МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Тема 2. Основы металловедения

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Тема 2. Основы металловедения Учебное пособие для подготовки по профессии «помощник машиниста тепловоза, электровоза» А. А. Семенов, А. В. Ломакин 1

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 ОСНОВЫЕ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ. Часть 5. Цветные металлы 2

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Со многими элементами медь образует твердые растворы замещения, в которых атомы добавки занимают места атомов меди в гранецентрированной кубической решетке. Медь в твердом состоянии растворяет до 39% Zn, 15, 8% Sn, 9, 4% Al, a Ni — неограниченно. Медные сплавы получают сплавлением меди с легирующими элементами Или промежуточными сплавами — лигатурами. Для раскисления (восстановления окислов) в расплав вводят малые добавки фосфора (десятые доли процента). Медные сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Из деформируемых отливают (в изложницы или непрерывным методом) круглые и плоские слитки, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением: прокатке, прессованию через матрицу или волочению для производства листов, лент, прутков, профилей, труб и проволоки. Медные сплавы хорошо обрабатываются давлением, и деформированные полуфабрикаты составляют основную долю всего объема их производства. 3

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Медные сплавы подразделяют на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы. В латунях главной добавкой является цинк, в бронзах — любой элемент, кроме цинка и никеля. Промышленные марки выпускаемых медных сплавов начинаются с первых букв их названий — Л (латуни); Бр. (бронзы); М (медно-никелевые сплавы). 4

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Легирующие элементы обозначают следующими буквами: А — алюминий, Н — никель, О — олово, Ц — цинк, С — свинец, Ж — железо, Мц — марганец, К — кремний, Ф — фосфор, Т — титан. 5

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Примеры условных обозначений бронзы: Бр. ОЦС 5 -5 -5 - бронза оловянная, содержит олова, свинца и цинка по 5 % , остальное — медь ( 85 % ). Бр. A 5 - бронза безоловянная, содержит алюминия 5 % , остальное — медь (95 %). 6

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Латунь - это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, в котором основным легирующим элементом является цинк. При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальными по наименованию элементов, например железофосфорномарганцевая латунь и т. п. В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40 — 45 % цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость. Содержание легирующих элементов в специальных латунях не превышает 7 — 9 %. 7

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Например, латунь: ЛЦ 14 К 3 С 3 кремнисто-свинцовая латунь, содержащая 77 - 81 % меди, 2, 5 - 4, 5 % кремний, 2 - 4 % свинец, остальное цинк. ЛС 59 -1 Л - литейная латунь 8

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Медноникелевые сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на конструкционные и электротехнические сплавы. Куниаль (медь — никель — алюминий) содержат 6 — 13 % никеля, 1, 5 — 3 % алюминия, остальное — медь. Куниали подвергают термической обработке (закалка — старение). Куниали служат для изготовления деталей повышенной прочности, пружин и ряда электротехнических изделий. 9

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Медноникелевые сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на конструкционные и электротехнические сплавы. Мельхиор (медь — никель и небольшие добавки железа и марганца до 1 % ) обладают высокой коррозионной стойкостью, в частности в морской воде. Их применяют для изготовления теплообменных аппаратов, штампованных и чеканных изделий. Копель (медь — никель 43 % — марганец 0, 5 % ) — специальный термоэлектродный сплав для изготовления термопар. 10

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Свинцовые сплавы — это сплавы на основе свинца и меди. Сплавы характеризуются высокой степенью сопротивления трению при относительно высокой температуры плавления – от 180 0 С Баббит (медь — сурьма 5, 5 - 6, 5%; медь 0, 1 -0, 3 %, остальное свинец ) — специальный сплав для подшипников скольжения. Например, Б 88 – сурьма 7, 3 -7, 8%, медь 2, 5 -3, 5%, никель – 0, 8 -1, 2%, остальное свинец. 11

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Сплавы алюминия Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Он не имеет аллотропических превращений, кристаллизуется в решётке гранецентрированного куба, с периодом а=4, 0041 мм. Алюминий обладает низкой плотностью (2, 7 г/см 3), хорошей теплопроводностью (0, 52 кал/см*с* ОС), низким электросопротивлением (0, 027 Ом. мм 2/м), составляющим 65 % от меди, высокой коррозионной стойкостью, низкой прочностью σb =90 МПа, высокой пластичностью δ =30 %. 12

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Сплавы алюминия Дюралюмины. Дюраль - сплав алюминия, меди и магния. Данный сплав также называют дуралюминий или дуралюмиин, очень редко дураль (от названия фирмы Dural, Франция). Дюралюминий - изначально был торговой маркой алюминиевых сплавов, которые упрочнялись старением. Основными легирующими элементами в данном сплаве являются: *медь - 4, 4%, *магний - 1, 5%, *марганец - 0, 5%. Производство - сплав алюминий сначала необходимо нагреть до температуры 500 градусов Цельсия, а потом произвести закалку в водной среде. Упрочнение сплава проходит путем естественного или искусственного старения. 13

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Сплавы алюминия Дюралюмины. Дюралюминами называются сплавы системы Al-Cu-Mg- Mn. Типичным представителем дюралюминов является сплав Д 1 - (Cu=4 %, Mn=0. 5 %, Mg= 0. 5 %, остальное Al). Д 16 - ( Cu=3. 8 -4. 9 %, Mn=0. 3 -0. 9 %, Mg= 1. 2 -1. 8 %, остальное Al). Дюралюмины обладают пониженной коррозионной стойкостью в речной и морской воде, а также во влажном воздухе, поэтому для защиты от коррозии их подвергают плакированию, то есть покрытию тонким слоем (5 % от толщины листа) алюминия высокой чистоты (А 5—А 7) или анодированию для создания окисной пленки. Дюралюмины выпускаются в виде листов, труб, прессованных и катаных профилей, проволоки для заклепок. 14

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Сплавы алюминия Дюралюмины. Сплав дюралюминия часто используется в авиастроении наряду с алюминием. Также применяется в производстве скоростных поездов при обшивке вагонов, а также во многих других отраслей машиностроения. По сравнению с чистым алюминием, дюраль - более прочный металл, так как он обладает большей твердостью. 15

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Сплавы алюминия Антифрикционные алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью в масляных средах, достаточно хорошими механическими и технологическими свойствами, что позволяет использовать их в качестве антифрикционных материалов взамен медных сплавов (бронз, например, Бр. С 30). Например, АО 9 -2 (9 % Sn, 2 % Cu, 1 % Ni, 0, 5 % Si) 16

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Часть 4 Сплавы алюминия Высокопрочные сплавы. Высокая прочность достигается введением Zn в системы Al-Cu-Mg-Mn. Предел прочности таких сплавов достигает 600 -700 МПа при пластичности δ =8 -12 %, (меньшей, чем у дюралюминов). Эти сплавы имеют наивысшую прочность из всех известных алюминиевых сплавов. Например, В 95 – сплав Алюминия и присадок в виде : Cu=1, 8%, Mg=2%, Mn=0, 4%, Zn=6%. 17