Диаграммы состояния медных сплавов

Сu-Zn

Медь с цинком образует кроме a -твердого раствора на основе меди ряд промежуточных фаз b, g и т. д.

Фаза b — это твердый раствор на основе электронного соединения CuZn (фаза Юм—Розери) с решеткой ОЦК. При охлаждении при температуре около 450 °С b -фаза переходит в упорядоченное состояние (b ® b ў), причем b ў -фаза в отличие от b -фазы является более твердой и хрупкой.

Фаза g — твердый раствор на основе электронного соединения Cu5 Zn8 отличается очень высокой хрупкостью и ее присутствие в промышленных конструкционных сплавах исключается.

Cu - Sn

Диаграмма, показывающая фазовый состав и структуру Cu - Sn-сплавов (оловянистых бронз). Представляет собой комбинацию нескольких перитектических диаграмм. Возможно образование следующих фаз: α - твердый раствор Sn в Cu; Sn - почти чистое олово (растворимость Cu в Sn меньше 0,01 %); β - твердый раствор электронного типа на базе соединения Cu5 Sn, а пунктирная линия показывает процесс его упорядочения; δ - электронное соединение Cu31 Sn8 ; γ- твердый раствор на базе химического соединения Cu и Sn; ε - электронное соединение Cu3 Sn; η - химическое соединение Cu6 Sn5

a)

Cu-Ni

Диаграммасостояния Сu—Ni характеризуется образованием в процессе кристаллизации непрерывного ряда твердых растворов (Сu, Ni) с гранецентрированной кубической структурой. Установлено равновесие Ж ↔ Газ с азеотропным минимумом при температуре 2500 °С и концентрации 50—60%(ат.)Ni; указывается на наличие области расслоения на две фазы (газообразный и жидкий растворы разного состава) при концентрации 60—100 % (ат.) Ni. В интервале концентраций 0-60%(ат.) Ni область расслоения настолько узка, что практически вырождается в прямую линию.

7 сплавы на основе алюминия

Алюминий ‑ металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью 2,7 г/см³, высокой электропроводностью, температура плавления 660°С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно. Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Сu, Mg, Si, Zn). Железо и кремний являются постоянными примесями алюминия. В зависимости от содержания постоянных примесей различают: алюминий особой чистоты марки А999 (0,001% примесей); алюминий высокой чистоты А935, А99, А97, А95 (0,005-0,5% примесей); технический алюминий А85, А8, А7, А5, А0 (0,15‑0,5% примесей).

Все сплавы на основе алюминия можно разделить на три группы (см. таблицу классификации алюминиевых сплавов):

·

деформируемые, которые в свою очередь делятся на упрочняемые термической обработкой и не упрочняемые. Они предназначены для получения полуфабрикатов (листов, прутков, труб и т.п.);

·

·

литейные сплавы; предназначены для литья;

·

·

сплавы, получаемые методами порошковой металлургии (САП - спеченные алюминиевые порошки, САС - спеченные алюминиевые сплавы).

·

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой. Химический состав и механические свойства этих сплавов определяются ГОСТ 4784 -97. Отличительная особенность этих сплавов ‑ сочетание высокой прочности с малым удельным весом. Имеется несколько групп этих сплавов.

Дуралюмины – сплавы нормальной прочности, (Al-Сu-Mg)-Mn, наиболее распространены в этой группе: Д1, Д12,Д16, Д19. Очень часто в конце марки ставятся буквы, характеризующие состояние сплава: М ‑ мягкий (отожженый); Т ‑ термически обработанный (закалка и естественное старение); Н ‑ нагартованный (наклепанный при пластической деформации); П ‑ полунагартованный. Например, Д16М ‑ дуралюмин отожженый; Д16ТН ‑ дуралюмин закаленный, естественно состаренный и дополнительно нагартованный.

Сплав авиаль обозначается буквами АВ, уступает дуралюминам по прочности, но имеет лучшую пластичность и высокий предел выносливости.

Высокопрочные сплавы (A1-Сu-Mg)-Zn имеют меньшую пластичность, чем дуралюмины, и маркируются буквой В, например, В93, B95, В65.

Ковочные алюминиевые сплавы (Al-Cu-Mg)-Si имеют высокие пластические и литейные свойства и применяются для изготовления кованых и штампованных деталей (АК6, AK8).

Жаропрочные сплавы (Al-Cu-Mg)-Ni имеют более сложный химический состав, и используются для изготовления деталей, работающих при температурах до 300 (Д20, АК4-1).

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, отличаются высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и превосходят алюминий по прочности. К ним относятся сплавы системы (Al-Мg) и (Al -Mn). Наиболее распространенными марками являются АМц; АМг2; АМг5 и т.д. Эти сплавы в виде листов или другого проката поставляются в отожженном (мягком ‑ М) состоянии, после небольшой степени наклепа, т.е. полунагартованные - П, и после значительного наклепа, т.е. нагартованные ‑ Н, такие как АМг3М, АМг3П, АМг3Н. Сплавы легко обрабатываются давлением, хорошо свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью.

Клитейнымалюминиевымсплавам относятся:

Силумины ‑ сплавы системы (Al-Si), дополнительно легирующиеся Сu и Mg, марки АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ34, АЛ9, АЛ91, АЛ5, АЛ32, АЛ5-1, АЛ30, АЛ25. Сплавы имеют хорошие литейные, но невысокие механические свойства.

Сплавы системы (Al-Cu), дополнительно легирующиеся Mn, Ni, Сr (АЛ7, АЛ19). Сплавы имеют высокие механические, но низкие литейные свойства, хорошо обрабатываются резанием.

Сплавы системы (Al-Mg), дополнительно легирующиеся Si (АЛ8, АЛ13, АЛ28, АЛ23, АЛ23-1, АЛ-27 и др.). Эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошими механическими свойствами и обрабатываемостью резанием, но низкими литейными свойствами. Для измельчения зерна, а, следовательно, для улучшения механических свойств, в сплавы вводят модифицирующие добавки Ti (титан), Zr (цирконий).

Жаропрочные сплавы системы (Al-Cu-Mg)-Mn,дополнительно легирующиеся Si, Ni, Ti, Fe, Сr (АЛ20, АЛ21), используются для изготовления деталей, работающих при температурах до 275-300ºС.

Алюминиевые сплавы, получаемые методами порошковой металлургии, обладают по сравнению с литейными сплавами более высокой прочностью, стабильностью свойств при повышенных температурах и коррозионной стойкостью. К таким сплавам относятся спеченные алюминиевые сплавы (САС) и спеченные алюминиевые порошки (САП). САС имеют особые физические свойства: низкий коэффициент линейного расширения и малую теплопроводность. САП имеют высокую жаропрочность и коррозионную стойкость. САП рекомендуются для кратковременной работы при температурах до 1000ºС и длительной работы при температурах 300-550ºС.

медный сплав бронза цинк латунь

Заключительная часть

Чистая медь широко используется в электротехнике, в различного рода теплообменниках. Из высокотехничных латуней получают изделия глубокой вытяжки (радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги). Латуни, содержащие свинец, используют при работе в условиях трения (в часовом производстве, в типографических машинах).

Оловянные бронзы применяют для литья художественных изделий. При дополнительном легировании фосфором их используют для изготовления деталей, работающих на трение в коррозионной среде.

Алюминиевые бронзы, прежде всего, используют в качестве заменителей оловянных. Высокопрочные алюминиевые бронзы идут на изготовление шестеренок, пружин, втулок.

Из бериллиевой бронзы делают детали точного приборостроения, упругие элементы электронных приборов, мембраны.

Для менее ответственных деталей используют кремнистые бронзы.

Медно-никелевые сплавы нашли широкое применение как коррозионностойкие и электротехнические материалы.

Из мельхиоров изготавливают конденсаторные трубы, трубные доски конденсаторов, медицинский инструмент и т.д.

Нейзильберы используются как плакировочный материал для медицинских инструментов, из них также изготавливают детали точной механики и часовой конструкции.

8 материалы атомной энергетики

Атомный реактор состоит из следующих частей:

1) активная зона с тепловыделяющими элементами (ТЭВЛ) и технологические каналы с теплоносителем для удаления тепла. Для ТЭВЛов требуется 235 U, 233U, 239U; U238 и Тh232;

2) поглощающие элементы (ПЭЛ) или стержни для регулирования мощности и аварийной защиты;

3) замедлители атомных реакций;

4) отражатели нейтронов;

5) биологическая защита.

ТЭВЛы изготавливаются из окислов урана или сплавов с тугоплавкими материалами, тория, плутония. Порошки прессуют, получают таблетки и вставляют в оболочку из нержавеющей стали.

Технологические каналы изготавливаются из Х18Н10Т, Al и его сплавов, Mg и его сплавов, графита разных марок, Nb, Mo, Ni, Be.

Поглощающие элементы изготавливают из B, Cd, HF, PЗМ.

Замедлитель, отражатель изготавливаются из графита в сочетании с Be; Be в сочетании с тяжелой водой, графитом, Al.

В качестве теплоносителя используется H₂O, воздух, гелий; расплавленные металлы Na, Nа - K, Hg, Pb, Bi расплавленные соли.

Биологическая защита из воды, металлов (Pb, Ba, Mn, Fe), B(бор) для поглощения нейтронов.

Ферриты

Это магнитные полупроводники ионного строения на основе окиси железа и часто других металлов (антиферромагнетики или ферромагнетики).

Они делятся на:

- феррошпинели MgO Al₂ O₃ c кубической решеткой;

- феррогранаты [Ca₃ Al₂ (Si O₂) ₃ ] c объемно центрированной кубической решеткой;

- гексоферриты (PbFe_1,5 Mn_3,5 Al _0,5 Ti _0,5 O₁₉) гексагональная решетка;

- ортоферриты (Ca Ti O₃) орторомбическая структура.

Получают ферриты из чистых порошкообразных оксидов. Окислы можно получать из углекислых, азотнокислых солей.

Выпускают магнитотвердые, магнитомягкие ферриты с разными петлями гистерезиса.

Наиболее распространенные ферриты:

– иттриевые, феррогранаты, литиевые, магний - марганцевые; никелевые; бариевые; кобальтовые, стронциевые ферриты.

- магнитомягкие ферриты используются в катушках индуктивности, магнитных антеннах, дросселях; в электронно-вычислительной технике. Свыше 80% мини ЭВМ изготавливают с применением ферритов;

- магнитотвердые ферриты используются в электрических машинах, электронных приборах, магнитных систем ламп бегущей строки, магнитных линзах, генераторах, магнитных сепараторах, электромуфтах, тормозах.

9 Общие сведения о магнетизме. Классификация материалов по магнитным свойствам

Общие сведения о магнетизме

Любое вещество, будучи помещенным в магнитное поле, приобретает некоторый магнитный момент М. Магнитный момент единицы объема вещества называют намагниченностью J_М:

J_М=М/V(2.20)

При неравномерном намагничивании тела:

J_М=dМ/dV(2.21)

Намагниченность является векторной величиной; в изотропных телах она направлена либо параллельно, либо антипараллельно напряженности магнитного поля Н. В системе СИ намагниченность выражается в единицах напряженности магнитного поля (А/м).

Намагниченность связана с напряженностью магнитного поля соотношением

J_М=k_M ·H, (2.22)

гдеk_M– безразмерная величина, характеризующая способность данного вещества намагничиваться в магнитном поле и называемаямагнитной восприимчивостью.

Магнитная восприимчивость численно равна намагниченности при единичной напряженности поля. Кроме объемной магнитной восприимчивости k_М иногда используют понятие удельной и молярной

магнитных восприимчивостей, которые относят соответственно к единице массы или к молю вещества.

Намагниченное тело, находящееся во внешнем поле, создает собственное магнитное поле, которое в изотропных материалах направленно параллельно или антипараллельно внешнему полю. Поэтому суммарная магнитная индукция в веществе определяется алгебраической суммой индукции внешнего и собственного полей:

B=B₀+B_i=μ₀H+ μ₀J_M , (2.23)

где μ₀ =4π·10^-7 Гн/м – магнитная постоянная в системе СИ.

Из (2.22) и (2.23) следует

B= μ₀H(1+k_M)= μ₀ μH , (2.24)

где μ=1+ k_M – относительная магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз магнитная индукция В поля в данной среде больше, чем магнитная индукция В₀ в вакууме.

Первопричиной магнитных свойств вещества являются внутренние скрытые формы движения электрических зарядов, представляющие собой элементарные круговые токи, обладающие магнитными моментами. Такими токами являются электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах. Магнитные моменты протонов и нейтронов приблизительно в тысячу раз меньше магнитного момента электрона. Поэтому магнитные свойства атома определяются целиком электронами, а магнитным моментом ядра можно пренебречь.