Характеристики на метали и сплави

2.4.1. Общи разпоредби.В машиностроенето търговските чисти металисе използватсравнително рядко поради недостатъчни якостни свойства. Следователносплавите се използват главно като структурни материали.

Сплаве вещество, състоящо се от два или повече компонента и получено чрез смесване на тези компоненти в течна форма.

Компонентите на сплавта могат да бъдат метални и неметални. В допълнение към основните компоненти, сплавта може да съдържапримеси.

Примеситемогат да бъдат както полезни, подобрявайки експлоатационните свойства на сплавта, така и вредни, влошавайки тези свойства. В допълнение, примесите могат случайно да попаднат в сплавта по време на нейното приготвяне и се добавят специално, за да придадат на сплавта желаните свойства.

Компонентите след втвърдяване на сплавта могат да образуваттвърд разтвор, химическо съединениеилимеханична смес.

Втвърд разтворкомпонентите взаимно се разтварят един в друг. Освен това един от компонентите обикновено запазва присъщата си кристална решетка, а другият под формата на отделни атоми се разпределя вътре в тази решетка.

Вхимичното съединениекомпонентите влизат в химично взаимодействие с образуването на нова кристална решетка. В този случай компонентите имат определено тегловно съотношение.

Вмеханичната смескомпонентите са напълно неразтворими и всеки запазва собствената си кристална решетка, а сплавта се състои от смес от кристали на нейните компоненти.

Механичната смес има постоянна точка на топене. Тази механична смес, която се образува при едновременна кристализация от стопилката, се нарича евтектика.

Металните сплави винаги имат специфичнаоснова.Ко-Отговорно всички сплави се разграничават по групи:

-сплави на основата на желязо;се наричат ​​черни,те включват стомани и чугуни;

- сплавина базата на алуминий, магнезий, титаниберилий,с ниска плътност; се наричат ​​лекицветни сплави;

- сплавина базата на мед, олово, калай и редица други -това сатежкицветни сплави;

– сплавите на базата нацинк, кадмий, калай, олово, бисмутсатопимицветни сплави;

– сплави на базата намолибден, ниобий, цирконий, волфрам, ванадийи редица други метали саогнеупорницветни сплави.

а) въглеродни стомани; това включва

- нисковъглеродни стомани с 0,09 - 0,20% С,

- средно въглеродни стомани с 0,0 - 0,45% С,

- високовъглеродни стомани, съдържащи повече от 0,5% С;

б) легирани стомани; това включва

- нисколегирани стомани със сумата на легиращите елементи до 2,5%,

- среднолегирани стомани със сумата на легиращите елементи 2,5 - 10,0%,

- високолегирани стомани със сумата на легиращите елементи над 10%.

Тук, под допинг [от лат. ligare - свързвам, свързвам] разбирам въвеждането на други метални добавки в основния метал за подобряване на свойствата му.

В обозначенията на марките легирана стомана се използват следните обозначения на химични елементи:

G - Mn (манган), C - Si (силиций), N - Ni (никел), X - Cr (хром), M - Mo (молибден), B - W (волфрам), F - V (ванадий), T - Ti (титан), D - Cu (мед), P - B (бор), Yu - Al (алуминий), B - Nb (ниобий), K - Co (кобалт), P - P (фосфор), A - N (азот), C - Zr (циркон II).

Фосфорът и сярата са вредни примеси и съдържанието на всеки от тях във всеки клас стомана над 0,03% е нежелателно(с изключение на някои специални стомани).

2.4.3. Чугун.Чугунът е многокомпонентна сплав на желязо с въглерод (повече от 2,14% С), както и със силиций, манган, сяра и фосфор. Широкото използване на чугуна в машиностроенето се дължи на оптималното съчетаване на приемливи за практиката технологични и експлоатационни свойства и технически и икономически показатели.

В процесите на получаване на черни метали чугунът заема особено важно място, тъй като е основният продукт от топенето на руди в доменни пещи. Според предназначението си доменните чугуни се делят на:

- Чугун, т.е. отива за преработка в стомана;

- леярна - за производство на фасонни отливки;

- специални или доменни феросплави.

Основната характеристика на чугуна в серията желязо-въглеродни сплави е, че въглеродът в чугуна може да бъде в структурата или под формата на графит - това са така нареченитесивипластиченчугун, или под формата нацементит,тоест железен карбид Fe3c - така наречениятбял чугун.

2.4.4. Медни сплави.Чистата мед е един от скъпите и оскъдни конструкционни материали. Следователно в чист вид се използва сравнително рядко, а медните сплави са по-често срещани материали. Те имат по-високи механични свойства, включително пластичност. Благодарение на добрата електропроводимост, топлопроводимост, устойчивост на корозия, студоустойчивост, медните сплави в някои случаи са незаменими в електрически инсталации, криогенно оборудване, топлообменници, електроннолъчеви и плазмени пещи.

Медните сплави се делят набронзимесинг.

Бронзътот своя страна се разделя накалайибез калай. Месингитеса медно-цинкови сплави или многокомпонентни системи с добавки от алуминий, силиций, манган, никел, желязо, олово.

2.4.5. Алуминиеви сплавиАлуминиевите сплави се използват широко в авиационната, автомобилната, тракторната и други индустрии. Тези сплави имат висока якост, добри леярски свойства, устойчивост на корозия, топло- и електропроводимост.

Алуминиевите сплави нямат унифицирана система за маркиране. В повечето класове първата буква A показва принадлежност към основния метал (алуминиева сплав), втората буква L показва, че сплавта е отлята; буквите са последвани от цифри, показващи номерирането на сплавта, обикновено не свързано нито с нейния химичен състав, нито с нейните свойства. И така, AL2, AL4, AL9 и т.н. (A - алуминиева сплав, L - леярна, номер 4).

Друга група алуминиеви сплави се обозначава с букви и цифри, които директно определят името на сплавта и нейния химичен състав. Например AK7M2 (алуминиева сплав, съдържаща 7% силиций и 2% мед).

2.4.6. Магнезиеви сплавиМагнезиевите сплави имат предимство като конструктивен материал с това, че при достатъчно висока плътност те са 4,5 пъти по-леки от желязото и 1,6 пъти по-леки от алуминия. По своята специфична якост те превъзхождат някои конструкционни стомани, чугуни и алуминиеви сплави, имат добра демпфираща способност, което е много важно например за авиацията и други видове транспорт.

Магнезиевите сплави се обозначават с букви, показващи, че принадлежат към основния метал (M - магнезий) и целта на сплавта (L - леярна). Зад буквите има цифри, които показват номерирането на сплавта, обикновено не се свързва нито с нейния химичен състав, нито с нейните свойства.

Сплавите от системата Mg - Al - Zn (MLZ, ML4, ML5, ML6), с изключение на марката MLZ, са сред сплавите с висока якост. Те са предназначени за производство на високо натоварени детайли, работещи в атмосфера с висока влажност. Сплавта MLZ е предпочитана за производство на детайли, работещи при условия на средни статични и динамични натоварвания. ML4 се използва за силно натоварени части, освен това тази сплав има висока устойчивост на корозия. Сплавта MLZ се използва за натоварени части, работещи при условия на вибрации и удари.

Сплавите от системата Mg - Zn - Zr (ML8, ML 12, ML 15) също са сред високоякостните сплави. В същото време те се отличават от другите магнезиеви сплави с повишените си механични свойства и добрата обработваемост. Използва се за части, работещи при температури от 200-250 ° C и високи натоварвания.

Сплавите, легирани с редкоземни елементи (ML9, ML 10, MLN, ML 19) имат висока устойчивост на топлина

издръжливост и добра устойчивост на корозия. Предназначени са за продължителна работа при 250 - 350°С и краткотрайна - при 400°С; частите могат да работят надеждно при едновременно въздействие на статични и уморни натоварвания.

2.4.7. Сплави на основата на никел, титан, ниобий.

Никеловите сплависе разделят на топлоустойчиви, топлоустойчиви, устойчиви на корозия и специални (със специални физични свойства).

Топлоустойчивитесплави включват сплави от серията ZhS и VZhL (ZhSZ, ZhS6, ZhS6K, ZhS6U, VZhL 12 и др.), Които могат да работят стабилно при температури до 1100 ° C. От тези сплави се отливат работни лопатки, дискове и горивни камери на газотурбинни двигатели.

В допълнение към хрома, алуминия и титана, топлоустойчивите сплави на основата на никел съдържат още 6–8 легиращи елемента, които увеличаваттоплоустойчивост, устойчивост на корозия и ерозия на сплавите.

Топлоустойчивитесплави като правило имат двукомпонентна основа Ni + Cr. Сплавите на никел с хром се наричат ​​нихромиТе включват Kh10N90, Kh20N80, KhZON70, Kh40N60, Kh50N50 и други.

СплавНМЖМц 28–2,5–1,5 е наречена „монел”. Има високи корозивни свойства и съответно се използва в нефтената промишленост, химическото инженерство и корабостроенето. Силициевият монел има висока устойчивост на износване.

Никел-силиконовите сплави, съдържащи около 40% Mo и 5% Fe, са стабилни в солна киселина с всякаква концентрация при високи температури.

Добра корозионна и антифрикционна устойчивост в редица агресивни среди имат части от никелови сплави с алуминий, берилий и титан.

2.4.8. Титанови сплави.Тези сплави имат набор от свойства, които благоприятно ги отличават от другите сплави. По отношение на здравината те не отстъпват на стоманата. Частите от титанови сплави, имащи същата маса, са приблизително два пъти по-здрави от частите, изработени от други конструкционни материали. С повишаване на температурата тази разлика се увеличава значително. Този показател е много важен за такива клонове на технологиите като авиацията, ракетната наука и космонавтиката.

Титановите сплави също се характеризират с висока химическа устойчивост при температури до 500 °C. Във влажен въздух, морска вода, азотна киселина те издържат на корозия не по-лошо от високолегираните корозионноустойчиви стомани и многократно по-добре в солна киселина.

2.4.9. Ниобиеви сплави.Използват се главно за части на турбини, работещи при температури 1100–1400°C. Топлоустойчивостта и топлоустойчивостта на ниобиеви сплави е по-висока от всички други известни сплави.

Ниобият не взаимодейства с разтопен натрий и бисмут, които се използват като охладители в ядрени реактори, не образува крехки съединения с урана и има малко напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони. Тези качества на ниобия позволяват използването му за производството на обвивки на горивни елементи (ТВЕЛ) в ядрената енергетика.

Цирконий, хафний, волфрам и ванадий повишават най-значително якостта и топлоустойчивостта на ниобиеви сплави.

Известни са сплави на ниобий с желязо, хром, титан, алуминий, берилий, кобалт, никел, силиций и други елементи. Всяка от сплавите има специфични характеристики. По този начин сплав, съдържаща 5–35% Cr и 5–30% T1 при температура 1000 °C, има най-висока устойчивост на мащаб. Якостта на опън на тази сплав при 20°C е 1650 MPa, а при 1300°C е 740 MPa. Ниобиеви сплави, съдържащи 15% W, 5% Mo, 1% Zr и 5% Ti, се отличават с най-висока устойчивост на топлина.

Цинковите сплави се използват в автомобилостроенето, уредо- и тракторостроенето, електротехниката и битовата техника. Тези сплави заместват и калаения бронз при производството на лагери, работещи при ниски скорости и високо налягане (до 20 MPa).

Калаените сплависе използват главно като антифрикционни материали(бабити)за производството на плъзгащи лагери.

Оловните сплави, използвани в промишлеността, се разделят на три групи: антифрикционни, печатни и запояващи.

---