Сплавы меди с цинком (латуни)



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Сплавы меди с цинком (латуни)



Двойные или многокомпонентные сплавы меди, в которых ос­новным легирующим элементом является цинк, называют латунями.

Практическое применение имеют сплавы, содержащие до 45 % Zn.

На рис. 19.1, а приведена левая часть диаграммы состояния системы Cu-Zn, содержащая область однофазных a и двухфаз­ных (a + b )-латуней.

Однофазная a-латунь представляет собой твердый раствор цинка в меди с решеткой ГЦК и может содержать до 39 % Zn. Од­нофазная a-латунь характеризуется высокой пластичностью. При содержании более 39 % Zn в структуре проявляется хрупкая b -фаза, представляющая собой твердый раствор с решеткой ОЦК на базе соединения CuZn .

Существуют две модификации b-фазы: выше 454-486 °С ус­тойчива гомогенная пластичная b-фаза, имеющая неупорядочен­ное расположение атомов, ниже этих температур - более твердая и хрупкая b'-фаза, характеризующаяся упорядоченным располо­жением атомов меди и цинка.

Двухфазные (a + b)-латуни могут содержать до 45 % Zn. Так как b'-фаза, существующая при комнатной температуре, имеет большую хрупкость и твердость, то двухфазные латуни менее пластичны и более прочны.

Влияние химического состава на свойства латуней показано на рис. 19.1, б. В отличие от.равновесного состояния b'-фаза прак­тически появляется уже при концентрации цинка более 30 %. Поэтому в сплавах, содержащих менее 30 % Zn, увеличение его концентрации повышает и прочность, и пластичность. При уве­личении содержания цинка выше 30 % пластичность сплавов на­чинает уменьшаться, а после появления в структуре значитель­ных количеств b'-фазы происходит резкое падение пластичности. Прочность при увеличении содержания цинка растет до 45 %, а потом также резко падает. При дальнейшем увеличении содержа­ния цинка (области b, a + b, и т. д.) свойства сохраняют свои низ­кие значения.

По технологическим признакам различают деформируемые и литейные латуни (табл. 19.1).

a-Латуни редко легируют дополнительно другими элемен­тами; они представляют собой обычно двойные сплавы меди с цинком. В марках этих латуней Л62, Л68, Л80, Л90 цифры пока­зывают содержание меди. Цинк дешевле меди. Чем больше цинка в латуни, тем ниже ее стоимость. Из однофазных a-латуней хо­лодным деформированием изготовляют ленты, гильзы патронов, трубки теплообменников, проволоку. Латунь, содержащая до 10 % Zn, так называемый томпак, имеет цвет золота и применяется для изготовления украшений.Однофазные атуни хорошо воспринимают холодную и горячую пластическую деформацию.

Двухфазные (a+ b')-латуни лучше деформи­руются при нагреве выше температуры (b> b')-превращения. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 700 °С. Структура свойства этих латуней зависит от скорости охлаждения, что обусловлено протеканием процесса рекристаллизации и фазовых превращений. При быстром охлаждении увеличивается количество b'- фазы и твердость возрастает, при медленном – увеличивается количество a- фазы и растет пластичность. Двухфазные (a+ b')-латуни  легируют дополнительно алюминием, железом, никелем для увеличения прочности, пластичность при этом снижается. Высокими коррозионными свойст­вами обладают латуни, легированные оловом (Л070-1, Л062-1) и называемые морскими латунями. Наибольшей прочностью обла­дают латуни, дополнительно легированные алюминием, железом, марганцем. Введение свинца приводит к улучшению антифрикционных свойств и обрабатываемости резанием . “Автоматная” латунь ЛC 59-1 , обладающая сыпучей стружкой , используется для изготовления деталей на станках – автоматах.

Отрицательным свойством деформированных латуней, содер­жащих более 20 % Zn, является склонность к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере, содержащей следы аммиака. «Сезонное растрескивание» обусловлено коррозией по границам зерен в местах неравномерной концентрации примесей.

Та б л и ц а 19.1

Химический состав и механические свойства некоторых марок латуней

 

Марка латуни

Струк-тура

Содержание, %

sв

МПа

d%

НВ

Назначение

Cu Легирующие элементы

Деформируемые латуни (ГОСТ 15527-70)

Л90 (томпак) a 88-91 - 260 45 530 Ленты, листы, тру­бы,  художествен- ные изделия, мем­браны, змеевики      
Л80 a 79-81 - 320 52 550 Ленты, проволока, трубы конденсаторов, т епл о обмен иик ов
Л63 a+b 62-65 - 330 50 560 Ленты, проволока, прутки, трубы дета- лей радиаторов, пат­рубков, прокладки
ЛС59-1 a+b 57-60 0,8-1,9Pb 400 45 900 Полосы, прутки, втулки, краны, тройники, прокладки
ЛЖМц59-1-1 a+b 57-60 0.6-1.2Fe 0.1-0.4Al 0.3-0.7Sn 0.5-0.8Mn 450 50 880 Проволока, трубы
ЛАЖ60-1-1 a+b 58-61 0.75-1.5Al 0.75-1.5Fe 0.1-0.6Mn 450 45   Трубы, прутки, сва­риваемые элементы аппаратуры

Литейные латуни (ГОСТ 17        711-73)

ЛЦ16К4 a+b 78-81 3,0-4,5Si 300 15 100 Арматура, детали приборов
ЛЦ40Мц3Ж a+b 53-58 3.0-4.0Mn 0.5-1.5Fe 500 10 100 Детали ответственно­го назначения, греб- ные винты и их ло­пасти
ЛЦ23А63КЗМц2 a+b 64-68 4.0-7.0Al 2.0-4.0Fe 1.5-3.0 Mn 700 7 160 Гайки нажимных винтов, червячные винты

Для снижения этого дефекта после деформации латуни подверга­ют отжигу при температурах ниже температуры рекристаллиза­ции (обычно около 250 °С).Назначение латуней приведено в табл. 19.1

Литейные латуни – сложнолегированные сплавы ,они идут на изготовление фасонного литья:  арматуры и дета­лей для судостроения, гаек нажимных болтов для сложных усло­вий работы, втулок, вкладышей и подшипников.

Благодаря узкому интервалу между линиями ликвидуса и солидуса, литейные латуни не подвержены ликвации и усадочной пористости.

Бронзы

Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом и другими элементами, среди которых цинк не является основным легирую­щим, называются бронзами. Бронзы различают по главному легирующему элементу: оловянные, свинцовые, кремниевые и т. д.

Оловянные бронзы  широко применяются в машиностроении. В оловянных бронзах олово является основным легирующим эле­ментом в качестве легирующих добавок используют цинк, свинец, никель и др.

Диаграмма состояния системы медь - олово харак­теризуется сравнительно большим расстоянием между линиями ликвидуса и солидуса. Поэтому особенностью двухкомпонентных оловянных бронз являются их повышенная склонность к ликва­ции, вызванная медленно проходящим процессом диффузии, низкая жидкотекучесть и рассеянная пористость, но малая линейная усадка. В соответствии с диаграммой состояния предельная раствори­мость олова в меди составляет 15,8%. Учитывая склонность сплавов системы Cu-Sn к неравновесной кристаллизации, при обычных условиях охлаждения область a-твердого раствора су­жается и при содержании олова 5-6 % в структуре сплава появляется эвтектоид, содержащий твердую и хрупкую фазу, с появлением которой снижается пластичность и вязкость.

Двойные оловянистые бронзы дороги , их легируют цинком, свинцом, никелем и фосфором. Различают деформируемые и литейные оловянистые бронзы. (табл.19.2)

Таблица 19.2

Химический состав и механические свойства оловянистых бронз.

 

Марка сплава

Содержание в %

sв   d HB Назначение
Sn Zn Pb P МПа % МПа  

Бронзы, обрабатываемые давлением ( ГОСТ 5017 – 74)

БрОФ4-0,25 3,5-4 - - 0,2-0,3 340 52 650   Трубки аппаратов и приборов
БрОФ6,5-0,15 6-7 - - 0,1-0,25 400 65 700 Ленты, полосы, пружинящие контакты электрооборудования, мембраны, сетки
БрОЦ4-3 3,5-4 2,7-3,3 - - 350 40 600 Ленты, полосы, прутки, проволока для пружин, крепёжные детали
БрОЦС4-3-2,5 4 4 2,5 - 350 40 600 Ленты, полосы для прокладок во втулках и подшипниках

Литейные бронзы ГОСТ 613-79

БрО10Ф1 9-11 - - 0,4-1,1 250 7 800 Подшипники, шестерни, червячные передачи
БрО5Ц5С5 4-6 4-6 4-6 - 180 4 600 Водная и паровая арматура
БрО6Ц6С2 5-7 5-7 1-3 - - - - Сложные отливки, художественное литье

 

Деформируемые оловянистые бронзы (БрОФ6,5-0,4; БрОЦ4-3;БрОЦС4-4-2,5) состоят из однородного твердого раствора, обладают хорошей обрабатываемостью давлением, эти бронзы используются для изготовления  упругих элементов (пружины, мембраны). По сравнению с литейными деформируемые бронзы характеризуются более высокой прочностью, вязкостью, пластичностью в отожженном состоянии и сопротивлением усталости.

Бронзы. содержащие 9-11% Sn обладают плвышенной хрупкостью и используются для отливок ( БрО5Ц5С5,БрО3Ц12С5) имеют двухфазную структуру (a + ). Литые оловянистые бронзы с цинком и свинцом имеют высокие литейные свойства, их используют для изготовления сложных отливок, художественного литья. Благодаря высокой коррозионной стойкости литейные бронзы используются в качесте материала для арматуры, работающей в агресивных средах и обладающих высокой электропроводностью и теплопроводностью. Бронзы, содержащие твердый эвтектоид, являются одним из лучших антифрикционных материалов, их дополнительно легируют свинцом., и они применяется для изготовления подшипников.

Низколегированные сплавы на основе меди ( с суммарным содержанием легирующих компонентов не более 2%) составляют особую группу сплавов, применяющихся в электротехнике,энегетическом и металлургическом машиностроении,электронике и других видах современной техники. Эти сплавы легируют Cr,Zr,Fe,Ar. Легированная медь после термомеханической обработки имеет значительно более высокие механические свойства(sв   =250-650МПа ; d = 5-50%; HRB= 50-90 ).Колокольня бронза содержит около 20% Sn и небольшие добавки других элементов. Из безоловянистых бронз наибольшее применение нашли алюминиевые, кремнистые и беррилиевые бронзы.

Алюминиевые бронзы - сплавы, содержащие до 9%Al, состоят только из

твердого раствора алюминия в меди, с увеличением содержания Al в структуре появляется эвтектоид, содержащий хрупкую фазу, что обеспечивает высокие антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Однофазные алюминиевые бронзы обладают высокой пластичностью и используются для глубокой штамповки., двухфазные бронзы подвергают горячей обработке давлением или используют в виде фасонного литья.

Алюминиевые бронзы более коррозионно стойки в морской воде и тропической атмосфере, чем овянистые бронзы и латуни.Дополнительное легирование железом, марганцем и никелем повышает свойства алюминиевых бронз. Так Бр АЖН10-4-4 подвергаются упрочняющей термической обработке- закалке и старению при 400°С, обладает высокой прочностью и пластичностью в отожженном состоянии: sв = = 700 МПа, d= 25%. Алюминиевые бронзы применяются для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного нагрева, износа и коррозионного воздействия среды.

Бериллиевая бронзы (Бр Б2, БрБ2,5).Переменная растворимость бериллия в меди позволяет достичь значительного упрочнения при термической обработке. При нагреве бронзы БрБ2 до 760-780 ºС образуется однородный твердый раствор, при закалке фиксируется пересыщенный твердый раствор при комнатной температуре, при этом sв=500 МПа, d = 30%.Старение при 300-350 ºС приводит к выделению дисперсной фазы СuВе, при этом прочность резко возрастает: sв =1200 МПа, d = 3%. После закалки, холодной пластической деформации со степенью~ 30% и старения прочность возрастает до 1400 МПа, d =2%. Благодаря высокому уровню sв и предела упругости бронза БрБ2 находит применение при изготовлении пружин, мембран, пружинящих контактов. Инструменты из бериллиевой бронзы не дают искры, поэтому применяются при производстве взрывчатых веществ. Бериллиевая бронза обладает коррозионной стойкостью, технологична при сварке и обработке резанием. Бериллиевые бронзы используются для изготовления деталей, работающих на износ Высокая стоимость бериллия ограничивает применение бериллиевой бронзы.

Свинцовистые бронзы. Свинец практически не растворим в меди поэтому структура сплава состоит из кристаллов меди, перемежающихся включениями свинца.Благодаря такой структуре бронза БрС30 (Pb ~ 30%) имеет высокие антифрикционные свойства, что позволяет применять её взамен оловянистых бронз для подшипников скольжения. Свинцовистая бронза имеет невысокие механические свойства (sв =70 МПа, d = 4%), поэтому для повышения надежности используют биметаллические вкладыши: тонкий слой бронзы наплавляют на стальную ленту. Дополнительное повышение свойств достигается легированием свинцовой бронзы небольшими добавками никеля и олова.

ГЛАВА 20. ИНЖЕНЕРИЯ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

20.1 Технологии обработки поверхности чугунов, сталей и сплавов.

20.1.1. Лазерная и плазменная закалка

Лазер используется для поверхностной закалки, как один из главных инструментов для получения покрытий и как вспомогательное средство при методах химического (CVD)и физического (PVD) нанесения тонких плёнок. Лазерная закалка проводится как с оплавлением так и без оплавления поверхностного слоя.

Лазерное упрочнение чугунных деталей

Серый перлитный чугун используют для многих деталей судовых технических средств(втулки двигателей внутреннего сгорания, поршни, поршневые кольца). Долговечность таких деталей определяется прежде всего износостойкостью рабочей поверхности. Недостаточная долговечность этих деталей требует применения технологий поверхностного упрочнения на стадии изготовления или восстановления. Лазерная термическая обработка (ЛТО) позволяет получать высокую твердость поверхностного слоя , что обеспечивает его износостойкость.

Исследование проводилось на перлитном чугуне парки Сч 30, твердость чугуна в исходном состоянии 223-254НВ.

ЛТО проводилась на установке "Плутон-2" , представляющий собой СО -лазер непрерывного действия , Р- 2кВт. Обработка проводилась с оплавлением и без оплавления поверхностного слоя. При ЛТО с оплавлением в поверхностном слое появлялись трещины, направленные перпендикулярно к поверхности. Микротвердость зоны оплавления находилась в пределах 8500-10000МПа. При ЛТО без оплавления поверхности большое значение имеет температура нагрева, допустимый интервал температур достаточно узок (аустенизация заканчивается при 1000°С, при 1150°С начинается процесс оплавления. Значения твердости и глубины упрочненного слоя в зависимости от времени воздействия и температуры нагрева представлены в табл.1

Та б л и ц а 20.1.

Значения твердости и глубины упрочненного слоя в зависимости от времени воздействия лазерного

луча (τ  ) и температуры нагрева поверхности.

 

τ ,

мин

 

h,мм

Н МПа

При температуре Тs°С

1150°С 1050°С 1150°С 1050°С
0,05 0,25 0,17 8500 5200
0,1 0,38 0,21 8900 5300
0,15 0,42 0,25 9100 5500
0,2   0,48 0,28 9500 5900

7 Из приведенных данных видно, что для серых чугунов максимальная твердость и глубина упрочненного слоя соответствует температуре , близкой температуре плавления металла. Лазерное упрочнение крупногабаритных ответственных деталей наиболее перспективно в качестве финишной операции, например, после механической обработки поверхности на новый ремонтный размер. Оптимальным является режим с микрооплавлением поверхности, т.е. с оплавлением выступов, характеризующих шероховатость. При обработке на этом режиме параметры шероховатости уменьшаются. Это возможно при высокой управляемости и стабильности режимов обработки. Обработку на этом режиме следует считать упрочнением без оплавления поверхности , так как зона лазерного воздействия формируется из твердого состояния и включает в себя зону закалки ( структура- мартенсит, аустенит) и переходную зону ( мартенсит, тростит). В верхней части микротвердость составляет 8000-9500МПа, в нижней 4000-6000МПа. Это возможно при высокой управляемости и стабильности режимов обработки. Обработку на этом режиме следует считать упрочнением без оплавления поверхности , так как зона лазерного воздействия формируется из твердого состояния и включает в себя зону закалки ( структура- мартенсит, аустенит) и переходную зону ( мартенсит, тростит). В верхней части микротвердость составляет 8000-9500МПа, в нижней 4000-6000МПа. Глубина упрочненной зоны зависит от времени лазерного воздействия, конкретное значение которого ограничивается двумя факторами: временем минимальной устойчивости аустенита и необходимым уровнем производительности процесса лазерного упрочнения. Лазерное упрочнение деталей из серого чугуна характкризуется разнообразием получаемых структур , а,следовательно, и свойств упрочняемой поверхности. Это позволяет в широких пределах адаптировать структуру рабочей поверхности к внешним воздействиям и свойствам окружающей среды.

К перспективным процессам упрочнения, которые могут применяться при изготовлении инструмента, относятся  и плазменные технологии. Повышение износостойкости с использованием плазменных процессов может производиться по двум направлениям:

1.Получение необходимой структуры и свойств в поверхностном слое плазменной закалкой (без изменения состава материала).

2. Создание поверхностного слоя с новым химическим составом и структурой, отличающейся от материала основы.

 



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.120.150 (0.009 с.)