Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь и ее сплавы

Цветные металлы являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. Это сплавы на основе титана, алюминия, магния, меди.

Переход промышленности на сплавы из легких металлов значительно расширяет сырьевую базу. Титан, алюминий, магний можно получать из бедных и сложных по составу руд, отходов производства.

Титан и его сплавы

Титан — металл серебристо-белого цвета. Титан находится в IV группе Периодической системы Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 22, атомная масса 47,9. Температура плавления 1668°С.

Технический титан изготовляют марок: ВТ1-00 (99,53% Ti) и ВТ1-0 (99,4.8% Ti). Технический титан предел прочности около 300 ÷ 500 МПа, относительное удлинение 60÷80%.

Вредными примесями для титана являются азот, углерод, кислород и водород, образующие с ним твердый раствор внедрения и хрупкие оксиды, карбиды, нитриды и гидриды. Эти примеси снижают пластичность н свариваемость титана, повышают его твердость и прочность и ухудшают сопротивление коррозии. Особенно вреден водород, он охрупчивает титан.

На поверхности титана легко образуется стойкая оксидная пленка, вследствие чего титан обладает высокой сопротивляемостью коррозии в пресной и морской воде и в некоторых кислотах, устойчив и под напряжением. Титан имеет низкую теплопроводность.

Технический титан хорошо обрабатывается под давлением, сваривается (в среде аргона), но плохо обрабатывается резанием. Металлургической промышленностью он изготовляется в виде листов, труб, прутков, проволоки и других полуфабрикатов.

При температуре 882^oС титан претерпевает полиморфное превращение.

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

Для получения сплавов титан легируют Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Zr, Nb, а также, в небольших количествах, и Si.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуры полиморфного превращения. Элементы, повышающие температуру превращения, это – алюминий, кислород, азот, углерод. Элементы, понижающие температуру превращения, это – молибден, ванадий, хром, железо.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:

· сочетание высокой прочности ( МПа) с хорошей пластичностью ( );

· малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;

· хорошая жаропрочность, до 600…700^oС;

· высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Сплавы на основе титана можно подвергать всем видам термической обработки, химико-термической и термомеханической обработке. Упрочнение титановых сплавов достигается легированием, наклепом, термической обработкой.

Часто титановые сплавы легируют алюминием, он увеличивает прочность и жаропрочность, уменьшает вредное влияние водорода, увеличивает термическую стабильность. Для повышения износостойкости титановых сплавов их подвергают цементации или азотированию.

Основным недостатком титановых сплавов является плохая обрабатываемость режущим инструментом.

По способу производства деталей различаются деформируемые (ВТ 9, ВТ 18) и литейные (ВТ 21Л, ВТ 31Л) сплавы.

Области применения титановых сплавов:

· авиация и ракетостроение (корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа);

· химическая промышленность (компрессоры, клапаны, вентили для агрессивных жидкостей);

· оборудование для обработки ядерного топлива;

· морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок);

· криогенная техника (высокая ударная вязкость сохраняется до –253^oС).

Алюминий и его сплавы

Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см³ и температурой плавления 660^oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al₂O₃, предохраняет его от коррозии.

Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа.

В зависимости от чистоты различают алюминий особой чистоты:

1)А999 (99,999% А1);

2)высокой чистоты: А995 (99,995% Al), А99 (99,99% А1), А97 (99,99% Al), А95 (99,95% А1),

5) технической чистоты: А85, А8, А7, А6, А5, АО (99,0% А1).

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. из технического алюминия изготовляют различные трубопроводы, палубные надстройки морских и речных судов, кабели, электропровода, шины, конденсаторы, корпуса часов, фольгу, витражи, перегородки в комнатах, двери, рамы, посуду, цистерны для молока и т. д. Алюминий высокой чистоты предназначается для фольги, токопроводящих и кабельных изделий. Более широко используют сплавы алюминия.

Алюминиевые сплавы.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение). По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

· деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:

· деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;

· литейные сплавы.

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или с магнием. Упрочнение сплавов достигается в результате образования твердого раствора и в меньшей степени избыточными фазами.

Атомы этих элементов существенно повышают его прочность, снижая пластичность. Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание (АМг3).

Магний действует только как упрочнитель, марганец упрочняет и повышает коррозионную стойкость.

Эффект от закалки и старения сплавов АМг и АМц невелик, и их применяют в отожженном состоянии. Отжиг сплавов АМц и АМг2 производят при 350 -410°С, сплава АМг3 — при 270 — 280°С и сплава АМг5 — при 310 —335°С, охлаждение на воздухе.

Сплавы легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка и т. д.), хорошо свариваются. Обработка резанием затруднена. Сплавы, применяются для сварных и клепаных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Например, сплавы АМц, АМг2, АМгЗ нашли применение при изготовлении емкостей для жидкости (баки для бензина), трубопроводов, палубных надстроек, морских и речных судов, в строительстве (витражи, перегородки, двери, оконные рамы и др.).

Для средненагруженных деталей и конструкций используют сплавы АМг5 и АМг6 (рамы и кузова вагонов, подвесные нагруженные потолки, перегородки здания и переборки судов, электромачты, лифты, узлы подъемных кранов, корпуса и мачты судов и др.).