Формування заготовок 3 страница

Як жароміцні використовують аустенітні чавуни з кулястим графітом 4Н19ХЗШІ4Н11Г7Ш.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. У чому суть легування сталі?

2. Як маркують леговані сталі?

3. Назвіть основні групи легованих конструкційних сталей.

Зазначте їх склад, марки, властивості та призначення.

4. Назвіть основні групи легованих інструментальних сталей.

Зазначте їх склад, марки, призначення.

5. Назвіть основні групи легованих чавунів, їх склад, властивості та

застосу­вання.

Глава 4. ТЕРМІЧНА І ХІМІКО-ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СТАЛІ

10. Перетворення в сталі під час нагрівання і охолодження

В основі термічної обробки сталей лежать перетворення, що відбува­ються в них при нагріванні й охолодженні.

1. Перетворення в сталі під час нагріванняпочинаються при переході через точку Ас₁ тобто коли перліт перетворюється в аустеніт. Це пере­творення є процесом кристалізаційного типу. Зародження зерен аустені­ту починається по краях феритних і цементитних часток перліту. Процес закінчується заповненням об'єму, який мав до цього перлітну структуру, безліччю дрібних зерен аустеніту.

При нагріванні вище від точки A_с1 ферит в доевтектоїдній і цементит в заевтектоїдній сталі розчиняються в аустеніті. Вище точок А_с3 і А_Ст сталь складається з одного аустеніту.

Дрібні зерна аустеніту, що утворилися спочатку, з підвищенням темпе­ратури збільшуються. Особливо інтенсивно вони зростають при темпе­ратурах, вищих за точки А_с3 і А_Ст. Явище надмірного укрупнення зерен у сталі називають перегрівом. Перегріта сталь характеризується наявністю великих зерен фериту і перліту. Іноді феритні виділення мають вигляд голок - така структура називається відманштеттовою. Нагрівання сталі до температур, близьких до лінії солідус, супроводжується оплавленням і окисленням меж зерен, настає так зване перепалювання.

2. Перетворення в сталі під час охолодження.Якщо сталь охолоджува­ти дуже повільно, то в ній утворюються рівноважні структури відповідно до діаграми стану залізовуглецевих сплавів. Аустенітно-перлітне перетво­рення при цьому відбувається при температурі 727 °С (точка А_r1). Почи­нається воно формуванням зародків перліту, тобто також належить до процесів кристалізаційного типу. При цьому з дрібних зерен аустеніту утворюються дрібні зерна перліту, а з великих зерен аустеніту перегрітої сталі - великі зерна перліту. Сталь з крупнозернистою структурою має погані механічні властивості й особливо малу ударну в'язкість.

Збільшення швидкості охолодження сприяє зниженню критичної точ­ки А_r1, тобто приводить до переохолодження аустеніту до температури, нижчої за 727 °С. Внаслідок цього утворюються нерівноважні (метаста­більні) структури і сталь набуває інших властивостей.

Кінетику розпадання аустеніту показує діаграма ізотермічного його перетворення, тобто перетворення при сталій температурі (рис. II. 11). Дві С-подібні криві на діаграмі відображають початок і кінець ізотермічного перетворення аустеніту при різних температурах. Це перетворення почи­нається через деякий проміжок часу, що визначається ступенем його пе­реохолодження. Спочатку цей період зменшується до деякого критично­го значення τ, а потім знову збільшується.

Якщо сталь охолоджується з ма­лою швидкістю v₁ то аустеніт пере­охолоджується мало і розпадаєть­ся з утворенням рівноважної пер­літи ої структури твердістю 150 НВ.

Збільшення швидкості охоло­дження до v₂ спричинює більше пе­реохолодження аустеніту і утво­рення феритно-цементитної суміші більш дисперсної, ніж перліт, - сор­біту твердістю 250...300 НВ.

При швидкості v₃ аустеніт роз­падається з утворенням найдрібніших часточок фериту і цемен­титу. Така структура називається троститом, твердість її становить 350...400 НВ.

Зі збільшенням швидкості охолодження до v₄, v₆ аустеніт переохоло­джується до точки М_n і частково перетворюється в мартенсит. Тем­пература мартенситного перетворення М_п не залежить від швидкості охо­лодження. Для евтектоїдної вуглецевої сталі вона становить 240 °С.

Аустенітно-мартенситне перетворення супроводжується тільки перегру­пуванням атомів з γ- в α-решітку. При цьому весь вуглець залишається в а-решітці, утворюючи перенасичений твердий розчин в а-залізі -мартен­сит. Унаслідок великого викривлення кристалічної решітки твердість мар­тенситу досягає 600...650 НВ, але ударна в'язкість знижується приблизно до 0,1 МДж/м².

Мінімальна швидкість охолодження, при якій у сталі відбувається мартенситне перетворення, називається критичною швидкістю охолодження. У випадку, що розглядається, такою швидкістю є v₄.

Аустеніт перетворюється на мартенсит в інтервалі температур точок М_п і М_к. Для евтектоїдної вуглецевої сталі точка М_к відповідає темпера­турі мінус 50 °С, тому при охолодженні до кімнатної температури аустенітно-мартенситне перетворення в цій сталі повністю не завершується і в її структурі поряд із мартенситом є аустеніт, що не розпався. Такий аусте­ніт називають залишковим.

У вуглецевих сталях масова частка залишкового аустеніту 3...10 %, у легованих досягає десятків процентів. Оскільки залишковий аустеніт зна­чно м'якший за мартенсит, то він зменшує твердість загартованої сталі. Тому для збільшення мартенситного перетворення сталь з великим вміс­том залишкового аустеніту після гартування додатково обробляють хо­лодом, тобто охолоджують до температури, нижчої за точку М_к.

Розташування точок М_п і М_к визначається хімічним складом сталі і від швидкості охолодження не залежить.

Легуючі елементи збільшують стійкість переохолодженого аустеніту, тобто змішують С-подібні криві на діаграмі вправо і таким чином змен­шують швидкість охолодження, потрібну для утворення мартенситної структури.

11. Основні види термічної обробки сталі

Залежно від режимів нагрівання й охолодження термічну обробку по­діляють на відпалювання, нормалізацію, гартування й відпускання.

1. Відпалювання- це операція, при якій сталь нагрівають вище критич­них точок, витримують при цій температурі і потім повільно (звичайно разом з піччю) охолоджують. Розрізняють дифузійне, повне і неповне від­палювання (рис. 11.12).

Дифузійному відпалюванню піддають великі зливки і виливки з метою підвищення їх хімічної однорідності, або гомогенності. Тому дифузійне відпалювання називають також гомогенізацією. Для цього сталь нагріва­ють до температури, значно вищої від критичної точки Ас₃ (звичайно 1100...1150 °С), витримують протягом 8...15 годі потім повільно (разом з піччю) охолоджують.

Повне відпалювання відбувається при температурі, вищій від точки А_с3 лише на 30...50 °С. Оскільки нагрівання сталі вище від точки А_c3 супрово­джується фазовою перекристалізацією, повне відпалювання дає змогу усунути спричинену перегрівом крупнозернистість сталі, дістати струк­туру з більш рівномірним розподілом фериту і перліту, зняти внутрішнє напруження. При повному відпалюванні зменшується твердість і підви­щується пластичність сталі. Повному відпалюванню піддають доевтектоїдні та евтектоїдні сталі.

При неповному відпалюванні сталь нагрівають до температур, вищих за точку А_с1 але нижчих від точок А_с3 або А_ст. При цих температурах перекристалізовується тільки перліт, а надлишкова фаза (ферит у доевтектоїдних і цементит у заевтектоїдних сталях) залишається без змін. Неповному відпалюванню піддають поковки і штамповки, оброблені при температу­рах, що не спричинюють значного зростання зерен. Метою неповного відпалювання є зняття внутрішніх напружень у сталі.

Нагрівання заевтектоїдних сталей трохи вище від точки А_с1 (до 740...750 °С), витримування при цій температурі й наступне дуже повіль­не охолоджування при переході через точку А_r1 сприяє сфероїдизації це­ментиту, тобто утворенню зернистого перліту, тому відпалювання на зер­нистий перліт інакше називається сфероїдизацією. Сталі із структурою зер­нистого перліту менш тверді, більш в'язкі і мають кращу оброблюваність, ніж сталі із структурою пластинчастого перліту.

2. Нормалізаціяполягає у нагріванні сталі на 30...50 °С вище від то­чок А_с3 або Ас_т, витримуванні при цій температурі й наступному охолодженні

на спокійному повітрі, тоб­то відрізняється від відпалю­вання дещо більшою швид­кістю охолодження. Норма­лізація сприяє утворенню більш дрібнозернистої, ніж при відпалюванні, структу­ри, тому в нормалізованому стані сталі мають ліпші ме­ханічні властивості, ніж у відпаленому. Для вуглецевих сталей нормалізація звичай­но замінює триваліший за часом процес відпалювання.

3. Гартуваннямназивається операція, при якій сталь нагрівають на 30...50 °С вище від точки А_с1 або А_с3 витримують при цій температурі, а потім швидко (звичайно з швидкістю, більшою за критичну) охолоджують. Унаслідок такої обробки в сталі, як правило, формується мартенситна струк­тура, тому твердість і міцність її досягають максимального значення.

Доевтектоїдні сталі піддають повному гартуванню від температури, вищої за точку А_с3 на 30...50 °С, тобто від температури, при якій структу­ра цих сталей є аустенітом. Після повного гартування структура доевтектоїдних сталей стає мартенситною.

Заевтектоїдні сталі піддають неповному гартуванню від температури, що перевищує точку А_c1 на 30...50 °С. Повне гартування для цих сталей навіть шкідливе, бо супроводжується зростанням зерен і потребує додат­кової витрати теплоти на нагрівання.

Вирішальним фактором у процесі гартування є швидкість охолодження, тому вона визначає характер структури сталі, яка формується при цьому.

Швидкість охолодження сталі при гартуванні визначається охолоджу­вальною здатністю гартівного середовища (найчастіше - води або міне­рального масла).

Вода кімнатної температури охолоджує сталь при 650...550 °С зі швид­кістю, вищою за критичну (приблизно 660 °С/с). У цьому її перевага як гартівного середовища. Істотним недоліком води є те, що в момент аустенітно-мартенситного перетворення вона охолоджує сталь також із вели­кою швидкістю (близько 300 °С/с), а це призводить до виникнення вели­ких внутрішніх напружень, які спричинюють короблення і навіть розтріс­кування виробів, що гартуються.

Мінеральне масло під час аустенітно-мартенситного перетворення охо­лоджує сталь приблизно в 10 разів повільніше за воду. Однак у верхньо-

му інтервалі температур воно не забезпечує критичної швидкості охоло­дження вуглецевих конструкційних сталей і не дає змоги переохолодити аустеніт до температури мартенситного перетворення, тому після гарту­вання в маслі ці сталі мають не мартенситну, а трооститно-мартенситну структуру.

Із збільшенням вмісту вуглецю або введенням у сталь легуючих елемен­тів стійкість аустеніту підвищується, тому такі сталі потребують меншої швидкості охолодження при гартуванні. У ряді випадків масло для них є оптимальним гартівним середовищем.

Залежно від складу сталі, форми і розмірів виробів, що гартуються, застосовують різні способи гартування.

Гартування в одному середовищі виконують зануренням виробу, що гартується, в охолоджувальне середовище (воду, масло), де він і залиша­ється до повного остигання. Завдяки своїй простоті цей вид гартування найбільш застосовуваний. Проте він має істотний недолік, оскільки су­проводжується виникненням у виробі, що гартується, великих внутрішніх напружень.

Гартування у двох середовищах до деякої міри усуває недоліки гарту­вання в одному середовищі й полягає у тому, що нагрітий під гартування виріб спочатку охолоджують з великою швидкістю (звичайно у воді), щоб запобігти передчасному розпаданню аустеніту. Потім виріб переносять до іншого середовища, наприклад у масло, для уповільненого охолоджен­ня з метою аустенітно-мартенситного перетворення. Такий прийом сприяє значному зменшенню внутрішніх напружень у виробі й запобігає його коробленню.

Ступінчасте гартування також виконують у дві стадії. Після нагріван­ня виріб спочатку занурюють в охолоджувальне середовище (звичайно в розплавлені солі) з температурою, трохи вищою за точку початку мартен­ситного перетворення М_n сталі певного складу, витримують при цій тем­пературі, а потім остаточно охолоджують у маслі або на повітрі. Ступін­частому гартуванню звичайно піддають невеликі за розмірами вироби змінного перерізу.

Якщо вироби повинні мати високу твердість тільки в поверхневих ша­рах, а серцевина має залишитися в'язкою, то такі вироби піддають поверх­невому гартуванню - високочастотному або полуменевому.

При високочастотному гартуванні вироби нагрівають в індукторі (со­леноїді), по якому йде струм високої частоти. Потрібних глибини і темпе­ратури нагрівання поверхневого шару досягають зміною частоти струму і швидкості переміщення індуктора або виробу. Потім нагрітий шар охо­лоджується водою, яка подається крізь внутрішні отвори в індукторі, або виріб скидається в гартівну ванну.

При полуменевому гартуванні поверхневі шари нагрівають ацетиле­нокисневим полум'ям, яке переміщують з певною швидкістю вздовж виробу, що гартується. Слідом за пальником подається вода для швид­кого охолодження поверхневого шару. Цей вид гартування звичайно за-

стосовують у важкому машинобудуванні для гартування великих де­талей.

4. Відпускання застосовують з метою зменшення внутрішніх напружень і твердості, а також для підвищення ударної в'язкості загартованих ви­робів. Воно полягає в нагріванні виробів до температур, нижчих за точ­ку Ac₁ Швидкість охолодження після відпускання для більшості сталей не має особливого значення. Розрізняють низьке, середнє і високе відпус­кання.

При низькому відпусканні (150...200 °С) структура мартенситу в сталі зберігається, але з нього виділяються дуже дисперсні частки карбіду залі­за. Тому внутрішні напруження у виробі зменшуються, дещо підвищуєть­ся в'язкість, а твердість практично не змінюється. Низькому відпусканню піддають вироби, які повинні мати високу твердість (наприклад, різаль­ний або вимірювальний інструмент).

Середнє відпускання (350...450 °С) супроводжується більш істотними змінами в структурі і властивостях сталі: мартенсит перетворюється на тростит, тому твердість сталі зменшується приблизно до 400 НВ, а в'яз­кість значно підвищується. Середньому відпусканню піддають інструмен­ти і деталі машин, що працюють при помірних ударних навантаженнях (штампи, пружини, ресори).

Високе відпускання (450...650 °С) веде до утворення сорбітної структу­ри, а це забезпечує повне усунення внутрішніх напружень і найкраще спів­відношення міцності і в'язкості сталі при достатній її твердості. Високо­му відпусканню піддають деталі машин.

Легуючі елементи затримують дифузійні процеси і перетворення в за­гартованій сталі при нагріванні, тому для них температуру відпускання призначають дещо вищу.

12. Хіміко-термічна обробка сталі

Хіміко-термічна обробка полягає у дифузійному насиченні поверхне­вих шарів сталевих виробів різними елементами при підвищених темпе­ратурах з метою зміни їхніх властивостей (твердості, зносостійкості) при збереженні в'язкої серцевини. Найпоширенішими видами хіміко-терміч-ної обробки сталі є її цементація, азотування, нітроцементація і дифузій­на металізація.

1. Цементацією називається насичення сталевих виробів вуглецем. Це­ментації піддають сталі з масовою часткою вуглецю до 0,2 %. Розрізня­ють цементацію в твердому і газоподібному карбюризаторах (вуглеце-вмісній суміші).

Як твердий карбюризатор застосовують суміш деревного вугілля з вуглекислими солями ВаСО₃, СаСО₃ тощо. Вироби, що цементуються, разом з карбюризатором уміщують у металеві ящики, закривають криш­ками, ретельно обмазують глиною і в такому вигляді витримують у печі при температурі 930 °С протягом 5...25 год. При цьому в карбюризаторі

виділяється атомарний вуглець, який дифундує в поверхневі шари деталі на глибину 0,5...2,5 мм.

Газову цементацію здійснюють у спеціальних камерах при температу­рі 930... 1000 °С у середовищі циркулюючої суміші вуглецевмісних га­зів (природного, генераторного, світильного). Поряд з оксидом вуглецю карбюризаторами в цьому середовищі є також вуглеводні, наприклад ме­тан СН₄.

Газова цементація продуктивніша, її легко механізувати й автомати­зувати. Ефективним методом інтенсифікації газової цементації є нагрі­вання виробів струмом високої частоти і підвищення її температури до 1050...1070 °С.

Цементація - процес дифузійний. Концентрація вуглецю в поверхне­вому шарі цементованих виробів змінюється від 0,9...0,8 % до вихідної в сталі. У зв'язку з цим поступово змінюється й структура поверхневого шару від перлітної до феритно-перлітної із зменшенням кількості перліту.

Цементовані вироби піддають гартуванню, внаслідок чого в поверхне­вому шарі утворюється мартенсит, а маловуглецева серцевина залиша­ється в'язкою з добрим опором ударним навантаженням.

2. Азотування- це насичення поверхневих шарів сталі азотом. Азоту­ванню звичайно піддають вироби з легованих сталей, які містять АI, Мо, Ті, V, W. Азотують в атмосфері аміаку при температурі 500...650 °С. Внас­лідок дисоціації аміаку виділяється атомарний азот, який і дифундує в сталь, утворюючи з її компонентами дуже тверді сполуки - нітриди (AIN, Mo₂N, VN тощо).Тому азотована поверхня твердіша за цементовану і, крім того, має підвищену корозійну стійкість. Азотування триває 25... 60 год, за цей час утворюється зміцнений шар завтовшки 0,3...0,6 мм.

3. Hітроцементація- це одночасне насичення поверхневих шарів стале­вих деталей вуглецем і азотом. Вона здійснюється в середовищі з суміші цементуючого (наприклад, вуглеводнів) і азотуючого (аміак) газів. Нітроцементацію застосовують для підвищення твердості й зносостійкості різального інструменту і деталей машин.

4. Дифузійна металізація- насичення поверхневого шару сталі хромом (хромування), алюмінієм (алітування) та іншими металами. Металізація може відбуватися в твердому і газовому середовищах - металізаторі. Як твердий металізатор використовують суміш феросплаву (сплаву заліза з високим вмістом відповідного елемента - Cr, AI та ін.) з нашатирем NH₄C1. При температурі 800... 1200 °С у цій суміші утворюється летка сполука хлору з металом (СrС1₂, АIСI₃ тощо), яка потім дисоціює, і вільні атоми металу дифундують у поверхневі шари оброблюваної деталі. Насичення триває 5... 15 год.

Газову металізацію виконують у середовищі хлоридів відповідних ме­талів.

Насичення поверхневих шарів сталі та сталевих виробів хромом і алю­мінієм застосовують для підвищення їх жаростійкості. Хромування, крім того, збільшує стійкість до спрацювання і корозії деталей машин.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Що позначають критичні точки A_c1, A_c3, А_ст при нагріванні і охолодженні

сталі?

2. Які перетворення відбуваються в сталі при збільшенні швидкості охо­ -

лодження? Які структури при цьому утворюються? Яка їх будова,

власти­вості?

3. Яка швидкість охолодження сталі називається критичною?

4. Поясніть суть основних видів термічної обробки сталі.

5. У чому суть хіміко-термічної обробки сталі? Назвіть основні її види,

при­значення.

Глава 5. КОЛЬОРОВІ МЕТАЛИ І СПЛАВИ

13. Алюміній і його сплави

Алюміній- це сріблясто-білий метал густиною 2,7 г/см³ і температу­рою плавлення 660 °С.

Алюміній у відпаленому стані має σ_в = 80... 100 МПа, 25...ЗО НВ, вели­ку пластичність (δ = 35...40 %), корозієстійкість, електро- і теплопровід­ність. Для легування алюмінію застосовують Cu, Si, Mg, Ni та інші елемен­ти. Залізо у більшості алюмінієвих сплавів є шкідливою домішкою.

Розчинність більшості легуючих елементів в алюмінії з підвищенням температури збільшується, а при певному співвідношенні компонентів у сплаві утворюється евтектика.

Сплави алюмінію, які тверднуть з утворенням твердого розчину, нале­жать за своїми технологічними властивостями до деформівних, а сплави з евтектикою - до ливарних.

1. Деформівні алюмінієві сплавиподіляють на незміцнювані та зміцню­вані термічною обробкою. В основу цього поділу покладено границю роз­чинності легуючих елементів при кімнатній температурі.

До незміцнюваних термообробкою належать сплави типу АМц і АМг. У сплавах АМц міститься до 1,5 % Мn, а в АМг - до 7 % Mg і 0,8 Мn. Для підвищення міцності в них додатково вводять до 2 % V, 0,1 % Ті, 0,005 % Be. Ці сплави мають високу пластичність, добре зварюються, корозієстійкі, σ_в= 200.. .300 МПа. З них виготовляють штамповані і зварні ємкості, баки тощо.

До сплавів, що зміцнюються термообробкою, належать дуралюміни. Вони містять 2...5 % Cu, до 1,5 % Mg, 1 % Мn. Позначають дуралюміни літерою Д і умовними номерами, наприклад Д1, Д16.

Термічна обробка дуралюміну полягає в гартуванні його від темпе­ратури, близької до 500 °С, і наступному природному старінні при кім­натній температурі протягом 5...7 діб або штучному при температурі 100... 150 °С. Після такої обробки властивості дуралюміну становлять σ_в = 420... 470 МПа, 90...100 НВ, δ= 18...20%.

До сплавів типу дуралюмін належать також сплави, призначені для обробки куванням і штампуванням - АК2, АК4, АК6 (алюмінієвий ков­кий, номер сплаву) тощо. Порівняно з дуралюмінами вони додатково ле­говані нікелем або титаном.

2. Ливарні алюмінієві сплавимістять підвищену кількість силіцію, міді, магнію, цинку. За складом їх поставляють (ДСТУ 2839-94) 38 марок і по­діляють на п'ять груп:

1) Al-Si-Mg (Si = 6... 13 %, Mg = 0,2...0,5 %); позначення - АК7, АК12 тощо;

2) Al-Si-Cu (Si = 3,5... 11 %, Cu = 1...8 %); позначення - AK5M, AK5M7 тощо;

3) Al-Cu (Cu = 4,5...5,3 %, Cd = 0,07...0,25 %); позначення - AM5, АМ4,5Кд тощо;

4) Al-Mg (Mg = 4,5...13 %, Si = 0,8...1,7 %); позначення - АМг4К1,5М, АМг5К тощо;

5) А1 - інші компоненти (Zn = 3,5...12 %, Mg = 1,5...2 %, Si = 6...10 %); позначення - АК7Ц9, АЦ4Мг та ін.

У марках алюмінієвих, як і в інших кольорових, сплавів компоненти позначають початковими літерами їх назви: А - алюміній, О - олово, М -мідь, Мн - манган, Мг - магній, Кд - кадмій та ін. За ними подають циф­ри, які вказують на вміст цих елементів. Наприклад, марка АМ4,5Кд по­значає сплав з вмістом 4,5 % Cu, близько 1 % Cd, решта - алюміній.

14. Магній і його сплави

Магній- метал з мінімальною серед конструкційних металів густиною 1,74 г/см³. У зв'язку з малою міцністю (в литому стані σ_в = 30 МПа) і ма­лою корозійною стійкістю технічно чистий магній як конструкційний матеріал не використовують.

Магнієві сплави містять до 10 % А1, 2,5 % Мn, 3 % Zn. Іноді у сплави вводять добавки церію, кадмію, берилію, а останнім часом - цирконій, торій, неодим. Алюміній і цинк поліпшують механічні властивості, ман­ган підвищує корозійну стійкість, інші добавки подрібнюють зерно, під­вищують пластичність і теплостійкість сплаву.

1. Деформівні магнієві сплавизастосовують для виготовлення поковок і штамповок. До цієї групи сплавів (їх позначають літерами МА і умов­ним номером – MA1, MA8 та ін.) належать сплави магнію, які мають у своєму складі до 9 % А1, 1,5 % Zn, 2,5 % Мп.

Після гартування і штучного старіння вони мають σ_в = 250...300 МПа і 5 = 9... 18%. Добавка 2% Ті і 3 % Nd дo цих сплавів дає змогу підвищити їх теплостійкість при тривалій експлуатації до 350 °С.

2. Ливарні магнієві сплави(їх позначають літерами МЛ і умовними но­мерами - МЛ4, МЛ6 тощо) містять до 10 % А1, 3 % Zn, 0,5 Мn. Ці сплави мають σ_в = 150...250 МПа, δ = 1...9 %, добру рідкотекучість і широко застосовуються для виготовлення виливків, які працюють при невеликих

навантаженнях (кронштейни, корпуси приладів тощо). Сплави, додатко­во леговані цирконієм і торієм, можна тривалий час експлуатувати при температурі до 350 °С і короткочасно - при температурі до 450 °С.

15. Титан і його сплави

Технічно чистий титанвиплавляють двох марок: ВТ1-00, ВТ1-0. Він має σ_в = 300...500 МПа, відносне видовження -до 30 %, твердість 115...165 НВ і високу корозійну стійкість. Титан належить до легких металів, його гус­тина 4,5 г/см³. Механічні властивості титану поліпшують легуванням його елементами Al, Cr, Mo, Nb, V, Zr, Sn тощо. Шкідливими домішками в титані і його сплавах є гази (О₂, N₂, H₂) і вуглець.

Легуючі елементи зміщують температуру поліморфного перетворення титану (882 °С), у зв'язку з чим у сплавах можуть стабілізуватися струк­тури α-, (α + β)- або β-твердих розчинів. Найпоширеніші сплави з α- і (α + β)-структурою. Сплави з α-структурою використовують в основно­му як деформівні, (α + β)-сплави задовільно обробляються різанням, зварюються, вони піддаються зміцнювальній термічній обробці - гарту­ванню і старінню. Наприклад, сплав ВТ14 (3,5...6,3 % А1; 2,5...3,8 % Мо; 0,9... 1,9 % V, решта - Ті) після гартування від температури 880 °С і старін­ня при 480 °С протягом 16 год має σ_в = 1370 МПа.

Незважаючи на відносно високу температуру плавлення титану (1668 °С), титанові сплави тривалий час можуть експлуатуватися при температурі до 550 °С. Пояснюється це тим, що при підвищенні температури титан активно поглинає гази (починаючи з 50...70 °С – Н₂ з 400...500 °С - О₂, з 600...700 °С - N₂, C0₂).

У зв'язку з високою хімічною активністю сплави титану зварюють в інертному середовищі (в аргоні). Таке саме середовище (або вакуум) по­трібне для плавки та утворення виливків з титанових сплавів.

16. Мідь і її сплави

Мідь- це метал червоного кольору густиною 8,9 г/см³ і температурою плавлення 1083 °С.

У відпаленому стані мідь має міцність σ_в = 250 МПа, твердість 45 НВ, пластичність δ = 45 %. Як конструкційний метал чисту мідь в машинобу­дуванні використовують рідко. Частіше її використовують для утворен­ня сплавів - латуней і бронз.

1. Латуняминазивають сплави міді з цинком. Цинк у кількості до 39 % утворює з міддю твердий розчин α, так звану α-латунь. При більшо­му вмісті цинку в сплавах утворюється друга фаза - β-твердий роз­чин. Двофазні латуні називають (α + β)-латунями. Наявність у структурі міцнішої і твердішої β-фази сприяє підвищенню міцності латуні, проте різко знижує її пластичність. Тому однофазні латуні використовують для обробки тиском, а двофазні - в основному різанням або для лиття. Спла-

ви з масовою часткою цинку понад 45 % крихкі, тому застосовують їх рідко.

Для підвищення міцності й корозієстійкості, поліпшення деяких техно­логічних властивостей до складу латуней вводять Ni, Pb, Sn, Si та інші елементи. Такі латуні називають складними.

Оброблювані тиском латуні маркують літерою Л і цифрами, які вказу­ють на масову частку міді в сплаві, наприклад марка Л80 означає латунь з 80 % Сu, решта - Zn. У марці складних латуней перші дві цифри за літе­рами вказують середній вміст міді, а наступні - вміст інших елементів (ре­шта - Zn), наприклад: марка ЛЖС58-1 -1 позначає латунь з масовою част­кою 58 % Сu, 1 % Fe і 1 % РЬ, решта - Zn.

Марки ливарних латуней відрізняються від розглянутих. Так, марка ЛЦ40МцЗЖ позначає латунь з масовою часткою 40 % Zn, 3 % Мп, 1 % Fe, решта - Си.

2. Бронзаминазивають сплави міді з оловом, алюмінієм, берилієм та іншими елементами, крім цинку, як основного компонента. На відміну від цинку ці елементи мають або змінну розчинність у міді залежно від температури, або утворюють тверді розчини, які зазнають при охолоджен­ні евтектоїдного перетворення. Тому за технологічними властивостями бронзи поділяють на деформівні та ливарні. Крім того, бронзи зі знач­ною розчинністю компонентів або евтектоїдним перетворенням можна піддавати зміцнювальній термообробці.