4.1 ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ
4.1.1 СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ТИТАНА
Легирование титана Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si повышает его прочность, но одновременно снижает пластичность и ударную вязкость. Жаропрочность повышают Al, Zr, Mo, а коррозионную стойкость в растворах кислот - Mo, Zr, Nb, Та и Pd. Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность (характеризуемую отношением предела прочности к плотности).
По структуре различают: б-сплавы (здесь б-фаза - твердый раствор легирующих элементов в б-титане; основной легирующий элемент - алюминий) и б + в -сплавы, легированные б и в -стабилизаторами.
Титановые сплавы в зависимости от их состава и назначения можно подвергать отжигу, закалке, старению и химико-термической обработке. Чаще титановые сплавы подвергают отжигу, который проводят при 800-850°С (для б-сплавов) или при 750-800°С (для б+в -сплавов). Листовые полуфабрикаты от-жигают при более низкой температуре (740-760°С). Иногда применяют изотермический отжиг (870-980°С и выдержка при 530-660°С).
Титановые сплавы обладают малой прокаливаемостью, имеют низкое сопротивление износу и для повышения износостойкости подвергаются азотированию при 850-950°С в течение 30-60 ч в атмосфере азота.
Сплавы титана применяют в авиации, ракетной технике, в химическом машиностроении, там, где главную роль играют небольшая плотность, высокая удельная прочность, теплостойкость и хорошая сопротивляемость коррозии.
Деформируемый б-сплав ВТ5 (с 5% А1) хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и сваривается; обладает высокой сопротивляемостью коррозии, но склонен к водородной хрупкости. Дополнительное легирование сплава ВТ5 оловом (сплав ВТ5-1) улучшает технологические и механические свойства сплава.
Наилучшее сочетание свойств достигается в б+в -сплавах.
Сплав ВТ6 (5% А1, 4,5% V) обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой (закалкой от 900-950°С и старением при 450-500°С). После закалки = 1000-1050 МПа, а после старения в течение 2-8 ч = 1200-1300 МПа. Для сварных конструкций применяется сплав ВТ14С, содержащий меньше алюминия (5,5%).
Сплав ВТ14 (5,5%А1, 1,3%V, 3% Мо) рекомендуется применять для изготовления тяжелонагруженных деталей и деталей, длительное время работающих при 400°С или кратковременно при 500°С. Сплав упрочняется закалкой от 850-880°С в воде и последующим старением при 480-500°С (12-16 ч).
Жаропрочный сплав ВТ8 (6,5%А1, 3,5% Мо) применяют после изотермического отжига. Сплав обладает высоким сопротивлением ползучести и длительной прочностью (до 450-500°С), но плохо сваривается. Он используется в виде поковок и штамповых заготовок. Для фасонного литья применяют сплавы
ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, которые обладают достаточно хорошими литейными и механическими свойствами.
4.1.2 СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
Алюминий - металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 600°С, имеет ГЦК-решетку, относится к легким металлам, т.к. его плотность 2,7 г/см. Характерными свойствами алюминия являются высокая пластичность, сравнительно малая прочность, высокие теплопроводность, электропроводность, стойкость против окисления. Маркируется алюминий по степени чистоты, например, А99, где А - алюминий, 99 - степень чистоты 99,99%.
Алюминиевые сплавы подразделяют на несколько групп. Основными из них являются:
1). Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой. Это сплавы систем А1-Мп и Al-Mg. Их маркируют соответственно АМц или АМг с цифрой в конце марки, означающей среднее содержание растворенного элемента, например, АМг2 (около 2% Mg).
Применяют их для изготовления сварных и клепаных конструкций в судостроении, строительстве. Для средненагруженных деталей и конструкций применяют сплавы АМг5 и АМг6.
2). Дюралюминий (дюралюмин) и другие деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой. Дюралюминием называют сплав Al-Cu-Mg-Мп. Основой для рассмотрения структуры дюралюминия является диаграмма Al-Cu. Маркируют его буквой Д и номером (например, Д1, Д16). Прочность дюралюминия после термической обработки, состоящей из закалки и старения, увеличивается более чем в 2 раза. Основными упрочняющими фазами в дюралюминах являются химические соединения СиАЬ и CuAbMg.
3). Алюминиевые ковочные сплавы, применяемые для изготовления поковок и штамповок (иногда эти сплавы применяют и для изготовления отливок). Это сплавы многокомпонентной системы Al-Cu-Si-Mn-Mg. Маркируют их буквами АК и цифровым номером (например, АК6, АК8). Обычно эти сплавы подвергают закалке и естественному старению.
4). Литейные алюминиевые сплавы. В основном это сплавы систем Al-Si (силумины), Al-Cu, Al-Mg, иногда с дополнительными элементами. Наиболее часто используют силумины АЛ2, АЛ4, АЛ9 (здесь А -алюминиевый, Л - литейный, цифра - номер сплава). Для измельчения микроструктуры и соответствующего повышения свойств силумины модифицируют (добавками титана, бора, солей натрия и др.). Модифицирование влияет на характер микроструктуры (например, переводя эвтектический или даже заэвтектический силумин в доэвтектический).
4.1.3 СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ
Важнейшими медными сплавами являются латуни и бронзы.
Латуни - это сплавы меди с цинком. Цинка в латунях содержится до 45%. Различают двойные и многокомпонентные (специальные) латуни, содержащие дополнительные (легирующие) элементы.
Двойные латуни маркируются буквой Л, следующая за ней цифра обозначает содержание меди. Например, Л96 (Л - латунь, 96% Си, остальное - Zn).
В зависимости от содержания цинка латуни делятся на на 2 группы:
однофазные б-латуни (до 39 % Zn);
двухфазные б+в-латуни (от 39 до 45 % Zn).
Однофазные латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях. Двухфазные латуни имеют более высокую прочность и износостойкость, чем однофазные. Присутствие в двухфазных латунях хрупкой фазы затрудняет их деформацию в холодном состоянии. Поэтому они подвергаются пластической деформации при высоких температурах.
Для повышения механических и технологических характеристик и придания латуням специальных свойств их легируют. Легирующие элементы обозначаются буквами: А - А1, Ж - Fe, Мц - Мп, К - Si, Н - Ni, О - Sn, С - РЬ, Т -Ti, Ф - Р, Ц - Zn и т. д. В марке многокомпонентной латуни после букв следуют цифры через дефис. Первая цифра указывает среднее содержание меди, остальные - содержания соответствующих легирующих элементов. Содержание цинка определяется по разности до 100%. Например, латунь ЛМцЖ55-3-1 содержит (в среднем) 55% Си, 3% Мп, 1% Fe, остальное - Zn.
Вследствие небольшого интервала кристаллизации латуней дендритная ликвация у них выражена слабо, но они склонны к образованию концентрированной усадочной раковины. Двойные латуни применяют чаще как деформируемые (а не литейные) сплавы для изготовления труб, фольги, листов, лент.
Специальные латуни используют как деформируемые и литейные сплавы в машиностроении (гайки нажимных винтов, подшипники, антифрикционные детали, арматура) и других отраслях промышленности.
Бронзы - сплавы меди с оловом, свинцом, алюминием, никелем, фосфором, марганцем, железом, бериллием и другими элементами, вместе с которыми может присутствовать и цинк. По основному легирующему элементу их подразделяют на оловянные (оловянистые), алюминиевые, бериллиевые и т. д.
Маркируют бронзы буквами Бр, а затем, как и в латунях, указывают основные легирующие элементы и их среднее содержание в сплаве. Например, бронза БрАЖН 10-4-4 содержит в среднем 10% А1, 4% Fe, 4% Ni, остальное Си. Различают литейные и деформируемые бронзы. В оловянистых литейных бронзах сумма легирующих элементов составляет от 11 до 30% (БрОФ 10-1, БрОЦС 3-12-5, БрОС 5-25), а в деформируемых - лишь 4-11% (БрОФ 4-0,25, БрОЦС 4-4-2,5).
Оловянистые бронзы склонны к ликвации, при ускоренном охлаждении в отливках они получают резко выраженное дендритное строение.
В практике применяют лишь сплавы с содержанием до 10-12% Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки.
Обработке давлением подвергаются только однофазные бронзы.
Оловянные литейные бронзы применяются для сложного фасонного литья, шестерен, втулок, ходовых винтов, червячных колес, арматуры для водяных и паровых систем. Деформируемые бронзы используют для сеток целлюлозно-бумажной промышленности, лент, полос, пружинной проволоки.