Алюминий Al

Титан Ti

Обладает ценными свойствами:

· небольшая плотность

· высокая удельная прочность

· коррозионная стойкость

Недостатки:

· при повышении температуры активно реагирует с газами

· имеет малые антифрикционные свойства

· плохая обрабатываемость

· высокая стоимость

Титан является достаточно активным элементом, но на воздухе он покрывается оксидной плёнкой TiO, что придаёт ему высокую стойкость в атмосфере, воде, кислотах (кроме плавиковой HF, серной, азотной).

Примеси – упрочнители: алюминий Al, кремний Si, железо Fe, марганец Mn, молибден Mo, хром Cr, ванадий V.

Практически все сплавы титана содержат алюминий. Фактически он выполняет роль углерода в стали: увеличивает прочность, жаростойкость.

Кроме радиоэлектроники применяется в авиации, ракетостроении, химической промышленности, оборудовании для обработки ядерного топлива, морском и речном судостроении, криогенной технике (сохраняет ударную прочность до 20 К).

Лёгкий металл, сально активен, но защищён оксидной плёнкой Al₂O₃.

По техническим свойствам алюминиевые сплавы делятся на 3 группы:

1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой (зерновая структура).
2. Деформируемы сплавы, упрочняемые термической обработкой.
3. Литейные сплавы.

Методами порошковой металлургии изготавливаются так называемые спеченные алюминиевые сплавы (САС) и спеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).

К первой группе относятся сплавы алюминия с марганцем – АМЦ; с магнием – АМГ. Это мягкие, гибкие сплавы, хорошо обрабатываются давлением, обладают повышенной коррозионной устойчивостью, свариваются.

Ко второй группе относятся: дюралумины – сложные многокомпонентные сплавы: Al-Cu-Mg; Al-Mg-Zn-Cu.

Эти сплавы по сравнению с предыдущими обладают меньшей коррозийной стойкостью, для увеличения которой нередко к ним добавляют марганец. Жёсткие, плохо обрабатываются давлением и после изготовления детали подвергаются закалке при 500°С, что способствует их упрочнению. Суть упрочнения сводится к образованию под действием тепла так называемых s-фазы (Al₂CuMg) и t-фазы (Al₂Mg₃Zn₃)

К третьей группе относятся сплавы алюминия с кремнием – силумины. Они очень жёсткие, практически не обрабатываемые механическим образом, допускают только шлифовку, но при этом хрупкие. Для увеличения прочности добавляют магний Mg, медь Cu. Маркируются АЛ 2…20.

Сплавы на основе меди

Медь - ковкий и пластичный, розовато-красный металл с высокой электро- и теплопроводностью. Широко применяется в электротехнической промышленности и при изготовлении теплообменной аппаратуры.

Медь имеет кристаллическую ГЦК-решетку; температура плавления Сu 1083,4 °С = 1356,2 К; температура кипения: 2567 °С = 2840 К.

Конструкционные медные сплавы

Медные сплавы делятся на три основные группы: латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы, в которых главным легирующим элементом является цинк. Латуни для улучшения их свойств дополнительно легируют Al, Mn, Fe, Ni, Pb, Si, Sn. Латуни обладают высокой прочностью при повышенных температурах, упругостью, они технологичны, но склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию.

Все латуни по технологическому признаку делят на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные. Деформируемые в дальнейшем классифицируются по степени пластичности и стойкости к коррозии. Обычно чем больше легирующих компонентов, тем ниже пластичность, выше прочность и стойкость к коррозии. Литейные отличаются от деформируемых повышенной жикотекучестью и высокими антифрикционными свойствами.

Бронзами называют в основном сплавы меди с оловом. Но также сплавы меди с алюминием, кремнием, марганцем, бериллием и другими главными легирующими компонентами, в соответствии с которыми бронзы и получают название. Эти сплавы обладают высокими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Среди оловянных бронз выделяют: деформируемые оловянные бронзы, литейные стандартные и литейные нестандартные бронзы и сплавы для художественного литья. Все оловянные бронзы не упрочняются термообработкой.

Безоловянные бронзы делятся на упрочняемые и не упрочняемые термообработкой. К первым относят бериллиевые и кремнистые легированные никелем, а ко вторым – алюминиевые бронзы. Они также бывают деформируемые и литейные.

Медно-никелевыми сплавами называют сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является никель. Промышленные медно-никелевые сплавы разделяются на конструкционные и электротехнические. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют Mn, Al, Zn, Fe, Co, Pb, Cr, Mg, Li. Эти сплавы отличаются высокими механическими, электротехническими и термоэлектрическими свойствами и коррозионной стойкостью. К конструкционным сплавам относят: мельхиор, нейзильбер, куниаль и др. Широко используются для изготовления медицинского инструмента.

При маркировке цветных сплавов приняты следующие обозначения: А - алюминий; Б - бериллий; Бр - бронза; В - вольфрам; Г - германий; Гл - галлий; Ж - железо; Зл - золото; И - иридий; К - кремний; Кд - кадмий; Ко - кобальт; Л - латунь; М - медь; Мг - магний; Мц - марганец; Мш - мышьяк; Н - никель; Нд - неодим; О - олово; Ос - осмий; Пд -палладий; Пл - платина; Р - ртуть; Ре - рений; Рд - родий; Ру - рутений; С - свинец; Ср - серебро; Сл - селен; Су - сурьма; Ти - титан; Тл - таллий; ТТ - тантал; Ф - фосфор; X - хром; Ц - цинк.

В марках латуней, обрабатываемых давлением, первое число обозначает среднюю массовую долю меди в процентах, остальные числа - массовые доли других элементов в той последовательности, в которой стоят буквы. Например, ЛМцС58-2-2 - латунь марганцево-свинцовая, содержащая 57+60 % меди; 1,5+2,5 марганца; 1,5+2,5 % свинца, остальное - цинк. Марки литейных латуней начитаются с букв ЛЦ, после которых следует концентрация цинка в процентах, а затем обозначение и концентрация легирующих элементов по порядку (например, ЛЦ16К4 - латунь кремнистая с содержанием цинка 14,5+19 %, кремния 3+4,5 %, остальное - медь). В ряде случаев литейные латуни могут быть маркированы так же, как и обрабатываемые давлением, но с добавлением буквы Л в конце марки (например, ЛС59-1Л).

В марках бронз указывается содержание только добавочных элементов. Например, БрОЦ4-3 - бронза оловянно-цинковая, обрабатываемая давлением, с содержанием 3,5+4% олова; 2,7+3,3% цинка, остальное - медь; Бр08Ц4 - бронза оловянно-цинковая литейная с содержанием олова ~8 %, цинка ~ 4 %, остальное - медь.

Таким же образом маркируются медно-никелевые сплавы (например, мельхиор МНЖМцЗО-1-1).

Неметаллические конструкционные материалы

Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений). Их определяющими параметрами являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (электротехнических, оптических, изоляционных, смазочных и т.д.).

Конструкционные материалы подразделяются: по природе материалов — на металлические, неметаллические и композиционные, сочетающие положительные свойства тех и других.

По технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.).

По условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.

По критериям прочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.

Отдельные классы конструкционных материалов, в свою очередь, делятся на многочисленные группы.

Неметаллические Конструкционные материалы подразделяют по изомерному составу, технологическому исполнению (прессованные, тканые, намотанные, формованные и пр.), по типам наполнителей (армирующих элементов) и по характеру их размещения и ориентации.

Неметаллические конструкционные материалы включают пластики, термопластичные полимерные материалы, керамику, огнеупоры, стекла, резины, древесину.

Пластики на основе термореактивных, эпоксидных, фенольных, кремнийорганических термопластичных смол и фторопластов, армированные (упрочнённые) стеклянными, кварцевыми, асбестовыми и другими волокнами, тканями и лентами, применяются в конструкциях самолётов, ракет, в энергетическом, транспортном машиностроении и т.д.

Термопластичные полимерные материалы — полистирол, полиметилметакрилат, полиамиды, фторопласты, а также реактопласты используют в деталях электро- и радиооборудования, узлах трения, работающих в различных средах, в том числе химически активных: топливах, маслах и т.п.

Стекла (силикатные, кварцевые, органические), триплексы на их основе служат для остекления судов, самолётов, ракет; из керамических материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Резины на основе различных каучуков, упрочнённые кордными тканями, применяются для производства покрышек или монолитных колёс самолётов и автомобилей, а также различных подвижных и неподвижных уплотнений.

Развитие техники предъявляет новые, более высокие требования к существующим конструкционным материалам, стимулирует создание новых материалов. С целью уменьшения массы конструкций летательных аппаратов используются, например, многослойные конструкции, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность. Внешнее армирование металлических замкнутых объёмов (шары, баллоны, цилиндры) стеклопластиком позволяет значительно снизить их массу в сравнении с металлическими конструкциями. Для многих областей техники необходимы конструкционные материалы, сочетающие конструкционную прочность с высокими электрическими, теплозащитными, оптическими и другими свойствами.

Т. к. в составе конструкционных материалов нашли своё применение почти все элементы таблицы Менделеева, а эффективность ставших уже классическими для металлических сплавов методов упрочнения путём сочетания специально подобранного легирования, высококачественной плавки и надлежащей термической обработки снижается, перспективы повышения свойств материалов связаны с синтезированием материалов из элементов, имеющих предельные значения свойств, например предельно прочных, предельно тугоплавких, термостабильных и т.п. Такие материалы составляют новый класс композиционных конструкционных материалов. В них используются высокопрочные элементы (волокна, нити, проволока, нитевидные кристаллы, гранулы, дисперсные высокотвёрдые и тугоплавкие соединения, составляющие армировку или наполнитель), связуемые матрицей из пластичного и прочного материала (металлических сплавов или неметаллических, преимущественно полимерных, материалов). Композиционные Конструкционные материалы по удельной прочности и удельному модулю упругости могут на 50—100% превосходить стали или алюминиевые сплавы и обеспечивают экономию массы конструкций на 20—50%.

(дополнительный материал по данному разделу рассеян по всему курсу лекций)

Дата добавления: 2014-01-05