Цветные металлы и сплавы

Лекция ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ Медь и ее сплавы Медь – металл красного, в изломе розового цвета, с гранецентрированной кристаллической решеткой. Плотность меди 8940 кг/м3, температура плавления 1083 °С. Обладает высокими пластичностью, коррозионной стойкостью, теплопроводностью и малым удельным электросопротивлением. Технически чистая медь - применяется для изготовления катодов, литых и деформированных полуфабрикатов. Согласно ГОСТ 859 по чистоте медь подразделяют на марки: Содержание элементов Марка Сu не менее, % Назначение М00 99,99 Изготовление проводов М0 99,97 М1 99,95 Изготовление листов, труб, прутков М2 99,93 М3 99,92 М4 99,9 Для изготовления медных сплавов М1б 98 и др. После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к – катодная, б – бескислородная, р – раскисленная, ф – раскисленная фосфором. Медь огневого рафинирования не обозначается. В обозначении марок меди, предназначенной для электротехнической промышленности и подлежащей испытаниям на электропроводность, добавляется буква Е. Пример расшифровки: М00к – технически чистая медь, содержит Cu не менее 99,99 %. М3 – технически чистая медь огневого рафинирования, содержит Cu и примеси Ag не менее 99,5 %. Медные сплавы Медные сплавы подразделяют на латуни и бронзы. Сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, относятся к литейным. Сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием – к обрабатываемым давлением. Приняты следующие обозначения компонентов медных сплавов: А – алюминий Мг – магний Ср – серебро Б – бериллий Мш – мышьяк Су – сурьма Ж – железо Н – никель Т – титан К – кремний О – олово Ф – фосфор Кд – кадмий С – свинец Х – хром Мц – марганец Ц – цинк Бронзы литейные и обрабатываемые давлением Бронзы – сплавы меди с оловом (4-33 % Sn, хотя бывают безоловянные бронзы), свинцом (до 30 % Pb), алюминием (5-11 % Al), кремнием (4-5 % Si), сурьмой и фосфором. В соответствии с ГОСТ 493-79, ГОСТ 613-79, ГОСТ 5017-2006 и ГОСТ 18175-78, бронзы обозначаются в начале марки буквами Бр. В литейных бронзах после начального обозначения Бр следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элементов в процентах. В конце марки может ставиться буква Л (литейный сплав). 1 В обрабатываемых давлением бронзах после начального обозначения Бр следуют все буквы названий основных элементов, образующих сплав, затем все цифры через тире, указывающие количество соответствующих элементов в процентах. Пример расшифровки: БрА9Мц2Л – бронза, содержит Al 9 %, Мn 2 %, остальное Сu, литейная. БрОФ8-0,3 – бронза, содержит Sn 8 %, P 0,3 %, остальное Cu, обрабатываемая давлением. БрКМц3-1 – бронза безоловянная, содержит Si 3 %, Mn 1 %, остальное Cu, обрабатываемая давлением. Латуни литейные и обрабатываемые давлением Латуни – сплавы меди с цинком (до 50 % Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца. В соответствии с ГОСТ 15527-2004 и ГОСТ 17711-93 латуни обозначаются в начале марки буквой Л. В литейных латунях после начального обозначения Л следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элементов в процентах. В обрабатываемых давлением латунях после начального обозначения Л следуют все буквы названий основных элементов, образующих сплав, затем все цифры через тире, указывающие количество соответствующих элементов в процентах. Первая цифра указывает содержание меди. В несложных по составу обрабатываемых давлением латунях указывается только содержание в сплаве меди. Пример расшифровки: ЛЦ40Мц3Ж – латунь, содержит Zn 40 %, Мn 3 %, Fe до 1,5 %, остальное Cu, литейная. ЛАМш77-2-0,05 – латунь, содержит Cu 77 %, Al 2 %, As 0,05 %, остальное Zn, обрабатываемая давлением. Л96 – латунь, содержит Cu 96 % и Zn 4 % (томпак), обрабатываемая давлением. Алюминий и его сплавы Алюминий – металл серебристо-белого цвета с гексагональной кристаллической решеткой, температура плавления 600 °С. Наиболее важной особенностью алюминия является низкая плотность – 2700 кг/м3. Обладает высокими тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии. Алюминий первичный Выпускается в жидком виде, в виде чушек, слитков, катанки, ленты и др. В соответствии с ГОСТ 11069-2001 в зависимости от химического состава (степени чистоты) первичный алюминий подразделяется на алюминий высокой и технической чистоты. Обозначается в начале марки буквой А и цифрами, указывающими доли процента свыше 99,0 % Al. Буква Е обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния, Э – пониженное содержание кремния и магния. Пример расшифровки: А99 – алюминий первичный высокой чистоты, содержание Al не менее 99,99 %. А5Е – алюминий первичный технической чистоты, содержание Al не менее 99,5 %, с повышенным содержанием железа и пониженным содержанием кремния. Алюминий чистый деформируемый В соответствии с ГОСТ 4784 чистый деформируемый алюминий обозначается в начале марки буквами АД и цифрами, указывающими условную степень чистоты: АД000 (99,80 % Аl), АД00 (99,7 % Al), АД0 (99,5 % Al), АД1 (99,30 % Al), АД (99,0 % Al). Буква Е в конце марки обозначает чистый деформируемый алюминий с гарантированными электрическими характеристиками. 2 Пример расшифровки: АД0Е – чистый деформируемый алюминий, упрочняемый термообработкой, содержит Al 99,5 %, с гарантированными электрическими характеристиками. Сплавы алюминия Алюминиевые литейные сплавы Применяются для изготовления чушек (металлошихты) и фасонных отливок. Обладают хорошей жидкотекучестью и имеют сравнительно небольшую усадку. В соответствии с ГОСТ 1583-93 обозначаются в начале марки буквами АЛ и цифрами, указывающими порядковый номер сплава в зависимости от химического состава. Некоторые литейные алюминиевые сплавы маркируются по химическому составу (АК7М2, АК21М2 и др.). В этом случае буквы обозначают: К – кремний, М – медь, Мг – магний, Мц – марганец, Н – никель, Су – сурьма, Ц – цинк, цифра – среднее процентное содержание элемента. Для обоих видов обозначений в конце марки могут добавляться буквы: ч – чистый, пч – повышенной чистоты, оч – особой чистоты, л – литейный, с – селективный, р – рафинированный, П – для изготовления изделий пищевого назначения. Пример расшифровки: АЛ27 – алюминиевый литейный сплав, номер марки 27. АК8М3ч – алюминиевый литейный сплав, содержит Si 8 %, Cu 3 %, остальное Al, чистый. АК9Ц6р – алюминиевый литейный сплав, содержит Si 9 %, Zn 6 %, остальное Al, рафинированный. Алюминиевые деформируемые сплавы Применяются для изготовления полуфабрикатов (лент в рулонах, листов, круговдисков, плит, полос, прутков, профилей, шин, труб, проволоки, поковок и штампованных поковок) методом горячей или холодной деформации (прокатка, ковка, штамповка), а также слябов и слитков. Не упрочняемые термообработкой В соответствии с ГОСТ 4784-97 к деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и Al-Mg. Обозначаются начальными буквами входящих в состав сплава компонентов и цифрами, указывающими процентное содержание легирующего элемента. При отсутствии цифр содержание легирующего элемента составляет до 1,5 %. Пример расшифровки: АМц – деформируемый алюминиевый сплав, не упрочняемый термообработкой, содержит Mn до 1,5 %, остальное Al. АМг6 – деформируемый алюминиевый сплав, не упрочняемый термообработкой, содержит Mg 6 %, остальное Al. Упрочняемые термообработкой В соответствии с ГОСТ 4784-97 к деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюмины, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного химического состава. Дуралюмины обозначаются буквой Д и цифрой, указывающей порядковый номер сплава в зависимости от химического состава. Ковочные алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой, обозначаются в начале марки буквами АК и цифрами, указывающими порядковый номер сплава в зависимости от химического состава. Пример расшифровки: Д16 – дуралюминий, упрочняемый термообработкой, номер марки 16. АК8 – алюминиевый ковочный сплав, упрочняемый термообработкой, номер 8. 3 Алюминиевые антифрикционные сплавы Применяются для изготовления монометаллических и биметаллических подшипников методом литья и монометаллической и биметаллической ленты и полосы методом прокатки или сварки взрывом с последующей штамповкой из них вкладышей. В соответствии с ГОСТ 14113-78 обозначаются в начале марки буквой А, начальными буквами входящих в состав легирующих элементов и цифрами, указывающими процентное содержание элемента: АО9-2, АО3-7, АО6-1, АО9-1, АО12-1, АО20-1, АН-2,5, АСМ, АСМТ, АМК. В первых шести сплавах присутствуют указанное количество олова и меди (первая цифра – олово, вторая – медь в %), в седьмом – 2,7-3,3 % Ni и в последних трех – сурьма (С), медь (М), теллур (Т) или кремний (К). Титан и его сплавы Титан – тугоплавкий металл серого цвета с невысокой плотностью (4500 кг/м3), температура плавления 1670 °С. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40 %. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом, ванадием и другими элементами. По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные; по уровню механических свойств – на сплавы невысокой прочности и повышенной пластичности, средней прочности, высокопрочные; по условиям применения – на хладостойкие, жаропрочные, коррозионностойкие. По способности упрочняться термообработкой – на упрочняемые и неупрочняемые. Титан губчатый Применяется в качестве исходного материала для производства полуфабрикатов из титана и его сплавов, полученных магниетермическим способом с вакуумтермической очисткой. В соответствии с ГОСТ 17746 обозначается буквами ТГ и цифрами через тире, указывающими значение твердости по Бринеллю (НВ), определяемое при вдавливании стального шарика диаметром 10 мм с усилием 14715 Н (1500 кгс) в течение 30 с. В обозначении титана губчатого твердого добавляются буквы Тв. Пример расшифровки: ТГ-100 – титан губчатый с твердостью по Бринеллю не более НВ 100 МПа. ТГ-Тв – титан губчатый твердый. Литейные и деформируемые титан и его сплавы Применяются для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок) методом деформации и слитков. В соответствии с ГОСТ 19807 обозначаются буквами ВТ, ОТ, ПТ (В, О, П – идентификатор организации-разработчика или производителя, Т – титан) и цифрами, указывающими порядковый номер сплава в зависимости от химического состава: В – ВИАМ титан – Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ, г. Москва); О – Опытный титан – совместная разработка ВИАМ и Верхнесалдинского металлургического производственного объединения (ВСМПО, г. Верхняя Салда, Свердловская область); П – Прометей титан – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ЦНИИ КМ "Прометей", г. Санкт-Петербург). В некоторых случаях после порядкового номера сплава ставится дополнительная буква: У – улучшенный, М – модифицированный, И – специального назначения, Л – литейный, В – с преобладанием ванадия в качестве легирующего элемента. 4 Пример расшифровки: ВТ8 – ВИАМ титановый сплав, номер марки 8. ПТ-7М – Прометей титановый сплав, номер марки 7, модифицированный. Магний и его сплавы Магний – металл светло-серого цвета с гексагональной кристаллической решеткой, температура плавления 650 °С. Самый легкий из технических металлов. Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью (1740 кг/м3). Магний и его сплавы неустойчивы против коррозии, при повышении температуры магний интенсивно окисляется и даже самовоспламеняется. В чистом виде используется в пиротехнике и химической промышленности. Обладает малой прочностью и пластичностью, поэтому как конструкционный материал чистый магний не используется. Магний первичный в чушках -применяется для производства сплавов, магниетермических процессов, десульфурации чугуна в качестве химического реагента и других целей. Обозначается буквами Мг и цифрами, указывающими содержание магния после запятой в процентах. Пример расшифровки: Мг80 –магний первичный в чушках с содержанием магния 99,80 %. Сплавы магния Сплавы магния разделяют на деформируемые и литейные. Магниевые литейные сплавы применяются для изготовления фасонных отливок. Литейные магниевые сплавы содержат алюминий (2,5-10%), марганец (0,5-2%), цинк (0,16%), цирконий (0,4-1,1%) и другие элементы. В соответствии с ГОСТ 2856 обозначаются буквами МЛ и цифрами, указывающими порядковый номер сплава в зависимости от химического состава. В конце марки могут добавляться буквы: пч – повышенной чистоты, он – общего назначения. Пример расшифровки: МЛ3 – магниевый литейный сплав, номер марки 3. МЛ5пч – магниевый литейный сплав, номер марки 5, повышенной чистоты. Магниевые деформируемые сплавы Применяются для изготовления полуфабрикатов (листов, плит, прутков, профилей, полос, труб, проволоки, штамповок и поковок) методом горячей деформации, а также слитков и слябов. Деформируемые сплавы магния содержат алюминий (3-9%), марганец (0,15-2,2%), цинк (0,1-6%). В соответствии с ГОСТ 14957 обозначаются буквами МА и цифрами, указывающими порядковый номер сплава в зависимости от химического состава. В конце марки могут добавляться буквы: пч – повышенной чистоты. Пример расшифровки: МА1 – магниевый деформируемый сплав, номер марки 1. МА8пч – магниевый деформируемый сплав, номер марки 8, повышенной чистоты. Свинец Свинец — мягкий пластичный, вязкий синевато-серый металл; кристаллическая решётка кубическая гранецентрированная. Мягкий, вязкий металл. Обладает высокой хорошими литейными свойствами, стоек против серной и соляной кислот. Свинец используют в производстве аккумуляторов и антикоррозионных оболочек кабелей. Важными областями применения свинца являются химическая и металлургическая промышленности, где его в виде труб и листов применяют для футеровки трубопроводов и различной аппаратуры, работающих в контакте с агрессивными средами, а также для изготовления нерастворимых анодов, используемых при электролизе цинка, меди и др. Свинец широко применяют для производства различных сплавов на основе меди, антифрикционных сплавов - баббитов, припоев различных композиций, легкоплавких типографских сплавов и др. 5 Олово Олово - является коррозионностойким нетоксичным легкоплавким металлом, серебристо-белого цвета. Легкий металл; ковкий, пластичный, вязкий. Практически не окисляется на воздухе. Достоинства: имеет хорошую коррозионную стойкость в среде органических кислот и солей; не подвержен негативному влиянию серы, содержащейся в пластике; нетоксичен, что позволяет использование в пищевой промышленности. Недостатки: имеет низкую температуру плавления; склонность к “оловянной чуме”. Используется как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Цинк Цинк — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка). Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца. Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций). Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах. Пластины цинка широко используются в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Хром Хром пластичный металл голубовато-серебристого цвета, твердый, тугоплавкий. Достоинства: имеет достаточно высокую температуру плавления;обладает хорошей твердостью - один из самых твердых среди чистых металлов (уступает вольфраму, иридию и некоторым другим); стоек к коррозии. Недостатки: характеристики сильно ухудшаются при наличии примесей; из-за высокой твердости хрома для получения пластичного металла необходима его дополнительная обработка. Больше всего хром используют для выплавки хромистых (нержавеющих) сталей и сплавов (нихром и др.). Значительное количество хрома идёт на декоративные коррозионно-стойкие покрытия (хромирование). Порошковый хром используется при производстве материалов для сварочных электродов, огнеупоров, лазерных материалов. Никель Никель ковкий и пластичный металл. Имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, хорошо полируется, притягивается магнитом, жарпочрочный, жаростойкий и коррозионностойкий металл. Достоинства: обладает высокой жаропрочностью и жаростойкостью; имеет высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах. Недостатки: имеет высокую стоимость. Никель является составным компонентом различных сплавов. Все нержавеющие стали обязательно содержат никель, так как никель повышает химическую стойкость сплава. Сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони. Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. 6