Сплави кольорових металів

1. Сплави на мідній основі.

2. Алюмінієві сплави.

3. Сплави на основі магнію.

4. Титанові сплави.

1. Мідні сплави прийнято ділити на латунь і бронзу.

Латунню називають сплави міді з цинком. У порівнянні з чистою міддю латуні міцніше і твердіше. Крім того вони рідкотекучі і стійкіше до корозії. Слід також відзначити, що цинк, а тому і латунь, дешевше за мідь.

Як другорядні компоненти, поліпшуючі властивості латуні, в них можуть додаватися: олово - для підвищення корозійної стійкості, свинець - для кращого оброблювання різальним інструментом, алюміній і нікель - для поліпшення механічних властивостей. З додаванням цинку в мідь до 32 % одночасно підвищується міцність і пластичність латуні. Вміст легуючих компонентів в спеціальній латуні не перевищує 7-9%. Деякі спеціальні латуні не поступаються по міцності средньовуглецевій сталі

Латунь маркується буквами Л з цифрами, вказуючими вміст міді в сплаві, якщо латунь містить інші елементи, то вони позначаються російськими буквами після Л: Л96, Л90, Л80, Л68, Л62, Л52. Позначення легуючих компонентів таке: Ж – залізо, Мц – марганець, Н – нікель, О – олово, К – кремній, С – свинець. Кількість легуючого компоненту указується цифрами. Наприклад, ЛМцЖ55-3-1 позначає марганцево-залізну латунь, що містить близько 55% міді, 3% марганцю і 1% заліза, інше цинк.

Легуючі компоненти (окрім свинцю) збільшують міцність латуні, але зменшують її пластичність. Свинець покращує антифрикційні властивості й оброблюваність різанням латуні.

Бронзою називають сплави міді з будь-якими компонентами, окрім цинку. У них менше пластичність, вище твердість. Маркуються Бр, потім ставиться другий компонент з цифрою, вказуючою його середній вміст. Для позначення додаткових елементів застосовують ті ж букви, що і при маркуванні спеціальної латуні; крім того цинк позначається буквою Ц, а фосфор – буквою Ф. Наприклад, маркування БрОцС6-6-3 позначає олов'яно-цинково-свинцеву бронзу, що містить близько 6% Sn, 6% Zn і 3% Pb (інше мідь). БрА5, БрБ2, БрОФ10-1.

Найважливішими бронзами є олов'яні, алюмінієві, крем'янисті, нікелеві.

Олов'яна бронза володіє високою корозійною стійкістю, рідкотекучістю і підвищеними антифрикційними властивостями. З них виготовляють головним чином відливання.

Просту олов'яну бронзу застосовують у теперішній час рідко, оскільки введенням додаткових елементів (цинку, свинцю, нікелю, фосфору) можна досягти тих же і навіть кращих властивостей при меншому вмісті дорогого олова; в стандартизованих ливарних бронзах кількість олова не перевищує 6%, бронзи, що деформуються, містять до 8% Sn.

Цинк підвищує рідкотекучість бронз, щільність відливань, їх міцність, покращує зварюваність. Свинець покращує антифрикційні властивості, оброблюваність різанням. Нікель сприяє підвищенню корозійної стійкості і міцності.

Замінниками олов'яної бронзи є алюмінієва, крем'яниста, марганцева й інші бронзи.

В алюмінієвій бронзі міститься до 11% Аl. За структурою ця бронза в основному (до 9% Аl) є твердим розчином алюмінію в міді. За механічними властивостями вона краще олов'яної – пластичніше, стійка до корозії і зносу. Недолік алюмінієвої бронзи – велика усадка при виливанні, а також звичайна домішка окислу алюмінію, який погіршує рідкотекучість.

Крем'яниста бронза містить 2-3% Si; відносяться до однорідних сплавів – твердих розчинів. Ця бронза міцна, добра для литва і успішно замінює у багатьох випадках олов'яну бронзу. Її властивості покращують добавки марганцю, нікелю і ін.

2. Основні переваги алюмінієвих сплавів -легкість і порівняна не дефіцитність. Зі сплавів на основі алюмінію в техніці отримали розповсюдження його сплави з міддю, марганцем, кремнієм. Для підвищення міцності, корозійної стійкості, жароміцності алюмінієвих сплавів використовують літій, нікель, титан, берилій. Залежно від пластичності і деформованості всі вони діляться на 2 групи: що деформуються і ливарні.

Що деформуються - здатні пластично деформуватися при виготовленні з них виробів. З таких сплавів виготовляють малонавантажені деталі і легкі зварні конструкції.

Алюмінієві сплави, оброблювані тиском, ділять на незміцнювані і зміцнювані. Сплави з марганцем і магнієм належать до незміцнюваних. Висока пластичність після відпалу (d до 30 % y до 70 %) і невисока міцність (s_в = 11) визначають їх застосування для деталей, що піддаються глибокій витяжці і не несуть великі напруги (трубопроводи, зварні баки, заклепки); ці сплави стійки до корозії.

До зміцнюваних сплавів належать дуралюміни. Дуралюміни маркуються буквою Д з цифрою, що означає порядковий номер у системі розробки сплавів: Д6, Д18 і т.п. Основними компонентами, зміцнюючими дуралюміній після термічної обробки, є мідь і магній. Дуралюміній піддають обробці тиском в гарячому (440-480⁰С) і холодному станах. Обробку в холодному стані рекомендується робити до старіння. Сплави типу дуралюміній широко застосовуються в промисловості, особливо в авіаційній і ракетній: деталі корпусів, лопаті гвинтів, заклепки.

Ливарні мають низьку пластичність, тому для отримання з них виробів потрібного контура слід у рідкому вигляді заливати в спеціальну ливарну форму. Ці сплави частіше за все містять кремній, мідь і магній.

Сплави алюмінію з кремнієм, звані силумінами, містять від 6 до 13 % Si (марки АЛ2, АЛ9, АЛ4), вживані для виготовлення корпусів приладів, кронштейнів, фланців, картерів, поршнів, корпусу компресорів, блоків і т.д. Добавки в силумін магнію до 0,6 % і марганцю до 0,3 % ще більше зміцнюють сплав.

Ливарні сплави алюмінію з міддю містять 4-11 % Сu (сплав АЛ7) застосовують для виготовлення невеликих кронштейнів, арматури нескладної форми.

Сплави алюмінію з магнієм для литва містять 4,5 – 11 % Мg. Ці сплави міцні, задовільно опираються корозії. Для цих сплавів типовий сплав марки АЛ8, з яких виготовляють навантажені деталі в судо- і літакобудуванні: вилки шасі, кермо, штурвали. Сплав АЛ32 є високоміцним і використовується для литва під тиском.

3. Із сплавів на основі магнію розповсюдження в техніці отримали сплави з марганцем, алюмінієм і цинком. Для підвищення механічних властивостей магнієвих сплавів додаються цирконій, церій, неодім, торій і ін.

Опірність магнієвих сплавів корозії низька, тому готові вироби захищають від корозії шляхом створення захисних оксидних плівок (оксидування) і подальшого покриття спеціальними лаками, фарбами, епоксидними плівками.

Головною перевагою магнієвих сплавів є їх висока питома міцність. Сплави магнію застосовують для виготовлення різних деталей літаків, вагонів, автомобілей, при цьому вирішальне значення має мала густина сплавів (1,7- 1,8 г/см3).

Приклади використовування магнієвих сплавів, що деформуються (МА). Сплав МА1 (1,3 –2,5 % Мn; s_в = 24 d = 4%) застосовується для малонавантажених деталей: масло- і бензобаків, арматури. Сплав МА8 (1,3 –2,2 % Мn 0,15 –0,35 % Це; s_в = 26 d = 7 %) застосовують для средньонавантажених деталей літаків (керма, обшивок елейрона).

4. Титан належить до групи тугоплавких металів. Температура плавлення титану 1665±5ºC. Межа міцності при розтягуванні чистого титану s_в = 250 МН/м², подовження d = 70%; технічного титану, який має домішки, s_в = 300¸550 МН/м², d = 20¸30 %, тобто чим більш домішок міститься в титані, тим вище його міцність та ниже пластичність. Не зважаючи на високу температуру плавлення, титан має більш низьку жароміцність, ніж сплави на основі заліза та нікелю. Температура використання титану і його сплавів не вище 550-600 ºC. При більш високій температурі титан і його сплави легко окисляються і поглинають водень. Титан стійкий в агресивних середовищах (сірчаній, соляній кислотах, їх солях), тому він використовується в хімічному машинобудуванні, електроніці, ядерній і інших областях техніки. В авіа- і ракетобудуванні чистий титан не застосовують через його невисоку жароміцність.

Технічний титан гарно обробляється тиском, зварюється, із нього можливо виготовляти складні фасонні відливки, але обробка різанням затруднена.

Для легування промислових титанових сплавів використовують алюміній, олово, які підвищують температуру поліморфного перетворення титану і називаються a-стабілізаторами, а також марганець, молібден, хром, ванадій, залізо, які знижують температуру поліморфного перетворення і є b-стабілізаторами.

З титанових сплавів роблять обшивку фюзеляжей, крила надзвукових літаків, лонжерони та інші деталі. Для стаціонарних парових і газових турбін із титанових сплавів виготовляють диски і лопатки. У суднобудуванні титан і його сплави застосовують для обшивки корпусів і підводних крил, а також різної апаратури. Титан і його сплави застосовують і в хімічному машинобудуванні для виготовлення ємностей фільтрів, трубопроводів, змійовиків та іншої апаратури. Деякі титанові сплави володіють підвищеною пластичністю при низьких температурах, тому їх використовують і для виготовлення деталей кріогенної техніки.