Тема 12 Сплави на основі кольорових металів

Мідь і її сплави

Чиста мідь має високу пластичність, електро- і теплопровідність, корозійну стійкість. З чистої міді виробляють електричні проводи, кабелі, деталі приладів і електричних машин. Мідь добре обробляється тиском і витягується в тонкі листи (фольгу) завтовшки 0,05...0,06 мм, в дріт діаметром 0,02...0,03 мм. Марки міді розрізняють залежно під чистоти. Приблизно 75 % міді витрачається на сплави І іншими металами — цинком, оловом, свинцем, алюмінієм і т. д. Сплави на мідній основі об'єднуються в дві основні групи: латуні та бронзи.

Латунню називають сплав міді з цинком. Коли цинку менше 20 %, латунь називають томпаком. Латунь позначають  літерою Л та цифрами, що відповідають відсотковому вмісту міді в сплаві. Якщо в латуні, крім міді та цинку, є інші домішки, то після літери Л ставлять позначення домішок, а далі — цифри, що вказують на середній вміст (у відсотках) компонентів латуні. Таку латунь називають відповідно до введених домішок. Наприклад, марка ЛС 59-1 означає: латунь свинцевиста з 59 % міді, 1 % свинцю та 40 % цинку.

За технологічними ознаками латуні поділяють на ливарні та такі, що обробляються тиском (деформівні). Для покращення механічних властивостей та оброблюваності латуні в мідно-цинковий сплав додають 2...8 % заліза, алюмінію, нікелю та інших елементів. Такі латуні називають спеціальними.

Бронзою називають сплав міді з оловом та іншими елементами, крім цинку. Розрізняють прості (олов'янисті) та спеціальні (безолов'янисті) бронзи. В спеціальних бронзах олово замінено свинцем, алюмінієм, залізом, манганом, кадмієм, берилієм. Залежно від хімічного складу такі бронзи називаються свинцевистими, алюмінієвими, манганистими, берилієвими тощо. Як і латуні, бронзи поділяють на ливарні та деформівні.

Принцип позначення бронзи такий, як і латуні, з тією лиш відмінністю, що цифри за літерами вказують лише на середній відсотковий вміст домішок у сплаві (решта - мідь). Наприклад, БрОЦСН-3-7-5 означає: бронза з вмістом 3 % олова, 7 % цинку, 5 % свинцю та до 1 % нікелю.

Алюміній та його сплави

Алюміній має добру пластичність, електро- і теплопровідність, високу корозійну стійкість у прісній воді, за атмосферних і деяких інших умов. На повітрі поверхня алюмінію покривається тонкою плівкою оксиду алюмінію А12О3, яка захищає від окислення нижчі шари металу. Сплави алюмінію поділяються на ливарні і деформівні. Найчастіше застосовується з ливарних сплавів силумін, а з деформівних — дуралюмін.

Силумін — сплав алюмінію з 8...14 % силіцію. Він має добрі ливарні властивості та використовується для лиття складних деталей у піщані форми, у кокіль і під тиском. З силуміну виготовляють деталі  електровимірювальних, суднових та інших приладів.

Дуралюмінами називають сплави алюмінію з міддю (2,25...5,2 %), магнієм (0,2...1,8 %) та манганом (0,1...1 %). Вони мають достатньо високу міцність, пластичність і поділяються на три групи: нормальні дуралюміни, дуралюміни підвищеної пластичності, дуралюміни підвищеної міцності. З нормального дуралюміну виготовляють листи, стрічки, дріт різних профілів; з дуралюміну підвищеної пластичності — заклепки; з дуралюміну з підвищеною міцністю, як і з нормальною, — різні напівфабрикати, крім штампованих деталей.

Магній і його сплави

Магній має добру гнучкість,  ковкість, твердість за невеликої в'язкості, нестійкий до корозії, легко окислюється й горить яскравим полум'ям за температури 600 °С. Чистий магній застосовують в піротехніці для освітлення, як розкисник, відновник в процесі хімічних реакцій, для виготовлення терміту, який використовується під час зварювання.

Магній розповсюджений у вигляді сплавів, які в 1,5 рази легші за алюмінієві, добре обробляються різанням і порівняно міцні (σт = 270 МПа). До недоліків належать легка окислюваність і самозаймистість, що вимагає пройти плавлення та розливання сплавів під шаром флюсів або у вакуумі. Введення у магнієві сплави невеликої кількості берилію, титану та інших елементів покращує їх властивості.

Незважаючи на деякі недоліки в порівнянні з алюмінієвими сплавами, сплави магнію використовують для виготовлення корпусів і деталей друкарських та лічильних машин, оптичних приладів, фото- і кіноапаратури, авіадеталей тощо. Магнієві сплави поділяють на ливарні та формівні. Перші позначають літерами МЛ з цифрами 2...15, а другі — МА з цифрами 1...5.

Титан і його сплави

Титан — метал густиною 4,5 г/см3, твердістю НВ 85 і пластичністю  δ=25%, має значну міцність — міцніший від заліза. Якщо залізо має σт = 250..330 МПа, то титан σт = 300.. .450 МПа. Особливість титану в тому, що він легкий, його міцність майже не змінюється за умов нагрівання до 400 °С, високостійкий в агресивних середовищах, тобто корозієстійкий у морській воді, багатьох кислотах і лугах. Ці властивості є наслідком утворення на поверхні титану стійкої оксидної плівки. Температура плавлення титану 1665 °С. Титан срібно-білого кольору з голубуватим відтінком. Титан можна зварювати в атмосфері захисних газів.

Технічно чистий титан містить незначну кількість домішок заліза, мангану, алюмінію, вуглецю, силіцію, нікелю, кисню, азоту, водню. Виробляють титан марок ВТ1-00 (99,53 % Ті), ВТ1-0 (99,48 % Ті), ВТ-1 (99,44 % Ті). З нього виготовляють листи, труби, прутки, дріт, напівфабрикати.

Титанові сплави, до складу яких входять алюміній, вольфрам, ванадій, манган, молібден, ніобій, хром, можуть бути одно- і двофазні. Останні характеризуються кращими якостями: питомою міцністю, стійкістю до повзучості, корозії, руйнування за високих температур і властивістю зберігати пластичність за низьких, тому їх можна використовувати у кріогенній техніці. Титанові сплави — важкооброблювані матеріали, деталі з них виготовляють литтям, штампуванням, витягуванням, гнуттям. Залежно від властивостей сплави поділяють на деформівні, наприклад ВТ4, ВТ6, ВТ14, і ливарні — ВТ5Л, ВТ14Л, ВТ21Л. Сплави можуть бути нормальної міцності, високоміцні, жароміцні, підвищеної пластичності.

Антифрикційні сплави

Антифрикційні (підшипникові) сплави — матеріали, які використовують для виробництва вкладишів підшипників ковзання. Вони повинні мати низький коефіцієнт тертя, неоднорідну структуру, яка б сприяла затримуванню  мастила, високу міцність на стиск І стирання, пластичність для притирання тертьових поверхонь і одночасно необхідну твердість, яка б не викликала інтенсивного стирання, але була б достатньою, щоб не викликати деформування.

Найкращими антифрикційними сплавами є бабіти — сплави на олов'янистій або свинцевистій основі, які истосовують для заливання підшипників та їх вкладишів. Бабіти поділяють на олов'янисті, що містять не менше 72 % олова, олов'янисто-свинцевисті з вмістом 5...17 % олова і 64...72 % свинцю, безолов'янисті (свинцевисті), що містять не менше 80 % свинцю.

Бабіти позначаються літерою Б з числом, що вказує на нміст олова в сплаві. Наприклад, бабіт Б83 складається з 83 % олова, 10...12 % стибію і 5,5...6,5 % міді. Він призначений для заливання підшипників парових турбін, дизелів

тощо.

До олов'янисто-свинцевистих належить бабіт Б16, що містить 15...17 % олова, 15...17 % стибію, 1,5...2 % міді, а решта — свинець. Цей сплав застосовують для заливання підшипників парових турбін, електродвигунів, прокатних станів, дробарок тощо. До безолов'янистих належать кальцієвий бабіт — сплав з свинцевистою основою та невеликими домішками кальцію (0,75...1,1 %) і натрію (0,65...0,95 %), що використовують для заливання підшипників.

Залежно від умов роботи машини, швидкісної характеристики та температурного режиму роботи застосовують антифрикційні сплави на алюмінієвій, мідній, цинковій га інших основах, антифрикційні чавуни, пористі металокерамічні сплави, пластмаси, пластифіковану деревину І о що. Алюмінієвий антифрикційний сплав застосовують як замінник бабіту Б16 і олов'янистих бронз. Інколи ці сплави більш придатні для роботи, бо мають високі границю міцності та коефіцієнт лінійного розширення. Остання якість є недоліком у роботі, де потрібна точність.

Широке застосування мають сплави, що містять 7,5...9,5 % міді та 1,5...2,5 % силіцію. Використовують також сплави з нікелем і міддю; звичайно сплав містить 2,5 % нікелю та 8 % міді. Антифрикційні сплави на мідній основі бувають олов'янисті, свинцевисті та спеціальні. Їх застосовують для виготовлення підшипників машин, які працюють в умовах високих тиску, швидкостей ковзання і температурних режимів. Становлять інтерес свинцевисті бронзи такого складу: З0...60 % свинцю, 40...70 % міді та в деяких марках  2,5 % нікелю. Невисокі тиск та швидкість дозволяє застосовувати сплави на цинковій, залізній та інших основах.

Вкладиші підшипників заливають бабітом, потім розточують за розміром шипа або шийки, залишаючи шар бабіту товщиною 1...3 мм. В легких транспортних двигунах внутрішнього згоряння використовують тонкостінні вкладиші, відштамповані з сталевої стрічки. Робочу поверхню покривають тонким шаром антифрикційного сплаву товщиною до 1 мм. Для тонкостінних вкладишів застосовують біметалеву стрічку: сталь-бабіт, сталь свинцева, бронза тощо.