ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Сплави алюмінію. Склад, структура, властивості,

Загрузка...

Маркування та застосування силумінів, дуралюмінів,

Високоміцних і жаростійких сплавів

Сплави алюмінію вирізняються високою питомою міцністю, здатністю протидіяти інерційним і динамічним навантаженням та високими технологічними властивостями. Більшість алюмінієвих сплавів мають добру корозійну стійкість (за винятком сплавів з міддю), високі тепло- та електропровід­ність, добре обробляються тиском, зварюються точковим зва­рюванням, а деякі і плавленням, добре обробляються різанням, алюмінієві сплави пластичніші, ніж сплави магнію та більшість пластмас.

Основними компонентами сплавів алюмінію є мідь, магній, кремній, марганець і цинк, деколи використовують літій, нікель і титан.

Сплави алюмінію класифікують за технологією виготовлення деталей (деформівні, ливарні, порошкові), за придатністю до тер­мічної обробки (зміцнювані і незміцнювані) та за властивостями.

Деформівні сплави алюмінію розділяють за придатністю до термічної обробки. До незміцнюваних належать сплави систе­ми Аl-Мn, що маркуються літерами АМц і числом — номером сплаву, та сплави системи А1-Мg, в марках яких записують лі­тери АМг та номер сплаву. Ці сплави придатні для умов, що вимагають високої корозій­ної стійкості, наприклад, трубопроводів для бензину і мастил, зварних баків тощо. Зі сплавів АМг і АМц, які мають межу міцності 110...430 МПа, виготовляють також заклепки, перего­родки, корпуси та щогли суден, деталі ліфтів, рами вагонів, кузови автомобілів тощо.

Сплави алюмінію, які зміцнюються термічною обробкою, поділяють на сплави з нормальною міцністю — дуралюміни, в марках яких записують велику літеру Д і числовий номер спла­ву, та високоміцні, в марках яких записують велику літеру "В" і числовий номер. Серед деформівних сплавів виокремлюють сплави для обробки тиском — ковкі. В їх марках записують літери "АК" та числовий номер сплаву.

Дуралюмінихарактеризуються добрим співвідношенням міц­ності та пластичності і належать до сплавів системи А1-Сu-Мg. Дуралюміни мають невисоку корозійну стійкість, тому їх поверхню покривають тонким шаром чистого алюмінію — пла­кують. Товщина шару алюмінію становить 3...5% товщини листа. Паяння і зварювання дуралюміну не створюють рівноміц-ного з основним металом шва. Тому для нєрознімного з'єднання деталей з дуралюміну переважають заклепкові з'єднання. Заклепки також виготовляють з дуралюміну, причому пластич­ність загартованих заклепок із сплаву Д1 зберігається лише 2 год, а із сплаву Д16 — 20 хв. Тому для заклепок використову­ють сплав Д18, в якому завдяки меншому вмісту міді та магнію пластичність зберігається і після старіння.

Дуралюміни широко застосовують в авіації, будівництві та машинобуду-ванні (лопаті повітряних гвинтів (Д1), шпангоути, тяги керування (Д16), деталі будівельних конструкцій, кузови вантажних автомобілів, обсадні труби тощо).

Ковкі сплави алюмінію (АК4-1, АК-4), крім високої міцності, мають висо­ку пластичність у нагрітому стані. За хімічним складом вони близькі до дуралюмінів і відрізняються більшим вмістом крем­нію. Їх додатково легують залізом, нікелем і титаном. Ці сплави використовують для виготовлення поршнів, головок циліндрів, обшивки літаків.

Ливарні сплави алюмінію при густині 2,65 т/м3, що менша за густину чистого алюмінію, мають межу міцності від 130 до 360 МПа і твердість від 50 до 100 НВ. Ці сплави поділяють на 5 груп.

Найпоширенішими є сілуміни, що містять 6…13 % кремнію. Вони добре зварюються, мають високу рідкоплинність, малу усадку, не схильні до утворення гарячих тріщин, герметичні. Маркіруються літерами АК (міст кремнію у %). АК12, АК9, АК7 тощо використовуються для мало- та середньонавантажуваних литих деталей складної форми.

Мідні сілуміни (АК5М, АК8М3, АК12М2МгН та ін.) характеризують­ся високою міцністю при звичайних та підвищених темпера­турах. Вони добре обробляються різанням і зварюються, але ливарні властивості гірші. Застосовуються для виготовлення корпусів компресорів, головок і блоків циліндрів двигунів.

До ливарних відносяться також сплави системи А1-Cu (AM5) мають найбільш високу міцність, добре обробляються різанням і зварюються. Ливарні властивості цих сплавів є низькими.

 

Антифрикційні сплави

Антифрикційніматеріали призначені для виготовлення під­шипників (опор) ковзання, які часто використовуються в су­часних машинах і приладах завдяки їх стійкості до вібрацій, безшумній роботі та незначним габаритам.

Основними функційними властивостями підшипникового матеріалу є антифрикцінність і стійкість до втоми. Антифрикційність— це здатність матеріалу забезпечувати низький кое­фіцієнт тертя ковзання з метою досягнення високої зносо­стійкості як самого підшипника, так і спряженого сталевого чи чавунного вала.

Бабітаминазивають м'які антифрикційні сплави на основі олова або свинцю. Їх маркують літерами "Б", якщо вони на основі олова, "БС" — містять олово і свинець, "БК" — свинець та кальцій, "БН" — олово й домішки нікелю, а також числами, що відпові­дають вмісту олова у відсотках.

За хімічним складом бабіти поділяють на олов'яні (Б88, Б83), олов'яно-свинцеві (Б16, БС6) та свинцеві (БКА, БК2).

Через великий вміст високовартісного олова такі бабіти ви­користовують для відповідальних підшипників, які працюють при великих швидкостях і високих (Б88) та середніх (Б83, Б83С) на­вантаженнях (парових турбін, турбокомпресорів, дизельних дви­гунів суден, опор гребних гвинтів тощо). Через низький опір втомі товщина шару бабіту підшипника не перевищує 1 мм.

Олов'яно-свинцеві бабіти містять не більше 17% олова. М'я­кою основою у них є твердий розчин олова, сурми та міді у свинці. Бабіт Б16 крихкіший за Б83, тому замінює його у спокійних умовах роботи: у підшипниках електровозів, паровозів, парових машин, гідротурбін тощо. Найдешевшим з бабітів є бабіт БС6; його застосовують у підшипниках нафтових двигунів, металообробних верстатів, а також для ударно-навантажених підшипників автотракторних двигунів. Ще дешевшими с свинцеві бабіти з кальцієм і натрієм (БКА, БК2). Ці бабіти використовують у підшипниках трамваїв і залізнич­них вагонів, у гірничодобувних машинах тощо.

Замінником високовартісних бабітів є алюмінієвий сплав АСМ (3,5...6,5% Sb, 0,3...0,7% Мg, решта — Аl).

До антифрикційних сплавів з м'якою основою належать та­кож олов'янисті та олов'янисто-цинково-свинцевисті бронзи. Це, наприклад, брон­зи БрО1ОФ1, БрО10Ц2, БрO5Ц5С5, БрО6Ц6СЗ. Iз них виготов­ляють підшипники ковзання електродвигунів, компресорів, що працюють при значних тисках і середніх швидкостях ковзання.

До сплавів з твердою основою належать також графітизовані чавуни. Роль м'яких вкраплень у них виконує графіт. Для роботи в умовах високих тисків і малих швидкостей ковзання використовують сірі чавуни СЧ15, СЧ20, леговані антифрик­ційні чавуни АЧС-1. АЧС-2, АЧС-3, високоміцні АЧВ-1, АЧВ-2. а також ковкі АЧК-1, АЧК-2. Перевагою чавунів є невисока вартість, а недоліка­ми — недостатня припрацьовуваність до спряженої деталі, чу­тливість до наявності мастила і ударних навантажень.

Широке застосування у техніці отримали шаруваті підшип­ники. Перелічені антифрикційні матеріали, чисті метали та ос­нова розміщені у них окремими шарами, кожен з яких має своє функційне призначення. Наприклад, чотиришаровий під­шипниковий матеріал для сучасних автомобільних двигунів скла­дається зі сталевої основи, на яку нанесено шар свинцевої бро­нзи БрСЗ0 товщиною 250 мкм. Цей шар покритий тонким (~ 10 мкм) шаром нікелю або латуні. Останній шар тощиною 25 мкм виготовлений зі сплаву олова та свинцю. Ста­лева основа забезпечує міцність і жорсткість підшипника у вигляді вкладиша. Верхній м'який шар поліпшує припрацьову­ваність. Після його спрацювання робочим шаром стає бронза. Шар нікелю або латуні запобігає дифузії олова з верхнього шару у свинцеві вкраплення бронзи.

 

Тема 2.9 Корозія металів і способи захисту від неї

Поняття про корозію

Корозією металів і сплавів називають їх руйнування під впливом зовнішнього середовища.

Всі метали та сплави, які використовуються в техніці, кородують в тій чи іншій степені; лише золото і платина в звичайних умовах не піддаються корозії.

В якості прикладів корозії можна привести ржавіння заліза під дією атмосфери, роз’їдання підводних частин суден, псування деталей хімічної апаратури під впливом розчинів солей, кислот або лугів. Корозія призводить до часткового або повного виходу з ладу окремих деталей або всього виробу.

Близько 2 % всіх використовуваних у світі металів і сплавів щорічно втрачається від корозії.

В залежності від середовища, в якому протікає процес, розрізняють електрохімічну і хімічну корозію.

 

Електрохімічна корозія

Електрохімічною корозією називають таку корозію, яка супроводжується появою електричного струму. Найчастіше за все електрохімічна корозія металів протікає в рідинах – електроліті. Електролітами можуть бути кислоти, луги, їх розчини, розчини солей у воді, вода, яка містить розчинене повітря.

Атоми металів складаються з позитивно заряджених іонів, які коливаються біля свого середнього положення в кристалічній решіттці, і хаотично рухаються всередині просторової гратки негативно заряджених електронів.

 

Таблиця 2.1. Потенціал різних металів по відношенню до водню

Елемент Номінальний потенціал по відношенню до водню Елемент Номінальний потенціал по відношенню до водню
Золото Ртуть Срібло Мідь Вісмут Сурма Водень Свинець Олово + 1,5 +0,86 +0,8 +0,344 +0,226 +0,2 0,000 -0,127 -0,136 Нікель Кобальт Залізо Хром Цинк Марганець Алюміній Магній Натрій -0,23 -0,27 -0,439 -0,51 -0,762 -1,1 -1,3 -1,55 -2,71

 

При занурюванні металу в електроліт іони, які знаходяться на поверхні, переходять в розчин в кількості, яка залежить від природи металу і електроліту. Цей процес розчину металів в електроліті подібний звичайному розчиненню, наприклад, солі у воді, який припиняється тоді, коли розчин стане насиченим. Однак при розчиненні металу в електроліт переходять лише позитивно заряджені іони, внаслідок чого електроліт, що прилягає до металевої пластини, заряджається позитивно, а сама пластинка – негативно, за рахунок електронів, що залишилися. Всі метали володіють різною здатністю переходити в розчин, тобто різним ступенем розчинення, тому якщо пластинки різних металів опустити в один електроліт, то вони будуть мати різні потенціали, причому чим більше іонів металу перейде в розчин, тим більшим буде від’ємний потенціал цього металу. В таблиці 2.1 приведено значення потенціалів деяких елементів, виміряних по водневому електроду, потенціал якого прийнято рівним нулю.

При з’єднанні різних металічних пластинок, що знаходяться в електроліті, утворюються гальванічні пари, де анодом буде метал з більш низьким потенціалом, а катодом – метал з більш високим потенціалом. В гальванічній парі перехід іонів аноду в розчин буде тривати до повного розчинення пластинки аноду. Так, якщо пластинку цинку і пластинку заліза опустити в електроліт і з’єднати їх електрично, то цинк буде розчинятися до повної руйнації пластинки.

Структура технічних металів і сплавів в більшості випадків неоднорідна і складається з двох фаз (наприклад, фериту і цементиту). При занурюванні такого сплаву в електроліт окремі неоднорідні кристали його будуть мати різні потенціали, а через те, що ці кристали електрично замкнені один на одного через масу метал, то сплав буде представляти собою велику кількість окремих гальванічних мікропар. З цього видно, що чисті метали і однофазні сплави повинні мати більшу корозійну стійкість, ніж сплави, які складаються з суміші фаз. Досліди показали, що сталь, загартована на мартенсит, ржавіє значно менше, ніж та ж сама сталь після відпалу або високого відпуску (стан перліту, сорбіту або трооститу).

Шар електроліту при корозії може бути досить незначним: достатньо невеликої конденсації вологи з повітря на поверхні металу, як починається процес його ржавіння, тому електрохімічна корозія спостерігається і в закритих приміщеннях.

Хімічна корозія

Хімічною корозією називають корозію, яка не супроводжується появою електричного струму. Зазвичай в цьому випадку на метал діє сухий газ або рідина – неелектроліт (бензин, масло, смола тощо). При цьому на поверхні металу утворюються хімічні з’єднання, найчастіше за все – плівки окислів. Міцність плівок окислів різних металів різна. Наприклад, плівки окислів заліза є неміцними, а алюмінієва плівка досить міцна, щільно прилягає до поверхні металу і тим самим захищає його від подальшого руйнування.

Наявність міцної окисної плівки захищає метал і від електрохімічної корозії, тому що працює як ізолятор. Цим пояснюється той факт, що деякі метали (наприклад, алюміній, хром), що мають досить низькі потенціали, володіють високою корозійною стійкістю.

Хімічна корозія в чистому вигляді спостерігається досить рідко. Прикладом її може слугувати поява окалини при гарячій обробці металів.

Атмосферна корозія (корозія на відкритому повітрі) представляє собою комбіновану хімічну і електрохімічну корозію.

 

 

Методи захисту від корозії

Сталь і чавун, які становлять головну частину всіх технічних металів і сплавів, досить сильно ржавіють, тому їх захист від корозії потребує особливої уваги.

Виробництво корозійно стійких сплавів (наприклад, високохромистої і хромонікелевої сталі) саме по собі вже є способом боротьби з корозією, причому найбільш ефективним. Нержавіючі сталі і чавуни, також як і корозійностійкі сплави кольорових металів, є найбільш цінними конструкційними матеріалами, однак використання таких сплавів не завжди доцільне через їх високу вартість або з технічних міркувань.

Способи захисту металевих виробів від корозії:

1. металеві покриття;

2. хімічні покриття;

3. катодний захист;

4. неметалеві покриття.

 

Металеві покриття

Захист від корозії шляхом нанесення тонкого шару металу, який володіє достатньою стійкістю в даному середовищі, дає гарні результати і є досить розповсюдженим.

Металеві покриття можуть бути нанесені:

- гарячим способом;

- гальванічним способом;

- дифузійним способом;

- термомеханічним шляхом;

- металізацією (розпиленням) тощо.

Гарячий спосіб використовується для нанесення тонкого шару легкоплавких металів: олова (лудіння), цинку (цинкування) або свинцю (свинцювання). При цьому способі очищений виріб занурюють у ванну з розплавленим металом, в результаті метал змочує виріб і відкладається на ньому тонким шаром. Лудіння в основному використовується для посуду (котлів, каструль тощо); цинкування – для побутових виробів, заліза для дахів, дротів, труб; свинцювання – для хімічної апаратури та труб.

Гальванічний спосіб полягає в нанесенні на виріб цинку, кадмію, олова, свинцю, нікелю, хрому та інших металів.

Розрізняють анодні і катодні гальванічні покриття.

Анодне покриття здійснюють металами, потенціал яких в даному електроліті нижче потенціалу металу виробу.

Катодне покриття здійснюють металами, потенціал яких в даному електроліті вище потенціалу основного металу. Катодне покриття захищає основний метал, доки воно є суцільним.

Для нанесення покриття виріб занурюють в електролітичну ванну з розчином солей того металу, який необхідно нанести у вигляді захисного шару. Виріб служить катодом, а в якості анода використовують або метал, що не розчиняється в даному електроліті, або той метал який буде осаджуватися.

Гальванічний спосіб широко використовується, бо допускає нанесення любого металу на виріб, дає можливість точно регулювати товщину шару захисного металу і не вимагає нагрівання виробу.

Гальванічні покриття наносять не лише з метою захисту від корозії, але і для:

- підвищення поверхневої твердості і стійкості проти стирання (хромування, нікелювання);

- покращення декоративного виду виробу (золотіння, нікелювання, хромування);

- підвищення їх жаростійкості (хромування);

- одержання поверхні з більшою відбитковою здатністю (нікелювання з наступним поліруванням, хромування) тощо.

Дифузійний спосіб полягає в насиченні захисним металом поверхневого шару виробу. Це насичення здійснюється шляхом дифузії при високих температурах (хіміко-термічна обробка). Цим способом здійснюється алітування (насичення алюмінієм), хромування і силіціювання (насичення кремнієм).

Термомеханічне покриття (плакування) полягає в отриманні біметалів (подвійних металів) шляхом сумісного гарячого прокатування основного і захисного металу. Зчеплення між металами здійснюється за рахунок дифузії під впливом тиску і високої температури. Цей метод є найбільш надійним способом захисту від корозії. Сталь захищають міддю, томпаком, нержавіючою сталлю, алюмінієм; дуралюмін плакують чистим алюмінієм.

Металізація здійснюється шляхом розбризкування крапель розплавленого захисного металу по поверхні виробу за допомогою спеціального апарата – пістолета. Захисний метал у вигляді дроту подається в пістолет, де розплавляється ацетиленово-кисневим полум’ям або електричною дугою і розпилюється струменем повітря. Металізація зручна для захисту великих виробів і здійснення односторонніх покрить. В якості захисних металів при металізації використовують нержавіючу сталь і кольорові метали.

 

Хімічні покриття

Хімічне покриття полягає в тому, що на поверхні виробу штучно створюють захисні металеві плівки, найчастіше оксидні. Процес створення оксидних плівок називають оксидуванням або воронінням (в зв’язку з тим що після обробки отримують виріб синьо-чорного кольору).

При оксидуванні сталі виріб підлягає дії окислювачів. Найбільш розповсюдженим є спосіб занурення виробів в розчини азотнокислих солей при температурі близько 140 оС. Після оксидування для збільшення корозійної стійкості вироби, як правило, покривають жировою речовиною або мінеральними маслами, які заповнюють пори окисної плівки і запобігають проникненню вологи в метал.

Для захисту від корозії також застосовують фосфатування, яке полягає в створенні на поверхні деталі плівки фосфорнокислих солей заліза і марганцю.

 

Катодний захист

Катодний захист використовується до виробів, які працюють в електролітах. Сутність полягає в тому, що до поверхні, яка підлягає захисту, або поблизу неї прикріплюють протектори, виготовлені з металу, що має потенціал, нижчий, ніж потенціал виробу, який треба захистити. При цьому утворюється гальванічна пара виріб – протектор, в якій анодом буде протектор, а катодом – виріб. В таких умовах протектор буде поступово руйнуватися, захищаючи тим самим виріб. Після руйнації протектора його замінюють іншим.

 

Неметалеві покриття

Неметалеві покриття – це покриття фарбами, емалями, лаками і мастилами.

Роль лакофарбових покрить, як засобу захисту від корозії, зводиться до ізоляції металу від зовнішнього середовища і запобіганню діяльності мікро-елементів на поверхні металів. Лакофарбові покриття використовуються досить часто і становлять біля 70 % всіх випадків захисту металів від корозії. Фарби та лаки надійно захищають поверхні від корозії в атмосфер-них умовах. Процес виконання операції покриття досить простий. Недоліком є крихкість покриттів та обгоряння їх при високих температурах.

В якості мастил використовують різні мінеральні масла і жири. Захист мастилами здійснюється, як правило, при зберіганні і транспортуванні металевих виробів. Мастила періодично оновлюють.

Загрузка...

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти