Литейные латуни, химический состав структура и свойства.

 

Латуни представляют собой двойные или многокомпонентные медные сплавы с цинком. По сравнению с медью они обладают более высокой прочностью (в том числе при повышенных температурах), коррозионной стойкостью, упругостью, литейными свойствами. Это наиболее дешевые и распространенные в машиностроении медные сплавы.

Двойные латуни, содержащие до 20 % Zn, называются томпаком (латуни, содержащие 14 – 20 % Zn — полутомпаком).

Латуни, содержащие более 39 % Zn, имеют двухфазную структуру а + в или однофазную в и обладают низкой пластичностью, поэтому они хорошо обрабатываются давлением лишь в горячем состоянии, в отличие от α-латуни, которая хорошо обрабатывается в холодном состоянии.

В многокомпонентных латунях добавки третьего, четвертого элемента и более могут повышать прочность, твердость, упругость, коррозионную стойкость, антифрикционные свойства и технологические характеристики. В зависимости от дополнительных легирующих элементов латунь, содержащую А1, называют алюминиевой; Fe и Мп — железомарганцевой; Мn, Sn, Pl — марганцево-оловянно-свинцовой и т. д.

По технологическому признаку латуни подразделяют на литейные и обрабатываемые давлением.

Приняты следующие буквенные обозначения: Л — латунь, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, H — никель, Мц — марганец, О — олово, К — кремний. Цифрами обозначается среднее процентное содержание меди; например в латуни Л96 содержится 96% меди; в латуни Л062-1 содержится 62% меди и примерно 1 % олова, остальное цинк.

Свинцовистые латуни ЛС59-1, ЛС60-1, ЛС63-3, ЛС64-2, ЛС74-3 обладают высокими механическими свойствами, хорошо обрабатываются резанием и штампуются; ЛС62-1, ЛС70-1 обладают высокими антикоррозионными свойствами в морской воде, хорошо обрабатываются в горячем состоянии. Эти латуни находят широкое применение в судостроении.

 

Литейные бронзы, их химический состав, структура, механические, эксплуатационные и литейные свойства.

Бронзы представляют собой сплавы меди с оловом и любым другим металлом – свинцом, алюминием, кремнием, оловом, марганцем, никелем, железом, кроме цинка. Бронзами называют сплавы меди, в которых цинк или никель являются только легирующими элементами.

Бронзы обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокой прочностью и твердостью, коррозионной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием; при небольшом содержании легирующих элементов бронзы обрабатываются давлением.

По химическому составу бронзы подразделяются на две группы: оловянистые, в которых основным легирующим элементом является олово, и безоловянные (специальные), не содержащие олово в качестве легирующего компонента (алюминиевая, кремнистая, свинцовистая).

По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок. Деформируемые бронзы хорошо поддаются обработке давлением.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

В качестве легирующих элементов в бронзе используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий, магний и другие элементы.

Алюминиевые бронзы: БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4. Бронзы с содержанием алюминия до 9,4 % имеют однофазное строение α–твердого раствора. При содержании алюминия 9,4…15,6 % сплавы системы медь–алюминий двухфазные и состоят из α– и γ–фаз.

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие 5…8 % алюминия. Увеличение содержания алюминия до 10…11 % вследствие появления λ – фазы ведет к резкому повышению прочности и сильному снижению пластичности.

Не всякое измельчение структуры бронзы, достигаемое только за счет повышения скорости охлаждения отливки, благоприятно влияет на антифрикционные свойства. Отдельные бронзы при отливке их в кокиль требуют уменьшения скорости охлаждения для получения оптимального размера зерна, определяющего износостойкость детали.

Жидкотекучесть литейных оловянных бронз ниже, чем у других бронз, однако они имеют незначительную объемную усадку, что позволяет получать из этих сплавов фасонные отливки бронзы.

Цинковые литейные сплавы. Классификация сплавов и маркировка, область применения. Химический состав, структура, механические, эксплуатационные и литейные свойства сплавов. Модифицирование и легирование цинковых сплавов.

 

Zn используется для покрытий металлический листов, сплавы на его основе применяются для изготовления литых протекторов, предназначенных для защиты морских судов и металлических сооружений от коррозий.

С повышением t-ры уменьшается кинетическая вязкость и электропроводность Zn, но возрастает его удельное электрическое сопротивление.

Механические свойства Zn зависят от способа его обработки; в литом состоянии σ_в=30-80 Мпа, удлинение 0,3-1%, НВ 200-500. При номинальной t-ре Zn в литом состоянии имеет ограниченную пластичность, плохо прокатывается.

Прочностные свойства сильно зависят от t-ры: с её понижением происходит охрупчивание Zn; с повышением t-ры возрастает пластичность. Zn имеет хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает хорошую заполняемость форм. При введении в расплав малых добавок Li, Mg, Ca, Vi, Fe можно улучшить технологические свойства цинка.

В качестве ТО: закалка, отжиг, старение. В результате отжига получается более равновесная структура и химически однородный Ме. Для выравнивания химического состава применяют гомогенезирующий отжиг (320-340°С), который сводит к min внутри-дендритную ликвацию.

Наиболее сильное влияние на твердость Zn в сторону повышения оказывают: Mg, Cu, Fe. На величину ударной вязкости влияют: Fe, Mg, Sb, Cu. На жидкотекучесть хорошо влияют Si, Cu, олово. Прочность при высоких t-рах оказывают положительное влияние: Cu, Ni, Si, Fe.

Повышение t-ры перегрева Zn приводит к улучшению заполняемости форм, из-за увеличения жидкотекучести, снижается поверхстное натяжение. Но с повышением t-ры резко возрастает усадка, склонность к образованию усадочных раковин. Снижают усадку: олово, Cd (при высоком его содержании), Mg.

В зависимости от количественного содержания в цинке Pb, Cd, Fe, As, существуют более 10 марок чушкового Zn: ЦВ00 – суммарное содержание примесей 0,00…%; ЦВ3 - суммарное содержание примесей = 2,5%, и т.д. Основными ЛЭ в цинке являются Al (до 15%), Cu (до 5%), Mn (до 0,05%).

Литейные сплавы на основе Zn, в зависимости от состава и назначения делятся:

1)системы Zn-Al (ЦА4, ЦА5);

2) системы Zn-Cu (ЦМ1);

3) Zn-Al-Cu (ЦАМ2-5);

4) Zn-Al+Ме (Mg, Mn, Ti, Si) (ЦП2, ЦП3).

Для литья особо ответственных деталей применяют ЦАМ4-11, детали автомобилестроения ЦАМ 4-3. Все сплавы имеют хорошую склонность к ЛПД, служат заменителями латуни.

Литейные свойства сплавов на основе магния. Общая характеристика свойств магния и его взаимодействие с другими элементами. Обоснование выбора основных легирующих элементов. Химический состав, маркировка сплавов. Структура сплавов. Характеристика механических, эксплуатационных и литейных свойств сплавов. Область применения сплавов.

 

Mg до 0,1% содержится во всех сплавах на основе цинка. Mg повышает прочность и твердость цинка, вследствие образования с ним химических соединений. Присадка Mg способствует снижению межкристаллитной коррозии цинковых сплавов и уменьшает вредное влияние свинца и олова. До 0,1% Mg не оказывает влияние на жидкотекучесть, а при более высоком содержании оказывает негативное влияние. С повышением содержания Mg ухудшается пластичность, повышается горячеломкость и возникают трещины в отливках. Введение Ti в систему Zn-Mg измельчает структуру.

Mg относится к легким и сравнительно легкоплавким металлам (650°С). Особенностью магния и его сплавов в расплавленном состоянии явля­ется высокая химическая активность: образующаяся пористая окисная пленка не защищает расплав от ин­тенсивного окисления. В связи с этим плавка магниевых сплавов вызывает определенные трудности.

Кислород и азот практически не растворяется в Mg, а образуют с ним соединения MgO и Mg₃N₂, обла­дающие более высокой плотностью, чем расплав, что позволяет им оседать на дно ванны расплава.

Для снижения окисляемости магния и его спла­вов в расплав вводят в небольших количествах берил­лий и кальций. В чистый магний вводят беррилия 0,006%. Введение больших количеств бериллия неже­лательно, так как приводит к укрупнению зерна.

Для изготовления фасонных отливок в промышленности ис­пользуют три группы Mg сплавов:

1)сплавы на основе системы Mg—Al—Zn (МЛЗ,МЛ4, МЛ5, МЛС);

2)сплавы на основе системы Mg—Zn—Zr (МЛ8,МЛ 12, МЛ 15);

3)сплавы, легированные РЗМ (МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЦ19).

Сплавы I группы предназначены для производства высоконагруженных отливок, работающих в тяжелых атмосферных услови­ях.

Общим недостатком сплавов I группы, является широкий интервал кристаллизации и в связи с этим склонность к образованию усадочной микрорыхлоты.

Сплавы II группы также относят к числу высокопрочных. Они отличаются от других групп магниевых сплавов повышенными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью реза­нием. Сплавы II группы используют для изготовления отливок, ра­ботающих при 200...250°С и высоких нагрузках.

Сплавы III группы обладают высокой жаропрочностью и хо­рошей коррозионной стойкостью. Эти сплавы имеют хорошие литейные свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию микрорыхлот и усадочных трещин. Применя­ют для деталей, подвергающихся одновременному воздействию статических и усталостных нагрузок.

Литейные сплавы на основе титана. Химический состав, структура, механические и литейные свойства сплавов. Область применения. Никелевые литейные сплавы. Общая характеристика свойств никеля и его взаимодействие с другими элементами. Основные легирующие элементы в никелевых сплавах их влияние на механические, специальные и литейные свойства. Классификация сплавов по химическому составу и назначению, маркировка сплавов. Коррозионностойкие, жаропрочные никелевые сплавы. Принципы легирования, химический состав, структура, механические и литейные свойства.