Лекція 1.5 Кольорові метали та їх сплави: маркування, склад, будова, властивості, застосування

Мета: Ознайомити студентів із будовою, маркуванням, властивостями кольорових металів і сплавів, їх застосуванням.

1 Класифікація кольорових металів.

2 Властивості і застосування міді.

3 Характеристика сплавів на основі міді.

4 Маркування та властивості латуней і бронз. Застосування сплавів на основі міді, зокрема, в суднобудуванні.

5 Властивості і застосування алюмінію.

6 Характеристика сплавів на основі алюмінію.

7 Маркування та властивості дюралюмінію та силуміну. Застосування сплавів на основі алюмінію, зокрема, в суднобудуванні.

8 Титан і характеристика сплавів на основі титану.

9 Характеристика сплавів на основі магнію.

10 Маркування та властивості сплавів на основі титану та магнію. Застосування сплавів на основі титану і магнію, зокрема, в суднобудуванні.

Рекомендована література

[1. с. 403 –434, 434 – 443, 478 – 524; 3. с. 192– 210, 221 – 238; 4. с. 85 – 129; 5. с. 105 – 111, 267 – 294; 6. с. 108 – 124, 124 – 132, 9. с. 388 - 403 ]

Класифікація кольорових металів. Кольорові метали, як правило, мають характерне забарвлення (червоне, жовте, біле), велику пластичність, малу твердість, відносно низьку температуру плавлення. Вони поділяються на такі групи: легкі, важкі, благородні та рідкі.

До легких металів з густиною менше 5,0 г/см³ належать: магній (1,68 г/см³), берилій (1,8 г/см³ ), алюміній (2,7 г/см³), титан (4,5 г/см³ ), літій (0,543 г/см³), калій (0,862 г/см³), натрій (0,971 г/см³), кальцій (1,54 г/см³) та ін. На практиці ці метали (за винятком алюмінію) застосовуються у вигляді сплавів. Алюміній і сплави на його основі є найпоширенішими.

До важких кольорових металів належать метали з густиною, що перевищує 5,0 г/см³, зокрема: свинець (11,3 г/см³), вісмут (9,84 г/см³), мідь (8,9 г/см³), олово (7,29 г/см³), хром (7,14 г/см³), цинк (7,1 г/см³), сурма (6,62 г/см³), та ін.

Властивості і застосування міді. Один з найпоширеніших кольорових металів цієї групи – мідь. Це червоно-рожевий мономорфний метал з питомою густиною γ = 8,96 г/см³ і температурою плавлення t _пл. = 1083 °С, який має високу електричну провідність, тому він широко застосовується в електротехніці. У відпаленому стані мідь має міцність σ_в ≈ 250 МПа, твердість НВ ≈ 45, значну пластичність (δ ≈ 50%). Завдяки значній пластичності міді з неї виготовляють, листи, прутки, дріт.

Характеристика сплавів на основі міді. Основні сплави міді – латунь і бронза. За технологічною ознакою вони поділяються на деформовані та ливарні.

Латунь – це сплав міді з цинком (до 43 % Zn). Маркуються латуні буквою "Л" і цифрою, що вказує приблизний вміст міді у відсотках (Л96, Л70 та ін.).

У позначеннях легованих латуней після букви "Л" вказують інші букви і цифри, що показують відповідно назву легуючих елементів та їх процентний вміст. Наприклад, ЛС60-1 (60 % Cu, 1 % Pb, решта – Zn). Для підвищення міцності та корозійної стійкості, покращення технологічних властивостей в склад латуней вводять Ni, Pb, Sn, Si та інші елементи. З латуні виготовляють листи, прокат, труби, сильфони, втулки тощо.

Легуючі елементи (Sn, Al, Mn, Fe, Si), що входять до складу складних латуней, змінюють їх структуру і властивості, а латуні відповідно називаються олов’янистими, алюмінієвими, марганцевистими, свинцевистими, кремнієвистими або алюмінієвозалізомарганцевистими тощо.

Бронза – це сплав міді з усіма елементами (оловом, алюмінієм, берилієм та ін.), крім цинку. Вона має достатньо високі ливарні та антифрикційні властивості, корозійну стійкість в прісній і морській воді, а також у газовій атмосфері при високих температур. Із бронзи виготовляють пружини, підшипники ковзання, арматуру, деталі з високою тепловою та електричною провідністю у по­єднанні з достатньою значною корозійною стійкістю, фасонне та художнє литво. Однофазні бронзи добре оброблюються тиском, двохфазні бронзи володіють добрими ливарними властивостями. Бронзи, в залежності від вмісту легуючих елементів, виготовляють олов’яними (4...14 % Sn), алюмінієвими (5...11 % Al), кремнієвими (1...4 % Si), свинцевими (25...30 % Pb), берилієвими (до 3 % Ве).

Бронзи маркуються буквами "Бр", після яких записують буквене позначення легуючих елементів і цифри, що вказують їх процентний вміст. Наприклад, Бр 0ЦС8-4-3 (8 % Sn, 4 % Zn, 3% Pb, решта – мідь).

Властивості і застосування алюмінію. Алюміній (Al) – це метал сріблясто-білого кольору (γ = 2,7 г/см³, t_пл.≈ 660 ºС), має високі електро- та теплопровідність, малу густину. У відпаленому стані має міцність σ_в=80...100 МПа невисоку твердість (НВ ≈ 25...30) та достатню пластичність (δ ≈ 45 %) Висока електрична провідність (60 % від міді) та низька густина чистого алюмінію обумовили його застосування в електротехніці, як провідни­кового матеріалу, а корозійна стійкість – застосування в хімічному машинобудуванні. Для легування алюмінію застосовують Cu, Si, Mg, Mn, Zn, рідше – Ni, Ti, Cr та ін.

Характеристика сплавів на основі алюмінію. За технологічною ознакою алюмінієві сплави поділяються на де­формовані та ливарні. Серед деформованих відрізняють такі, що зміцню­ються термообробкою (дюралюміній, авіаль, алюміній кувальний тощо), та такі, що не зміцнюються (сплави алюмінію з марганцем, магнієм).

Одним з основних деформованих сплавів є дюралюміній – сплав, системи Al-Cu-Mg з домішками Мn. Маркується дюралюміній буквами "Д" і цифрами, що вказують номер сплаву. Наприклад, Д1, Д16. Дюралюміній часто застосовується в літакобудуванні як такий, що має значну міцність у поєднанні з малою густиною.

Ливарні сплави алюмінію відрізняються достатньо високою рідинотекучістю, малою усадкою, досить високою механічною міцністю. Кращі властивості мають так звані силуміни (сплави алюмінію з кремнієм). Вони маркуються так: АЛ2, АЛ9 (цифра вказує номер сплаву, а букви озна­чають, що це – алюмінієвий ливарний сплав). Із силуміну виготовляють арматуру, кронштейни, литі деталі приладів, фасонне литво тощо.

Досить широко розповсюджені також сплави на основі олова та свинцю – бабіти. Як легуючі елементи до них додаються сурма та мідь. Ці сплави називаються антифрикційними та призначаються для виготовлення підшипників ковзання. Бабіти маркуються буквою "Б" і цифрами, що вказують процентний вміст олова у сплаві (наприклад, Б88, Б83 та ін.). Вони відрізняються гарною припрацьованістю та невеликим коефіцієнтом тертя. Як антифрикційні матеріали використовуються також чавуни, олов'янисті та свинцевисті бронзи, порошкові матеріали.

Титан і характеристика сплавів на основі титану. Титан – метал стального кольору з температурою плавлення t_пл.≈ 1665 ºС і питомою густиною γ = 4,5 г/см³, володіє міцністю σ_в = 250 МПа, відносним видовженням δ ≈ 20...30 %, твердістю НВ ≈ 100...140, високою корозійною стійкістю. Покращення механічних властивостей досягається легуванням деякими елементами: Al, Cr, Mo, Nb,V, Zr, Sn та ін.

Завдяки малій густині, високій міцності та корозійній стійкості титан та його сплави знаходять широке застосування в суднобудуванні, авіаційній та хімічній промисловості.

Характеристика сплавів на основі магнію. Магній – сріблясто-білий метал з температурою плавлення t_пл.= 651 ºС та питомою густиною γ = 1,74 г/см³ (найменшою серед конструкційних матеріалів). Магній в чистому вигляді, як конструкційний матеріал, не використовується. В техніці використовують сплави магнію з Al, Mn, Zn, Zr та ін., які мають покращені властивості порівняно з чистим магнієм. Сплави магнію, наприклад МА8, мають добру рідкотекучість і володіють міцністю в межах 200...350 МПа.

2-й змістовий модуль: Технологія конструкційних матеріалів

Дата добавления: 2014-01-07