Спечённые алюминиевые порошки и сплавы

Получили распространение гранулированные и порошковые алюминиевые сплавы. Гранулирование производится распылени­ем расплава; при этом получаются частицы сферической или оваль­ной формы — гранулы. Скорость охлаждения зависит от толщины частиц, которая может меняться от десятых долей до сотен микро­метров. В гранулируемых алюминиевых сплавах повышаются как механические, так и физические свойства. Гранулы брикетируют, а затем подвергают пластическому деформированию.

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС). Первые состоят из порошка алюминия и дисперсных час­тиц А1₂О₃, которые повышают прочность сплава и снижают его пла­стичность. Сплавы обладают высокой жаропрочностью до 500^оС. Содержание А1₂О₃ в САПах колеблется от 6 до 22%.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС-1, САС-2 и др.) относят­ся к сплавам системы А1—Si—Ni. Используются они в основном в приборостроении как материалы с низким коэффициентом линей­ного расширения. САСы в виде порошков получают пульверизацией жидких сплавов при высоких скоростях охлаждения. В структуре САС содержатся мелкие включения кремния и интерметаллиды. Механические свойства этих сплавов определяются формой и раз­мерами частиц (σ _В= 230…400 МПа, δ= 0,5…4%).

Задание:

Составить план ответа по разделу «Алюминий и его сплавы»

Медь отожженная при Т=650оС бронза оловянистая × 500 × 500

15. ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ.

Титан — металл серебристого цвета с голубоватым отливом; имеет невысокую плотность (ρ = 4,5 г/см³); плавится при температуре около 1660°С, кипит при 3260⁰С. Титан имеет две аллотропические модифи­кации: до 882°С существует α-титан, имеющий гексагональную ре­шетку с параметрами а = 0,295 нм и с = 0,468 нм; и при более вы­соких температурах — β-титан с кубической объемно-центрированной решеткой с параметром а = 0,304 нм. Механические свойства титана сильно зависят от содержания в нем примесей. Чистый титан ковок и имеет невысокую твердость НВ 70; технический титан хрупок и тверд (НВ 180…280). Вредными примесями титана являются азот и кислород, резко сни­жающие его пластичность, а также углерод, который при содержании более 0,15 % снижает ковкость, затрудняет обработку титана резанием и резко ухудшает свариваемость. Водород сильно повышает чувствительность титана к концентрации напряжений (например, при надрезе); этот эффект называют водородной хрупкостью.

На поверхности титана образуется стойкая оксидная пленка, благодаря чему титан обладает высокой сопротивляемостью коррозии в некоторых кислотах, в морской и пресной воде. На воздухе титан не коррозирует и мало изменяет свои механические свойства при нагреве до 400°С. При более высокой температуре он начинает поглощать кислород, постепенно ухудшаются его механические свойства, а выше 540°С — становится хрупким. При нагреве выше 800°С титан энергично поглощает кислород, азот и водород — это его свойство используют в металлургии для раскисления стали.

Технический титанприменяемый, в промышленности, выпускают двух марок: ВТ1—00 и ВТ1—0; в них допускается (соответственно) следующее содержание примесей: углерода 0,05 и 0,07 %, кислорода 0,10 и 0,12 %, азота до 0,04 %, водорода 0,008 и 0,010 %, железа до 0,2 %, кремния 0,08 и 0,10 %.

Однако механические свойства у титана марок ВТ1—0 несколько выше благодаря увеличению суммар­ного количества перечисленных примесей (σ_В = 300…500 МПа).

Для повышения механических свойств титан легируют алюми­нием, который повышает температуру аллотропического превращения титана α→β, и поэтому алюминий часто называют α -стабилизатором титана. Наоборот, элементы, понижающие эту температуру, называют β -стабилизаторами. К ним относятся молибден, ванадий, хром, марганец, железо и некоторые другие металлы.

Титановые сплавы в про­мышленности применяют либо со структурой α -твердого рас­твора, либо смешанной струк­турой (α + β)-твердого рас­твора.

Алюминий, образуя с ти­таном твердый раствор, заме­щая и стабилизируя α -фазу, увеличивает прочность, жа­ропрочность и сопротивляе­мость титана окислению при высоких температурах. По­этому алюминий является наиболее важной составляю­щей титановых сплавов и всегда входит в их состав.

Для получения сплавов смешанной структуры титан, кроме алю­миния, легируют дополнительно хромом, марганцем, молибденом, оловом, а иногда и другими β -стабилизаторами. Сплавы смешанной структуры (α + β) обладают почти вдвое большей прочностью, чем чистый титан. Однако повышенная прочность наблюдается лишь при температуре меньше 430°С.

Боль­шинство этих сплавов обладают хорошей пластичностью и поэтому легче куются, штампуются и прокатываются, чем однофазные тита­новые сплавы. Сварка этих сплавов затруднена, так как они при сварке теряют пластичность и швы приобретают хрупкость.

Наиболее технологичным, дешевым и поэтому широко распростра­ненным в этой группе является сплав ВТЗ-1. Он содержит 5,5…7 % алюминия, 0,8…2,3 % хрома, 2…3 % молибдена, 0,15…0,4 % крем­ния. Он обладает термической стабильностью, не становится хрупким при длительном нагреве (до 10000 ч) до температуры 400°С, а при кратковременной работе — до 450°С; его предел прочности σ_В ═ 900 …1000 МПа относительное удлинение δ═ 10…16%. Сплав ВТ-9 может применяться для изготовления деталей, длительно работающих при нагреве до температуры 450°С, а кратковременно — до 700⁰С. Он содержит 5,8…7,0 % алюминия, 3…4 % молибдена, 0,8…2,0, % хрома, ~ 0,3 % кремния. Предел прочности σ_В = 1050 … 1200 МПа, а относительное удлинение около δ═ 10…16%.

Эти сплавы подвергаются штамповке и ковке, из них прокатывают и прессуют прутки и фасонные профили. Из этих сплавов изготовляют лопатки паровых и газовых турбин, выпускные клапаны дизельных двигателей, поршневые пальцы, шатуны и другие детали машин.

Сплавы, содержащие в основном алюминий и поэтому обладающие α -структурой (например, сплав ВТ-5, содержащий 4,3…6,2 % А1) хорошо свариваются, устойчивы против коррозии в атмосфере, загрязненной газами, при температуре до 1090°С, сохраняют высокую прочность при нагреве до 650^оС. Однако их пластичность хуже, чем у двухфазных сплавов, имеющих α - и β -фазу. Все эти деформируемые титановые сплавы можно, применять и для фасонного литья, но делают это редко, так как титан при нагреве взаимодействует с газами и формовочными материалами.

Сплавы титана со структурой, имеющей одну β -фазу, в промышленности почти не применяются, хотя и обладают отличной пластичностью. Причиной служит их чувствительность к загрязнению атмосферными газами при нагреве, неизбежном в процессе производства.

Вопросы и задания для повторения и закрепления:

1. Какие известны основные свойства титана?

2. Какие и при каких условиях титан имеет аллотропические модификации?

МАГНИЙ

Магний — серебристо-белый металл. Важнейшее его физическое свойство — малая плотность (ρ= 1,74 г/см³ при 20 °С). В электронной оболочке атома магния имеется двенадцать электронов. Два электрона 3s, находящиеся на внешней орбите, легко могут быть оторваны, что приводит к образованию иона Мg²⁺, поэтому магний двухвалентен во всех известных соединениях.

Природный магний состоит из смеси трех стабильных изотопов. Причем искусственный изотоп ²⁷Мg с полураспадом 10,2 ч может быть применен в качестве радиоактивного индикатора. Кристаллы магния обладают компактной гексагональной структурой.

При хранении магния на сухом воздухе на его поверхности образуется окисная пленка, предохраняющая металл при небольшом нагревании (до 200°С) от дальнейшего окисления; в этих условиях коррозионная стойкость чистого магния превышает коррозионную стойкость низкоуглеродистой стали. Однако во влажном воздухе его коррозия значительно усиливается. На него практически не действует керосин, бензин и минеральные масла. Однако он не стоек в водных растворах солей (кроме фтористых) и растворяется во многих минеральных и органических кислотах.

Магний в виде слитков или изделий не огнеопасен. Возгорание магния может произойти лишь при температуре, близкой к точке его плавления (651°С) или после расплавления, если он не изоли­рован от кислорода воздуха. Покрытый флюсом, металл можно нагревать и плавить. Порошкообразный магний или тонкая магниевая лента легко загорается от спички и горит ослепительно белым пламе­нем. Магний немагнитен и не искрит при ударах или трении.

Механические свойства магния очень зависят от его чистоты и спо­соба изготовления образца (литой, деформированный); при темпера­туре 20°С предел прочности а_в ═115… 200 МПа, относительное удли­нение δ = 8 … 11,5 %, твердость по Бринеллю НВ 30…36.

Магний — один из распространенных металлов в земной коре. В свободном виде он не встречается, но входит в виде карбонатов, силикатов в состав многих горных по­род, а также растворен в морской и озерной воде в виде хлоридов и сульфатов.

В настоящее время, для получения магния применяют магнезит, доломит, карналлит, а также морскую воду и отходы ряда производств.

Первичный магнийвыпускают трех марок: Мг96, Мг95, Мг90, где цифра обозначает, что этот металл содержит соответственно 99,96, 99,95 и 99,90 % магния. В зависимости от марки допустимое содержание железа составляет 0,004…0,04 %, кремния — 0,005…0,01 %, алюминия — 0,006…0,02%, ограничено также содержание меди, никеля, марганца и хлора. К марке Мг95 предъявляются особо высокие требования по наличию никеля (не более 0,0007 %). Марка указывается на торце слитка, не покрытом смазкой, одной (для Мг96) или двумя (для Мг95) белыми полосами. По соглашению с потребите­лем чушки магния поставляют покрытыми защитной смазкой, обер­нутыми бумагой или упакованными в алюминиевые барабаны и сталь­ные бочки, что необходимо при длительном хранении магния из-за его коррозии во влажной атмосфере.

Маркировка и химический состав сплавов на магниевой основе, предназначенные для фасонного литья и слитков, обрабатываемых давлением, определены ГОСТ 2581—78; сплавы для изготовления листов, прутков, труб методом горячей деформации— ГОСТ 14957—76.

Из магниевых сплавов наиболее широко применяются сплавы

с алюминием (до 10 %), цинком (до 6 %) и марганцем (до 2,5 %).

Эти добавки значительно улучшают свойства магния. Различают

литейные магниевые сплавы, маркируемые МЛ, и сплавы, обрабатываемые давлением, маркируемые МА.

Наиболее простым является сплав МЛ2, содержащий 1…2 % мар­ганца; его основным достоинством является высокая коррозионная стойкость, но механические свойства у него невысокие.

Сплавы МЛ4 и МЛ5, содержащие по 0,15…0,5 марганца, разли­чаются по содержанию алюминия, и цинка. В сплаве МЛ4 5,0…7,0 % алюминия и 2,0…3,0 % цинка, а в МЛ5, наоборот, больше алюминия (7,5…9,0 %), меньше цинка (0,2…0,8 %). Они имеют значительно лучшие механические и технологические свойства и поэтому их широко ис­пользуют в промышленности, хотя у них ниже коррозионная стой­кость.

Сплав МЛ10— жаропрочный, обладающий хорошими литейными свойствами; он пригоден для длительной эксплуатации при темпера­туре до 250°С. Этими свойствами он обязан легирующим добавкам циркония (0,4…1,0 %) и неодима (2,2…2,8 %); кроме того, он содер­жит от 0,1 до 0,7 % цинка.

Благодаря добавкам марганца от 1,3 до 2,2 % сплавы МА1 и МА8 обладают высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и корро­зионной стойкостью

Наличие добавки церия в сплаве МА8 повышает все эти свойства благодаря измельчению зерна. Сплав МА2 обладает хорошей пластичностью, но имеет пониженную коррозионную стой­кость. Он содержит 3…4 % алюминия; 0,15…0,5 % марганца и 0,2…0,8 % цинка.

Благодаря малой плотности и значительной удельной прочности (отнесенной к массе) магниевые сплавы широко применяют в транспортном машиностроении, особенно в самолето- и ракетостроении.

Вопросы и задания для повторения и закрепления:

1. Какие известны основные свойства магния.

2. Как маркируются магниевые сплавы?

3. На какие виды делятся магниевые сплавы?

Задание:

1.Составить план ответа по разделу «Титан и его сплавы»

2. Составить план ответа по разделу «Магний»