Сплавы цветных металлов

Наиболее распространенными и широко применяемыми являются сплавы на основе меди и алюминиевые сплавы.

Медь и ее сплавы

Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Плотность меди 8,94 г/см3, температура плавления 1083^oС.

Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь маркируется: М00 (99,99 % Cu), М0 (99,95 % Cu), М2, М3 и М4 (99 % Cu).

Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение – 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.

Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.

Латунями называются сплавы меди с цинком. В качестве второстепенных компонентов, улучшающих свойства латуней, в них могут добавляться и другие элементы, например олово для повышения коррозионной стойкости, свинец для лучшей обрабатываемости режущим инструментом, алюминий и никель для улучшения механических свойств.

С добавлением цинка в медь до 32% одновременно повышается прочность и пластичность латуни.

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.

По способу изготовления изделий различают латуни деформируемые и литейные.

Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах, например в латуни Л62 содержится 62 % меди и 38 % цинка. Если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы (О – олово, С – свинец, Ж – железо, Ф – фосфор, Мц – марганец, А – алюминий, Ц – цинк). Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего содержание меди, например, сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа и 38 % цинка.

Литейные латуни также маркируются буквой Л, После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит 23 % цинка, 6 % алюминия, 3 % железа, 2 % марганца.. Наилучшей жидкотекучестью обладает латунь марки ЛЦ16К4. К литейным латуням относятся латуни типа ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц.

Латуни являются хорошим материалом для конструкций, работающих при отрицательных температурах.

Бронзами называются сплавы меди с любыми компонентами кроме цинка (однако цинк может входить в состав сложных бронз в качестве второстепенного компонента). Бронзы существенно отличаются от латуней тем, что с увеличением содержания второго компонента они быстро теряют пластичность, в то время как твердость быстро возрастает.

Сплавы меди с другими элементами кроме цинка назаваются бронзами.

Бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.

При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показавающие содержание компонентов в сплаве. Например, марка БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.

Маркировка литейных бронз также начинается с букв Бр, затем указываются буквенные обозначения легирующих элементов и ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, бронза БрО3Ц12С5 содержит 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца, остальное – медь.

Бронзы маркируются буквами Бр, а затем ставится второй компонент с цифрой, указывающей его среднее содержание в процентах. Если имеются и другие компоненты, то они перечисляются вслед за вторым, а затем, разделенные дефисами, указываются содержания компонентов, начиная со второго, например:

БрО10 - оловянная

БрОФ10-1 - оловянно-фосфористая

- эти бронзы являются хорошими антифрикционными сплавами для подшипников скольжения, червячных колес.

БрА5, БрА7 - алюминиевые

- являются дешевыми заменителями оловянных бронз.

БрБ2 – бериллиевая бронза

- является твердым и упругим материалом, служащим для изготовления немагнитных пружин и неискрящего ударного инструмента.

БрКд1,5 – кадмиевая бронза - является износостойким электропроводящим материалом. Применяется для изготовления троллейбусных и трамвайных контактных проводов.

Титан и его сплавы

Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см3. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680oС.

При температуре 882^oС титан претерпевает полиморфное превращение, α–титан с гексагональной решеткой переходит β – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.

Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500^oС становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:

ü сочетание высокой прочности с хорошей пластичностью;

ü малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;

ü хорошая жаропрочность, до 600…700 °С;

ü высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Основным недостатком титановых сплавов является плохая обрабатываемость режущим инструментом.

Области применения титановых сплавов

ü авиация и ракетостроение (корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа);

ü химическая промышленность (компрессоры, клапаны, вентили для агрессивных жидкостей);

ü оборудование для обработки ядерного топлива;

ü морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок);

ü криогенная техника (высокая ударная вязкость сохраняется до –253^oС).

Алюминий и его сплавы

Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660^oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al₂O₃, предохраняет его от коррозии.

Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа.

Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.