Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Химический состав и назначение деформируемых медноникелевых сплавов

В мелъхиорах основным легирующим элементом является никель, содержание которого составляет 18-20%. Температу­ра плавления мельхиоров - около 1170 °С. Для повышения коррозионной стойкости на воздухе и в морской воде их до­полнительно легируют железом и марганцем, которые не ухуд­шают пластичности. Мельхиоры обладают высокими прочно­стными свойствами, которые можно существенно повысить нагартовкой. Сплав МНЖМц30-1-1 отличается высокой кор­розионной стойкостью в пресной и морской воде, паре. Из не­го изготовляют конденсаторные трубки, работающие в тяже­лых условиях (при повышенных давлениях и температурах), где латунные и медные трубы неприменимы. Мельхиоры ими­тируют серебро. Они широко применяются для изготовления столовых приборов и недорогих ювелирных изделий с полу­драгоценными камнями или без них.

Нейзилъберы - это сплавы тройной системы Сu-Ni-Zn, со­держащие 5-35 % Ni и 12-40 % Zn. Температура их плавления составляет около 1050 °С. Цинк придает этим сплавам сереб­ристый цвет и снижает их стоимость. Нейзильберы легко об­рабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.

Применяются для изготовления деталей приборов и арма­туры, работающей во влажной и коррозионно-активной сре­де. Нейзильберы, так же как и мельхиоры, являются декора­тивными сплавами и по внешнему виду напоминают серебро. Их используют для изготовления столовых приборов и худо­жественных изделий. Наиболее широко применяют сплав МНЦ 15-20. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью и широко применяется в ювилирной промышленности.

Колокола льют из колокольной бронзы, содержащей 20 % олова. Классический состав колокольной бронзы по старин­ным рецептам сохранился и в настоящее время.

Основные требования, которые предъявляются к колоколь­ной бронзе: хорошее возбуждение звука, излучение всех час­тот, возникающих при ударе, и большая длительность зву­чания. Этим требованиям отвечают металлы, обладающие высокой упругостью, низким затуханием звука, высокой плот­ностью и минимальной пористостью.

На звучании колокола плохо сказываются примеси, кото­рые резко снижают акустические характеристики бронзы. Содержание примесей не должно превышать 2 %, а в особо от­ветственных случаях 1 %. Примеси алюминия, висмута, мышьяка дают себя знать, даже если их содержание исчисляется в сотых долях процента.

Звучание колокольной бронзы определяется содержанием интерметаллидной фазы Си3Sn8. Чем выше ее доля в сплаве, тем чище, звонче, мелодичнее звук. Однако эта фаза обладает исключительной хрупкостью. При 32 %-м содержании олова колокол не выдержал бы и одного удара. Сплав с 22%-м со­держанием олова находится на границе области допустимой хрупкости.

Таким образом, наилучшим колокольным сплавом являет­ся двухкомпонентная бронза, содержащая 20-22 % олова и не более 1-2 % примесей.

В паспорт включаются основные геометрические размеры колокола, место и дата изготовления, а также акустические характеристики, в том числе: частота звучания, максималь­ный уровень звучания, время затухания.

По мнению некоторых музыковедов, никакие акустиче­ские измерения не могут заменить слуховое восприятие чело­веком тонких оттенков мелодичности звучания колокола.

Сплавы для кабинетных украшений используют для из­готовления статуэток, подсвечников, шкатулок, бра, тарелок и предметов с инкрустацией.

Кабинетные украшения изготавливают из фосфористых чугунов и медных сплавов. Широкое распространение полу­чили четырехкомпонентные бронзы системы Си-5п-2п-РЬ, обладающие необходимым комплексом технологических и эс­тетических свойств.

Эти бронзы хорошо поддаются различным видам обработ­ки (чеканке, гравировке, резанию), имеют красивый цвет, вы­сокую коррозионную стойкость. Состав литейных художественных бронз приведен в таблице.

 

Химический состав литейных художественных бронз, % (маc.)

Высокими литейными и декоративными свойствами обла­дают также деформируемые бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4, а также литейные бронзы Бр05Ц5С5 и БрОбЦбСб.

Хорошими литейными свойствами и красивым золотистым цветом обладают кремнистые латуни ЛК 80-3 и ЛКС 80-3-3.

Кроме сплавов на основе драгоценных металлов для юве­лирных изделий широко применяются сплавы на основе меди (бронзы, латуни, нейзильбер, мельхиор).

Известны золотистые бронзы, содержащие 7 % олова, 3-9 % цинка.

Для изготовления украшений используют материалы на основе меди, имитирующие золотые и серебряные сплавы (табл. 16.7, 16.8).

Поскольку большинство медных сплавов обладают невы­сокой коррозионной стойкостью, для защиты изделий приме­няют лаковые покрытия.

Из всех бронз в ювелирной промышленности чаще всего используется бериллиевая бронза. Она отличается высокой твердостью и наиболее стойка против коррозии.

Цветовые характеристики медных сплавов зависят от системы легирования и содержания легирующих элементов. В таблице описано изменение цвета медных сплавов от красного до золотисто-желтого и светло-серого при введении разных количеств олова и цинка.

Подбор вида и количества легирующих элементов позво­ляет получать различную цветовую гамму изделий, что уси­ливает их эстетическое восприятие.

Титан и его сплавы.

Т итан широко распространен в земной коре, где его содер­жится около 0,6 %, а по распространенности среди конст­рукционных металлов он занимает четвертое место после алюминия, железа и магния. Однако промышленный способ его извлечения из руд был разработан лишь в 1940-х гг. Бла­годаря прогрессу в области самолето- и ракетостроения про­изводство титана и его сплавов интенсивно развивалось. Если в 1947 г. в мире производили менее 3 т титана, то в начале XXI в. - более 100 тыс. т. Рост производства объясняется соче­танием таких ценных свойств титана, как малая плотность, вы­сокая удельная прочность, коррозионная стойкость, технологичность при обработке давлением и свариваемость, хладостойкость, высокая стойкость против солнечной радиа­ции, немагнитность и ряд других ценных физико-механичес

 

Физико-механические свойства технического титана

Титан - металл серебристо-белого цвета, имеющий малую плотность (4,5 г/см3). Температура плавления титана (1668± ±4) °С зависит от степени его чистоты.

Титан имеет две полиморфные модификации: а-титан с гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами а = 0,295 нм, с = 0,470 нм и высокотемпературную модифика­цию (β -титан с кубической объемно-центрированной решет­кой с периодом а = 0,332 нм при 900 °С. Температура поли­морфного (α<->β)-превращения составляет 883 °С.

Механические свойства титана существенно зависят от чистоты металла от примесей. Различают примеси внедре­ния - кислород, азот, углерод, водород - и примеси замеще­ния, к которым относятся железо и кремний. Хотя примеси повышают прочность, но одновременно они резко снижают пластичность, причем наиболее сильное отрицательное дей­ствие оказывают примеси внедрения, особенно газы. При вве­дении всего лишь 0,03 % Н, 0,2 % N или 0,7 % О титан полно­стью теряет способность к пластическому деформированию и хрупко разрушается.

Особенно вреден водород, вызывающий водородную хруп­кость титановых сплавов. Водород попадает в металл при плавке и последующей обработке, в частности при травлении полуфабрикатов. Водород малорастворим в а-титане и обра­зует пластинчатые частицы гидрида, снижающего ударную вязкость и особенно отрицательно проявляющегося в испы­таниях на замедленное разрушение.

Поэтому содержание примесей, особенно газов, в титане и титановых сплавах строго ограничено.

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим его восстановлением из четыреххлористого титана метал­лическим магнием (магниитермическии метод). Полученный этим методом титан губчатый (ГОСТ 17746-79) в зависимо­сти от химического состава и механических свойств выпус­кают следующих марок: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150.

Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуго­вых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.

Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Например, техниче­ски чистый титан марки ВТ1-0 имеет: σв = 375-540 МПа, σо,2 -= 295-410 МПа, δ > 20 %, и по этим характеристикам не усту­пает ряду Cr-Ni коррозионностойких сталей.

Основной целью легирова­ния титановых сплавов явля­ется повышение прочности, жа­ропрочности и коррозионной стойкости. Широкое примене­ние нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибде­ном, ванадием, марганцем, оло­вом и некоторыми другими элементами. Как и в сплавах на основе железа, легирующие элементы оказывают сильное влия­ние на полиморфные превращения титана.

Такие элементы, как А1, N, О, повышают температуру по­лиморфного (а<->β)-превращения, расширяя область твердых растворов на основе а-титана, и, таким образом, являются а-стабилизаторами. Учитывая охрупчивающее действие азота и кислорода, практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Алюминий является основным уп­рочняющим легирующим элементом, к тому же имеющим ма­лую плотность. Поэтому он обычно присутствует в большин­стве титановых сплавов.

Большинство легирующих элементов (Мо, V, Мп, Ре, Сr и др.), наоборот, понижают температуру полиморфного (а<-> β)-превра-щения и расширяют область существования твердых раство­ров на основе β -Тi, являясь β -стабилизаторами.

Упрочняющая термическая обработка, состоящая из за­калки и старения, применима только для сплавов с (а + β)-структурой. Сплавы с устойчивой а-структурой нельзя упроч­нить термической обработкой.

Полиморфное (β —>а)-превращение может происходить дву­мя путями. При медленном охлаждении и высокой подвижно­сти атомов оно происходит по обычному диффузионному механизму, а при большом переохлаждении и быстром ох­лаждении - по бездиффузионному мартенситному механиз­му. При медленном охлаждении образуется полиэдрическая структура а-твердого раствора, а при быстром - игольчатая мартенситная структура, обозначаемая а' или при большей степени легированности - а". Кристаллические структуры а, а' и а" практически одинаковы (гексагональная плотноупако-ванная решетка), однако решетка пересыщенных твердых растворов а' и а" более искажена при высокой скорости охлаж­дения. При старении из а'- и а"-фаз выделяются (β-фаза или интерметаллидная фаза ТiCr2.

Титановые сплавы подвергают термической обработке -рекристаллизационному отжигу, закалке и старению, а также химико-термической обработке.

Отжиг титановых сплавов проводят после холодной де­формации. Температура их рекристаллизации составляет в среднем 500 °С, и отжиг при температуре 700-800 °С вполне достаточен для устранения наклепа.

Превращения при закалке и старении в титановых спла­вах, в принципе, похожи на соответствующие превращения в стали. Однако из-за того, что а'-мартенсит в титановых спла­вах мало отличается по прочности от равновесной а-фазы, столь сутцественного упрочнения, как в сталях, в титановых сплавах не происходит. В результате фазовой перекристалли­зации происходит измельчение зерна, что положительно ска­зывается на их пластических свойствах.

Титановые сплавы обладают низкими антифрикционны­ми свойствами. Для повышения износостойкости их подвер­гают азотированию. Азотирование проводят в среде газооб­разного азота при температуре около 900 °С, длительность процесса до 50 ч.

Химико-термическая обработка проводится для повыше­ния твердости и износостойкости, стойкости к "схватыванию" при работе в условиях трения, усталостной прочности, а также улучшения коррозионной стойкости, жаростойкости и жаро­прочности. Практическое применение имеют азотирование, си-лицирование и некоторые виды диффузионной металлизации. Силицирование применяют для повышения жаростойкости.

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ

Титановые сплавы по сравнению с техническим титаном имеют более высокую прочность, в том числе и при высоких температурах, сохраняя при этом достаточно высокую пла­стичность и коррозионную стойкость.

По технологии изготовления титановые сплавы подразде­ляются на деформируемые и литейные; по уровню механиче­ских свойств - на сплавы невысокой прочности и повышенной пластичности, средней прочности, высокопрочные; по условиям применения - на хладостойкие, жаропрочные, коррозионностойкие. По способности упрочняться термообработкой они делятся на упрочняемые и неупрочняемые, по структуре в отожженном состоянии -на а-, псевдо-а-, (а + β)-, псевдо- β - и β -сплавы.

За основу классификации принято соотношение а- и β -фаз в структуре сплава и особенности структурных превращений, происходящих при их термической обработке.

Отдельные группы титановых сплавов различаются по ве­личине условного коэффициента стабилизации Кв, который показывает отношение содержания р-стабилизирующего ле­гирующего элемента к его содержанию в сплаве критического состава Скр. При содержании в сплаве нескольких β -стабилизирующих элементов их Кв суммируются.

На рисунке показан характер структур титановых спла­вов в отожженном и закаленном состоянии.

Структура титано­вых сплавов в отожженном и закаленном состоянии: 1 - переходный класс; 2 - мартен-ситный класс

Сплавы с а-структурой характеризуются невысокой проч­ностью при комнатной температуре и не упрочняются при тер­мообработке. Их недостатком является низкая технологическая пластичность, а достоинством - хорошая свариваемость и высо­кие механические свойства при низких температурах. Псевдо-а-сплавы, сохра­няя достоинства а-сплавов, благодаря присутствию не­больших количеств β -фазы (до 5 %), имеют более высо­кую технологическую пла­стичность и хорошо обра­батываются давлением. Двухфазные (а + β)-спла­вы характеризуются наилуч­шим сочетанием механиче ских и технологических свойств. По структуре после закал­ки различают мартенситный и переходный классы (а + β)-сплавов. Сплавы мартенситного класса менее легированы и в равновесном состоянии содержат не более 25 % (3-фазы. Уве­личение количества β -фазы в сплавах переходного класса до 50 % обеспечивает им самую высокую прочность этой груп­пы сплавов как в отожженном, так и в закаленном состоя­ниях.

Псевдо- β -сплавы после закалки имеют структуру метаста-бильной р-фазы. В этом состоянии они имеют хорошую пла­стичность и сравнительно низкую прочность, благодаря чему хорошо обрабатываются давлением. После старения их проч­ность возрастает в 1,5 раза и составляет 1300-1800 МПа.

Однофазные р β -сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью. Сплав 4201 может заменить тантал, сплавы на никелевой основе типа хастеллой, а также благородные ме­таллы - платину, золото. Однако сплавы со стабильной β -структурой сравнительно редко применяют из-за необходимо­сти их легирования большим количеством изоморфных эле­ментов (V, Мо, N5), имеющих высокую стоимость, и из-за вы­сокой плотности, понижающей удельную прочность изделий.

Сплавы титана имеют хорошие литейные свойства - высо­кую жидкотекучесть, плотность отливок и малую склонность к образованию горячих трещин. Хотя литейные титановые спла­вы не содержат эвтектику, однако небольшой интервал кри­сталлизации (50-70 °С) обуславливает вполне удовлетвори­тельные литейные свойства. Из-за склонности к поглощению газов их плавку и разливку ведут в вакууме или в среде ней­тральных газов. Состав титановых сплавов для фасонного ли­тья обычно соответствует составу деформируемых сплавов (ВТ5Л, ВТ14Л). Механические свойства литейных титановых сплавов ниже, чем у деформируемых.

Титановые сплавы склонны к повышенному налипанию на инструмент, что в сочетании с их низкой теплопроводостью затрудняет процесс механической обработки. При обработке резанием целесообразно применение инструмента с твердо­сплавными пластинами.

При проведении сварки титановых сплавов во избежание появления дефектов в швах, основными из которых являются поры и холодные трещины, необходимо тщательное удаление поверхностной оксидной пленки с основного и присадочного материала. Из-за химической активности титана обязательна защита инертными газами сварочной ванны и остывающих участков от соприкосновения с воздушной атмосферой.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Диаграмма состояния системы Cu-Sn | Художественная обработка сплавов титана
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 702; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.039 сек.