Реферат
Дисципліна: матеріалознавство
Тема: Кольорові метали та сплави
2009
Введення
Багато кольорові метали та їх сплави володіють рядом цінних властивостей: хорошою пластичністю, в'язкістю, високою електро-і теплопровідністю, корозійну стійкість та іншими перевагами. Завдяки цим якостям кольорові метали та їх сплави займають важливе місце серед конструкційних матеріалів.
З кольорових металів у автомобілебудуванні в чистому вигляді і у вигляді сплавів широко використовуються алюмінії, мідь, свинець, олово, магній, цинк, титан.
Алюміній і його сплави
Алюміній - метал сріблясто-білого циста, характеризується низькою густиною 2,7 г / см 3, високу електропровідність, температура плавлення 660 "С. Механічні властивості алюмінію невисокі, тому в чистому вигляді як конструкційний матеріал застосовується обмежено.
Для підвищення фізико-механічних і технологічних властивостей алюміній легують різними елементами (Сі, Mg, Si, Zn). Залізо і кремній є постійними домішками алюмінію. Залізо викликає
зниження пластичності і електропровідності алюмінію. Кремній, як і мідь, магній, цинк, марганець, іпколь і хром, відноситься до легирующим добавкам, зміцнюючих алюміній.
Залежно від змісту постійних домішок розрізняють:
--- Алюміній особливої чистоти марки А 999 (0,001% домішок);
- Алюміній високої чистоти - А 935, А 99, А 97, Л 95 (0,005-0,5% домішок);
---- Технічний алюміній - А 85, А 8, А 7, А 5, А О (0,15-0,5% домішок).
Алюміній випускають у вигляді напівфабрикатів для подальшої переробки у вироби. Алюміній високої чистоти застосовують для виготовлення струмопровідних і кабельних виробів.
І автомобілебудуванні широке застосування отримали зшиті на основі алюмінію. Вони класифікуються: - за технологією виготовлення; за ступенем зміцнення після термічної обробки;
---- За експлуатаційними властивостями.
Деформуємі сплави
К. неупрочіяемим термічною обробкою відносяться сплави;
алюмінію з марганцем марки АМц;
алюмінію з магнієм, марок АМц АМгЗ, АМг5В;
АМгЗП, АМгб.
Ці сплави мають високу пластичність, корозійну стійкість, добре штампуються і зварюються, але мають невисоку міцність. З них виготовляють бензинові баки, дріт, заклепки, а також зварні резервуари для рідин і газів, деталі вагонів.
У групі деформівних алюмінієвих сплавів, зміцнюючих термічною обробкою, розрізняють сплави:
- Нормальної міцності;
- Високоміцні сплави;
- Жароміцні сплави;
- Сплави для кування і штампування.
Сплави нормальної міцності. До них відносяться сплави системи Алюміній + Мідь + Магній (дюраліміни), які маркуються літерою «Д». Дюралюмінію (Д1, Д16, Д! 8) характеризуються високою міцністю, достатньою твердістю та в'язкістю. Для зміцнення сплавів застосовують загартування з наступним охолодженням у воді. Загартовані дуралюмина піддаються старінню, що сприяє збільшенню їх корозійної стійкості.
Дюраліміни широко використовуються в авіабудуванні: зі сплаву Д1 виготовляють лопаті гвинтів, з Д16 - несучі елементи фюзеляжів літаків, сплав Д18 - один з основних заклепкових матеріалів.
Високоміцні сплави алюмінію {В93, В95, В96) укосів до системи Алюміній + Цинк + Магній + • г Мідь. Як легуючі добавки використовують марганець і хром, які збільшують корозійну стійкість і ефект старіння сплаву. Для досягнення необхідних міцнісних властивостей сплави гартують з наступним старінням.
Високоміцні сплави по своїх міцності показників перевершують дуралюмина, проте менш пластичні і більш чутливі до концентраторів напружень (надрізів). З цих сплавів виготовляють високонавантажених зовнішні конструкції в авіабудуванні - деталі каркасів, шасі і обшивки.
Жароміцні сплави алюмінію (АК 4-1, Д 20) мають складний хімічний склад, леговані залізом, нікелем, міддю і іншими елементами. Жароміцність сплавів надає легування, що уповільнює дифузійні процеси.
Деталі з жароміцних сплавів використовуються після гартування і штучного старіння і може експлуатуватися при температурі до 300 ° С.
Сплави для кування та штампування (АК 5 лютого АК 4 Е АК 6, АК 8) ставляться до системи Алюміній + Мідь + Магній з добавками кремнію. Сплави застосовують після гартування і старіння для виготовлення середньо навантажених деталей складної форми (АК 6) і високонавантажених штампованих деталей - поршні, лопаті гвинтів, крильчатки насосів та інше
Ливарні сплави. Для виготовлення деталей методом литва використовують алюмінієві сплави систем Al - Si, Al - Cu, Al - Mg. Для покращення механічних властивостей сплави легують титаном, бором, ванадієм. Головним достоїнством ливарних сплавів є висока жидкотекучесть, невелика усадка, хороші механічні властивості.
Застосовують наступні види термічної обробки ливарних алюмінієвих сплавів:
- Штучне старіння: для поліпшення міцності і обробки різанням;
- Відпал з охолодженням на повітрі: для зняття ливарних і залишкових напружень і підвищення пластичності;
- Загартування і природне (або штучне) старіння: для підвищення міцності;
- Загартування і пом'якшувальний відпустку: для підвищення пластичності і стабільності розмірів.
Сплави алюмінію з кремнієм (силуміни) набули найбільшого поширення серед алюмінієвих ливарних сплавів в силу своїх високих ливарних властивостей і гарних механічних і технологічних характеристик. Силуміни (марок АЛ2, АЛ4, АЛ9) мають високу жидкотекучестью, хорошою герметичністю, достатню міцність, добре обробляються різанням, добре зварюються, чинять опір корозії і стійкі до утворення гарячих тріщин.
Сплав АЛ2 застосовується для виготовлення тонкостінних деталей складної форми при литті в землю: корпусу агрегатів та приладів.
Сплав АЛ4 - високонавантажених деталі відповідального призначення: корпуси компресорів, блоки двигунів, поршні циліндрів і ін
Сплав АЛ9 - виготовлення деталей середньої навантаженої, але складної конфігурації, а також для деталей, що піддаються зварюванню.
Сплави алюмінію з магнієм (магналіни) - АЛ 8, АЛ13, АЛ27, АЛ29 володіють найбільш високою корозійною стійкістю і більш високими механічними властивостями після термічної обробки в порівнянні з іншими алюмінієвими сплавами, але ливарні властивості їх низькі.
Сплави АЛ 8 і АЛ 13 є найбільш поширеними, з них виготовляють схильні корозійним впливам деталі морських суден, а також деталі, що працюють при високих температурах (головки циліндрів потужних двигунів повітряного
Стави алюмінію з міддю - АЛ7, АЛ12, АЛ19 мають невисокими ливарними властивостями і зниженою корозійної стійкості, а високими механічними властивостями.
Сплав АЛ7 застосовують для виготовлення виливків нескладної форми, працюючих-з великими напругами (головки циліндрів малопотужних двигунів повітряного охолодження).
Сплави алюмінію, міді і кремнію - АЛЗ, АЛ4, алб характеризуються хорошими ливарними властивостями, але корозійна стійкість їх невисока.
Сплав АЛЗ широко застосовують для виготовлення виливків корпусів, арматури і дрібних деталей.
Сплав АЛ4 використовується для виливків відповідальних деталей, що вимагають підвищеної теплостійкості і твердості.
Сплав АЛ6 застосовують для виливків корпусів карбюраторів і арматури бензинових двигунів.
Сплави алюмінію, цинку і кремнію - типовий представник сплав АЛІ (цинковий силумін), що володіє високими ливарними властивостями, а для підвищення механічних властивостей піддається модифікації. Використовується для виготовлення виливків складної форми - картерів, блоків двигунів внутрішнього згоряння.
Підшипникові сплави. Найбільше застосування з алюмінієвих підшипникових матеріалів отримав сплав АСМ. За антифрикційним властивостями він близький до свинцевої бронзі, але перевершує її по корозійної стійкості та технологічності.
Сплав АСС-6-5 містить у своєму складі 5% свинцю, що надає йому високі протизадирні властивості. Підшипники ковзання з сплавів АСМ і АСС-6-5 застосовують замість бронзових в дизельних двигунах.
З алюмінієвих сплавів, легованих оловом, виготовляють важконавантаженого підшипники ковзання в автомобілебудуванні, а також у судновому і загальному машинобудуванні.
Алюмінієві сплави характеризуються більш високим коефіцієнтом теплового розширення, ніж чавуни і сталі. Тому підшипники з алюмінієвих сплавів обмежено застосовуються в практиці машинобудування. Більш широке поширення отримали біметалічні матеріали, що представляють собою шар алюмінієвого сплаву, нанесений на сталеве підстава. Такі біметали забезпечують надійну роботу вузлів тертя при великих навантаженнях (20 - 30 МПа) і високих швидкостях ковзання (до 20 м / с).
Спечені метали. Матеріали на основі алюмінію, отримані методами порошкової металургії, володіють у порівнянні з ливарними сплавами більш високою міцністю, стабільністю властивостей при підвищених температурах і корозійною стійкістю.
Матеріали з спечених алюмінієвих порошків (САП) складаються з найдрібніших частинок алюмінію і його оксиду А1 2 О 3. Порошок для спікання отримують з технічно чистого алюмінію, розпиленням з наступним подрібненням гранул в кульових млинах.
Технологічний процес отримання виробів з САП складається з операцій виготовлення заготовок і подальшої механічної обробки. Заготівлі отримують брикетуванням (холодним або з підігрівом) порошку з наступним спіканням при 590-620 ° С і тисках 260-400 МПа.
По стійкості до впливу температури матеріали з САП перевершують жароміцний алюмінієвий сплав ВД17.
Спечені алюмінієві порошки (марок САП-1 - САП-4) застосовують для виготовлення деталей підвищеної міцності і корозійної стійкості, експлуатованих при робочих температурах до 500 ° С.
Спечені-алюмінієві сплави (САС) отримують з порошків алюмінію з невеликим вмістом А1 2 О 3, легованих залізом, нікелем, хромом, марганцем, міддю і іншими елементами.
Представником цієї групи матеріалів є САС-1, яка містить 25-30% Si і 7% Ni, застосовуваний натомість більш важких матеріалів в приладо-та машинобудуванні.
Мідь та її сплави
Мідь у чистому вигляді має червоний колір;. Чим більше в ній домішок, тим грубіше і темніше злам. Температура плавлення міді 1083 ° С, щільність 8,92 г / см 3.
Випускають мідь наступних марок: - катодна - МВ4к, МООК, Моку, М1к;
- Безкиснева - МООб, моб, М1б;
- Катодна переплавлені - М1у;
- Раскисленная - М1р, М2р, МЗР, МОЗ. .
Домішки справляють істотний вплив на фізико-механічні характеристики міді. За змістом домішок розрізняють марки міді:
МГО (99,99% Си), МО (99,95% Сі), Ml (99,9% Си), М2 (99,7% Си), МОЗ (99,50% Сі).
Головними достоїнствами міді як машинобудівного матеріалу є високі тепло-і електропровідність, пластичність, корозійна стійкість в поєднанні з досить високими механічними властивостями. До недоліків міді відносять низькі ливарні властивості і погану оброблюваність різанням.
Легування міді здійснюється з метою додання сплаву необхідних механічних, технологічних, антифрикційних та інших властивостей. Хімічні елементи, використовувані при легуванні, позначають у марках мідних сплавів наступними індексами:
А - алюміній; Внм - вольфрам; Ві - вісмут; В - ванадій; Гм - кадмій; Гл - галій; Г - германій; Ж-залізо; Зл - золото; К - кобальт; Кр - кремній; Мг - магній; Мц - марганець; М - мідь; МШ - миш'як; Н - нікель; О - олово; С - свинець; Ст - селен; Ср - срібло; Су - сурма; Ті - титан, Ф - фосфор; Ц - цікк.
Мідні сплави класифікують:
за хімічним складом на:
- Латуні;
- Бронзи;
- Меднонікелевие сплави; за технологічним призначенням на:
- Деформуються;
- Ливарні;
по зміні міцності після термічної обробки '&'.
- Зміцнюється;
- Неупрочняемие.
Латуні - сплави міді, в яких головним легирующим елементом є цинк. Залежно від змісту легуючих компонентів розрізняють:
- Прості (подвійні) латуні;
- Багатокомпонентні (леговані) латуні. Прості латуні маркують буквою «Л» і цифрами,
показують середній вміст міді в сплаві. Наприклад, сплав Л 90 - латунь, що містить 90% міді, інше - цинк.
У марках легованих лату групи літер і цифр, що стоять після-них, позначають легуючі елементи та їх вміст у відсотках. Наприклад, сплав ЛАН КМЦ 75-2-2,5-0,5-0,5 - латунь алюмініевонікель-
кремністомарганцевая, що містить 75% міді, 2% алюмінію, 2,5% нікелю, 0,5% кремнію, 0,5% марганцю, інше - цинк.
У залежності від основного легуючого елемента розрізняють алюмінієві, кременисті, марганцеві, нікелеві, оловяністих, свинцеві і інші латуні.
Алюмінієві латуні - ЛА 85-0,6, ЛА 77-2, ЛАМш 77-2-0,05 володіють підвищеними механічними властивостями і корозійною стійкістю.
Крем'янисті латуні - ЛК 80-3, ЛКС 65-1,5-3 і інші відрізняються високою корозійною стійкістю в ТМООферНШ умовах і в морській воді, а також високими механічними властивостями.
Марганцеві латуні - ЛМц 58-2, ЛМцА 57-3-1, деформуються в гарячому і холодному стані, облад-нм iii. K - oKiiMii механічними властивостями, стійкі до корозії і морській воді і перегрітому парі.
Нікелеві латуні - ЛН 65-5 та інші мають високі механічні властивості, добре обробляються длплснпем в гарячому і холодному стані.
O ловяністи e латуні-ЛВ - 90-1, ЛО 70-3, ЛО 62-1 відрізняються підвищеними антифрикційними властивостями і корозійною стійкістю, добре обробляються.
Свинцеві латуні - ЛС 63-3, 74-3 ЛЗ, ЛЗ 60-1 характеризуються підвищеними антифрикційними властивостями і добре обробляються різанням. Свинець в цих сплавах присутній у вигляді самостійної фази, практично не змінює структури сплаву.
Бронзи - це сплави міді з оловом та іншими елементами (алюміній, кремній, марганець, свинець, берилій). Залежно від змісту основних компонентів, бронзи можна умовно розділити на:
- Олов'яні, головним легирующим елементом яких є олово;
- Безолов'яні (спеціальні), що не містять олова. Бронзи маркують літерами «Бр», правіше ставляться літерні індекси-елементів, що входять до складу. Потім йдуть цифри, що позначають середній вміст елементів у відсотках (цифру, що означає вміст міді, в бронзі, не ставлять). Наприклад, сплав марки БрОЦС 5-5-5 означає, що бронза містить олова, свинцю і цинку по 5%, решта - мідь (85%).
Олов'яні бронзи мають високі антифрикційні властивості;-нечутливі до перегріву, морозостійкі, немагнітних.
Для поліпшення якості олов'яні бронзи легують цинком, свинцем, нікелем, фосфором та іншими елементами. Легування фосфором підвищує механічні, технологічні, антифрикційні властивості олов'яних бронз. Введення нікелю сприяє підвищенню механічних і протикорозійних властивостей. При легуванні свинцем збільшується щільність бронз, поліпшуються їх антифрикційні властивості і оброблюваність різанням, однак помітно знижуються механічні властивості. Легування цинком покращує технологічні властивості. Введення заліза (до 0 травнем 2009%} сприяє підвищенню механічних властивостей бронз, однак зі збільшенням ступеня легування різко знижуються їх корозійна стійкість і технологічні властивості.
Залежно від технології-переробки олов'яні і спеціальні бронзи поділяють на:
- Деформуються;
- Ливарні;
- Спеціальні.
Деформуємі олов'яні бронзи містять до 8% олова. Ці бронзи використовують для виготовлення пружин, мембран та інших деформівних деталей. Ливарні бронзи містять понад 6% олова, володіють високими антифрикційними властивостями і достатньою міцністю; їх використовують для виготовлення відповідальних вузлів тертя (вкладиші підшипників ковзання).
Спеціальні бронзи включають в свій склад алюміній, нікель, кремній, залізо, берилій, хром, свинець та інші елементи, У більшості випадків назва бронзи визначається основним легирующим компонентом.
Алюмінієві бронзи мають високі механічні, антифрикційними і протикорозійні властивостями. Ці бронзи знайшли застосування для виготовлення відповідальних деталей машин, що працюють при інтенсивному изнашивании і підвищених температурах.
Крем'янисті бронзи характеризуються високими антифрикційними і пружними властивостями, корозійною стійкістю. Додаткове легування кременистих бронз іншими елементами сприяє поліпшенню експлуатаційних і технологічних властивостей бронз: цинк підвищує їх ливарні властивості, марганець і нікель покращують корозійну стійкість і міцність, свинець - оброблюваність різанням та антифрикційні властивості. Крем'янисті бронзи застосовують замість олов'яних для виготовлення антифрикційних деталей, пружин, мембран приладів і обладнання,
Свинцеві бронзи використовують у парах тертя, експлуатованих при високих відносних швидкостях переміщення деталей. Для підвищення механічних властивостей та корозійної стійкості свинцеві бронзи легують нікелем і оловом.
Берилієві бронзи відрізняються високими міцнісними властивостями, зносостійкістю і стійкістю до впливу корозійних середовищ. Вони забезпечують працездатність виробів при підвищених температурах (до 500 ° С), добре обробляються різанням і зварюються. Бронзи цього типу використовують для виготовлення деталей відповідального призначення, що експлуатуються при підвищених швидкостях переміщення, навантаженнях, температурі.
Сплави міді з нікелем поділяють на конструкційні та електротехнічні
Їли (мідь-нікель-алюміній) містять 6-13% Ni, 1,5-3% А1, решта - мідь. Вони піддаються термічній обробці (гарт-старіння). Куніалі служать для виготовлення деталей підвищеної міцності, пружин і ряду електротехнічних виробів.
Нейзильберу (мідь-нікель-цинк) містять 15% Ni, 20% Sn, решта - мідь. Вони мають білий колір, близький до кольору срібла. Нейзильберу добре чинять опір атмосферної корозії. Їх застосовують у приладобудуванні та виробництві годин.
Мелькіоре (мідь-нікель і невеликі добавки заліза і марганцю до 1%) мають високу корозійну стійкість. Їх застосовують для виготовлення теплообмінних апаратів, штампованих і карбованих виробів,
Копел' (мідь-нікель-марганець) містять 43% Ni, 0,5 Мп, решта - мідь. Це спеціальний сплав з високою питомою електроопору, використовуваний для виготовлення електронагрівальних елементів.