Тема 2.11 Цветные металлы и их сплавы

Сплавы цветных металлов; их назначение и область применения. Сплавы на медной основе. Влияние цинка и других компонентов на свойства сплавов. Методы упрочнения латуней, область применения

Бронзы, их состав, маркировка. Методы упрочнения бронз в зависимости от их состава. Свойства бронз и область их применения

Сплавы на алюминиевой основе. Классификация алюминиевых сплавов: деформируемые и литейные. Маркировка алюминиевых сплавов

Алюминиевые деформируемые сплавы термически неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Дюралюминий, его химический состав и структура. Термическая обработка дюралюминия: отжиг, закалка и старение. Свойства и область применения деформируемых сплавов

Силумины, их химический состав. Методы упрочнения; модифицирование и термическая обработка. Свойства и область применения алюминиевых литейных сплавов

Сплавы на титановой основе. Их состав и маркировка. Термическая обработка и свойства. Сравнение свойств титановых сплавов со сплавами железа и алюминия. Область применения титановых сплавов

Сплавы на основе магния. Их состав, марки. Свойства и область применения магниевых сплавов

Антифрикционные сплавы. Требования к ним. Структура, свойства и область применения. Маркировка антифрикционных сплавов (баббитов)

Литература: [2, c. 156-207]; [3, c. 124-132]; [4, c. 175-184, 207–223, 232–247]

Методические рекомендации

Изучение медных сплавов начните с латуни. Рассмотрите влияние цинка, а затем влияние различных примесей на свойства латуней. Нужно знать, что латуни термической обработкой не упрочняются. Однофазные латуни можно упрочнить наклепом (нагартовкой). Наклепанные латуни склонны к растрескиванию при пониженных температурах. Детали из латуни, работающие при пониженных температурах, после наклепа подвергают низкотемпературному отжигу при 200–250^ОС.

Изучение бронз начните с оловянной бронзы. Прежде всего разберите влияние олова на структуру и свойства бронзы, а затем влияние дополнительных элементов, которые вводят в оловянную бронзу. В зависимости от содержания олова и других элементов оловянные бронзы имеют различные свойства и применение, рассмотрите их с этой точки зрения, разберите свойства и применение бронз, не содержащих олова. Особое внимание обратите на бериллиевую бронзу, которая обладает редким сочетание свойств: высокой прочностью и твердостью (приближающимся к твердости и прочности закаленных конструкционных сталей) при хорошей коррозионной стойкости. Запомните, что бериллиевая бронза приобретает твердость и прочность не сразу после закалки, а при последующем старении. Нужно обязательно знать маркировку латуней и бронз.

Алюминиевые сплавы делятся на две большие группы: деформируемые и литейные. При изучении деформируемых сплавов главное внимание обратите на сплавы алюминия с медью, упрочняемые термической обработкой, –дюралюмины. Для этого прежде всего разберите диаграмму состояния алюминий–медь (повторите из темы 2.3 диаграмму с ограниченной растворимостью в твердом состоянии), а затем переходите к изучению процессов, протекающих при закалке и старении дюралюминов.

Изучая литейные сплавы (силумины), уясните сущность модифицирования. Принципиальное отличие модифицирования от легирования заключается в том, что при легировании изменяется химический состав сплава, а при модифицировании меняется только кристаллографическое строение, но химический состав практически не меняется. Термической обработкой можно упрочнять только те силумины, в которые входит медь или магний, т.е. такие элементы, которые образуют с алюминием или кремнием твердые растворы ограниченной растворимости. Литейные сплавы подвергаются только искусственному старению, так как у них более глубокая (крупнозернистая) структура. Прочность после термической обработки у них меньше, чем у деформируемых сплавов.

Нужно знать маркировку алюминиевых сплавов. Запомните, что в отличие от железных и медных сплавов маркировка легких сплавов (алюминиевых, магниевых, титановых) не раскрывает их состава.

Обратите внимание на достоинства, недостатки и область применения магниевых сплавов, а также на технику безопасности при их обработке. Магниевые сплавы являются преимущественно литейными, их подвергают закалке и искусственному старению. Магниевые сплавы относятся к ультралегким, но применение их ограничено вследствие малой удельной прочности, низких технологических свойств и ряда других недостатков. Идут они только на ненагруженные детали, основное требование к которым–малая масса.

Титановые сплавы находят все большее применение в современной технике благодаря высоким механическим и технологическим свойствам, хорошей коррозийной стойкости и малой плотности. В зависимости от легирующих элементов титановые сплавы могут быть однофазными и двухфазными. Однофазные сплавы, как всегда, упрочняются только обработкой давлением (наклепом), двухфазные–термической обработкой. Меняя температуру отпуска можно в значительных пределах менять их свойства. Титановые сплавы подвергаются и химико-термической обработке. О титановых сплавах говорят: легкие, как алюминий, и прочные, как сталь. Чаще всего их применяют для деталей, которые раньше изготавливались из дюралюминия или из нержавеющих хромоникелевых сталей. Титановые сплавы примерно в 2,5 раза прочнее алюминиевых, плотность их больше примерно в 1,6 раза, поэтому применение титановых сплавов вместо дюралюминия для нагруженных деталей разрешает уменьшить габариты и массу конструкции.

При изучении антифрикционных сталей сначала разберите требования к ним, а затем обратите внимание на микроструктуру, которая обязательно должна быть неоднородной. У антифрикционных сплавов обязательно должна быть мягкая пластинчатая основа, чтобы не истирался вал и твердые составляющие, которые служат опорой для вала. Сравните между собой достоинства и недостатки баббитов и антифрикционных бронз.

Отвечать на вопросы контрольной работы, связанные с выбором цветных металлов для различных деталей, следует так же, как при выборе легированных сталей.

После изучения темы нужно уметь:

1) определять состав латуней, бронз, баббитов по марке сплава;

2) исходя из состава латуней и бронз определять их свойства и область применения;

3) по марке легких сплавов указывать их свойства и область применения;

4) выбирать марку сплава исходя из назначения и условий работы деталей, например поршня автомобиля, подшипника скольжения и т.п.

Вопросы для самоконтроля

1 Каковы основные свойства титана и его сплавов?

2 Назовите основные легирующие элементы титановых сплавов.

3 Каким видам термической обработки можно подвергать титановые сплавы?

4 В чем особенность сварки титановых сплавов?

5 Каковы особенности формирования ЗТВ однофазного титанового сплава?

6 Назовите основные свойства алюминия. Назовите его марки.

7 Объясните классификацию алюминиевых сплавов и их маркировку.

8 С какой целью проводится модифицирование силуминов?

9 В чем сущность закалки и старения дюралюмина?

10 Приведите примеры марок алюминиевых литейных сплавов, охарактеризуйте основные свойства сплавов.

11 Поясните, с какими структурными превращениями в зоне термического влияния связано резкое падение прочности сварного соединения из дюралюмина в этой зоне? Укажите характерные свойства алюминиевых сплавов.

12 Назовите основные свойства магния. Назовите его марки.

13 Объясните классификацию магниевых сплавов.

14 Какие элементы применяются для легирования магния?

15 Приведите примеры марок магниевых литейных и деформируемых сплавов.

16 Перечислите марки технической меди, укажите их свойства.

17 Что такое латунь?

18 Как изменяются механические свойства латуни в зависимости от содержания цинка?

19 Назовите несколько марок латуни, расшифруйте их, укажите применение.

20 Объясните классификацию бронз.

21 Как маркируются бронзы?

22 Укажите влияние примесей на структуру и свойства бронз.

23 Почему на все виды бронз подвергаются упрочняющей термообработке?