Коррозионностойкие (нержавеющие) стали.

Стали, устойчивые к электрохимической и химической коррозии, называют коррозионностойкими (нержавеющими). Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее химических элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой защитные пленки, препятствующие непосредственному контакту стали с агрессивной средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.

К таким сталям относятся: хромистые и хромоникелевые стали, содержащие от 13 до 27% хрома и от 3 до 10% никеля.

 

Электротехнические стали и сплавы.

В эту группу входят стали, применяемые для изготовления трансформаторов, сердечников и полюсов электромагнитов и реле, статоров и роторов электродвигателей. Они имеют высокую магнитную проницаемость, это стали ферритной группы с содержанием кремния и алюминия до 5%, с высоким удельным сопротивлением.

 

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные легирующие элементы для сталей.

2. По каким признакам классифицируют легированные стали?

3. Какие группы легированных конструкционных сталей вам известны?

4. Какими буквами обозначают в маркировке сталей легирующие элементы, приведите примеры?

5. Где применяют быстрорежущие стали?

6. Для чего предназначены штамповые тали?

7. Назовите область применения жаростойких и жаропрочных сталей.

8. Что изготавливают из шарикоподшипниковых сталей?

9. Почему коррозионностойкие стали называют нержавеющими?

10. В чем особенность электротехнических сталей?

 

Цветные металлы и сплавы

 

Цветные металлы являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. Это сплавы на основе титана, алюминия, магния, меди.

Переход промышленности на сплавы из легких металлов значительно расширяет сырьевую базу. Титан, алюминий, магний можно получать из бедных и сложных по составу руд, отходов производства.

Медь

Медь — химический элемент I группы Периодической системы Д. И. Мен-делеева, порядковый номер 29, атомная масса 63, 54. Медь — металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083°С. Кристаллическая решетка г.ц.к. (гранецентрированная кубическая) с периодом а = 3, 6074 А. Плотность меди 8, 94 г/см³. Медь обладает наибольшими (кроме серебра) электропроводностью и теплопроводностью.

В зависимости от чистоты медь изготовляют следующих марок: М00 (99, 99% Сu), М0 (99, 95% Сu), Ml (99, 9% Сu), М2 (99, 7% Сu), МЗ (99, 50% Сu). Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на её свойства. По характеру взаимодействия примесей с медью их можно разделить на три группы.

1. Примеси, образующие с медью твердые растворы: Ni, Zn, Sb(сурьма), Sn(олово), Al, As(мышьяк), Fe, P и др.; эти примеси (особенно Sb и As) резко снижают электро- и теплопроводность меди, поэтому для проводников тока применяют медь марок М0 и Ml, содержащую практически 99% меди и по 0, 002% Sb и 0, 002% As. Сурьма, кроме того, затрудняет горячую обработку давлением.

2. Примеси Pb(свинец), Bi(висмут) и др., практически нерастворимые в меди; они образуют в ней легкоплавкие эвтектики; которые, выделяясь по границам зерен, затрудняют обработку давлением; при содержании 0, 005% Bi медь разрушается при горячей обработке давлением; при более высоком содержании висмута медь становится, кроме того, хладноломкой; на электропроводность эти примеси оказывают небольшое влияние.

3. Примеси кислорода и серы, образующие с медью хрупкие химические соединения Сu₂О и Cu₂S, входящие в состав эвтектики; на электропроводность эти примеси лишь слабо влияют: сера улучшает обрабатываемость меди резанием; кислород, если он присутствует в меди, образует закись меди и вызывает водородную болезнь. При нагреве меди в атмосфере, содержащей водород, происходит его диффузия вглубь меди. Если в меди присутствуют включения Сu₂О, то они реагируют с водородом, в результате чего образуются пары воды по реакции Сu₂О + Н₂ → 2Сu + Н₂О, протекающей с увеличением объема. Это создает в отдельных участках металла высокое давление и вызывает появление микротрещин, которые могут привести к разрушению детали.

Медь хорошо сопротивляется коррозии в обычных атмосферных условиях, в пресной и морской воде и других агрессивных средах, но обладает плохой устойчивостью в сернистых газах и аммиаке.

Механические свойства меди в литом состоянии: σ _в= 16 кгс/мм², σ _{0, 2} = 3, 5 кгс/мм², δ = 25%; в горячедеформированном состоянии: σ _в = 24 кгс/мм², σ _{0, 2} = 9, 5

кгс/мм2, δ = 45%. Путем холодного деформирования предел прочности может быть повышен до 45 кгс/мм² (проволока) при снижении относительного удлинения до 3%. Модуль нормальной упругости меди Е = 11 500 кгс/мм².

Медь легко обрабатывается давлением, но плохо резанием, и имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки. Медь плохо сваривается, но легко подвергается пайке. Ее применяют в виде листов, прутков, труб и проволоки.

В электротехнической промышленности, электронике и электровакуумной технике применяют бескислородную медь МОб (0, 001% О₂) и М1р (0, 01% О2).

 

Сплавы на медной основе

Различают две основные группы медных сплавов:

1) латуни – сплавы меди с цинком;

2) бронзы – сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк.

Медные сплавы обладают высокими механическими и технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии. Сплавы обозначают начальной буквой (Л – латунь, Бр – бронза), после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав. Например, О – олово, Ц – цинк, Мц – марганец, Ж – железо, Ф – фосфор, Б – бериллий, X – хром и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают количество легирующего элемента. Например, ЛЖМц.59 – 1 –1 - латунь, содержащая 59% Сu, 1% Fe и 1% Мn и остальное цинк, или БрОФ 6, 5-0, 15: Бр - бронза, содержащая 6, 5% Sn, 0, 15% Р и остальное медь.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Двойные латуни нередко легируют Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pb и другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует увеличению прочности (твердости), но уменьшают пластичность латуни. Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами

Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплопроводность и важно отсутствие склонности к коррозионному растрескиванию, применяют латуни с высоким содержанием меди (Л96 и Л90). Латуни Л70 и Л62 и Л60 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются

резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии. Наибольшей пластичностью обладает (Л70), которую чаще используют для изготовления деталей штамповкой.

Деформируемые латуни ЛАЖ60—1 — 1 и ЛЖМц59 — 1 - 1 обладают высокими коррозионными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде и применяются для деталей в судостроении. Более высокой: устойчивостью в морской воде обладают латуни, легированные оловом, например ЛО70—1 и ЛО62 —1, получившие название морских латуней.

Латунь ЛС59 —1 (автоматная латунь) поставляется в прутках и предназначается для изделий, изготовляемых резанием на станках-автоматах. Для уменьшения твердости перед обработкой давлением и получения в полуфабрикатах требуемых свойств их подвергают рекристаллизационному отжигу, чаще при 600 —700°С, с охлаждением на воздухе или в воде (для отделения слоя окалины).

Латуни, предназначенные для фасонного литья, от которых требуется повышенная прочность, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются и лучшей коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. Если медь легировать оловом (Сu – Sn), то поучают оловянные бронзы, представляющие твердый раствор олова в меди. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10—12% Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки. Оловянные бронзы имеют большой интервал температур кристаллизации и поэтому склонны к ликвации (образованию рассеянной пористости); при ускоренном охлаждении у них резко выраженное дендритное строение.

Бронзы, содержащие до 4 — 5% Sn, после деформации и отжига имеют полиэдрическое строение и представляют собой в основном твердый раствор. Предел прочности возрастает с увеличением содержания олова.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу. Фосфор при содержании его свыше 0, 3% образует фосфид Сu₃Р. Он улучшает литейные свойства, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок и уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу. Фосфор при содержании его свыше 0, 3% образует фосфид Сu₃Р. Он улучшает литейные свойства, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок и

уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает плотность отливок, а главное – облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства.

Сравнительные характеристики медных сплавов – см. таблицу 3.4

Таблица 3.4 – Свойства и назначение медных сплавов

 

Сплав	σ в, МПа	δ, %	Назначение
Латунь
Деформируемая
ЛАЖ60-1-1			Трубы, прутки
ЛЖМц59-1-1			Полосы, прутки, мелкие поковки
ЛС59-1			Мелкие поковки
Литейная
ЛЦ40С			Втулки, сепараторы
ЛЦ40Мц5Ж			Винты, лопасти
ЛЦ30А3			Коррозионно-стойкие детали
Бронза
Деформируемая
БрОФ6, 5-0, 4			Арматура
БрОЦ4-3			Пружины
БрОЦС4-4-2, 5			Антифрикционные детали
Литейная
БрО3Ц12С5			Арматура
БрО5ЦНС5			Вкладыши подшипников
БрО4Ц4С17			Антифрикционные детали

3.4.3 Алюминий – химический элемент III группы Периодической системы таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер 13, атомный вес 26, 98. Алюминий – металл белого, на изломе светло-серого цвета. По проводимости занимает 3-ье место после серебра и меди. Алюминий обладает высокой пластичностью, теплопроводностью, электропрововодностью и малой прочностью. Он слабо подвергается коррозии на воздухе, в пресной воде и др. средах благодаря тому, что на его поверхности образуется плотная оксидная пленка.

Алюминий широко применяется в электротехнике, а также из него делают пищевую тару и посуду.

Как конструкционный материал применять нецелесообразно из-за низкой прочности.

По степени чистоты (ГОСТ 11069) различают алюминий особой чистоты – А999 (99, 999% Al), высокой чистоты – А995 (99, 995% Al), А99 (99, 99% Al) А97 (99, 97% Al), А95 (99, 95% Al) и технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, А0 (99, 9% Al).

Технический алюминий изготавливают в виде листов, профилей, прутков, проволоки и др. полуфабрикатов, маркируют АД и АД1.

Механические свойства отожженного алюминия высокой чистоты: σ _в = 50МПа; σ _{0, 2} =15МПа, δ =50% и технического алюминия АДМ, М – мягкий (отожженный) σ _в = 80МПа; σ _{0, 2} =30МПа, δ =35%. Холодная пластическая деформация превышает: σ _в технического алюминия (АДН-нагартованный) до 150МПа, но относительное удлинение снижается до δ =6%. Благодаря высокой пластичности в отожжённом состоянии алюминий легко обрабатывается давление, но обработка резанием затруднена. Сваривается всеми видами сварки.

 

3.4.4 Алюминиевые сплавы . В современной технике широко применяются сплавы на алюминиевой основе, которые по своим техническим свойствам можно разделить на три группы: литейные, деформируемые и порошковые. Первые получают литьем; вторые – прокатом, прессованием, волочением, ковкой и штамповкой; последние получают методом порошковой металлургии, в их числе САП – спеченные алюминиевые порошки, САС – спеченные алюминиевые сплавы.

Свойства алюминиевых сплавов – см. таблицу 3.5

Дуралюмины – деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, сложные сплавы систем алюминий – медь –магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.

Дуралюмины обычно подвергаются закалке с температуры 500^oС и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через 4…5 суток.

Широкое применение дуралюмины находят в авиастроении, автомобиле-строении, 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^oС, подвергаются закалке от температуры 500…560^oС и старению при 150…165^oС в течение 6…15 часов.

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

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

Таблица 3.5 – Свойства и назначение алюминиевых сплавов

 

		Литейные
Марка сплава	Легирование	Свойства	Применение
Силумины
АЛ2	Si	Хорошие литейные свойства, невысокая прочность	Малонагруженные детали
АЛ9	Фланцы, картеры, поршни
АЛ4	Блоки цилиндров
	Медно-марганцевые
АЛ7	Си	Повышенная прочность, корро-зионная стойкость во влажных средах	Кронштейны, арматура
АЛ8	Mg	Вилки, кронштейны
АЛ 21	Mg, Си	Блоки цилиндров
Деформируемые
Марка сплава	Легирование	σ в, МПа	δ, %
Дуралюмины
Д1	Си, Mg, Mn
Д16	Си, Mg, Mn
АВ	Си, Mg, Mn, Si
Авиаль
В95	Си, Mg, Mn, Zn, Cr
Высокопрочный сплав
АК6	Си, Mg, Mn, Si
АК8	Си, Mg, Mn, Si
Ковочный сплав
АК4-1	Си, Mg, Si, Fe, Ni
Жаропрочный сплав
Д20	Си, Si, Fe, Ni

 

Силумины – литейные алюминиевые сплавы. Это 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.

 

Титан и его сплавы

 

Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4, 5 г/см³. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680^oС.

Чистый иодидный титан, в котором сумма примесей составляют 0, 05…0, 1 %, имеет модуль упругости 112 000 МПа, предел прочности около 300 МПа, относительное удлинение 65%. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0, 8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.

При температуре 882^oС титан претерпевает полиморфное превращение, –титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.

Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500^oС становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:

· сочетание высокой прочности ( МПа) с хорошей пластичностью ( );

· малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;

· хорошая жаропрочность, до 600…700^oС;

· высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Однородные титановые сплавы, не подверженные старению, используют в криогенных установках до гелиевых температур.

В результате легирования титановых сплавов можно получить нужный комплекс свойств. Легирующие элементы, входящие в состав промышленных титановых сплавов, образуют с титаном твердые растворы замещения и изменяют температуру аллотропического превращения.

Сплавы на основе титана можно подвергать всем видам термической обработки, химико-термической и термомеханической обработке. Упрочнение титановых сплавов достигается легированием, наклепом, термической обработкой.

Часто титановые сплавы легируют алюминием, он увеличивает прочность и жаропрочность, уменьшает вредное влияние водорода, увеличивает термическую стабильность. Для повышения износостойкости титановых сплавов их подвергают цементации или азотированию.

Основным недостатком титановых сплавов является плохая обрабатываемость режущим инструментом.

По способу производства деталей различаются деформируемые (ВТ 9, ВТ 18) и литейные (ВТ 21Л, ВТ 31Л) сплавы.

Области применения титановых сплавов:

· авиация и ракетостроение (корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа);

· химическая промышленность (компрессоры, клапаны, вентили для агрессивных жидкостей);

· оборудование для обработки ядерного топлива;

· морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок);

· криогенная техника (высокая ударная вязкость сохраняется до –253^oС).

Магний и его сплавы

 

Магний – очень легкий металл, его плотность – 1, 74 г/см³. Температура плавления – 650^oС. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку. Очень активен химически, вплоть до самовозгорания на воздухе. Механические свойства технически чистого магния (Мг1): предел прочности – 190 МПа, относительное удлинение – 18 %, модуль упругости – 4500 МПа.

Основными магниевыми сплавами являются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, цирконием. Сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Сплавы упрочняются после закалки и искусственного старения. Закалку проводят от температуры 380…420^oС, старение при температуре 260…300^oС в течение 10…24 часов. Особенностью является длительная выдержка под закалку – 4…24 часа.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Закаливаемость и прокаливаемость стали.
2. Закалка стали. Полная и неполная закалка. Выбор температуры нагрева для закалки. Критическая скорость охлаждения. Закаливаемость и прокаливаемость.
3. Закалка стали. Способы закалки.
4. Инструментальные, углеродистые, качественные, высококачественные стали. применение, маркировка, расшифровка.
5. Конструкционные легированные стали.
6. Конструкционные материалы. Легированные стали.
7. Конструкционные стали. Классификафия конструкционных сталей.
8. Материалы МК. Виды строительных сталей. Выбор марки стали.
9. Новые методы производства и обработки стали.
10. Термомеханическая обработка стали.
11. Химико-термическая обработка стали.