Изучение структуры цветных металлов

Цветные металлы и сплавы известны людям давно. Кузнецы постоянно старались получить новые материалы, соединяя уже известные. Так появлялись новые соединения, которые обладали разными характеристиками. Они используются в разных направлениях промышленности.

Цветные металлы и сплавы

История открытия

Цветные металлы и их сплавы появлялись постепенно. После каменного века настала пора меди. Этот материал использовали для разных целей: изготавливали посуду, делали наконечники к орудиям труда, оружию. Век меди сменился эпохой бронзы. Это был первый сплав — соединение меди и свинца. Постепенно бронзу заменило железо.

С развитием металлургии, осваиванием новых земель, развитием торговли начали появляться драгоценные металлы. Изначально более популярным было серебро, а не золото. Из-за того что, средние века были эпохой войн, сражений, рыцарства, кузнецы искали новые материалы для изготовления доспехов, оружия. Так появлялись новые смеси.

Характеристики и маркировка

К цветным относятся все металлы, кроме тех, которые изготавливаются на основе железа. Они применяются в различных сферах промышленности. Чтобы различать материалы между собой, была создана специальная маркировка. По ней можно определить механические свойства сплавов, температуру расплавления, прочность и другие параметры.

Маркировка разных видов цветных металлов:

1. Медь и соединения на её основе. Главный материал обозначается буквой «М». После буквы пишут цифры, которые обозначают чистоту металла. На конце маркировки могут указываться дополнительные буквы. К — обозначает катодный, Б — бескислородный, Р — раскисленный. Если речь идёт о соединении, легирующие добавки обозначаются заглавными буквами дополнительных компонентов.
2. Латунь — чистый сплав, обозначающийся буквой «Л», после которой указывается две цифры. Это обозначение содержания меди. Многокомпонентная латунь в своей маркировке имеет дополнительные буквы, указывающие на наличие легирующих компонентов. Далее пишутся цифры, между которыми ставятся прочерки. Первая из них указывает на содержание меди, остальные на количество легирующих добавок по процентам.
3. Бронза маркируется буквами «Бр». Если на поверхности изделий из этого материала присутствует буква «Л», это означает что он является литейным.
4. Алюминий — материал, который обозначается буквой «А». После неё указываются цифры, которые говорят о количестве содержащихся примесей. Буква «Л» стоящая после указания на алюминий обозначает его литейные качества. Буква «В» говорит о высокой прочности материала.

Остальные цветные металлы и соединения на их основе имеют похожую маркировку. Легирующие добавки обозначаются начальными буквами.

Способы получения

Условия и цены на прием цветного металла: https://citylom.ru/priem-czvetnogo-metalla

Однородные материалы, смеси на их основе получаются по специальным технологиям. К ним относятся:

1. Пирометаллургия — ряд технологический процессов, при которых происходит очистка, получение металлов их соединение под воздействием высокой температуры. По этой технологии изготавливается около 60% цинка, 100% свинца, 95% меди.
2. Гидрометаллургия — технология получения металлов из руд с помощью химических растворов. Последующие этапы обработки подразумевают отделение основных компонентов от жидкости.
3. Электрометаллургия — совокупность технологических операций, при которых материалы и соединения на их основе получаются под воздействием электрического тока. С помощью этой технологии чаще всего получают алюминий.

Добыча металла

Сферы применения

Цветные металлы и сплавы на их основе используются в различных направлениях промышленности. Из них изготавливают:

1. Детали для электрооборудования, электроинструментов.
2. Теплообменники, трубопроводы.
3. Ювелирные изделия.
4. Изготовление высоконагруженных деталей из титана.
5. Провода, связывающие элементы для прохождения электрического тока.
6. Проволоку, листы, прутья, арматура, крепёж.

Разновидности

Существуют основные сплавы цветных металлов, о которых следует поговорить более подробно. Они применяются чаще всего.

Алюминий и его сплавы

Алюминий — серебристый материал, который хорошо проводит электрический ток, имеет малую удельную массу, низкую температуру плавления. От коррозии он защищен оксидной плёнкой, которая образуется на его поверхности после взаимодействия с кислородом. Соединения на основе этого материала бывают двух типов.

Сплав алюминия

Деформируемые сплавы алюминия

Бывают упрочняемые и неупрочняемые:

1. К первой группе относятся дюралюминий, смеси с высоким показателем прочности.
2. Ко второй группе относятся соединения на основе алюминия, к которому добавляется магний или марганец.

Химический состав деформируемых алюминиевых сплавов зависит от группы. Упрочняемые соединения могут дополняться легирующими добавками.

Литейные сплавы на основе алюминия

Алюминиевые литейные сплавы называют силуминами. Это соединение основного металла и кремния. Обладают подобные соединение малой удельной массой, высокими литейными свойствами.

Сплавы на основе меди

Медь — материал красного оттенка. Имеет высокий параметр электропроводности, пластичности. Хорошо обрабатывается, однако имеет низкие литейные характеристики. Основным соединения на основе меди — бронза, латунь.

Бронза

Представляет собой смесь на основе меди, легирующими компонентами которой могут быть любые металлы кроме цинка.

Латунь

Соединение меди, цинка и других легирующих добавок. Дополнительных компонентов в составе — не более 8%.

Магний и его сплавы

Магний — металл серебристого оттенка. Плавится при низкой температуре, устойчив к развитию коррозии. Его не используют для конструкционных целей, так как материал обладает низкими механическими параметрами.

Магний

Деформируемые сплавы магния

К деформируемым соединениям на основе магния относятся:

1. Смеси с марганцем — не более 2,5%.
2. Смесь цинка, магния, алюминия, марганца.
3. Соединения магния, цинка, циркония, кадмия.

Литейные сплавы магния

Смесь цинка, магния, алюминия применяется при изготовлении деталей для автомобилей, самолётов, кораблей, ракет. Такие материалы отличаются высокими механическими параметрами.

Цинк и его сплавы

Цинк — металл серых оттенков, с высокими параметрами пластичности, вязкости. Устойчив к воздействию влаги. Существует две группы соединений на основе цинка.

Деформируемые цинковые сплавы

Соединения цинка с алюминием, магнием, медью. Изготавливаются в процессе прокатки, опрессовывания, вытяжки. Во время проведения технологических операций отдельные компоненты нагреваются до 300 градусов. Готовые смеси имеют высокие показатели пластичности, прочности.

Литейные цинковые сплавы

Соединения цинка, меди, магния, алюминия. Обладают высоким показателем текучести. Из готовых соединений изготавливаются корпуса для различных приборов, измерительной аппаратуры.

Изделия

Цветных металлов и смесей на их основе огромное множество. Благодаря этому из них изготавливаются различные изделия:

• крепёж, строительные материалы;
• детали для электрооборудования;
• соединительные элементы, провода, проволока, арматура, прутья, листы;
• ювелирные украшения;
• декоративные элементы для интерьера;
• монеты, слитки;
• статуэтки, элементы часов.

Цветные металлы и сплавы на их основе популярны в разных направлениях промышленности. Чтобы эффективнее работать с этими материалами, нужно знать их параметры. Это поможет избежать брака, сделать качественное изделие. Цветные металлы дороже черных, что делает их более ценными для производства.

43. Маркировка, структура, свойства и области применения цветных металлов и их сплавов

43. Маркировка, структура, свойства и области применения цветных металлов и их сплавов

К цветным металлам относятся медь, алюминий, магний, титан, свинец, цинк и олово, которые обладают ценными свойствами и применяются в промышленности, несмотря на относительно высокую стоимость. Иногда, когда это возможно, цветные металлы заменяют черными металлами или неметаллическими материалами (например, пластмассами).

Выделяют следующие группы цветных металлов и сплавов: легкие металлы и сплавы (с плотностью 3.0 г/см3); медные сплавы и специальные цветные сплавы – мельхиор, незильбер, драгоценные сплавы и т. д.

В промышленности по применению медь занимает одно из первых мест среди цветных металлов. Свойства меди – высокая пластичность, электропроводность, теплопроводность, повышенная коррозионная стойкость. Медь используется в электромашиностроении, изготовлении кабелей и проводов для передачи электроэнергии и служит основой для изготовления различных сплавов, широко применяемых в машиностроении.

Алюминий – легкий металл, который обладает высокой пластичностью, хорошей электропроводностью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления электропроводов, посуды, для предохранения других металлов и сплавов от окисления путем плакирования. В машиностроении чистый алюминий применяется мало, потому что имеет невысокие механические свойства.

Алюминий является основой для получения многих сплавов, широко применяемых в самолетостроении, авто– и вагоностроении, приборостроении. Алюминиевые сплавы бывают деформированными (упрочняемые при помощи термической обработки и не упрочняемые) и литейными.

Дюралюминий – самый распространенный сплав, который используется в деформированном виде и укрепляется при помощи термической обработки.

Магний является наиболее распространенным металлом, имеет серебристо-белый цвет. Большое преимущество магния состоит в том, что это очень легкий металл. Главным недостатком является его малая стойкость против коррозии. Чистый магний не нашел распространения в технике, но применяется в качестве основы для производства легких сплавов.

• Установлены следующие марки цветных металлов (ГОСТ):
• алюминий – АВ1, АВ2, АОО, АО, А1, А2 и А3;
• медь – МО, М1, М2, МЭ, М4;
• олово – 01, 02, ОЭ и 04; свинец – СВ, СО, С1, С2, С3, С4;
• цинк – ЦВ, ЦО, Ц1, Ц2, Ц3, Ц4;
• магний – Мг1, Мг2.

Латуни. По сравнению с чистой медью латуни имеют большую прочность, пластичность и твердость, они более жидкотекучи и коррозионностойки.

Кроме простой латуни, применяются специальные латуни с добавками железа, марганца, никеля, олова, кремния. Количество легирующих компонентов в специальных латунях не превышает 7–8%. Специальные латуни имеют повышенные механические свойства; некоторые из них по прочности не уступают среднеуглеродис-той стали.

По ГОСТу латуни обозначаются буквой Л и цифрой, которая указывает количество меди в сплаве.

Обозначение легирующих компонентов следующее: Ж – железо; Н – никель; О – олово; К – кремний; С – свинец. Количество легирующего компонента указывается цифрами.

Латуни бывают литейные (применяемые для фасонного литья) и подвергаемые обработке давлением. Латунь применяют для изготовления листов, проволоки, гильз, штампованной арматуры, посуды.

Бронзы бывают: оловянные, алюминиевые, кремнистые, никелевые. Оловянные бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей жидкотекучестью и повышенными антифрикционными свойствами.

Из них изготовляют отливки.

Простые оловянные бронзы применяются редко, так как введением дополнительных элементов (цинка, свинца, никеля) можно достигнуть лучших свойств при меньшем содержании дефицитного олова.

По ГОСТу оловянные бронзы маркируются буквами БрО и цифрой, которая показывает содержание олова; последующие буквы и цифры показывают наличие и количество в бронзе дополнительных элементов. Для обозначения дополнительных элементов применяют те же буквы, что и при маркировке специальной латуни; цинк обозначается буквой Ц, а фосфор буквой Ф.

Олово – дорогой металл и в практике применяется редко. Заменителями оловянной бронзы являются алюминиевая, кремнистая, марганцовая и другие бронзы.

Алюминиевая бронза применяется с содержанием до 11 % А1. По структуре бронза в основном (до 9,7 % А1) однофазная и представляет твердый раствор алюминия в меди. По механическим свойствам алюминиевая бронза лучше оловянной, она обладает пластичностью, коррозийной стойкостью и износоупорностью.

Недостаток – большая усадка при охлаждении от жидкого состояния, а также в легком образовании окислов алюминия в жидкой бронзе, что ухудшает ее жидкотекучесть.

Дополнительные элементы (железо, марганец) повышают ее механические свойства. Кремнистая бронза относится к однородным сплавам – твердым растворам, обладает высокими механическими и литейными свойствами. Заменяет оловянную бронзу.

Для повышения свойств в кремнистые бронзы вводятся марганец, никель.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Урок по материаловедению "Цветные металлы и сплавы"

 Цветными называют металлы и сплавы на их основе, кроме
железа и его сплавов.

 Цветные металлы применяют в качестве конструкционных и
электротехнических материалов. Их используют как легирующие элементы для
создания высокопрочных, износостойких, нержавеющих, жаропрочных и
электротехнических сталей.

 По плотности и температуре плавления цветные металлы
подразделяют: легкие металлы (Mg – 1,74 т/м3, Ве – 1,85, Al – 2,72,
Ti – 4,5), тяжелые (Сu – 8,92; Ni – 8,9; Со– 8,9 и др.), тяжелые легкоплавкие
(Pb – 11,34/327о; Sn –

7,29/232о; Zn – 7,13/419о
и др.), тяжелые тугоплавкие (W – 19,3/3420о, Cr –

7,19/1875о; Mo – 10,2/2610о и др.),
благородные (Au – 19,3/1064о, Ag – 10,5/961о, Pt –
21,45/1772о, Pd – 12,02/1552о и др.).

Медь и ее сплавы

 Медь – металл красно-розового цвета, температура плавления
1084оС. В отожженном состоянии σв~200 МПа, НВ 40, δ~50%.
После деформации в холодном состоянии медь становится малопластичной и твердой
(наклеп): σв~400, НВ110, δ~4-6%.

                   Выпускают медь следующих марок МО
(99,95%), М1 (99,9%), М2

(99,7%), М3 (99,5%), М4(99%).

Медные сплавы обладают большей, чем медь, прочностью,
высокой пластичностью, обрабатываемостью резанием, ударной вязкостью до -60о.
Недостатком этих сплавов являются высокая плотность и стоимость, низкие
свойства при высоких температурах.

 Латунями называют сплавы меди с цинком (до 45%). У
сплавов меди с цинком в твердом состоянии возможно образование шести фаз
(α,β,γ,ε,δ,η). Латуни, содержащие до 39% Zn, являются однофазными,
представляющими собой твердый раствор Zn в меди.

Их называют α-латунями. При
увеличении содержания цинка наряду с α-фазой в сплаве появляется β-фаза
(выделение электронного соединения CuZn).

Она может быть с упорядоченной
пластичной (выше ~ 460оС) и неупорядоченной хрупкой (ниже ~ 460оС)
структурой.

 При дальнейшем увеличении Zn более 45% прочность латуни
уменьшается, а хрупкость увеличивается.

 По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью,
(σв 300400), твердостью (НВ 150-170), коррозионной стойкостью,
жидкотекучестью и дешевле. Однофазные α-латуни хорошо воспринимают холодную и
горячую пластическую деформацию.

Двухфазные (α+β) – латуни подвергаются горячей
пластической деформации в интервале температур выше 500оС, поскольку
при низких температурах малопластичны. В сложных латунях общее содержание
дополнительных легирующих компонентов обычно не превышает 9%.

Mn, Sn, Ni они
повышают прочность и коррозионную стойкость латуней, свинец улучшает
обрабатываемость резанием, Si повышает твердость и прочность. Латуни
подразделяют на деформируемые (обработка давлением) и литейные в зависимости от
технологии получения полуфабрикатов и изделий.

 Деформируемые латуни (ГОСТ 15527-70) маркируют буквой Л и
цифрой, указывающей содержание меди в %: Л96 (томпак), Л63. Если латунь
легирована другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение
этих элементов: ЛАН59-3-2 (Cu-59%, Al – 3%, Ni – 2%, Zn – остальное).

 Литейные латуни (ГОСТ 17711-93): после бeкв ЛЦ указываются
легирующие элементы и числа ЛЦ23А6ЖЗМц2 (Zn – 23%, Al – 6%, Fe – 3%, Mn – 2%,
Cu – остальное).

 Бронзами называют сплавы Cu с оловом, алюминием,
кремнием, свинцом и др. элементами, кроме цинка. Однако Zn может быть в
небольших количествах, как легирующий элемент.

Оловянные бронзы легируют Zn, Pb, Ni, P.
Цинк улучшает литейные свойства, свинец – обрабатываемость резанием. Никель
повышает прочность и износостойкость, фосфор раскисляет сплав и повышает его
жидкотекучесть.  При содержании олова до 8% бронзы являются однофазными
(α-бронза). При дальнейшем увеличении появляются дополнительные фазы и возрастает
хрупкость.

 Оловянные бронзы обладают прекрасными литейными
свойствами, изготовляют литые детали (арматура, гребные винты, подшипники
скольжения и т.д.).

 Оловянные бронзы подразделяются на деформируемые и
литейные.  Алюминиевые бронзы уступают оловянным по литейным свойствам, но
превосходят по механическим и стойкости против коррозии. Из легированных
железом и никелем алюминиевых бронз изготавливают червячные колеса.  Свинцовые
бронзы имеют высокие антифрикционные свойства (вкладыши и втулки подшипников
скольжения).

         Кремнистая бронза имеет хорошие литейные свойства
(арматуры).

 Бериллиевая бронза (Ве-2% Cu – 98%) после закалки и
старения при 300350оС имеет твердость НВ 350-400 σв 1200,
δ = 2-4%.

Высокая прочность и упругость при одновременной высокой химической
стойкости, хорошей свариваемости, обрабатываемости резанием делают бериллевую
бронзу подходящим материалом для ответственных пружин, контактов, мембран,
контактных проводов.

Кроме того, применяется как безыскровой инструмент при
взрывоопасных горных работах. При ударе о металл или камень не получаются
искры, как у стали.

 В марке бронзы впереди ставятся буквы Бр, затем идут буквы
и цифры, указывающие на химический состав. Например, БрОЦС 3-12-5 (Sn – 3%, Zn
– 12%, Pb – 5%, Cu – остальное).

Алюминий, магний, титан и их сплавы

Алюминий – металл белого цвета, tпл.
660оС. В отожженном состоянии: НВ 25 σв ~ 80, δ~45%)
после деформации в холодном состоянии из-за наклепа возрастают σв до
220 Мпа, НВ 32, снижается пластичность до 4-6%.  В зависимости от чистоты Al
подразделяется на марки: А-995 (99,995%), А-99 (99,99%), А-95 (99,95%), А-8
(99,80%), А-7 (99,7%), А-5 (99,5%), А-О

(99,0%). Для проводников электрического
тока применяются А-95, А-8, А-7.

 Различают литейные и деформиремые сплавы Al с другими
элементами.  Литейные Al-сплавы.

Основные требования к сплавам для фасонного
литья – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести,
небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с
оптимальными механическими и химическими (сопротивление коррозии) свойствами.

Наиболее распространенны сплавы Al+Si – силумины, содержащие Si до 12%. В их
состав для упрочнения также входят Mg, Mn. Для получения мелкозернистой
структуры добавляют в расплав около 0,1% натрия, что называется
модифицированием. Марки: АЛ4, АЛ5 и т.д. Также к литейным относятся сплавы Al с
Cu (4-11%), Mg (5-11%).

 Деформируемые Al-сплавы. Эти сплавы делят на не
упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Для изготовления деталей,
работающих в коррозионной среде, и деталей, получаемых глубокой штамповкой и
сваркой, применяют неупрочняемые термообработкой сплавы Al с магнием и
марганцем. Они обладают умеренной прочностью, высокой пластичностью и хорошей
свариваемостью.

 К упрочняемым термообработкой относятся дюралюмины –
сплавы Al с медью (~4,0%), магнием (~1,5%), марганцем (~0,5%).

 Растворимость меди в алюминии уменьшается с 5,7% при 548оС
до 0,5% при 0оС. Если сплав Al-Cu закалить, а затем подвергнуть
старению, то прочность возрастает в 2-3 раза. Под старением понимают
превращения, происходящие в пересыщенном твердом растворе, приводящие к
упрочнению. 

Естественное старение состоит в выдержке
(5-7 суток) закаленного сплава при нормальных температурах, искусственное
(30-50 ч.) – при 120150оС.

 Высокопрочные сплавы системы Aℓ-Zn-Mg-Cu (В93, В95, В96Ц)
характеризуются большими значениями σв (до 700 МПа). При этом
достаточная пластичность, трещиностойкость и сопротивление коррозии достигаются
режимами старения.

Эти сплавы обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем
дуралюмины. Рабочая температура высокопрочных сплавов не превышает 120оС.
Сплавы используют для высоконагруженных изделий, как правило, работающих в
условиях сжатия.

 Высокомодульный сплав 1420 обладает за счет легирования
алюминия литием и магнием (Aℓ-Mg-Li) пониженной (на 11%) плотностью и
одновременно повышенным (на 4%) модулем упругости по сравнению с дуралюмином
Д16.

Жаропрочные сплавы Aℓ-Cu-Mn (Д20, Д21) и Aℓ-Cu-MgFe-Ni (АК4-1) применяют
для изготовления деталей, работающих при повышенных tо (до 300оС)
(поршни, головки цилиндров).

Жаропрочность достигается за счет легирования Ni,
Fe, Ti.

 Повышенными механическими и физическими свойствами
обладают спеченные алюминиевые сплавы ( САП) (см.ниже композиционные
материалы).

 Алюминиевые сплавы маркируются: АЛ2, АЛ4, АК4, Д16 и т.д.,
где А означает – алюминиевый сплав, Л – литейный, К – ковкий, Д – Дуралюмин.
Цифры – порядковые номера. Вводится новая четырехзначная цифровая система:
например, 1160, где: 1 – основа Al,

•                                     1 – основные
  легирующие элементы;                            6 – порядковый номер сплава.
• О или нечетная цифра – деформируемый сплав, четная цифра –
  литейный сплав.
•          Сплавы на основе Mg.

Mg – самый легкий из технических цветных
металлов ρ=1,74, tпл. = 650оС. В литом состоянии σв~100
МПа, δ~4%. Магний в виде порошка, стружки или пыли легко воспламеняется, при
контакте расплавленного или горячего магния с водой происходит взрыв, легко
окисляется. В технике применяют сплавы: Mg c Al, Mn, Zn.

 Мn повышает коррозионную стойкость и свариваемость сплавов
магния. Al и Zn оказывают большое влияние на прочность и пластичность магниевых
сплавов.

 По технологии изготовления изделий магниевые сплавы
разделяют на литейные (марки  МЛ) и деформируемые (“МА”).

 Для измельчения зерна в литейные сплавы добавляют мел или
магнезит.

Для предотвращения возгорания плавку магниевых сплавов ведут в
железных тиглях под слоем флюса, а разливку – в парах сернистого газа, образующегося
при введении серы в струю металла.

При литье в песчаные формы в смесь вводят
специальные добавки для уменьшения окисления магния. Литейные сплавы могут
упрочняться как гомогенизацией и закалкой на воздухе, так и дополнительным
старением: σв~115 МПа, S=8%, HB 30.

 Деформируемые сплавы обладают более высокими механическими
свойствами: σв~200 МПа, δ=11,5%, НВ 40. Температура обработки
давлением 300-450оС. Жаропрочным (до 250оС) является
сплав МА14 (Mg-Zn-Zr). Сплав упрочняется искусственным старением.

 Из сплавов магния изготавливают корпуса ракет, насосов,
приборов, топливные баки и т.д., т.е. там, где требуется особая легкость
конструкции.  Титан – серебристо-белый металл, tпл.=1665оС,
ρ=4,5 г/см3, имеет две аллотропические формы ГПУ и ОЦК. Коррозионностойкий
материал в любой воде и некоторых кислотах.

 Сплавы обладают более высокой прочностью, чем чистый
титан. Во все сплавы входит Al. Элементы Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si повышают
прочность, но снижают пластичность и вязкость КСU; Al, Zr, Mo увеличивают
жаропрочность; Mo, Zr, Nb, Та, — коррозионную стойкость.

Сплавы Ti имеют σв~100-1200
МПа, упрочняется при термообработке и наклепе, δ=10-15%.

          Для титановых сплавов проводятся следующие виды
термообработки: отжиг (780-850оС), закалка с 720-930оС в
воде и старение при 450-550оС. В

промышленности применяются в основном двухфазные (α+β)
сплавы, например, ВТ14. Различают деформируемые, литейные и порошковые сплавы
титана.

 Из сплавов Ti изготовляют обшивку самолетов, морских
судов, подводных лодок, корпуса ракет и двигателей, диски и лопатки турбин и
компрессоров авиадвигателей; емкости для агрессивных химических сред и др.

Антифрикционные сплавы

1.  Подшипниковые сплавы применяют для изготовления вкладышей,
   втулок подшипников скольжения.

   К ним предъявляются следующие требования:

2. —                    
   они должны иметь небольшую твердость и высокую пластичность,
   чтобы хорошо прирабатываться к поверхности вала;
3. —                    
   их поверхность должна обладать микрокапиллярностью, чтобы
   удерживать смазку;
4. —                    
   они должны обладать малым коэффициентом трения с материалом вала;

 Следовательно, сплав должен состоять из мягкой основы с
рассеянными в ней более твердыми включениями. Во время работы узла трения
мягкая основа изнашивается и в ней образуется сеть каналов, по которым
циркулирует смазка (принцип Шарпи). Твердые фазы структуры выступают из основы
и поддерживают вал. Такая неоднородная по твердости структура и обеспечивает
снижение коэффициента трения.

 Применяются оловянные бронзы БрОЦС 5-5-5, БрС30,
выдерживающие  высокие нагрузки, но плохо прирабатываются.

Основными материалами являются баббиты,
которые могут быть на основе Sn, Pb, Al, Zn. Из оловянных баббитов
распространен Б83 (Sn-83%; 1012% Sb; 5,5-6,5% Cu). Твердой
структурой являются SuCu3 и SbSn, а мягкой – эвтектика. Эвтетика
изнашивается первой, образуя между SnCu3 и SbSn поры, по которым при
вращении вала и засасывается смазка.

•  Из-за дороговизны олова разработаны свинцовистые бабиты БН
  или БТ, СОС-6-6 (6% Sn, 6% Sb, остальное – Pb.
•  Также нашли применение баббиты на Al-основе: ~6,5 %Sn, 
  ~1% Cu, ~0,5%Ni, ~1,5% Si, остальное алюминий; АСМ (~0,5% Mg, ~5% Sb, остальное
• – Al).
•           На основе Zn разработан баббит ЦАМ 10-5 (~10%Al,
  ~5% Cu, остальное цинк).

 В качестве антифрикционных материалов применяются чугун
(AЧС, АЧВ, АЧК), пористые (металлокерамические) сплавы (бронзографит,
железографит). Последние имеют пористость 20-30%, в порах сохраняется смазка и
обеспечивается самосмазывание.

Электротехнические металлы и сплавы

 Проводниковые металлы и сплавы. К ним предъявляются
следующие требования: малое удельное сопротивление, антикоррозионность,
механическая прочность, способность поддаваться обработке давлением в холодном
и горячем состоянии, сварке и пайке.

 Медь, бронзы, латуни широко применяются для проводов,
различных электроустройств.

 Алюминий – для проводов и обмоток. Недостатком является
низкая прочность и свариваемость, плохо поддается пайке.

Сталь оцинкованная благодаря дешевизне и
высокой прочности получила широкое применение как сердцевина для сталемедных и
сталеалюминиевых проводов, что экономит Cu и Al.

 Свинец применяется для изготовления защитных оболочек
кабелей, легкоплавких вставок предохранителей, пластин кислотных
аккумуляторов.  Сплавы вольфрама, молибдена, серебра применяются для разрывных
контактов, нитей накаливания (W).

 Сплавы высокого электросопротивления – медноникелевые –
манганин МНМц 3-12 (3% Ni, ~12% Mn,  остальное – медь) для реостатов. Эти
сплавы имеют низкий температурный коэффициент сопротивления. Никелевые сплавы с
хромом ХН 60Ю (нихромы) используются для  нагревательных приборов с рабочей
температурой до 1000оС.

 Магнитные металлы и сплавы подразделяются на магнитомягкие
и магнитотвердые. Первые обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми
потерями на гистерезис и применяются для изготовления магнитопроводов.
Выпускается электротехническая сталь марок “Э”, содержание углерода в которой
должно быть не более 0,04%.

 Более магнитомягкими сплавами являются пермаллои –
железоникелевые сплавы 50Н (50% Ni), ферриты (смесь окислов MgO, MnO, Fe2O3
и др.) Применяются в приборах и магнитных усилителях.

 Магнитотвердые сплавы и стали имеют малую магнитную
проницаемость, высокую коэрцитивную силу и большие потери на гистерезис и
применяются для изготовления постоянных магнитов. Выпускаются марки “ЮНДК” и
“ЕХ”. Эти стали содержат углерод около 1%. Подвергаются закалке и старению при
1000оС.

 Немагнитные стали и чугуны. К ним относятся стали
аустенитного класса с высоким содержанием Ni и Mn и чугуны с ~3%С, ~3% Si,
~6%Mn, ~12%Ni.

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Алтухов А.А. 1Андреев С.А. 1
Даниленко О.В. 1Лычакова С.Н. 1

Текст работы размещён без изображений и формул. Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Какими будут материалы будущего? Сегодня уже разработаны и ведутся разработки материалов, о которых люди прошлого могли только мечтать. Они будут дешевле, прочнее, лучше, качественнее во всех отношениях. Получение знаний в области материаловедения — науки о связях между составом, строением и свойствами материалов очень важны для современных выпускников.

Все металлы, которые интенсивно используются современной промышленностью, являются именно сплавами. Так, более 90% всего получаемого в мире железа идет на изготовление чугунов и различных сталей. Объясняется такой подход к делу тем, что сплавы металлов в большинстве случаев демонстрируют лучшие свойства, нежели чем чистые металлы.

Одним из современных важных направлений международных исследований металлургии является получение сплавов с памятью формы, такие сплавы нашли применение во многих отраслях науки и техники, в частности в медицине [5].

Однако для эффективного моделирования необходимо знать свойства конкретного материала, из которого изготовлено то или иное изделие, и исследовать его механические и химические характеристики.

• Учитывая значимость указанного противоречия, проблема исследования заключается в следующем: возможно ли в условиях школьной лаборатории получить сплавы цветных металлов и изучить их свойства?
• Знакомство с исследованиями в области металлургии [2]показало, что они направлены на решение таких задач как: 1) разработка новых видов сплавов, изучение их структуры и свойств; 2) получение коррозионно-стойких материалов на основе сплавов цветных металлов; 3) разработка литейных технологий.
• Цель работы:
• 1) получения сплавов цветных металлов и сравнение их механических и химических свойств;
• 2) сравнение качества отливок, полученных с помощью разных литейных форм.
• Задачи:
• 1) Познакомиться с основами металлургии и литейного производства.
• 2) Освоить навыки изготовления песчано-глинистой и гипсовой литейной формы.
• 3) Освоить методику расчёта шихты и произвести отливку сплава.
• 4) Сравнить полученные сплавы на механические и химические свойства.
• Гипотеза: предполагаем, что: 1) от вида литейных форм зависит качество оливки;
• 2) легирующие элементы могут изменять свойства сплавов.
• Объект исследования: 1) отливки двух видов сплавов;
• 2) материалы литейных форм для отливки сплавов.
• Предмет исследования: 1) механические и химические свойства сплавовПОС 10 и Баббит; 2) свойства смесей для литейных форм.
• Методы исследования: 1) анализ источников информации;
• 2) шихтование и технология литья сплавов;
• 3) макроскопический и микроскопический анализ микроструктуры сплавов.
• ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Механические и технические свойства сплавов цветных металлов

В работе ученого Фролова В.Ф. [13] говорится, что «В металлургии в последнее время главным вектором развития стала тенденция увеличения в общей структуре производства металлопродукции высокого уровня обработки.

В результате этого самой востребованной на мировом рынке являются, позволяющие создавать изделия (слитки, прокат, профили, упаковочные материалы), свойства которых полностью отвечают запросам конечного потребителя». Для достижения этой цели необходимы высококвалифицированные специалисты – металлурги.

Знакомство с особенностями строения металлов и сплавов лучше начинать еще в школьном возрасте, что помогает заинтересоваться этой профессией.

В рамках школьного спецкурса «Металлургия» мы познакомились с классификацией цветных металлов и основными видами сплавов из них. Из источников [6,8] выяснили, что сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы. Наиболее известные сплавы:

Латунь — сплав меди с цинком (10…40 %), хорошо поддается холодной прокатке, штамповке, вытягиванию

Изучение структуры и свойств цветных металлов и сплавов

• ОТЧЁТ
• по лабораторной работе
• по теме: «Изучение структуры и свойств цветных металлов и сплавов»
• по дисциплине «Технология конструкционных материалов»
• Теоретическая часть

Цветные металлы: медь, алюминий, цинк, магний, никель и 
др., а также сплавы на их основе находят широкое применение в машиностроении, т.к. эти металлы и сплавы наряду с удовлетворительной прочностью и высокой коррозионной стойкостью обладают хорошими технологическими свойствами (способность к пластической деформации, обрабатываемость резанием).

Из цветных металлов большое 
значение имеет мед и её сплавы. Чистая медь применяется преимущественно 
в тех случаях, когда от изделий 
не требуется высокой прочности, но необходима высокая электро- или 
теплопроводность.

Из сплавов меди широко применяются латуни и бронзы. Свойства медноцинковых сплавов (латуней) существенно изменяются в зависимости от содержания цинка. Таким образом, можно получить сплавы с высокой пластичностью (например, латунь Л70), обладающие однофазной структурой
— твёрдого раствора, и сплавы с повышенной прочностью (например, латунь Л59), структура которых является двухфазной (
).

Сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, бериллием, свинцом 
и т.п. называются бронзами.

Практическая 
часть

1. Произвести микроисследование образцов: а) литой меди, содержащей кислород; б) оловянистой бронзы; в) двухфазной алюминиевой бронзы; г) — латуни; д) ( )- латуни.

1. Обезжирили 
   поверхность образцов ацетоном.
2. Определили 
   реактив для травления:
3. -для цветных 
   металлов-    FeCl3(10г)+H2O(95г)
4. -для алюминия-   NaOH+H2O+глицерин
5. С помощью микроскопа просмотрим микроструктуры металлов и 
   зарисуем их
6. Латунь №1 Оловянистая бронза
7. (
   )- латунь Алюминий
8. Алюминиевая бронза
9. Зарисуем части 
   диаграммы состояния, соответствующие 
   данным сплавам:
10. Латунь №1 Оловянистая бронза
11. (
    )- латунь Алюминий
12. Алюминиевая бронза
13. Области применения изученных марок сплавов:

Цветные металлы: медь, алюминий, цинк, магний, никель и др., а также сплавы на их основе находят широкое применение в машиностроении, т.к. эти металлы и сплавы наряду с удовлетворительной прочностью и высокой коррозионной стойкостью обладают хорошими технологическими свойствами (способность к пластической деформации, обрабатываемость резанием).

Тема:Изучение структуры цветных металлов и сплавов

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 15Следующая ⇒

• Задачи работы:
• Изучить микроструктуры цветных металлов и сплавов,установить связь между структурой,свойствами и применением.
• Теоретические сведения:

Цветные металлы обладают рядом специфических свойств.

Так,медь отличается высокой электропроводностью,алюминий и магний-малой плотностью,свинец –пластичностью,олово,свинец,цинк-легкоплавкостью и т.п.Поэтому перечисленные металлы,несмотря на дороговизну,широко применяются в промышленности в виде составляющих элементов цветных сплавов.

Сплавление одних цветных металлов с другими с образованием сплавов в ряде случаев значительно улучшает их ценные свойства.Ниже дана краткая характеристика ряда распространенных цветных металлов и сплавов.

Медь марки М1 содержит до 0,1% примесей,обладает высокой электропроводностью и применяется для проводников электрического тока.

Латунь марки Л68 (32% цинка,остальное медь) обладает высокой пластичностью,антикоррозийностью и используется чаще для изготовления изделий прокаткой и штамповкой (проволока,листы,трубы и др.).

Латунь марки ЛС59-1 (40% цинка,1% свинца,остальное медь) обладает хорошей обрабатываемостью резанием.Применяется в виде цветного литья,а также изделий,изготовленных прокаткой или прессованием (листы,прутки,трубы,втулки,гайки и др.).

Бронза марки БрО10 (10% олова,остальное медь) обладает хорошими литейными свойствами и поэтому применяется для цветного фасонного литья.Микроструктура оловянистой бронзы состоит из неоднородного твердого α-раствора и эвтектоида.Темные участки неоднородного α-раствора богаты медью,светлые оловом.

Силумин марки АЛ2 (10-13% кремния,остальное алюминий) обладает коррозионной стойкостью и хорошими литейными свойствами,применяется для литья (крышки,кожухи,барабаны и др.)При отсутствии модифицирования сплав,содержащий 12% кремния имеет структуру,состоящую из эвтектики грубого строения и темных крупных игл кремния,снижающих пластические свойства сплава.

Дуралюмин марки Д1 (3,8-4,8% меди,0,6% магния,0,6% марганца,до 0,7% кремния,остальное алюминий) обладает достаточной прочностью и пластичностью.Посредством прокатки или штамповки из него изготовляют листы,прутки,трубы и др.

Для получения этих свойств дуралюмин закаливают в воде с 510ºС,и затем подвергают старению при 18-20ºС в течение нескольких суток.После старения структура дуралюмина Д1 состоит из светлых зерен перенасыщенного твердого раствора,представляющего собой раствор меди в алюминии.

Упрочняющие продукты,полученные при старении,под микроскопом не видны.

Подшипниковый сплав баббит марки Б83 обладает высокими антифрикционными свойствами,применяется для заливки подшипников скольжения.Структура сплава состоит из темной пластичной основы α-фазы,светлых твердых частиц крупных кубических кристаллов и мелких игл или звезд кристаллов.

Порядок выполнения работы:

1.Рассмотреть под микроскопом и зарисовать схемы микроструктур изучаемых цветных металлов и сплавов.

2.Записать марку,химический состав,термообработку,названия зарисованных микроструктурных составляющих,количество фаз,увеличение микроскопа,свойства и применение изучаемых сплавов.

Содержание отчета:

В отчет необходимо включить схемы и описания изучаемых микроструктур цветных металлов и сплавов.,диаграмму состояния сплавов алюминий-кремний и сущность модифицирования силуминов и старения дуралюминов.

Контрольные вопросы:

1.Какими положительными свойствами обладают цветные металлы?

2.Какую структуру имеет латунь ЛС59-1?

3.Какую структуру имеет силумин АЛ2?

Доверь свою работу кандидату наук!

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 11; Нарушение авторских прав

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒