Формування заготовок 4 страница

Бронзи, як і латуні, бувають простими і складними.

Марки деформівних бронз починаються літерами Бр, за якими йдуть літери, що позначають легуючі елементи, а за ними в такому самому по­рядку цифри, які вказують на вміст цих елементів (решта - Сu). Наприк­лад, до складу бронзи марки БрОЦС-4-4-4 входить по 4 % Sn, Zn і Pb, решта - Cu. У марках ливарних бронз вміст елементів вказують безпосе­редньо після їх позначення. Наприклад, БрО8Н4Ц2 (8 % Sn, 4 % Ni, 2 % Zn, решта - Cu).

За хімічним складом бронзи поділяють на олов'яні та безолов'яні. Особ­ливе місце належить берилієвим бронзам, які містять близько 2 % Be. Піс­ля гартування від температури 780 °С і старінні при 300°С вони мають міцність σ_в = 1300 МПа, твердість 370 НВ, високу пружність і добру корозієстійкість. Це дає змогу застосовувати їх для виготовлення таких виробів, як пружини, мембрани, слюсарний інструмент тощо.

17. Нікель і його сплави

Нікель- метал білого кольору густиною 8,9 г/см³ і температурою плав­лення 1455 °С є одним із найважливіших промислових металів. Чистий нікель має високі міцність (σ_в = 400...500 МПа) і пластичність (δ = 50 %), велику хімічну стійкість та інші цінні властивості.

Сплави на основі нікелю мають підвищені корозіє- і жаростійкість, жароміцність, особливі електричні та магнітні властивості тощо.

1. Корозієстійкі сплавинікелю широко використовують у хімічному апаратобудуванні, інших галузях техніки, а також у побуті. До них нале­жать сплави типу монель-металу (60...70 % Nі + 20.. .25 % Cu + Fe, Si, Mn) іхастелою(55...65% Nі + 5...20% Мо+12...17%Сr + 5...20%Ре + Мn, Sі, W.

2. Жаростійкі сплавинікелю призначені для роботи при температурі до 900 °С. Другим основним компонентом у них є хром, тому їх називають ніхромами (ХН78Т, ХН60В, ХН70Ю та ін.) Використовують їх для виго­товлення камер згоряння, деталей газових турбін, газопроводів, хімічної апаратури.

3. Жароміцні сплавинікелю. Основою цих сплавів є система Мі + Сr + Fe, а легуючими добавками - Ті, Al, Mo, W, Mb, Zr та ін. Ці сплави поділяють на деформівні й ливарні. Застосовують їх для виготовлення деталей з робочою температурою 750...1000 °С.

Деформівні сплави призначені для виготовлення лопаток та крипіль-них деталей газових турбін (НХ70ВМЮТ, ХН80ТБЮ), дисків газових турбін (ХН77ТЮР, ХН62МВКЮ), листових деталей (ХН60ВТ, ХН75МБТЮ).

Л иварні сплави відрізняються від деформівних дещо більшим вмістом легуючих елементів (Cr, W, Мо) і в ряді випадків - вуглецю. До них нале­жать сплави типу німонік (ЖС6, ВЖ36-Л1, ВЖЛ12У). Деталі з них ви­готовляють точним литтям за витоплюваними моделями.

4. Сплави з особливими фізичними властивостями -це сплави з зада­ним температурним коефіцієнтом лінійного розширення (інвари) і темпе­ратурним коефіцієнтом модуля пружності (елінвари), магнітно-м'які спла­ви типу пермалою, сплави з високим електроопором.

18. Сплави на основі олова і свинцю

Олово і свинецьмають низькі температури плавлення (232 і 328 °С від­повідно) і малу міцність (σ_в = 20 і 18 МПа), але високу пластичність (δ= 40...50 %) і велику густину (7,3 і 11,4 г/см³).

Технічне олово застосовують для лудіння металів і виготовлення фоль­ги; свинець - для футерування електролітних ванн і сірчанокислотних камер, виготовлення фольги і кабельних оболонок.

Сплави олова і свинцю з іншими елементами використовують як анти­фрикційні матеріали і легкоплавкі припої. Антифрикційні матеріали за­стосовують для виготовлення вкладишів підшипників ковзання, тому їх ще називають підшипниковими сплавами, або бабітами.

У марці бабіту цифри, що йдуть за літерою Б, яка позначає бабіт, пока­зують середній вміст олова в сплаві у процентах, а літери Н, Т, К, С озна­чають наявність у ньому добавок Мі, Те, Са і Sb відповідно.

Олов'яні бабіти Б89 і Б83 містять у середньому 89 і 83 % Sn, 8 і 11 % Sb, 3 і 6 % Сu відповідно. Структура цих бабітів складається з м'якої і в'язкої основи, що є твердим розчином сурми в олові, і твердих включень SnSb і Cu₆Sn₅. Тому під час роботи вал спрацьовує м'яку основу і починає спи-

ратися на тверді включення, які виступають, а западини, що утворилися між включенням, утримують мастило. Бабіти Б89 і Б83 застосовують у найважливіших вузлах тертя двигунів внутрішнього згоряння, турбокомп­ресорів і потужних електродвигунів, які працюють при великих швидкос­тях ковзання деталей і робочій температурі до 120 °С.

Найбільш доступними підшипниковими матеріалами є малоолов'янисті бабіти на свинцевій основі - Біб, Б6, БН і БТ. Вони містять 5... 17 % Sn, 13...17 % Sb і до 3 % Сu. У бабiті Б6, крім того, міститься в середньому 2 % Cd, в БН - 1,5 % Cd, 1 % Мі і до 1 % As, а в БТ - до 2 % Те. Основою цих бабітів є свинець, а твердими включеннями - сполуки SnSb, SnAs₂ і Cu₆Sn₅.

До свинцевих належать бабіти марок БС і БК. Крім свинцю, бабіт БС містить до 18 % Sb і 1,5 % Сu, а бабіт БК - до 1,2 % Са і 0,9 % Na. Тверди­ми включеннями в них є Pb₃Na і Sb.

Олов'яно-свинцеві припої описані нижче.

19. Тугоплавкі метали та їхні сплави

Тугоплавкі метали і їхні сплави використовують в авіаційній, космічній і ядерній техніці, електровакуумному і електронному обладнанні, хімічній промисловості. Значна кількість цих металів витрачається для легування залізовуглецевих сплавів - сталей і чавунів та деяких кольорових металів.

1. Сплави хромуз Ni, W, Mo, V, Y, Ті мають високу жароміцність і жа­ростійкість, тому їх використовують в основному для виготовлення дета­лей, які працюють тривалий час при високій температурі (1050...1100 °С) і значному навантаженні, здатні чинити опір повзучості і дії агресивного газового середовища. Це лопатки газових турбін, фасонні виливки для тривалої роботи в газових продуктах згоряння, агресивних кислих рід­ких середовищах.

2. Сплави ванадію,леговані Ті, Nb, Zr, Та, Si, Al, Cr, Hf, використову­ють для виготовлення оболонок тепловидільних елементів ядерних реак­торів з натрієвим теплоносієм, труби для атомних реакторів. Вони мають достатню теплопровідність і корозійну стійкість, добре деформуються, піддаються контактному і дуговому зварюванню. Сплави ванадію мож­на використовувати не тільки при високих (до 1200 °С), а й при кріоген­них температурах (нижче мінус 196 °С).

3. Сплави ніобіюз Mo, Zr,Та, С використовують як конструкційний матеріал з робочою температурою 1100... 1250 °С у термоядерній, косміч­ній і електровакуумній техніці. В хімічній промисловості з них виготов­ляють змійовики, дистилятори, трубопроводи, клапани та інші деталі апаратів. Сплави задовільно обробляються різальними інструментами, зварюються.

4. Сплави танталу,леговані W, Mo, Nb, Hf, мають винятково високу стійкість у сильних кислотах, розплавах лужних металів, їх поставляють у вигляді листів, тонкостінних труб, дроту, а також заготовок, одержа-

них методом порошкової металургії або електронно-променевою плав­кою. Використовують їх для виготовлення відповідальних деталей ракет­них двигунів на твердому і рідкому паливі, ємкості для гарячих газів і рідин, в хімічному обладнанні, електровакуумній промисловості, електро­ніці. Робоча температура цих сплавів становить 1300... 1650 °С і вище.

5. Сплави молібдену,леговані Zr, W, Ті, Re, В, застосовують для виго­товлення прес-форм, електродів ерозійно-іскрових апаратів, в електрон­ній і електровакуумній промисловості - контурів ядерних реакторів. Деталі з цих сплавів можуть працювати тривалий час при температурі 1200... 1350 °С і короткочасно - до 1600 °С.

6. Сплави вольфрамуз Mo, Re, Hf, Ni використовуються для виготов­лення екранів печей, високотемпературних термопар, електричних конта­ктів, електродів для зварювання металів у газових середовищах реакторів ядерних двигунів, ракет, в інструментальній промисловості. Робоча темпе­ратура сплавів вольфраму досягає 2200 °С, короткочасно - до 2750 °С.

20. Спечені порошкові матеріали

Продукція порошкової металургії дуже різноманітна. До основних її видів належать конструкційні, інструментальні, електротехнічні та інші матеріали.

1. Конструкційні порошкові матеріали -це насамперед антифрикційні та фрикційні матеріали, пористі матеріали для фільтрів.

Антифрикційні матеріали - композиції, які дістають пресуванням та спіканням порошків заліза або бронзи з 2...5 % графіту. Умови пресуван­ня та спікання вибирають такими, щоб пористість матеріалів становила близько 15...ЗО %. Після спікання матеріали просочують мінеральним маслом. Своєрідна структура (графіт і заповнені маслом пори) забезпе­чують цим матеріалам малий коефіцієнт тертя, високу стійкість до спра­цювання і здатність працювати в багатьох випадках без додаткового зма­щування. Застосовують їх для виготовлення підшипників ковзання різного устаткування і приладів.

Фрикційні матеріали, навпаки, мають високий коефіцієнт тертя, тому їх застосовують для виготовлення деталей, гальмових пристроїв, дисків зчеплення тощо. Виготовляють ці матеріали на залізній і мідній основах з добавками свинцю, графіту, азбесту, кремнезему та ін. Матеріали на за­лізній основі призначені для роботи в умовах сухого тертя, а на мідній - в масляному середовищі.

Пористі матеріали застосовують для фільтрування рідин і газів. Спе­чені фільтри прості у виготовленні, відзначаються високою міцністю, ста­більністю фільтрувальних властивостей по всій площі фільтра. Фільтри, виготовлені з корозіє- і жаростійких матеріалів (корозієстійкої сталі, ні­келю, титану, бронзи), дають можливість фільтрувати хімічно активні високотемпературні рідини і гази. Спечені фільтри виготовляють із сфе-

ричних порошків (дробу) діаметром 50.. .800 мкм, що дає змогу мати пори розміром 20...320 мкм.

Композиційні матеріали виготовляють із порошків кольорових мета­лів, які створюють основу (матрицю), і дисперсійно-зміцнювального ком­понента - оксидів металів. Порошинки оксиду розміром 0,1...5 мкм ефек­тивно гальмують рух дислокацій в матриці і таким чином підвищують її міцність.

Найпоширеніші композиційні матеріали на основі алюмінію - САП (спечений алюмінієвий порошок): САП-1, САП-2, САП-3 з вмістом 6... 17 % А1₂О₃, міцністю

σ_В = 300...400 МПа і пластичністю 3...8 %. За міцністю САП переважає дуралюміни і навіть теплостійкі сталі при температурах до 500 °С.

Відомий магнієвий композит, зміцнений оксидами MgO і ВеО, з σ_в = = 280...300 МПа і робочою температурою до 400 °С.

Перспективним матеріалом типу САП є матеріали на основі нікелю з оксидами торію, гафнію, цирконію: ВДУ-1 (Ni + 2 % ThO₂), ВДУ-2 (Ni + + 2 % НfO₂), ВД-3 (Ni + 20 % Cr + 2 % ThO₂) міцністю σ_в = 525...550 МПа, пластичністю σ = 13...23 %, здатні працювати при температурі до 1000 °С.

2. Інструментальні порошкові матеріали- це тверді сплави. Виготовля­ють їх із порошків карбідів WC, ТіС і ТаС з добавлянням порошку кобаль­ту, їхні висока твердість, стійкість до спрацювання, міцність, теплостій­кість, що досягає 900.. .1000 °С, дають змогу виконувати твердосплавними інструментами високопродуктивну обробку різноманітних металевих та неметалевих матеріалів. За своїми різальними властивостями інструменти оснащені твердими сплавами, значно перевершують інструменти навіть із легованих інструментальних сталей і допускають обробку зі швидкіс­тю різання до 800 м/хв.

Тверді сплави поділяють на три групи: вольфрамові ВК, титановольф-рамові - ТК і титанотанталовольфрамові - ТТК. Сплави групи ВК (ВК2, ВКЗ, ВК4 тощо) складаються із зерен карбіду WC, зацементованих Co. Цифра після літери К позначає процентний вміст Co, решта карбід WC. Крупнозернисті тверді сплави з розміром зерен 3... 5 мкм позначають літе­рою В у кінці марки (наприклад, ВК6-В), а з розміром зерен 0,5... 1,5 мкм -літерою М (ВК6-М).

Сплави групи ТК (Т5К10, Т5К12В, Т15К6 та ін.) складаються з карбі­дів WC і ТіС, зцементованих Co. Цифра після літери Т показує процент­ний вміст карбіду ТіС, а після К - вміст Co, решта - карбід WC.

У сплавах групи ТТК (ТТ7К12, ТТ7К15) цифра після літер ТТ показує сумарний вміст карбідів ТіС + ТаС, а після К - вміст Co, решта - карбід WC.

Із збільшенням вмісту кобальту в сплаві міцність і в'язкість його підви­щується, а твердість і стійкість до спрацювання зменшується. Тому спла­ви з більшим вмістом кобальту застосовують для виготовлення інстру­ментів, які працюють у важких умовах, при великих і нерівномірних на­вантаженнях і, навпаки, з малим вмістом кобальту - для обробки з неве­ликим навантаженням, але з великою швидкістю різання.

З метою економії дефіцитних вольфраму і кобальту розроблено сплави на основі ТіС + Ni + Mo (сплав ТН-20) і на основі карбонітріду титану Ti(NC) + Ni + Mo (сплав КНТ16). Цифра в цих марках показує сумарний вміст Ni + Mo.

Серед інструментальних порошкових матеріалів окрему групу станов­лять так звані мінералокерамічні матеріали, їх виготовляють з оксиду алю­мінію (99 %) з добавкою оксиду магнію - ЦМ-332, з оксиду алюмінію (до 80 %) і карбідів тугоплавких металів - ВОК-60, В-3, з нітріду силіцію з іншими добавками - силеніт-Р.

З цих матеріалів, як і з твердих сплавів, виготовляють пластинки пев­них розмірів і форми для оснащення різального інструменту.

Основною перевагою мінералокераміки є висока теплостійкість (до 1200 °С), що дає змогу обробляти різні матеріали із значно більшими швид­костями, ніж інструментами з твердих сплавів. Проте слід враховувати, що мінералокераміка відзначається також великою крихкістю та малим опором згину. Тому її використовують переважно для інструментів чистової обробки різанням без ударів.

Широко застосовують порошкові швидкорізальні сталі - однорідний дрібнозернистий матеріал без карбідної ліквації. Порівняно із звичайними сталями вони мають більшу твердість і теплостійкість. Металорізальний інструмент із цих сталей має в 1,5...2 рази більшу стійкість.

3. Електротехнічні порошкові матеріали- це велика група композицій, призначених для виготовлення розривних контактів з порошків тугоплав­ких металів (W, Мо) з металом високої електропровідності (Cu, Ag), і ковз­них контактів з графіту і порошків міді або бронзи.

З магнітних матеріалів методом порошкової металургії виготовляють магнітодіелектрики, які є композиціями порошків заліза високої чисто­ти, пермалою, альсиферу або інших матеріалів з різними діелектриками, магнітотверді сплави типу алніко і магніко або рідкоземельних металів, а також так звані ферити - матеріали, які дістають із оксиду заліза Fe₂O₃ і оксидів деяких інших металів - NiO, MnO, ZnO тощо.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Назвіть основні групи сплавів легких металів: алюмінієвих, магнієвих, ти­ танових. Наведіть їх склад, маркування, властивості, застосування.

2. Розгляньте сплави на основі міді, їх склад, будову, маркування, власти­вості, застосування.

3. Назвіть групи сплавів на основі нікелю, їх склад, властивості, призначення.

4. Назвіть сплави на основі тугоплавких металів, їх склад, властивості, засто­ сування.

5. Бабіти, їх склад, будова, властивості, застосування.

6. Які основні групи спечених порошкових матеріалів, їх склад, застосування?

Розділ ІІІТЕХНОЛОГІЯ ЛИВАРНОГО

ВИРОБНИЦТВА