Магний и сплавы на основе магния
Среди промышленных сплавов магний обладает наименьшей плотностью (1,7 г/см3), что и обусловило применение его сплавов главным образом в авиационной технике. Магний неустойчив против коррозии. При повышении температуры самовозгорается, поэтому используется в качестве твердого топлива в реактивной технике. Магний первичный (ГОСТ 804-72) выпускается трех марок в соответствии со степенью очистки: Мг96 (содержит 99,96% Мg), Мг95 (99,95% Мg) и Мг90 (99,90% Мg). Чистый магний в качестве конструкционного материала почти не используется, так как имеет низкую прочность и твердость, но является основой эффективных магниевых сплавов. Как алюминиевые сплавы, сплавы магния также подразделяются на деформируемые и литейные. Первые маркируются буквами МА, вторые МЛ, после этих букв стоит цифра, показывающая порядковый номер сплава в ГОСТе.
Если деформируемые магниевые сплавы имеют плотность около 1,8 г/см3, то группа магниево-литиевых деформируемых сплавов имеет плотность 1,4-1,65 г/см3 . За это они названы сверхлегкими. Таких сплавов 3, они содержат от 5 до 18% лития: ИМВ1, ИМВ2, ИМВ3.
Химический состав литейных магниевых сплавов близок к составу деформируемых (таблица 20), но по свойствам они заметно им уступают, особенно по пластичности. Это явление связано с более грубой структурой литейных сплавов. Даже упрочняющая термическая обработка (закалка со старением) не исправляет структуру и не позволяет получить максимально возможные свойства. Литейные магниевые сплавы поставляются по ГОСТ 2856-68, выпускаются 14 марок и обозначаются МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6…МЛ15, где цифра – порядковый номер сплава в ГОСТе (таблица 21).
Таблица 20 - Свойства и состав некоторых марок деформируемых магниевых сплавов (ГОСТ 14957-76)
| Марка сплава | Состав сплава, % | Механические свойства | ||||||
| Аl | Мn | Zn | Zr | Другие | sВ, МПа | s0,2, МПа | d, % | |
| МА1 | - | 1,3-2,5 | - | - | - | 200-210 | 100-120 | 2-8 |
| МА2 | 3,0-4,0 | 0,15-0,50 | 0,2-0,8 | - | - | 230-280 | 130-180 | 6-10 |
| МА5 | 7,8-9,2 | 0,15-0,50 | 0,2-0,8 | - | - | |||
| МА8 | - | 1,3-2,2 | - | - | Се 0,15-0,35 | 3-10 | ||
| МА10 | 7,8-8,8 | 0,2-0,6 | - | - | Сd 7,0-8,0 | |||
| МА11 | - | 1,5-2,5 | - | - | Nd 2,5-3,5 | |||
| МА14 | - | - | 5,0-6,0 | 0,3-0,9 | - | |||
| МА15 | - | - | 2,5-3,5 | 0,45-0,9 | Lа 0,7-1,1 Сd 1,2-2,0 |
Таблица 21 - Механические свойства литейных магниевых сплавов
| Сплав | Состояние | Механические свойства | ||
| sВ, МПа | s0,2, МПа | d, % | ||
| МЛ5 | Без термообработки | 1,5 | ||
| МЛ5 | Закалка + старение | |||
| МЛ10 | То же |
Титан и сплавы на основе титана
Наряду с высокой прочностью, пластичностью при низкой плотности (почти в 2 раза ниже, чем у железа) титан обладает одним из исключительно важных свойств – он тугоплавкий. Его температура плавления почти в 3 раза выше, чем у алюминия и магния, и на 200°С выше, чем у железа. Именно температурой плавления определяется поведение материала при нагреве. При температурах 600-700°С, когда алюминий и магний уже находятся в жидком состоянии, титан сохраняет свои свойства и работоспособность практически неизменными. А по коррозионной стойкости он превосходит нержавеющую сталь: морская вода за 400 лет растворяет слой титана толщиной в лист бумаги. Он стоек во многих агрессивных средах. Поэтому титан широко используется в химической промышленности, в авиационной, ракетной и космической технике, в судостроении и т.д. Из титановых сплавов делают обшивку фюзеляжа и крыльев сверхзвуковых самолетов, панели, лонжероны, крепеж и т.д. Он незаменим в двигателях для изготовления лопаток и дисков компрессора, деталей воздухозаборника и других элементов.
В соответствии с технологией изготовления титан металлургами поставляется в виде губчатого титана (титановая губка – ТГ). Маркируется губчатый титан буквами ТГ и через тире цифрой, обозначающей твердость по Бринеллю. Чем выше твердость, тем больше примесей имеет титан: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, Тг-120, ТГ-130, ТГ-150.
Монолитный титан и его сплавы бывают деформируемыми и литейными. Согласно ГОСТ 19807-74 на титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением, выпускаются две марки чистого титана ВТ1-00 и ВТ1-0, которые различаются суммой примесей: 0,58% и 0,84% соответственно (таблица 22). Прочность чистого титана колеблется в пределах 300-380 МПа при высокой пластичности (d » 20-30%).
Таблица 22 - Состав и свойства титана и титановых сплавов, обрабатываемых давлением (ГОСТ 19807-74)
| Марка сплава | Состав сплава, % | Механические св-ва | ||||||
| АI | Мо | V | Мn | Сr | Zr | sв, МПа | d, % | |
| ВТ1-00 | Основа титан, сумма примесей не более 0,5% | 20-30 | ||||||
| ВТ1-0 | Основа титан, сумма примесей не более 0,84% | 20-30 | ||||||
| ОТ4-0 | 0,2-1,4 | - | - | 0,2-1,3 | - | - | 20-30 | |
| ОТ4-1 | 1,0-2,5 | - | - | 0,7-2,0 | - | - | 13-25 | |
| ОТ4 | 3,5-5,0 | - | - | 0,8-2.0 | - | - | 10-20 | |
| ВТ5 | 4,3-6,2 | - | - | - | - | - | 8-15 | |
| ВТ5-1 | 4,3-6,0 | - | - | - | - | Sn 2,0-3,0 | 10-12 | |
| ВТ6С | 5,3-6,8 | - | 3,5-5,0 | - | - | - | 8-10 | |
| ВТ3-1 | 5,5-7,0 | 2,0-3,0 | - | - | 0,8-2,3 | - | - | - |
| ВТ9 | 5,8-7,0 | 2,8-3,8 | - | - | - | 0,8-2,0 | - | - |
| ВТ14 | 3,5-6,3 | 2,5-3,8 | 0,9-1,9 | - | - | - | 1100-1200 | 4-6 |
| ВТ16 | 1,8-3,8 | 4,5-6,5 | 4,0-5,5 | - | - | - | - | - |
| ВТ20 | 5,5-7,5 | 0,5-2,0 | 0,8-1,8 | - | - | 1,5-2,5 | 8-12 | |
| ПТ-7М | 1,8-2,5 | - | - | - | - | 2,0-3,0 | - | - |
| ПТ-3В | 3,5-5,0 | - | 1,2-2,5 | - | - | - | - | - |
Титановые сплавы выпускаются 14 марок, которые маркируются буквами ВТ, ОТ или ПТ и порядковой цифрой. Буквы В, О и П указывают на организацию-разработчика этих сплавов. Если после порядкового номера сплава стоит буква С или через тире ноль или единица, то это указывает, что сплав модернизирован, изменен по химическому составу. Состав титановых сплавов очень сложен, согласно ГОСТ оговаривается до 10 элементов. Но основными легирующими являются алюминий, молибден, ванадий. В меньших количествах вводятся хром, цирконий и марганец.
Литейные титановые сплавы применяются для производства отливок. Состав этих сплавов аналогичен деформируемым сплавам, но прочность их ниже на 100-200 МПа, а пластичность колеблется в пределах 4-10%, что существенно ниже. Обозначаются литейные сплавы буквами ВТ ипорядковым номером, после которого ставится знак Л. Разработано 8 марок литейных титановых сплавов: ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, ВТ20Л, ВТ3-1Л, ВТ9Л, ВТ21Л.
Содержание отчета
1. Перечислить признаки, по которым классифицируются металлические материалы на группы.
2. Отразить в отчете основные группы материалов с указанием способа маркировки материалов и расшифровки марок. Привести 2-3 примера маркировки по каждой группе.
3. Получить у преподавателя тестовое задание с указанием марок. Указать, какие материалы перечислены в тесте, расшифровать все буквы и цифры в марках, а для сталей дополнительно определить, какая эта сталь по составу, назначению, качеству, степени раскисления.
15. Контрольные вопросы
1. Что такое сталь, чугун?
2. На какие группы делятся стали по составу и назначению?
3. Какие показатели характеризуют качество стали?
4. Что такое раскисление стали, какие элементы являются раскислителями?
5. Какие элементы обеспечивают хорошую обрабатываемость резанием?
6. Какие стали являются автоматными?
7. Маркировка шарикоподшипниковой и быстрорежущей стали.
8. Как отличаются по марке легированные конструкционные стали от легированных инструментальных?
9. Основная составляющая твердых сплавов, связка. Маркировка твердых сплавов.
10. Что такое магнитомягкие и магнитотвердые стали?
11. Что такое латунь и бронза? Их маркировка.
12. Как маркируются литейные и деформируемые алюминиевые сплавы?
13. Основные свойства титана, обозначение титановых сплавов.