Лекция 1-2 (Лекции 1-4), страница 6

За исключением чёрных металлов, т.е. железа и его сплавов, все остальные металлы и сплавы называются цветными. Цветные металлы и сплавы называются лёгкими, если они имеют плотность менее 5 г/см³. К лёгким сплавам относятся материалы на основе магния (1,74 г/см³), алюминия (2,70 г/см³) и титана (4,50 г/см³). Цветные металлы и сплавы с плотностью, большей чем у железа (7,87 г/см³), называются тяжёлыми. К тяжёлым металлам относятся в порядке возрастания плотности, например, ниобий (8,57 г/см³), кобальт (8,90 г/см³), никель (8,90 г/см³), медь (8,94 г/см³), молибден (10,20 г/см³), серебро (10,50 г/см³), свинец (11,34 г/см³), ртуть (13,50 г/см³), тантал (16,60 г/см³), уран (19,04 г/см³), вольфрам (19,30 г/см³), золото (19,32 г/см³), плутоний (19,80 г/см³), платина (21,45 г/см³), осмий (22,61 г/см³), иридий (22,65 г/см³).

Наибольшее применение в машиностроении нашли сплавы на основе алюминия, магния, титана и меди.

Для изготовления деталей высокотемпературных газовых турбин, камер сгорания, корпусов двигателей и сопел ракетной и авиационной техники широко применяются нимоники – жаропрочные сплавы на никелевой основе (55-77%), легированные большим количество хрома (например, наиболее широко применяемый жаропрочный сплав ХН77ТЮР содержит 77% никеля, 20% хрома, а в остальные 3% входят титан, алюминий и бор), а в электротехнической промышленности применяются пермаллои – сплавы никеля (40-83%) с железом, обладающие высокой магнитной проницаемостью.

Другие из перечисленных цветных металлов в основном используются в технике в качестве легирующих компонентов или по специальному назначению, например, ртуть в термометрах и манометрах, иридий – для создания эталонов мер и деталей высокоточных измерительных приборов, сплавы иридия с осмием или платиной – для создания сверхтвёрдых и износостойких изделий.

1.10. Классификация, маркировка, механические

и эксплуатационные свойства алюминиевых сплавов

Технический алюминий маркируется как АД и АД1 и применяется для изделий, не несущих особой нагрузки (кабели, провода, фольга, посуда, цистерны для молока и т.п.).

Более широко используются сплавы алюминия, которые разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть неупрочняемые и упрочняемые термообработкой.

К неупрочняемым термообработкой деформируемым сплавам относят сплавы алюминия с марганцем, маркируемые как АМц (этот сплав содержит около 1,5% Mn), и сплавы алюминия с магнием, маркируемые как АМг (этот сплав содержит около 1,5% Mg, а сплав АМг6 – 6% Mg). Эти сплавы обладают высокой пластичностью и невысокой прочностью.

К упрочняемым термообработкой деформируемым сплавам относят дуралюмины (называемые также дюралями или дюралюминиями), являющиеся сплавами алюминия с медью, магнием и марганцем, маркируемые как Д1, Д16, Д18. В ковочные сплавы АК6 и АК8 кроме меди, магния и марганца входит также кремний. Эти же компоненты входят и в авиаль (авиационный алюминий) АВ, который отличается меньшей прочность, но обладает высокими пластичностью и пределом выносливости, а также хорошей коррозионной стойкостью. Наиболее высокопрочными являются сплавы В95, В96, в которые помимо указанных компонентов входит большое (до 8,6%) количество цинка. Эти сплавы обладают пределами прочности и текучести, не уступающими многим качественным среднеуглеродистым сталям (_в700 МПа, _т600 МПа), но имеют низкую пластичность, в связи с чем их надо деформировать либо в горячем состоянии, либо в холодном после отжига.

В качестве литейных алюминиевых сплавов наиболее широко используют силумины – сплавы алюминия с кремнием (до 13%) АК12, АК9ч, АК7ч. Используют и более сложные по составу сплавы типа сплава АК12ММг, в который, помимо кремния, входят также медь и магний.

Алюминиевые сплавы могут обладать следующими механическими свойствами: _т=630 МПа (В96), _в=700 МПа (В96), НВ 180 (В96), =23% (АМц).

Алюминиевые сплавы могут проявлять высокие усталостную прочность, коррозионную стойкость и вибростойкость. Есть жаропрочные алюминиевые сплавы, хорошо работающие при температурах около 300–350С (в компрессорах турбореактивных двигателей). Алюминиевые сплавы обладают достаточно высокой удельной прочностью, т.е. пределом прочности или текучести, отнесённым к удельному весу. Например, указанные выше прочностные показатели алюминиевого сплава В96 после закалки и искусственного старения соответствуют закалённой стали 45. Если заменить опорный цилиндр из стали 45 на такой же цилиндр из алюминиевого сплава В96, то он будет столь же прочен, но при этом будет весить в 3 раза легче. Поэтому достаточно высокая удельная прочность алюминиевых сплавов обуславливает их широкое применение в авиастроении.

1.11. Классификация, маркировка, механические

и эксплуатационные свойства магниевых сплавов

Промышленный магний имеет маркировку, подразумевающую определённую чистоту. Например, в марке Мг96 содержится 99,96% магния, а в марке Мг95 – 99,85% магния.

Магниевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные, неупрочняемые и упрочняемые термообработкой. Деформируемые магниевые сплавы имеют маркировку типа МА5, а литейные – типа МЛ6. Цифры обозначают условный номер сплава и ничего не говорят о процентном составе, который определяется по номеру сплава с помощью нормативной таблицы.

Магниевые сплавы могут обладать следующими механическими свойствами: _т=280 МПа (МА14), _в=350 МПа (МА14), НВ 80 (МА14), =19% (МА2-1).

Магниевые сплавы обладают высокой удельной прочностью, хорошо работают при динамических нагрузках, имея высокую способность поглощать энергию удара и вибрационные колебания. Положительным свойством магниевых сплавов является также их высокая удельная теплоёмкость. Температура поверхности деталей из этих сплавов при одинаковом количестве поглощённого тепла в 2 раза ниже температуры поверхности деталей из низкоуглеродистых сталей и на 20% ниже, чем у деталей из алюминиевых сплавов. Поэтому магниевые сплавы используют для изготовления топливных баков ракет и картеров автомобильных двигателей. Благодаря способности поглощать тепловые нейтроны и не взаимодействовать с ураном магниевые сплавы используют для изготовления элементов атомных реакторов. Жаропрочные магниевые сплавы могут длительно работать при температуре 350С.

Но из-за малой коррозионной стойкости поверхность изделий из магниевых сплавов приходится защищать специальными покрытиями.

1.12. Маркировка, механические и эксплуатационные свойства

титановых сплавов

Для получения сплавов с заданными свойствами титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем. Наибольшее применение нашли сплавы, легированные алюминием. Маркировка титановых сплавов типа ВТ5 или ОТ4 является условной и ничего не говорит ни о составе, ни о свойствах конкретного сплава, которые можно узнать из нормативных таблиц.

Титановые сплавы могут обладать следующими механическими свойствами: _т=1400 МПа (ВТ15), _в=1500 МПа (ВТ15), НВ 420 (ВТ15), =27% (ВТ1-00).

Титановые сплавы значительно (в 1,5–2 раза) превосходят по прочности большинство углеродистых и коррозионно-стойких сталей и аналогичны в этом отношении лучшим маркам высоколегированных конструкционных и теплостойких сталей, и жаропрочных никелевых сплавов. А по удельной прочности титановые сплавы в 2–2,6 раза превосходят лучшие марки высоколегированных сталей, алюминиевых и жаропрочных никелевых сплавов. Титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хладостойкостью, а также немалой жаропрочностью. Всё это обуславливает их широчайшее применение в авиационной и ракетной технике, судостроении и энергомашиностроении.

1.13. Классификация, маркировка, механические

и эксплуатационные свойства медных сплавов

Медь имеет маркировку, подразумевающую определённую чистоту. Например, в марке М1 содержится 99,9% меди, а в марке М3 – 99,5% меди.

Медные сплавы подразделяют на латуни – сплавы меди с цинком (до 50% Zn), и бронзы – сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк.

Латуни и бронзы делят на деформируемые и литейные, которые отличаются от деформируемых тем, что в их состав вводят добавки, улучшающие литейность. Однако эти добавки снижают пластические свойства литейных латуней и бронз по сравнению с деформируемыми.

Латунь маркируют буквой Л, после чего следуют буквы основных названий входящих в сплав элементов и цифры, указывающие количество соответствующего элемента в процентах. Например, ЛЦ40Мц3А означает латунь, содержащую 40% цинка, 3% марганца и 1% алюминия; ЛЦ23А6Ж3Мц2 означает латунь, содержащую 23% цинка, 6% алюминия, 3% железа, 2% марганца. Благодаря хорошей обрабатываемости давлением и резанием, широкому диапазону свойств, красивому цвету и сравнительной дешевизне латунь является наиболее распространенным медным сплавом.

Латуни могут обладать следующими механическими свойствами: _т=570 МПа, _в=760 МПа, НВ 190, =55%.

Бронзу маркируют буквами Бр, после чего следуют буквы основных названий входящих в сплав элементов и цифры, указывающие количество соответствующего элемента (О – олова, А – алюминия, К – кремния, Б – бериллия, С – свинца, Ц – цинка, Ф – фосфора, Н – никеля, Мц – марганца) в процентах. Буква Л в конце говорит о том, что эта бронза литейная. Например, БрО5Ц5С5 означает бронзу, содержащую 5% олова, 5% цинка и 5% свинца; БрА9Ж3Л означает литейную бронзу, содержащую 9% алюминия и 3% железа. Наиболее часто используют оловянные и алюминиевые бронзы, реже кремнистые, бериллиевые и свинцовые.

Бронзы могут обладать следующими механическими свойствами: _т=900 МПа, _в=1000 МПа, НВ 250, =40%.

Медные сплавы обладают высокой прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью.

Таблица 1.1. Сопоставление механических свойств, которыми могут обладать разные виды конструкционных материалов после термообработки

Наглядное сопоставление предельных свойств различных видов конструкционных материалов представлено в табл. 1.1.

Из табл. 1.1 наглядно видно, что стали обладают наиболее широким диапазоном возможных механических свойств, что, наряду с относительной дешевизной, и обуславливает их наиболее широкое применение в технике по сравнению с любым другим видом конструкционных материалов.

44