Методы исследования материалов и покрытий. Сплавы на основе циркония, Материаловедение

Выдержка из текста работы

Медь (лат.Cuprum) — химическийэлемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторымархеологическим данным медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до н.э…Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом;это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободномсостаянии на поверхности земли, а с другой — сравнительной легкостью полученияее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра(Cyprum), откуда и название ее Cuprum.

Медь особенно важна для электротехники.По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, послесеребра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которыераньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из аллюминия.Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другиецветные металлы, становится все дефицитнее. Если в

Медь входит в число жизненноважных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоениирастениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов.Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата медного купороса. Взначительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди,особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходимавсему живому.

2.

Медь– металл характерного красного цвета, который обладает след. св-ми:

·

Медь- химический элемент I группы периодической системы Менделеева;

·

Кристаллическая решетка меди –гранецентрированный куб с параметром

Техническую медь в зависимости отчистоты разделяют на десять марок:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

Примеси меди

Технически чистую медь широко применяютв электротехничекой промышленности для проводов кабелей, шин, другихтокопроводящих частей, в машиностроении, судостроении, котлостроении длятеплообменников. В большом колличестве медь используют для изготовленияважнейших конструкционных сплавов – латуней и бронз.

В материаловедении было установлено, чтомногие сплавы на основе меди, серебра, и золота, легированные цинком, оловом ит.д. образуют похожие фазы с похожими свойствами. При этом тип образующейсяфазы и соответственно свойства определяются электронной концентрацией сплавов

e

n

Следовательно,

Такие фазы называют электроннымисоединениями или фазами Юм-Розери.

В таблице приведены условия образованияэтих фаз и примеры таких сплавов:

Фаза

β-фаза

g

ε-фаза

тип решетки

ОЦК

кубическая

ГПУ

e/n

3/2 около 1,50

21/13 около 1,61

7/4 около 1,75

основной представитель

CuZn

Cu5Zn8

CuZn3

аналоги

Cu-Bo, Cu-Al, Ag-Cd, Au-Al

Cu-Al, Cu-Si,

Au-In

Ag-Zn

Au-Cd

3.

Латунями

Рис1. Диаграмма состояния системы медь – цинк (а) и механические свойства литойлатуни в зависимости от содержания цинка (б)

В твердом состоянии медноцинковые сплавыобразуют:

1)

2)

3)

Латуни, имеющие в структуре однофазныйтвердый α-раствор, хорошоподдаются обработке давлением в горячем и холодном состоянии, сварке, пайке илужению.

Однофазный β-раствор при температуре примерно 453 ◦Симеет упорядоченное расположение атомов меди и цинка и обозначается β’. Эта фаза, в отличие от β-фазы, является твердой и хрупкой.Обработке давлением она подвергается только в горячем состоянии.

Латуни, имеющие двухфазную структуру α+β также обладают низкойпластичностью и обрабатываются давлением только в горячем состоянии.

Все латуни имеют хорошие антикоррозийныесвойства; в атмосферных условиях скорость коррозии составляет 0,0001-0,00075мм/год.

Механические свойства латуней взависимости от содержания цинка представлены на рис 1 б) Увеличение содержания цинка до 39% приводит кобразованию при комнатной температуре α-фазыи сопровождается повышением прочности и пластичности. При дальнейшем увеличениисодержания цинка образуются две фазы α+β’,что приводит к интенсивному уменьшению пластичности с одновременным увеличениемпрочности. При переходе в однофазную область β’ латунь становится весьма хрупкой, вследствие чего резкоснижаются прочность и пластичность. Поэтому на практике используют латуни,содержащие не боее 42%

Марку латуни обозначают буквой «Л», закоторой следует цифра, указывающая среднее содержание (в процентах) меди всплаве, например Л62, Л68, Л70 и т.д. Для улучшения механических итехнологических свойств латуней в них вводят легирующие элементы. Дляобозначения легированных или специальных латуней после буквы «Л» ставятначальную букву легирующего элемента, его процентное содержание указываютцифрой, например, ЛС59-1 (1%

·

По технологическому признаку латуниразделяют на деформируемые и линейные.

3.1.

К этим латуням относят медноцинковыесплавы с содержанием 4-10%

Деформируемые латуни обрабатываютпрессованием, прокаткой, волочением и штамповкой. Применяют латуни дляизготовления труб, листов, лент, полос, прутков и поковок для деталей машин,приборов и агрегатов.

3.2.

К ним относят медноцинковые сплавы ссодержанием 14-38%

Литейные латуни используют дляизготовления фасонных отливок в виде подшипников, втулок и другихантифрикционных деталей для арматуры и деталей морского судостроения и т.д.

4.

Бронзами называют сплавы меди с оловом,алюминием, марганцем, кремнием, берилием и другими элементами, которые являютсяосновными легирующими элементами.

Бронзы делят на две основные группы:

1)

2)

Название специальных бронз дается поосновному легирующему элементу: алюминиевые, марганцовистые, кремнистые и т.п.

Бронзы обозначают буквами «Бр» и первымибуквами основных легирующих элементов, за которыми следуют цифры, показывающиеих процентное содержание. Например, БрОФ6,5-0,4 означает, что бронзаоловянофосфористая с содержанием 6,5%

Рис2. Диаграмма состояния системы медь – олово (а) и механические свойства литой бронзыв зависимости от содержания олова (б)

Весьма широкое применение получилитехнические оловянистые бронзы с содержание 10-12%

1)

2)

В отличие от латуней в бронзе β-фаза существует только привысоких температурах и на диаграмме имеется горизонтальная линия между α+β-фазой, β-фазой и α+δ-фазой. Это означает что такие материалы можноподвергать закалке и старению.

При медленном охлаждении с 588 ◦Скристаллы β-фазы претерпеваютэквивалентный распад с образованием смеси α-фазыи

Оловянистые бронзы по технологическомупризнаку разделяют на литейные и деформируемые.

4.1.

К ним относятбронзы марок БрО10, БрОФ10-1, БрОЦ10-2, Бр ОЦС5-5-5, БрОЦС6-6-3, БрОНС11-4-3

4.2.

Используются дляполучения лент, полос, прутков, проволоки, пружин, трубок, подшипниковыхдеталей и т.д., относят бронзы марок БрОФ4-0,25, БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3,БрОЦС4-4-2,5 и др. Эти бронзы однофазные (твердый α-раствор); они обладают удовлетворительной пластичностью.

Механическиесвойства бронзы в зависимости от содержания олова представлены на рис 2 б). Увеличение прочности сповышением до 18-20%

Кроме того,различают специальные, или безоловянистые, бронзы, к которымотносяталюминивые, марганцовистые, кремнистые и другие, обладающие в рядеслучаев более высокими механическими и антикоррозийными свойствами, чемоловянистые, поэтому они нашли широкое приминение в промышленности. Взависимости от назначения и механических свойств специальные бронзы делятся надеформируемые и литейные.

4.2.1.

К ним относятоднофазные бронзы с содержанием основного легирующего элемента 5-10%. Этибронзы хорошо обрабатываются в горячем и в ряде случаев в холодном состоянии.Они обладают высокой коррозийной стойкостью и предназначены для производствалистов, лент, труб, прутков и профилей, получаемых прессованием и прокаткой.Бронзу БрА5 широко применяют для изготовления монет. Примерами деформируемыхспециальных бронз являются: алюминивые бронзы марок БрА7, БрА5, как говорилосьвыше, алюминевожелезомарганцевая БрАЖМц10-3-1,5, алюминевожелезоникелеваяБрАЖН10-4-4, алюминевомарганцевую БрАМц9-2, кремнивомарганцеваяБрКМц3 – 1, марганцевистая БрМц5 и др.

4.2.2.

Эти бронзыиспользуют для фасонного литья в авиа- и машиностроении при получении шестерен,втулок, седел капанов, пружин, ободов подшипников для различных массивныхдеталей, работающих в агрессивных средах и при больших давлениях, а также дляантифрикционных деталей. К таким бронзам относят алюминевожелезную БрАЖ9-4,алюминевожелезномарганцевую БрАЖМц10-3-1,5, берилиевую БрБ2, кремнистуюБрКМц3-1, марганцовистую БрМц5 и др.

Литература

1.

2.

3.