Цветные металлы и их свойства

Твердые и антифрикционные сплавы.

Твердые сплавы в виде пластинок применяют в режущем инструменте при обработке металлов на больших скоростях.

К твердым сплавам относятся металло-керамические карбидо-вольфрамовые и карбидо-вольфрамо-титановые сплавы Т5К10, Т14К8 и др. для вязких металлов. Для обработки белого чугуна используют твердый сплав вольфрамо-кобальтовый ВК6, для обработки серого чугуна - сплав ВК8.

Антифрикционные сплавы применяют для изготовления деталей, соприкасающихся с трущимися частями машин, так как эти сплавы обладают небольшим коэффициентом трения. Чаще всего из этих сплавов изготовляют подшипники скольжения, поэтому антифрикционные сплавы называют также подшипниковыми - они должны обеспечивать малый к-нт трения, удерживать на своей поверхности смазку, обладать высокой коррозионной стойкостью в среде масел, хорошей теплопроводностью, чтобы обеспечить отвод от трущихся поверхностей.

Всем этим требованиям отвечают сплаы на оловянистой основе, называемые баббитами.

Марку баббита обозначают буквой Б, а содержание одова в нем в процентах - числом, стоящим справа от буквы (Б 88).

Олово - дорогой и дефицитный материал, поэтому оловянистые баббиты применяют для изготовления подшипников ответственных машин, работающих в условиях больших нагрузок - турбин, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, больших электродвигателей и др. Для подшипников турбин и насосов применяют высокооловянистый баббит Б 83, Б 88, содержащий 83 % олова, 10-12 % сурьмы и 5,5-6,5 % меди.

В менее ответственных случаях для заливки средне- и малонагруженных подшипников применяют свинцовооловянистые баббиты марки ВН (содержащими 9-11 % олова, 13-15 % сурьмы, 1,5-2 % меди, 1,25-1,75 % кадмия, 0,75-1,25 % никеля, 0,5-0,9 % мышьяка, остальное - свинец) и свинцовистыми марки Б 6 (содержащими 5-6 % олова, 14-16 % сурьмы, 2,5-3 % меди, 1,75-2,25 % кадмия, 0,6-1; мышьяка, остальное - свинец).

Руды цветных металлов встречаются в природе в ограниченных количествах. Содержание металла в этих рудах обычно небольшое (1-3 %). Технологический процесс получения металла из руд трудоемок и дорог. Все это ограничивает применение цветных металлов.

Цветные металлы обладают большой тепло- и электропроводностью, низкой температурой плавления, высокими антикоррозионными свойствами.

Медь - мягкий металл красноватого цвета; удельный вес ее 8,9; температура плавления 1083 град. Медь хорошо проводит тепло и электричество, хорошо обрабатывается режущим инструментом, хорошо куется, штампуется и подвергается волочению в тончайшую проволоку. Качество меди зависит от имеющихся в ней примесей. Наиболее вредные примеси - висмут и свинец; присутствия в тысячных долях процента, они резко снижают способность меди обрабатываться прокаткой и волочением. Примесь фосфора в меди уменьшает ее электропроводность.

Основное применение меди - изготовление сплавов на медной основе.

Латунь - сплав меди с цинком. Латунь широко применяют в технике; она хорошо куется, штампуется, подвергается волочению, сопротивляется коррозии, обрабатывается резанием, никелируется и оксидируется. Цинка в латуни содержится от 4 до 40 %; чем выше процент содержания цинка, тем выше прочность и пластичность латуни. Наибольшей пластичностью обладает латунь с содержанием цинка не более 30 %. При содержании цинка более 30 % пластичность латуни снижается, а при содержании свыше 40 % механические свойства латуни резко ухудшаются. Для улучшения механических свойств латуни или придания ей каких-либо особых свойств вводят специальные легирующие элементы - олово, свинец, кремний и др. с общим количеством элементов не выше 7-8 %. Легированная специальная латунь достигает прочности среднеуглеродистой стали.

Олово повышает прочность латуни и сопротивление коррозии в морской воде. Никель повышает коррозионную стойкость латуни. Свинец ухудшаетмеханические свойства, но улучшает обрабатываемость латуни резанием. Кремний повышаетпрочность латуни, а если он содержится вместе со свинцом, то повышает и антифрикционные свойства, благодаря чему кремнисто-свинцовистые латуни могут иногда заменять оловянистые подшипниковые бронзы.

Элементы, входящие в состав латуни, а также других цветных сплавов, обозначают следующим образом:

Алюминий... А Магний....... Мг Олово.... О

Бериллий..... Б Марганец... Мц Свинец.... С

Железо......... Ж Медь........... М Хром....... Х

Кремний...... К Никель........ Н Цинк........ Ц

Маркировка латуней: Л 96, гле 96 - содержание меди в % и 4 % цинка. Никелевая латунь ЛН 65-5 содержит 65 % меди, 5 % никеля и 30 % цинка. ЛАН 50-3-2 - разобрать самостоятельно для примера.

Бронза - сплав меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами и маркируется например БрАЖ9-4, содержит 9 % алюминия, 4 % железа и 87 % меди (остаток от 100 %).

Оловянистая бронза содержит 5-7 % олова. Она отличается пластичностью и хорошо обрабатывается прокаткой, ковкой и штамповкой. При содержании олова от 10 % и выше бронза является одним из лучших антифрикционных материалов и применяется для вкладышей подшипников. Чтобы улучшить обрабатываемость бронзы, в нее добавляют 3-5 % свинца.

Алюминиевая бронза - сплав меди с 4-11 % алюминия. Твердость, прочность и пластичность такой бронзы растут с увеличением % содержания алюминия. В алюминиевую бронзу для улучшения ее свойств добавляют: никель повышает прочность и пластичность; железо повышает прочность, твердость и измельчаетструктуру; марганец повышает прочность и коррозионную стойкость ; свинец улучшает обрабатываемость режущим инструментом. Применяют для изготовления зубчатых колес, втулок и других деталей.

Кремнистая бронза содержит 3-4 % кремния, она заменяет оловянистую, но отличается от последней лучшими механическими свойствами.

Бериллиевая бронза - хороший антифрикционный материал, содержит 2 % бериллия, она обладает высокой пластичностью, прочностью, хорошо сваривается и обрабатывается резанием. Бериллиевая бронза подвергается закалке при температуре 800 град.С в воде и отпуску при 325 град.С; после такой обработки ее прочность и твердость повышаются. Из нее делают трубы, ленту и пружины.

Мельхиор - сплав меди с никелем.

Алюминий - легкий, легкоплавкий, мягкий и пластичный металл, обладающий хорошей электропроводностью с температурой плавления 660 град.С. В чистом алюминии всегда присутствуют вредные примеси - железо и кремний. Железо увеличивает хрупкость, кремний понижает пластичность. В лучших сортах алюминия общее содержание железа и кремния не должно превышать 0,095-0,45 %, а в худших сортах 1-2 %.

В машиностроении применяют сплавы алюминия с марганцем, медью, кремнием, магнием и характеризуются малым удельным весом, пластичностью, достаточно высокой прочностью и обозначаются буквами АД - технический алюминий.

Силумин - сплав алюминия с кремнием. В состав силумина вводят 4-13 % кремния.

Дуралюмин - сплав алюминия с медью, легированный магнием, марганцем и некоторыми другими элементами. Содержит в среднем до 5 % меди, до 1,5 % магния, 0,5 % марганца и 0.5 % кремния. Этот сплав хорош тем, что при малом удельном весе тверлость и прочность его близки стали. Однако такую прочностьдуралюмина можно получить только после специальной термической обработки. Обозначают сплав буквой Д и цифрой, являющейся условным номером. Выпускают дуралюмин в виде листов и труб.

Недостаток дуралюмина - низкая стойкость против коррозии, особенно в морской воде; для предотвращения коррозии изделия из дуралюмина необходимо тщательно закрашивать.

Коррозия металлов и борьба с ней.

Коррозией называется разрушения металлов и сплавов под действием окружающей Среды.

Различают два типа коррозии: химическую и электрохимическую. Химическая коррозия - металл вступает во взаимодействие с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (маслами, бензинами, смолами и др.) Вследствие химической коррозии разрушается поверхность металла в местах непосредственого его контакта с агрессивной средой.

Электрохимическая коррозия вызывается действием среды, проводящей электрический ток, т.е. электролитов (растворов кислот, щелочей, солей), а также почвы и влажного воздуха).

Разрушение от коррозии может происходить или равномерно по всей поверхности изделия, или местами (в виде язвин, пятен и точек). Поверхность металла при воздействии на нее окисляющей Среды покрывается коррозионной пленкой, состоящей из окислов; эта пленка замедляет процесс коррозии, так как она препятствует коррозионному процессу. Поверхностные дефекты - царапины, задиры, риски, разрушающие поверхностную пленку, вызывают местную коррозию.

Наиболее опасна местная коррозия, так как она не всегда заметна и часто является причиной разрушения детали пол лействием механических нагрузок. При переменной нагрузке процесс местной коррозии ускоряется; появляется так называемая коррозионная усталость, деталь покрывается сетью микроскопических трещин, которые постепенно увеличиваются и приводят к разрушению детали.

Различные металлы по-разному сопротивляются коррозии. Хром, молибден, никель. алюминий и некоторые другие металлы хорошо сопротивляются коррозии, а натрий, литий и другие не устойчивы против коррозии даже в обычной среде.

Коррозия вызывает большие потери металла, поэтому вопросы защиты металла от коррозии являются вопросами первостепенной важности.

Методов защиты от коррозии существует много, но в основном они сводятся к следующим:

- защита легированием - добавляют элементы, которые повышают его сопротивление коррозии; к ним относят хром, никель, марганец и др.;

- з ащита обработкой внешней среды, например удаление влаги из воздуха, очистка от примесей активных газов;

- защита окисными пленками - создание искусственным путем на поверхности металла окисной пленки, которая предохраняет его от коррозии (оксидирование, анодирование, фосфатирование, алитирование и др.).

При химическом оксидировании толщина пленки получается от 0,5 до 1 мк. Анодирование чаще всего производят в хромовой и серной кислотах. При фосфатировании на поверхности изделия образуется пленка, состоящая из фосфорнокислых солей марганца и железа. Эта пленка хорошо предохраняет металл от коррозии даже в атмосфере высокой влажности. Покрытие алюминием (алитирование - выдержка в ящиках с порошковым алюминием при температуре 900-1050 град.С в течение 3-12 часов, с созданием слоя толщиной 0,2-1,0 мм и концентрацией алюминия в слое до 30 %) применяют для стальных изделий, работающих при повышенных температурах;

- защита металлическими покрытиями - лужение, оцинковка, хромирование - насыщение поверхности (0,15-0,2 мм и до 8мм для паросилового оборудования, работающего при 1500 град. С) стальных изделий хромом в порошкообразных смесях для повышенной устойчивости против газовой коррозии (окалиностойкость) -до температуры 800 град.С и т.п.;

- защита неметаллическими покрытиями - покрытие поверхности металла лаками, красками, смолами и т.п.

Дата добавления: 2014-01-15