість; у відливках створюється розсіяна усадочна пористість, що зменшує їх герметичність. З метою здешевлення та поліпшення властивостей їх легують Zn, Fe, P, Pb, Ni.

Розрізняють деформівні та ливарні олов'яні бронзи.

Деформівні однофазні бронзи зі структурою a–твердого розчину пластичніші та міцніші за ливарні бронзи. Вони мають високі електричну провідність, антифрикційні властивості, корозійну тривкість, пружність та границю витривалості. Деформівні бронзи, леговані P та Zn (БрОФ6,5–0,15; БрОФ6,5–0,4; БрОЦ4–3) використовують для виготовлення пружин, зносостійких та антифрикційних деталей у різних галузях промисловості.

Широко застосувують малолеговані ливарні олов'яні бронзи. Належна міцність і корозійна тривкість за атмосферних умов, у прісній та морській воді дозволяють використовувати їх для виготовлення пароводяної арматури високого тиску. Структура олов'яних бронз, легованих Zn і Pb (наприклад: БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17, БрО10Ц2 тощо), відповідає вимогам, які ставлять до антифрикційних сплавів. Тому з них виготовляють деталі підшипників, які працюють без заклинювання на високих швидкостях ковзання та за великих питомих навантажень. Водночас вони добре обробляються різанням і мають хороші ливарні властивості. З них можна отримувати фасонні відливки складної конфігурації зі стінкою завтовшки 3...5 мм.

Алюмінієві сплави

Алюміній за сукупністю фізико–хімічних властивостей широко застосовують у техніці; він є також основою багатьох промислових легких сплавів.

Перевагою алюмінієвих сплавів є висока питома міцність (відношення границі міцності до густини) та здатність чинити опір інерційним і динамічним навантаженням. Границя міцності алюмінієвих сплавів сягає 500...700 МПа за густини не більше, ніж 2850 кг/м³. Більшість алюмінієвих сплавів мають високу корозійну тривкість (за винятком сплавів з Cu), тепло– та електропровідність і добру технологічну пластичність. Корозійнотривкі сплави використовують в умовах морського і тропічного кліматів, в хімічному машинобудуванні тощо; спеціальні жароміцні сплави — в умовах короткочасної або тривалої дії підвищених температур. З антифрикційних алюмінієвих сплавів виготовляють підшипники ковзання. Добра зварюваність сплавів дозволяє отримувати нероз’ємні з'єднання високої міцності та корозійної тривкості.

За технологією виготовлення виробів розрізняють деформівні, ливарні та спечені алюмінієві сплави.

Деформівні алюмінієві сплави здатні добре пластично деформуватися. Головними легувальними елементами деформівних сплавів є Cu, Mg, Mn, Zn, Si, а також Ti, Cr, Be, Ni, Zr, Fe тощо. Перевагою деформівних алюмінієвих сплавів, є те, що вони не схильні до окрихчення за низьких температур експлуатації.

Ливарні сплави алюмінію вирізняються доброю рідкотекучістю, що забезпечує виготовлення тонкостінних та складних за конфігурацією відливків з невеликою усадкою та малою схильністю до утворення гарячих тріщин.

За здатністю зміцнюватися деформівні та ливарні сплави поділяють на такі, що зміцнюються термічною обробкою, та такі, що не зміцнюються.

Спечені (спеціальні) алюмінієві сплави виготовляють за технологіями порошкової та гранульної металургії. Такі матеріали мають високу жароміцність навіть близько 350...500 °С, малий температурний коефіцієнт лінійного розширення, високу корозійну тривкість.

Алюміній та його сплави позначають, використовуючи традиційне літерно–цифрове та літерне маркування. Якість алюмінію визначає ступінь його чистоти, і за цією ознакою його поділяють на три групи. Метал особливої чистоти марки А999 містить не менше 99,999 % Al. Алюміній високої чистоти позначають А995, А99, А97 та А95 (наприклад, у сплаві А995 відповідно 99,995% Al). Технічний алюміній виробляють марок А85 (99,85 % Al), А8 (99,80 %), А7 і А7Е (99,70 %), А6 (99,60 %), А5 (99,50 %) та А0 (99,0 %).

Переважно число у марці деформівних сплавів не вказує на вміст легувальних елементів, а є тільки його номером.

Ливарні сплави алюмінію позначають, ставлячи спереду марки літеру А — алюмінієвий сплав. Числа після наступних літер К, М, Н, Мг показують середню частку (у % мас.) відповідно Si, Cu, Ni та Mg. Коли число після літери відсутнє, масова частка легувального елемента становить близько 1 %.

Поряд з цим використовують єдине числове маркування, що складається з чотирьох цифр. Перша цифра 1 в усіх марках сплавів вказує, що основою сплавів є алюміній. Друга цифра подає інформацію про основні легувальні елементи сплаву: 0 – технічний алюміній; 1 – система Al–Cu–Mg; 2 – системи Al–Cu–Mn та Al–Li; 3 – системи Al–Mg–Si та Al–Mg–Si–Cu; 4 – система Al–Mn; 5 – система Al–Mg; 9 – системи Al–Mg–Zn та Al–Mg–Zn–Cu. Цифри 6, 7 та 8 призначені для позначення сплавів нових можливих систем. Останні дві цифри у марці вказують на порядковий номер сплаву. Зокрема, 1160 — сплав системи Al–Cu–Mg (за літерно–цифровим дуралюмін Д16).

Деформівними сплавами алюмінію, що зміцнюються термічною обробкою, є дуралюміни — сплави системи Al–Cu–Mg. Залежно від марки вони містять 3,8...4,9 % Cu; 0,4…2,6 % Mg; 0,3…0,9 % Mn. Вміст шкідливих домішок Fe і Si в дуралюмінах — не більше 0,3...0,8 % кожного; вони можуть містити також Ni, Ti, Zn. Сплави поєднують високу міцність із задовільними пластичністю, зварюваністю, оброблюваністю різанням та корозійною тривкістю. Дуралюміни зміцнюють гартуванням та природним або штучним старінням.

До ливарних належать сплави, поділені за стандартом на 5 груп: Al–Mg; Al–Si; Al–Cu; Al–Cu–Si; Al – інші елементи (у тому числі Ni, Zn, Fe).

Сплави на основі системи Al–Mg (4,5...13,0 % Mg) мають високу корозійну тривкість, велику питому міцність та ударну в'язкість, добре обробляються різанням. Їх недоліком є мала герметичність та низькі ливарні властивості. Сплави Al–Mg з вмістом Силіцію 0,5...1,3 % мають кращі ливарні властивості, ніж інші сплави цієї групи: більшу рідкотекучість, меншу схильність до утворення гарячих тріщин, підвищену густину відливків. Зі них виготовляють литі деталі для роботи в умовах підвищеної вологості.

Сплави на основі системи Al–Si (6...13 % Si), які називають силумінами, вирізняються високою рідкотекучістю, малими лінійною усадкою (0,9...1,2 %) та схильністю до утворення гарячих тріщин. Перевагою сплавів Al–Si є також їх підвищена корозійна тривкість. Недоліки сплавів — наявність пор та низька жаростійкість. Більшість марок силумінів, крім Si як основного легувального елементу, містять Mn (0,2...0,6 %), Mg (0,20...0,55 %) та Ti (0,1...0,3 %), які збільшують їх міцність. Для подрібнення структури, підвищення механічних властивостей і покращення здатності оброблятися різанням сплави, що містять понад 6 % Si, перед розливанням модифікують Na, який входить до складу фторхлоридних солей . За оптимального вмісту Na (0,01...0,003 %) у доевтектичних сплавах (до 11,8 % Si) Si кристалізується у формі округлих часточок, що й підвищує механічні та технологічні властивості сплавів.

Унаслідок модифікування сплаву АК12 (10,0...13,0 % Si) кристали Si в евтектиці (рис. 6.3., а) подрібнюються й утворюються дендрити твердого розчину (рис. 6.3., б).

Силуміни застосовують для виготовлення виробів, які працюють у вологих середовищах та морському кліматі. Відливки одержують литтям у піщані, оболонкові, металеві форми, під тиском та за витоплюваними моделями.

Сплави на основі систем Al – інші компоненти, крім основного елемента, можуть містити Si (6...10 %) або Zn (0,1...12,0 %). Підвищення міцності сплавів досягають легування твердого розчину Zn. Структура сплавів цієї групи мало відрізняється від структури звичайних силумінів за аналогічного вмісту Si. Ливарні алюмінієві сплави цієї групи переважно застосовують як жароміцні з максимальною робочою температурою близько 300 °С для виготовлення деталей двигунів автомобілів та тракторів.

Антифрикційні сплави

Основні вимоги, яким повинні відповідати антифрикційні сплави, визначаються умовами роботи підшипника ковзання. Сплави для заливання підшипників повинні бути відносно легкоплавкими, мати належну твердість і пластичність, малий коефіцієнт тертя у парі між підшипником та валом, володіти доброю теплопровідністю та бути стійкими до корозійного впливу оточуючого середовища. Такий комплекс властивостей уможливлюється структурою, що складається з м’якої, пластичної основи та включень твердих часточок у ній. Під час обертання вал спинається на тверді часточки, а основа добре припасовується до поверхні валу, а окрім того в ній створюються мікроскопічні канали, якими до фрикційної поверхні надходить мастильна речовина.

Найчастіше для підшипників ковзання застосовують бабіти — сплави на олов’яній та свинцевій основах, а також мідно–свинцеві сплави. Бабіт Б83 (рис. 6.4.) є багатокомпонентним сплавом на основі системи Sn–Sb. М’якою основою є –твердий розчин Sb у Sn, в якій розподіляються тверді часточки сполуки SnSb. Для запобігання ґравітаційної ліквації SnSb до таких сплавів додають мідь. Сполука Cu₃Sn кристалізуючись першою, утворює дендритний каркас, який перешкоджає ліквації кристалів SnSb.

Обладнання, матеріали та інструменти

Мікроскопи металографічні, мікрошліфи кольорових металів та їх сплавів у різному структурному стані, атлас мікроструктур.

Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 20; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!