4. Магний и его сплавы

Магний имеет низкую плотность (1,73 г/см³). Температура плавле­ния магния составляет 650 °С. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку и не претерпевает полиморфных превращений.

Недостатком магниевых сплавов является их меньшая проч­ность, чем алюминиевых, меньшая коррозионная стойкость и легкая воспламеняемость при нагреве. Снижение коррозионной стойкости объясняется тем, что пленка MgO имеет большую плотность, чем Mg, и легко растрескивается. Достоинством магни­евых сплавов является их хорошая обрабатываемость резанием и свариваемость.

Основными легирующими добавками в магниевых сплавах являются алюминий, марганец, цинк, которые могут давать твердые растворы с магнием.

Различают деформируемые и литейные магниевые сплавы.

Деформируемые магниевые сплавы маркируются буквами МА, литейные буквами МЛ, а далее идет условный номер сплава. К деформируемым магниевым сплавам относится, например, сплав марки МА2, содержащий, %: 3,0—4,0 А1; 0,2—0,8 Zn; 0,15—0,5 Мп. Алюминий и цинк повышают прочность сплава, а марганец способствует увеличению его коррозионной стойкости. В отожженном состоянии сплав имеет следующие свойства: б_В= 280 МПа, б_0,2180 МПа, = 10 %.

При увеличении содержания легирующих элементов в магни­евых сплавах возрастает их способность к упрочнению при терми­ческой обработке.

Деформируемый магниевый сплав МА10 содержащий, %: 8—9 А1, 7—8 Cd, 2—2,5 Ag. После закалки от 400 °С и старения при 175 °С имеет наиболее высокую прочность: б_В = 430 МПа, б_0,2 = 300 МПа при = 6 %.

Наибольшее распространение из литейных сплавов получил сплав марки МЛ5, содержащий, %: 7,5—9,0 А1, 0,15—0,5 Мп, 0,2—0,8 Zn. Сплав подвергается закалке от 415 °С на воздухе и старению при 175 °С. При старении закаленного сплава магни­евый твердый раствор распадается с выделением упрочняющего интерметаллидного соединения Mg₄Al₈. Сплав МЛ5 после терми­ческой обработки имеет следующие свойства: б_В = 250 МПа, б_0,2 = 120 МПа, = 6%.

Благодаря высокой удельной прочности магниевые сплавы нашли применение в самолето- и ракетостроении, в автостроении (для изготовления картеров двигателей, коробок передач), в элек­тротехнике и радиотехнике для изготовления корпусов приборов и т. д. Благодаря высокой теплоемкости (в 2,5 раза выше, чем у стали) магниевые сплавы не успевают перегреваться при кратко­временной длительности полета.

Для защиты от коррозии детали из магниевых сплавов под­вергают оксидированию или нанесению лакокрасочных покрытий и эмалей.

5. Медь и ее сплавы

5.1. Основные свойства меди

Медь и ее сплавы имеют широкое промышленное применение. Стоимость медных сплавов (кроме бериллиевых бронз) находится примерно на уровне алюминиевых сплавов и хромоникелевых коррозионностойких сталей. Средняя стоимость медных сплавов (латуней и бронз) в виде проката сечением 5x250 мм составляет около 1250 руб/т. Стоимость бериллиевой бронзы БрБ2 значи­тельно выше и составляет около 8000 руб/т.

Медь — металл красного цвета. Плотность меди 8,9 г/см³, температуре плавления 1083 °С. Медь кристаллизуется в гране-центрированной решетке и не имеет полиморфных превращений.

Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра), пластичностью, коррозионной

стойкостью в пресной и морской воде, а также в ряде химических сред. Медь принято считать эталоном электрической проводимости и теплопроводности по отношению к другим металлам. Характе­ристики этих свойств меди оцениваются 100 %, в то время как у алюминия, магния и железа они составляют соответственно 60, 40 и 17 % от соответствующих свойств меди. Механические свой­ства меди в литом состоянии: б_В = 150—200 МПа, б_0,2 =35 МПа, = 20—25 %, в горячедеформированном: б_В = 250 МПа, б_0,2 = 95 МПа, = 50 %. Из-за низких значений предела текучести и высокой стоимости чистая медь как конструкционный материал не применяется. Около половины производимой меди исполь­зуется в электро- и радиотехнике.

Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей электрическая проводимость резко падает. Для проводов при­меняют электролитическую медь марок Ml, содержащую 99,9 % Си, МО — 99,95 % Си, МОО — 99,99 % Си.

Для повышения прочности проводов, например трамвайных или троллейбусных, их дополнительно легируют кадмием в коли­честве около 1 %. При этом электрическая проводимость умень­шается на 10 %, но прочность увеличивается почти в 2 раза.

Медь и ее сплавы являются традиционными материалами, используемыми в технике низких температур. Применение меди и ее сплавов обусловлено их высокими характеристиками механи­ческих свойств при низких температурах, хорошей коррозионной стойкостью и высокой теплопроводностью.

Вредными примесями, снижающими механические и техноло­гические свойства меди и ее сплавов, являются висмут, свинец, сера и кислород. Висмут и свинец почти не растворимы в меди и образуют легкоплавкие эвтектики по границам зерен, что спо­собствует красноломкости и ухудшает способность к горячей деформации. Сера с медью образует эвтектику Сu — Cu₂S, обла­дающую повышенной хрупкостью. Особо вредной примесью яв­ляется кислород, образующий даже в небольших количествах хрупкую эвтектику Си — Си₂О по границам зерен. При нагреве металла с включениями эвтектики в атмосфере, содержащей водород, проявляется так называемая «водородная болезнь» меди: Сu₂О + Н₂ 2Си + Н₃О, в результате чего пары воды создают высокое давление и возможно образование трещин.

Медь и ее сплавы имеют удовлетворительную технологичность. Медь хорошо деформируется, хорошо сваривается и паяется. Ее недостатком является сравнительно плохая обрабатываемость резанием.

Соединение деталей из меди и ее сплавов часто выполняют посредством твердой и мягкой пайки. Твердые припои изготавли­вают на основе меди и цинка с добавкой серебра; их температура плавления составляет 600—1000 °С. Мягкие припои изготавливают из сплавов олова со свинцом; их температура плавления 200—300 °С. Паяные медные соединения обычно применяют в крио-статах исследовательских установок.

Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хорошими антифрикционными, технологическими и механическими свой­ствами и широко используются в качестве конструкционных материалов. По технологическим характеристикам различают деформируемые и литейные медные сплавы, по химическому со­ставу их делят на латуни и бронзы. Латуни представляют собой сплавы меди с цинком, а бронзы — сплавы меди с другими эле­ментами.

Медные сплавы обозначают начальной буквой сплава Л — латунь или Бр — бронза, после чего следует первые буквы основ­ных элементов, образующих сплав: О — олово, Ц — цинк, Мц — марганец, А — алюминий, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бе­риллий, X — хром, Н — никель и т. д., а после них цифры, указывающие содержание легирующих элементов. В латунях не указывается содержание цинка а в бронзах — меди, их кон­центрации определяются по разности. Например, ЛЖМц59-1-1 — латунь, содержащая, %: 59 Сu, 1 Fe, 1 Mn и остальное — цинк, или БрОФ6,5-0,15— бронза: 6,5 Sn, 0,15 Р, остальное — медь.