Медь и сплавы на ее основе.

Медь (Си) — химический элемент I группы периодической системы элементов, атомный номер 29, атомная масса 63,546. Медь облада­ет гранецентрированной кубической решеткой. Это металл красного (в изломе розового) цвета, ковкий и мягкий; плотность 8960 кг/м³, T_пл= 1083°С. Химически она малоактивна; в атмосфере, содержащей СО₂, пары Н₂О и др., покрывается патиной.

Патина — пленка основного карбоната различных оттенков (в основ­ном зеленоватых), образующаяся на поверхности изделий из меди, бронзы, латуни при окислении металла под воздействием естественной среды или специальной обработки (патинирования). Патина предохраняет изделия от коррозии, имеет и декоративное значение. Ядовита.

Среди свойств меди наиболее существенное значение для современ­ной промышленности приобрело ее высокое электрическое сопротив­ление — 0,0175 мкОм-м. Эта величина принята в электротехнике за эталонное значение — 100%. В технике большое значение имеет также высокая удельная теплопроводность меди — 394 Вт/(м • К). Темпера­турный коэффициент линейного расширения меди 1,67 • 10⁵ К^-1.

Все примеси, особенно входящие в твердый раствор, снижают элек­тропроводность, а также теплопроводность меди. Наиболее сильно уменьшают электропроводность примеси Р, Аs, А1 и Ѕп. Механические свойства меди сравнительно невелики и существено зависят от условий изготовления медных изделий. Так, в литом состоянии σ_в= 160 МПа, δ = 25%; после горячекатаные и обработки σ_в= 240 МПа, δ = 45%.

Холодное пластическое деформирование повышает предел прочности до 450 МПа при снижении относительного удлинения до 3%. Модуль упругости меди - 115 000 МПа. Твердость меди почти в 2 раза меньше чем у железа.

Среди технологических свойств у меди следует отметить хорошие обрабатываемость давлением и возможность пайки. К недостаткам меди относятся усадка при литье, невысокая обрабатываемость резанием, очень плохая свариваемость. В технической меди могут присутствовать вредные примеси, образующие с медью: твердые растворы: Ni, Zп. Ѕb и др.; легкоплавкие эвтектики — РЬ, Вi и др.; хрупкие химические соединения — кислород, сера.

Наиболее опасными из них по влиянию на технологические свойства являются свинец, вызывающий красноломкость, и висмут, вызывающий и красно- и хладноломкость. Эти виды хрупкости объясняются тем, что примеси свинца и висмута располагаются по границам зерен.

По чистоте изготавливают следующие марки меди (ГОСТ 859—2001);

М00к (не менее 99,99% Си),

М0к (99,97% Си),

М1к (99,95% Си).

М2к (99,93% Си).

 В обозначении марки после буквы М (медь) указывают условный номер чистоты, а затем буквой способ и условия получение меди:

к — катодная медь;

          б — бескислородная медь;

          р — раскисленная медь;

ф - медь, раскисленная фосфором.

 В обозначение меди марок М1 и М1р, предназначенной для электротехнической промышленности,и подлежащей испытаниям на электропроводность, дополнительно включают букву Е.

Главное применение меди - производство электрических проводов. Примеси понижают ее электропроводность, поэтому в электротехнике ис­пользуются сорта с суммарным содержанием примесей менее 0,1%, такие, как МОО, МО, М1. Медь является основным материалом для производства телеграфных и телефонных проводов. Она применяется для изготовления конструкционных изделий в теплотехнике (нагревателей, радиаторов, теп­лообменников, холодильников и др.) и вакуумной технике. Медь применяют в виде листов, прутков, труб и проволоки.

Более 30% меди идет на производство сплавов. Преимуществами мер­ных сплавов являются хорошая электропроводность, низкий коэффициент трения, высокая пластичность, большая прочность (300...1200 МПа) коррозионная стойкость в ряде агрессивных сред, возможность термомеханической  обработки.

 Наиболее распространенные легирующие элементы в меди: цинк, алюминий, олово, железо, кремний, марганец, бериллий, никель. Они повышают прочностные свойства меди; наиболее сильное упрочняю­щее действие оказывают кремний и алюминий (при содержании более 3% по массе). Цинк и марганец мало влияют на пластичность меди. Пластичность повышается при легировании до определенных концентра­ций алюминием, кремнием, железом. Олово занимает промежуточное положение между этими двумя группами легирующих элементов.

По способу изготовления деталей медные сплавы подразделяются на   

деформируемые

литейные сплавы.

 Из деформируемых медных сплавов изготавливают листы, ленты, трубы, полуфабрикаты различного профи­ля. Из литейных сплавов методом литья в формы получают фасонные детали и художественные изделия.

Упрочнение медных сплавов путем термической обработки возмож­но только в том случае, если легирующие элементы растворяются в меди ограниченно, при этом растворимость их уменьшается с пониже­нием температуры, а кроме того, если эти легирующие элементы обра­зуют с медью или между собой упрочняющие фазы (СиВе, СиА1₂, №Ве, >Н₃А1 и др.). Твердость и прочность медных сплавов могут быть повы­шены в 1,5—3 раза за счет наклепа, который при необходимости может быть снят частично или полностью отжигом (600...700°С).

Медные сплавы подразделяются на:

латуни;

 бронзы;

медно-никеле-вые сплавы.

 

Латунями называют сплавы на основе меди и цинка (причем его содержание может меняться до 49%) с другими компонентами (добавки А1, Ѕп, Fе, Мп, Ni, Ѕi, РЬ и других эле­ментов в сумме до 10%).

По химическому составу латуни подразделяются на:

двойные (простые) \\

многокомпонентные (специальные),

 а по структуре — на одно- и многофаз­ные.

 Простые латуни легируются только одним компонентом — цинком.

Содержание в латунях цинка во многом определяет величину их ме­ханических свойств.

 Простые латуни маркируются буквой Л, следующая за ней цифра означает со­держание меди. Легирующие элементы обозначаются буквами (см. табл.!!! ). В мар­ке многокомпонентной латуни после букв следуют цифры через дефис. Первая циф­ра указывает среднее содержание меди, остальные - содержание соответствую­щих легирующих элементов в том же по­рядке, как и буквы, их обозначающие. Содержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется по разности. Например, в латуни ЛА85-1,5 - 85% Си и 1,5% А1, остальное — цинк.

В обозначении литейных латуней цифра, обозначающая процентное содержание легирующего элемента, указывается сразу за его буквенным обозначением.

Многокомпонентные латуни (ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1, ЛО62-1, Л070-1, ЛС59-1, ЛЦ40С, ЛЦ4ОМцЗЖ, ЛЦ30АЗ и др.) мо­гут легироваться различными элементами и их комплексами. Так, алюминий, крем­ний, никель и марганец повышают меха­нические свойства латуней и увеличивают их коррозионную стойкость. Олово повы­шает коррозионную стойкость латуни в морской воде. Свинец (1...3%) улучшает обрабатываемость латуней резанием (латуни со свинцом яв­ляются автоматными сплавами, их используют для изготовления дета­лей в часовой и автотракторной промышленностях).

К однофазным относятся латуни, содержащие менее 32% цинка. Эти латуни весьма пластичны, хорошо паяются, свариваются и обра­батываются давлением в горячем и холодном состояниях. Латуни, содер­жащие до 10% Zп, называют томпаком (Л96, Л90), от 10 до 20% 2п — полутомпаком, от 20 до 30% Zп — патронными (Л80, Л85, Л70). С уве­личением содержания цинка цвет латуней изменяется от красноватого до светло-желтого, повышаются предел прочности от 270 до 320 МПа и твердость от 470 до 500 НВ. Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена холодной пластической деформацией.

Томпак имеет очень хорошую пластичность и высокую коррозионную стойкость. Он применяется для изготовления радиаторных трубок, деталей конденсационно-холодильного оборудования, уплотнительных прокладок, биметалла сталь-латунь, в ювелирном деле и т.д. Патронные латуни исполь­зуют для производства деталей электрооборудования, проволоки, гильз и пр.

В двухфазных латунях увеличение содержания цинка свыше 40% приводит к росту предела прочности до 360 МПа и повышению доли хрупкой фазы в их структуре, и как следствие это ведет к ограниче­нию применения таких латуней в машиностроении. Двухфазные латуни марок Л68, ..., Л59 хорошо обрабатываются давлением в горячем состоя­нии, ковкой. Изделия из таких латуней (проволока, трубы, прутки, листы, ленты) изготавливаются холодной штамповкой и глубокой вытяжкой.

Все латуни по способу производства делят на две группы:

деформи­руемые (например, ЛС59-1, ЛАЖ60-1-1), из которых изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты, 

литейные (напри­мер, ЛЦ40С, ЛЦ40МцЗЖ) для фасонного литья. Латуни, предназначен­ные для фасонного литья, содержат больше присадок, улучшающих их литейные свойства.

Основным видом термической обработки латуней является смягча­ющий отжиг перед пластическим деформированием при 600...700°С с медленным охлаждением. Если требуется повышение прочности и твер­дости для многофазных латуней, охлаждение с указанных температур проводят ускоренно.

Латуни, за исключением содержащих свинец, легко поддаются обра­ботке давлением в холодном и горячем состояниях. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Хорошие технологические и широкий диапазон потребительских свойств, красивый цвет и сравни­тельная дешевизна латуни делают их наиболее распространенными медными сплавами.

При вылеживании или эксплуатации в латунных изделиях иногда возникают трещины — сезонное растрескивание. Это явление наблюда­ется главным образом в латунях с содержанием более 20% Zп и отчет­ливо обнаруживается в изделиях, полученных холодной деформацией (прутках, полых изделиях и др.). Сезонное растрескивание усиливается в химически активных средах. Образование трещин является в этом случае результатом совместного действия остаточных напряжений, выз­ванных холодной деформацией, и химически активными средами.

Бронзами называют сплавы меди и, олова с другими элементами, среди которых алюминий, кремний, бериллий, свинец и др. Конкрет­ное наименование бронзы получают по основному легирующему эле­менту системы, образующей сплав, например оловянные бронзы. Цинк и никель могут вводиться в бронзы как дополнительные легирующие элементы.

В двухфазных (а + р) латунях увеличение содержания цинка свыше 40% приводит к росту предела прочности до 360 МПа и повышению доли хрупкой фазы в их структуре (в р-фазе при 450°С происходит упо­рядочение и образуется р'-фаза), и как следствие это ведет к ограниче­нию применения таких латуней в машиностроении. Двухфазные латуни марок Л68, ..., Л59 хорошо обрабатываются давлением в горячем состоя­нии, ковкой. Изделия из таких латуней (проволока, трубы, прутки, листы, ленты) изготавливаются холодной штамповкой и глубокой вытяжкой.

Все латуни по способу производства делят на две группы: деформи­руемые (например, ЛС59-1, ЛАЖ60-1-1), из которых изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты, и литейные (напри­мер, ЛЦ40С, ЛЦ40МцЗЖ) для фасонного литья. Латуни, предназначен­ные для фасонного литья, содержат больше присадок, улучшающих их литейные свойства.

Основным видом термической обработки латуней является смягча­ющий отжиг перед пластическим деформированием при 600...700°С с медленным охлаждением. Если требуется повышение прочности и твер­дости для многофазных латуней, охлаждение с указанных температур проводят ускоренно.

Латуни, за исключением содержащих свинец, легко поддаются обра­ботке давлением в холодном и горячем состояниях. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Хорошие технологические и широкий диапазон потребительских свойств, красивый цвет и сравни­тельная дешевизна латуни делают их наиболее распространенными медными сплавами.

При вылеживании или эксплуатации в латунных изделиях иногда возникают трещины — сезонное растрескивание. Это явление наблюда­ется главным образом в латунях с содержанием более 20% 2п и отчет­ливо обнаруживается в изделиях, полученных холодной деформацией (прутках, полых изделиях и др). Сезонное растрескивание усиливается в химически активных средах. Образование трещин является в этом случае результатом совместного действия остаточных напряжений, выз­ванных холодной деформацией, и химически активными средами.

Бронзами называют сплавы меди с различными элементами, среди которых олово, алюминий, кремний, бериллий, свинец и др. Конкрет­ное наименование бронзы получают по основному легирующему эле­менту системы, образующей сплав, например оловянные бронзы. Цинк и никель могут вводиться в бронзы как дополнительные легирующие элементы.

Бронзы немагнитны, коррозионностойки, имеют высокие коэффи­циенты тепло- и электропроводности, обладают антифрикционными свойствами. Для улучшения свойств их подвергают термической обра­ботке: отжигу, закалке и отпуску или пластическому деформированию с целью наклепа. Отжиг проводится для снятия напряжений, устранения наклепа, получения однородной структуры; закалка от 700...750°С без отпуска — для увеличения пластичности, а с отпуском — для повыше­ния твердости и прочности бронзы. Большинство бронз (за исключением алюминиевых) хорошо поддаются сварке и пайке твердыми и мягкими припоями.

Бронзы маркируются буквами Бр, далее следует буквенное и цифровое обозначение содержащихся элементов (обозначение меди не указывает­ся, а содержание определяется по разности). В марке обрабатываемых давлением бронз после букв Бр стоит буквенное обозначение легирующих элементов в порядке убывания их концентраций, а в конце в той же последовательности через дефис указываются концентрации соответствую­щих элементов. Например, БрОФ10-1 - бронза оловянно-фосфорная, содержащая 10% Sп и 1% Р. В литейных бронзах после каждого буквен­ного обозначения легирующего элемента указывается его содержание.

Оловянные бронзы.  Оловянные бронзы могут содержать до 14% олова, с повыше­нием содержания которого увеличиваются их твердость и прочность.

Практическое значение, однако, имеют бронзы, содержащие до 10% Sп, так как увеличение содержания олова вызывает появление твердой и хрупкой фазы, снижающей вязкость и пластичность сплава. Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

Дополнительное легирование осуществляют Zп, РЬ, Ni и Р. Фосфор (до 0,3%) улучшает литейные свойства, а при увеличении его содержания до 1% повышаются твердость и износостойкость бронз. Свинец и цинк улучшают обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства.

Оловянные бронзы имеют следующие механические характеристики: в отожженном состоянии — σ_в=300...320 МПа, δ = 30...35%, твердость 60...65 НВ; в наклепанном — σ_в= 500...520 МПа, δ = 5% при 180 НВ.

Оловянные бронзы обладают высокими антифрикционными (более высокими у двух­фазных сплавов) и упругими свойствами, коррозионностойки в атмосфере и пресной воде. Они хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются, чем другие брон­зы, имеют самую низкую линейную усадку.

По способу изготовления изделий оловян­ные бронзы подразделяются на литейные и деформируемые.

В машиностроении в настоящее время ис­пользуют 11 марок литейных оловянных бронз. Из бронз марок БрОФЮ-1, Бр04Ц4С17 и др. отливаются подшипники скольжения, слитки, идущие на изготовление лент, прутков, профилей, проволоки для пру­жин. Оловянные бронзы применяют также для литых деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь при неболь­ших давлениях пара, так как имеют значительную микропористость. Из де­формируемых оловянных бронз БрЩЦ4-3, БрОФ8,5-0,3 изготавливают детали, выдерживающие очень высокие нагрузки: опорные шайбы, шестерни, пружины и др.

Алюминиевые бронзы содержат 5...11% А1. Они являются са­мыми распространенными дешевыми заменителями оловянных бронз и даже превосходят их по ряду свойств:

• менее склонны к ликвационным явлением;

• обладают лучшей жидкотекучестью, обеспечивающей получение
плотных отливок (без микропористости);

• характеризуются сравнительно высокими прочностными показате­
лями, жаропрочностью, химической стойкостью (кроме перегретого
пара) и др.

Отрицательным свойством алюминиевых бронз является то, что они трудно поддаются пайке твердыми и мягкими припоями.

Бронзы, содержащие до 7,4% А1, очень пластичны и используются для изготовления полуфабрикатов различ­ного профиля. Эти бронзы стойки к истиранию. Бронза марки БрА5 является монетной, БрА7 предназначена для изготовления ленты, лис­тов, а после холодной прокатки - проволоки для упругих элементов и токоведущих пружин.

Двухфазные алюминиевые бронзы обычно легируют. В качестве ле­гирующих добавок в алюминиевых бронзах используют N1, Мп и Ре. Никель повышает механические и физико-химические свойства, жаро­стойкость и жаропрочность до 400...500°С, коррозионную устойчивость и температуру рекристаллизации алюминиевых бронз. Добавки марган­ца повышают технологические и коррозионные свойства. Алюминие­вые бронзы с марганцем отличаются повышенной морозостойкостью и отлично обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях. Добавка железа, особенно в комплексе с марганцем и никелем, приво­дит к повышению прочности и износостойкости бронз, увеличению их коррозионной стойкости.

Из БрАЖМц10-3-1,5 изготовляют фасонные отливки, шестерни, втул­ки, а из БрАНЖ10-4-4 — ответственные детали авиационных двигателей и турбин. Алюминиевые бронзы со свинцом обладают повышенными анти­фрикционными свойствами и применяются для изготовления литых под­шипников и втулок. Литейные свойства у алюминиевых бронз ниже, чем у оловянных.

Кремнистые бронзы содержат до 3,0%Si. Основными легирую­щими элементами являются Мп и Ni. Применение кремнистых бронз ограничено только однофазными сплавами, так как они более пластич­ные.

Кремнистые бронзы превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах. Они применяются для изготовления труб и арматуры, эксплуатируемых в ука­занных условиях. Дополнительно легированные марганцем бронзы (БрКМцЗ-1) в результате сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и упругость и используются в виде ленты (или проволоки), а также для изготовления коррозионностойких пружин, втулок и других упругих элементов, заменяя в машиностроении дорого­стоящие оловянные и бериллиевые бронзы при температурах эксплуа­тации до 250°С. Кремнистые бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариваются.

Бериллиевые бронзы содержат 1,8...2,5% Ве, применяются в промышленности после упрочнения путем закалки и отпуска. Образование включений СuВе приводитк очень большому упрочнению бронз: σ_в= 1200... 1300 МПа, твердость 350...400 НВ при снижении пластич­ности до 1,2...2%. Кроме того, упрочненные бериллиевые бронзы ха­рактеризуются исключительно высокой упругостью и повышенной электропроводностью. Они хорошо обрабатываются резанием и свари­ваются. Недостаток бронзы БрБ2 — высокая токсичность паров берил­лия, что требует соответствующей техники безопасности при плавке.

Бериллий отличает очень высокая токсичность. Попадая в легкие, он вызывает тяжелое легочное заболевание (бериллиоз). На коже бериллиевая пыль вызывает зуд, а при попадании в ранки — опухоли и язвы. В атмосфере производственных помещений не допускается содержание бериллия более 0,001 мг/м³.

Основными легирующими элементами бериллиевых бронз являются Мп, Ni, Fе, Со, Тi и др. Мп вводится как заменитель бериллия для уменьшения стоимости, NiTi и др. играют роль упрочнителей, по­скольку образуют различного рода химические соединения; Ni, Fе и Со замедляют процесс фазовых превращений, что значительно облегчает технологические процессы закалки; Ni задерживает рекристаллизацию бериллиевой бронзы и способствует получению более равномерной струк­туры. Введение магния в количестве 0,1% увеличивает эффект диспер­сионного упрочнения, но дальнейшее повышение его концентрации до 0,25% и более приводит к значительному снижению пластичности.

Бериллиевые бронзы из-за высокой стоимости используются для изго­товления особо ответственных изделий (контрольно-измерительных прибо­ров, специальных инструментов), в качестве контактов, разъемов, штырей, а также различных упругих элементов (лент, пружин, проволоки и др.) в авиационной аппаратуре, радиотехнике, средствах связи, атомной и кос­мической технике. Антифрикционные свойства этих бронз учитываются при изготовлении подшипников, эксплуатируемых при больших скоростях, давлениях и повышенных температурах, а также шестерен, зубчатых колес, червячных передач и др.

Важной технологической характеристикой бериллиевых бронз, в част­ности БрБ2, является величина коробления (деформации). Особенно не­желательна эта деформация в точных изделиях особо малой жесткости, на которые устанавливают строгие допуски по размерам. Для уменьшения ве­личины деформации на всех приборостроительных заводах старение изде­лий из бериллиевых бронз проводят в специальных зажимах.

Свинцовые бронзы содержат 27...33% РЬ. Свинец практически не растворяется в жидкой меди, и поэтому сплавы бронз после затвер­девания имеют микроструктуру, состоящую из зерен меди и эвтектики (Сu + РЬ), залегающей по границам зерен меди в виде каплеобразных скоплений. Такая микроструктура бронзы обеспечивает ее высокие ан­тифрикционные свойства.

Свинцовые бронзы (например, БрС30) обладают более высокой теп­лостойкостью, чем оловянные, и допускают нагревы до 300...320°С. При таких температурах свинцовые включения подплавляются и жид­кий свинец выполняет функции смазочного материала, уменьшающего коэффициент трения. Недостатком сплава БрС30 является склонность к ликвации по плотности.

Свинцовые бронзы легируют оловом и никелем, которые, растворя­ясь в меди, повышают износостойкость бронз (БрОС8-12, БрСН60-2,5). Невысокие механические свойства этих бронз ( _в=60 МПа, = 4%) позволяют использовать их в технике в основном в качестве биметал­лических подшипников. Такие подшипники отличаются простотой из­готовления (бронзу наплавляют тонким слоем на стальные ленты или трубы) и возможностью замены при изнашивании.

Биметалл — композиционный материал из двух слоев разнородных ме­таллов или сплавов (например, сталь и алюминий), применяемый для по­вышения прочности и жаростойкости конструкций, снижения их массы или как материал со специальными свойствами.

Медно-никелевыми называют сплавы на основе меди, в которых ле­гирующим элементом, определяющим основные свойства сплава, явля­ется никель.. Добавка никеля к меди увеличивает твердость, прочность и электросопротивление, уменьшает термический коэффициент электро­сопротивления и повышает коррозионную стойкость во многих средах.

Медно-никелевые сплавы выделены в особую группу (ГОСТ 492—73). По направлению использования их делят на конструкционные (мельхиор, нейзильбер, куниаль) и электротехнические (копель, константам, ман­ганин).

Маркировка этих сплавов образована из букв МН и цифры, указы­вающей суммарное содержание Ni + Со, например МН19 — медно-никелевый сплав, содержащий 19% (Ni + Со), остальное - медь. Если сплав легируется, в марке указывают введенные элементы и их содер­жание через дефисы в порядке их упоминания.

Мельхиор — сплав Сu (основа) главным образом с Ni (5...30%). Напри­мер, мельхиоры МН19 и МНЖМцЗО-0,8-1 - однофазные сплавы из -твердого раствора серебристого цвета; _в=350...400 МПа. Они обладают высокой коррозионной и кавитационной стойкостью на воздухе и в воде, хорошей обрабатываемость^). Из мельхиоров изготавливают конденсатор­ные трубы в морском судостроении, трубы термостатов, медицинский ин­струмент, детали точной механики, химической аппаратуры, монеты, изде­лия массового потребления.

Нейзильбер — сплав Сu (основа) с Ni(5...35%) и Zп (13...45%). Обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью; при повышении содер­жания Ni нейзильбер приобретает красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом.

Нейзильбер МНЦ15-20 — однофазный сплав -твердого раствора Ni + Zn + Со в меди; _в= 500...700 МПа. Обладает высокими коррозионной стойкостью и упругостью, хорошей полируемостью; легко обрабатывается давлением в холодном состоянии. Применяется в электротехнике (плоские пружины, реле, проволока для термопар и реостатов), автомобилестроении (игольчатые клапаны карбюраторов). Из него изготавливают приборы точ­ной механики, плоские пружины реле, медицинский инструмент, паровую и водяную арматуру, художественные изделия, монеты,

Куниаль — сплав Сu (основа) с Ni (4...20%) и А1 (1...4%). Обладает высо­кой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и мор­ской воде; по прочности не уступает некоторым конструкционным сталям. Куниаль А (МНА 13-3) применяется для изготовления деталей машин по­вышенной прочности; куниаль Б (МНА 6-1,5) — для изготовления пружин и других изделий электротехнической промышленности.

Капель — сплав Си (основа) с Ni (43%) и Мп («0,5%)

константин -сплав Сu (основа) с Ni (« 40%) и Мп (» 1,5%), а также

манганин —- сплав Сu (основа) с Мп (11...13,5%) и № (2,5...3,5%) — относятся к сплавам с высо­ким удельным электрическим сопротивлением, мало зависящим от темпе­ратуры. Рабочая температура копеля около 600°С, константана —500°С, а манганина — от 15 до 35°С. Копель (например, МНМц43-0,5) и константан (например, МНМц40-1,5) идут на производство проволоки для измеритель­ных и нагревательных приборов, термопар, компенсационных проводов, точных резисторов. Манганин (МНМцЗ-12) характеризуется сочетанием низкого термического коэффициента электросопротивления и очень малой термо-ЭДС в паре с медью, что обусловливает его применение в электро­технических измерительных приборах и резисторах.

 

Алюминий и его сплавы.

Алюминий (А1) — химический элемент III группы периодической си­стемы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Серебристо-белый металл с гранецентрированной кубической решеткой, Tпл = 660°С, плот­ность 2700 кг/м³.

Содержание алюминия в земной коре 8.8% по массе. По распространенности в природе занимает четвертое место среди всех элементов (после кислорода, водорода и кремния) и первое место среди металлов.

Механические свойства отожженного алюминия высокой чистоты характеризуются невысокими прочностью и твердостью при достаточно высокой пластичности: _в=50 МПа;  = 50%,  = 35%; Е=1\ 000 МПа (в три раза меньше, чем стали); твердость 170 НВ. Проч­ностные свойства технического алюминия выше. Холодная пластическая деформация повышает предел прочности алюминия, но относительное удлинение снижается.

Алюминий характеризуется высокими электро- и теплопроводностью. Теплопроводность при 190°С составляет 343 Вт/(м-К); электропровод­ность алюминия составляет 0,65 величины электропроводности меди. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к действию различных типов природных вод, азотной и органических кислот. Чем чище алюминий, тем выше его коррозионная стойкость. На воздухе алюминий покрывается тонкой прочной пленкой, предохраняющей ме­талл от дальнейшего окисления и коррозии.

Среди технологических свойств у алюминия следует отметить хоро­шие обрабатываемость давлением, свариваемость (сваривается не всеми видами сварки), полируемость (отражательная способность до 90%), анодируемость и сравнительно плохую обрабатываемость резанием из-за налипания стружки.

Маркировка алюминия проводится по ГОСТ 11069—74:

особой чис­тоты — А999 (99,999% А1),

высокой чистоты - А995 (99,995% А1), А99 (99,99% А1), А97 (99,97% А1), А95 (99,95% А1);

технической чистоты - А85, А8, А7, А6, А5, АО (99,0% А1).

 В качестве примесей в алюминии присутствуют Fе, Si, Сu? Мп, Sn.

Технический деформируемый алюми­ний маркируют АД0 и АД1. Технический алюминий изготовляют в виде листов, профилей, прутков, проволоки и других полуфабрикатов.

По объему производства алюминий и сплавы на его основе занимают первое место среди нежелезных металлических материалов. Алюминий применяется для изготовления элементов конструкций и деталей, не несу­щих нагрузки, например трубопроводов, палубных надстроек; в машино- и авиастроении; заменяет медь при производстве массивных проводников (кабелей, шин, конденсаторов и др.); в металлургии как легирующую до­бавку используют в сплавах Сu, Т i, Ni, Zn, Fе и др.; в пищевой и хи­мической промышленности используется как материал для хранения и транспортировки пищевых продуктов, воды и др., а также для изготовления предметов домашнего обихода. Чистый и сверхчистый алюминий применя­ют в полупроводниковой технике и для получения разного рода зеркал.

Алюминиевые сплавы благодаря более высоким технологическим и потребительским свойствам, шире применяются в промышленности, чем чистый или технический алюминий. Преимуществами алюминие­вых сплавов являются высокие значения прочности ( _в — до 600 МПа),  коррозионной стойкости, тепло- и электропроводности. Алюминиевые сплавы входят в группу легких сплавов (при одинаковой прочности изделия из алюминиевых сплавов в 3 раза легче стальных). Однако они уступают сплавам на железной основе по величине модуля упругости почти в 3 раза, малопригодны для упрочнения поверхностного слоя способами химико-термической обработки, и их твердость и износостойкость ниже, чем стали. Некото­рые из них не обладают хорошей свариваемостью.

Наибольшее применение для легирования алюминиевых сплавов находят элементы, формирующие упрочняющие фазы и зоны (Си, Si, Мg, Мп, Zn Fе, реже – Li, Ni, Т1). Марганец одновременно повышает коррозионную стойкость, а кремний участвует в образовании эвтектики в литейных сплавах. Литий в сплавах способствует возрастанию их мо­дуля упругости. Однако магний и марганец снижают тепло- и электро­проводность алюминия, а железо — его коррозионную стойкость.

Алюминиевые сплавы классифицируются:

 по составу и основным потре­бительским свойствам;

способу производства;

возможности упрочнения термической обработкой.

Алюминиевые сплавы по составу и потребительским свойствам де­лят на следующие группы:

• сплавы высокой прочности ( _в= 400...500 МПа у большинства сплавов и до 600 МПа у сплавов В95), имеющие сложный химический состав;
главными легирующими элементами являются медь и магний, а у сплава
В95 — цинк;

• жаропрочные сплавы, которые используются при температурах экс­-
плуатации до 300...350°С (ниже, чем у жаропрочных сталей и титановых
сплавов). Эти сплавы при меньшем содержании меди дополнительно
легируются никелем;

• сплавы повышенной пластичности, содержание меди в которых огра­
ничивается 0,5%, вследствие этого прочность сплавов ниже 250 МПа, а
пластичность выше, чем у дуралюминов;

• сплавы повышенных пластичности, свариваемости и стойкости про­
тив коррозии, которые не содержат меди и дополнительно легируются
магнием (реже марганцем);

• антифрикционные сплавы, представляющие собой сплавы алюми­-
ния с оловом, никелем, медью и другими элементами.

По способу производства алюминиевые сплавы делят на:

литейные

деформируемые (прокаткой, прессованием, штамповкой).

В каждой из этих групп существуют подгруппы сплавов, упрочняемых и не упрочняемых термической обработкой.

Деформируемые сплавы хорошо подвергаются прессованию, прокатке, гибке, вальцовке и используются для изготов­ления полуфабрикатов (профили, листы, проволока и др.) из слитков.

Упрочняются термической обработкой следующие деформируемые сплавы: дюралюмины, авиаль, ковочные, жаропрочные.

Дюралюминий — это сплав А1—Си—Мg—Мп. Маркируется дюра­люминий буквой Д —дюралюминий, за которой следуют цифр, указывающие условный номер. Дюралюминий хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. После холодной деформак дюралюминий подвергают смягчающему отжигу при 340—370 ºС. Термическая обработка дюралюминия состоит из закалки с температуры 490—510 °С с охлаждением в воде. Нагрев выше 510 – 520 ºС вызывает окисление и частичное оплавление границ зерен, что резко снижает прочность и пластичность. Недогрев дюралюминия до оптимальных температур закалки не обеспечивает получение необходимых свойств. После закалки дюралюминий подвергают старению, что обеспечивает получение высокой прочности и твердости Естественное старение происходит при обычных (комнатных) ;ературах в течение 5—7 сут.

Искусственное старение проводят при 150—180°С в течение 2—4 ч.

Если после закалки и естественного старения дюралюминий подвергнуть кратковременному нагреву (20-40 с) при 200—250°С, он разупрочняется и приобретает свойства, соответствующие незакаленному состоянию. Это явление называется возвратом.

Процесс возврата может повторяться многократно, однако при этом происходит ухудшение коррозионной стойкости дюралюминия.

Дюралюминий поставляется в виде профилей, прутков, лис­тов и др.

Дюралюмины применяют для изготовления деталей и конструкций средней и повышенной прочности, требующих долговечности при переменных нагрузках, например: Д1( лопасти ведущих винтов, трубы, прутки, заклепки).

Сплавы авиалъ (А1—Мg— Si—Сu) уступают по прочности дюралюминию, но обладают лучшей пластичностью в горячем и холодном состояниях. Авиаль подвергают закалке с 515—528 °С в воде, а затем ественному или искусственному старению. Искусственное статение осуществляют при 150—170 ºС. Из авиаля изготовляют листы, трубы и другие изделия. Сплав АД31 широко используют в строительстве (оконные и дверные рамы), для внутренней отделки кабин самолетов и автомобилей, из сплава АВ изготавливают лонжероны лопастей винтов и самолетов.

Для ковки и штамповки применяют алюминиевые сплавы АК (АК1 – АК6, АК8 и т.д.), обладающие высокой пластичностью при темпера­турах ковки. Ковку и штамповку сплавов проводят при 450-475 "С.

Термическая обработка состоит из закалки с 490—515 °С в воде и старения при 150—160 °С в течение 5—15 ч.

Литейные сплавы алюминия — сплавы системы А1—31 — назы­ваются силуминами. Маркируются силумины буквами АЛ, за которыми следуют условные цифры.

Наиболее широкое применение получил сплав АЛ-2, в которм 10—13% Si. Этот сплав имеет малую усадку и высокую жидкотекучесть. Сплав АЛ2 применяют для отливок сложной формы, от которых не требуются высокие механические свойства.

 

В настоящее время согласно ГОСТ 4784—97 для алюминия и сплавов на его основе предложены буквенная, буквенно-цифровая и цифровая маркировки. Наряду с этим имеется буквенно-цифровая маркировка видов технологической обработки полуфабрикатов и изделий, качествен­но отражающая механические, химические и другие свойства сплава. При буквенной маркировке алюминиевых сплавов последовательно указываются компоненты сплава — АМг, АМц. При буквенно-цифро­вой маркировке можно выделить следующие закономерности:

1. Для литейный алюминиевых сплавов введена единая система бук­
венно-цифровой маркировки (ГОСТ 1583—89), аналогичная применяемой
для сталей: первая буква А показывает А1, последующие буквы - ос­-
новные легирующие компоненты (К — кремний, М — медь, Мг — маг­-
ний, Мц - марганец, Н — никель, Ц — цинк), числа, стоящие после
букв, показывают среднее содержание данного компонента в процентах
по массе. Если содержание компонента меньше единицы, буква, обозна­
чающая данный компонент в марке, как правило, не указывается. ГОСТ
1583—89 предусматривает указание в скобках старой марки сплава.

2. Для деформируемых сплавов буквами в начале марки указывают:
А — технический алюминий; Д — сплав типа дуралюмина; К — ковоч­-
ный сплав; В — высокопрочный сплав. Цифрами обозначен условный
номер сплава, после которого буквенно-цифровой маркировкой указано­
 состояние сплава с учетом технологии его получения: М — мягкий(отожженный); Т — термически обработанный (закалка и естественное старение); Н - - нагартованный (подвергнутый холодной пластической деформации); П — полунагартованный и др.

3. В цифровой маркировке цифра 1 на первом месте означает, что осно­вой является алюминий. Вторая цифра характеризует химический состав, последние две цифры указывают номер сплава. В номере сплава также оговорено, что последняя цифра будет нести информацию о способе производства и назначении сплава, например 0 или нечетная цифра -деформируемый сплав; четная цифра — литейный сплав; 9 — металло-керамический сплав; 7 — проволочный сплав.

Примеры обозначения сплавов с помощью буквенно-цифровой и цифровой маркировок приведены в табл. 2

 

 Примеры маркировок алюминиевых сплавов                               Таблица 2

 

Антифрикционные алюминиевые сплавы (ГОСТ 14113—78) представ­ляют собой сплавы алюминия с оловом (АОЗ-7, АО9-2, АО9-1, АО20-1, АО6-1), никелем (АН-2,5), медью и другими элементами (АСМ, АМСТ). Применяются для отливки моно- и биметаллических вкладышей и вту­лок, для получения биметаллической ленты со сталью и дуралюмином методом прокатки с последующей штамповкой вкладышей с толщиной антифрикционного слоя менее 0,5 мм. Такие подшипники применяют­ся при нагрузке на них 200...350 (до 400) кг/мм², скорости вращения вала 10...15 (до 20) м/с и температуре масла Ю0...120°С.

Ошибка! Ошибка связи.

 

Магний (Мg) — химический элемент II группы периодической сис­темы, атомный номер 12, атомная масса 24,305; металл серебристо-бе­лого цвета. Кристаллическая решетка магния гексагональная плотно упакованная. Температура плавления 1_т=65ГС. Плотность магния -1739 кг/м³. Магний маркируется по чистоте и выпускается трех марок (ГОСТ 804-93): МГ90 (99,9% М§), МГ95 (99,95% М§), МГ96 (99,96% ме). Механические свойства литого магния: ст_в = 115 МПа; ^=43000 МПа; 8 = 8%; твердость 30 НВ.

Величина механических свойств магния может быть увеличена прак­тически в 2 раза пластическим деформированием.

Чистый магний имеет малую устойчивость против коррозии. На воздухе при температурах ниже 450°С магний покрывается оксидной пленкой, которая обладает защитными свойствами; при более высоких температурах эта пленка становится рыхлой и легко пропускает кисло­род к поверхности металла. На воздухе при температурах выше 623°С магний легко воспламеняется.

Изделия из магния не изготавливают, он применяется главным образом в производстве легких сплавов, для раскисления и обессеривания некоторых металлов, для восстановления Hf, Тi, U, Zr и других металлов из соединений (металлотермия). Чистый магний используется в пиротехнике и химической промышленности.

 

Магниевые сплавы. Основное преимущество магниевых спла­вов по сравнению с остальными промышленными металлами - не­большая плотность (1700... 1800 кг/м³). Все магниевые сплавы имеют сравнительно высокую прочность ( _в= 200...400 МПа, δ = 6...20%), хо­рошо поглощают вибрации. Однако из-за пониженного (4,3 • 10⁴ МПа) модуля упругости пригодны лишь для мало нагруженных деталей. Маг­ниевые сплавы обладают низкой коррозионной стойкостью, особенно в контакте с другими металлами. Недостатком также являются трудности литья и обработки давлением. Магниевые сплавы удовлетворительно свариваются дуговой сваркой в защитной среде инертных газов и хоро­шо обрабатываются резанием.

Магниевые сплавы подвергают термической обработке — диффузи­онному отжигу (гомогенизаций) после литья и рекристаллизационному отжигу после пластической деформации. Некоторые сплавы могут быть упрочнены (на 20...35%) закалкой и старением, пластичность сплавов при этом уменьшается.

Магниевые сплавы классифицируют:

по способу производства;

уровню прочности, плотности;

 возможным температурам эксплуатации;

чув­ствительности к упрочняющей термической обработке.

 

По способу производства магниевые сплавы делят на:

литейные (МЛ5, МЛ5пч, МЛ 10, МЛ12);

деформируемые (МА1, МА2-1, МАИ).

 Хими­ческие составы магниевых сплавов даны в ГОСТ 14957—76 (деформи­руемые сплавы) и ГОСТ 2856—79 (литейные сплавы). Достоинствами магниевых литейных сплавов являются малая плотность, высокая удельная прочность, способность к поглощению энергии удара и виб­рационных колебаний, а также хорошая обрабатываемость резанием.

Изделия из этих сплавов используются в различных отраслях народного хозяйства: авиастроении (детали пассажирских кресел, колес, двигателей и агрегатов), транспортном машиностроении (детали двигателей, диски ко­лес, корпуса лодочных моторов), радиотехнической и электронной про­мышленности (детали оптических приборов, радио- и киноаппаратуры). Детали из современных магниевых сплавов могут длительно работать при температурах выше 300°С и кратковременно при температуре 400°С.

Использование деформируемых сплавов после литья дает высокую массовую эффективность: для крупных корпусных деталей эконо­мия по массе составляет 21, 57 и 111% по сравнению с алюминиевыми, ти­тановыми и стальными деталями соответственно. Для снижения стоимости изделий из магниевых деформируемых сплавов (на 30%) и повышения уровня механических свойств используют гранульную технологию изготов­ления полуфабрикатов.

По уровню прочности магниевые сплавы разделяют на:

малопрочные;

средней прочности;

высокопрочные.

По плотности магниевые сплавы делят на:

легкие и сверхлегкие сплавы.

 К сверхлегким сплавам относятся сплавы, легированные литием (МА21, МА18 — самые легкие конструкци­онные металлические материалы), а к легким сплавам — все остальные сплавы.

 По чувствительности к упрочняющей термической обработке различают термически упрочняемые и термически неупрочняемые сплавы.

При классификации по возможным температурам эксплуатации маг­ниевые сплавы разбивают на группы:

• сплавы общего назначения, предназначенные для работы при обыч­-
ных температурах;

• жаропрочные сплавы — для длительной эксплуатации при темпера­-
турах до 200°С;

• высокожаропрочные сплавы — для длительной эксплуатации при
температурах до 250... 300°С;

• сплавы для эксплуатации при криогенных температурах.

 

Магниевые сплавы используются для изготовления нагруженных и сварных деталей двигателей (коробки передач, тормозные барабаны и др.). В связи с малой устойчивостью к коррозии изделия из этих сплавов оксидируются, а затем на оксидированную поверхность наносят лако­красочные покрытия.

 

 

Титан и его сплавы.

Титан (Тi) — химический элемент VI группы периодической системы элементов, атомный номер 22, атомная масса 47,9. Серебристо-белый металл, легкий, тугоплавкий, прочный, пластичный; плотность — 4500 кг/м³; 1_Ш -- 1665°С. Имеются две аллотропические модификации:

• низкотемпературная до 882°С - -титан с гексагональной решет­кой, плотность — 4505 кг/м³;

• высокотемпературная - -титан с объемно-центрированной куби­ческой решеткой, плотность при 900°С — 4320 кг/м³.

Постоянные примеси (азот, углерод, кислород и водород) увеличи­вают твердость и прочность титана, но понижают пластичность, ухуд­шают свариваемость и снижают сопротивление коррозии. Особенно вреден водород, охрупчивающий титан из-за выделения гидридов. Со­держание водорода в сплавах не должно превышать 0,015%.

Марки технического титана:

ВТ1-00 (99,53% Т1),

ВТ1-0 (99,45% Т1).

Основные механические свойства технического титана: _в= 300...550 МПа; -20...25 и 60...80%; КСU< 1,0...1,2 МДж/м²; Е= 14- 10⁴ МПа; твер­дость 100 НВ.

Титан благодаря защитной пленке из ТiО₂ обладает очень высокими коррозионной и химической стойкостью, сохраняющимися в интервале температур от —250 до +550°С и значительно превосходящими эти по­казатели у нержавеющей стали, и других сплавов.

Технический титан используется для изготовления химических и пище­вых емкостей, а как конструкционный материал — в криогенной технике, в восстановительной хирургии и т.д. Его поставляют в виде листов, труб, проволоки и других полуфабрикатов. Технический титан хорошо обрабаты­вается давлением, сваривается дуговой сваркой в атмосфере защитных газов и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Карбид титана, обладающий высокой твердостью, входит в состав твердых сплавов, приме­няемых для изготовления режущих инструментов. Губчатый титан широко используется в вакуумной технике. Оксид титана применяется в лакокра­сочном производстве. Ограничивает повсеместное использование титана его очень высокая стоимость.

Титановые сплавы.

Основным легирующим элементом в промышленных титановых сплавах является алюминий. Два следующих по значимости легирую­щих элемента — ванадий и молибден. Еще в качестве легирующих эле­ментов используются по крайней мере семь металлов: Сг, Мп, Fе, Сu, Sп, Zn, W. Для микролегирования используют Nb, Та, Pd и др. Легирую­щие элементы оказывают различное влияние на свойства сплавов: А1, Zr, Nb повышают жаропрочность до 550°С; Мо, Zг, Nb, Та, Рd1 повы­шают коррозионную стойкость в кислотах.

Из неметаллов для легирования титановых сплавов наибольшее зна­чение имеют кремний, вводимый для повышения жаропрочности, и бор, оказывающий модифицирующее действие, а также элементы, об­разующие твердые растворы внедрения, -- С₂, О₂, N₂, Н₂, снижающие пластичность, но повышающие прочность, а углерод, помимо того, увеличивает твердость и износостойкость. Так как последние из пере­численных элементов относятся к вредным примесям, их содержание в сплавах должно быть минимальным.

Титановые сплавы (ГОСТ 19807—91) относятся к группе легких сплавов (4500 кг/м³) и характеризуются высокой удельной прочностью. Так, при одинаковой прочности (например, _в = 450 МПа) изделия из титановых сплавов в 1,8 раза легче стальных. У этих сплавов хорошие жаропрочные свойства и отсутствует хладноломкость, в том числе при очень низких температурах. Титановые сплавы практически превосхо­дят нержавеющие стали, медные и никелевые сплавы в стойкости про­тив коррозии в морской воде, а также в таких агрессивных средах, как влажный хлор, горячая азотная кислота высокой концентрации и др. Титановые сплавы немагнитны, обладают низкой теплопроводностью и малым коэффициентом линейного расширения. Вместе с тем они усту­пают сталям, особенно с повышенным содержанием углерода, в твер­дости и износостойкости. Титановые сплавы удовлетворительно обра­батываются резанием, могут свариваться.

Эти сплавы классифицируются по:

способу производства,

структуре,

механическим свойствам

 способности упрочняться термической обра­боткой.

По способу производства титановые сплавы делят на деформируемые и литейные сплавы. Наиболее распространены литейные сплавы ВТ1Л, ВТ5Л6 ВТ9Л. Сплав ВТ1Л обладает наибольшей химической стойкостью, его применяют для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах. Механические свойства низкие. Сплав ВТ5Л применяют для де­талей, работающих при температурах от —235 до +350°С. Сплав ВТ9Л наиболее высокопрочный и предназначен для изготовления нагружен­ных деталей, работающих при температурах до 500°С.

По механическим свойствам титановые сплавы делят на сплавы нор­мальной прочности, высокопрочные, жаропрочные и повышенной пластич­ности.

По способности упрочняться термической обработкой различают упрочняемые и неупрочняемые титановые сплавы.

Промышленные титановые сплавы — важнейшие конструкционные ма­териалы. Сплавы ВТ-5, ВТ5-1, ОТ4 (а-сплавы), ВТ6, ВТ14, ВТ8 (сс+р-спла-вы) применяются:

• в химической промышленности (теплообменники, компрессоры, насо­сы и др.);

• в машиностроении (клапаны, золотники, пружины, коленчатые валы
и др.);

• в производстве конструкционных элементов (диски, лопатки компрес­соров, обшивка ракет и др.).

Несмотря на высокую стоимость производства и обработки изделий из титановых сплавов, применение их оказывается выгодным благодаря их коррозионной стойкости, долговечности и экономии массы. Однако из-за дефицитности титана использование титановых сплавов весьма ограничено. В настоящее время применяют вторичные титановые сплавы (ВТВ1, ВТВ2, ВТВЗ, ВТВ4), основу шихты которых составляют отходы технологического производства, а также слитки из этих отходов.

 

Антифрикционные сплавы.

Антифрикционность — способность материала обеспечивать низкий ко­эффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение.

Антифрикционные сплавы — материалы с низким коэффициентом тре­ния скольжения, достаточной твердостью, хорошей деформируемостью и пластичностью, способностью удерживать смазку на поверхности. Кроме того, антифрикционные материалы должны иметь низкую спо­собность к адгезии, хорошую теплопроводность и быть коррозионно-стойкими в рабочей среде. Антифрикционные сплавы предназначены для заливки вкладышей подшипников скольжения, паровых турбин и др.

Основные потребительские свойства антифрикционных сплавов ре­ализуются за счет структурных особенностей (рис. 24) - однородная, мягкая, пластичная основа с включением твердых частиц (например, SnSb). Мягкая основа должна обеспечивать хорошую прирабатываемость трущихся поверхностей, а равномерно распределенные в основе, хорошо полирующиеся твердые включения - уменьшать (наряду со смазкой) коэффициент трения. При вращении вал опирается на твер­дые частицы, обеспечивающие износостойкость, а основная масса, ис­тирающаяся более быстро, прирабатывается к валу и образует сеть мик­роскопических каналов, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа.

 

Рисунок 24 – Схема работы пары трения «вал – вкладыш»:

1 – вал, 2 – вкладыш, 3 – мягкая основа материала, 4 – твердые включения, 5 – слой смазки.

 

Большая часть подшипников скольжения изготавливаются из цвет­ных сплавов на медной основе (латуни ЛКС80-3-3 и бронзы БрСЗО, БрОЦС5-5-5) и на основе алюминия. Широкое распространение полу­чили также баббиты.

Баббиты — антифрикционные сплавы на основе 8п, РЬ, Са, 2п и др. с добавками ЗЬ, Си и других элементов, предназначенные для заливки вкладышей подшипников. Наименование баббитов определяется пре­обладающим по содержанию элементом основы. Каждый тип баббитов характеризуется температурой эксплуатации и степенью ответственности деталей, для которых применяется. Химический состав по легирующим элементам и назначение для антифрикционных сплавов установлены ГОСТ 1320-74, 1209-90 и 14113-78.

Оловянные баббиты базируются на системе Sn – Sb - Cu. Дополни­тельное легирование осуществляется Сu, Сd, Аs и Ni.

Олово (Sn) - химический элемент IУ группы периодической системы элементов, атомный номер 50, атомная масса 118,69. Серебристо-белый металл, мягкий и пластичный; T_пл = 231,9°С. Так называемое белое олово ( -Sn) с плотностью 7290 кг/м³ полиморфно и ниже 13,2°С переходит в се­рое олово (  - Sn) с плотностью 5850 кг/м³. На воздухе тускнеет, покрываясь пленкой оксида, стойкого к химическим реагентам. Около 59% используе­мого олова идет на производство баббитов, типографских и других сплавов. Олово применяется для покрытия других металлов, защиты их от коррозии (лужение), на изготовление белой жести для консервных банок, изготовле­ние фольги и др.

Оловянные баббиты маркируются буквой Б, за которой следует цифра, показывающая содержание основного компонента — олова (ос­тальное — сурьма и медь).

Оловянные баббиты (Б88, Б83) обладают наилучшим сочетанием антифрикционных и физико-механических свойств. Однако ввиду большого содержания дорогостоящего олова они применяются для за­ливки подшипников ответственного назначения тяжело нагруженных машин (турбин).

Свинцовые баббиты  применяют для менее нагруженных под­шипников, чем оловянные.

Свинец (РЬ) — химический элемент IV группы периодической системы элементов, атомный номер 82, атомная масса 207,2. Синевато-серый ме­талл, тяжелый, мягкий, ковкий; плотность 11340 кг/м³, Тпл = 327,4°С, диамаг­нитен. На воздухе покрывается оксидной пленкой, стойкой к химическим воздействиям. Свинец не взаимодействует с соляной и серной кислотами. Наиболее широко используется для изготовления пластин для аккумулято­ров (около 30% выплавляемого свинца), оболочек электрических кабелей, аппаратуры, устойчивой в агрессивных средах и газах, а также для защиты от гамма-излучения (стенки из свинцовых кирпичей).

Для легирования свинцовых баббитов используют Ni, Cd, и Аs. Свинцовый баббит Б16 системы Рb—Sb (15...17%) с добавкой олова (15...17%) и меди (1,5...2%) является дешевым заменителем оловянных баббитов. Он используется для изготовления подшипников скольжения высокоскоростных двигателей, хорошо воспринимает ударные и знако­переменные нагрузки.

Кальциевые баббиты базируются на системе Са—РЬ—Na.

Кальций (Са) — химический элемент II группы периодической системы элементов, атомный номер 20, атомная масса 40,08, относится к щелочно­земельным металлам. Серебристо-белый легкий металл, плотность 1540 кг/м³, T_ПЛ = 851ºС. Химически очень активен; при обычной температуре легко окисляется на воздухе. Как активный восстановитель служит для получения U, Тh, V, Сг, Zп, Ве и других металлов и их соединений, для раскисления сталей, бронз и т.д. Входит в состав антифрикционных сплавов. Соедине­ния кальция применяют в строительстве.

Дополнительное легирование осуществляют Sn, Мg и А1. Эти бабби­ты (БКА, БК2, БК2Ш), имея небольшую прочность ( _в= 60...120 МПа, 20...30 НВ), могут применяться только в подшипниках с прочным стальным (чугунным) или бронзовым корпусом, как, например, на же­лезнодорожном транспорте для подшипников вагонов, коленчатого вала тепловозных двигателей и др. Для автомобильного транспорта их применяют в виде тонкостенных подшипниковых вкладышей, получае­мых штамповкой из биметаллической ленты.

Цинковые баббиты (ГОСТ 21437—95) содержат цинк, легиро­ванный алюминием, медью или магнием.

Цинк (Zп) — химический элемент II группы периодической системы элементов, атомный номер 30, атомная масса 65,38. Синевато-белый ме­талл; плотность 7130 кг/м³, Tпл = 419,5ºC. На воздухе покрывается защитной пленкой оксида. Применяют в щелочных аккумуляторах, для покрытия других металлов с целью защиты их от коррозии (цинкование) и получения многих сплавов.

Цинковые баббиты обладают высокими антифрикционными свой­ствами и прочностью ( _в= 250...400 МПа) и могут применяться для узлов трения, температура которых не превышает 100°С, при сравни­тельно небольших скоростях скольжения (до 8 м/с). Сплавы ЦАМ 10-5 и ЦАМ 9,5-1,5 в литом виде применяют для монометаллических вкла­дышей, втулок и др., а сплав ЦАМ 10-5 — для изготовления биметал­лических изделий со стальным корпусом. Сплав ЦАМ 9,5-1,5 в дефор­мированном виде используют для получения биметаллических полос со сталью и алюминиевыми сплавами.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: