Величины
Цветные металлы и сплавы: классификация, ассортимент и свойства. Цветные металлы и их сплавы

Цветные металлы и сплавы: классификация, ассортимент и свойства. Цветные металлы и их сплавы

Многие цветные металлы (Cu, Al, Mg, Pb, Sn, Zn, Ti) и их сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, прочностью, низкой плотностью, коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминий, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Алюминий и его сплавы

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью, высокой электропроводностью, температура плавления 660°С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Cu, Сr, Mg, Si, Zn, Mn, Ni).

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

алюминий особой чистоты марки А999 (0,001 % примесей);

алюминий высокой чистоты – А935, А99, А97, А95 (0,005…0,5 % примесей);

технический алюминий – А35, А3, А7, А5, А0 (0,15…0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

Сплавы на основе алюминия классифицируются по следующим признакам:

по технологии изготовления;

по степени упрочнения после термической обработки;

по эксплуатационным свойствам.

Деформируемые сплавы . К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

алюминия с марганцем марки АМц;

алюминия с магнием марок АМг; АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы:

нормальной прочности;

высокопрочные сплавы;

жаропрочные сплавы;

сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дуралюмины), которые маркируются буквой Д. Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются старению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дуралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий+Цинк+Магний+Медь. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, сплавы закаливают с последующим старением. Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят дюралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК4-1, Д20) имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные процессы.

Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300°С.

Сплавы для ковки и штамповки (АК2, АК4, АК6, АК8) относятся к системе Алюминий+Медь+Магний с добавками кремния. Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК6) и высоконагруженных штампованных деталей – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.

Медь и ее сплавы

Главными достоинствами меди как машиностроительного материала являются высокие тепло- и электропроводность, пластичность, коррозионная стойкость в сочетании с достаточно высокими механическими свойствами. К недостаткам меди относят низкие литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием.

Легирование меди осуществляется с целью придания сплаву требуемых механических, технологических, антифрикционных и других свойств. Химические элементы, используемые при легировании, обозначают в марках медных сплавов следующими индексами:

Медные сплавы классифицируют по следующим признакам:

по химическому составу на:

медноникелевые сплавы;

по технологическому назначению на:

деформируемые;

литейные;

по изменению прочности после термической обработки на:

упрочняемые;

неупрочняемые.

Латуни – сплавы меди, а которых главным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания легирующих компонентов различают:

простые (двойные) латуни;

многокомпонентные (легированные) латуни.

Простые латуни маркируют буквой «Л» и цифрами, показывающими среднее содержание меди в сплаве. Например, сплав Л90 – латунь, содержащая 90 % меди, остальное – цинк.

В марках легированных латуней группы букв и цифр, стоящих после них, обозначают легирующие элементы и их содержание в процентах. Например, сплав ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 – латунь алюминиевоникелькремнистомарганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 % никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное – цинк.

В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.

Бронзы – это сплавы меди с оловом и другими элементами (алюминий, марганец, кремний, свинец, бериллий). В зависимости от содержания основных компонентов, бронзы делятся на:

оловянные, главным легирующим элементом которых является олово;

безоловянные (специальные), не содержащие олова.

Бронзы маркируют буквами «Бр» и буквенные индексы элементов, входящих в состав. Затем следуют цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, сплав марки БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5 %, остальное – медь (85 %).

В зависимости от технологии переработки оловянные и специальные бронзы подразделяют на:

деформируемые;

литейные;

специальные.

Деформируемые оловянные бронзы содержат до 8 % олова. Эти бронзы используют для изготовления пружин, мембран и других деформируемых деталей. Литейные бронзы содержат свыше 6 % олова, обладают высокими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью; их используют для изготовления ответственных узлов трения (вкладыши подшипников скольжения).

Специальные бронзы включают в свой состав алюминий, никель, кремний, железо, бериллий, хром, свинец и другие элементы. В большинстве случаев название бронзы определяется основным легирующим компонентом.

Титан и его сплавы

Титановые сплавы классифицируют по:

технологическому назначению на литейные и деформируемые;

механическим свойствам – низкой (до 700 МПа), средней (700…1000 МПа) и высокой (более 1000 МПа) прочности;

эксплуатационным характеристикам – жаропрочные, химически стойкие и др.;

отношению к термической обработке – упрочняемые и неупрочняемые;

структуре (α-, α+β- и β-сплавы).

Деформируемые титановые сплавы по механической прочности выпускаются под марками:

низкой прочности – ВТ1;

средней прочности – ВТ3, ВТ4, ВТ5;

высокой прочности ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после закалки и старения).

Для литья применяются сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы.

Магний и его сплавы

Главным достоинством магния как машиностроительного материала являются низкая плотность, технологичность. Однако его коррозионная стойкость во влажных средах, кислотах, растворах солей крайне низка. Чистый магний практически не используют в качестве конструкционного материала из-за его недостаточной коррозионной стойкости. Он применяется в качестве легирующей добавки к сталям и чугунам и в ракетной технике при создании твердых топлив.

Эксплуатационные свойства магния улучшают легированием марганцем, алюминием, цинком и другими элементами. Легирование способствует повышению коррозионной стойкости (Zr, Mn), прочности (Al, Zn, Mn, Zr), жаропрочности (Th) магниевых сплавов, снижению окисляемости их при плавке, литье и термообработке.

Сплавы на основе магния классифицируют по:

механическим свойствам – невысокой, средней прочности; высокопрочные, жаропрочные;

технологии переработки – литейные и деформируемые;

отношению к термической обработке – упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обозначающей соответственно сплав (М), и буквы, указывающей способ технологии переработки (А – для деформируемых, Л – для литейных), а также цифры, обозначающей порядковый номер сплава.

Деформируемые магниевые сплавы MA1, MA2, МА3, MA8 применяют для изготовления полуфабрикатов – прутков, труб, полос и листов, а также для штамповок и поковок.

Литейные магниевые сплавы МЛ1, МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6 нашли широкое применение для производства фасонных отливок. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной и автомобильной промышленности: картеры, корпуса приборов, колесные диски, фермы шасси самолетов.

Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Баббиты и припои

Для изготовления деталей, эксплуатируемых в условиях трения скольжения, используют сплавы, характеризующиеся низким коэффициентом трения, прирабатываемостью, износостойкостью, малой склонностью к заеданию.

К группе антифрикционных материалов относят сплавы на основе олова, свинца и цинка.

Баббиты – антифрикционные материалы на основе олова и свинца.

В состав баббитов вводятся легирующие элементы, придающие им специфические свойства: медь увеличивает твердость и ударную вязкость; никель – вязкость, твердость, износостойкость; кадмий – прочность и коррозионную стойкость; сурьма – прочность сплава.

Баббиты применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках.

По химическому составу баббиты классифицируют на группы:

оловянные (Б83, Б88),

оловянно-свинцовые (БС6, Б16);

свинцовые (БК2, БКА).

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты.

Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикционные свойства, чем оловянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свинцовые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях.

В конструктивных элементах подвижного состава железных дорог используют подшипники скольжения из кальциевых баббитов.

В марках баббитов цифра показывает содержание олова. Например, баббит БС6 содержит по 6 % олова и сурьмы, остальное – свинец.

Антифрикционные цинковые ставы (ЦВМ10-5, ЦАМ9-1,5 ) используют для изготовления малонагруженных подшипников скольжения. Такие подшипники успешно заменяют бронзовые при температурах эксплуатации, не превышающих 120 °С.

Никитина Людмила

Данная работа поможет учащимся различать свойства и области применения цветных металлов и из сплавов

Скачать:

Предварительный просмотр:

ГБОУ СО СПО “ЭП”

Творческая работа по предмету

“Материаловедение”

на тему:

Выполнила: учащаяся группы № 38 Никитина Л.Ю.

г. Энгельс

2012 г.

Цветные металлы и их сплавы

Цветные металлы и их сплавы широко применяются в технике. К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий, медь, магний, никель, титан и (в меньшей степени) мягкие металлы - олово, свинец и цинк. В сплавах часто используются такие металлы, как сурьма, висмут, кадмий, ртуть, кобальт, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Последние четыре металла условно относят к ферросплавам, хотя они могут содержать железо лишь в виде примеси.
Алюминий . Чистый алюминий широко применяется там, где важное значение имеет высокая электропроводность, например в проводах для линий электропередачи (ЛЭП). Алюминиевые сплавы пригодны также для опор ЛЭП, поскольку конструкции, выполненные из таких сплавов, стойки к атмосферной коррозии.
Алюминиевые сплавы можно разделить на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Сплавы, упрочнение которых термической обработкой не удается, обычно содержат кремний, магний и марганец. Сплавы же, упрочняемые термической обработкой, содержат медь, цинк и определенные сочетания магния с кремнием. Предел текучести сплавов, не упрочняемых термообработкой, составляет 50-280 МПа, а их прочность на растяжение лежит в пределах от 100 до 350 МПа. Предел текучести термообрабатываемых сплавов может превышать 500 МПа, а прочность на растяжение - 550 МПа. Термообрабатываемые сплавы (из которых наиболее известны дуралюмины и авиаль) чаще всего применяются в аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность при малой массе. Но алюминиевые сплавы широко применяются и практически во всех транспортных средствах - легковых автомобилях, автобусах, железнодорожных вагонах и даже морских и речных судах.
Медь . Поскольку медь довольно легко восстанавливается из руды, она явилась одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек. Это произошло, по-видимому, раньше 4000 до н.э. У меди высокая электропроводность, и она была первым материалом, примененным для передачи электричества. Она до сих пор широко применяется в бытовой электропроводке и электрооборудовании. Предел текучести чистой меди составляет около 170 МПа, а прочность на растяжение - около 280 МПа; относительное удлинение обычно превышает 35%. Холодная прокатка и волочение повышают указанные характеристики меди. Жесткость меди примерно вдвое меньше, чем стали.
Медь чаще всего применяется в виде сплавов, в первую очередь с цинком и оловом. В сплавах с цинком, называемых латунями, содержание цинка составляет от 2 до 40%. Прочность латуней, как правило, повышается с увеличением содержания цинка. Весьма распространена т.н. патронная латунь с 30% цинка. Ее предел текучести составляет ок. 280 МПа, а прочность на растяжение - ок. 530 МПа. Сплавы меди с оловом, называемые бронзами, были одними из первых медных сплавов, использовавшихся человеком. Содержание олова в бронзах - от 2 до 30%. Используются также тройные сплавы меди с оловом и цинком. Другие широко применяемые сплавы меди - с никелем или с никелем и цинком. Такие сплавы типа нейзильбера отличаются высокой коррозионной стойкостью, а также прочностью.
Высокопрочные медные сплавы содержат алюминий, кремний или бериллий. Путем термической обработки их предел текучести можно повысить до 1000 МПа и более, а прочность на растяжение - до 1300 МПа. Эти сплавы применяются там, где требуются коррозионно-стойкие, немагнитные, неискрящие материалы с высокими электропроводностью и прочностью. Многие медные сплавы, особенно с оловом и никелем, предпочитаются инженерами за их коррозионную стойкость в таком оборудовании, как теплообменники, перегонные аппараты, испарители, конденсаторы и трубопроводы. В бытовых системах для горячей воды часто используются медные трубки.
Магний. Как и алюминий, магний широко применяется в промышленности благодаря своей низкой относительной плотности (около 1,7, меньше, чем у алюминия). Он часто применяется в виде отливок, и в этом случае его предел текучести составляет от 85 до 140 МПа, а прочность на растяжение - от 140 до 280 МПа. У магниевого проката (прутка, профилей, листа) предел текучести и прочность на растяжение несколько выше. Магниевые сплавы менее пластичны, чем алюминиевые и медные (относительное удлинение составляет 4-15%). Наиболее важная область их применения - аэрокосмическая промышленность, где большие преимущества дает их легкость. Аэрокосмические магниевые материалы - это по большей части термообрабатываемые специальные сплавы. В сплавах с магнием чаще всего используются алюминий, марганец и цинк (обычно в малых количествах, хотя содержание алюминия может достигать 10%). После термообработки предел текучести таких сплавов может составлять до 310, а прочность на растяжение - до 390 МПа.
Титан. Титановые сплавы начали применяться в качестве конструкционных материалов лишь после Второй мировой войны. Производство титана затрудняется тем, что он очень активно взаимодействует с кислородом, водородом и азотом, а также (при высоких температурах) почти со всеми материалами плавильных тиглей. Тем не менее в настоящее время выпускается и применяется целый ряд титановых сплавов. Благодаря своей легкости (плотность ок. 4,5 г/см3) и высокой прочности, превышающей прочность алюминиевых и магниевых сплавов, титановые сплавы находят применение в ответственных деталях аэрокосмической техники. Но титан довольно дорог, что ограничивает его применение. Технический титан имеет предел текучести более 400 МПа, прочность на растяжение от 500 до 630 МПа, относительное удлинение ок. 20%. Почти весь производимый титан используется в виде сплавов, улучшаемых термической обработкой. Обычные легирующие элементы титана - алюминий, ванадий, молибден и олово. Самый распространенный титановый сплав - с 6% алюминия и 4% ванадия - применяется в аэрокосмической промышленности. Его предел текучести составляет ок. 900 МПа, а прочность на растяжение - более 1000 МПа. Прочность этого сплава можно повысить путем сложной термообоработки. Будучи стойкими к некоторым кислотам, титановые сплавы применяются в соответствующей аппаратуре. Кроме того, такие сплавы находят применение как материалы трубных коммуникаций и арматуры, деталей корпуса и обшивки высокоскоростных военных самолетов.
Никель . Никель редко применяется в чистом виде, но его сплав с хромом и молибденом широко используется для высокотемпературных деталей и элементов конструкций. Такой сплав характеризуется высоким сопротивлением ползучести и высокой коррозионной стойкостью в диапазоне температуры от 800 до 1100. C. Типичное применение хромомолибденовых сплавов никеля - лопатки турбин и другие высокотемпературные компоненты. Никель применяется также в некоторых медно-никелевых сплавах для повышения коррозионной стойкости меди.
Другие металлы. Олово, цинк и свинец используются главным образом для повышения коррозионной стойкости сплавов, причем олово и цинк - чаще всего в виде антикоррозионных покрытий для стальных изделий. Принцип такой "протекторной" защиты в том, чтобы корродировало покрытие, а не сталь. Цинковые "гальванические" покрытия наносят электролитическим осаждением. Свинец без дополнительных компонентов используется в качестве коррозионно-стойкого материала в виде труб и листов. Свинец применяется вместе с оловом в виде припоев, особенно в электронной промышленности. Содержание свинца в таких припоях может составлять от 50 до близкого к 100%. Цинк используется в легкоплавких сплавах для литья под давлением в некоторых отраслях промышленности, особенно в автомобильной. Прочность этих сплавов невысока, зато они пригодны для литья в сложные формы.

Цветные металлы подразделяются на благородные, тяжелые, легкие и редкие.
К благородным металлам относят металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий, серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Их используют в виде сплавов в электротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и т.д.
К тяжелым относят металлы с большой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т.д. Тяжелые металлы применяют главным образом как легирующие элементы, а такие металлы, как медь, свинец, цинк, отчасти кобальт, используются и в чистом виде.
К легким металлам относятся металлы с плотностью менее 5 грамм на кубический сантиметр: литий, калий, натрий, алюминий и т.д. Их применяют в качестве раскислителей металлов и сплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т.д.
К редким металлам относят металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д.
К группе широко применяемых цветных металлов относятся Алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.
Цветные металлы обладают целым рядом весьма ценных свойств, например, высокой теплопроводностью (алюминий, медь), очень малой плотностью (алюминий, магний), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий).
По технологии изготовления заготовок и изделий цветные сплавы делятся на деформируемые и литые (иногда спеченые).

Обозначение легирующих элементов

Обозначение легирующих элементов одинаковое во всех цветных сплавах:

МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

Медь относится к металлам, известным с глубокой древности. Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью (100% чистая медь- эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), но литейные свойства низкие. На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность и электропроводность.
Медь широко применяют для проводников электрического тока, различных теплообменников.
Медь маркируют буквой М, после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00- 99,99% меди, М4-99% меди.

В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.

Латуни

Латуни- сплавы меди с цинком, содержащие небольшое количество других компонентов. Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.
В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.
Простые латуни содержат только Cu и Zn. Маркируются буквой Л, следующая за ней цифра показывает содержание меди в процентах, остальное - цинк. Например: Л62- 62%-медь. При содержании Zn менее 20% латунь называют томпаком. Л96.
Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов(Л.Э.), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.

Al, Mn, Ni- повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью. Олово повышает коррозионную стойкость латуней в морской воде.

Маркировка :

Деформируемые латуни:
за буквой Л ставят буквы, принятые для условного обозначения легирующих элементов. После первой цифры, показывающей среднее содержание меди в %, следуют цифры, указывающие содержание в % дегирующих элементов, остальное- цинк (ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2)
Литейные:
Количество цинка и каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой (ЛЦ40Мц3А- 40%-Zn, 3%- Mn, 1%-Al, 56%-Cu (ост.)

Бронзы

Бронзой называется всякий медный сплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционность (от анти- и лат. frictio- трение).
По химическому составу делятся на оловянные и безоловянные (специальные) .

Маркировка:

Деформируемые:
буквы Бр с указанием Л.Э., цифры за буквами показывают их количество в процентах. Медь- по разности (например: БрОЦС4-3-2 содержит Sn-4%, Zn-3%, Pb-2%, Cu- ост.).
Литейные
Среднее содержание компонентов в % ставится сразу после буквы (например: БрА10Ж3Мц2).

Оловянные бронзы обладают высокими мех., литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова.

Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим мех., антикоррозионным и технологическим свойствам:

Алюминиевые бронзы- 5-11% алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства чем у оловянных, но литейные свойства - ниже. Для повышения механических и антикоррозионных свойств вводят железо, марганец, никель(например -БрАЖ9-4). Из этих бронз изготавляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.
Берилливые бронзы содержат 1,8-2,3 % бериллия отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и упругостью (например -БрБ2, БрБМН1,7). Их применяют для пружин в приборах, которые работают в агрессивной среде.
Кремнистые бронзы-3-4% кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствам приближаются к сталям.
Свинцовистые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.

Алюминий и его сплавы

Алюминий занимает 3 место по распространению в земной коре после кислорода и кремния. Устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки. Плотность - 2,7 г/см 3 . Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.
Маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999- содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты-А99, А95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий - А85, А8, А7 и др.
Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и хим. промышленности. В качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности- 50 МПа.

Деформируемые алюминиевые сплавы

В зависимости от возможности термического упрочнения деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
К сплавам, неупрочняемым т/о относятся сплавы Al c Mn (АМц1), и сплавы Al c Mg (AМг 2, АМг3). Цифра- условный номер марки.
Эти сплавы хорошо свариваются, обладают высокими пластическими свойствами и коррозионной стойкостью, но невысокой прочностью, Упрочняются эти сплавы нагартовкой. Сплавы данной группы нашли применение в качестве листового материала, используемого для изготовления сложной по форме изделий, получаемой холодной и горячей штамповкой и прокаткой. Изделия, получаемые глубокой вытяжкой, заклепки, рамы и т.д.
Сплавы, упрочняемые т/о , широко применяются в машиностроении, особенно в самолетостроении, т.к. обладают малым удельным весом при достаточно высоких механических свойствах. К ним относятся:
Дуралюмины- основные легирующие компоненты- медь и магний:
Д1- лопасти воздушных винтов, Д16-обшивки, шпангоуты, лонжероны самолетов, Д17- основной заклепочный сплав.
Высокопрочные сплавы- В95,В96- наряду с медью и магнием содержат еще значительное количество цинка. Применяют для высоконагруженных конструкций.
Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости - АВ, АД31, АД33. Лопасти вертолетов, штампованные и кованные детали сложной конфигурации.

Литейные алюминиевые сплавы

Наиболее широко распространены сплавы системы Al-Si- силумины.
Силумин имеет сочетание высоких литейных и механических свойств, малый удельный вес. Типичный силумин сплав АЛ2(АК12) содержит 10-13% Si, обладает высокой жидкотекучестью, малой усадкой, устойчив против коррозии. Подвергается закалке и старению (АК7 (АЛ9), АК9 (АЛ4).

Цинк и его сплавы

Цинк – металл с небольшой температурой плавления (419 град.С) и высокой плотностью (7,1 г/см 3 ). Прочность цинка низка (150 МПа) при высокой пластичности.

Цинк применяют для горячего и гальванического оцинкования стальных листов, в полиграфической промышленности, для изготовления гальваниче¬ских элементов. Его используют как добавку в сплавы, в первую очередь в сплавы меди (латуни и т.д.), и как основу для цинковых сплавов, а также как типографский металл.
В зависимости от чистоты цинк делится на марки ЦВОО (99,997 % Zn), ЦВО (99,995 % Zn), ЦВ (99,99 % Zn), ЦОА (99,98 % Zn), Ц0 (99,975 % Zn), Ц1 (99,95 % Zn), Ц2 (98,7 % Zn), ЦЗ (97,5 % Zn).

Цинковые сплавы широко применяются в машиностроении и разделяются на сплавы для литья под давлением, в кокиль, для центробежного литья и на антифрикционные сплавы.
Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий, медь и магний.
Отливки из цинковых сплавов легко полируются и воспринимают гальванические покрытия.

Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

ЦА4 содержит 3.9-4.3%Al, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление 250-300 МПа, пластичность 3-6%, твердость 70-90HB). Применяется при литье под давлением деталей, к которым предъявляются требования стабильности размеров и механических свойств.
ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4%Al, 4,0-5,5% Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 0,4%, твердость -не менее 100HB. Из сплава изготавливают подшипники и втулки металлообрабатывающих станаков, прессов, работающих под давлением до200-10000 Па.
ЦАМ9-1.5 содержит 9,0-11,0%Al, 1,0-2,0%Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 1 %, твердость не менее 90HB. Сплав применяют для изготовления разных узлов трения и подшипников подвижного состава.

Магний и его сплавы

Магний – металл серебристо-белого цвета. Отличается низкой плотностью (1,74 г/см 3 ), хорошей обрабатываемостью резанием, способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.
В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90% Mg), магний высокой чистоты (99,9999% Mg).
Магний химически активный металл, легко окисляется на воздухе, а при температурах выше 623°С воспламеняется. Чистый магний из-за низких механических свойств (временное сопротивление 100 – 190 МПа, относительное удлиннение 6 – 17%, твердость 30 – 40НВ) как конструкционный материал практически не применяют. Его используют в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений, в металлургии различных металлов и сплавов как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

Сплавы на основе магния

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности магниевых сплавов достигает 250 – 400 МПа при плотности менее 2 грамм на кубический сантиметр. Сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прокатываются и прессуются. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), хорошо шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде защитных газов.
К недостаткам магниевых сплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении.

По механическим свойствам магниевые сплавы подразделяют на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные , по склонности к упрочнению с помощью термической обработки - на упрочняемые и неупрочняемые .

Деформируемые магниевые сплавы . В сплавах МА1 и МА8 основным легирующим элементом является марганец. Термической обработкой эти сплавы не упрочняются, обладают хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. Сплавы МА2-1 и МА5 относятся к системе Mg-Al-Zn-Mn. Алюминий и цинк повышают прочность сплавов, придают хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготовлять из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолета). Сплавы системы Mg-Zn, дополнительно легированные цирконием (МА14), кадмием, редкоземельными металлами (МА15, МА19 и др.) относят к высокопрочным магниевым сплавам. Их применяют для несвариваемых сильно нагруженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, автомобилей, ткацких станков и др.).

Литейные магниевые сплавы . Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn (МЛ5, МЛ6). Они широко применяются в самолетостроении (корпуса приборов, насосов, коробок передач, фонари и двери кабин и т.д.), ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы), конструкциях автомобилей, особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), в приборостроении (корпуса и детали приборов). Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов магниевые сплавы используют в атомной технике, а благодаря высокой демпфирующей способности – при производстве кожухов для электронной аппаратуры.
Более высокими технологическими и механическими свойствами обладают сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10). Данные сплавы применяют для нагруженных деталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).
Магниевые сплавы подвергаются следующим видам термической обработки: Т1 – старение, Т2 – отжиг, Т4 – гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 – гомогенизация, закалка на воздухе и старение, Т61 – гомогенизация, закалка в воду и старение.

Министерство образования российской федерации

Новосибирский технологический институт

Московского государственного университета дизайна и технологии

Факультет заочного обучения и экстерната

Кафедра: «Машины и аппараты легкой промышленности»

Дисциплина: Технология конструкционных материалов

Тема: Цветные металлы и их сплавы

Обозначение: ЗО8073

Новосибирск – 2010

Введение

1. Медь и ее сплавы

1.1 Сплавы меди

1.1.1 Латуни

1.1.2 Бронзы

2. Алюминий и его сплавы

3. Цинк и его сплавы

4. Магний и его сплавы

4.1 Сплавы на основе магния

Заключение

Список использованных источников

Введение

Цветная металлургия – отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на благородные, тяжелые, легкие и редкие.

К благородным металлам относят металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий, серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Их используют в виде сплавов в электротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и т.д.

К тяжелым относят металлы с большой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т.д. Тяжелые металлы применяют главным образом как легирующие элементы, а такие металлы, как медь, свинец, цинк, отчасти кобальт, используются и в чистом виде.

К легким металлам относятся металлы с плотностью менее 5 грамм на кубический сантиметр: литий, калий, натрий, алюминий и т.д. Их применяют в качестве раскислителей металлов и сплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т.д.

К редким металлам относят металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д.

К группе широко применяемых цветных металлов относятся алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.

Цветные металлы обладают целым рядом весьма ценных свойств. Например, высокой теплопроводностью (алюминий, медь), очень малой плотностью (алюминий, магний), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий).

По технологии изготовления заготовок и изделий цветные сплавы делятся на деформируемые и литые (иногда спеченые).

На основании этого деления различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

1. М едь и ее сплавы

Медь – металл красного, в изломе розового цвета. Медь относится к металлам, известным с глубокой древности.

Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Позволяет использовать ее в качестве кровельного материала ответственных зданий.

Температура плавления меди 1083°С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8,94 г/см 3 . Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохо резанием.

Литейные свойства низкие из-за большой усадки.

На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность.

Стоимость чистой меди постоянно повышается, а мировые запасы медной руды, по различным оценкам, истощатся в ближайшие 10-30 лет.

Медь маркируют буквой М, после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00 – 99,99% меди, М4 – 99% меди.

В таблице 1 содержится информация по маркам меди в зависимости от чистоты согласно ГОСТ 859-78.

Таблица 1

Марка меди в зависимости от чистоты

Марка	МВЧк	M00	М0	Ml	М2	МЗ
Содержание	99,993	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5

После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к –катодная, б – бескислородная, р – раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

М00к – технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.

МЗ – технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5% меди.

1.1 Сплавы меди

В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.

1.1.1 Латуни

Латуни – сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием – сплавами, обрабатываемыми давлением.

Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.

Латуни, применяются в основном для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой, т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуни изготавливаются гильзы различных боеприпасов.

В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.

Простые латуни содержат только Cu и Zn.

Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов (Л.Э.), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.

Al, Mn, Ni повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью.

1.1.2 Бронзы

Бронзы – это сплавы меди с оловом (4-33% Sn), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой, фосфором и другими элементами.

Бронзы – это всякий медный сплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционность (от анти- и лат. frictio- трение). Бронзы отличаются высокой коррозионной устойчивостью и антифрикционными свойствами. Из них изготавливают вкладыши подшипников скольжения, венцы червячных зубчатых колес и другие детали.

Высокие литейные свойства некоторых бронз позволяют использовать их для изготовления художественных изделий, памятников, колоколов.

По химическому составу делятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).

Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова.

Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим механическим, антикоррозионным и технологическим свойствам:

Алюминиевые бронзы – 5-11% алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства, чем у оловянных бронз, но литейные свойства – ниже. Для повышения механических и антикоррозионных свойств вводят железо, марганец, никель (например, БрАЖ9-4). Из этих бронз изготовляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.

Бериллиевые бронзы содержат 1,8-2,3% бериллия отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и упругостью (например, БрБ2, БрБМН1,7). Их применяют для пружин в приборах, которые работают в агрессивной среде.

Кремнистые бронзы – 3-4% кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствам приближаются к сталям.

Свинцовистые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элемента в процентах.

– БрА9Мц2Л – бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu («Л» указывает, что сплав литейный);

– ЛЦ40Мц3Ж – латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu;

– Бр0Ф8,0-0,3 – бронза содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;

– ЛАМш77-2-0,05 – латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди).

В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:

– Л96 – латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак);

– Лб3 – латунь содержащая 63% Cu и 37% Zn.

Высокая стоимость меди и сплавов на ее основе привела в 20 веке к поиску материалов для их замены. В настоящее время их успешно заменяют пластиками, композиционными материалами.

2. Алюминий и его сплавы

Алюминий – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 650°С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку. Алюминий обладает электрической проводимостью, составляющей 65% электрической проводимости меди. Алюминий занимает 3 место по распространению в земной коре после кислорода и кремния. Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки. Наиболее важной особенностью алюминия является низкая плотность – 2,7г/см 3 против 7,8г/см 3 для железа и 8,94г/см 3 для меди. Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.

Маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999 – содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты – А99, А95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий – А85, А8, А7 и др.

Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и химической промышленности. Алюминий не стоек в кислой и щелочной среде, поэтому алюминиевая посуда не используется для маринадов, солений, кисломолочных продуктов. Применяется в качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости. В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности – 50 МПа.

2.1 Деформируемые алюминиевые сплавы

В зависимости от возможности термического упрочнения деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К сплавам, неупрочняемым т/о относятся сплавы Al c Mn (АМц1), и сплавы Al c Mg (AМг 2, АМг3). Цифра – условный номер марки.

Эти сплавы хорошо свариваются, обладают высокими пластическими свойствами и коррозионной стойкостью, но невысокой прочностью, Упрочняются эти сплавы нагартовкой. Сплавы данной группы нашли применение в качестве листового материала, используемого для изготовления сложных по форме изделий, получаемых холодной и горячей штамповкой и прокаткой. Изделия, получаемые глубокой вытяжкой, заклепки, рамы и т.д.

Сплавы, упрочняемые т/о, широко применяются в машиностроении, особенно в самолетостроении, т.к. обладают малым удельным весом при достаточно высоких механических свойствах. К ним относятся:

Дуралюмины – основные легирующие компоненты - медь и магний:

Д1 – лопасти воздушных винтов, Д16 – обшивки, шпангоуты, лонжероны самолетов, Д17 – основной заклепочный сплав.

Высокопрочные сплавы – В95, В96 наряду с медью и магнием содержат еще значительное количество цинка. Применяют для высоконагруженных конструкций.

Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости – АВ, АД31, АД33. Лопасти вертолетов, штампованные и кованые детали сложной конфигурации.

2.2 Литейные алюминиевые сплавы

Наиболее широко распространены сплавы системы Al-Si- силумины.

Силумин имеет сочетание высоких литейных и механических свойств, малый удельный вес. Типичный силумин сплав АЛ2 (АК12) содержит 10-13% Si, Подвергается закалке и старению (АК7 (АЛ9), АК9 (АЛ4).

3. Цинк и его сплавы

Цинк – вязкий металл голубовато-серого цвета. Металл с небольшой температурой плавления (419 градусов С) и высокой плотностью (7,1 г/см 3). Прочность цинка низкая (150 МПа) при высокой пластичности.

Цинк применяют для горячего и гальванического оцинкования стальных листов, в полиграфической промышленности, для изготовления гальванических элементов. Его используют как добавку в сплавы, в первую очередь в сплавы меди (латуни и т.д.), и как основу для цинковых сплавов, а также как типографский металл.

В зависимости от чистоты цинк делится на марки ЦВ00 (99,997% Zn), ЦВ0 (99,995% Zn), ЦВ (99,99% Zn), Ц0А (99,98% Zn), Ц0 (99,975% Zn), Ц1 (99,95% Zn), Ц2 (98,7% Zn), ЦЗ (97,5% Zn).

Цинковые сплавы широко применяются в машиностроении и разделяются на сплавы для литья под давлением, в кокиль, для центробежного литья и на антифрикционные сплавы. Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий, медь и магний. Отливки из цинковых сплавов легко полируются и воспринимают гальванические покрытия.

Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

– ЦА4 содержит 3.9-4.3%Al, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление 250-300 МПа, пластичность 3-6%, твердость 70-90HB). Применяется при литье под давлением деталей, к которым предъявляются требования стабильности размеров и механических свойств.

– ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4%Al, 4,0-5,5% Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 0,4%, твердость – не менее 100HB. Из сплава изготавливают подшипники и втулки металлообрабатывающих станков, прессов, работающих под давлением до 200-10000 Па.

– ЦАМ9-1.5 содержит 9,0-11,0%Al, 1,0-2,0%Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 1%, твердость не менее 90HB. Сплав применяют для изготовления разных узлов трения и подшипников подвижного состава.

4. Магний и его сплавы

Магний – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления магния 650°С. Кристаллическая решетка гексагональная. Отличается низкой плотностью (1,74 г/см 3), хорошей обрабатываемостью резанием, способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90% Mg), магний высокой чистоты (99,9999% Mg).

Магний химически активный металл, легко окисляется на воздухе. Чистый магний из-за низких механических свойств (временное сопротивление 100-190 МПа, относительное удлинение 6-17%, твердость 30-40НВ) как конструкционный материал практически не применяют. Его используют в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений, в металлургии различных металлов и сплавов как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

4.1 Сплавы на основе магния

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности магниевых сплавов достигает 250-400 МПа при плотности менее 2 грамм на кубический сантиметр. Сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прокатываются и прессуются. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), хорошо шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде защитных газов.

К недостаткам магниевых сплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении.

По механическим свойствам магниевые сплавы подразделяют на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные, по склонности к упрочнению с помощью термической обработки – на упрочняемые и неупрочняемые.

Деформируемые магниевые сплавы. В сплавах МА1 и МА8 основным легирующим элементом является марганец. Термической обработкой эти сплавы не упрочняются, обладают хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. Сплавы МА2-1 и МА5 относятся к системе Mg-Al-Zn-Mn. Алюминий и цинк повышают прочность сплавов, придают хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготовлять из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолета). Сплавы системы Mg-Zn, дополнительно легированные цирконием (МА14), кадмием, редкоземельными металлами (МА15, МА19 и др.) относят к высокопрочным магниевым сплавам. Их применяют для несвариваемых сильно нагруженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, автомобилей, ткацких станков и др.).

Более высокими технологическими и механическими свойствами обладают сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10). Данные сплавы применяют для нагруженных деталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).

Магниевые сплавы подвергаются следующим видам термической обработки: Т1 – старение, Т2 – отжиг, Т4 – гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 – гомогенизация, закалка на воздухе и старение, Т61 – гомогенизация, закалка в воду и старение.

Заключение

Цветные металлы и их сплавы нашли широкое применение в строительстве благодаря своей прочности, легкости, высокой антикоррозийной стойкости. Они подразделяются на легкие (в большинстве своем на основе алюминия) и тяжелые (на основе меди, латуни, олова и т.п.).

Цветная металлургия является одной из наиболее конкурентоспособных отраслей промышленности России, причем российские компании в ряде подотраслей (алюминиевой, никелевой, титановой) входят в группу мировых лидеров. Достижения участников рынка в мировом масштабе стало возможным благодаря активной инвестиционной политике предприятий отрасли. Так, например, объем инвестиций в 2006 году по сравнению с показателями 2000 года увеличился в 2,5 раза, и составляет 80 млрд. руб., а объем иностранных инвестиций вырос почти в 10 раз, достигнув 4,5 млрд. долл. При этом суммарный объем инвестиций в строительство и реконструкцию металлургических мощностей составляет в 2007-2010 гг. более 220 млрд. руб.

1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1981. – 416 с.

2. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. // 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

3. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

4. Материалы будущего: Пер. с нем./ Под ред. А. Неймана. – Л.: Химия, 1985. – 240 с.

5. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. – М.: Металлургия, 1985. – 240с.

Министерство образования российской федерации

Новосибирский технологический институт

Московского государственного университета дизайна и технологии

Факультет заочного обучения и экстерната

Кафедра: «Машины и аппараты легкой промышленности»

Дисциплина: Технология конструкционных материалов

Тема: Цветные металлы и их сплавы

Обозначение: ЗО8073

Новосибирск – 2010

Введение

1. Медь и ее сплавы

1.1 Сплавы меди

1.1.1 Латуни

1.1.2 Бронзы

2. Алюминий и его сплавы

2.1 Деформируемые алюминиевые сплавы

2.2 Литейные алюминиевые сплавы

3. Цинк и его сплавы

4. Магний и его сплавы

4.1 Сплавы на основе магния

Заключение

Список использованных источников

Введение

К редким металлам относят металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д.

К группе широко применяемых цветных металлов относятся алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.

На основании этого деления различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

1. М едь и ее сплавы

Литейные свойства низкие из-за большой усадки.

В таблице 1 содержится информация по маркам меди в зависимости от чистоты согласно ГОСТ 859-78.

Таблица 1

Марка меди в зависимости от чистоты

Марка	МВЧк	M00	М0	Ml	М2	МЗ
Содержание	99,993	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5

М00к – технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.

МЗ – технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5% меди.

1.1 Сплавы меди

В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.

1.1.1 Латуни

В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.

Простые латуни содержат только Cu и Zn.

1.1.2 Бронзы

По химическому составу делятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).

– БрА9Мц2Л – бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu («Л» указывает, что сплав литейный);

– ЛЦ40Мц3Ж – латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu;

– Бр0Ф8,0-0,3 – бронза содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;

В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:

– Л96 – латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак);

– Лб3 – латунь содержащая 63% Cu и 37% Zn.

2. Алюминий и его сплавы

Цветные металлы. К цветным металлам, наиболее широко применяемым в технике, относятся медь, алюминий, олово, свинец, цинк, магний, титан и их сплавы. В чистом виде цветные металлы используют редко, в основном их применяют в виде сплавов.

Цветные металлы - это наиболее дорогой и ценный технический материал.

Легирующие элементы, входящие в состав цветных металлов и сплавов, обозначают заглавными буквами русского алфавита, например алюминий - А, бериллий - Б, железо - Ж, кремний - К, медь - М и т. д.

Медь. Она имеет характерный красноватый цвет, в природе встречается в виде сернистых соединений, в окислах и очень редко в чистом виде. Медь маркируют буквой М. В зависимости от чистоты меди (ГОСТ 859-2001). Самая чистая медь - содержит 99,99% меди и 0,01% примесей. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Она обладает хорошей электропроводностью. Из нее изготовляют проводники электрического тока - провода и кабели.

Олово . Олово очень мягкий металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Оно разделяется на шесть марок (ГОСТ 860-41): ОВЧ-000, О1ПЧ, 01, 02, 03, 04. Самое чистое олово - марки ОВЧ-000, содержащее 99,999% олова и 0,001% примесей.

Олово в чистом виде применяют для лужения жести.

Цинк. Цинк - это хрупкий металл белого цвета с голубоватым оттенком. В зависимости от химического состава установ-лены шесть марок цинка (ГОСТ 3640-47): ЦВ (99,99% цинка), Ц0, Ц1, Ц2, ЦЗ, Ц4 (99,50% цинка). Цинк используют для покрытия изделий (цинкование), чтобы предохранить их от атмосферной коррозии.

Свинец. Это мягкий металл синевато-серого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. ГОСТ 3778-56 устанавливает шесть марок свинца: СО (99,992% свинца), С1, С2, СЗ, СЗСу, С4 (99,60% свинца). Свинец хорошо отливается и прокатывается. Из для перекачки кислот, для производства аккумуляторов и т. д. Свинец - очень хорошая защита от рентгеновских лучей.

Алюминий. Алюминий - мягкий металл белого цвета. Он добывается путем электролиза из алюминиевой руды - бокситов и хорошо поддается прокатке и ковке. Особенностями алюминия являются легкость, хорошая электропроводность (60% электропроводности меди) и высокая коррозийная стойкость.

По ГОСТ 3549-55 алюминий выпускается нескольких марок. Самой высокой по чистоте является марка АВ0000, содержащая 99,996% алюминия. Из алюминия изготовляют провода, кабели, змеевики (испарители) в холодильниках и т. д. Окислы алюминия безвредны.

Магний. Магний - самый леший металл из всех применяемых в технике (удельный вес его 1,74). Он легко воспламеняется и при его горении возникает высокая температура. Наиболее.опасны в этом отношении порошок, тонкая лента, мелкая стружка и т. п. Механические свойства магния низкие, поэтому он находит ограниченное применение в технике. В литейном деле из магния выплавляют высокопрочный магниевый чугун. Чаще всего магний используют в виде сплавов с алюминием, цинком. ГОСТ 804-62 устанавливает две марки магния: Mgl (99,92% магния) и Mg2 (99,85% магния).

Титан. Это металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий (плавится при 1725° С) и легкий, стойкий на воздухе и даже в атмосфере морского климата.

По распространенности титан занимает четвертое место среди конструкционных металлов, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Прочность его вдвое больше, чем у железа, и почти в шесть раз больше, чем у алюминия. Ценными свойствами титана являются его высокие химическая и коррозийная стойкость.

Титан обладает высокой пластичностью. Он хорошо куется, легко прокатывается в листы, ленты и даже в фольгу.

Наибольшее применение титан находит в виде сплавов для изготовления лопастей газовых турбин и производства жаропрочных сталей.

Медные сплавы. Важнейшими сплавами на основе меди яв-ляются латунь и бронза.

Латунь - это сплав меди с цинком. Кроме цинка, латунь содержит и другие элементы, но в меньшем, чем цинк, количестве. Латунь маркируют буквой Л, за которой стоят цифры, указывающие на содержание меди, например латунь марки Л80 состоит из 80% меди и 20% цинка. Если в латунь вводится 1% свинца, то она будет обозначаться ЛС59-1 и содержать 59% меди, 40% цинка и 1% свинца.

Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью, пластичностью, легко поддаются прокатке, ковке и вытяжке.

В технике находят применение латуни, содержащие от 10 до 42% цинка.

В зависимости от назначения латуни могут быть обрабатываемыми давлением, литейными и специальными. Химический состав некоторых марок латуней приведен в таблице:

Химический состав латуней, % (ГОСТ 1019-47)

Наименование	Марка латуни
Латуни, обрабатываемые давлением
		Остальное
		Остальное
Литейные латуни
Железесто-алюминевая латунь		Остальное
Кремнисто-свинцовистая латунь		Остальное
Специальные латуни
Алюминиево-никелевая латунь		остальное

Латуни, обрабатываемые давлением, используют для радиаторных трубок, прокладок, труб и т. д. Из литейных латуней изготовляют червячные винты, зубчатые колеса, подшипники и т. д. Специальные латуни, обладающие более высокими механическими свойствами, чем литейные латуни, применяют для изготовления химически стойких деталей, конденсаторных трубок и водяной арматуры. Латунные изделия, получаемые холодной обработкой (наклеп), для смягчения и пластичности подвергают отжигу рекристаллизации на 350-450° С.

Бронза - это сплав меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Название бронзы зависит от второго компонента. Важнейшими из бронз являются оловянистые, свинцовистые, алюминиевые и кремнистые.

Бронзы маркируют следующим образом: сначала пишут буквы Бр., означающие бронзу, затем буквы, показывающие, какие элементы введены в бронзу, и далее цифры, указывающие на содержание этих элементов в процентах. Например, бронза марки Бр.ОЦС6-6-3 означает, что в ней содержится 6% олова, 6% Цинка, 3%. свинца и остальные (85%) медь. 62

Оловянистые бронзы обладают хорошими литейными свойствами, коррозийной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо сопротивляются износу и трению. Оловянистые бронзы в основном применяют для деталей, работающих на трение, - подшипников скольжения, червячных колес и т. п. Химический состав оловянистых бронз приведен в таблице:

Химический состав оловянистых бронз, %

Марка бронзы	Основные компоненты
Марка бронзы
Бронзы, обрабатываемые давлением (ГОСТ 5017-49)
Бр.ОФ6,5-0,15		Остальное
Бр.ОЦС4-4-2,5		Остальное
Литейные бронзы (ГОСТ 613-50)
Бр.ОЦС6-6-3		Остальное
Бр.ОЦСН3-7-5-1

Олово - дорогой металл, поэтому в основном применяют бронзы, в которых олово заменяют алюминием, кремнием, марганцем и другими элементами.

Алюминиевые бронзы содержат до 10% алюминия. Они обладают прочностью, высокими антифрикционными и технологическими свойствами, устойчивостью в атмосферных условиях и морской воде. Введение в алюминиевую бронзу железа, марганца и других элементов еще больше повышает ее механические свойства. Химический состав специальных бронз, например Бр. АЖН10-4-4, следующий: алюминия - 9,5-11,0%; марганца 3,5- 5,5%; железа - 3,5-5,5%; остальное - медь.

Алюминиевые бронзы применяют как антифрикционный материал, изготовляя из них подшипники, втулки, червячные колеса и т. д.

Кремнистые бронзы содержат 2-3% кремния. Они обладают высокими литейными свойствами и коррозийной стойкостью. Из таких бронз изготовляют пружинящие детали, проволоку, ленту и т. д.

Никелевые бронзы, обладают высокой вязкостью и кислотостойкостью, сохраняют механические свойства даже при повышенных температурах.

Бериллиевые бронзы (2% бериллия) обладают исключительно высокими свойствами - хорошо упрочняются термической обработкой, имеют предел прочности σ ь = 130-150 кгс/мм 2 и твердость НВ 370-400. Бериллиевые бронзы применяют, например, для изготовления ударного инструмента, зубил, молотков, не дающих при ударе искр. Пружины из бериллиевой бронзы выдерживают до 25 млн. колебаний, в то время как стальные закаленные пружины в таких же условиях разрушаются после 3 млн. колебаний.

Алюминиевые сплавы. Они получаются добавкой к алюминию меди, цинка, магния, кремния, марганца и других компонентов. Такие сплавы имеют небольшой удельный вес и высокие механические свойства.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы , упрочняемые термической обработкой, могут быть следующих марок: АК6, АК8, АК2, АК4. Они обладают высокой прочностью и пластичностью, поэтому из них изготовляют полуфабрикаты ковкой, прокаткой и прессованием. Сплавы АК2 и АК4 содержат никель и являются жаропрочными. Они применяются после термической обработки для изготовления поршней, головок цилиндров, работающих при повышенных температурах.

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относится также дюралюминий марок Д1, Д6, Д16, Д18. Дюралюминий выпускается в виде листов, прессованных и катаных профилей, прутков и штамповок. Сплав Д18 применяют для заклепок, так как он может расклепываться в любое время после старения.

Для повышенной коррозийной стойкости дюралюминий покрывается (плакируется) чистым алюминием. Плакированием называют горячую прокатку слитков дюралюминия вместе с листами чистого алюминия.

Химический состав деформируемых алюминиевых сплавов приведен в таблице:

Химический состав деформируемых алюминиевых сплавов, % (ГОСТ 4784-49)

Марка сплава	Основные компоненты	Прочие компоненты
Марка сплава		Прочие компоненты
			Остальное

Сплавы АМц и АМг термическому упрочнению не подвергают. Из них изготовляют трубопроводы и сварные масляные резервуары.

Литейные алюминиевые сплавы почти не стареют естественно. Их прочностные свойства повышаются искусственным старением.

Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины - сплавы алюминия с кремнием.

Силумины обладают высокими механическими свойствами и большой жидкотекучестью, позволяющей отливать сложные и тонкостенные детали. Химический состав некоторых марок алюминиевых литейных сплавов дан в таблице:

Химический состав алюминиевых литейных сплавов, % (ГОСТ 2685-53)

Марка сплава	Основные компоненты	Прочие компоненты
Марка сплава		Прочие компоненты
			Остальное

Магниевые сплавы. Подобно алюминиевым магниевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Прочность и пластичность магниевых сплавов ниже, чем у алюминиевых. Удельный вес магниевых сплавов-1,74. Характерной особенностью термообработки магниевых сплавов является длительная выдержка их при закалке и отпуске. Деформируемые магниевые сплавы марок МА1, МА2, МА5, МА8 применяют для изготовления высоконагруженных деталей самолетов, а литейные сплавы марок МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5 - для изготовления деталей двигателей, корпусов приборов, колодок колесных тормозов автомобилей и корпусов фотокамер. Химический состав магниевых сплавов приведен в таблице:

Химический состав магниевых сплавов

Антифрикционные (подшипниковые) сплавы. Антифрикционными называют сплавы, из которых изготовляют подшипники и трущиеся детали, применяя для этого баббиты, бронзы, антифрикционные чугуны, цинковые сплавы и другие материалы, предохраняющие трущиеся детали, например валы, от износа и создающие необходимые условия для смазки.

Наибольшее применение для изготовления подшипников находят оловянистые бронзы Бр.ОЦС4-4-2,5 и Бр.ОФ6,5-0,15, обладающие низким коэффициентом трения.

В целях экономии дорогостоящих оловянистых бронз для изготовления втулок, заливки вкладышей и подшипников используют цинковые сплавы ЦАМ10-5 и ЦАМЭ-1,5. По ГОСТ 7117 - 54 сплав ЦАМ10-5 содержит 9,0-12% алюминия, 4,0-5,5°/о меди, 0,03-0,06% магния и остальное - цинк.

В качестве антифрикционных сплавов для подшипников можно применять и пористые металлокерамические материалы на основе железомеднографитовых порошковых смесей (1,0-1,5% меди, 0,9-1,1°/о графита и остальное - железо).

Обычно из этих сплавов изготовляют втулки и вкладыши прессованием порошковых смесей и последующим спеканием при температуре 1100-1150° С. Такие втулки имеют от 15 до 30% тончайших, соединенных между собой пор. После пропитки машинным маслом втулки становятся самосмазывающимися. Они применяются в текстильных хлопкоуборочных и швейных машинах, в которых смазка подшипников невозможна из-за загрязнения тканей, хлопка и т. п. 66

Большую группу подшипниковых сплавов составляют баббиты. Они обладают высокой пластичностью, хорошей прирабатываемостью и низким коэффициентом трения. Высокие антифрикционные свойства их связаны с особой структурой - твердыми кристалликами в мягкой основе.

Баббиты маркируют следующим образом (ГОСТ 1320-55): Б89, Б83 и т. д. Буква Б указывает, а название сплава, а цифра - на среднее содержание в нем олова. Химический состав баббитов и их назначение приведены в таблице:

Химический состав (%) и назначение баббитов (ГОСТ 1320-55)

Марка сплава			Прочие элементы	Назначение
	Остальное			Для турбин, турбокомпрессоров и т.д.
		Остальное		Для электродвигателей и прокатных станов
		Остальное		Для вкладышей подшипников автомобилей

Свинцовый баббит С0С6-6 имеет высокие эксплуатационные качества и в настоящее время является основным материалом, из которого изготовляют подшипники для двигателей легковых и грузовых автомобилей.

Для деталей, работающих с повышенным удельным давление ем, например рессорных втулок автомобилей, часто применяют антифрикционный ковкий чугун. Отожженный ковкий чугун обычно состоит из 2,5-2,75% углерода; 1,0-1,2% кремния,. 0.45-0,55% марганца; 0,06% хрома; 0,12-0,17% фосфора и 0,15-0,17% серы.