Сплавы меди и алюминия припой и твердые сплавы конспект

Обновлено: 05.07.2024

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению сплавов чёрных и цветных металлов, роли легирующих добавок, зависимости свойств сплавов от состава.

Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.

Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.

Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.

Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.

Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.

Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.

Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.

Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.

Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.

Сплав - материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.

Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.

Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.

Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.

Цементит – карбид железа Fe₃C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.

Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.

Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Сплавы металлов и их классификация

Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.

В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.

Чёрные металлы и сплавы на их основе

В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.

Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).

В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.

Легирующие добавки

Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.

Легированные стали

В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.

Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.

Цветные металлы и сплавы на их основе

К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет массовой доли металла в сплаве

Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:

Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.

Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.

Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:

65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;

х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.

65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.

Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:

ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).

2. Расчёт массы легирующей добавки

Условие задачи: Для придания стали противокоррозионных свойств в сплав добавляют хром. Сталь марки С1 должна содержать 12% хрома, 1% кремния, 1,5% марганца и 0,2% углерода. Сколько хрома необходимо добавить к железному лому (посторонними примесями пренебрегаем) массой 500 кг, чтобы получить нержавеющую сталь требуемой марки? Ответ записать в килограммах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массовую долю железа в стали марки С1:

Для этого от 100% отнимем массовые доли остальных элементов:

100 – 12 – 1 – 1,5 – 0,2 = 85,3 (%).

Шаг второй: найдём массу одного процента сплава.

Для этого массу железного лома разделим на массовую долю железа:

500 : 85,3 = 5,9 (кг).

Шаг третий: найдём необходимую массу хрома. Для этого массу одного процента сплава умножим на массовую долю хрома в сплаве:

ЛЕКЦИЯ № 11. Сплавы цветных металлов

1. Цветные металлы и сплавы, их свойства и назначение

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами.

Сплавы на магниевой основе отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо обрабатываются резанием. Они нашли широкое применение в машиностроении и в частности в авиастроении.

Техническая медь, содержащая не более 0,1 % примесей, применяется для различных видов проводников тока.

Медные сплавы по химическому составу классифицируются на латуни и бронзы. В свою очередь латуни по химическому составу подразделяются на простые, легированные только цинком, и специальные, которые, помимо цинка, содержат в качестве легирующих элементов свинец, олово, никель, марганец.

Бронзы также подразделяются на оловянные и безоловянные. Безоловянные бронзы имеют высокую прочность, хорошие антикоррозионные и антифрикционные свойства.

В металлургии широко используется магний, с помощью которого осуществляют раскисление и обессеривание неко

торых металлов и сплавов, модифицируют серый чугун с целью получения графита шаровидной формы, производят трудно восстанавливаемые металлы (например, титан), смеси порошка магния с окислителями служат для изготовления осветительных и зажигательных ракет в реактивной технике и пиротехнике. Свойства магния значительно улучшаются за счет легирования. Алюминий и цинк с массовой долей до 7 % повышают его механические свойства, марганец улучшает его сопротивление коррозии и свариваемость, цирконий, введенный в сплав вместе с цинком, измельчает зерно (в структуре сплава), повышает механические свойства и сопротивление коррозии.

Из магниевых сплавов изготавливают фасонные отливки, а также полуфабрикаты – листы, плиты, прутки, профили, трубы, проволоки. Промышленный магний получают электролитическим способом из магнезита, доломита, карналлита, морской воды и отходов различного производства по схеме получение чистых безводных солей магния, электролиз этих солей в расплавленном состоянии и рафинирование магния В природе мощные скопления образуют карбонаты магния – магнезит и доломит, а также карналлиты.

В пищевой промышленности широко применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов – для обертки кондитерских и молочных изделий, а также в больших количествах используется алюминиевая посуда (пищеварочные котлы, поддоны, ванны и т. д.).

2. Медные сплавы

Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. В настоящее время медь широко используется в электромашиностроении, при строительстве линий электропередач, для изготовления оборудования телеграфной и телефонной связи, радио—и телевизионной аппаратуры. Из меди изготовляют провода, кабели, шины и другие токопроводящие изделия. Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, прочностью вязкостью и коррозионной стойкостью. Физические свойства ее обусловлены структурой. Она имеет кубическую гра—нецентрированную пространственную решетку. Ее температура плавления – +1083 °C, кипения – +2360 °C. Средний предел прочности зависит от вида обработки и составляет от 220 до 420 МПа (22–45 кгс/мм 2 ), относительное удлинение – 4—60 %, твердость – 35—130 НВ, плотность – 8,94 г/см 3 . Обладая замечательными свойствами, медь в то же время как конструкционный материал не удовлетворяет требованиям машиностроения, поэтому ее легируют, т. е. вводят в сплавы такие металлы, как цинк, олово, алюминий, никель и другие, за счет чего улучшаются ее механические и технологические свойства. В чистом виде медь применяется ограниченно, более широко – ее сплавы. По химическому составу медные сплавы подразделяют на латуни, бронзы и медноникелевые, по технологическому назначению – на деформируемые, используемые для производства полуфабрикатов (проволоки, листа, полос, профиля), и литейные, применяемые для литья деталей.

Латуни – сплавы меди с цинком и другими компонентами. Латуни, содержащие, кроме цинка, другие легирующие элементы, называются сложными, или специальными, и именуются по вводимым, кроме цинка, легирующим компонентам. Например: томпак Л90 – это латунь, содержащая 90 % меди, остальное – цинк; латунь алюминиевая ЛА77–2 – 77 % меди, 2 % алюминия, остальное – цинк и т. д. По сравнению с медью латуни обладают большой прочностью, коррозионной стойкостью и упругостью. Они обрабатываются литьем, давлением и резанием. Из них изготовляют полуфабрикаты (листы, ленты, полосы, трубы конденсаторов и теплообменников, проволоку, штамповки, запорную арматуру – краны, вентили, медали и значки, художественные изделия, музыкальные инструменты, сильфоны, подшипники).

Бронзы – сплавы на основе меди, в которых в качестве добавок используются олово, алюминий, бериллий, кремний, свинец, хром и другие элементы. Бронзы подразделяются на безоловянные (БрА9Мц2Л и др.), оловянные (БрО3ц12С5 и др.), алюминиевые (БрА5, БрА7 и др.), кремниевые (БрКН1–3, БрКМц3–1), марганцевые (БрМц5), бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ1,7 и др.). Бронзы используются для производства запорной арматуры (краны, вентили), различных деталей, работающих в воде, масле, паре, слабоагрессивных средах, морской воде.

3. Алюминиевые сплавы

По распространенности в природе алюминий занимает третье место после кислорода и кремния и первое место среди металлов. По использованию в технике он занимает второе место после железа. В свободном виде алюминий не встречается, его получают из минералов – бокситов, нефелинов и алунитов, при этом сначала производят глинозем, а затем из глинозема путем электролиза получают алюминий. Механические свойства алюминия невысоки: сопротивление на разрыв – 50–90 МПа (5–9 кгс/мм 2 ), относительное удлинение – 25–45 %, твердость – 13–28 НВ.

Алюминий хорошо сваривается, однако трудно обрабатывается резанием, имеет большую линейную усадку – 1,8 % В чистом виде алюминий применяется редко, в основном широко используются его сплавы с медью, магнием, кремнием, железом и т. д. Алюминий и его сплавы необходимы для авиа—и машиностроения, линий электропередач, подвижного состава метро и железных дорог.

Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые. Литейные сплавы алюминия выпускаются в чушках – рафинированные и нерафинированные.

СИЛ–0, СИЛ–1 и СИЛ–2. Кроме алюминия (основа) и кремния (10–13 %), в этот сплав входят: железо – 0,2–0,7 %, марганец – 0,05—0,5 %, кальций – 0,7–0,2 %, титан – 0,05—0,2 %, медь – 0,03 % и цинк – 0,08 %. Из силуминов изготовляют различные детали для автомобилей, тракторов, пассажирских вагонов. Алюминиевые деформируемые сплавы в чушках, предназначенные для обработки давлением и для подшик—товки при получении других алюминиевых сплавов, нормируются определенными стандартами. Сплавы для обработки давлением состоят из алюминия (основа), легирующих элементов (медь – 5 %, магний – 0,1–2,8 %, марганец – 0,1–0,7 %, кремний – 0,8–2,2 %, цинк – 2–6,5 % и небольшого количества других примесей). Марки этих сплавов: ВД1, АВД1, АВД1–1, АКМ, из алюминиевых сплавов изготавливают полуфабрикаты – листы, ленты, полосы, плиты, слитки, слябы.

Кроме того, цветная металлургия производит алюминиевые антифрикционные сплавы, применяемые для изготовления монометаллических и биметаллических подшипников методом литья. В зависимости от химического состава стандартом предусмотрены следующие марки этих сплавов: АО3–7, АО9–2, АО6–1, АО9–1, АО20–1, АМСТ. Стандартом также определены условия работы изделий, изготовленных из этих сплавов: нагрузка от 19,5 до 39,2 МН/м2 (200–400 кгс/см 2 ), температура от 100 до 120 °C, твердость – от 200 до 320 НВ.

4. Титановые сплавы

Титан – металл серебристо—белого цвета. Это один из наиболее распространенных в природе элементов. Среди других элементов по распространенности в земной коре (0,61 %) он занимает десятое место. Титан легок (плотность его 4,5 г/см 3 ), тугоплавок (температура плавления 1665 °C), весьма прочен и пластичен. На поверхности его образуется стойкая окисная пленка, за счет которой он хорошо сопротивляется коррозии в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах. При температурах до 882 °C он имеет гексагональную плотно упакованную решетку, при более высоких температурах – объемно—центрированный куб. Механические свойства листового титана зависят от химического состава и способа термической обработки. Предел прочности его – 300—1200 МПа (30—120 КГС/мм 2 ), относительное удлинение – 4—10 %. Вредными примесями титана являются азот, углерод, кислород и водород. Они снижают его пластичность и свариваемость, повышают твердость и прочность, ухудшают сопротивление коррозии.

При температуре свыше 500 °C титан и его сплавы легко окисляются, поглощая водород, который вызывает охрупчи—вание (водородная хрупкость). При нагревании выше 800 °C титан энергично поглощает кислород, азот и водород, эта его способность используется в металлургии для раскисления стали. Он служит легирующим элементом для других цветных металлов и для стали.

Благодаря своим замечательным свойствам титан и его сплавы нашли широкое применение в авиа-, ракето—и судостроении. Из титана и его сплавов изготовляют полуфабрикаты: листы, трубы, прутки и проволоку. Основными промышленными материалами для получения титана являются ильменит, рутил, перовскит и сфен (титанит). Технология получения титана сложна, трудоемка и длительна: сначала вырабатывают титановую губку, а затем путем переплавки в вакуумных печах из нее производят ковкий титан.

5. Цинковые сплавы

Сплав цинка с медью – латунь – был известен еще древним грекам и египтянам. Но выплавка цинка в промышленных масштабах началась лишь в XVII в.

Цинк – металл светло—серо—голубоватого цвета, хрупкий при комнатной температуре и при 200 °C, при нагревании до 100–150 °C становится пластичным.

В соответствии со стандартом цинк изготовляется и поставляется в виде чушек и блоков массой до 25 кг. Стандарт устанавливает также марки цинка и области их применения: ЦВ00 (содержание цинка – 99,997 %) – для научных целей, получения химических реактивов, изготовления изделий для электротехнической промышленности; ЦВО (цинка – 99,995 %) – для полиграфической и автомобильной промышленности; ЦВ1, ЦВ (цинка – 99,99 %) – для производства отливок под давлением, предназначенных для изготовления деталей особо ответственного назначения, для получения окиси цинка, цинкового порошка и чистых реактивов; ЦОА (цинка 99,98 %), ЦО (цинка 99,975 %) – для изготовления цинковых листов, цинковых сплавов, обрабатываемых давлением, белил, лигатуры, для горячего и гальванического цинкования; Ц1С, Ц1, Ц2С, Ц2, Ц3С, Ц3 – для различных целей.

В промышленности широко применяются цинковые сплавы: латуни, цинковые бронзы, сплавы для покрытия различных стальных изделий, изготовления гальванических элементов, типографские и др. Цинковые сплавы в чушках для литья нормируются стандартом. Эти сплавы используются в автомобиле—и приборостроении, а также в других отраслях промышленности. Стандартом установлены марки сплавов, их химический состав, определены изготовляемые из них изделия:

1) ЦАМ4–10 – особо ответственные детали;

2) ЦАМ4–1 – ответственные детали;

3) ЦАМ4–1В – неответственные детали;

4) ЦА4О – ответственные детали с устойчивыми размерами;

5) ЦА4 – неответственные детали с устойчивым размерами.

Цинковые антифрикционные сплавы, предназначенные для производства монометаллических и биметаллических изделий, а также полуфабрикатов, методами литья и обработки давлением нормируются стандартом. Механические свойства сплавов зависят от их химического состава: предел прочности ?_В = 250–350 МПа (25–35 КГС/мм 2 ), относительное удлинение ? = 0,4—10 %, твердость – 85—100 НВ. Стандарт устанавливает марки этих сплавов, области их применения и условия работы: ЦАМ9–1,5Л – отливка монометаллических вкладышей, втулок и ползунов; допустимые: нагрузка – 10 МПа (100 кгс/см 2 ), скорость скольжения – 8 м/с, температура 80 °C; если биметаллические детали получают методом литья при наличии металлического каркаса, то нагрузка, скорость скольжения и температура могут быть увеличены до 20 МПа (200 КГС/см 2 ), 10 м/с и 100 °C соответственно: ЦАМ9–1,5 – получение биметаллической ленты (сплав цинка со сталью и дюралюминием) методом прокатки, лента предназначена для изготовления вкладышей путем штамповки; допустимые: нагрузка – до 25 МПА (250 кгс/см 2 ), скорость скольжения – до 15 м/с, температура 100 °C; АМ10–5Л – отливка подшипников и втулок, допустимые: нагрузка – 10 МПа (100 КГС/см 2 ), скорость скольжения – 8 м/с, температура 80 °C.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Припои являются важнейшими компонентами формирования паяных соединений. Пайку осуществляют с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла или металлов, из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твердого металла происходят различные физико-химические процессы.

Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя проникают в основной металл, основной металл растворяется в припое. В результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Выбирают припой с учетом физико-механических свойств соединяемых металлов (по температуре плавления), требуемой механической прочности спая, его коррозионной стойкости и стоимости.

Классификация припоев.

Припои принято делить на 2 группы:

Мягкие с температурой плавления до 300 0 С;

Твердые с температурой плавления свыше 300 0 С;

К мягким припоям относят оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 до 90%, остальное свинец. Плавление этих припоев начинается с температуры 183 0 С. По существующим стандартам обозначение припоев начинается с буквы П (припой), затем указывается химический символ элементов припоя.

Например: ПОС-15; ПОС-25; ПОС -40; ПОС-61; все марки содержат олово и свинец, цифра указывает содержание олова, остальное свинец.

Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:

● сурьмянистые припои (ПОСС _у ), применяемые при пайке оцинкованных и цинкованных изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения;

● оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК), применяются для пайки деталей, чувствительных к перегреву;

● оловянно-цинковые (ОЦ) –для пайки алюминия;

● бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы;

К твердым припоям относят медно-цинковые и серебряные с различными добавками:

Температура

плавления, 0 С

Плотность, г/см 3

серебряный ПС _р -15

Ag -15%; остальное Cu и Zn

серебряный ПС _р -45

Ag -45%; остальное Cu и Zn

Cu-45 -52 % ; Fe -1-3%;

Серебряные припои имеют температуру плавления от 183 до 1133 0 С и представляют собой сплавы серебро-свинец-олово; серебро-медь; серебро-медь-цинк-кадмий; Серебряные припои нашли широкое применение:

-пайка меди, никеля, латуней и бронз;

-пайка стали с медью, никелем и медно-никелевыми сплавами;

-пайка меди и никеля со стеклоэмалью и керамикой;

-пайка меди с бронзой;

-пайка цветных металлов и сталей;

Технология пайки

Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного металла (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал соединяемых деталей.

Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.

Прочность соединения во многом зависит от смачиваемости припоем соединяемых поверхностей. При пайке металлов качество смачивания обычно зависит от чистоты поверхности — на ней не должно быть окислов металлов или органических жиров и масел. Для удаления загрязнений, понижения поверхностного натяжения и улучшения растекания припоя применяют флюсы или ультразвуковые методы активации поверхности. При пайке неметаллических поверхностей (керамики, стекла) или легкоплавкими припоями химические флюсы не помогают смачиванию, поэтому применяют ультразвуковую активацию поверхности. Флюсы применяют для удаления окисной плёнки с поверхности припоя и паяемого материала и предотвращения её образования в процессе получения паяного соединения. Часто используют флюсы на основе канифоли. При t=125 0 С канифоль переходит в жидкое состояние, а при 300 0 С разлагается и обугливается, что приводит к потере флюсующих свойств.

Цель урока: организовать работу по усвоению знаний учащимися понятий черные и цветные металлы, сплавы и их применение.

Задачи: Образовательная. Обобщить и углубить знания учащихся о сплавах металлов и их свойствах. Показать отличия между металлами и сплавами металлов. Рассмотреть классификацию сплавов по различным признакам. Рассмотреть особенности строения, свойств и применения черных сплавов. Отработать умение решения задач.

Развивающая. Развивать у школьников умение выделять главное в изучаемом материале, сравнивать, обобщать, делать выводы, составлять схемы.

Воспитательная. Содействовать в ходе урока формированию мировоззренческой идеи причинно-следственной зависимости состава, строения и свойств металлов.

Тип урока: урок-изучение нового материала.

Ход урока.

Оргмомент. Открываем тетради, записываем число и тему урока

Сегодня нам предстоит вспомнить и расширить знания о металлах и сплавах, их классификации, о свойствах черных сплавов, их получении и применении. Но, прежде чем, перейти к её изучению, вспомним основные свойства металлов как простых веществ.

Актуализация знаний. Фронтальный опрос:

- Где в периодической системе расположены металлы?
- Как изменяются металлические свойства в периоде и группе?
- В чем особенность строения атомов металлов и их кристаллических решеток?
- Какие металлы притягиваются магнитом?
- Перечислите общие физические свойства металлов.
- Какие существуют различия в физических свойствах металлов?
Цель урока: организовать работу по усвоению знаний учащимися понятий черные и цветные металлы, сплавы и их применение.

Задачи: Образовательная. Обобщить и углубить знания учащихся о сплавах металлов и их свойствах. Показать отличия между металлами и сплавами металлов. Рассмотреть классификацию сплавов по различным признакам. Рассмотреть особенности строения, свойств и применения черных сплавов. Отработать умение решения задач.

Развивающая. Развивать у школьников умение выделять главное в изучаемом материале, сравнивать, обобщать, делать выводы, составлять схемы.

Воспитательная. Содействовать в ходе урока формированию мировоззренческой идеи причинно-следственной зависимости состава, строения и свойств металлов.

Тип урока: урок-изучение нового материала.

Оргмомент. Открываем тетради, записываем число и тему урока

Сегодня нам предстоит вспомнить и расширить знания о металлах и сплавах, их классификации, о свойствах черных сплавов, их получении и применении. Но, прежде чем, перейти к её изучению, вспомним основные свойства металлов как простых веществ.

Актуализация знаний. Фронтальный опрос:

Где в периодической системе расположены металлы?

Как изменяются металлические свойства в периоде и группе?

В чем особенность строения атомов металлов и их кристаллических решеток?

Какие металлы притягиваются магнитом?

Перечислите общие физические свойства металлов.

Какие существуют различия в физических свойствах металлов?

Изучение нового материала. Металлы и сплавы.

Теперь, когда мы познакомились со свойствами важнейших металлов главных и побочных подгрупп, можно вспомнить о сплавах. Чем различаются простые металлы и сплавы?

Простые металлы состоят из одного основного элемента и незначительного количества примесей других элементов. Например, технически чистая медь содержит от 0,1 до 1% примесей свинца, висмута, сурьмы, железа и других элементов.

Сплавы – это сложные металлы, представляющие сочетание какого-либо простого металла (основы сплава) с другими металлами или неметаллами. Например, латунь – сплав меди с цинком. Здесь основу сплава составляет медь.

Сравните физические свойства металлов и сплавов.

Высокая электропроводность, теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск, непрозрачность.

Таким образом, понятие сплавы можно сформулировать следующим образом (записываем в тетради):

Сплавы – это системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущими металлическому состоянию.

Классификация сплавов.

У сплавов есть как общие свойства, так и различные, поэтому их можно классифицировать по следующим признакам :

Классификация сплавов

По технологическим признакам – литейные (для изготовления деталей путем литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокату, прессованию и другим видам обработки)

По характеру металла, являющегося основой сплава,- черные (сталь, чугун), цветные (сплавы алюминия, меди и т.д.)

По структуре – гомогенные (однофазные) и гетерогенные (смеси), состоящие из нескольких фаз

По характерным свойствам – тугоплавкие, легкоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые

По числу компонентов - двойные, тройные и т.д.

Каждый тип классификации обсуждается с учащимися. Учащиеся приводят примеры сплавов с рассматриваемыми признаками. Схема во время обсуждения оформляется в тетради.

Черные металлы.

К черным металлам относятся железо и его сплавы (сталь и чугун). стр 112 таб 10

Они и получили наибольшее распространение в технике. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, сравнительной простотой технологии выплавки черных металлов, их высокой прочностью.

Основными металлическими материалами современной техники являются сплавы железа с углеродом. Сплавы делятся на стали и чугуны в зависимости от содержания углерода.

В чем отличие химического состава стали от чугуна?

В стали углерода содержится менее 2%, в чугуне – более 2%.

Чугун – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2%. Чугун более хрупок, чем сталь, он хуже сваривается, но обладает лучшими литейными свойствами. (Рассмотрим таблицу 16 на с. 116.)

Сталь – железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится до 2%. Стали присущи свойства, делающие её незаменимым материалом. Она обладает высокой прочностью и твердостью, хорошо сопротивляется ударным нагрузкам. Сталь можно ковать, прокатывать, легко обрабатывать на металлорежущих станках. Стальные изделия хорошо свариваются.

Углеродистые стали не всегда удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам современной техники. Применение углеродистых сталей для изготовления деталей, подвергающихся действию значительных нагрузок и работающих при больших скоростях, вызвало бы значительное увеличение размеров деталей. Кроме того, углеродистые стали обладают низкой коррозионной устойчивостью и стойкостью при повышенных температурах и т.д.

Значительно улучшает физико-механические и химические свойства сталей введение в их состав легирующих компонентов – элементов, придающих стали специальные свойства.

Легированные стали – стали, у которых наряду с обычными компонентами имеются также легирующие элементы.

В качестве легирующих компонентов применяются: хром, никель, вольфрам, ванадий, молибден, кобальт, титан, ниобий, алюминий, медь и т.д., а также кремний и марганец при повышенном содержании. Рассмотрим некоторые примеры

Хром - самый дешевый легирующий элемент. Он увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость, несколько уменьшает пластичность. При большом содержании хрома в стали она становится нержавеющей.

Никель придает стали высокую прочность и пластичность, повышает ударную вязкость, увеличивает прокаливаемость, устойчивость против коррозии. При большом содержании никеля сталь становится немагнитной.

Марганец придает стали твердость, механическую прочность, устойчивость против ударов и трений.

Титан повышает прочность и плотность стали, увеличивает жаростойкость и механическую прочность при высоких температурах, устойчивость против коррозии.

Вольфрам – дорогой и дефицитный металл. С углеродом стали он образует очень твердые соединения – карбиды, резко увеличивающие её твердость, жаропрочность, износоустойчивость.

Молибден повышает упругость, прочность, красностойкость, коррозионную стойкость и окалиностойкость стали.

Ванадий – тоже дорогой металл. Он увеличивает плотность стали, повышает прочность, твердость, упругость и устойчивость к металлам.

Кремний – повышает устойчивость к воздействию кислот.

Закрепление изученного материала.

Подведение итогов урока. Вернемся к теме урока и цели урока. Взаимооценка и самооценка работы уч-ся на уроке. Учащиеся оценивают свою работу на уроке по результатам теста и своим ответам. Учитель корректирует оценки и выставляет их в журнал.

Рефлексия. Где пригодятся полученные знания на уроке? Что было интересным, Что трудным? Чему научились?

В конспекте лекции рассматривается цветной металл - алюминий и сплавы на его основе.Приводятся химические и механические свойства алюминия, его маркировка и область применения.

Тема: Алюминий и его сплавы.

Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см 3 и температурой плавления 660 o С. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al₂O₃, предохраняет его от коррозии.

Механические свойства:

предел прочности 150 МПа,

относительное удлинение 50 %,

модуль упругости 7000 МПа.

Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность.

Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.

Алюминиевые сплавы.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов.

В начале указывается тип сплава:

Д – сплавы типа дюралюминов;

А – технический алюминий;

АК – ковкие алюминиевые сплавы;

В – высокопрочные сплавы;

АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава.

За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава:

М – мягкий (отожженный);

Т – термически обработанный (закалка плюс старение);

По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:

деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

Прочность алюминия можно повысить легированием. В сплавы, не упрочняемые термической обработкой, вводят марганец или магний. Атомы этих элементов существенно повышают его прочность, снижая пластичность. Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание (АМг3).

Магний действует только как упрочнитель, марганец упрочняет и повышает коррозионную стойкость.

Прочность сплавов повышается только в результате деформации в холодном состоянии. Чем больше степень деформации, тем значительнее растет прочность и снижается пластичность. В зависимости от степени упрочнения различают сплавы нагартованные и полунагартованные (АМг3П).

Эти сплавы применяют для изготовления различных сварных емкостей для горючего, азотной и других кислот, мало- и средненагруженных конструкций.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.

К таким сплавам относятся дюралюмины (сложные сплавы систем алюминий – медь – магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.

Дюралюмины обычно подвергаются закалке с температурой 500 o С и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через 4…5 суток.

Широкое применение дюралюмины находят в авиастроении, автомобилестроении, строительстве.

Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа. Основной потребитель – авиастроение (обшивка, стрингеры, лонжероны).

Ковочные алюминиевые сплавы АК, АК8 применяются для изготовления поковок. Поковки изготавливаются при температуре 380…450 o С, подвергаются закалке от температуры 500…560 o С и старению при 150…165 o С в течение 6…15 часов.

В состав алюминиевых сплавов дополнительно вводят никель, железо, титан, которые повышают температуру рекристаллизации и жаропрочность до 300 o С.

Изготавливают поршни, лопатки и диски осевых компрессоров, турбореактивных двигателей.

Литейные алюминиевые сплавы.

К литейным сплавам относятся сплавы системы алюминий – кремний (силумины), содержащие 10…13 % кремния.

Присадка к силуминам магния, меди содействует эффекту упрочнения литейных сплавов при старении.

Титан и цирконий измельчают зерно.

Марганец повышает антикоррозионные свойства.

Никель и железо повышают жаропрочность.

Литейные сплавы маркируются от АЛ2 до АЛ20.

Силумины широко применяют для изготовления литых деталей приборов и других средне- и малонагруженных деталей, в том числе тонкостенных отливок сложной формы.

Читайте также: