8. Медные сплавы, как материалы с повышенными технологиче­скими свойствами.

Медь обладает следующими свойствами: высокая теплопроводность высокая электропроводность, коррозионная стойкость. Сплавы меди сохраняют эти свойства меди и обладают хорошими ме­ханическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Для легирования меди используют в основном элементы растворимые в меди: Zn, Sn, AL Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность медных сплавов, некоторые легирующие элементы не только не снижают пластичность, но и повышают ее (такие как - Zn, Sn, Al). Медные сплавы классифицируют, по технологическим свойствам (де­формируемые, литейные); по способности упрочняться с помощью терми­ческой обработки (упрочняемые, неупрочняемые т/о); по химическому составу (латуни, бронзы).

1) Латуни - это сплавы меди с цинком. Они бывают двойными (про­ стые) и многокомпонентными (легированные).

Латунь с >90% Си называют томпаками (Л96), при 80-85 % Си - полу-томпаками (Л80). Zn - удешевляет латунь, но практическое значение имеют латуни, со­держащие до 45 % Zn, с большим содержанием Zn сплав становится хруп­ким. До 39 % сплав - однофазный, 39 -- 45 % структура состоит из двух фаз. Однофазные латуни хорошо деформируются в холодном состоянии, по­этому из них изготавливают холоднокатаные полуфабрикаты: полосы, лен­ты, проволоки, листы из которых изготавливают детали методом глубокой вытяжки (трубки, снарядные гильзы, сильфоны. Также детали требующие низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца). Для легирова­ния латуни применяют Al. Fe. Ni, Sn. Si. Эти элементы повышают коррози­онную стойкость латуни, обрабатываемость.

Двухфазные латуни имеют низкую пластичность при низких темпера­турах, но хорошую в горячем состоянии Из них выпускают горячекатаный полуфабрикат - листы, прутки, трубы, из которого изготавливают детали на металлорежущих станках - гайки, штуцеры, детали электрооборудования.

Двухфазные латуни имеют небольшой температурный интервал кри­сталлизации, благодаря чему хорошей жидкотекучестью, но при литье большую усадочную раковину. Этот недостаток не присущ легированным латуням. Поэтому легированные латуни применяют не только как дефор­мируемые, но и как литейные.

2) Бронзами называют сплавы меди со всеми элементами кроме Zn. На­ звание бронзам дают по основным элементам: оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые. Zn может присутствовать в качестве легирующе­ го элемента.

Оловянные бронзы. В меди растворяется (по диаграмме состояния) 15,8 % Sn (a - фаза). Но эти сплавы склонны к неравновесной кристаллизации и в реальных условиях однофазное состояние у сплава до 5 - 8 % Sn. При большем содержании Sn в структуре сплавов присутствует эвтектоид (а + 8) (д -- фаза электронное соединение Cu₃₁Sn₈ Появление д- фазы в структуре бронз вызывает и резкое изменение свойств, снижается их вязкость и пла­стичность. Поэтому практическое применение имеют бронзы, содержащие до 10% Sn. Алюминиевые бронзы; Си и А1 образуют б- твердый раствор.

Дополнительно алюминиевые бронзы легируют Mn, Fe, Ni, Pb. Из алюминиевых бронз изготавливают мелкие, но ответственные дета­ли типа шестерни, втулок, флацев. Бронзы легированные Fe и Ni хорошо упрочняются закалкой + старени­ем.

Кремнистые бронзы. Пружины, фасонные отливки, мембраны.

Свинцовые бронзы. Бр СЗО Имеют более низкие механические и технологические свойства, но ис­пользуются как высококачественный антифрикционный материал (вклады­ши). Беррилиевые бронзы. Бр Б2 Высококачественный пружинный материал. После закалки от 800° С +- старение 300-350° С происходит выделе­ние дисперсных частиц, возрастает прочность и упругость (у_В=1100-1200 МПа).

10-11. Износостойкие материалы. Материалы с высокой твердостью поверхности.

Детали которые подвергаются изнашиванию можно подразделить на две группы: детали образующие пары трения (подшипники скольжения и качения, зубчатые передачи); детали изнашивающиеся в результате воздей­ствия рабочей среды (жидкость, газ и т.п.) Причина изнашивания сопряженных деталей - работа сил трения. Под действием этих сил происходит деформирование участков поверхности, их упрочнение, разупрочнение, выделение теплоты, изменение структуры, развитие процессов усталости.

Существует два основных пути повышения износостойкости материа­ла: увеличение твердости трущейся поверхности, снижение прочности адгезионной связи.

Повышение твердости направлено на то, чтобы затруднить пластиче­скую деформацию и исключить микрорезание.

Снижение прочности адгезионной связи необходимо для предупрежде­ния схватывания металлических поверхностей. Наиболее эффективно эта цель достигается разделением поверхностей смазочным материалом.

Материалы с высокой твердостью поверхности:

1)Материалы устойчивые к абразивному изнашиванию Износостойкость при абразивном изнашивании чистых металлов про­ порциональна их твердости. В сплавах эта зависимость не соблюдается.

При наиболее тяжелых условиях работы используют карбидные сплавы в виде литых и наплавочных материалов.

В промышленности используют более 100 сложных по химическому составу литых и наплавочных материалов. Они представляют собой сплавы с высоким содержанием (до 4 %) углерода и карбидообразующих элементов (Cr, W, Ti) В их структуре может быть до 50 % специальных карбидов, увеличение содержания которых сопровождается увеличением износостой­кости.

Для деталей работающих без ударов применяют сплавы с мартенситной структурой. К ним относят сплавы: У25Х38, У30Х23Г2С2Т. (цифра после буквы У означает содержание углерода в десятых долях %).

При значительных ударных нагрузках (зубья ковшей экскаватора, пики отбойных молотков и др.) применяют сплавы с аустенитно-мартенситной -У37Х7Г7С или аустенитной матрицей - У11ГЗ, У30Г34.

Для деталей работающих при средних условиях изнашивания приме­няют спеченые твердые сплавы, которые состоят из карбидов We, TiC, TaC с металлическим Со, а также высокоуглеродистые стали Х12, Х12М, Р18, Р6М5 (инструментальные стали со структурой - мартенсит + карбиды).

Для более легких условий изнашивания применяются низко- и средне-углеродистые стали с различного видами поверхностного упрочнения и чугуны (гильзы цилиндров, поршневые кольца, коленчатые валы.

Эти материалы предназначены для таких изделий массового производ­ства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашива­ние на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напря­жения сжатия.