Файл: Учебное пособие Пермь, 2011 удк 621. 791 Рецензенты др техн наук, проф. Ю. Д. Щицын.doc

Однако тугоплавкие металлы склонны к хрупкому разрушению, так как им присуща высокая температура хладноломкости. Примеси внедрения, такие, как C, N, H, O, еще более повышают ее. Наиболее чистые металлы, получаемые зонной очисткой, имеют порог хрупкости в области минусовых температур и хорошую пластичность при комнатной температуре. Так, если для металлокерамического молибдена температура перехода в хрупкое состояние +200 С, то для молибдена, полученного зонной плавкой в вакууме, порог хрупкости 196 С.

Тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью. При температуре свыше 400…600 С их нужно защищать от окисления, иначе свойства тугоплавких металлов и сплавов резко ухудшаются. Для этих целей применяют металлические, интерметаллические и керамические покрытия. Для молибдена и вольфрама в качестве защитных покрытий наиболее часто используют силицидные покрытия (MoSi₂, WSi₂). При работе деталей в вакууме, инертных средах покрытия не нужны. Не требуется защитных покрытий для деталей и сплавов хрома, так как он обладает жаростойкостью до 1000 С из-за образования плотной тугоплавкой оксидной пленки Cr₂O₃.

Теплоустойчивые стали применяют в энергетическом машиностроении для деталей, работающих под нагрузкой при температуре 500…650 С в течение длительного времени. В зависимости от условий работы для изготовления деталей используют низколегированные стали после соответствующей термической обработки. Например, детали из стали 12МХ используются при 510 С (трубы паронагревателей, трубопроводы и коллекторные установки высокого давления, паровые котлы, детали цилиндров, газовые турбины и т.д.). Для тех же целей применяется сталь 12Х1МФ (рабочая температура 570…590 С). Сталь марки 15Х5 применяется для труб, деталей насосов, лопаток, подвесок котлов (рабочая температура 600 С).


7. Цветные металлы и сплавы

7.1. Алюминий и его сплавы

Алюминий  металл серебристого цвета с плотностью 2,7 Мг/м³ и температурой плавления 660 С; имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку; не имеет аллотропических превращений.

Алюминий характеризуется высокими тепло- и электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Последнее объясняется способностью алюминия на воздухе покрываться прочной оксидной пленкой, защищающей металл от дальнейшего окисления. Алюминий характеризуется высокой пластичностью, хорошо обрабатывается давлением. Механические свойства прокатанного и отожженного алюминия высокой чистоты:

---

_В = 58 МПа; _0,2 = 20 МПа;  = 40 %;  = 85 %; твердость 25 НВ. Примеси по-разному влияют на алюминий: магний и марганец снижают его тепло- и электропроводность, железо  коррозионную стойкость. Магний, марганец, медь, цинк, никель и хром, упрочняют алюминий.

Благодаря удачному сочетанию физических, химических, механических и технологических свойств алюминий и его сплавы широко применяют в различных областях народного хозяйства. Высокая тепло- и электропроводность алюминия позволяют использовать его в электротехнической промышленности, теплообменниках холодильников и др. Алюминий применяется для получения сплавов на его основе и как легирующий элемент в магниевых, медных, цинковых, титановых и других сплавах. Листовой алюминий идет как упаковочный материал, увеличилось применение алюминия в строительстве, сельском хозяйстве и др.

По способу производства изделий алюминиевые сплавы можно разделить на две группы: деформируемые (в том числе спеченные), идущие на изготовление полуфабрикатов  листов, прутков, профилей, поковок путем прокатки, прессования, ковки и т.д., и литейные, предназначенные для фасонного литья.

Деформируемые алюминиевые сплавы по объему производства составляют около 80 %. Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

К термически неупрочняемым сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц) и с магнием  магналин (АМг2, АМг3, АМг6 и др.). Сплавы эти обладают средней прочностью, хорошей пластичностью и свариваемостью, а также высокой коррозионной стойкостью. Они применяются в судо- и авиастроении, в производстве сварных емкостей, холодильников и т.д.

Механические свойства сплавов АМЦ следующие: _в =130 МПа (в отожженном состоянии) и 220 МПа (в нагартованном);  = 23 и 5 % соответственно. Сплав АМг6 в отожженном состоянии имеет _в = 340 МПа,  = 18 %, а в нагартованном  _в = 400 МПа,  = 10 %.

К термически упрочняемым относят следующие алюминиевые сплавы: на основе системы AlCuMg (дуралюмины Д1, Д16 и др.; _в = 410…540 МПа,  = 11…15 %); на основе AlCuMgSi (авиали типа АВ; _в =220 МПа,  =22 %); на основе AlCuMgZn

---

(высокопрочные сплавы В95, В96; _в 550…700 МПа,  = 7…8 %); на основе AlMgNiSi (жаропрочные сплавы АК4-1, Д20; _в430 МПа,  = 12 %) и на основе AlCuMgMn (ковочные сплавы АК-6, АК-8; _в = 480 МПа,  = 10 %) и др.

Наибольшую известность получили дуралюмины. Термическая обработка дуралюминов заключается в закалке при температуре 500 С с охлаждением в воде и последующим естественным или искусственным старением, которое заключается в возникновении при температуре нагрева сплава AlCu до 548 С дисперсных частиц избыточной упрочняющей фазы CuAl₂.

Силумины  это литейные сплавы на основе алюминия, содержащие кремний и некоторые другие элементы (АЛ2, АЛ4, АЛ9; _в = 180…260 МПа,  = 14 %).

Модифицирование силумина смесью солей натрия (²/₃ NaГ + ¹/₃ NaCl) повышает характеристики прочности и пластичности силуминов.

Кроме силуминов находят применение следующие литейные алюминиевые сплавы: на основе AlMg (АЛ8, АЛ13 и др.; _в = 330 МПа,  = 15 %); на основе AlCu (АЛ7, АЛ19 и др.; _в = 240…360 МПа,  = 2…9 %); на основе AlCuSi (АЛ3, АЛ6 и др.; _в =170…240 МПа,  = 1…4 %).

В последнее время получили распространение гранулированные и порошковые алюминиевые сплавы. Гранулирование производится распылением расплава; при этом получаются частицы сферической или овальной формы  гранулы. Скорость охлаждения зависит от толщины частиц, которая может меняться от десятых долей до сотен микрометров (10⁵…10⁸ С/с). В гранулируемых алюминиевых сплавах повышаются механические и физические свойства. Гранулы брикетируют, а затем подвергают пластическому деформированию.

Методами порошковой металлургии изготавливают спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС). Первые состоят из порошка алюминия и дисперсных частиц Al₂O₃

---

, которые повышают прочность сплава и снижают его пластичность. Сплавы обладают высокой жаропрочностью до 500 С. Содержание Al₂O₃ в САПах колеблется от 6 до 22 %.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС-1, САС-2 и др.) относятся к сплавам системы AlSiNi. Используются они в основном в приборостроении как материалы с низким коэффициентом линейного расширения. САСы в виде порошков получают пульверизацией жидких сплавов при высоких скоростях охлаждения. В структуре САС содержатся мелкие включения кремния и интерметаллиды. Механические свойства этих сплавов определяются формой и размерами частиц (_в = 230…400 МПа,  = 0,5…4 %).

7.2. Магний и его сплавы

Магний  металл серебристо-белого цвета с плотностью 1,74 Мг/м³ и температурой плавления 651 С; имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку; аллотропических превращений не имеет.

Магний  химически активный металл, на воздухе окисляется с образованием оксидной пленки MgO, не обладающей защитными свойствами. Эта пленка растрескивается из-за более высокой плотности (3,2 Мг/м³), чем у самого магния. Магний в слитках, а также изделия из магниевых сплавов не огнеопасны. Опасность может представлять магний в виде стружки, порошка или пыли. Взаимодействие воды с горячим и расплавленным магнием сопровождается взрывом.

Пластическая деформация магния и его сплавов происходит при повышенных температурах.

Магний и его сплавы имеют хорошую обрабатываемость резанием, легко свариваются, в особенности аргонодуговой сваркой. Механические свойства прокатанного и отожженного магния: _в = 180 МПа; _0,2 = 100 МПА;  = 15 %; НВ 30.

Примеси железа, никеля, кобальта и меди снижают коррозионную стойкость магния и сплавов на его основе.

Магний используется главным образом для получения сплавов на его основе и легирования алюминиевых сплавов. Благодаря большой химической активности к кислороду магний применяют в качестве раскислителя в производстве стали и цветных сплавов, а также для получения трудновосстанавливаемых металлов (титана, циркония, ванадия, урана и др.). Его используют также для получения высокопрочного модифицированного чугуна. В химической промышленности порошкообразный магний применяют для обезвоживания органических веществ (спирта, анилина и др.), а также для получения тетраэтилсвинца, тетраметила и других препаратов, применяемых в качестве добавок к нефтепродуктам и в фармакологии. Магний в порошкообразном виде и в виде ленты горит ослепительно белым пламенем, что используется в пиротехнике, в фотографии для моментальных съемок, в военной технике (сигнальные ракеты, зажигательные бомбы и др.).

---

В последние годы на основе магния созданы сплавы с особыми физическими и химическими свойствами. Из них изготавливают аноды для источников тока, детали машин с высокими демпфирующими свойствами и др.

Для получения сплавов к магнию добавляют различные элементы, повышающие его свойства: алюминий, цинк и марганец.

Введение марганца в магний практически не оказывает влияния на прочностные характеристики, но снижает пластичность и вместе с тем повышает сопротивление коррозии и улучшает свариваемость.

Содержание алюминия в сплавах до 6…7 % приводит к повышению прочности и пластичности. При большем содержании алюминия прочность резко падает.

Свойства сплавов магния, содержащих цинк, изменяются по сложной кривой. Максимальные значения механических характеристик отвечают содержанию цинка 4…6 %. Для измельчения зерна, повышения механических свойств и коррозионной стойкости магниево-цинковых сплавов к ним добавляют небольшие количества циркония и ЩЗМ (церия и др.).

Магниевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые. Из литейных сплавов получают детали методом фасонного литья; их маркируют буквами МЛ, что означает магниевый литейный сплав. Деформируемые сплавы используют для получения полуфабрикатов и изделий путем пластической деформации (прокатка, ковка, штамповка и т.д.). Деформируемые магниевые сплавы маркируются двумя буквами МА. За буквами МЛ и МА ставятся цифры, указывающие номер сплава.

К литейным относятся следующие магниевые сплавы: на основе системы MgAlZr (МЛ3, МЛ5; _в = 147…225 МПа,  = 2…5 %); на основе MgNbZr (МЛ10; _в = 225…235 МПа,  = 3 %); на основе MgZnZr (МЛ12; _в = 200…220 МПа,  = 3…6 %).

К деформируемым относят следующие магниевые сплавы: на основе системы MgMn (МА1; МА8; _в = 240…260 МПа,  = 5…12 %); на основе MgAlZn (МА2, МА5 и др.; _в =260…310 МПа,  =8…12 %); на основе MgNd (МА12; _в =280 МПа,  = 10 %); на основе MgZnZr (МА14; _в = 350 МПа,  =14 %) и др.

Благодаря малой плотности сплавы на основе магния по удельной прочности превосходят некоторые конструкционные стали, чугуны и алюминиевые сплавы. При замене алюминиевых сплавов магниевыми на 25…30 % снижается масса детали. Магниевые сплавы хорошо поглощают вибрации, что очень важно для авиации, транспорта и текстильной промышленности. Удельная вибрационная прочность магниевых сплавов с учетом демпфирующей способности почти в 100 раз больше, чем у дуралюмина, и в 20 раз больше, чем у легированной стали.

---