Медь и ее сплавы.Бронзы.Термическаяобработка.Применение.

Дюралюминий — наиболее распространенный представитель группы алюминиевых сплавов, применяемых в деформированном виде и упрочняемый термической обработкой.

Он содержит 4 % Сu и 0,5 % Mg, а также марганец и железо.

Дюралюминий — сплав, по крайней мере, шести компонентов: алюминия, меди, магния, марганца, кремния и железа, хотя основ­ными добавками являются медь и магний. Поэтому указанный сплав можно причислить к сплавам системы А1— Сu —Mg. Кремний и же­лезо являются постоянными примесями, попадающими в сплав вследствие применения недостаточно чистого алюминия.

Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соеди­нений (следовательно, вызывающих старение), таких как , фаза S, Mg₂Si и нерастворимых соединений, таких как железистые и марганцовистые соединения.

Структура дюралюминия в отожженном состоянии (рис. 405, а) состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений,

После закалки с оптимальных температур (600 "С) основное количество соединений и Mg₂Si растворяется в алюминии, но соединения железа не растворяются. Поэтому в закаленном состоянии структура твердого раствора и нерастворимых включений соединений железа.

При нагреве выше 500—520°С происходит оплавление зерен по границам, и при охлаждении участки жидкой фазы превращаются в эвтектику.

Механические свойства после окончательной термической об­работки (после закалки и старения) сильно зависят от температуры закалки. В результате повышения температуры закалки происходит растворение интерметаллических соединений, а после закалки получается пересыщенный твёрдый раствор, а после старения – более высокая прочность. Нагрев же выше определённой температуры вызывает перегрев (рост зерна, окисление и оплавление границ зерна), что приводит к катастрофическому падению прочности и пластичности. При термической обработке дюралюминия важно соблюдать температурный режим закалки.

Под группой алюминиевых сплавов, называемых силуминами, подразумевают сплавы с повышенным содержанием кремния. Силумины – наиболее распространённые литейные алюминиевые сплавы, широко применяемые только в литом виде (например, в авто- и авиастроении). Реже, кроме силуминов, в качестве литейных алюминиевых сплавов применяют сплавы алюминия с медью, магнием, цинком.

Для получения плотной отливки применяют сплавы с узким интервалом кристаллизации и, естественно, для этого подходят сплавы эвтектической концентрации.

Двойные алюминиевокремнистые и вообще высококремнистые сплавы слабо упрочняются в результате закалки и старения, но механические свойства этих сплавов можно существенно повысить при помощи особой обработки в жидком состоянии.

Жаропрочные алюминиевые сплавы

Есть детали, изготавливаемые отливкой или штамповкой из алюминиевых сплавов, которые работают при температурах порядка 200-300ºС и даже 350ºС (например, поршень, головка цилиндра и т.п.).

Применяемые для этих целей алюминиевые сплавы легируют такими элементами, как медь, магний, никель, железо, титан.

Для получения необходимых свойств эти сплавы подвергают закалке (перевод избыточных фаз в твёрдый раствор) и затем искусственному старению (стабилизация структурного состояния).

Практическое применение имеют медные сплавы с содержанием цинка до 45%, которые называются латунями. Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Максимальной пластичностью обладает сплав с 30% цинка.

Литейные свойства латуней характеризуются малой склонностью к ликвации, хорошей жидкотекучестью, склонностью к образованию концентрированной усадочной раковины и, следовательно, большой усадкой.

Латунь хорошо поддаётся пластической деформации (в особенности α-латуни) и поэтому из латуней изготавливают катаный полуфабрикат (листы, ленты, профили и т.д.).

Латуни маркируют буквой Л, за которой следует цифра, показывающая среднее содержание меди в сплаве. Так как цинк дешевле меди, то чем больше в латуни цинка, тем она дешевле.

Кроме простых латуней – сплавов только меди и цинка, применяют специальные латуни, в которых для придания тех или иных свойств дополнительно вводят различные элементы: свинец для улучшения обрабатываемости (латунь марки ЛС59 содержит около 40% цинка и 1-2% свинца, мак называемая автоматная латунь), олово для повышения сопротивления коррозии в морской воде (так называемая морская латунь), алюминий и никель для механических свойств и т.д.

Сплавы меди с оловом (оловянистые бронзы).

При содержании олова более 6% наряду с неоднородным раствором внутри участков этого раствора, богатого оловом, располагается эвтектоид α+δ.

Наличие хрупкой δ-фазы исключает возможность прокатки, поэтому, за исключением бронз, содержащих небольшое количество олова (применяемых редко), бронза, обычно содержащая более 5-6% олова (Sn), не прокатывается и не куётся и её применяют в литом виде.

Высокие литейные свойства бронз определяются исключительно малой усадкой, которую имеют бронзы.

Влияние олова на механические свойства меди аналогично влиянию цинка, но проявляется более резко. Уже при 5% олова пластичность начинает падать.

В литой бронзе наличие включений твёрдого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, поэтому бронза с 10% Sn является лучшим антифрикционным материалом и её применяют как подшипниковый сплав.

Благодаря высокой химической стойкости бронз из них изготавливают арматуру (паровую, водяную и пр.). Таким образом, основное применение бронз – сложные отливки, вкладыши подшипников и др.

Фосфор вводят в бронзу как раскислитель и он устраняет хрупкие включения окиси олова (SnO). При наличии около 1% фосфора такую бронзу называют фосфористой.

Бронзу маркируют начальными буквами Бр, затем следуют буквы, показывающие, какие легирующие элементы содержит бронза, а потом цифры, показывающие количество этих элементов в целых процентах.

(повтор вопроса номер 19)