Тема: Кольорові метали і сплави

Самостійна робота № 5

План: 1 Властивості і область застосування міді. Сплави на основі міді: латуни і бронзи, їх властивості, призна­чення і марки по ДСТУ. Термічна обробка латуні та бронзи.

2 Алюміній, його властивості, маркування і хімічний по ДСТУ і область застосування. Термічна обробка.

3 Ливарні алюмінієві сплави, їх маркування і хіміч­ний склад за ДСТУ

4 Властивості чистого титана і область застосування. Сплави на основі титана, їх призначення і марки ДСТУ.

5 Призначення антифрикційних сплавів і вимоги, пред'явлені їм. Види антифрикційних сплавів: бабі­ти, сплави на мідній, алюмінієвій, свинцевій і цин­ковій основах, антифрикційні чавуни. Структура, склад, властивості, застосування і марки ДСТУ.

Література:(1,с.214-249; 2,с. 143-149)

Кольорові метали мають комплекс цінних властивостей, таких, наприклад, як теплопровідність (алюміній, мідь), низьку температуру плавлення (свинець, олово), малу питому вагу (алюміній, магній) тощо. Проте застосування їх у чистому вигляді досить обмежене. Широко застосовуються у промисловості сплави кольорових мета­лів — латуні, бронзи, бабіти (на основі міді, цинку, олова, свинцю), а також дюралюмінії і силуміни (на основі алюмінію), сплави на основі титану, магнію. На основі кольорових металів та їхніх сплавів створюються також композиційні матеріали та такі, що виготовляють методами порошкової металургії.

Мідь та сплави на її основі

За обсягами виробництва мідь посідає третє місце після заліза та алюмінію. Запаси її у земній корі дорівнюють 0,01 %, у сульфідних рудах (CuFeS — мідний колчедан, CuS — халькозин, Cu₂S — халькопірит) — від 0,5 до 5 %. Мідь має ГЦК - кристалічну гратку, температура плавлення становить 1038 °С, питома вага γ= 8,9 г/см³.

Одержують мідь із збагаченого концентрату (11...35 % Си), який спочатку обпалюють при 600...850 °С для часткового зниження вмісту сірки, а потім для відділення від рудних домішок плавлять при 1300...1500 °С на штейн (сплав сульфідів Cu₂S і Fe). Штейн (від Stein - камінь) - суміш сульфідів заліза, нікелю, міді, кобальту і інших елементів. Штейн - проміжний продукт при отриманні деяких кольорових металів (Cu, Ni, Pb та ін.) з їх сульфідних руд. Штейн - сплав сульфіду заліза FeS з сульфідом отримуваного металу (напр., Cu2S). Мідний штейн містить 16...60 % Си, а також Fe і S. Штейн переплавляють у спеціальному конверторі з продувкою розплаву повітрям при 950... 1050 °С і одержують чорнову мідь, що містить до 1...2 % домішок (Fe, Zn, Ni, As та інші). Очищують чорнову мідь шляхом вогневого або електролітичного рафінування. Первинна технічно чиста мідь після рафінування містить 99,5...99,99 % Си. Чиста мідь має 11 марок - М00б, М0б, М1б, M1y, М1, М1р, М1ф, М2р, М3р, М2, М3. Сумарна кількість домішок у марці найвищої чистоти М00б — 0,01 %, а в марці М3 - 0,5 %.

Залежно від механічних властивостей розрізняють також тверду (нагартовану) мідь — МТ і м'яку (відпалену) — MM. Механічні властивості чистої відпаленої міді такі: σ_в = 220...240 МПа, 40...80 НВ, δ = 45...50 %, ψ = 60...75 %. Цінними властивостями міді є її висока електро- та теплопровідність, пластичність, низька окислюваність. Електропровідність міді знижується за наявності домішок. Половина всієї міді використовується в електротехніці. Для електротехнічних потреб чисту мідь постачають у вигляді дроту, прутка, стрічки, листа, смуги і труб. У зв'язку з низькою міцністю як конструкційний матеріал використовують не чисту мідь, а лише сплави міді з оловом, цинком, алюмінієм, кремнієм, марганцем тощо. Легування міді підвищує її механічні, технологічні та експлуатаційні властивості, залежно від хімічного складу розрізняють три основні групи сплавів міді: бронзи, латуні і сплави міді з нікелем.

Бронзи — це сплави міді з оловом, алюмінієм, марганцем, кремнієм, берилієм, свинцем. Залежно від основного легуючого еле­мента бронзи називають олов'янистими, алюмінієвими, берилієвими та ін. Для підвищення механічних і особливих властивостей бронзи додатково легують Fe, Ni, Ті, Zn, Р, для підвищення корозійної стійкості — Мn, пластичності — Ni, міцності — Fe, оброблюваності різанням — РЬ.

Маркують бронзи літерами Бр, далі літерами позначають еле­менти, що входять до складу бронзи: О — олово, Ц — цинк, А — алюміній, С — свинець, Ж — залізо, Мц — марганець, Б — берилій і а інші. Після цього цифрами вказують середній вміст елементів у процентах (вміст міді цифрами не вказують). Наприклад, марка Бр ОЦ4-3 означає, що бронза містить 4 % олова і 3 % цинку, решта — мідь; БрОЦС5-5-5 — бронза містить олова, цинку і свинцю по 5 %, решта — мідь.

Олов'янисті бронзи ( БрО3, БрО6, БрОС25-8 та інші), залежно від вмісту олова і фазового стану, поділяють на однофазні (до 5 % Sn) із структурою α-твердого розчину і двофазні (більше 5 % Sn) із структу­рою (рисунок 1), що складається з α-твердого розчину та евтектоїда (α+ Cu₃₁Sn₈).

Однофазні бронзи пластичні і добре піддаються деформуванню, з них виготовляють фольгу, сітки, дріт, прутки, стрічки тощо у нагартованому (твердому) і відпаленому (м'якому) станах.

Двофазні олов'янисті бронзи з більшим вмістом олова (до 15...20 %) використовують як ливарні матеріали для виготовлення різних фасонних виливків. Їх також додатково легують цинком (4...10 %), свинцем (3...6 %), фосфором (0,4...1,0 %). Олов'янисті бронзи корозійно стійкі у морській воді, NaOH, Na₂C0₃, не стійкі у розчинах HN0₃ і НС1, мають досить високі механічні властивості: σ=150...350 МПа, δ= 3...5 %, твердість 60...90 НВ, добре обробляються різанням.

Олов'янисті бронзи типу БрОЦН3-7-5 використовують для арма­тури, яка експлуатується на повітрі, у прісній воді, маслі, парі і при температурах до

250 °С; бронза типу БрОЦС5-5-5 — для антифрик­ційних деталей, арматури тощо.

До складу безолов'янистих бронз, окрім міді, входять Аl, Fe, Мn, Be, Si, Pb або різні комбінації цих елементів.

Рисунок 1 - Мікроструктура литої бронзи, х 200:

а — олов'янистої з 5 % Sn; б — олов'янистої з 10 % Sn; в — алюмінієвої

Алюмінієві бронзи (4...11 % Аl) мають високу корозійну стійкість, високі механічні та технологічні властивості (БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4, БрКМц3-1, БрС30 та інші). Однофазні бронзи (α-твердий розчин) з вмістом алюмінію до 8...9 % добре обробляються тиском у гарячому і холодному стані (рисунок 1в). Двофазні бронзи (α-твердий розчин + Си₂Аl) з вмістом алюмінію 9...11 %, а також заліза, нікелю, марган­цю мають більшу міцність, піддаються обробці тиском у гарячому стані. Двофазні бронзи можна піддавати зміцнюючій обробці — гартуванню від 900...950 °С з відпуском за різних температур. При цьому утворюється орієнтована голчаста структура, зростає твердість та міцність, зменшується пластичність. Так, бронза БрАЖН 10-4-4 після гартування і відпуску (400 °С) підвищує твердість від 170...200 до 400 НВ. З алюмінієвих бронз виготовляють арматуру трубо­проводів для різних середовищ (окрім морської води) і температур до 250 °С (БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л); деталі для експлуатації в середовищі морської води, гвинти, лопасті (БрАМц9-2Л); втулки, підшипники ковзання (БрАМ10-2); фланці, шестерні та інші відповідальні деталі (БрАЖМц10-3-1,5).

Дата добавления: 2014-01-07