Цветные металлы и сплавы (стр. 2 )

Теплопроводность и температуропроводность сплавов лишь незначительно уступает литейным алюминиевым сплавам.

Совокупность теплофизических характеристик бериллиевых сплавов в целом выгодно отличает их от других материалов (например, силуминов) и определяет высокую размерную стабильность в условиях возникновения температурных градиентов при эксплуатации изделий.

Коррозионная стойкость бериллиевых сплавов находится на высоком уровне. Анодная оксидированная пленка на поверхности и лакокрасочные покрытия дополнительно обеспечивают надежную защиту сплавов ЛБС от коррозии.

Механические свойства литейных бериллиевых сплавов при комнатной температуре приведены в табл. 15.3, а свойства при различных температурах испытания — в табл. 15.4.

Таблица 15.2

Химические составы (%, остальное — Be) литейных бериллиевых сплавов

Сплав	Al	Ni	Mg	Cu	Zr, Sc, Y, Gd, РЗМ	Примеси, не более
Si	Fe	Mn	Ti	O2
ЛБС-1	24–34	3–6	–	–	0,06–0,21*	0,1	0,15	0,1	0,05	0,1
ЛБС-2	36–24	3,5–4,5	0,6–0,8	–	0,03–0,12**	0,1	0,15	0,1	0,05	0,1
ЛБС-3	30–34	–	0,1–0,6	6–8	0,05–0,1	0,1	0,15	–	–	0,1

* Допускается введение только Zr, Sc.

** Допускается введение одного или нескольких элементов Sc, Zr, La, Pr, Nd при содержании: минимальном — 0,01 %, максимальном — 0,08 % любого.

Таблица 15.3

Механические свойства литейных бериллиевых сплавов

Свойство	ЛБС-1	ЛБС-2	ЛБС-3
σв, МПа	220–250	250–320	270–280
σ0,2, МПа	180–220	220–270	250–270
δ, %	2–3	2–3	1,1–1,3
ψ, %	2–3	2–3,5	–
KCU, МДж/м2	0,025–0,035	0,033–0,040	0,025–0,045
E, ГПа	200	200	200

Таблица 15.4

Механические свойства бериллиевых сплавов
при различных температурах

Свойство	Сплав	Температура испытаний, °С
–100	0	100	200	300	400
σв, МПа	ЛБС-1	255	225	186	147	112	–
ЛБС-2	274	255	235	176	118	70
σ0,2, МПа	ЛБС-1	235	196	145	120	103	–
ЛБС-2	245	216	170	140	108	60
δ, %	ЛБС-1	2,8	2,4	2,5	2,5	1–2,4	–
ЛБС-2	2,0	2,1	2,1	2,2	3,0	4,0

Деформированные бериллиевые сплавы обладают высокой жесткостью и низкой плотностью. Эти сплавы являются перспективными для использования в некоторых элементах самолетных двигателей. Для повышения жаропрочных свойств бериллия используется сложное последовательное легирование.

На первом этапе выбирают оптимальный бинарный сплав (табл. 15.5).

Таблица 15.5

Механические свойства двойных сплавов
(остальное — Be)

Содержание легирующих элементов, %	Средний размер зерна, мкм	σв, МПа	Hμ при 20 °С
20 °С	500 °С
6,7 Cu	124	256	146	198
2,4 Ag	186	282	209	215
5,8 Ni	160	346	275	247
1,7 Co	96	301	218	247
0,2 Fe	347	307	125	180

Из рассмотренных двойных систем сплавы системы Be—Ni характеризуются наиболее высокими механическими свойствами как при комнатной температуре, так и при 500 °С.

Дальнейшее упрочнение осуществляется введением титана, образующего высокопрочные интерметаллиды TiBe12.

Влияние Ti на прочность сплавов системы Be—Ni показано на рис. 15.8.

На основе системы Be—Ni разработан сплав, имеющий марку ВБД-1 при изготовлении из литой заготовки и ВБД-1П при изготовлении из порошков со следующим химическим составом: (7,5–8,5 %) Ni; (0,8–1,2 %) Ti; остальное — Be.

Механические свойства сплава ВБД–1П приведены в табл. 15.6.

Предел выносливости сплава ВБД-1П при 500 °С в два раза выше, чем у бериллия; удельная жесткость (E/γ) при 20 °С ниже, а при 500 °С — на 10 % выше, чем у бериллия. Модуль упругости составляет 250 ГПа. Высокая жесткость сохраняется при температурах до 700 °С. Предел ползучести и длительная жаропрочность сплава ВБД-1П при 400 °С такие же, как у деформированного бериллия при 300 °С.

Рис. 15.8. Влияние Ti на прочность сплавов системы Be—Ni—Ti при 20 °С и в зависимости от содержания Ni: 1 — 4 %; 2 — 6 %; 3 — 8 %
(по )

Таблица 15.6

Механические свойства сплава ВБД-1П

Тисп, °С	Состояние	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %	KCU, МДж/м2
20	Деформированное	500–550	450–490	0,8–1,5	0,01
500	Отожженное	350–370	290–310	2,5–6,0	0,03
700	То же	150–170	100–120	14–18	–

16. АЛЮМИНИЙ И АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

()

АЛЮМИНИЙ

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Кристаллизуется в решетке ГЦК с периодом a  = 0,4041 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не испытывает. Алюминий обладает малой плотностью (2700 кг/м3), низкой температурой плавления (660 ° С), а также высокой электро - и теплопроводностью. Для алюминия характерна высокая пластичность и малая прочность. Основные физико-механические характеристики алюминия приведены ниже.

Характеристики основных физико-механических свойств алюминия

Плотность r, (кг/м3) ∙ 10–3	2,7
Температура плавления Тпл, ° С	660
Температура кипения Ткип, ° С	2 327
Скрытая теплота плавления, Дж/г	393,6
Теплопроводность l, Вт/м × град (при 20 ° С)	228
Теплоемкость Ср, Дж/(г × град) (при 0–100 ° С)	0,88
Коэффициент линейного расширения a × 106, 1/° С (при 25 ° С)	24,3
Удельное электросопротивление r × 108, Ом× м (при 20 ° С)	2,7
Предел прочности s в, МПа	40–60
Относительное удлинение d, %	40–50
Твердость по Бринеллю НВ	25
Модуль нормальной упругости E, ГПа	70

Алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и среде многих органических кислот, что обусловлено образованием на его поверхности сплошной тонкой (≈ 5 нм) и плотной оксидной пленки Al2O3. В щелочных средах и некоторых неорганических кислотах алюминий быстро разрушается.

По масштабам производства и потребления алюминий занимает второе место после железа.

Отечественная промышленность выпускает первичный алюминий (ГОСТ 11069–74) трех сортов (табл. 16.1): особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995–А95) и технической чистоты (А85–А0). В обозначении марки буква «А» означает алюминий, а последующие цифры указывают десятые, сотые и тысячные доли процента содержания алюминия. Например, алюминий марки А995 содержит не менее 99,995 % Al, марки А6 — 99,6 % Al, марки А0 — 99,0 % Al.

Алюминий особой и высокой чистоты применяется для лабораторных и специальных целей, алюминий технической чистоты — для технических целей (выпуск деформируемого полуфабриката, получения сплавов и др.).

Основные примеси в алюминии — Fe и Si. Железо и кремний практически не растворимы в твердом алюминии и образуют тройные промежуточные фазы a (Fe2SiAl6) и b (FeSiAl5), которые приводят к повышению прочности и снижению пластичности.

Таблица 16.1

Марки и химический состав (%) первичного алюминия (ГОСТ 11069–74)

Обозначение марок	Al, не менее	Примеси, не более
Fe	Si	Cu	Zn	Ti	сумма
Алюминий особой чистоты
А999	99,999	–	–	–	–	–	0,001
Алюминий высокой чистоты
А995	99,995	0,0015	0,0015	0,001	0,001	0,001	0,005
А99	99,99	0,003	0,003	0,003	0,003	0,002	0,010
А97	99,97	0,015	0,015	0,005	0,003	0,002	0,03
А95	99,95	0,025	0,020	0,010	0,005	0,002	0,05
Алюминий технической чистоты
А85	99,85	0,08	0,06	0,01	0,02	0,008	0,15
А8	99,8	0,12	0,10	0,01	0,04	0,01	0,20
А7	99,7	0,16	0,15	0,01	0,04	0,01	0,30
А7Е***	99,7	0,20	0,08	0,01	0,04	0,01*	0,30
А6	99,6	0,25	0,18	0,01	0,05	0,02	0,40
А5Е	99,5	0,35**	0,10	0,02	0,04	0,015*	0,50
А5	99,5	0,30	0,25	0,02	0,06	0,02	0,50
А0	99,0	0,50	0,5	0,02	0,08	0,02	1,0

* Для суммы титана, ванадия, хрома и марганца.