Алюминий - (реферат)
p>В зависимости от чистоты применение меди различно. Поскольку любая примесь в той или иной мере снижает электропроводность, то для изго товления проводников электрического тока (проводов, шин, контактов и др. ) применяют преимущественно наиболее чистую медь марок М00 и М0. Менее чистую медь применяют для разных целей, используя ее основные положительные свойства: высокую теплопроводность и коррозионную стой кость.Большое количество меди идет на изготовление сплавов на ее основе и для легирования других цветных сплавов, например медноникелевых, мед носеребряных и др. При этом более чистые сорта меди (М0, М1, М2) при меняют для получения сплавов высокой чистоты и высококачественных, об рабатываемых давлением, а менее чистые-для деформируемых сплавов обыч ного качества (М3) и для литейных сплавов (М3, М4).
Технически чистую медь поставляют или в виде катодных листов, или в виде полуфабрикатов-слитков, предназначенных для дальнейшего передела прокаткой. Поставляют также и готовые медные изделия, полученные ли тьем (отливки разной формы и назначения) и главным образом методами обработки давлением-проволоку, листы, ленты, полосы и др.
Наиболее широко применяемыми в народном хозяйстве являются медные сплавы двух типов, носящие общее групповое название латуней и бронз. В каждой из этих групп содержатся сплавы разного химического состава, обладающие различными свойствами.
Л а т у н я м и называют сплавы меди с цинком. Различают двухкомпо нентные латуни, состоящие только из меди, цинка и неизбежных примесей, и многокомпонентные латуни, в которые дополнительно введены еще один или несколько легирующих элементов для придания тех или иных свойств. Первые латуни часто называют простыми, а вторые-специальными. Двухкомпонентные латуни. Предел растворимости цинка в меди при ком натной температуре равен 39 %. При повышении температуры он снижается и при 905 C становится равным 32 %. Латуни, содержащие цинка менее 39 %, имеют однофазную структуру твердого раствора цинка в меди; их называют -латунями.
Если вводят большое количество цинка, то появляется вторая более сложная -фаза. Структура сплавов становится двухфазной. Их называют ( + )-латунями.
В практически применяемых латунях количетво цинка не превышает 45 %. В пределах этого содержания цинк сильно изменяет свойства сплавов. Цинк повышает прочность и пластичность меди.
Максимальной пластичностью обладает -латунь, содержащая 30 % Zn. Прочность ее сравнительно низкая. Резкое снижение пластичности наблю дается при переходе через границу растворимости цинка в меди, когда сплав становится двухфазным и представляет собой механическую смесь и -кристаллов. Максимальная прочность достигается в сплавах с 45% Zn, но пластичность при этом становится невысокой. Дальнейшее повышение содержание цинка приводит к резкому снижению прочности без повышения пластичности, поэтому в практике такие сплавы не используют.
________________________________________________________
| | | Механические свойства |
| Сплав | Содержание |____________________________|
| | цинка, % | Временное | Относител. |
| | | сопротивление | удлинение |
| | | кГ/мм | % |
|______________|____________|_______________|____________|
| | | | |
| Медь............. | - | 19 | 22 |
| | | | |
| -латунь....... | 30 | 28 | 40 |
| | | | |
| ( + )-латунь. | 45 | 42 | 7 |
| | | | |
| -латунь | 50 | 6 | 3 |
|______________|____________|_______________|____________|
Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т. е. цинка и ме ди.
Латуни обладают высокими технологическими свойствами. Из них получа ют хорошие отливки, так как они обладают хорошей жидкотекучестью и ма лой склонностью к ликвации. Одновременно с этим латуни легко поддаются пластической деформации и поэтому основное их количество идет на изго товление катанных полуфабрикатов-листов, полос, лент, проволоки и раз ных профилей.
Особенностью обработки латуней давлением является то, что для обра ботки в холодном состоянии (тонкие листы, проволока, калиброванные профили) используют -латунь с содержанием цинка до 32 %, так как она при комнатной температуре имеет высокую пластичность и малую проч ность. При повышении температуры до 300-700 C ее пластичность уменьша ется, поэтому в горячем состоянии ее обрабаывать нет смысла. Для этой цели целесообразно использовать или -латунь с большим содержанием цинка (до 39 %), которая при нагреве переходит в двухфазное состояние + , или еще лучше ( + )-латунь. Обьясняется это тем, что менее плас тичная при комнатной температуре -фаза при высоких температурах ста новится более пластичной, чем -фаза.
Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введе ние в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств приводит к снижению стоимости-латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди. Поскольку содержание меди и цинка решающим образом влияет на все свойства латуней, его отражают в наименовании марки. Марка латуни сос тавляется из буквы Л, указывающей тип сплава-латунь, и двузначной ци фры, характеризующей среднее содержание меди. Количество цинка не от ражают, так как его легко определить по разности от 100 %. Например, марка Л80-латунь, содержащая 80 % Cu и 20 % Zn.
Классификация латуней дана в таблице.
____________________________________________________________________ | | | Химический состав, % | Механические свойства |
| Сплав |Марка |______________________|__________________________| | |сплавов| |примеси, не| Временное | Относител. | | | | медь | более |сопротивление| удлинение, | | | | | | кГ/мм | % | |__________|_______|__________|___________|_____________|____________| | | | | | | | | Томпак | Л96 | 95-97 | 0, 2 | 24 | 50 | | | Л90 | 88-91 | 0, 2 | 26 | 45 | | | | | | | | |Полутомпак| Л85 | 84-86 | 0, 3 | 28 | 45 | | | Л80 | 79-81 | 0, 3 | 32 | 52 | | | | | | | | | Латунь | Л70 | 69-72 | 0, 2 | 32 | 55 | | | Л68 | 67-70 | 0, 3 | 32 | 55 | | | Л63 | 62-65 | 0, 5 | 33 | 49 | | | Л60 | 59-62 | 1, 0 | - | - | |__________|_______|__________|___________|_____________|____________| Остальное-цинк.
Контролируемыми примесями в медноцинковых сплавах являются свинец, железо, сурьма, висмут и фосфор, а в марке Л70 еще дополнительно-мышь як, олово и сера. Их вредное влияние на латунь такое же, как и в чис той меди-они делают ее хрупкой при горячей обработке давлением. Все двухкомпонентные латуни хорошо обрабатываются давлением. Их пос тавляют в виде труб и трубок разной формы сечения, листов, полос, лен ты, проволоки и прутков различного профиля.
Латунные изделия с большим внутренним напряжением (например, нагар тованные) подвержены растрескиванию. При длительном хранении на возду хе на них образуются продольные и поперечные трещины. Чтобы избежать этого, перед длительным хранением необходимо снять внутреннее напряже ние, проведя низкотемпературный отжиг при 200-300 C.
Многокомпонентные латуни. Количество марок многокомпонентных лату ней, естественно, больше, чем двухкомпонентных, так как в них варьи руется не только содержание цинка, но также наименование и количество входящих легирующих элементов.
Наименование специальной латуни отражает ее легирование. Так, если она легирована железом и марганцем, то ее называют железомарганцевой, если алюминием-алюминиевой и т. д.
Марку этих латуней составляют следующим образом: первой, как в прос тых латунях, ставится буква Л, вслед за ней-ряд букв, указывающих, ка кие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь; затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержа ние меди в процентах, а последующие-каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: снача ла тот, которого больше, а далее по нисходящей закономерности. Содер жание цинка определяется по разности от 100%. Например, марка ЛАЖМц66 6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23 %.
Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях явля ются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-раз ному влияют на свойства латуней.
М а р г а н е ц повышает прочность и коррозионную стойкость, осо бенно в сочетании с алюминием, оловом и железом.
О л о в о повышает прочность и сильно повышает сопротивление корро зии в морской воде. Латуни, содержащие олово, часто называют морскими латунями.
Н и к е л ь повышает прочность и коррозионную стойкость в различных средах.
С в и н е ц ухудшает механические свойства, но улучшает обрабатыва емость резанием. Им легируют (1-2 %) латуни, которые подвергаются ме ханической обработке на станках-автоматах. Поэтому эти латуни называют автоматными.
К р е м н и й ухудшает твердость, прочность. При совместном легиро вании кремнием и свинцом повышаются антифрикционные свойства латуни и она может служить заменителем более дорогих, например оловянных бронз, применяющихся в подшипниках скольжения.
Еще наиболее распространенными медными сплавами являются бронзы. Б р о н з а м и называют все медные сплавы за исключением латуней. Следовательно, бронзы-это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами. Наиболее раннее применение нашли оло вянные бронзы, которые знали и широко использовали еще в древности. Эти бронзы не утратили своего значения и в настоящее время, но в силу высокой стоимости и дефицитности оловаисследователи искали и нашли ряд заменителей оловянной бронзы, в которых олово содержится в меньшем ко личестве по сравнению с ранее применявшимися бронзами или не содержат совсем.
В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминие выми, кремневыми, бериллиевыми и т. д. Марку бронз составляют из букв Бр, характеризующих тип сплава-бронза; букв, указывающих перечень вхо дящих легирующих перечень входящих легирующих элементов в нисходящем порядке их содержания, и цифр, соответсвующих их среднему количеству в процентах. Указывать в марке содержание меди в противоположность лату ням нет необходимиости. В латунях два обязательно присутствующих не указанных в марке элемента-медь и цинк, а в бронзах-только медь и ее легко определить по разности от 100 %. Например, маркой Бр. ОЦС4-4-2, 5 обозначают бронзу, содержащую 4% Sn, 4% Zn, 2. 5% Pb и 100-(4+4+2. 5)= =89, 5% Cu.
Принято все бронзы делить на оловянные и безоловянные.
Оловянные бронзы. Олово на механические свойства меди влияет анало гично цинку: оно повышает прочность и пластичность. Количественно это влияние выражено еще более сильно. Кроме того, сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикцион ными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве ан тифрикционного материала в других отраслях.
Бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1, 5%, а стали-более 2%. Поэтому, несмотря на склон ность к ликвации и сравнительно невысокую жидкотекучесть, бронзы при меняют для получения сложных по конфигурации отливок, включая худо жественное литье.
Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добав ляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Свинец и фосфор улучшают антифрикационные свойства бронзы и ее обрабатываемость резанием.
Оловянные бронзы дорогие, поэтому в народном хозяйстве их применяют ограниченно.
Бронзы безоловянные. В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы ме ди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кре мнием.
Во многих случаях эти бронзы не только не уступают оловянным брон зам, но по некоторым свойствам и превосходят их. Алюминиевые, кремни евые и особенно бериллиевые бронзы превосходят их по механическим свойствам, алюминиевые-по коррозионной стойкости, кремнецинковая-по жидкотекучести.
Преимуществом некоторых из них (алюминиевой, бериллиевой) является также и то, что они могут быть подвергнуты термической обработке, в результате чего увеличивается их прочность. Величина усадки при крис таллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных. В этом отношении оловянная бронза непревзойденный литейный сплав.
С п л а в ы м е д ь-ф о с ф о р не могут служить машиностроитель ным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они явля ются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатура при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскис ления сплавов на медной основе.
Среди других медных сплавов, кроме латуни и бронз, наиболее значимой является группа м е д н о н и к е л е в ы х с п л а в о в. Медь и никель имеют одинаковую кристаллическую решетку и почти оди наковый размер атомов, поэтому при сплавлении они образуют непрерывный ряд твердых растворов. Изменение свойств тведого раствора в такой сис теме происходит тоже непрерывно. Поэтому деление медноникелевых спла вов на те, у которых основой является медь, и те, у которых основа ни кель, следует считать условным.
Никель, введенный в медь, сильно изменяет ее свойства. Твердость, прочность и пластичность сплавов при увеличении содержания никеля воз растают. Электропроводность резко снижается, и это используют для соз дания сплавов на медной основе с высоким электросопротивлением. Леги рование никелем вызывает значительное повышение антикоррозионной стой кости. Изменяется и внешний вид сплавов-уже при 15% Ni получается се ребристо-белый цвет сплавов, совершенно отличный от цвета меди. Назначение каждого медноникелевого сплава, как правило, узкое и впо лне определенное, соответствующее его основным свойствам. Так, сплав с 19% Ni красив по внешнему виду, пластичен, хорошо сопротивляются кор розии и истиранию, поэтому его применяют, в частности, для чеканки мо нет и медалей; сплав с 40% Ni, легированный марганцем имеет наиболее высокое электросопротивление из всех медноникелевых сплавов, поэтому его применяют для электротехнических целей, в термопарах и т. д. Наиболее широко применяемые сплавы меди с никелем: мельхиор, ней зильбер, манганин, константин, конель, куниаль А, куниаль Б. В этих сплавах, кроме химического состава, по основным элементам контролируют содержание одиннадцати примесей, в числе которых кремний, углерод, висмут, мышьяк, свинец, сурьма и т. д.
