Презентация по химии "Сплавы цветных металлов"

Цветные сплавы.

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами.

Медь и её сплавы.

Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым  удельным  электросопротивлением и  высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78): MOO, МО, Ml, М2, МЗ

После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к - катодная, б – бес кислородная, р - раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

МООк - технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.

МЗ - технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5%меди и серебра.

Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие кол-во элемента в процентах. Приняты следующие обозначения компонентов сплавов:

А – алюминий   Мц - марганец   С - свинец  Б - бериллий

Мг – магний    Ср – серебро    Ж - железо Мш - мышьяк

Су – сурьма    К – кремний    Н – никель Т – титан

Кд – кадмий    О – олово    Ф – фосфор Х – хром

Ц - цинк

Примеры:

БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu ("Л"' указывает, что сплав литейный) ;

ЛЦ40Мц3Ж - латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu;

Бр0Ф8,0-0,3 - бронза на ряду с медью содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;     

ЛАМш77-2-0,05 - латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди).

В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:

Л96 - латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак);

Лб3 - латунь содержащая 63% Cu и -37% Zn.

Бронзы.

Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т. д.

Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характе­ристик и придания особых свойств, бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повыше­нию коррозионной стойкости, никеля — пластичности, железа — прочности, цинка — улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обраба­тываемости.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ста­вят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%).

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.

Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017—74) поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п.

Литейные оловянные бронзы содержат большее количество олова (до 15%), цинка (4— 10%), свинца (3—6%), фосфора (0,4—1,0%). Литейные бронзы (ГОСТ 614—73)  применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основной недостаток оловянных бронз.

Безоловянные бронзы содержат алюминий, железо, марганец, бериллий, кремний, свинец или различное сочетание этих элементов. Алюминиевые бронзы  содержат 4—11% алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозионную стойкость, хорошие механические и технологические свойства. Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании алюминия до 8% — и в хо­лодном состоянии. Бронзы, содержащие 9—11% алюминия, а также железо, никель, марганец, упрочняются термической обработкой (закалка и  отпуск). Наиболее поддающаяся закалке БрАЖН10-4-4 после закалки (980°С) и отпуска (400°) повышает твердость  с НВ 170—200  до НВ 400.

Марганцовистые бронзы (БрМЦ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при по­вышенных температурах.

Свинцовистые бронзы (БрС3О) отли­чаются высокими антикоррозионными свойствами и теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у оловянных бронз), применяют для высоконагруженных подшипников с большими удельными давлениями.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, например у БрБ2 σ_в = 1250 МПа, НВ 350, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы (БрКН1-3, БрКМцЗ-1) применяют как заменители дорого­стоящих бериллиевых бронз.

Латуни.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в ко­торых основным легирующим элементом является цинк. При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальными по наименованию элементов, например железофосфорномарганцевая латунь и т. п.

В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40—45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость. Содержание легирующих элементов в специальных латунях не превышает 7—9%.

Сплав обозначают начальной буквой Л — латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов: Ц — цинк, О — олово, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бериллий и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах. Например, ЛАЖМц66-6-3-2 алюминевожелезомарганцовистая  латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное цинк.

По технологическому признаку латуни, как и все сплавы цветных металлов, подразделяют на литейные и деформируемые.

Литейные латуни (ГОСТ 17711—72) предназначены для изготовления фасонных отливок, их поставляют в виде чушек

Алюминий и его сплавы.

Алюминий  -  легкий  металл, обладающий  высокими  тепло-  и электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени чистоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква "Е" обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.

А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;

А5 - алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL-Mg:Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюмины, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава. Дуралюмины маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.

Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-75) обладает хорошей жидко-текучестью, имеет сравнительно не большую усадку и предназначены в основном для фасонного литья. Эти сплавы маркируются буквами "АЛ" с последующим порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗО.

Иногда маркируют по составу: АК7М2; АК21М2, 5Н2,5; АК4МЦ6. В этом случае "М" обозначает медь. "К" - кремний, "Ц" - цинк, "Н" - никель; цифра - среднее % содержание элемента.

Литейные алюминиевые сплавы.

Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9—13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химическому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.).

Алюминиевые литейные сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава. Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость. Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки.

Деформируемые алюминиевые сплавы.

Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой. В зависимости от хи­мического состава деформируемые алюминиевые сплавы делят на 7 групп; содержат 2—3 и более легирующих компонента в количестве 0,2—4% каждого. Например, сплавы алюминия с магни­ем и марганцем; алюминия с медью, магнием, марганцем и др.

Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Деформируемые сплавы, подвергае­мые механической и термической обработке, имеют буквенные обозначения, указывающие на ха­рактер обработки

Дюралюмины маркируют буквой Д, после которой стоит цифра, обозначающая условный но­мер сплава.

Титан и его сплавы.

Титан - тугоплавкий металл с невысокой плотностью. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40%. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы маркируют буквами "ВТ" и порядковым номером:

ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.

Свойства и применение титана.

Прочность технически чистого титана зависит от степени его чистоты и соответствует прочности обычных конструкционных сталей. По коррозионной стойкости титан превосходит даже высоколегирован­ные нержавеющие стали.

Для получения сплавов титана с заданными механическими свойствами его легируют алюми­нием, молибденом, хромом и другими элементами. Главное преимущество титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических свойств (σ_в = 1500 МПа; δ = 10—15%) и корро­зионной стойкости с малой плотностью.

Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность титановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются го­рячей и холодной обработке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо  свариваются  в  среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно ра­ботают при температурах до 350—500°С.

По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные, а по прочности — на три группы: низкой (σ_в = 300—700 МПа), средней (σ_в = 700—1000 МПа) и высокой (σ_в более 1000 МПа) прочности. К первой группе относят сплавы под маркой ВТ1, ко второй — ВТ3, ВТ4, ВТ5 и др., к третьей — ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после закалки и старения).

Для литья применяют сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литейные сплавы имеют более низкие механи­ческие свойства, чем соответствующие деформируемые. Титан и его сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы применя­ют в авиационной и химической промышленности.

Магний и его сплавы.

Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью(1700 кг/м³). Магний и его сплавы неустойчивы против коррозии, при повышении температуры магний интенсивно окисляется и даже самовоспламеняется. Он обладает малой прочностью и пластичностью, поэтому как конструкционный материал чистый магний не используется. Для повышения химико-механических свойств в магниевые сплавы вводят алюминий, цинк, марганец и другие легирующие добавки.

Магниевые сплавы подразделяют на деформируемые (ГОСТ 14957-76) и литейные (ГОСТ 2856-79). Первые маркируются буквами "МА", вторые "МЛ". После букв указывается порядковый номер сплава в соответствующем ГОСТе.

Например:

МА1-деформируемый магниевый сплав №1;

МЛ19-литейный магниевый сплав №19

Литейные магниевые сплавы (ГОСТ 2856—68) применяют  для изготовления деталей литьем. Их маркируют буквами МЛ и: цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МЛ5. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последую­щим старением. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т. п.

Деформируемые магниевые сплавы (ГОСТ 14957—76) предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими по­рядковый номер сплава, например МА5. Сплавы МА применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Сплавы цветных металлов

Цель: Изучить различные виды наиболее известных сплавов цветных металлов. Названия, маркировку, применение.

Сплавы цветных металлов . Медь.

Медь – химический знак Cu

Первое место по применению в промышленности.

• Высокая:
• Электропроводность
• Теплопроводность
• Пластичность
• Коррозионостойкость

Физические параметры:

• Плотность ρ =8,9г/см 3
• Температура плавления

t пл = 1083°С

Сплавы цветных металлов Марки промышленной меди.

• МО – 99,95% меди.
• М1 – 99,9 % меди
• М2 – 99,7 % меди
• М3 – 99,5 % меди
• М4 – 99,0 % меди

Cu 2 O+H 2 = 2Cu + H 2 O

«водородная болезнь»

Сплавы цветных металлов. Медные сплавы

Латунь – сплав меди и цинка. ГОСТ 17711-72

Простые латуни

в зависимости от % Zn :

однофазные двухфазные

α – латуни ( Zn39%)

Маркировка простых латуней: Л62 - % Cu

↑ пластичность

↓ прочность → хорошая деформируемость

Сплавы цветных металлов Медные сплавы

Специальные (сложные) латуни

Вводят специальные элементы:

• Свинец- для улучшения обработки
• Олово – для повышения сопротивления морской воде
• Алюминий, никель – для повышения механических свойств

Сплавы цветных металлов. Латуни. Легирующие элементы и маркировка

• А – Алюминий
• Ж –Железо
• К –Кремний
• Мц – Марганец
• Н – Никель
• С - Свинец
• О - Олово

ЛМцЖ55-3-1

55% меди

3% марганец

1% железо

Количество цинка определяется по разности

Пример

ЛС74-3; ЛАЖ60-1-1

Сплавы цветных сплавов Медные сплавы

Бронза – сплав меди с оловом. ГОСТ18175-72

Для предания особых свойств в бронзы добавляют свинец, кремний, алюминий, бериллий.

Названия бронз зависит от легирующих элементов.

Простые бронзы маркируют:

БрО10, 10% олова, остальное медь.

5%) Для снижения стоимости вводят цинк. Маркировка: БрОЦ4-3 олово 4%, цинк 3%, медь остальное. Пример: БрОЦС5-5-5 ол ово 5%, цинк 5%, свинец 5%,остальное медь. " width="640"

Сплавы цветных металлов Медные сплавы. Бронзы.

Оловянные бронзы

однофазные двухфазные

α-бронзы ( Sn=4÷5%) α + ε - бронзы ( Sn5%)

Для снижения стоимости вводят цинк.

Маркировка: БрОЦ4-3

олово 4%, цинк 3%, медь остальное.

Пример: БрОЦС5-5-5

ол ово 5%, цинк 5%, свинец 5%,остальное медь.

Сплавы цветных металлов Медные сплавы. Бронзы.

Алюминиевые бронзы –однофазные.

Содержание алюминия от 5 до 10%.

Алюминиевые бронзы обладают:

↑ стойкостью к коррозии

↑ пластичностью

↑ устойчивость к износу

Маркировка:БрАМц9-2 , алюминий 9%, марганец 2%, остальное медь.

Пример: БрА9Мц2Л

- алюминий 9%, марганец 2%, остальное медь, литейная.

Сплавы цветных металлов Медные сплавы. Бронзы.

Кремнистые бронзы – однофазные.

Содержание кремния от 2 до 3%.

Кремниевые бронзы обладают:

↑ прочность

↑ литейные свойства

↑ устойчивость к коррозии

Маркировка: БрКЦ4-4 , кремний 4%, цинк 4%, остальное медь.

Пример: БрКМц3-1

- кремний 3%, марганец 1%, остальное медь.

Сплавы цветных металлов Медные сплавы. Бронзы. Применение.

• Бериллиевые - ответственные детали, пружины, мембраны, инструмент для взрывоопасных работ.
• Фосфористые - сложное литье, водяная и паровая арматура, шестерни.
• Свинцовистые – водяная арматура, художественное литье.
• Оловянные – ленты, полосы вкладыши подшипников.
• Оловянно-цинково-свинцовые- арматура устойчивая к морской воде и работающая под p =2500кПа.
• Алюминиевые- монеты, ленты. Отливки с высокими требованиями к чистоте поверхности.
• Кремнистая- проволока, прутки.

Сплавы цветных металлов. Применение латуней и бронз.

Сплавы цветных металлов Алюминий .

Алюминий – химический знак Al

Относится к легким металлам.

Сравнительно высокие:

• Электропроводность
• Теплопроводность
• Пластичность
• Коррозионностойкость

Низкая прочность

Физические параметры:

• Плотность ρ =2,7г/см 3
• Температура плавления

t пл = 658°С

Сплавы цветных сплавов Марки промышленного алюминия.

• А00 – 99,7% алюминия фольга
• А0 – 99,6 % алюминия покрытия

• А1 – 99,5 % алюминия чушковый
• А2 – 99,0 % алюминия материал для
• А3 – 98,0 % алюминия производства

Сплавы цветных металлов

Алюминиевые сплавы

Деформируемые Литейные

ГОСТ 4784-97 ГОСТ 1583-93

- прессованные

- катанные

- кованные

Упрочняемые Неупрочняемые

термообработкой термообработкой

Сплавы цветных сплавов Алюминиевые сплавы : деформируемые , неупрочняемые.

Дюралюминий

Al+Cu(4%)+Mg(0,5%)+

+Mn(0,5%)+Si(

Маркировка: Д1, Д16

Хорошо деформируется в холодном и горячем состоянии;

Авиаль

Al+

+Mg(0,7%)+Si(

+ Cu(3,5%)

Маркировка: АВ

↓ прочность;

↑ пластичность

Сплавы цветных сплавов Алюминиевые сплавы -литейные

Сплавы системы Al+Si (10-13%)

(силумины)

Силумины модифицируют флюсами – солями натрия

Маркировк а АЛ2, АЛ12.

↓ Литейную усадку

↑ высокую жидкотекучесть

↑ механические свойства

Применяют для отливок сложной формы, от которых не требуются высокие механические свойства

Сплавы цветных металлов. Применение алюминиевых сплавов.

Сплавы цветных металлов Магний

Магний – химический знак Mg

Относится к легким металлам.

• Коррозионностойкость в сухом состоянии
• Легко окисляется и самовоспламеняется

при повышении температуры

• ↓ прочность
• ↓ пластичность

Физические параметры:

• Плотность ρ =1,7г/см 3
• Температура плавления

t пл = 651°С

Сплавы цветных металлов. Марки промышленного магния.

• Мг1 - 99,92% магния
• Мг2 – 99,65% магния

Производят:

Сплавы магния с алюминием и цинком (механические свойства)

Сплавы магния и титана (измельчение зерна)

Сплавы магния и марганца (повышает коррозионную стойкость)

Сплавы цветных металлов

Магниевые сплавы

Деформируемые Литейные

Маркировка: МА2 Маркировка: МЛ4

Упрочняют:

Отжиг при t= 340-400°С Отжиг при t= 200-250°С

3-12 часов Закалка при t= 380-415°С

Выдержка 10-16 часов

Охлаждении на воздухе.

↑ пластичность ↑пластичность

↓ прочность

Применяют в авиа- ракето- и машиностроении

Сплавы цветных металлов. Изделия из магниевых и алюминиево-магниевых сплавов

Сплавы цветных металлов. Титан.

Титан химический знак –Ti .

Физические параметры:

• Плотность ρ =4,5г/см 3
• Температура плавления

t пл = 1668°С

Аллотропные модификации

α- титан (ГКЦ) β -титан (ОЦК)

t= 882°C

Свойства титана зависят от чистоты

↓ теплопроводность

↑ коррозионная стойкость во многих агрессивных средах

При высокой t титан очень активен, либо растворяет либо образует химические соединения.

Сплавы цветных металлов Титановые сплавы. Преимущества.

• Сочетание ↑ прочности с ↑ пластичностью.
• Малая плотность и высокая удельная прочность.
• ↑ жароспрочность (600-700°С)
• ↑ коррозионная стойкость (конц. HNO 3 )

Сплавы цветных металлов. Титановые сплавы.

α - сплавы α + β – сплавы

Подвергают все видам термообработки

Алюминий – основной легирующий элемент

• ↑ прочность
• ↑ жаропрочность
• ↓ вредное влияние водорода
• ↑ износостойкость

Сплавы цветных металлов. Титановые сплавы.

Маркировка: ВТ8, ВТ-14

Применение:

Авиационная и химическая прмышленность, ракетостроение и других областях где можно использовать вышеперечисленные свойства.

Недостаток – плохая обрабатываемость режущим инструментом

Сплавы цветных металлов. Изделия из титановых сплавов.