Виды сплавов

1. Медные сплавы 

     Химически чистая медь – металл красновато-розового цвета, кристаллизуется в решетке гранецентрированного куба, аллотропических превращений не имеет. Плотность меди 8,94 г/см³, температура плавления 1084°С.

     Медь  характеризуется высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью, коррозионной стойкостью. По электро- и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, в атмосферных условиях, органических кислотах, едких средах.

     Механические  свойства меди зависят от ее состояния  и от количества примесей. Примеси (Fe, P, As, Si, Pb) резко снижают тепло и электропроводность, пластичность и коррозионную стойкость. Техническую медь по чистоте подразделяют на следующие марки М00 (99,99%); М0 (99,95%); М1(99,90%); М2(99,70%); М3(99,5%) и М4(99,0%). Техническую медь применяют в виде листов, труб, проволоки, т.е. после холодной пластической деформации.

     Медные  сплавы разделяют на деформируемые и литейные, на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

     По  химическому составу их подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

     Латуни – это сплавы меди с цинком, они бывают двойные и многокомпонентные. Двойные маркируются буквой “Л” и цифрой показывающей содержание меди в процентах (Л96, Л90, Л80). К числу деформируемых однофазных латуней относятся Л96, Л85, Л70, ЛА77-2, ЛМц59-1, ЛС74-3 и др. Для повышения прочности деформируемых латуней применяют нагартовку, т.е. холодную пластическую деформацию на 50 – 60%, в результате чего прочность латуней увеличивается почти вдвое.

     Литейные латуни отличаются от деформируемых более высокими механическими свойствами (σ_в = 600 – 650 МПа).

     Бронзами называют сплавы меди со всеми элементами кроме цинка. Бронзы подразделяются на оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые.

     Бронзы в зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми и кремнистыми, марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наибольшее распространение получили три первых вида бронз. Используют также многокомпонентные бронзы.

     Оловянистые бронзы обладают высокой коррозионно-химической стойкостью. Они не коррозируют в атмосферных условиях, пресной и морской воде. Бронзы широко применяются для пароводяной арматуры работающей под давлением. Они хорошо обрабатываются резанием, хуже свариваются.

     Алюминиевые бронзы, содержат не более 11% алюминия (БрА9Ц2Л, БрА10Х4НЧЛ, БрА9Ж4Н4МЦ1). Они постепенно вытесняют оловянистые, так как по многим свойствам их превосходят. Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. Небольшой интервал кристаллизации обеспечивает хорошую герметичность.

     Бериллиевые бронзы обладают уникальным сочетанием физико-механических и коррозионных свойств: очень высокой прочностью, упругостью, твердостью, коррозионной стойкостью, повышенным сопротивлением усталости, ползучести, износу.

2. Алюминиевые сплавы 

     Алюминий – металл серебристо – белого цвета, обладает малой плотностью, хорошей тепло и электропроводностью, высокой коррозионной стойкостью и пластичностью. Его температура плавления 660°С, плотность 2,7 г/см³.

     В зависимости от чистоты различают  алюминий особой чистоты А999 (99,999%), высокой  чистоты А995, А99, А97, А95 (99,995 – 99,95%) и технической чистоты А8, А7, А6, А5, А0(99%). Примесями в техническом алюминии являются железо, медь, марганец, титан и др. Технический алюминий выпускается в виде прутков, листов, проволоки и различных профилей.

     В электротехнической промышленности алюминий используют для изготовления проводов, оболочек высоковольтных кабелей. В пищевой промышленности алюминий используют для изготовления различных емкостей, тонкой фольги для упаковки продуктов. Из фольги толщиной более 0.2 мм штампуют различные коробки, крышки. Широкое применение алюминия для этих целей связано с его высокой коррозионной стойкостью в морской воде, во многих органических кислотах – уксусной, масляной, лимонной и др.

     Ввиду низкой прочности алюминий применяется  для ненагруженных деталей и элементов конструкции, когда от материала требуется легкость, свариваемость, пластичность, коррозионная стойкость.

     Алюминиевые сплавы можно разделить на деформируемые, литейные.

     Из  деформируемых алюминиевых сплавов  изготавливают все известные  в технике полуфабрикаты: фольгу, листы, прутки, трубы, ребристые панели, проволоку, поковки, штамповки. Эти заготовки получают методами горячей и холодной обработки: прессованием, экструдированием, ковкой, горячей штамповкой, прокаткой и волочением.

     Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые старением и деформацией и упрочняемые только деформацией.

      К сплавам упрочняемым старением и деформацией относятся дуралюмины: Д1, Д16, Д19 и др. Упрочняющая термообработка заключается в закалке в воде с последующим естественным старением в течение 5 – 7 суток. Сразу после закалки в течении инкубационного периода 20 – 40 минут сплав продолжает сохранять высокую пластичность, что позволяет проводить такие операции как вытяжка, правка, клепка. Затем прочность сплава начинает возрастать за счет появления зон Гинье-Престона, прочность при этом снижается. Дуралюмины применяют для изготовления конструкций средней и повышенной прочности, работающих в условиях переменных нагрузок (узлы самолетов, строительных конструкций).

     Для литейных алюминиевых сплавов важнейшими являются технологические, а не эксплуатационные свойства: жидкотекучесть, объемная и линейная усадка, склонность к образованию горячих трещин и ликвация.

     Наилучшими  литейными свойствами обладают силумины (сплавы алюминия с кремнием). Они обладают высокой жидкотекучестью, малой усадкой, не склонны к образованию горячих трещин, хорошей герметичностью. Это объясняется наличием эвтектики в этих сплавах АК12, АК7. Эти сплавы имеют хорошую коррозионную стойкость и свариваемость, однако, плохо обрабатывается резанием. Силумины легированные в небольшом количестве Mg и Cu могут быть упрочены с помощью термической обработки: закалки от 500 °С в воде и искусственного старения при 150 – 180 °C.

3. Сплавы на основе  магния 

     Магний – металл серебристо-белого цвета. Магний относится к числу самих легких конструкционных материалов, используемых в промышленности. Его плотность равна 1,74 г/см₃, т.е. от в 1,6 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче железа. Температура плавления магния 650°C. При нагреве на воздухе до 500 – 550°C магний воспламеняется и горит. В чистом виде магний применяется в пиротехнике, химической промышленности, в металлургии – как раскислитель и модификатор.

     Магниевые сплавы, несмотря на сложность их производства, получили широкое распространение в ряде отраслей промышленности. Они легки, поглощают вибрацию. Это и определяет их использование в авиации (кромки крыльев, корпуса приборов и др.), ракетной технике (корпуса, топливные и кислородные баки) и военной технике (кожуха приборов электронной аппаратуры в управляемых снарядах и пр.). Магниевые сплавы считаются перспективными для применения в табачной промышленности. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, но уступают алюминиевым по пластичности и коррозионной стойкости и литейным свойствам. Для предохранения от коррозии изделия из магниевых сплавов оксидируют, а затем наносят лакокрасочные покрытия.

     Основные  легирующие элементы в магниевых  сплавах Mn, Al, Zn, Ce, Nd.

     По  технологии магниевые сплавы подразделяются на деформируемые (МА) и литейные (МЛ), по механическим свойствам на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные, по склонности к упрочнению на сплавы упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

     К числу деформируемых относятся  сплавы с алюминием, цинком            и марганцем:

     МА1 – сплав пониженной прочности (1 – 2% Mn), имеет относительно хорошую для магниевых сплавов коррозионную стойкость. Используется для изготовления деформируемых полуфабрикатов в горячем состоянии (листы, профили);

     МА8, МА2 – сплавы с достаточно высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, технологической пластичностью, служат для изготовления сложных по конфигурации деталей самолетов;

     МА1, ВМ65 – высокопрочные сплавы, подвергаются упрочняющей термической обработке, применяются для тяжело нагруженных деталей;

     МА11, МА13 – жаропрочные сплавы, характеризуются высоким пределом ползучести, длительной прочностью и твердостью при высоких температурах. Применяются в ракетной технике для деталей, работающих длительно при температурах до 350°С, и кратковременно до 400 °С.

     Литейные  магниевые сплавы по химическому составу близки к деформируемым, но содержат большее количество легирующих элементов. Механические свойства литейных магниевых сплавов ниже, чем деформируемых, что объясняется более крупным зерном. Измельчение зерна достигают перегревом расплава пред разливкой, введением специальных присадок, а также изменением условий кристаллизации. Лучшими литейными свойствами обладают сплавы МЛ5, МЛ6. Их применяют для отливок коробок передач, картеров двигателей и других деталей.  
 

4. Сплавы на основе  титана 

     Титан – переходный металл. Его температура плавления 1668 °С, плотность 4,5 г/см³. При 882°С низкотемпературная гексагональная модификация (α-фаза) переходит в высокотемпературную β-модификацию с кубической объемноцентрированной решеткой.

     Отличительной особенностью титана являются высокие  механические свойств, малая плотность, высокая удельная прочность. С повышением температуры увеличивается интенсивность взаимодействия титана с кислородом и водородом. Титан обладает высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах: в разбавленной серной кислоте, уксусной, молочной, во влажной хлорной атмосфере, царской водке, разбавленной и концентрированной азотной кислоте и др. Это объясняется образованием на его поверхности защитной оксидной пленки

     Титан хорошо обрабатывается давлением в  холодном и горячем состоянии, хорошо сваривается, но плохо обрабатывается резанием имеет низкие антифрикционные свойства.

     Преимуществом титановых сплавов по сравнению с техническим титаном является их более высокая прочность, жаростойкость, при достаточно высокой пластичности и хорошая коррозионная стойкость. По способам производства деталей различают деформируемые и литейные титановые сплавы.

     К деформируемым относятся сплавы титана, легированные Al, Mn, Mo. Они обладают средней прочностью, хорошей жаропрочностью и жаростойкостью, отличной свариваемость и коррозионной стойкостью. К наиболее распространенным деформируемым титановым сплавам относятся сплавы ВТ5, ВТ6, ОТ4 – 0, ОТ4 – 1.

     Сплавы  типа ОТ4 – 0 и ОТ4 – 1 (α-фаза) являются наиболее технологичными титановыми сплавами, они деформируются в горячем состоянии, хорошо свариваются всеми видами сварки. Недостатком их является склонность к водородной хрупкости.

     Сплавы  ВТ6, ВТ3 – 1, ВТ16, ВТ14 (α + β фазы) обладают высокой пластичностью. Но термически не стабильны и охрупчиваются после сварки.

     Титановые сплавы со структурой α и (α + β) фаз широко используют как жаропрочные. Сплавы ВТ18, ВТ20 жаропрочны до 700°С, хорошо свариваются. Их применяют для изделий, длительное время работающих при 500°С.

     Деформируемые титановые сплавы со структурой β-фазы промышленного распространения  не получили из-за плохой свариваемости  и низкой термической стабильности.

     Литейные титановые сплавы по составу совпадают с деформируемыми ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ3Л, ВТ14Л. Недостаток литейных титановых сплавов склонность к газопоглощению. Поэтому плавку ведут в вакууме или среде инертных газов. Литейные сплавы имеют более низкую прочность, чем деформируемые, применяются для фасонных отливок.

     Титановые сплавы применяют для изготовления криогенного и холодильного оборудования. В пищевой промышленности титан и его сплавы применяют для наиболее ответственных деталей и узлов аппаратов, которые работают в условиях коррозионного контакта с пищевыми средами, кислотами, а также в мясоперерабатывающей, рыбной и других отраслях промышленности. Более широкое применение титана ограничивается его высокой стоимостью.