Классификация металлических материалов

Цель работы

1. Ознакомление с классификацией металлических материалов.

2. Изучение маркировки материалов.

3. Ознакомление со свойствами и применением металлических материалов в различных отраслях народного хозяйства.

 

Классификация металлических материалов

 

Технически - чистые металлы характеризуются низкими прочностными свойствами, поэтому в машиностроении применяют, главным образом, их сплавы. Сплавы состоят из двух и более элементов периодической системы, называемых компонентами.

По основному компоненту металлические материалы классифицируют: чёрные металлы и сплавы на основе железа, к ним относят чугуны, стали и сплавы; цветные, к которым относят все остальные металлы и сплавы.

Сплавы на основе алюминия, магния, титана и бериллия, имеющие малую плотность (ниже плотности железа), называют лёгкими цветными; на основе меди, свинца, олова и др. - тяжёлыми цветными; на основе цинка, олова, свинца и др. - легкоплавкими цветными; на основе титана, хрома, вольфрама, молибдена и др. - тугоплавкими цветными.

По методу придания формы материалы разделяют на деформируемые, из которых получают заготовки обработкой давлением (прокаткой, свободной ковкой, штамповкой и т.д.); литейные, которые идут для получения отливок; спеченные - для получения заготовок путём спекания порошков под давлением.

По назначению материалы разделяют на конструкционные (предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам) и  инструментальные (предназначенные для изготовления режущих, измерительных и штамповых инструментов).

 

Конструкционные углеродистые и легированные

Стали  и сплавы

 

Классифицируют стали по качеству, степени раскисления и структуре.

По качеству стали классифицируют на категории: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Основным показателем качества стали является содержание вредных примесей: серы и фосфора. Стали обыкновенного качества содержат до 0,055% S и 0,045% P; качественные - не более 0,04% S и 0,035% P; высококачественные - не более 0,025% S и 0,025% P; особовысококачественные - не более 0,015% S и 0,025% P.

По химическому составу стали обыкновенного качества - углеродистые, качественные - углеродистые и легированные, высоко- и особовысококачественные - преимущественно легированные.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Легированные стали выпускают преимущественно спокойными, углеродистые - всех трех степеней раскисления.

По структуре стали классифицируют в зависимости от состояния: отожженное или нормализованное.

По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса:

1) доэвтектоидные, содержащие углерода до 0,8%; 2 ) эвтектоидные, содержащие 0,8% углерода; 3) аустенитные; 4) ферритные, ледебуритные.

Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные - всех классов. Легированные доэвтектоидные и эвтектоидные стали часто объеденяют в один класс - перлитный. К этому классу относятся стали с низким содержанием легирующих элементов.

К ферритному классу относятся стали с низким содержанием углерода и большим количеством легирующих элементов: хрома, молибдена, вольфрама, ванадия, кремния, титана и др.

К аустенитному классу относятся стали с низким содержанием углерода и большим количеством никеля, марганца и кобальта.

К ледебуритному классу относятся стали с высоким содержанием углерода и добавками карбидообразующих легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, титана и др.

При определенном сочетании всех легирующих добавок возможно образование сталей промежуточного класса - полуферритных и полуаустенитных.

По структуре внормализованном состоянии (охлаждение на воздухе от температуры 900°) стали подразделяют на основные классы: перлитный, мартенситный, мартенсито - ферритный, ферритный, аустенито - мартенситный, аустенито - ферритный, аустенитный.

К перлитному классу относятся углеродистые и низколегированные стали с небольшим содержанием углерода.

К сталям мартенситного класса относятся мало и среднеуглеродистые (до 0,4%С) стали с высоким содержанием хрома и добавками молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия, кремния.

В зависимости от основных легирующих элементов легированные стали делятся на группы: хромистые, марганцовистые, хромомарганцовые, хромомолибденованадиевые, кремнемарганцовоникелевые и т.д.

Наличие легирующих элементов в маркировке сталей указывается буквами русского алфавита: А –азот (пишется всегда в середине марки ), Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, М - молибден, Н - никель, П – фосфор,  Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф – ванадий, Х - хром, Ц - цирконий, ч – редкоземельные, Ю - алюминий (ГОСТ 4543-71)^.

Цифры после букв указывают содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах.

Отсутствие цифры после букв означает, что содержание элемента - от 1до 1,5%. Исключение составляют элементы, присутствующие в сталях в малых количествах:   медь, молибден, ванадий - которых берется менее одного процента каждого;   алюминий, бор, титан, ниобий, селен, фосфор, азот, цирконий, редкоземельные - менее 0,1% каждого.

 

Маркировка конструкционных сталей

Обыкновенного качества

Углеродистым конструкционным сталямобыкновенного качества присваивают условные порядковые номера в зависимости от химического состава: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6. Номера не указывают содержание углерода, но с увеличением номера марки стали возрастают содержание углерода и прочность стали, но снижается ее пластичность.

Изготовляют стали следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп (ГОСТ 380-94).

    Буквы Ст в марках обозначают "сталь"; буквы кп, пс, сп - степень раскисления (сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют); буква Г  указывает на повышенное содержание марганца в стали (до 1,1%). Углерода в стали Ст 1 содержится 0,06... 0,12%,в стали Ст6 - 0,38... 0,49%. Исключение составляет сталь Ст0. В этой стали углерода содержится до 0,23%. Марганца в стали Ст1 содержится 0,25…0,5%,в стали Ст6 - 0,5…0,8%;кремния-0,05…0,30% во всех марках (кроме стали Ст0, в которой кремний и марганец не регламентируются).

                  Содержание углерода определяет основные характеристики физических, механических и технологических свойств. ГОСТ 380-94 определяет химический состав и механические свойства стали.

           По международным стандартам углеродистые конструкционные стали маркируются буквами Fе. ГОСТ 380-94 предусматривает сопоставление марок стали Ст и Fе по международным стандартам ИСО630-80 и ИСО1052-82 (таблица).

 

Марки стали (ГОСТ 380-94)

Ст	Fе	Ст	Fе
Ст0	Fе 310-0	Ст4кп	Fе 430-А
Ст1кп	-	Ст4пс	Fе 430-В
Ст1пс	-	Ст4сп	Fе 430-С
Ст1сп	-	-	Fе 430-Д
Ст2кп	-	Ст5пс	Fе 510-В, Fе 490
Ст2пс	-	Ст5Гпс	Fе 510-В, Fе 490
Ст2сп	-	Ст5сп	Fе 510-С, Fе 490
Ст3кп	Fе 360-А*	-	-
Ст3пс	Fе 360-В	Ст6пс	Fе 590
Ст3Гпс	Fе 360-В	Ст6сп	Fе 590
Ст3сп	Fе 360-С	-	Fе 690
Ст3Гсп	Fе 360-С Fе 360-Д		*Буквы А, В, С, Д- категория качества

 

Пример расшифровки марки стали: Ст 0 - сталь углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества (Ст), деформируемая, 0 - условный порядковый номер. Из ГОСТ 380-94: содержание С £ 0,23%; S £ 0,06%; P £ 0,07%; s_в = 300 н/мм ²; Si и Мn – содержание оговаривается заказчиком; Ст3Гпс - сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества (Ст) с повышенным содержанием марганца (Г), полуспокойная (пс), деформируемая, с условным порядковым номером 3. По ГОСТ 380-94: содержание С = 0,14... 0,22%; Mn = 0,8... 1,10%; Si £ 0,05…0,30%; P £ 0,04%;

S £ 0,05%; Cr £ 0,30%; Ni £ 0,30%; Cu £ 0,30%; As £ 0,08%; s_0,2 = 205... 245 н/мм ² ; s_в = 370... 490 н/мм ²; d = 23... 26 %.

 

Алюминий и его сплавы

В зависимости от степени чистоты первичный алюминий делится на три класса: особой чистоты А999 (99,999% Al), высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (99,995 … 99,95% Al) и технической чистоты А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, А0 (99,85... 99,0% Al) – ГОСТ 11069-74. Буква Е указывает на то, что алюминий имеет гарантированные электротехнические характеристики.

В качестве постоянных примесей в алюминии присутствуют железо, кремний, медь, марганец, цинк и титан. В качестве основных легирующих элементов в алюминиевых сплавах применяют медь, магний, кремний, марганец, цинк, реже никель, бериллий и др.

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления, способности к термической обработке и свойствам. Все сплавы алюминия можно разделить на три группы: деформируемые, литейные и спеченные (получаемые методом порошковой металлургии).

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на сплавы неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К деформируемым алюминиевым сплавам неупрочняемым относятся сплавы системы АI - Мn и АI - Мg.

ГОСТом 4784-97 определены марки неупрочняемого деформируемого алюминия и его сплавов (и сопоставление их с марками по международным стандартам ИСО 209-1):

             алюминий -АД000(А199,8),АД00(А199,7),АД00Е(ЕА199,7), АД0(А199,5) и т.д.;

            система Al–Mn - ММ (АlМnМg0,5), АМц, АМцС,  Д12 (АlМn1Мg1).  Состав сплавов марки ММ: Si = 0,6%, Fe = 0,7%, Cu = 0,3%, Mn = 1,0-1,5%, Mg = 0,2-0,6%, Cr = 0,1%, Zn = 0,25%, Ti = 0,1%; марки АМц: Si = 0,6%, Fe = 0,7%,Cu = 0,05-0,20%, Mn = 1-1,5%, Zn = 0,1%.

             система Al - Mg - АМг0,5, АМг1, АМг1,5, АМг2, АМг2,5, АМг3, АМг3,5, АМг4, АМг4,5, АМг5, АМг6. Цифры, следующие за буквами АМг, соответствуют примерному содержанию магния в этих сплавах. Например, в сплаве АМг1,5 содержится Si = 0,4%, Fe = 0,5%, Cu = 0,15%, Mn = 0,1-0,5%, Mg = 1,7-2,4%, Cr = 0,15%, Zn = 0,1%.

Все остальные алюминиевые сплавы относятся к упрочняемым термической обработкой.

Сплавы нормальной прочности на основе системы Al – Cu – Mg и Al – Cu – Mn называются дуралюминами (обозначаются буквой Д) и алюминием ковочным (обозначают буквами АК). ГОСТ 4784-97 определяет марки дуралюмина: Д1(АlСu4МgSi), Д16(AlCuMg1), Д16ч, Д18, Д19, Д19ч, В65; марки алюминия ковочного: АК6, АК8, АК4, АК4-1,АК4-1ч. Цифры означают условный порядковый номер сплава. Состав сплавов марки Д1:  Si =0,2-0,8%, Fe = 0,7%, Cu = 3,5-4,5%, Mn = 0,4-1,0%, Mg = 0,4-0,8%, Ti = 0,15%, Cr = 0,1%, Zn = 0,25%; марки В65: Si=0,5%, Fe=0,2%, Cu = 3,9-4,5%, Mn = 0,3-0,5%, Mg = 0,15-0,3%, Zn = 01%, Ti=0,1%; марки AK4:  Si = 0,5-1,2%, Fe = 0,8-1,3%, Cu = 1,9-2,5%, Mn = 0,2%, Mg = 1,4-1,8%, Ti = 0,1%, Ni = 0,8-1,3%. Сплавы АК4, АК4-1, АК4-1ч являются жаропрочными.

Высокопрочные алюминиевые сплавы (системы Al – Zn - Mg) обозначаются буквой В. ГОСТ4784-97 определяет марки: 1915 (АlZn4,5Mg1,5Mn), 1925 (АlZnMg1,5Mn), В93пч, В95, В95пч, В95оч, В95-1, В95-2, АЦпл. Цифры означают условный номер сплава. Состав сплава марки В95оч: Si = 0,1%, Fe = 0,15%, Cu =1,4-2,0%, Mn = 0,2-0,6%, Mg = 1,8-2,8%, Cr = 0,1-0,25%, Zn = 5-6,5%, Ti = 0,05%.

Алюминиевые сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости обозначаются буквами АД – алюминий деформируемый. ГОСТ 4784-97 определяет марки (системы Al – Mg - Si) АД31(AlMg07Si), АД31Е(E-AlMgSi), АД33(AlMg1SiCu), АД35(AlSi1MgMn), АВ (сплав авиаль). Цифры указывают чистоту алюминия, буква Е –сплав с электрическими свойствами. Состав сплава АД31: Si = 0,2-0,6%, Fe = 0,5%, Cu = 0,1%, Mn = 0,1%, Mg = 0,45-0,9%, Cr = 0,1%, Zn = 0,2%.

           Алюминиевые сплавы для изготовления проволоки для холодной высадки имеют в маркировке букву П: Д1П, Д16П, Д19П, АМг5П, В95П. Сплавы, предназначенные для изготовления сварочной алюминиевой проволоки, имеют в маркировке буквы Св: СвА99, СвА97, СвА85Т, СвА5, СвАМц, СвАМг3, СвАМг5, СвАМг6, СвАМг63, СвАМг61, СвАК5, СвАК10.

Литейные алюминиевые сплавы ГОСТ 1583-93 делит на 5 групп:

I группа – на основе системы Al – Si – Mg: АК12 (АЛ2), АК13(АК13),АК9(АК9),АК9с(АК9с),АК9ч(АЛ4),АК9пч (АЛ4-1), АК8л(АЛ34), АК7(АК7), АК7ч(АЛ9), АК7пч(АЛ91), АК10Су(АК10Су) и др.;

II группа - системыAl – Si – Cu: АК5Мч (АЛ5-1), АК5М (АЛ5), АК5М2 (АК5М2), АК5М7 (АК5М7), АК6М2 (АК6М2), АК5М4 (АК5М4), АК8М3 (АК8М3), АК8М3ч (ВАЛ8), АК9М2 (АК9М2) и др.;

III группа – системы Al – Cu:АМ5(АЛ19),АМ4,5Кд (ВАЛ10);

IV группа – системы Al – Mg: АМг4К1,5М (АМг4К1,5М), АМг5К (АЛ13), АМг5Мц (АЛ28). АМг6л (АЛ23) и др.;

V группа – системы Al - прочие компоненты: АК7Ц9 (АЛ11), АЦ4Мг(АЛ24), АК9Ц6(АК9Ц6) и др.

В скобках литейных алюминиевых сплавов указаны обозначения марок по ГОСТ 1583, ОСТ 48-178 и по Техническим условиям.

Буква А в марках означает алюминиевый сплав, остальные буквы и цифры – название легирующего компонента и его содержание. В конце марки иногда указывается степень чистоты сплава: ч – чистый, пч – повышенной чистоты, оч – особой чистоты, л - литейный.

Пример расшифровки сплава марки АК12М2МгН (АЛ30): алюминий литейный (системы Al-Si-Cu), содержащий кремния 11 – 13% (К12), меди 1,5 – 3% (М2), магния 0,8 – 1,3% (Мг), никеля 0,8 – 1,3% (Н), остальное- алюминий.

Маркировка алюминиевых сплавов не отличается системой и единообразием. Поэтому в настоящее время вводится единая четырехцифровая маркировка алюминиевых сплавов. Первая цифра обозначает основу всех сплавов (алюминию присвоена цифра 1); вторая  - главный легирующий элемент или группу главных легирующих элементов; третья цифра или третья со второй соответствует старой маркировке; четвертая цифра – нечетная (включая 0) указывает, что сплав деформируемый, четная - что сплав литейный.

Например, сплав Д1 обозначают 1110, Д16 - 1160, АК4 – 1140, АМг5 – 1550, АК6 – 1360 и т.д. Некоторые новые сплавы имеют только цифровую маркировку: 1915, 1925 и др.

В промышленности используют дисперсно-упрочненныекомпозиционные материалы на алюминиевой основе.

Спеченные алюминиевые порошки - САП-1, САП-2, САП-3, САП-4 – алюминий в виде порошка или пудры, упрочненный частицами оксида алюминия Al₂O₃. Получают их путем последовательного брикетирования, спекания и прессования окисленной с поверхности алюминия пудры. Цифры - условный порядковый номер сплава, но с увеличением номера возрастают содержание Al₂O₃ в сплаве, его прочность, твердость и жаропрочность. При этом уменьшается пластичность сплава.

Спеченные алюминиевые сплавы – САС-1, САС-2, где цифры – условный порядковый номер сплава, изготовленные, в основном, по той же технологии что и САП, вместо алюминиевого порошка в основе имеют окисленные сплавы. В своем составе сплавы имеют 25-30% Si; 5-7% Ni; остальное – Al.

 

Медь и ее сплавы

 

По ГОСТ 859-2001 в зависимости от содержания примесей различают марки технической меди: М00 б (99,99% Cu), М0 б (99,97% Cu+Ag), М1 б (99,95% Cu+Ag), М00(99,96%Сu), М0(99,93%Сu+Аg), М1(99,90%Сu+Аg), М1р(99,90%Cu+Ag), М2 (99,7% Cu+Ag), М3 (99,5% Cu+Ag) и др. Буква ″б″ в конце марки (М0 б) означает - бескислородная, а "р" (М1 р) – раскисленная.

Медь образует многие распространенные сплавы: латуни, бронзы и медно-никелевые (мельхиор, нейзильбер, куниаль, константан, манганин, копель и др.).

Латуни – сплавы меди с цинком. Они бывают двойные (простые) и многокомпонентные (легированные).

По технологическому признаку латуни подразделяют на деформируемые и литейные.

Двойные деформируемые латуни маркируются буквой Л (латунь) и цифрой, показывающей среднее содержание меди в процентах (остальное -цинк): Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60 (ГОСТ 15527-70*).

Латуни с содержанием меди 90% и более (Л96, Л90) называют томпак, при 80 – 85% меди (Л85, Л80) – полутомпак.

Легированные деформируемые латуни маркируются буквой Л и буквами, обозначающими название легирующего элемента. Цифры, отделенные друг от друга через тире, идущие после букв, показывают содержание меди (первая) и легирующих элементов (соответственно буквам) в процентах (остальное – цинк): ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1, ЛО70-1, ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 и др. (ГОСТ 15527-70).

Называют легированные латуни по легирующим добавкам. Например, ЛА77-2 - алюминиевая деформируемая латунь, содержащая 77% Cu, 2%Al (A), остальное (21%)- Zn; ЛО90-1 – оловянный томпак, содержащий 90% Cu, 1% Sn (О), остальное (9%) - Zn.

В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название: ЛЦ14К3С3, ЛЦ30А3, ЛЦ16К4, ЛЦ37Мц2С2К, ЛЦ40Мц1,5, ЛЦ40С, ЛЦ30А3, ЛЦ40Мц3А и др. (ГОСТ 17711-93).

Пример расшифровки марки ЛЦ23А6Ж3Мц2: алюминиево – железомарганцовая литейная латунь, содержащая 23%Zn, 6%Al, 3%Fe, 2%Mn, остальное(66%) –Cu.

Бронзы – сплавы меди, в которых цинк или никель не являются основными легирующими элементами.

По химическому составу бронзы подразделяют на оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово, и безоловянные, не содержащие олово в качестве легирующего компонента. Называют бронзы, как и латуни, по соответствующим добавкам.

По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые.

При маркировке бронз на первом месте стоят буквы Бр. Остальная запись марки сплава зависит от способа получения заготовок.

В литейных бронзах обозначение и количество легирующих компонентов выполнено в соответствии с латунями. В конце марки может дополнительно стоять прописная буква Л: БрО3Ц7С5Н1, БрО10Ц2, БрО10Ф1, БрО8Ц4, БрО10С10 и др. (ГОСТ 613-79); БрА9Мц2Л; БрА10Ж4Н4Л, БрСу3Н3Ц3С20Ф (Су – сурьма), БрА7Мц15Ж3Н2Ц2 и др. (ГОСТ 493-79) и т.д.

Пример расшифровки марки БрО3,5Ц7М5: оловянно–цинково-свинцовая литейная бронза с содержанием олова (О) 3,5%, цинка (Ц) 7%, свинца (С) 5%, остальное (84,5%) – медь; БрА7Мц15Ж3Н2Ц2: бронза безоловянная литейная с содержанием алюминия (А) 6,6-7,5%, железа (Ж) 2,5-3,5%, марганца (Мц) 14,0-15,5%, никеля (Н) 1,5 - 2,5%, цинка (Ц) 1,5 - 2,5%.

Отличие обозначения марок деформируемых бронз от литейных такое же, как и у латуней: сначала в буквенном коде записываются все легирующие элементы, а затем – цифры через тире, указывающие в той же последовательности содержание компонентов в процентах: БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-4 и др. (ГОСТ 5017-74*); БрА5, БрАЖН10-4-4, БрБНТ1,9 и др. (ГОСТ 18175-78*) и т.п.

Пример расшифровки марки БрБ2: безоловянная бериллиевая деформируемая бронза, содержащая 2% бериллия (Б), остальное – (98%) медь; БрБНТ1,7: безоловянная бериллиево – никелево – титановая деформирумая бронза, содержащая 1,7% бериллия (Б), менее 1% никеля и титана каждого, остальное (около 97%) – медь.

Медно – никелевые сплавы – это сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель.

Промышленные медно – никелевые сплавы можно условно разделить на две группы: конструкционные и электротехнические. К первой группе относятся коррозионностойкие и высокопрочные сплавы типа мельхиор, нейзильбер, куниаль. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют Mn, Al, Zn, Fe, Co, Pb и др.

Маркировка медно–никелевых сплавов начинается с буквы М: МН19, МН25, МНЖМц 30-1-1 – мельхиор; МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8 – нейзильбер; МНА13-3, МНА6-1,5 – куниаль; МНМц40-1,5 – константан; МНМц43-0,5- копель; МНМц3-12- манганин; МНЖ5-1, МНЖМц10-1-1 и др. (ГОСТы 5063-73*, 5187-70*,492-73*).

 

Магний и его сплавы

 

По ГОСТ 804-93 в зависимости от химического состава магний первичный выпускается четырех марок: Мг80(99,80%Мg), Мг90(99,90%Mg), Мг95(99,95%Mg) и Мг98(99,98%Mg).

ГОСТ 14957-76 предусматривает марки деформируемых магниевых сплавов: МА1, МА2, МА2-1, МА5, МА8, МА11, МА12, МА14, МА15, МА19. Буквы МА указывают, что сплав магниевый деформируемый, а цифры - условный порядковый номер.

Литейные магниевые сплавы (ГОСТ 2856-79*) выпускаются марок: МЛ3, МЛ4, МЛ4пч, МЛ5, МЛ5пч, МЛ5он, МЛ6, МЛ8, МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ12, МЛ15 и МЛ19. Буквы МЛ указывают, что сплав магниевый литейный, цифры – порядковый номер сплава, буквы " пч " в конце марки - сплав повышенной чистоты, "он"- сплавобщего назначения. Пример расшифровки марки МЛ3: магниевый сплав литейный с порядковым номером 3, содержащий алюминия 2,5-3,5%, марганца 0,15-0,5%, цинка 0,5-1,5%

В последнее время марки магниевых сплавов стали указывать с помощью цифрового кода, например:МА1-2311, МА2 – 2311, МА2-1 – 2323 и т.п.

Титан и его сплавы

 

Полученный в результате переплава технический титан маркируют в зависимости от содержания примесей: ВТ1-00 (сумма примесей <0,398% - Si= 0,08%, Fe= 0,15%, O = 0,10%, N= 0,04%, C= 0,05%, H= 0,008%, прочих- 0,1%); ВТ1-0 (сумма примесей < 0,55%), ВТ1-2 (сумма примесей > 2 %).

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые.

          Выпускаются деформируемыетитановые сплавы марок (ГОСТ 19807-91): ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТ6с, ВТ8, ВТ14, ВТ20, ВТ22, ПТ-7М, ПТ-3В, АТ3. Стоящие за буквами цифры являются условным порядковым номером. Основными легирующими добавками являются алюминий, кремний, марганец и др. Например, сплав ОТ4-0 содержит следующие легирующие добавки:Al = 0,4-1,4%, Zr = 0,3%, Mn = 0,5-1,3%, Si=0,12%, Fe = 0,3%; ПТ-7М – Al = 1,8 - 2,5%, Zr = 2,0 - 3,0%, Si = 0,12%, Fe= 0,25%; AT3 - Al = 2,0 - 3,5%, Cr= 0,2 - 0,5%, Si= 0,2 - 0,4%, Fe= 0,2 - 0,5%.

            Особенности маркировки литейныхтитановых сплавов – наличие буквы Л в конце обозначения марки: ВТ5Л, ВТ3-1Л, ВТ20Л и др.

Для изготовления деталей методом порошковой металлургии используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТ3-1 и т.д. Маркировка порошковых сплавов сохраняется без изменений.

 

Алюминий и его сплавы

Алюминий – один из наиболее легких конструкционных металлов. Он обладает хорошими теплопроводностью и электропроводимостью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

Ввиду низкой прочности технический алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций: рамы, двери, трубопроводы, фольга, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуда, теплообменники в промышленных и бытовых холодильниках, конденсаторы, провода воздушных линий электропередач, кабели, обмотки и др.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой.

Сплавы типа ММ, АМц, Д12 и АМг имеют невысокую прочность, хорошую пластичность, свариваемость газовой и контактной сваркой, коррозионную стойкость. Упрочняются они только холодной пластической деформацией. Применяют их для изделий, получаемых глубокой вытяжкой: трубопроводы для бензина и масла, сварные баки бензо- и маслопроводов, заклепки (для клепки конструкций из магниевых сплавов), заглушки и другие средненагруженные детали авиационной техники; переборки, корпуса и мачты судов, узлы подъемных кранов, рамы вагонов, кузова автомобилей и др.

Дуралюмины характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Они хорошо свариваются точечной сваркой и практически не свариваются сваркой плавлением из за высокой склонности к трещинообразованию. Применяются: Д1 (имеет среднюю пластичность, удовлетворительную обрабатываемость резанием) -для лопастей воздушных винтов, заклепок, штампованных узлов креплений в авиационной промышленности, строительных конструкций и др.; Д16, Д19 ( имеют повышенную прочность, среднюю платичность, удовлетворительную обрабатываемость) – для силовых элементов конструкций самолетов (шпангоуты, нервюры, тяги управления, лонжероны, детали каркаса, обшивки, заклепки), кузовов грузовых автомобилей, буровых турбин и др.; Д18, В65 (имеют повышенную пластичность, заменяют сплавы Д1 и Д16) – для заклепок, которые ставят после закалки и естественного старения.

Высокопрочный алюминиевыйсплав В95 является наиболее универсальным, по прочности значительно превосходит дуралюмины (при нормальной температуре), оличается высокими временным сопротивлением и пределом текучести, но не является теплопрочным, его можно использовать до температур не выше 100 – 120^ОС, обрабатываемость резанием и свариваемость точечной сваркой - хорошие. Его применяют для высоконагруженных конструкций, работающих, в основном, в условиях напряжений сжатия (детали обшивки, стрингеры, шпангоуты, обшивки, нервюры, лонжероны самолетов и др.).

 Сплавы АК4, АК4-1 (жаропрочные, имеющие высокую прочность, удовлетворительные пластичность, свариваемость и обрабатываемость) применяют для деталей двигателей и других изделий, работающих при повышенных температурах до 350^О С - крыльчатые насосы, колеса, компрессоры, заборники, диски, лопатки, обшивки и силовые каркасы сверхзвуковых самолетов; АК6 (авиаль повышенной прочности) применяют для штампованных и кованых деталей сложной формы - крыльчаток вентиляторов для компрессоров реактивных двигателей, заборников, лопаток диффузоров и др.; АК8 (отличается большой прочностью, пластичностью, но хуже, чем у АК6) –для штамповки высоконагруженных самолетных деталей менее сложной формы: рамы, фитинги и т.п.

Деформируемые алюминиевые сплавы типа АД и АВ имеют высокую пластичность, коррозионную стойкость, достаточную прочность, удовлетворительно свариваются. Сплав АД31 применяется для изготовления деталей невысокой прочности (для отделки кабин самолетов и вертолетов с различными цветовыми покрытиями; в строительстве - для дверных рам, оконных переплетов, эскалаторов; в автомобильной, легкой и мебельной промышленности). Сплав АД33 применяется для деталей средней прочности, работающих с коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде (лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов). Сплав АВ применяется для деталей, от которых при изготовлении требуется высокая пластичность в холодном и горячем состоянии (лопасти вертолетов, штампованные и кованые детали сложной конфигурации).

Литейные алюминиевые сплавы должны иметь хорошую жидкотекучесть, малую усадку, низкую склонность к образованию горячих трещин и пористости, а также высокие механические и антикоррозионные свойства. По назначению литейные алюминиевые сплавы условно разбивают на: сплавы, отличающиеся высокой герметичностью - АК12(АЛ2), АК9ч (АЛ4), АК7ч(АЛ9), АК7пч(АЛ9-1), АК8М3ч(ВАЛ8), АК8л(АЛ34), используемые для изготовления мелких, средних и крупных литых деталей ответственного назначения – корпусов компрессоров, картеров, двигателей внутреннего сгорания, турбинных колес турбохолодильников, вентиляторов, деталей авиационных колес, барабанов, кронштейнов и др.; высокопрочные жаропрочные сплавы- АК5(АЛ19), АК5М(АЛ5), АК5Мч(АЛ5-1), АК12М2МгН (АЛ30), используемые для крупногабаритных отливок, получаемых, в основном, в песчаных формах, для корпусов арматуры и приборов, головок цилиндров двигателей воздушного охлаждения и др.; коррозионностойкие сплавы – АЦ4Мг(АЛ24), АМг5Мц(АЛ28), АМг6л(АЛ23), АМг4К1,5М(АМг4К1,5М), применяемые для изготовления силовых деталей, работающих при температурах от –60 до +60^ОС, для деталей, работающих в различных климатических условиях, включая воздействия морской воды и тумана.

Сплавы типа САП и САС имеют повышенную жаропрочность, низкий коэффициент линейного расширения, удовлетворительную прочность. Используют САП и САС для деталей, работающих при температурах 300 … 500^ОС длительно и при 700 … 900^ОС кратковременно, от которых требуется высокая удельная прочность и коррозионная стойкость: поршневые штоки, лопатки компрессоров, лопасти вентиляторов и турбин в химической и нефтяной промышленности и др.

Медь и ее сплавы

Для меди характерны пластичность и коррозионная стойкость, высокая теплопроводность и электропроводимость; недостатками являются высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть. Применяется медь для проводников электрического тока, различных теплоообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.

Латуни обладают более высокой прочностью (в том числе при повышенных температурах), коррозионной стойкостью, упругостью, технологичностью (литье, обработка давлением, резание) по сравнению с медью. Наибольшую пластичность имеют латуни, содержащие 30-32% цинка, а наибольшую прочность – латуни,содержащие 42-45% цинка.

Двойные латуни. Сплав Л96 – томпак – высокопластичен и теплопроводен, не подвержен «сезонному» растрескиванию. Сплав Л80 – полутомпак - обладает высокой стойкостью против коррозии, имеет хорошую пластичность, хорошие литейные и механические свойства. Применяются для изготовления трубопроводов, радиаторных трубок, сеток фильтров и сильфонов регуляторов давления в авиационной промышленности; змеевиков, деталей теплотехнической и химической аппаратуры; для изготовления фурнитуры и украшений; гибких шлангов, деталей холодильного оборудования, конденсаторных трубок. Латуни с большим содержанием цинка (Л70 … Л60) обладают высокой пластичностью, хорошо свариваются, паяются и обрабатываются резанием. Идут на изготовление сеток в целлюлозно-бумажной и шиферной промышленности, деталей химической аппаратуры, полос, лент, труб, проволоки, фольги, толстостенных патрубков, шайб. В авиационной промышленности они применяются для изготовления обечаек радиаторов, трубопроводов, отражателей фильтров, каркасов сеток суфлеров и др.

Легированные латуни применяются в авиационной промышленности и морском судостроении, в электрических машинах и химическом машиностроении для высокопрочных и химически стойких изделий, в часовой и автотракторной промышленности (свинцовые латуни), типографском деле. Латунь ЛА85-0,5 служит заменителем золота при изготовлении знаков отличия, фурнитуры, украшений; ЛО70-1 применяетсядля изготовления трубопроводов коррозионноактивных жидкостей; ЛЖМц59-1 обладает хорошими антифрикционными свойствами, применяется для изготовления грундбукс колес самолетов, колец, втулок и других деталей, работающих на трение.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. Широкое применение бронзы нашли для изготовления лент, сеток в аппаратостроении и целлюлозно-бумажной промышленности (БрОФ8-0,3, БрОЦС4-4-4 и др.); деталей для работы в морской и сточных водах (БрА9Ж4Н4Мц и др.); пружин, труб, втулок в судостроении, авиации, химической промышленности (БрО5С25 и др.); антифрикционных узлов (БрА9Мц2Л, БрА10Мц2Л и др.); в пищевой промышленности (БрА10Ж4Н4Л и др.).

Медно – никелевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах, высокие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, устойчивы при низких температурах.

Мельхиор идет на изготовление штампованных и чеканных изделий(монеты, декоративные изделия), теплообменных аппаратов в морской воде, конденсаторных трубок и других изделий электротехнической промышленности и приборосроения.

Куниаль и нейзильбер идут на изготовление пружин, деталей приборов и других изделий электротехники, для деталей глубокой вытяжки, художественных изделий (нейзильбер).

  Копель, константан и манганин идут для изготовления термопар, компенсационных проводов и других изделий электротехнической промышленности и приборостроения.

Магний и его сплавы

Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки, имеют низкую тепло- и электропроводность, коррозионную стойкость. Порошки, мелкая стружка, тонкая лента магния представляют большую опасность, т.к. самовозгораются на воздухе при обычных температурах, горят с выделением большого количества теплоты и излучением яркого света.

Технически чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется.

Магниевые сплавы прочно обосновались в современном самолете: колеса и вилки шасси, передние кромки крыльев, различные рычаги, корпуса насосов, приборов, коробок передач, фонари и двери кабин, детали планера самолета, а также корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки и др. В приборостроении они используются для корпусов и деталей приборов оптической аппаратуры.

Титан и его сплавы

Титан и его сплавы обладают небольшой плотностью, высокой пластичностью и тугоплавкостью, исключительной химической и коррозионной стойкостью, обрабатываются давлением, резанием, их можно сваривать и получать литые детали. Недостатком титана является его невысокая прочность. Легирование титана позволяет в 2…3 раза повысить его прочность.

Интервал наивыгоднейшего применения титановых сплавов простирается от глубокого холода (не хладноломки даже в жидком гелии) до 500 … 600^ОС. На протяжении всего этого интервала температур титановые сплавы превосходят по своим свойствам все другие конструкционные металлические материалы.

По причине высокой удельной прочности титановые сплавы находят широкое применение в авиастроении, ракетостроении: каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали ракетных двигателей второй и третьей ступени и т.д. Широкое применение также находят они в судостроении, химической, газовой, нефтяной, пищевой, медицинской промышленностях. Например, сплавы ВТ8, ОТ4-1,ОТ4 обладают повышенной жаропрочностью, хорошо деформируются, свариваются контактной сваркой и обрабатываются резанием; предназначены они для деталей, работающих до 500^ОС; сплав ВТ6 имеет высокую пластичность, повышенную жаропрочность, но неудовлетворительно сваривается и обрабатывается резанием, предназначен для изготовления крепежных деталей и обшивки, работающих до 400-450^ОС.

Приложение

Варианты заданий

Таблица 1

1	2	3	4
1.ЧХ3Т 2.Ст1кп 3.40 4.30ХГСФЛ 5.С235	1.АЧС-1 2.АС14 3.05кп 4.20Х12ВНМФ 5.ШХ15СГ	1.20ХГНМФЛ 2.70 3.КЧ30-6 4.Ст2сп 5.