Медь и сплавы на ее основе. Баббиты

Цель работы: изучение структур, свойств, маркировки и применения цветных сплавов.

Теоретическая часть

Общие сведения

Цветные металлы и сплавы широко применяются в автомобильном, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении.

Цветные металлы и их сплавы применяют в виде катанных, прессованных и тянутых полуфабрикатов: листы, плиты, полосы, ленты, трубы, прутки, профили, проволока.

Медь

Состав и назначение технической меди регламентируется ГОСТ 859-78,включающим 5 марок меди чистотой от 99 до 99,5 %.

Медь – металл красного цвета, имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба, температуру плавления – 1083 ^оС, удельный вес – 8,9 г/куб.см.

Микроструктура прокатанной и отожженной меди представляет собой неправильно ограненные кристаллы с наличием двойников.

Кристаллы имеют розовую окраску, но вследствие анизотропии и разной кристаллографической ориентации кристаллов одни из них кажутся темнее, чем другие (рис. 14.1).

а)	б)

Рис. 14.1. Микроструктура меди (´ 100)

а) до травления; б) после травления

Наиболее ценными техническими свойствами меди, которые обуславливают ее широкое применение, являются:

1. Высокая электропроводность (второе место после серебра).Это свойство делает ее важнейшим материалом в электротехнике.

2. Высокая теплопроводность. Вследствие этого медь служит ценным материалом для изготовления корпусов холодильно- и теплообменных аппаратов.

3. Высокая коррозийная стойкость. Техническая медь устойчива против атмосферной коррозии и коррозии в пресной воде.

В связи с этим медные трубы применяются для трубопроводов забортной воды, топливных и масляных систем.

Медь хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии. При холодной деформации, а также после обработки резанием медь сильно наклепывается, что приводит к резкому увеличению предела текучести, к снижению пластических свойств. Для снятия наклепа и увеличения предела текучести (перед дальнейшей обработкой: протяжкой, калибровкой, развальцовкой) рекомендуется полный отжиг при температурах 500 – 700 ^оС с последующим охлаждением в воде или на воздухе.

Медь марок М0, М1, М2, М3, М4 сваривается удовлетворительно всеми известными в настоящее время способами сварки и хорошо паяется мягкими и твердыми припоями.

Основные вредные примеси меди – кислород, висмут, свинец.

Латуни

Латунями называются сплавы меди с цинком. В промышленности применяются латуни, содержащие до 44 % цинка. Сплавы с большим содержанием цинка, ввиду их малой пластичности, не применяются.

Многие ценные свойства латуней зависят от их структуры.

Как видно из диаграммы Сu – Zn (рис. 14.2), сплавы, содержащие до 39 % Zn ,состоят из однородного твердого раствора цинка в меди – a-фазы. Эти сплавы называют a-латунями. Сплавы, содержащие от 39 до 44 % цинка, соответственно диаграмме, имеют двухфазную структуру, называют двухфазными или a+b - латунями.

Микроструктура a-латуни (рис. 14.3, а) представляет собой однородные кристаллы в форме многогранников. Кристаллы имеют желтую окраску, но вследствие анизотропии одни кристаллы кажутся светлыми, другие – темными.

	а)
б)
Рис. 14.2. Диаграмма состояния Cu–Zn	Рис. 14.3. Микроструктура латуней (´ 100): а) однофазная a-латунь; б) двухфазная a+b-латунь

Микроструктура двухфазной a+b-латуни состоит из светлых зерен a-твердого раствора и расположенных по границам этих зерен темных образований b-фазы (рис. 14.3, б). a-фаза обладает хорошими пластическими свойствами, b-фаза менее пластична. Поэтому a-латуни обладают лучшей пластичностью, но меньшей прочностью, чем a+b-латуни. На рис. 14.4 приведен график зависимости механических свойств латуни с повышением содержания в них цинка.

Рис. 14.4. Механические свойства латуней в зависимости от содержания цинка

Как видно из графика, при возрастании содержания цинка до 39 % (область a-фазы) увеличиваются и пластичность, и прочность латуней; при содержании цинка более 39 % (область a+b) прочность продолжает увеличиваться, а пластичность резко падает, что объясняется появлением и ростом количества твердой и хрупкой b-фазы.

Латуни применяют, главным образом, как деформируемые сплавы (листы, ленты, трубки, прутки) и в меньшей степени в качестве литейных сплавов для изготовления фасонных отливок.

Бронзы

Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием и другими элементами называются бронзами. В зависимости от добавляемого элемента они называются соответственно: с цинком – оловянные бронзы; с алюминием – алюминивые; с бериллием – бериллиевые и сложные бронзы: с цинком и свинцом – оловянно-свинцовые, с алюминием и марганцем – алюминиево-марганцовистые и т.д.

Основные свойства, характерные для всех видов бронз: хорошие литейные и антикоррозийные свойства, хорошая обрабатываемость резанием. Наибольшее практическое применение в промышленности получили оловянные бронзы, содержащие до 12 – 14 % олова.

Согласно диаграмме состояния Cu–Sn (рис. 14.5), структура этих сплавов представляет собой однородный твердый раствор олова в меди – a-фазу, имеющую гранецентрированную кубическую решетку. При содержании Sn > 14 %, согласно диаграмме, появляется d-раствор на базе соединения Cu₃Sn.

Появление в структуре бронз d-фазы приводит к резкому ухудшению механических свойств бронзы (рис. 14.6), вследствие чего они не находят практического применения.

Рис. 14.6. Механические свойства оловянистых бронз в зависимости от содержания олова
Рис. 14.5. Диаграмма состояния Cu–Sn

Характерная микроструктура оловянной бронзы приведена на рис. 14.7.

Рис. 14.7. Микроструктура литой

оловянной бронзы (´ 100)

Бериллиевая бронза отличается от остальных высокой твердостью и упругостью. Бериллиевая бронза Бр.Б2 (с 2 % Ве), обладая высокой прочностью и упругостью при одновременно высокой химической стойкости, хорошей свариваемости, обрабатываемости резанием, широко применяется для ответственных пружин, мембран, пружинящих контактов.

Алюминиевые бронзы, содержание 5 – 10 % Al, обладают ценными механическими и технологическими свойствами: высокой прочностью и жидкотекучестью, дают концентрированную усадочную раковину. Алюминиевые бронзы применяют для изготовления ответственных деталей: втулок, направляющих седел, фланцев, винтов высшего класса.