Литейные алюминиевые сплавы.

Основные требования – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими свойствами.

Конструкционные герметичные сплавы систем Al-Si (AЛ-2) Al-Si-Mg (АЛ4, АЛ9, АЛ34). Силумины обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной обрабатываемостью резанием и коррозионной стойкостью. В то же время структура сплава АЛ2, представляющая собой игольчатую грубую эвтектику с включениями кристаллов первичного кремния, не обеспечивает требуемых механических свойств. Термической обработкой этот сплав не упрочняется.

Легированные силумины АЛ4, АЛ9, АЛ34 упрочняются термической обработкой. Эти сплавы используют для изготовления средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания). Сплав АЛ34 применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошим комплексом технологических свойств.

Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы.

В эту группу входят сплавы системы Al-Cu-Mn (АЛ19), Al-Cu-Mn-Ni (АЛ33). Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе и динамическое нагружение) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием – жаропрочность при температурах до 350 С. Сплав отличается хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью и имеет пониженные литейные свойства. Сплав упрочняется закалкой с 545 С (12ч) и старением при 175 С (3…6ч). Сплав широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.

Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы

Сплавы системы Al-Mg (АЛ8, АЛ27) и Al-Mg-Zn (АЛ24) обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Сплавы (АЛ8, АЛ27) подвергаются закалке в масле без старения. Имеют плохие литейные свойства и низкую (до 80 С) жаропрочность. Жаропрочность сплава АЛ24 сохранияется до 150 С.

Сплавы способны работать в условиях коррозии морской воды вместо дефицитных бронз, латуней и нержавеющих сталей.

Спеченные алюминиевые сплавы(порошковые и гранулированные) характеризуются повышенными механическими и физическими свойствами.

Спеченный алюминиевый порошок (САП) – это материал, полученный холодным, а затем горячим брикетированием ( прессованием под давлением 700 МПа при 500…600 С) предварительно окисленной алюминиевой пудры. Затем из брикетов ковкой, прокаткой или прессованием изготавливают изделия или полуфабрикаты. Поскольку каждая частичка пудры покрыта тонким слоем оксида алюминия, то чем тоньше пудра, тем больше в САПе иоксида алюминия, выше его прочность, но ниже пластичность. В САПе содержится от 6 до 22% Al₂O₃ . САП характеризуется высокой прочностью и жаропрочностью при повышенных температурах (350…500 С).

Разновидностью САПа является сплав СПАК-4 (системы Al-Cu-Mg-Al₂O₃), в котором впервые использовано совместное упрочнение алюминиевой матрицы оксидами (Al₂O₃) и интерметаллидами (например Al₉FeNi) и др.). Обладая высокой длительной прочностью при 350 С (в 2…2,5 раза большей, чем у сплава АК4-1), сплав СПАК4 может применяться для работающих на форсированных режимах поршней.

Титан и его сплавы

Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широко распространено вакуумное литье.

Титан имеет две модификации: низкотемпературную (до 882 С) – β титан с ГПУ решеткой, высокотемпературную -β-титан с ОЦК решеткой.

Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана следующим образом:

Fe, Аl, Mn, Cr, Sn, V, Si – повышают его проность, но снижают пластичность и вязкость;

Al, Zr, Mo – увеличивают жаропрочность;

Mo, Zr, Nb, Ta, Pb – увеличивают коррозионную стойкость.

Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана – это твердые растворы легирующих элементов в α и β модификациях титана. Сплавы титана в зависимости от их стабильной структуры (после отжига) при комнатной температуре подразделяют на три основные группы: α – сплавы; (α+β)-сплавы и β-сплавы.

Титановые сплавы классифицируют также по технологии производства (деформируемые, литейные, порошковые), по физико-химическим , в том числе механическим, свойствам ( высокопрочные, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные, коррозионностойкие).

Деформируемые титановые сплавы. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала.

α – титановые сплавы термической обработкой не упрочняются. Широкое применение нашел сплав ВТ5-1, обладающий хорошей свариваемостью, жаропрочностью, кислотостойкостью, пластичностью при криогенных температурах. Обрабатывается давлением в горячем состоянии, термически стабилен до 450 С. Добавки олова в сплав улучшают его технологичесмкие и механические свойства.

Из сплава ВТ5-1 изготавливают листы, поковки, трубы, проволоку, профили.

(α+β)- титановые сплавы упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения. Они хуже свариваются.

Типичным представителем этой группы является сплав ВТ6, характеризующийся оптимальным сочетанием технологических и механических свойств. Уменьшение содержания алюминия и ванадия в сплаве (модификация ВТ6С) позволяет его использовать в сварных конструкциях.

Сплав ВТ14 системы Ti-Al-Mo-V обладает высокой технологичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном; он удовлетворительно сваривается всеми видами сварки. Этот сплав способен длительно работать при 400 С, кратковременно до 500 С.

Сплав ВТ8 относится к жаропрочным сплава. Он предназначен для длительной работы при 450…500 С под нагрузкой. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии но плохо сваривается. Из него изготавливают поковки, штамповки, прутки.

Псевдо - β - титановые сплавы характеризуются высоким содержанием β - стабилизаторов и вследствие этого – отсутствием мартенситного превращения.

Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном. Они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.

Широкое распространение получил сплав ВТ15 обладающий высой пластичностью и невысокой прочностью в закаленном состоянии. Однако после старения при 450 С его прочность достигает 1500 МПа. Сплав ВТ15 предназначен для работы при температурах до 350 С. Из него изготавливают прутки, поковки, полосы, листы.

Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами.

Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Работает до 400 C. Недостатком – невысокая прочность (800 МПа).

Двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей пластичность отливок. ВТ14Л по литейным свойствам уступает ВТ5Л, но превосходит его по прочности (950 МПа).

Применение сплавов титана.Из сплавов титана изготавливают: обшивку самолетов, морских судов, подводных лодок; корпуса ракет и двигателей; диски и лопатки стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребные винты; баллоны для сжиженных газов; емкости для агрессивных химических сред.

Медь и ее сплавы

Медь и ее сплавы находят широкое применение в электротехнике, электронике, приборостроении, двигателестроении. По объему производства стоит на втором месте после алюминия. 50% меди потребляется электротехнической промышленностью.

Медь обладает ценными техническими и технологическими свойствами: высокими тепло- и электропроводностью, достаточной коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки, легко поддается пайке, прекрасно полируется. У чистой меди небольшая прочность и высокая пластичность.

Недостатками меди является ее высокая стоимость, значительная плотность 8,94 г/см³, большая усадка при литье, горячеломкость, сложность обработки резанием. Обладает ГЦК решеткой, не имеет полиморфизма. Температура плавления 1083 С.

Сплавы меди с цинком называют латунями. За исключением сплавов с никелем, все другие ее сплавы называют бронзами.

Латуни

Латуни подразделяют на деформируемые и литейные в зависимости от технологии получения полуфабрикатов и изделий.

Деформируемые латуниобозначают буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди в сплаве в процентах (например Л96, Л63). Если латунь легирована наряду с цинком другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов: С – свинец, О – олово, Ж-железо, А – алюминий, К- кремний, Мц – марганец, Н – никель.

Числа после букв показывают массовое содержание меди и последующих легирующих элементов, кроме цинка. Цинк – остальное. Например, ЛАН-59-3-2 содержит 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля, остальное – цинк.

Маркировка литейных латуней начинается также с буквы Л. После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинка) и каждого последующего (как в сталях) ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит…

При содержании цинка до 39% сплавы являются однофазными α – твердыми растворами цинка в меди. Количество цинка свыше 39% приводит к выделению из твердого раствора электронного соединения CuZn. В технике применяют латуни, содержащие до 45…50% цинка, поскольку при дальнейшем увеличении цинка в сплаве прочность латуни уменьшается, а хрупкость увеличивается.

По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью и жидкотекучестью. Однофазные α - латуни хорошо воспринимают холодную и горячую пластическую деформацию. Двухфазные латуни подвергаются только горячей пластической деформации.

В сложных (специальных) латунях общее содержание дополнительных легирующих компонентов обычно не превышает 9%. Многие из них (Al, Mn, Fe, Si) подобно цинку (но с более значительным эффектом) повышают прочность и твердость латуни, однако уменьшают ее пластичность.

Применяемые α – латуни (Л96, Л90) обладают высокой пластичностью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью. С повышением содержания цинка в α – латунях достигается более высокая прочность, но снижается коррозионная стойкость. Эти латуни лучше обрабатываются резанием.

Специальные латуни, легированные железом или особенно оловом (ЛО70-1) отличаются высокой коррозионной стойкостью в условиях воздействия атмосферных явлений, а также в пресной и морской воде.

«Автоматная» латунь ЛС70-1, обладая сыпучей стружкой, используется для изготовления деталей на станках автоматах.

Структура и свойства (α+β¹) латуней изменяются в зависимости от скорости охлаждения после отжига, что обусловлено протеканием процессов рекристаллизации и фазовых превращений. Так, быстрое охлаждение обеспечивает повышение твердости латуни, а медленное – пластичность.

Литейные латуни.Используют для фасонного литья. В основном применяют сложнолегированные сплавы. Жидкотекучесть повышает олово (до 2,5%). Алюминий и кремний (в отдельности) повышают жидкотекучесть двойных латуней.

Для литья втулок и сепараторов шариковых и роликовых подшипников используют свинцовую латунь ЛЦ40С.

Бронзы

Маркируют бронзы буквами Бр; затем буквами последовательно указывают легирующие элементы и в конце их содержание в сплаве. Например, БрОФ6,5-0,4 содержит 6,5% олова и 0,4% фосора, медь - остальное.

Оловянные бронзыпо структуре бывают однофазными (α-раствор олова в меди) и двухфазными, состоящими из α и δ (Cu₃₁Sn₈) - фаз . Обычно δ – фаза выделяется при содержании олова, большим чем 7…9%. Она повышает твердость и хрупкость бронз.

Деформируемые оловянные бронзы имеют однофазную структуру, поскольку содержат до 7% олова. Их дополнительно легируют фосфором (до 0,4%), цинком (до 4%), и свинцом (до 2,5%).

Эти бронзы имеют большое сопротивление усталости. Из них изготавливают пружины и мембраны. По усталосным характенристикам они уступают лишь бериллиевой бронзе.

Литейные оловянные бронзы имеют двухфазную структуру, по сравнению с деформируемыми содержат большее количество легирующих элементов (цинка, свинца, фосфора). Для них характерна высокая жидкотекучесть, но малая усадка.

Оловянные бронзы коррозионностойки и обладают высокими антифрикционными свойствами.

В промышленности применяют бронзы с содержанием олова до 12…12%, из за возрастающей хрупкости.

Алюминиевые бронзымогут быть как двойными (например БрА5), так и дополнительно легированными никелем, марганцем, железом. Содержащие до 4…5% Al бронзы характеризуются высокой пластичностью. При ускоренном охлаждении сплавов с 6…8% Al в структуре появляется твердая, хрупкая фракция. Никель и железо повышают механические свойства бронз и их износостойкость. Алюминиевые бронзы хорошщо пластически деформируются как в холодном, так и в горячем состоянии, коррозионностойки, обладают высокими механическими свойствами. Они имеют хорошие литейные свойства, но образуется усадочная раковина.

Кремнистые бронзыхарактеризуются хорошей прочностью и пластичностью. Сплавы свариваются. Подвергаются пайке.

Бериллиевые бронзыобладают высокими механическими (в частности упругими) свойствами, стойкостью против коррозии, хорошо свариваются. Упрочняются закалкой со старением.

После закалки бронза имеет высокую пластичность (δ = 30…40%) , невысокую прочность (450…560 МПа) и может подвергаться пластической деформации в закаленном состоянии. После закалки имеетвысокую прочность (σ = 1300МПа), но очень низкой пластичностью.

Хромовые бронзы(БрХ0,5) обладают высокими механическими свойствами, хорошей электро- и теплопроводностью. Содержат до 0,2% серебра. Серебро повышает механические свойства и температуру рекристаллизации . Упрочняются закалкой с 950 в воде, с последующим старением 400 С ,6 часов.