Литейные алюминиевые сплавы

Предназначены для изготовления деталей методами фасонного литья (в земляные или металлические формы, под давлением и т.д.), имеют хорошие литейные свойства высокую жидкотекучесть, малую склонность к образованию горячих трещин, малую усадку.

Широкое распространение для изготовления литых деталей получили силумины - сплавы алюминия с кремнием (ГОСТ 1589-89). Силумины обладают малой удельной массой хорошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью.

Свойства ряда силуминов представлены в таблице

Таблица 2 - Состав и свойства силуминов

Марка сплава	Содержание Si, %	sв, МПа	НВ, МПа	d, %
АК7	6…8	200…230	500…570	2…4
АК9	8…10,5	170…290	700	2…4
АК12	10…13	160…190	550	2…6

В продовольственном машиностроении силумины используются для изготовления корпусов насосов, работающих в контакте с пищевыми продуктами.

Для фасонного литья применяют также сплавы на основе Аl-Сu-Mg, Аl-Сu, Al-Zn-Mg. Магналии также относятся к алюминиевым литейным сплавам, они содержат 4...13 % Mg.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС) получают брикетированием, спеканием и деформированием порошков алюминия и легирующих элементов или порошков стандартных алюминиевых сплавов. К таким сплавам относятся САС1 (25...30% Si, 5...7% Ni, остальное Al). Их применяют для деталей приборов, работающих в паре со сталью при 20...200°С, где необходимо сочетание низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности.

Для деталей, работающих при высоких температурах (до 500°С), применяют спеченные алюминиевые порошки (CAП1...САП4) сплав алюминия с его окисью (Аl₂O₃).

Медь

Медь – тяжелый металл (плотность 8,94 г/см³), полиморфных превращений не имеет, температура плавления 1084ºС. Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь (ГОСТ 850-78) маркируется: М00 (99,99 % Сu), М1, М2, М3 и М4 (99 % Сu).

Механические свойства меди относительно низки. В отожженном состоянии медь весьма пластична ( d=50%; j =75%; а, s_0,2=70 МПа).

В деформированном состоянии пластичность меди понижается, но прочность повышается: d=1…3 %, j =35%; s_0,2=380 МПа, НВ 120, s_в = 500 МПа. В качестве конструкционного материала медь находит ограниченное применение. Повышение механических свойств достигается созданием разных сплавов на медной основе (марок М3, М4).

Медные сплавы

Различают две группы медных сплавов:

• латуни - сплавы меди с цинком с добавками небольшого количества других элементов;

• бронзы - сплавы меди с другими элементами, среди которых цинк и никель не являются основными.

Легирующие элементы в медных сплавах принято обозначать следующими буквами: А – алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К – кремний, Кд – кадмий, Мц – марганец, Мг – магний, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ц – цинк, Ф - фосфор.

Латуни Если в латуни цинка менее 39 %, то она отличается мягкостью и пластичностью (имеет однофазную структуру).

Латунь, содержащая 40...45% Zn имеет двухфазную структуру - она более твердая и хрупкая. Максимальной пластичностью обладает латунь, содержащая 30% цинка. При содержании цинка свыше 45% латунь теряет прочность и пластичность. Из таких сплавов детали машин не изготавливают. Латуни, содержащие до 10% цинка, называют томпаками, содержащие 10...20% цинка – полутомпаками.

Различают латуни простые (двойные), состоящие только из меди и цинка, и сложные (легированные), содержащие, кроме меди и цинка, другие элементы.

Простые латуни обозначают буквой Л и двузначными цифрами, показывающими содержание меди в процентах (остальное цинк): Л99, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62.

По технологическому признаку латуни разделяют на деформируемые и литейные.

В сложных (специальных) деформируемых латунях за буквой Л следуют (в порядке убывания) буквенное обозначение основных легирующих, элементов и цифры, показывающие содержание меди и этих элементов.

Например, латунь ЛС59-1 содержит 59% меди, 1% свинца и 40% цинка.

Свинцовые латуни обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются резанием, их применяют для изготовления деталей горячей штамповкой или резанием. Например, латунь ЛЖС58-1-1 содержит 58% меди, 1% железа, 1% свинца, остальное - цинк.

Оловянистые латуни (например, ЛО70-1 содержит 70% меди, 1% олова, остальное - цинк) обладают высоким сопротивлением коррозии; никелевые (например, ЛН 65-5 содержат 5% меди, 5% никеля, остальное - цинк) обладают высокой прочностью, высокими антикоррозионными и антифрикционными свойствами. Применяют эту латунь вместо бронзы при изготовлении вкладышей подшипников скольжения и др.

Деформируемые латуни выпускают в виде горяче- и холоднокатаных протянутых и прессованных изделий (проволока, полосы, листы, ленты, трубы, прутки и др.) в мягком (отожженном) полутвердом (степень обжатия 10...30 %), твердом (30..50%) и особо твердом (более 60%) состоянии.

Литейные латуни. Согласно ГОСТ 17711-80 существует десять марок литейных латуней. Литейные латуни в виде чушек (ГОСТ 1020-77) содержат те же элементы, что и латуни, обрабатываемые давлением; от последних литейные латуни отличает, как правило, большее легирование цинком и другими металлами.

Обозначение: после буквы «Л» идет буквенное обозначение легирующего элемента с цифрой, указывающей его содержание в сплаве; содержание меди не указывается. Например, ЛЦ23А6Ж3Мц2, содержит 23% цинка, 6% алюминия, 3% железа, 2% марганца.

Бронзы. Бронзы по сравнению с латунями обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. По содержанию легирующих элементов различают оловянистые и безоловянные бронзы, по технологическому признаку - деформируемые и литейные (ГОСТ 493-79).

Оловянные бронзы - сплавы меди, содержащие до 14% олова, обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами.

Бронзы, содержащие до 14% олова, - однофазные, состоят из твердого раствора олова в меди (a-фаза). При содержании более 14% (до 22%) олова бронза становится двухфазной (b-фаза).

Деформируемые бронзы маркируют следующим образом. На первом месте буквы Бр - бронза, затем следуют буквенные обозначения элементов, входящих в ее состав, и цифры, указывающие среднее содержание элементов в процентах, содержание меди не указывается. Например, БрОФ6,5-0,15 содержит 6,5% олова, 0,15% фосфора, остальное медь.

Бронзы, содержащие до 5...6% олова, обладают хорошей пластичностью (БрОФ6,5-0,15; БрОФ4-0,25; БрОЦ4-3; БрОЦС4-4-2,5). Из этих бронз изделия изготавливают ковкой, штамповкой и прокаткой. Бронзы с более высоким содержанием олова являются литейными. Маркируются следующим образом: БрО10Ц2 - олова 10%, цинка 2%; Бр08Н4Ц2 - олова 8%, никеля 4%, цинка 2%; БрО3Ц12С5 - олова 3%, цинка 12%, свинца 5%.

Из-за высокой стоимости оловянистые бронзы применяют только для наиболее ответственных деталей. В машиностроении и ремонтном производстве чаще используют более дешевые бронзы, не содержащие олова.

Алюминиевые бронзы - сплавы меди с 4...11,5% алюминия, содержат также железо, никель, марганец. По сопротивлению коррозии они в 12 раз устойчивее оловянных и в 2-3 раза - нержавеющих морозостойких сталей. Широко применяются бронзы БрА5, БрА7, БрАМц9-2, БрАЖМц10-3-1,5 (пружины, мембраны, сильфоны и др.).

Свинцовистые бронзы содержат 27...63% свинца (БрС30, БрС60Н2), имеют высокие антифрикционные свойства.

Свинцовистые бронзы пригодны для вкладышей подшипников, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. Широко применяется бронза БрС30, теплопроводность которой в четыре раза больше теплопроводности оловянных бронз.

Из-за невысоких механических свойств двойные свинцовистые бронзы применяют для втулок и подшипников в виде тонкого слоя на стальной основе.

Бериллиевые бронзы - (содержат 1,5...2,5% бериллия) обладают уникальным сочетанием физико-химических и коррозионных свойств; оптимальными свойствами обладают сплавы с 2% Ве.

Бериллиевые бронзы из-за дороговизны и дефицитности бериллия используют не очень широко. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9 используют лишь в ответственных случаях для изготовления пружин, мембран, пружинных контактов, а также в электронной технике.

Кремнистые бронзы также часто используют для изготовления пружин, пружинных контактов. Бронзы БрКН1-3, БрКМЦ 3-1 обладают высокими упругими, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

Титан

Использование титана и его сплавов объясняется редким сочетанием высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и значительной прочности при высоких температурах.

Температура плавления титана 1668ºС, плотность 4,5 г/см³, очень чистый титан обладает высокой пластичностью, но вследствие своей высокой химической активности легко взаимодействует с кислородом, азотом и углеродом.

В промышленности применяют титан марок ВТ1, ВТ2 и выплавляют широкую гамму титановых сплавов. Большинство их легировано алюминием, что приводит к повышению удельной прочности, жаропрочности.

В пищевой промышленности, если есть опасность контакта с солью при температурах 200...250°С, сплавы не используют, т.к. они склонны к солевой коррозии (из-за присутствия алюминия).

Недостатком титановых сплавов является их высокая склонность к росту зерна, препятствующая сварке. Титановые сплавы делят на деформируемые и литейные.

Из деформируемых наиболее распространен сплав ВТ (легированный 5% Al). В горячем состоянии он хорошо куется, прокатывается, штампуется, сваривается. К этой группе относятся сплавы, легированные марганцем: ОТ4-0 (1% Аl, 15% Мn), ВТ4 (4% Аl, 1,5% Мn ) и сложнолегированные ВТ18, ВТ20 (6,5% Al, 2% Zr, 1% Мо, 1%). Сплавы ВТ18, ВТ20 жаропрочны, могут работать до 500... 600ºС, хорошо свариваются. К этой же группе относится сплав АТ3.

Из числа литейных сплавов в промышленности получили распространение BT1Л, ВТ5Л, ВТ3Л, BT14Л. По составу они совпадают с деформируемыми сплавами. Литейные сплавы обладают более высокой прочностью, но меньшей ударной вязкостью по сравнению с деформируемыми, поэтому практически не применяются в условиях циклических нагрузок.

Сплавы титана используют во многих отраслях техники, предпочтительно в тех случаях, когда требуется высокая коррозионная стойкость, по которой они значительно превосходят нержавеющие стали. Их применяют для изготовления криогенного оборудования и в холодильной промышленности, в медицинской промышленности (оборудование, протезы).

В пищевой, мясоперерабатывающей, рыбной и других областях промышленности они применяются для наиболее ответственных деталей и узлов аппаратов, которые работают в условиях коррозионного контакта с пищевыми средами, кислотами. Широкое применение этих сплавов ограничивается их высокой стоимостью.