Литейные сплавы цветных металлов доклад

Обновлено: 30.06.2024

В зависимости от метода переработки в заготовки металлические сплавы разделяют на литейные (используемые при изготовлении фасонных отливок) и деформируемые, получаемые вначале в виде слитков, а затем перерабатываемые ковкой, прокаткой, волочением, штамповкой. Различия в методах переработки оказывают существенное влияние на требования к свойствам, а следовательно, и на требования к составам литейных и деформируемых сплавов.

Содержание работы

1. Классификация литейных сплавов…………………………………..3
2. Требования к литейным сплавам……………………………………6
3. Литейные свойства сплавов………………………………………….8
4. Основные литейные сплавы………………………………………. 13
Список используемой литературы……

Содержимое работы - 1 файл

работа.doc

1. Классификация литейных сплавов…………………………………..3

2. Требования к литейным сплавам… …………………………………6

3. Литейные свойства сплавов…………… …………………………….8

4. Основные литейные сплавы……………… ………………………. 13

Список используемой литературы……………………………………15

1. Классификация литейных сплавов

Литейные сплавы классифицируются в зависимости от их состава, свойств, назначения. Сплавы на основе железа называют черными. К ним относят все разновидности чугунов и сталей. Остальные литейные сплавы на основе алюминия, магния, цинка, олова, свинца, меди, титана, молибдена, никеля, кобальта, бериллия и других металлов, в том числе и благородных (серебра, золота, платины), называют цветными.

Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств литых деталей, например прочности, твердости, износостойкости, в сплавы в определенном количестве вводят специальные добавки, так называемые легирующие компоненты. По содержанию их сплавы делят на низколегированные (менее 2,5% легирующих компонентов по массе), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%).

Помимо специально вводимых в литейные сплавы компонентов в них обычно присутствуют постоянные примеси, наличие которых связано с особенностями металлургических процессов приготовления сплава и составом исходных металлургических материалов (руд, топлива, флюсов). Часто эти примеси (например, сера и фосфор в сталях) являются вредными и содержание их ограничивают.

Литейные сплавы либо приготовляют из исходных компонентов (шихтовых материалов) непосредственно в литейном цехе, либо сплавы поступают с металлургических комбинатов в готовом виде и их только переплавляют перед заливкой в литейные формы. Как в первом, так и во втором случае отдельные элементы в процессе плавки, входящие в состав литейного сплава, могут окисляться (угарать), улетучиваться при повышенных температурах (возгоняться), вступать в химическое взаимодействие с другими компонентами или с футеровкой печи и переходить в шлак. Для восстановления требуемого состава сплава потери отдельных элементов в нем компенсируют, вводя в расплав специальные добавки (лигатуры, ферросплавы), приготовляемые на металлургических предприятиях. Лигатуры представляют собой вспомогательные сплавы, используемые как для введения в расплав основного литейного сплава легирующих элементов, так и для компенсации их угара. Лигатуры содержат помимо легирующего элемента также и основной металл сплава, поэтому они легче и полнее усваиваются расплавом, чем чистый легирующий элемент. Применение лигатур становится особенно необходимым, если температуры плавления основного литейного сплава и легирующего элемента имеют значительную разницу. Наиболее широко применяют лигатуры из цветных металлов, например: медь — никель (15— 33% Ni), медь — алюминий (50% Al), медь — олово (50% Sn), алюминий—магний (до 10% Mg). При литье черных сплавов широко используют ферросплавы: ферросилиций (сплав железа с 13% и более кремния), ферромарганец, феррохром, ферровольфрам, ферромолибден и др. для введения легирующих элементов, а также для раскисления расплава. Используют также ферросплавы, состоящие из трех компонентов и более. К ферросплавам условно относят и некоторые сплавы, железо в которых содержится только в виде примеси, например силикоалюминий и силикокальций.

Раскисление, для которого часто используют ферросплавы, представляет собой процесс удаления из сплава кислорода, содержащегося в виде растворенных в металле оксидов (например, закиси железа FeO в стали). В процессе раскисления элементы, содержащиеся в ферросплавах, выполняют роль восстановителей:

они соединяются с кислородом оксида, растворенного в расплаве, восстанавливают металл, а сами, окислившись, переходят в шлак. Так, раскисление стали кремнием, содержащимся в ферросилиции, происходит по реакции 2FeO+Si→2Fe+SiO2.

Очищение (рафинирование) расплава раскислением способствует значительному улучшению качества металла отливки, повышению его прочности и пластичности.

Ряд сплавов, так же как и металлов либо неметаллических материалов (солей и др.), используют в качестве модификаторов, которые при введении в литейный сплав в небольших количествах существенно влияют на его структуру и свойства, например измельчают зерно и способствуют повышению прочности металла. Так, для получения высокопрочного чугуна широко используют модифицирование магнием.

В настоящее время 95% всех производимых отливок (по массе) составляют чугунные и стальные. Следует однако учитывать, что из черных сплавов изготовляют большое количество крупных отливок, масса которых доходит до нескольких десятков и даже сотен тонн, а из сплавов цветных металлов отливают в основном мелкие и средние детали массой от нескольких граммов до нескольких десятков и редко — до нескольких сотен килограммов. Поэтому, несмотря на то что в общем выпуске масса отливок из цветных сплавов составляет около 5%. номенклатура их, так же как и методы литья, весьма разнообразна, а количество значительно.

2. Требования к литейным сплавам

Требования к каждому литейному сплаву специфичны, однако существует и ряд общих требований:

- состав сплава должен обеспечивать получение заданных свойств отливки (физических, химических, физико-химических, механических и др.);

- сплав должен обладать хорошими литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, несклонностью к насыщению газами и к образованию неметаллических включений, малой и стабильной усадкой при затвердевании и охлаждении, несклонностью к ликвации и образованию внутренних напряжений и трещин в отливках;

- состав, свойства и структура сплава как в исходном состоянии, так и в готовой литой детали должны быть постоянными и не изменяться в процессе ее эксплуатации;

- сплав должен быть по возможности простым по составу, легко приготовляться, не содержать токсичных компонентов, не выделять при плавке и заливке сильно загрязняющих окружающую среду продуктов;

- потери сплава при его приготовлении и в процессе литья должны быть минимальными;

- сплав должен быть технологичным не только в изготовлении отливок, но и на всех последующих операциях получения готовых деталей (при обработке резанием, сварке, пайке, термической, гальванической и других видах окончательной обработки);

- сплав должен быть экономичным: содержать по возможности меньшее количество дорогостоящих компонентов (быть экономно легированным), иметь минимальные потери при переработке его отходов (литников, брака, сплесков).

Выполнить все перечисленные требования в большинстве случаев практически невозможно, поэтому для решения определенных технических задач используют сплавы, свойства которых отвечают какому-нибудь одному (основному) требованию, а остальные требования приобретают подчиненное ему значение. Так, для изготовления рабочих лопаток газотурбинного авиационного двигателя применяют сплавы на никелевой основе, обладающие хорошей прочностью при высоких температурах (800—1200°С), т. е. жаропрочные. Однако эти сплавы не отвечают многим другим требованиям: они плохо обрабатываются резанием, образуют оксидные плены, что вызывает необходимость ведения плавки и заливки форм в вакууме, имеют сложный состав (содержат до 10 легирующих компонентов), весьма дороги.

Необходимо отметить, что при выборе существующих или при создании новых литейных сплавов наряду с эксплуатационными свойствами большое значение приобретают литейные, обеспечивающие возможность получения качественных отливок при минимальных затратах труда, материальных средств, энергии, металла и вспомогательных материалов.

3. Литейные свойства сплавов

Литейными называют ряд свойств металлов и сплавов, определяющих их технологичность в литейных процессах, т. е. пригодность для получения из них отливок необходимой конфигурации, с высокими эксплуатационными свойствами, заданной размерной точностью и требуемым качеством поверхности. Литейные свойства проявляются как в расплавах, так и на всех стадиях их затвердевания и охлаждения. Важнейшими литейными свойствами сплавов являются жидкотекучесть, усадка, склонность к образованию неметаллических включений, к поглощению газов, ликвации, склонность к образованию внутренних напряжений и трещин.

Жидкотекучесть

Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять литейную форму, четко воспроизводя контуры ее и поверхность. При низкой жидкотекучести движение расплава в форме может прекратиться раньше, чем она будет заполнена. Это наиболее вероятно при изготовлении крупных тонкостенных отливок, особенно если сплав в форме быстро охлаждается (например, при литье в металлические или сырые песчаные формы). Жидкотекучесть сказывается на заполняемости формы расплавом, четкости воспроизведения рельефа полости формы. На жидкотекучесть оказывают влияние многие факторы, связанные со свойствами, состоянием и строением расплава (его природа, температура при заливке, фазовый состав, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость и теплопроводность, наличие включений, газонасыщенность, степень окисленности, интервал кристаллизации), а также с состоянием и свойствами формы (например, ее температура, теплофизические свойства, состояние поверхности, газотворность и газопроницаемость) и условиями заливки (конструкция и размеры литниковой системы, напор расплава, скорость заливки, характер движения потока и т. д.).

Для определения жидкотекучести предложены различные пробы, отливаемые в формах специальной конструкции. Наиболее распространены различные разновидности спиральных проб. Формы для отливки таких проб имеют протяженный спиральный канал, расположенный в горизонтальной плоскости. Поперечное сечение канала постоянно по всей длине и имеет обычно форму трапеции высотой 8 мм, шириной вверху 8 мм и внизу 7 мм. Одна из конструкций спиральной пробы представлена на рис. 5.1. Жидкотекучесть оценивается в миллиметрах по длине отлитой спирали. Для удобства замеров в верхней части канала сделаны выступы, расстояния между которыми 50 мм.

Рис. 1. Проба на жидкотекучесть

Усадка

Усадка — свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Различают объемную и линейную усадки, выражаемые обычно в процентах.

Результатом объемной усадки являются усадочные раковины и поры в отливке, для предупреждения образования которых используют различные технологические приемы: применяют прибыли и холодильники (см. гл. 1), направленное затвердевание, суспензионное литье, кристаллизацию под поршневым давлением и др. При суспензионном литье в поток расплава, заполняющего литейную форму, вводят металлический порошок. Замешанные в расплав твердые металлические частицы выравнивают температуру в наружных и внутренних слоях отливки, уменьшают усадку, являются многочисленными центрами зарождения кристаллов при затвердевании расплава, что приводит к получению отливок с равномерной по сечению мелкокристаллической структурой. Однако суспензионный метод из-за значительного снижения жидкотекучести расплава малопригоден для изготовления тонкостенных, сложных отливок при заливке форм под действием гравитационных сил (без дополнительного давления).

Линейная усадка является одним из важнейших литейных свойств сплавов, учитываемых при проектировании технологического процесса литья, так как величиной ее во многом определяется размерная точность получаемых отливок. Следует учитывать, что в реальных отливках линейная усадка может протекать свободно и затрудненно. Если свободная линейная усадка для сплава определенного состава и конкретных условий заливки его является величиной достаточно постоянной, то затрудненная усадка может изменяться в весьма широких пределах в зависимости как от факторов, определяющих величину свободной усадки, так и от многих других, прежде всего от конструкции той части отливки, где находится контролируемый размер, и податливости литейной формы. Так, обмерами сложной по конфигурации стальной отливки, изготовленной из углеродистой конструкционной стали, было установлено, что в местах, где линейная усадка была сильно затруднена, величина ее на ряде размеров была близка к нулю, но в других частях, где она протекала свободно, достигала 2,5%.

При высоких требованиях к размерной точности отливок, особенно в условиях крупносерийного и массового производства, вначале по наиболее дешевой деревянной модельной оснастке изготовляют опытные партии отливок, обмерами их определяют линейную усадку для каждого из контролируемых размеров, после чего производят доводку модельной оснастки либо изготовляют новую, более точную (например, металлическую) для выпуска промышленных партий деталей. Это позволяет за счет повышения размерной точности отливок уменьшить припуски на их механическую обработку, сократить расход металла и трудоемкость изготовления деталей. При изготовлении штучных отливок или при выпуске их небольшими партиями оснастку изготовляют с учетом средних значений линейной усадки сплава, а неточности контролируемых размеров отливки компенсируют припуском на ее механическую обработку.

Газопоглощение

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.

В литейных цехах из цветных сплавов наибольшее распространение получили бронзы, латуни, алюминиевые и магниевые сплавы.

Плавка бронз и латуней в литейных цехах чаще всего производится в дуговых однофазных электропечах типа ДМК емкостью 100, 250, 500 и 1000 кг. При длительности плавки 30—60 мин производительность печей колеблется в пределах 125—700 кг/ч.

Алюминиевые литейные сплавы отличаются малой плотностью (см. табл. 1), хорошими литейными свойствами, довольно высокой прочностью и легко обрабатываются резцом. Алюминиевые сплавы с упрочняющими добавками (медь, магний) имеют удельную прочность (отношение прочности к плотности), равную прочности стали. Они используются для производства тонкостенных отливок, предназначенных для деталей сложных и крупных авиационных моторов, блоков автомобильных моторов, деталей аппаратуры и т. д.

Согласно ГОСТ 2685—63 алюминиевые литейные сплавы по химическому составу подразделяются на 35 марок, входящих в 5 групп: сплавы на основе системы компонентов алюминий — магний (марки АЛ8, АЛ13), алюминий — кремний (АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др.), алюминий — медь (марки АЛ7, АЛ 12 и др.), алюминий—кремний— медь (марки АЛЗ, АЛ5, АЛ6 и др.), алюминий—никель— цинк—железо (марки АЛ1, АЛ11 и др.). На практике наибольшее распространение получили сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами, которые для получения мелкозернистого строения подвергаются закалке и старению, а также модифицированию, которое производится металлическим натрием или смесью хлористых и фтористых солей натрия и калия.

Плавка алюминиевых сплавов чаще всего производится в электрических печах сопротивления (моделей САН, CAT и др. емкостью 0,3—9,0 т), а также тигельных электрических индукционных печах промышленной частоты (моделей ИА емкостью 2,5—5,0 т и ИАТ емкостью 0,4—4,0 т). Для повышения плотности металла отливок выплавленные в печах алюминиевые расплавы освобождают от газов, твердых окислов и неметаллических включений, что осуществляется рафинированием флюсами и дегазацией, которая осуществляется пропусканием через расплав газа хлора из баллона под давлением.

Магниевые литейные сплавы являются более легкими (см. табл. 1), чем алюминиевые, отличаются высокой прочностью и пластичностью, легко поддаются механической обработке. Наибольшее применение они нашли в авиации, автомобилестроении и приборостроении. Недостатком магниевых сплавов является их склонность к окислению при нагревании и способность воспламеняться при температуре около 600° С, а также неустойчивость против коррозии на воздухе. Чтобы предупредить окисление при плавке, поверхность магниевых расплавов покрывают флюсами, содержащими хлористые и фтористые соли магния, кальция и др. С той же целью при заливке форм струя расплава опыливается порошком серы.

По ГОСТ 2856—68 выпускается большое количество магниевых литейных сплавов: МЛ2, MЛ3, MЛ4 и др. В последние годы в производство внедрены магниевые сплавы, отличающиеся повышенной прочностью (марки МЛ12, МЛ15), а также жаропрочностью (марки МЛ 10, МЛ11).

Плавка магниевых сплавов ведется в тигельных и отражательных газовых печах, а также электрических индукционных тигельных печах промышленной частоты. Для повышения стойкости против коррозии магниевый сплав МЛ5 обрабатывают в жидком состоянии кальцием и гексахлорэтаном; для повышения прочности при повышенных температурах в магниевые сплавы вводят небольшие количества циркония, тория и других металлов. С той же целью магниевые сплавы подвергают термической обработке, включающей закалку с последующим старением. Для освобождения от газов магниевые сплавы подвергают дегазации.

Производство отливок из цветных металлов и сплавов.

§ 1. Цветные сплавы применяемые для литья.

Для производства отливок применяют тяжёлые сплавы на медной основе и легкие на алюминиевой и магниевой основах.

Медные сплавы применяют для отливок, которые должны обладать некоторыми специальными свойствами: износоустойчивостью, стойкостью в атмосфере, кислотах, щелочах, пресной или морской воде при достаточно высоких механических показателях.

Чистая медь имеет плохие литейные свойства, поэтому чаще применяют её сплавы: латуни и бронзы.

Латуни – это сплавы меди с цинком. Они бывают простые и специальные. В простых латунях до 45% цинка и для отливок они применяются редко. Наиболее широко применяются специальные латуни, которые получаются добавкой к простым латуням Sn, Al, Ni, Mn, Fe, Pb, что придаёт латуням повышенную прочность, твёрдость, обрабатываемость резанием и хорошие литейные свойства.

Кроме латуней, применяются также бронзы. Они разделяются на две группы: оловянистые и специальные или безоловянистые. Т. к. олово является дефицитным и дорогостоящим металлом на практике применяют много марок бронз, в которых олово частично или полностью заменено другими элементами: Zn, Pb, Fe, Ni, Si и др.

Оловянистые бронзы обладают повышенной износоустойчивостью и коррозионной стойкостью, из них изготавливают корпуса насосов, подшипники, зубчатые колёса, втулки.

Из безоловянистых бронз наибольшее применение находят алюминиевые и кремнистые бронзы.

Алюминиевая бронза по сравнению с оловянистой, имеет большую прочность, сопротивление износу и стойкость против коррозии, достаточно хорошую жидкотекучесть. Однако ей свойственны повышенная усадка (до 3%) и склонность к поглощению газов в жидком состоянии.

Из алюминиевой бронзы отливают детали для химической промышленности, судостроения, ручных насосов.

Кремнистая бронза содержащая до 3% Si обладает хорошими литейными свойствами и высокой пластичностью. Добавка Mn повышает коррозионную стойкость, а Pb – антифрикционные свойства.

Маркировка медных сплавов.

Сплавы обозначают начальной буквой: Л – латунь, Бр – бронза. После чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав.

О – олово, Ц – цинк, Мц – марганец, Ж – железо, Ф – фосфор, Б – бериллий, Х – хром, С – свинец, А – алюминий, К – кремний, Н – никель. Цифры , следующие после букв, показывают количество легирующих элементов в %.

Простые латуни маркируют: Л60; Л63; Л70; Л80; Л90; Л96, где цифра указывает количество меди, а остальное цинк.

Оловянистые бронзы: БрОФ6,5-0,4 – 6,5 олова и 0,4 фосфора, остальное медь, БрОЦС6-6-3 – 6% олова, 6% цинка, 3% свинца остальное медь.

Безоловянистые бронзы: БрАЖС-7-1,5-1,5 – 7% алюминия, 1,5% железа, 1,5%свинца остальное медь.

К литейным оловянистыим бронзам относят: БрО10; БрОФ10-1; БрОЦ10-2; БрОСЦ5-5-5; БрОСЦ6-6-3; БрОЖ10-3-1,5.

Кремнистая бронза БрКМц3-1.

Чистый алюминий также очень редко применяется для литья, т. к. имеет низкие литейные свойства. На практике чаще используют лёгкие сплавы на основе Al и Mg (силумины). Сплавы Al с Si с содержанием 6…13% Si отличаются высокими литейными свойствами, хорошей жидкотекучестью. Из них отливают тонкостенные изделия очень сложной конфигурации. Усадка силуминов около 1%.

В авиационной промышленности широко применяют сплавы магния. Из этих сплавов делают детали самолётов, радиоаппаратуры. Их литейная усадка 1,2…1,4%.

§ 2. Особенности изготовления форм для цветных сплавов.

Медные сплавы отличаются значительной усадкой, сравнительно легко окисляются с образованием на поверхности плёнки окислов при высоких температурах, а бронзы имеют большую склонность к ликвации. Поэтому должно быть обеспечено плавное заполнение формы. При литье деталей из медных сплавов, часто в форме располагают большое количество отливок, соединенных питателями с одним стояком. Для алюминиевой бронзы подводят металл в нижнюю часть отливки с учётом сильной окисляемости и увеличенной усадки этого сплава.

Для улучшения питания на отливке устанавливают массивные прибыли и питающие выпоры, подвод металла осуществляют в массивную часть отливки.

Из алюминиевых сплавов получают отливки простой и сложной формы со стенками толщиной от 2,5 мм и выше.

Применяют литниковые системы с сифонным подводом металла, а также через вертикальные щелевидные литники и сверху через коллектор. Внизу стояка обычно устанавливают фильтровальные сетки, которые задерживают шлак и пленки Al₂O₃ . Питатели соединяются с полостью формы. Выпоры устанавливают массивные, чтобы не только способствовали удалению газов, но и служили прибылью для отливки. Суммарный вес выпоров нередко составляет 50% и более веса детали, а вместе с литниковой системой более 100%.

При литье магниевых сплавов металл подводят к отливке одновременно в большом количестве мест, что обеспечивает равномерность заполнения формы и охлаждения отливки.

Для предотвращения магниевого сплава от загорания во время заливки форм струю металла опыливают серным порошком. Сера образует пары и сернистый газ, которые предохраняют металл от соприкосновения с воздухом.

§ 3. Плавка цветных металлов.

В качестве шихтовых материалов для изготовления фасонного литья из цветных сплавов применяют не только чистые металлы, но и вторичные. Cu, Ni, Zn, Al, Mg, Pb поступают в литейные цехи в виде слитков различной формы.

Вторичные металлы представляют собой отходы литейных цехов и др. производств. Во вторичных металлах не допускается наличие вредных примесей – Sb, As, Si а также окислов Fe, Al.

В качестве флюсов используют хлористые и фтористые соли, которые не только ошлаковывают примеси неметаллических включений, но и предохраняют сплав в процессе плавки от насыщения газами и окисления.

Плавильными агрегатами для плавки цветных сплавов являются тигельные и пламенные печи, стационарные и поворотные электрические и газовые тигли, электропечи сопротивления, электрические дуговые и индукционные печи.

Физические свойства и назначение цветных металлов. Медь и ее сплавы. Литейные качества бронзы. Упрочняемые термической обработкой алюминиевые соединения. Состав, и применение цинковых образований в результате кристаллизации. Повышение прочности у магния.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	18.08.2014
Размер файла	21,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Северо-Казахстанский государственный университет имени М. Козыбаева

на тему: Цветные металлы и сплавы

г. Петропавловск 2011г.

Введение

Цветная металлургия - отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на благородные, тяжелые, легкие и редкие.

К благородным металлам относят металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий, серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Их используют в виде сплавов в электротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и т.д.

К тяжелым относят металлы с большой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т.д. Тяжелые металлы применяют главным образом как легирующие элементы, а такие металлы, как медь, свинец, цинк, отчасти кобальт, используются и в чистом виде.

К легким металлам относятся металлы с плотностью менее 5 грамм на кубический сантиметр: литий, калий, натрий, алюминий и т.д. Их применяют в качестве раскислителей металлов и сплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т.д.

К редким металлам относят металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д. сплав прочность алюминий медь

К группе широко применяемых цветных металлов относятся алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.

Цветные металлы обладают целым рядом весьма ценных свойств. Например, высокой теплопроводностью (алюминий, медь), очень малой плотностью (алюминий, магний), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий).

По технологии изготовления заготовок и изделий цветные сплавы делятся на деформируемые и литые (иногда спеченые).

На основании этого деления различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

1. Медь и ее сплавы

Медь - металл красного, в изломе розового цвета. Медь относится к металлам, известным с глубокой древности.

Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Позволяет использовать ее в качестве кровельного материала ответственных зданий.

Температура плавления меди 1083°С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8,94 г/см3 . Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохо резанием.

Литейные свойства низкие из-за большой усадки.

На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность.

Стоимость чистой меди постоянно повышается, а мировые запасы медной руды, по различным оценкам, истощатся в ближайшие 10-30 лет.

Медь маркируют буквой М, после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00 - 99,99% меди, М4 - 99% меди.

Сплавы меди

В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.

Латуни - сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца. Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием - сплавами, обрабатываемыми давлением.

Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.

Латуни, применяются в основном для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой, т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуни изготавливаются гильзы различных боеприпасов.

В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.

Простые латуни содержат только Cu и Zn.

Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов (Л.Э.), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.

Al, Mn, Ni повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью.

Бронзы

Бронзы - это сплавы меди с оловом (4-33% Sn), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой, фосфором и другими элементами.

Бронзы - это всякий медный сплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционность (от анти- и лат. frictio- трение). Бронзы отличаются высокой коррозионной устойчивостью и антифрикционными свойствами. Из них изготавливают вкладыши подшипников скольжения, венцы червячных зубчатых колес и другие детали.

Высокие литейные свойства некоторых бронз позволяют использовать их для изготовления художественных изделий, памятников, колоколов.

По химическому составу делятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).

Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова.

Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим механическим, антикоррозионным и технологическим свойствам:

Алюминиевые бронзы - 5-11% алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства, чем у оловянных бронз, но литейные свойства - ниже. Для повышения механических и антикоррозионных свойств вводят железо, марганец, никель (например, БрАЖ9-4). Из этих бронз изготовляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.

Кремнистые бронзы - 3-4% кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствам приближаются к сталям.

Свинцовистые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элемента в процентах.

2. Алюминий и его сплавы

Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 650°С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку. Алюминий обладает электрической проводимостью, составляющей 65% электрической проводимости меди. Алюминий занимает 3 место по распространению в земной коре после кислорода и кремния. Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки. Наиболее важной особенностью алюминия является низкая плотность - 2,7г/см3 против 7,8г/см3 для железа и 8,94г/см3 для меди. Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.

Маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999 - содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты - А99, А95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий - А85, А8, А7 и др.

Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и химической промышленности. Алюминий не стоек в кислой и щелочной среде, поэтому алюминиевая посуда не используется для маринадов, солений, кисломолочных продуктов. Применяется в качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости. В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности - 50 МПа.

Деформируемые алюминиевые сплавы

В зависимости от возможности термического упрочнения деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К сплавам, неупрочняемым т/о относятся сплавы Al c Mn (АМц1), и сплавы Al c Mg (AМг 2, АМг3). Цифра - условный номер марки.

Эти сплавы хорошо свариваются, обладают высокими пластическими свойствами и коррозионной стойкостью, но невысокой прочностью, Упрочняются эти сплавы нагартовкой. Сплавы данной группы нашли применение в качестве листового материала, используемого для изготовления сложных по форме изделий, получаемых холодной и горячей штамповкой и прокаткой. Изделия, получаемые глубокой вытяжкой, заклепки, рамы и т.д.

Сплавы, упрочняемые т/о, широко применяются в машиностроении, особенно в самолетостроении, т.к. обладают малым удельным весом при достаточно высоких механических свойствах. К ним относятся:

Дуралюмины - основные легирующие компоненты - медь и магний:

Д1 - лопасти воздушных винтов, Д16 - обшивки, шпангоуты, лонжероны самолетов, Д17 - основной заклепочный сплав.

Высокопрочные сплавы - В95, В96 наряду с медью и магнием содержат еще значительное количество цинка. Применяют для высоконагруженных конструкций.

Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости - АВ, АД31, АД33. Лопасти вертолетов, штампованные и кованые детали сложной конфигурации.

Литейные алюминиевые сплавы

Наиболее широко распространены сплавы системы Al-Si- силумины.

Силумин имеет сочетание высоких литейных и механических свойств, малый удельный вес. Типичный силумин сплав АЛ2 (АК12) содержит 10-13% Si, Подвергается закалке и старению (АК7 (АЛ9), АК9 (АЛ4).

3. Цинк и его сплавы

Цинк - вязкий металл голубовато-серого цвета. Металл с небольшой температурой плавления (419 градусов С) и высокой плотностью (7,1 г/см3). Прочность цинка низкая (150 МПа) при высокой пластичности.

Цинк применяют для горячего и гальванического оцинкования стальных листов, в полиграфической промышленности, для изготовления гальванических элементов. Его используют как добавку в сплавы, в первую очередь в сплавы меди (латуни и т.д.), и как основу для цинковых сплавов, а также как типографский металл.

В зависимости от чистоты цинк делится на марки ЦВ00 (99,997% Zn), ЦВ0 (99,995% Zn), ЦВ (99,99% Zn), Ц0А (99,98% Zn), Ц0 (99,975% Zn), Ц1 (99,95% Zn), Ц2 (98,7% Zn), ЦЗ (97,5% Zn).

Цинковые сплавы широко применяются в машиностроении и разделяются на сплавы для литья под давлением, в кокиль, для центробежного литья и на антифрикционные сплавы. Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий, медь и магний. Отливки из цинковых сплавов легко полируются и воспринимают гальванические покрытия.

Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

– ЦА4 содержит 3.9-4.3%Al, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление 250-300 МПа, пластичность 3-6%, твердость 70-90HB). Применяется при литье под давлением деталей, к которым предъявляются требования стабильности размеров и механических свойств.

– ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4%Al, 4,0-5,5% Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 0,4%, твердость - не менее 100HB. Из сплава изготавливают подшипники и втулки металлообрабатывающих станков, прессов, работающих под давлением до 200-10000 Па.

– ЦАМ9-1.5 содержит 9,0-11,0%Al, 1,0-2,0%Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 1%, твердость не менее 90HB. Сплав применяют для изготовления разных узлов трения и подшипников подвижного состава.

4. Магний и его сплавы

Магний - металл серебристо-белого цвета. Температура плавления магния 650°С. Кристаллическая решетка гексагональная. Отличается низкой плотностью (1,74 г/см3), хорошей обрабатываемостью резанием, способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90% Mg), магний высокой чистоты (99,9999% Mg).

Магний химически активный металл, легко окисляется на воздухе. Чистый магний из-за низких механических свойств (временное сопротивление 100-190 МПа, относительное удлинение 6-17%, твердость 30-40НВ) как конструкционный материал практически не применяют. Его используют в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений, в металлургии различных металлов и сплавов как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

Сплавы на основе магния

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности магниевых сплавов достигает 250-400 МПа при плотности менее 2 грамм на кубический сантиметр. Сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прокатываются и прессуются. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), хорошо шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде защитных газов.

К недостаткам магниевых сплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении.

По механическим свойствам магниевые сплавы подразделяют на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные, по склонности к упрочнению с помощью термической обработки - на упрочняемые и неупрочняемые.

Деформируемые магниевые сплавы. В сплавах МА1 и МА8 основным легирующим элементом является марганец. Термической обработкой эти сплавы не упрочняются, обладают хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. Сплавы МА2-1 и МА5 относятся к системе Mg-Al-Zn-Mn. Алюминий и цинк повышают прочность сплавов, придают хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготовлять из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолета). Сплавы системы Mg-Zn, дополнительно легированные цирконием (МА14), кадмием, редкоземельными металлами (МА15, МА19 и др.) относят к высокопрочным магниевым сплавам. Их применяют для несвариваемых сильно нагруженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, автомобилей, ткацких станков и др.).

Литейные магниевые сплавы. Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn (МЛ5, МЛ6). Они широко применяются в самолетостроении (корпуса приборов, насосов, коробок передач, фонари и двери кабин и т.д.), ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы), конструкциях автомобилей, особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), в приборостроении (корпуса и детали приборов). Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов магниевые сплавы используют в атомной технике, а благодаря высокой демпфирующей способности - при производстве кожухов для электронной аппаратуры.

Более высокими технологическими и механическими свойствами обладают сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10). Данные сплавы применяют для нагруженных деталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).

Магниевые сплавы подвергаются следующим видам термической обработки: Т1 - старение, Т2 - отжиг, Т4 - гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 - гомогенизация, закалка на воздухе и старение, Т61 - гомогенизация, закалка в воду и старение.

Список использованных источников

1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1981. - 416 с.

2. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. // 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.

3. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

4. Материалы будущего: Пер. с нем./ Под ред. А. Неймана. - Л.: Химия, 1985. - 240 с.

5. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. - М.: Металлургия, 1985. - 240с.

Подобные документы

Эксплуатационные свойства металлов. Классификация металлических материалов. Черные и цветные металлы, их сплавы. Стали для режущих и измерительных инструментов. Стали и сплавы со специальными свойствами. Сплавы алюминия и меди. Сплавы с "эффектом памяти".

курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.03.2013

Достоинства алюминия и его сплавов. Малый удельный вес как основное свойство алюминия. Сплавы, упрочняемые термической обработкой. Сплавы для ковки и штамповки. Литейные алюминиевые сплавы. Получение алюминия. Физико-химические основы процесса Байера.

курсовая работа [2,7 M], добавлен 05.03.2015

Характеристики физико-механических свойств меди. "Водородная болезнь" меди. Полигонизация, повышение электропроводности. Структура и свойства латуней. Деформируемые и литейные оловянные бронзы. Двойные и дополнительно легированные алюминиевые бронзы.

лекция [138,9 K], добавлен 29.09.2013

Цветная металлургия как наиболее конкурентоспособная отрасль промышленности России, инвестиционная политика. Цветные металлы и сплавы: медь, алюминий, цинк, магний; их технологические и механические свойства, применение в промышленности и строительстве.

реферат [28,2 K], добавлен 05.12.2010

Железоуглеродистые сплавы, физические и химические свойства, строение, полиморфные превращения; производство чугуна и доменный процесс. Термическая обработка стали: отжиг, отпуск, закалка. Медь и её сплавы, область применения, оксиды и гидрооксиды.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.10.2009

Сущность пластической деформации металлов и влияние на неё химического состава, структуры, температуры нагрева, скорости и степени деформации. Определение легированных сталей, их состав. Литейные сплавы на основе алюминия: их маркировка и свойства.

контрольная работа [38,4 K], добавлен 19.11.2010

Алюминий и его сплавы. Характеристика и классификация алюминиевых сплавов. Деформируемые, литейные и специальные алюминиевые сплавы. Литые композиционные материалы на основе алюминиевого сплава для машиностроения. Состав промышленных дюралюминов.

Читайте также: