Лекции по "Материаловеденю"

Латуни могут иметь  в своем составе до 45 % цинка. Повышение количества цинка до 45 % в латуни приводит к повышению прочности (s_в до 450 МПа). Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.

По технологическому признаку латуни подразделяются на деформируемые и литейные.

Изделия из a - латуни изготавливают главным образом холодной или горячей деформацией, обработка резанием не дает достаточной чистоты. Изделия из (a + b ) - латуней изготавливают горячей (прессование, штамповка) или холодной (без вытяжки) деформацией или обработкой резанием. Изделия применяются в отожженом или же наклепанном состоянии, поскольку термическая обработка не дает эффекта.

Рис. 8.8 – Микроструктура латуни, х250: а) однофазной a - латуни (30 % Zn); б) двухфазной (a + b ) - латуни (40 % Zn)

В многокомпонентных латунях добавки Al, Sn, Ni, Mn, Fe и Si повышают прочность, твердость, коррозионную стойкость и литейные свойства. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Введение третьего компонента в двойные латуни изменяет структуру и свойства. Экспериментально установлено, что добавки третьего компонента сдвигают границы a и (a + b ) областей. Добавляемый элемент действует на структуру латуней качественно так же, как и сам цинк, но эффект от добавки 1 % этого элемента будет иной.

По ГОСТ 15527-70* простые (двойные) латуни обозначаются буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах (остальное цинк) – (Л80, Л70, Л63, Л60…) (табл. 8.1).

Латуни с содержанием  меди 90 % и более (Л96, Л90) называют томпак, при 80-85 % меди (Л85, Л80) – полутомпак.

Легированные деформируемые латуни маркируются буквой Л и буквами, обозначающими название легирующего элемента. Цифры, отделенные друг от друга через тире, идущие после букв, показывают содержание меди (первая) и легирующих элементов (соответственно буквам) в процентах (остальное – цинк): ЛАЖ 60-1-1, Л070-1, ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 и др. (ГОСТ 15527-70*).

Называют легированные латуни по легирующим добавкам. Например: ЛА77-2 – алюминиевая деформируемая латунь, содержащая 77% Сu, 2 % Al (А), остальное (21 %) Zn; ЛО90-1 – оловянный томпак, содержащий 90 % Сu, 1 % Sn (О), остальное Zn (9 %).

Таблица 8.1

Применение латуней

Марка	Назначение
Двойные деформируемые  латуни (ГОСТ 15527-70)
Л96    Л90, Л85        Л80, Л70    Л63, Л60	Радиаторы и капиллярные трубки     Детали машин приборов теплотехнической , химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.     Гильзы хим. аппаратуры    Гайки, болты, детали автомобилей, конденсаторные трубы
Многокомпонентные деформируемые латуни
ЛА77-2 ЛАЖ60-1-1 ЛАН59-3-2 ЛС64-2 ЛС59-1, ЛС60-1 ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5	Конденсаторные трубы морских  судов Детали морских судов Аппаратура электрических машин Полиграфические матрицы Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки Пружины, манометрические трубы
Литейные латуни (ГОСТ 17711-80)
Л80К3 Л80К3С3 Л66А6Ж3Мц2	Детали аппаратуры Литые подшипники, втулки Машинные червячные винты, гайки  нажимных винтов

По ГОСТ 17711-80* в марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название: ЛЦ14К3С3, ЛЦ40Мц1,5, ЛЦ40С, ЛЦ30А3 и др.

Пример расшифровки марки ЛЦ23А6Ж3Мц2: алюминиево-железо-марганцовая литейная латунь, содержащая 23 % Zn, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn, остальное Сu (66 %).

Латуни, за исключением  свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Из латуней изготавливают различные детали машин, аппаратов (табл. 8.1).

Литейные латуни идут для фасонного литья. Обладают хорошей  жидкотекучестью, малосклонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами.

8.3.3. Бронза

Бронзы – сплавы меди, обычно многокомпонентные, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка и никеля.

По химическому составу бронзы подразделяются на оловянные и безоловянные, не содержащие олова в качестве легирующего компонента.

Бронзы называют, как  и латуни, по соответствующим добавкам:

• алюминиевые;
• свинцовые;
• кремнистые и т.д.

По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые.

При маркировке бронз  на первом месте стоят буквы Бр. Остальная запись сплава зависит от способа получения заготовок.

В литейных (рис. 8.9) бронзах обозначение и количество легирующих компонентов выполнено в соответствии с латунями. В конце марки может дополнительно стоять прописная буква Л: БрО3Ц7С5Н, БрО10, БрО10Ф, БрО8Н4Ц2 и др. (ГОСТ 613-79); БрА9Мц2Л, БрА10Ж4Н4Л, БрСу3Н3Ц3С20Ф (Су – сурьма) и др. (ГОСТ 493-79) и т.д.

Рис. 8.9 - Микроструктура литой оловянной бронзы (6 % Sn), х250

Пример расшифровки марки БрО3,5Ц7С5: оловянно-цинково-свинцовая литейная бронза с содержанием олова (О) – 3,5 %, цинка (Ц) – 7 %, свинца (С) – 5 %, остальное (84,5 %) – медь.

Отличие обозначения  марок деформируемых бронз (рис. 8.10) от литейных такое же, как и у латуней: сначала в буквенном коде записываются все легирующие элементы, а затем – цифры через тире, указывающие в той же последовательности содержание компонентов в процентах: БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-4 и др. (ГОСТ 5017-74* ), БрА5, БрАЖН10-4-4, БрБНТ1,9 и др. (ГОСТ 18175-78*) и т.д.

Рис. 8.10 - Микроструктура деформированной и отожженной оловянной  бронзы (6 % Sn), х250

Пример расшифровки  марки БрБ2: безоловянная бериллиевая деформируемая бронза, содержащая 2 % бериллия (Б), остальное – 98 % медь; БрБНТ1,7: безоловянная бериллиево-никелево-титановая деформируемая бронза, содержащая 1,7 % бериллия (Б), менее 1 % никеля и титана каждого, остальное (около 97 %) – медь.

По микроструктуре оловянные промышленные бронзы можно условно разделить на две группы:

• однофазные - a - бронзы;
• двухфазные - a + эвтектоид (a + d ).

Бронзы, содержащие олова  до 4-5 %, являются однофазными и структура их состоит из a - твердого раствора сложного состава (в меди кроме олова, растворены цинк, никель и др. элементы).

Бронзы, содержащие олова  свыше 6 %, относятся к двухфазным бронзам, чем больше олова, тем больше эвтектоида.

Бронзы, обрабатываемые давлением, характеризуются более  низким содержанием олова, чем применяемые  для литья.

В промышленности применяются двойные оловянные бронзы, имеющие в составе кроме меди и олова добавки цинка, свинца, фосфора, никеля и др.

Механические свойства двойных оловянных бронз зависят  от содержания олова (рис. 8.11).

Широкий интервал кристаллизации сплавов меди с оловом является причиной их невысокой жидкотекучести и значительной пористости отливок. Для улучшения литейных свойств, повышения плотности отливок и уменьшения интервала кристаллизации в небольшом количестве вводят цинк.

Рис.8.11 – Зависимость  механических свойств сплавов Cu-Sn от содержания олова

Свинец улучшает антифрикационные свойства и обрабатываемость резанием. Фосфор - (при содержании фосфора 1 % появляется тройная эвтектика) улучшает литейные, антифрикационные и механические свойства бронз. Кроме того, фосфор служит раскислителем бронз.

Алюминиевые бронзы (рис. 8.12), среди медных сплавов, по своей распространенности занимают одно из первых мест. Это объясняется высокими механическими, коррозионными и антифрикационными свойствами. Алюминиевые бронзы применяются для производства отливок и обработки давлением.

Рис. 8.12 - Микроструктура алюминиевой бронзы, х250: а) однофазная (5 % Al); б) двухфазная (10 % Al).

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы с содержанием 5 – 8 % алюминия. Увеличение алюминия до 10 – 11 % ведет к резкому повышению прочности и снижению пластичности (рис. 8.13).

Рис. 8.13 - Микроструктура закаленной алюминиевой бронзы (10,5 % Al), х500

Детали из алюминиевых бронз изготавливают литьем и обработкой давлением (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Применение бронз

Марка	Назначение
1	2
Оловянные бронзы (деформируемые)
БрОФ6,5-0,15                        БрОЦС4-4-2,5	Пружины, коробки барометров, мембраны, подшипники Антифрикционные детали
Оловянные бронзы (литейные)
БрОЦСНЗ-7-5-1 БрОЦС4-4-17	Арматура в условиях воды, морской  воды, пара Антикоррозионные детали, антифрикционные  детали (втулки, червячные колеса)
Алюминиевые бронзы
БрАЖЭ-4 БрАЖ9-4Л БрАЖН 10-4-4	Прутки, поковки  Фасонное литье  Прутки, поковки, трубы
Кремнистая  бронза
БрКМц3-1	Прутки, проволока, лента для изготовления пружин, простые фасонные отливки  вал бронза
Бериллиевая бронза
БрБ2	Прутки, ленты, проволока для пружин
Свинцовая бронза
БрС30	Для заливки вкладышей подшипников

Свинцовые бронзы выгодно сочетают в себе хорошие антифрикционные свойства с высокой теплопроводностью. Кроме того, они хорошо воспринимают ударные нагрузки и работают на усталость. В связи с этим их применяют для ответственных высоконагруженных подшипников, работающих при больших скоростях (подшипники авиационных двигателей, дизелей, мощных турбин и др.).

Свинцовые бронзы имеют  высокую теплопроводность (в 4 раза большую, чем у оловянистой бронзы, в 6 раз большую, чем у баббитов (сплав олова с сурьмой)), допускают больший нагрев (до 300 – 320 ° С), что весьма важно для быстроходных машин.

Наибольшее применение имеют бронзы, содержащие 25 – 30 % свинца. Медь и свинец в твердом состоянии  не растворимы друг в друге и образуют эвтектику, которая практически состоит из кристаллов меди и включений свинца, которые располагаются по границам зерен или заполняют междендритные пространства. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства.

Применяемая бронза Бр30 имеет низкие механические свойства (s_в = 60 - 80 МПа , d = 4 % , НВ 250), поэтому ее применяют в виде тонкого слоя по стальной ленте или трубе, из которой изготавливают подшипники. В соответствии с составом свинцовые бронзы условно делят на две группы: к первой группе относят двойные бронзы с 30 – 35 % свинца, ко второй группе – легированные свинцовые бронзы с присадками олова и никеля. Добавки олова и никеля повышают механические и коррозионные свойства.

8.3.4. Медно-никелевые сплавы

Медно-никелевые сплавы – сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель.

Промышленные медно-никелевые  сплавы можно условно разделить  на две группы: конструкционные и электротехнические.

К первой группе относятся  коррозионно-стойкие и высокопрочные  сплавы типа мельхиор, нейзильбер, куниаль. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют Mn, Al, Zn, Fe, Co, Pb и др.

Маркировка медно-никелевых  сплавов начинается с буквы М: МНЖМц30-1-1, МН19 – мельхиор; МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8 – нейзильбер; МНА13-3, МНА6-1,5 – куниаль и др. (ГОСТы 5063-73* , 5187-70* ). Медно-никелевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах, высокие механические свойства хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, устойчивы при низких температурах.

8.4. Цинк и его сплавы

Цинк, имея решетку г.п.у., относительно плохо деформируется. Поэтому в основном из цинковых сплавов  изготовляют детали литьем. Для изготовления отливок используются сплавы цинка  с алюминием, медью, магнием. Из цинковых сплавов изготовляют отливки корпусов карбюраторов, насосов, спидометров, деталей стиральных машин, пылесосов, конторских и печатных машин.

Для зашиты от коррозии и  улучшения декоративного вида отливки  подвергают меднению, никелированию  или хромированию.

Сплавы типа ЦАМ10-1 (состав: 9...11 % А1, 0,6...1 % Сu) являются антифрикционными сплавами. Используются как заменитель оловянных бронз и баббитов в подшипниках металлорежущих станков и других машин, когда давление на подшипник не более 2000 МПа и окружная скорость до 3 м/с.

Цинковые подшипники склонны к заеданию и требуют  постоянно смазки. Большое значение имеет цинк в качестве покрытия изделий  из стали для защиты их от коррозии.