7.6 Сплави на основі міді.

Найважливішими групами промислових сплавів є латуні і бронзи. Латунями називаються сплави міді з цинком. За хімічним складом латуні ділять на подвійні (Cu–Zn) і багатокомпонентні, які містять крім цинку один або декілька легуючих металів (Al, Pb, Sn, Si та ін.). Маркують латуні буквою Л і числом, яке показує середній вміст міді (Л68, Л96). Якщо латунь легована додатково іншими елементами, то після букви Л ставлять умовне позначення цих елементів і число, яке вказує на їх середній вміст. Наприклад ЛАЖ60-1-1- це латунь яка містить 60% міді 1% алюмінію та 1% заліза решта цинк. Структура простих латуней визначається діаграмою стану Cu–Zn. На властивості латуней значно впливають домішки і додаткове легування. Найбільш шкідливими домішками є вісмут, який визивне червоноламкість і холодноламкість а Pb, який утворює легкоплавкі евтектики на границях зерен, що призводить до червоноламкості сплавів. У двофазних латунях, а також в однофазних, в яких має місце ↔ перетворення, шкідлива дія свинцю послаблюється при підвищенні температури, коли в результаті фазової перекристалізації свинець опиняється всередині зерен, а не по границях. В деяких двофазних латунях свинець вводять спеціально для покращення антифрикційних властивостей і обробки різанням. Додавання алюмінію найбільш ефективно підвищує твердість, границю міцності, корозійну стійкість та рідко текучість латуней. Латуні леговані оловом, нікелем, марганцем, мають високу корозійну стійкість і прийнятні технологічні властивості (ЛО62-1, ЛН58-2). Кременисті латуні мають високі механічні та антифрикційні властивості, легко обробляються тиском, характеризуються високою рідко текучістю (ЛК83). Завдяки своїм цінним властивостям латуні широко застосовуються для виготовлення фасонного литва, корозійностійких деталей в загальному і морському машинобудуванні: втулок, підшипників, гайок, гвинтів та ін.

Бронзами називають сплави міді з такими елементами, як олово, алюміній , свинець, берилій, марганець та ін. Назви бронз визначаються основними компонентами, які входять до складу сплаву. Наприклад, сплав міді з оловом називають олов’яною бронзою. Бронзи маркують буквами Бр, за якими йдуть букви і числа, які позначають назву і вміст в процентах легуючих елементів. Так бронза марки БрАЖН10-6-6 містить 10% алюмінію 6% залізі та 6% нікелю. Легуючі елементи і їх кількість визначають механічні і технологічні властивості бронз. Широке застосування в промисловості одержали олов’яні бронзи: які містять крім міді і олова, домішки свинцю, фосфору нікелю та інших елементів.

7.7 Сплави на алюмінієвій основі.

Основною перевагою алюмінієвих сплавів є невелика питома вага (2.7-3.0 т/м³), високі механічні властивості (за питомою міцністю вони вище мідних і близькі до спеціальних сталей, значна тепло і електропровідність та відносна легкість технологічного процесу отримання виробів шляхом лиття та обробкою тиском.

Промислові алюмінієві сплави за своїм складом у більшості випадків - багатокомпонентні системи. Основні легуючі елементи цих сплавів - Sі, Сu, Мg, Мn, сумарна кількість яких знаходиться у межах від 5 до 12%. Структура таких сплавів містить тверді розчини цих елементів на базі алюмінію та складні хімічні сполуки. Додаткове легування у кількості до 2% такими легуючими елементами, як Zn, Сг, Zг, Ті, Nb, Ni утворює в алюмінієвих сплавах евтектичні і перитектичні суміші, інтерметалічні сполуки, поліпшує фізико-механічні і службові якості сплавів. Модифікування невеликою кількістю (до 0.3 %) Nа, К, Sг, Со, Lі подрібнює структуру, змінює умови кристалізації сплавів, сприяє утворенню не голкових, а сферичних частинок FеА1₃ чи Fе₂Аl₇ , що, у свою чергу, поліпшує пластичні властивості сплавів.

Алюмінієві сплави поділяють на сплави, що деформуються (прокаткою, штампуванням, пресуванням), ливарні та такі, що виробляють засобами порошкової металургії. Деформуємі алюмінієві сплави високої міцності (σ_в= 500 МПа), які зберігають міцність при підвищених температурах (до 350°С) називають дуралюмінами, за хімічним складом вони належать до систем Аl-Mn-Сu, Аl-Си-Zn-Мg, Аl-Мg-Mn. Ці алюмінієві сплави підвищеної пластичності і стійкості проти корозії належать до сплавів системи А1-Мг, в яких кількість міді обмежена до 0,5 %, а наявність до 1,6 % Мі забезпечує підвищення корозійної стійкості. Високоміцні дуралюміни системи Аl-Сu-Мg-Мn маркіруються літерою Д, після якої числом позначається номер сплаву, наприклад, Діб, Д18, а в системі Аl-Сu-Zn-Мg-Mn з вмістом Zn до 7% - літерою B і далі йде номер сплаву B95, В96. Приймаючи до уваги, що основним легуючим елементом в високоміцних дуралюмінах є мідь, з певною мірою допущення зміну фазового складу при зміні температури можна розглядати на базі аналізу подвійної системи Аl-Сu. Враховуючи зменшення розчинності міді в алюмінії з 5,7 % при температурі евтектичного перетворення 548 °С, до 0,2 % при кімнатній температурі структура дуралюмінів після лиття містить α-розчин Сu, Мg, Мn в А1, хімічні сполуки СuА1₂ (θ фазу), СиМеА1₂ (S фазу) і інколи евтектику. Змінна розчинність Сu, Мg, Мn в Аl при зміні температури забезпечує застосування зміцнюючи термічної обробки. Внаслідок гартування дуралюмінів (нагрівання вище лінії сольвуса, видержки і наступного охолодження в воді) фіксується пересичений твердий розчин. У стані після гартування сплави мають підвищену пластичність, що дозволяє проводити їх холодне пластичне деформування. Mетастабільний твердий розчин, що утворився внаслідок гартування, при витримуванні в області звичайних температур (природне старіння) чи при нагріванні сплавів до 150-250 °С (штучне старіння) змінює свій стан, наближуючись до рівноважного. Структурні перетворення при старінні не можуть бути зафіксовані методом оптичної мікроскопії, а досліджуються методом електронної мікроскопії чи рентгеноструктурним аналізом. При природному старінні в решітці пересиченого α твердого розчину виникають угрупування атомів міді (магнію, кремнію), які близькі за своїм складом до складу надлишкових фаз (СuАl₂, СuМgАl₂, Аі_хСи_уМg_z.Зіу). Такі угрупування називають зонами Гіньє-Престона ГП-1. Вони являють собою диски діаметром до 100 % та товщиною в декілька атомних шарів. Зони мають решітку матричної фази і когерентно з нею пов'язані. При штучному старінні утворюються угрупування атомів (зони ГП-2), які за своїм складом близькі до проміжного стану вказаних вище надлишкових фаз. Зони ГП-1, ГП-2, а також проміжні фази, утворені на базі решітки твердого розчину, когерентно з нею пов'язані, що є причиною зміцнення сплавів. У відпаленому стані сплав Д6 (3,8-4,9 %Сu; 1,2-1,8 %Мg; 0,3-0,9 Mn) має міцність до 260 МПа, відносне здовження до 30%, а після гартування і старіння міцність досягає 470 МПа при δ~16%. Ливарні алюмінієві сплави порівняно із сплавами, що деформуються, повинні забезпечувати високу рідкотекучість при виготовленні тонкостінних і складних за конфігурацією відливок, мати невелику усадку і понижену схильність до утворення гарячих тріщин. Ці сплави за складом поділяють на сплави таких систем: Аl-Sі (подвійні системи відносять до сплавів, що термічною обробкою не зміцнюються)-, Аl-Мg, А1-Si-Мg, Аl-Сu-Мg, А1-Сu-Мn, Аl-Ni-Ті та інші складні системи, сплави яких зміцнюються термічною обробкою.

Широко застосовують в промисловості сплави на базі системи А1-Sі, які містять від 6 до 13% Sі. Структура сплавів при вмісті до 11,3% Sі (до евтектичні сплави) складається з первинних кристалів α - твердого розчину Sі в А1 та евтектики α+Si. При більшому вмісті кремнію (заевтектичні сплави) первинні кристали кремнію присутні в формі пластин, що знижує пластичні властивості сплавів. Для модифікування силумінів застосовують суміш 67 %NаСl+33%NaF, при цьому засвоюється близько 0,02 %Nа. Внаслідок модифікування температура утворення надлишкового кремнію і кристалізації евтектики знижується, евтектична точка змішується в бік більш високої концентрації кремнію, відбувається різке подрібнення кристалів кремнію і евтектики α+Sі. Заевтектичні сплави, що мали в структурі до модифікування грубопластинчасту евтектику і крупні кристали первинного кремнію, після модифікування стають доевтектичними з структурою α-твердого розчину (світлі дендрити) і дисперсної евтектики ( α+Sl) (строкате поле). Межа міцності при цьому в сплаві АЛ-2 зростає від 130 до 180 МПа, а відносне здовження від 2 до 7 % (литво в землю).

В спеціальних високоміцних силумінах, наприклад ВАЛ 10 (А1-Мg-Сu-Sі-Сd-Ті) утворюються сполуки СuАl, Мg₂Si- Внаслідок гартування ці фази переходять в твердий розчин, а після старіння виділяються в дисперсній формі, зміцнюючи сплав. Після модифікування і наступного гартування з старінням межа міцності сплаву ВАЛ 10 досягає 320-340 МПа при δ-5-8 %. На фазовий склад і властивості силумінів впливає залізо, вміст якого як домішки не перевищує 0.2-0.6 %. У сплавах А1-Si залізо утворює сполуку (Аl-Fе-Sі) в формі крихких пластин. Добавки марганцю (0.2-0.6 %), кобальту, нікелю, молібдену зменшують негативний вплив заліза за рахунок утворення складних фаз А1-Fе-Sі-Мn, А1-Sі-Fе-Со-Мn та інших, які утворюються в компактній формі, що позитивно впливає на пластичність силумінів.