Литейные и подшипниковые алюминиевые сплавы

Наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами являются сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами. Большинство силуминов являются доэвтектическими сплавами (4-13% Si). Их стр-ра состоит из α-твердого раствора и эвтектики, содержащей 11,6% Si. Чем больше в составе силумина эвтектики, тем лучше литейные свойства. Эвтектика представляет собой механическую смесь зерен α-твердого раствора и крупных пластин кремния, являющегося хрупким и непрочным элементом. При таком крупнопластинчатом строении эвтектики сплав имеет сравнительно малую прочность и низкую пластичность. Для улучшения строения эвтектики и получения более мелкозернистой структуры силумины подвергают модифицированию смесью NaCl и NaF. Силумины маркируют буквами АЛ и порядковой цифрой, не характеризующей ни состав, ни свойства сплава: АЛ2, АЛ13. Силумины широко применяют для изготовления литых деталей приборов, корпусов турбонасосных агрегатов и других мало- и среднезагруженных деталей, в том числе и тонкостенных отливок сложной формы.

Подшипниковые алюминиевые сплавы относятся к эффективным подшипниковым материалам (АСС-6-5 – содержит 5% свинца, 5% - сурьмы, данный сплав имеет высокие противозадирные свойства); АСМ – содержит от 3% до 5% сурьмы, 0,5% – магния. Применяют в подшипниках скольжения, которые с успехом заменяют бронзовые, в частности в двигателях. В том числе в тяжелонагруженных узлах.

Латуни

Латунями называют медные сплавы, в которых основном легирующим элементом является цинк. В системе медь – цинк образуются шесть твердых растворов: α, β, γ, δ, ε, η. Практическое значение имеют сплавы, содержащие примерно до 42-43% Zn. При содержании цинка до 39% латуни однофазны (α-латуни), до 46% - двухфазны (α+ β’). Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β’ – фаза очень хрупкая и твердая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные. При содержание цинка до 30% возрастает одновременно и прочность, и пластичность. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45%, а затем уменьшается также резко, как и пластичность. Для повышения мех. св-в и хим. стойкости латуни в них часто вводят легирующие элементы: алюминий, никель, марганец, кремний и т.д. Олово, марганец, алюминий увеличивают прочность и коррозионную стойкость. Кремний увеличивает твердость и прочность, улучшает литейные свойства. Маркируются буквой Л и числом, указывающим среднее содержание меди. Например, Л80 – латунь, содержащая 80% Cu и 20% Zn. В марках латуней сложного состава имеются буквы, соответствующие введенным легирующим элементам. Например, в латуни ЛМцС58-2-2 содержится 58% Cu; 2% Mn и 2% Pb (остальное Zn). Отрицательным свойством латуней, содержащих более 20% Zn и особенно более 30% Zn, является их склонность к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере, содержащей следы аммиака. Никеливые латуни ЛН65-5 – высокие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением. Оловянные ЛО90-1, ЛО70-1 – повышенная коррозионная стойкость в морской и пресной воде, хорошо обрабатываются, имеют высокие антифрикационые свойства. Свинцовые ЛС 63-3 – повышенные антифрикационые свойства и обрабатываемость резанием.

30. Бронзы - это сплавы меди, олова, железа, бериллия, алюминия и меди, название бронзам дают по названию основных легирующих элементов (оловянистые бронзы, железистые бронзы). Бронзы широко используются как антифрикционные сплава. Бронзы делятся на: оловянистые, алюминиевые, кремнистые, бериливые. Структура оловянистых бронз вследствие ликвидации не всегда соответствует равновесной диаграмме сплавов. Бронзы условно разделяют: 1) оловянные; 2) безоловянные (специальные). Оловянный – высоко стойкие, морозостойкие и немагнитные. Недостатки: склонность к образованию газовых пор в отливках, невысокая герметичность изделия. малая красностойкость. В зависимости от технологии изготовления: деформируемые и литейные. Деформируемые оловянистые бронзы содержат до 8% олова, применяются для пружин и деформируемых деталей, до 6% олова, обладают высокими антифрикациоными свойствами и достаточной прочностью. Обычно в алюминиевых бронзах содержится 9 – 11 % алюминия. Эти бронза обычно легированы не только алюминием, но и железом, никелем, марганцем.

Маркировка: - деформированная: БрОЦС5-5-5 (бронза; олово, цинк, свинец по 5%, остальное медь); - литая БрО5У5С5. БрАЖН10-4-4 (10% Al, 4% Fe, 4%Ni) и БрАЖН11-6-6 (11% Al, 6% Fe, 6%Ni) являются наиболее прочными из всех алюминиевых бронз.

Мех. св-ва бронзы:

- зависят от состава и концентрации легирующего элемента

- оловянистые бронзы σ_В = 150-450Мпа, твёрдость до 600Мпа, Δl = от 3 до 70%

- алюмине-железистые бронзы: Бр АЖ 9-4 (алюминия 9%, железа 4%, остальное медь). НВ = 1800Мпа, если добавить никель, твёрдость ещё более повысится.

Области применения:

Из алюминиевых бронз изготавливают зубчатые колеса, сальники, детали турбин, электропроводные пружины. Они хорошо работают в условиях износа, повышенного давления и даже повышенных температурах.

- изготовление втулок, вкладыши, припой для пайки изделий.

 

Mg и его сплавы

Магний является самым легким конструкционным металлом – его плотность составляет 1,7 г/см³, температура плавления 650 ⁰С. К существенным недостаткам относится их малая коррозионная стойкость. Положительным качеством является их отличная обрабатываемость режущим инструментом с получением чистой поверхности. Их широко применяют в тех случаях, когда масса изделия имеет большое значение. Детали из магниевых сплавов изготавливают обработкой давлением, а также литьем. Марки деформируемых магниевых сплавов обозначают буквами МА, литейные – МЛ и порядковым номером. Особенностью сплавов магния является малая скорость диффузии находящихся в нем легирующих элементов и их ликвация.

Mg сплавы делятся на деформируемые (МА 5) и литейные (МЛ 9)

Основное свойство Mg сплавов – их высокая ударная прочность после термической обработки. Прочность достигает 400 МПа, что и обеспечивает высокую ударную прочность. Поэтому Mg сплавы применяются в приборостроении. Недостаток: низкая коррозионная стойкость, склонность к газонасыщенности и воспламенению.

1) Mg-Al сплавы (МА5)Прочность растет с увеличением содержания Al. Но свыше 10% не добавляют, т.к. резко снижается пластичность

2) Сплавы с Zn относятся к высокопрочным. Термическая обработка затруднена, т.к. в связи с низкой температурой плавления процесс растворения интермиталидов идет медленно и требуется длительная выдержка.

Литейные сплавы: (МА5) Грубая крупнозернистая структура, которую можно измельчить, модифицированием мрамором или мелом.

Деформирмируемые сплавы: МА1 – 1,3-2,5% Mn применяют в изгот-ии сварных бензо- и маслопроводах, поковки. МА2 – 0,15-0,5 % Mn, 0,2-0,8% Zn, 3-4 % Al применяют: штампованные, кованые детали для работы до 200 градусов.

Литейные сплавы: Мл2 – 1-2% Mn применяют в изгот-ии слабонагруженных деталей несложной формы.

 

 

Титан и его сплавы

Плотность титана составляет 4,5 г/см³. Темпераура плавления зависит от степени его чистоты, поэтому она колеблется от 1660 до 1680. Ионидный титан, в котором общая сумма примесей ≤0,05-0,1%, имеет σ_в = 30 и δ=50%. В техническом титане ВТ1 сумма примесей ≤0,8% и σ_в =60, δ=20%. Титан является полиморфным металлом. При нагреве до 882 ⁰С α-титан, имеющий гексагональную кристаллическую решетку, переходит в β-титан с. о. ц. к. решеткой.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ: 1. Сочетание высокой прочности (σ_в=80-150кгс/мм²) с хорошей пластичностью (δ=12-25%). 2. Малую плотность. Как следствие этого, титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность по сравнению с другими металлами и сплавами. 3. Относительно хорошая жаропрочность. Их можно использовать до 600-700⁰ С. 4. Высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах. В результате легирования титановых сплавов можно получить нужный комплекс свойств. Почти все элементы могут взаимодействовать с титаном, образуя при этом твердые растворы или интерметаллиды. Наиболее часто титан легируют алюминием. Алюминий увеличивает их прочность, жаростойкость и их термическую стабильность. Титановые сплавы широко используют в авиационной и химической промышленности, ракетостроении и в др-х областях, где требуется сочетание незначительной массы с высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью до 500-600гр. Одним из недостатков является их плохая обрабатываемость режущим инструментом. ВТ4 – 3%Al, 5%Mn, 4,5-6%Al, 1.5%Mn – листы, прутки, трубы поковки.

Антифрикционные сплавы

Кроме подшипников качения, большое применение находят также подшипники скольжения, которые изготавливают в виде вкладышей или с помощью заливки поверхности вращающихся частей машин. Для их изготовления используют специальные антифрикционные (подшипниковые) сплавы, к которым предъявляют ряд требований, обусловленных характером работы.

Прежде всего, они должны обеспечивать низкий коэффициент трения между контактирующими поверхностями. Это обеспечивается структурой сплавов – в мягкой основе находятся твердые включения. Твердая составляющая обеспечивает малый коэффициент трения, а мягкая основа – хорошую прирабатываемость и образование микрокапилляров, по которым смазка может проникать к месту соприкосновения подшипника с вращающейся частью машины. Поскольку при трении возникает тепло, подшипниковые сплавы должны обладать хорошей теплопроводностью. Сплавы, использующиеся для заливки, должны иметь низкую температуру плавления.

В качестве материалов для подшипников скольжения широко используют специальные бронзы, антифрикционные чугуны и специальные сплавы, называемые баббитами.

Структура литых бронз вследствие их склонности к дендритной ликвидации состоит из твердых включений в мягком α-твердом растворе.

Свинцовистые бронзы. Эти бронзы содержат до 25 – 30% Pb. Медь и свинец практически не взаимодействуют, поэтому структура таких бронз состоит из зерен твердой меди и мягкого свинца. Свинцовистые бронзы выдерживают большие удельные нагрузки (до 250–300 кгс/см²), имеет высокий предел усталости, могут выдерживать динамические нагрузки. Недостатком этих бронз является невысокая механическая прочность, поэтому их иногда заливают на прочную стальную основу. Для улучшения механических свойств в состав иногда вводят олово. Широко используют свинцовистые бронзы марок БрС30 и БрОС5-25.

Антифрикционные чугуны. В качестве антифрикционных сплавов используют чугуны, имеющие перлитную основу и повышенное количество графита. Графит выполняет роль смазки. Впитывающий к тому же смазочные масла, он существенно понижает коэффициент трения.

Баббиты. Это специальные легкоплавкие подшипниковые сплавы. В их строении также всегда есть мягкая основа и твердые включения. Баббиты бывают оловянные (сплав олова с сурьмой и медью), свинцовые (сплав свинца с сурьмой, медью и оловом), кальциевые (сплав свинца с кальцием и натрием).

Классические оловянные баббитами являются сплавы Б83 (10–12% Sb, 5,5–6,6% Cu) и Б89 (7,25–8,25% Sb, 2,5–3,5% Cu); свинцовые – сплав Б16 (15–17% Sn, 15–17 % Sb, 1,5–2,0% Cu); кальциевыми – сплав БКА (0,85–1,15% Ca, 0,6–0,9% Na).