Естественное старение заключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток. Искусственное старение заключается в выдержке при повышенной температуре 100…200°С в течение 10…24 часов.

Процесс старения идет в 3 стадии:

·  На первой стадии старения атомы меди образуют скопления в кристаллической решетке α–твердого раствора - зоны Гинье-Престона (зоны ГП) (рис. 48 б), что вызывает искажения кристаллической решетки и, следовательно, повышение прочности сплава (рис. 49).

·  На второй стадии старения по мере выдержки сплава при повышенных температурах образуется метастабильная θ'-фаза, близкая по составу к CuAl2, имеющая свою кристаллическую решетку, которая сохраняет когерентные связи с решеткой α-твердого раствора (рис. 48 в). Это усиливает искажения кристаллической решетки, твердость и прочность сплава повышается (рис. 9.3).

·  На третьей стадии старения при дальнейшей выдержке происходит срыв когерентности и выделение частиц стабильной θ–фазы (CuAl2) (рис. 9.2. г). Искажения кристаллической решетки частично снимаются, и прочность сплава понижается (рис. 49).

а) б) в) г)

Рис.9.3. Влияние температуры и длительности старения на прочность алюминиевых сплавов

9.2. Медь и ее сплавы

Свойства меди:

·  Тпл=1083°С,

·  кристаллическая решетка ГЦК (полиморфных превращений не испытывает),

· высокая тепло - и электропроводность;

· коррозионная стойкость;

· высокая пластичность;

·  высокие технологические свойства: хорошо обрабатывается давлением, сваривается, легко поддается пайке, полируется.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Различают две основные группы медных сплавов: латуни и бронзы.

9.2.1. Латуни

Латуни – сплавы меди с цинком. Маркируются буквой Л и числом, показывающим содержание меди (например, латунь Л68 содержит 68% Cu и 32% Zn). В марках многокомпонентных латуней содержатся буквенные обозначения элементов, числа последовательно показывают содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59%Cu, 3%Al, 2%Ni (остальное Zn).

В системе Cu–Zn образуются следующие фазы:

·  α - твердый раствор цинка в меди, предельная растворимость 39% Zn;

·  b′ - упорядоченный твердый раствор меди на основе электронного соединения CuZn, существует при температуре ниже 454°С;

·  b - неупорядоченный твердый раствор меди на основе CuZn, существует при температуре выше 454°С.

Практическое применение имеют латуни, содержащие до 45% Zn, сплавы с большей концентрацией цинка обладают пониженной прочностью и пластичностью.

Латуни по структуре делят на две группы:

·  однофазные со структурой α-твердого раствора, содержат <39%Zn;

·  двухфазные со структурой α + β', содержат от 39% до 45%Zn.

Однофазные α-латуни (Л96, Л80) обладают пластичностью, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, упрочняются холодной пластической деформацией. Однофазные латуни применяются в виде полос, лент, проволоки, а также в качестве деталей (шайбы, втулки и т. д.).

Двухфазные α+β'-латуни (Л59, Л60) по сравнению с однофазными латунями имеют бόльшую прочность и износостойкость, из них изготавливают втулки, гайки, токопроводящие детали.

Специальные латуни дополнительно легированы элементами: Sn, Pb, Si, Ni, Al, Fe, Mn.

Олово повышает коррозионную стойкость латуней в морской воде, поэтому оловянные латуни (ЛО62-1) называются морскими и применяются в судостроении.

Свинец улучшает обрабатываемость резанием на станках-автоматах, такие латуни (ЛС59-1) называют автоматными.

Кремний повышает коррозионную стойкость и технологические свойства латуней. Кремнистые латуни (ЛК80-3) обладают высокой прочностью, пластичностью, вязкостью не только при комнатных, но и при низких температурах (до -183°С).

Никель улучшает механические свойства и повышает коррозионную стойкость латуней (ЛН65-5).

Железо задерживает процесс рекристаллизации латуней, измельчает зерно и повышает твердость (ЛЖМц59-1-1).

Алюминий повышает прочность, твердость и коррозионную стойкость латуней (ЛАЖ60-1-1).

9.2.2. Бронзы

Бронзы – это сплавы меди с различными элементами: оловом, алюминием, кремнием, хромом, кадмием, бериллием и др. Маркировка бронз начинается с букв Бр, далее следуют буквенные обозначения легирующих элементов, а затем цифры, показывающие содержание каждого элемента. Например, бронза БрОЦС6-6-3 содержит 6%Sn, 6%Zn, 3%Pb, остальное – медь.

9.2.2.1. Оловянные бронзы

В системе Cu–Sn образуются следующие фазы:

·  α-твердый раствор олова в меди;

·  химические соединения Cu5Sn (β-фаза), Cu3Sn (ε-фаза), Cu31Sn8 (δ-фаза).

Практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12%Sn. По содержанию олова бронзы делят на:

    деформируемые, с содержанием Sn до 6%; литейные, с содержанием Sn более 6%.

Деформируемые бронзы (БрО5) имеют однофазную структуру α-твердого раствора. Упрочняются холодной пластической деформацией, применяются в виде прутков, лент и проволоки. В отожженном состоянии они обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости, поэтому их используют для изготовления пружин, в электротехнике, химическом машиностроении и др.

Литейные бронзы (БрО10), имеют двухфазную структуру α–твердого раствора с включениями Cu31Sn8, что обеспечивает им высокие антифрикционные свойства. Применяются литейные бронзы для подшипников скольжения ответственного назначения.

Оловянные бронзы дополнительно легируют элементами: Zn, Pb, Ni, P.

Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют 2…15%Zn. Цинк улучшает жидкотекучесть, плотность отливок, повышает механические свойства, способность к сварке и пайке (БрОЦ4-3).

Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием (БрОЦС4-4-2,5).

Фосфор повышает жидкотекучесть, упругие и антифрикционные свойства (БрОФ6,5-0,4).

Никель способствует измельчению структуры и повышению механических и коррозионных свойств (БрОЦСН3-7-5-1).

9.2.2.2 Алюминиевые бронзы

(БрА5, БрАЖ9-4) применяют для изготовления высокоответственных деталей типа шестерен, втулок, фланцев.

9.2.2.3. Кремнистые бронзы

(БрК4, БрКМц3-1) превосходят оловянные бронзы по коррозионной стойкости и механическим свойствам, имеют высокие упругие свойства.

9.2.2.4. Свинцовые бронзы

(БрС30) используют как антифрикционный материал для ответственных высоконагруженных подшипников.

9.2.2.5.  Бериллиевую бронзу

(БрБ2) применяют для изготовления упругих элементов точных приборов (пружин, мембран). Эти сплавы упрочняются термообработкой, состоящей из закалки и старения. Упрочнение достигается за счет образования a-раствора с частицами интерметаллидной g-фазы (CuBe).

9.3. Подшипниковые сплавы

Распространенные подшипниковые сплавы - баббиты – сплавы на основе олова или свинца. Они используются для заливки вкладышей подшипников скольжения, их свойства:

низкий коэффициент трения между валом и подшипником;

высокая износостойкость деталей трущейся пары;

способность деформироваться под влиянием местных напряжений;

способность удерживать смазку на поверхности;

хорошая теплопроводность и устойчивость против коррозии.

Оловянные баббиты – это сплавы системы олово-сурьма (Sn–Sb), содержащие, как правило, добавки меди. Например, сплав Б83 содержит 83%Sn, 11%Sb, 6%Сu.

В тройной системе Sn–Sb-Cu образуются следующие фазы:

a - твердый раствор сурьмы и меди в олове;

b′ - твердый раствор на основе химического соединения SnSb;

e - химическое соединение Cu3Sn.

Структура баббита (рис. 52) представляет собой мягкую основу a-твердого раствора с твердыми включениями b′-фазы и химического соединения Cu3Sn. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства, так как в процессе изнашивания мягкая основа истирается, образуются микроскопические каналы, по которым циркулирует смазка, и контакт трущихся поверхностей происходит по вершинам твердых включений.

Сплавы Sn–Sb склонны к ликвации по плотности. Кристаллы химического соединения SnSb, обладая низкой плотностью, всплывают в верхнюю часть слитка, вызывая его неравномерное строение. Для устранения ликвации в состав баббита добавляют медь, образующую тугоплавкое соединение Cu3Sn, дендритные кристаллы которого кристаллизуется первыми, сдерживая ликвацию кристаллов SnSb.

Рис. 52. Микроструктура баббита Б83

9.4. Титан и его сплавы

Свойства титана:

·  Тпл=1665°С,

·  полиморфизм: ниже температуры 882°С устойчив α-Ti с гексагональной плотноупакованной решеткой, выше этой температуры – β-Ti с объемно центрированной кубической решеткой.

·  высокая удельная прочность;

·  низкий удельный вес, титан почти в два раза легче стали;

·  высокая прочность (удельная прочность);

·  высокая пластичность;

·  жаростойкость;

·  малая электропроводность;

·  коррозионная стойкость;

·  хорошая обрабатываемость давлением и свариваемость.

Основными легирующими элементами в титановых сплавах являются алюминий, хром, молибден, ванадий, железо, олово, цирконий. По влиянию на температуру полиморфного превращения легирующие элементы титановых сплавов делят на три группы:

·  α-стабилизаторы – Al, N, O - увеличивают температуру полиморфного превращения и расширяют область α-титана;

·  нейтральные элементы - Sn, Zr – практически не влияют на точки полиморфного превращения;

·  β-стабилизаторы – Cr, W, Mo, V, Mn, Fe - снижают температуру полиморфного превращения и расширяют область β-титана.

В зависимости от типа и количества легирующих элементов титановые сплавы по структуре делятся на a-сплавы, b-сплавы и двухфазные a+b-сплавы.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14