Металлические сплав. Их классификация

Медь  является важным компонентом твёрдых припоев — сплавов с температурой плавления 590—880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно, из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей

 

 

 

 

3.2.1 Бронзы

Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости  от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т. д.

Бронзы обладают высокой  стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью  резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств, бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля — пластичности, железа — прочности, цинка — улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обрабатываемости (см. табл.).

Бронзы маркируют буквами  Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%). 

 

Механические свойства бронз. 

 

Марка	Предел прочности  при растяжении σв МПа	Относительное удлинение  δ %	Твердость HB	Назначение
БрОЦСН3-7-5-1	210	5	60	Детали арматуры (клапаны, задвижки, краны), работающие на воздухе, в пресной воде, масле, топливе, паре и при температуре 250° С
БрОЦС5-5-5	180	4	60	Антифрикционные детали и арматура
БрАЖ9-4 БрАЖ9-4Л	500-700 350-450	4-6 8-12	160 90—100	Арматура трубопроводов  для различных сред (кроме морской  воды) при температуре до 250°С)
БрАМц9-2Л	400	20	80	Детали, работающие в морской воде (винты, лопасти)
БрБ2	900-1000	2-4	70-90	Пружины, пружинящие контакты приборов и т. п.
БрАМц10-2 БрОФ10-1	500 250	12 1-2	110 100	Подшипники скольжения

 

 

Примечание: Механические   свойства литейных   бронз   даны применительно к литью в кокиль.

Оловянные бронзы содержат в среднем 4—6% олова, имеют высокие механические (σ_в =150—350 МПа; δ = 3—5%; твердость НВ 60—90), антифрикционные и антикоррозионные свойства; хорошо отливаются и обрабатываются резанием. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.

Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017—74) поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п.

Литейные оловянные  бронзы содержат большее количество олова (до 15%), цинка (4— 10%), свинца (3—6%), фосфора (0,4—1,0%). Литейные бронзы  (ГОСТ 614—73)    применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основной недостаток оловянных бронз.

Безоловянные бронзы содержат алюминий, железо, марганец, бериллий, кремний, свинец или различное сочетание этих элементов. Алюминиевые бронзы    содержат 4—11%   алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозионную  стойкость,  хорошие  механические  и технологические свойства.    Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании алюминия до 8%  — и в холодном состоянии. Бронзы, содержащие 9—11% алюминия, а также железо,    никель,   марганец, упрочняются  термической  обработкой (закалка и   отпуск). Наиболее поддающаяся закалке БрАЖН10-4-4 после закалки  (980°С) и отпуска (400°)  повышает твердость    с НВ  170—200   до НВ 400.

Марганцовистые  бронзы (БрМЦ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при повышенных температурах.

Свинцовистые  бронзы (БрС3О) отличаются высокими антикоррозионными свойствами и теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у оловянных бронз), применяют для высоконагруженных подшипников с большими удельными давлениями.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, например у БрБ2 σ_в = 1250 МПа, НВ 350, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы (БрКН1-3, БрКМцЗ-1)  применяют  как заменители  дорогостоящих бериллиевых бронз.

 

 

 

3.2.2 Латуни

Латунями называют двойные  или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальными по наименованию элементов, например железофосфорномарганцевая латунь и т. п.

В сравнении с медью  латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40—45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость. Содержание легирующих элементов в специальных  латунях не превышает 7—9%.

Сплав обозначают начальной  буквой Л — латунь. Затем следуют  первые буквы основных элементов  образующих сплавов: Ц — цинк, О — олово, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бериллий и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах. Например, ЛАЖМц66-6-3-2 алюминевожелезомарганцовистая    латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное цинк.

По технологическому признаку латуни, как и все сплавы цветных  металлов, подразделяют на литейные и деформируемые.

Литейные латуни (ГОСТ 17711—72) предназначены для изготовления фасонных отливок, их поставляют в виде чушек (см. табл.).

Деформируемые латуни выпускают (ГОСТ 15527—70) в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), и сложных латуней, например ЛАЖ60-1-1, ЛС63-3 и др. Латуни поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем, и химическом машиностроении. 

 

Механические  свойства латуней. 

 

Марка	Предел прочности  при растяжении, σв МПа	Относительное удлинение, δ %	Твердость, HB	Назначение
Деформируемые   латуни
Л90 Л80	260 320	45 52	53 53	Детали трубопроводов, фланцы, бобышки
Л68	320	55	55	Теплообменные аппараты, работающие при   температуре до 250° С
Литейные  латуни
ЛС59-1Л	200	20	80	Втулки, арматура, фасонное литьё
ЛМцС58-2-2	350	8	80	Антифрикционные детали — подшипники, втулки
ЛМцЖ.55-3-1	500	10	100	Гребные  винты, лопасти, их обтекатели, арматура, работающая до 300° С
ЛА67-2,5	400	15	90	Коррозионностойкие  детали
ЛАЖМц-66-6-3-2	650	7	160	Червячные    винты, работающие   в тяжелых условиях

 

 

Примечание: Механические свойства   литейных   латуней даны применительно к литью в кокиль.

 

3.2.3 Сплавы меди  с никелем

Медноникелевые сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на конструкционные и электротехнические сплавы.

Куниали (медь — никель — алюминий) содержат 6—13% никеля, 1,5—3% алюминия, остальное — медь. Куниали подвергают термической обработке (закалка — старение). Куниали служат для изготовления деталей повышенной прочности, пружин и ряда электротехнических изделий.

Нейзильберы (медь — никель — цинк) содержат 15% никеля, 20% цинка, остальное медь. Нейзильберы имеют белый приятный цвет, близкий к цвету серебра. Они хорошо сопротивляются атмосферной коррозии; применяют в приборостроении, и производстве часов.

Мельхиоры (медь — никель и небольшие добавки железа и марганца до 1%) обладают высокой коррозионной стойкостью, в частности в морской воде. Их применяют для изготовления теплообменных аппаратов, штампованных и чеканных изделий.

Копель (медь — никель 43% — марганец 0,5%) — специальный термоэлектродный сплав для изготовления термопар.

Манганин (медь—никель 3% — марганец 12%) — специальный сплав с высоким удельным электросопротивлением, используемый в электротехнике для изготовления электронагревательных элементов.

Константан (медь — никель 40% — марганец 1,5%) имеет такое же назначение, как и манганин. 

 

3.3 Титан, магний  и их сплавы

3.3.1 Титан 

Прочность технически чистого  титана зависит от степени его  чистоты и соответствует прочности  обычных конструкционных сталей. По коррозионной стойкости титан  превосходит даже высоколегированные нержавеющие стали.

Для получения сплавов  титана с заданными механическими  свойствами его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими элементами. Главное преимущество титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических свойств (σ_в = 1500 МПа; δ = 10—15%) и коррозионной стойкости с малой плотностью. 

Алюминий повышает жаропрочность  и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность титановых  сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо   свариваются   в   среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при температурах до 350—500°С.

По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые  и литейные, а по прочности —  на три группы: низкой (σ_в = 300—700 МПа), средней (σ_в = 700—1000 МПа) и высокой (σ_в более 1000 МПа) прочности. К первой группе относят сплавы под маркой ВТ1, ко второй — ВТ3, ВТ4, ВТ5 и др., к третьей — ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после закалки и старения).

Для литья применяют сплавы, аналогичные по составу деформируемым  сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные  литейные сплавы. Литейные сплавы имеют  более низкие механические свойства, чем соответствующие деформируемые. Титан и его сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы (см. табл.) применяют в авиационной и химической промышленности.

Механические  свойства титановых сплавов. 

 

Марка	Термическая обработка	Предел прочности  при растяжении, σв МПа	Относительное удлинение, δ %	Твердость, HB
ВТ5	Отжиг при 750° С	750-900	10-15	240-300
ВТ8	Закалка 900 — 950° С + старение при 500° С	1000-1150	3-6	310-350
ВТ14	Закалка 870° С+ старение при 500° С	1150-1400	6-10	340-370

 

3.3.2 Магний

В зависимости от способа  получения изделий магниевые  сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые  сплавы (ГОСТ 2856—68)  применяют   для изготовления деталей литьем. Их маркируют буквами МЛ и: цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МЛ5. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последующим старением. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т. п.

Деформируемые магниевые  сплавы (ГОСТ 14957—76) предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5. Сплавы МА применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Олово, свинец, цинк и их сплавы

3.4.1 Припои

Припой — это металлы  или сплавы, используемые при пайке  в качестве связки (промежуточного металла) между соединяемыми деталями. Припои имеют более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы. Незначительный нагрев соединяемых металлов, а вследствие этого отсутствие изменения структуры металла, являются основным преимуществом пайки в сравнении со сваркой.