Побудова діаграми стану сплавів системи залізо-вуглець

Діаграма стану сплавів заліза з вуглецем (рис. 2.2) будується в звичай­них координатах: температура Г, °С — концентрація, %. Точки А і В вказу­ють температури затвердіння (плавлення) відповідно чистого заліза та цеме­нтиту. Крива АСИ — лінія ліквідує, вище за яку всі сплави знаходяться в рідкому стані. Нижче за лінію АС з рідкого сплаву виділяється аустеніт, а нижче лінії СО - цементит, що називається первинним. Крива А ЕС Г — лінія солідус; нижче цієї лінії всі сплави знаходяться в твердому стані. Точка Е на лінії солідус характеризує граничну розчинність вуглецю (2,14%) в аустеніті при температурі 1147°С. Лінія ЕСЕ — лінія евтектичного перетворення, на якій з рідкого сплаву одночасно кристалізуються частинки аустеніту з гра­ничною концентрацією вуглецю і цементиту, утворюючи евтектичну суміш — ледебурит. Точка С характеризує алотропічне перетворення заліза Ре_у<-»Ре_р при температурі 911°С. Лінія Е5> показує зменшення розчинності ву­глецю в аустеніті із зниженням температури (від 2,14% при температурі 1147°С до 0,81% при температурі 727°С). Нижче за цю лінію з аустеніту ви­діляється цементит, що називається вторинним, оскільки утворюється з твер­дого розчину — аустеніту. Первинний і вторинний цементити нічим не відрі­зняються один від одного, але називаються вони по-різному, щоб підкресли­ти відмінність характеру утворення.

Лінія С5 характеризує початок виділення фериту з аустеніту при охоло­дженні доевтектоїдних сплавів. Точка Р характеризує граничну розчинність вуглецю в а-залізі (0,02%) при температурі 727°С. На лінії Р8К відбувається перетворення аустеніту при постійній температурі 727°С в евтектоїд, що складається з фериту і цементиту.

Оскільки аустеніт міститься і в сплавах, що мають більше 2,14% вугле­цю, тому в аустеніті цих сплавів відбуватимуться аналогічні перетворення, як і в сплавах, що містять менше 2,14% вуглецю. У момент закінчення затверді-вання вміст вуглецю в аустеніті відповідатиме 2,14%. При охолодженні ниж­че лінії ЕСЕ з нього почне виділятися вторинний цементит і при досяганні лі­нії Р5К концентрація вуглецю в аустеніті

 

Області діаграми стану сплавів системи залізо-вуглець

Вся діаграма ділиться на дві великі області: сталі — сплави, що містять до 2,14% вуглецю, і чавуни — сплави, в яких вуглецю міститься від 2,14% до 6,67%.

Сталіподіляються на доевтектоїдні, що містять до 0,81% вуглецю, і зае-втектоїдні, у яких вміст вуглецю знаходиться в межах 0,81-2,14%. Сталь, що містить 0,81 % вуглецю, називають евтектоїдною.

Мікроструктура доевтектоїдної сталі являє собою зерна фериту і перлі­ту. Із збільшенням вмісту вуглецю кількість перліту збільшується і при вмісті вуглецю 0,81 % (у евтектоїдній сталі) структура буде складатися тільки із зе­рен перліту. У заевтектоїдній сталі разом з перлітом в мікроструктурі з'явля­ється цементит (вторинний).

Твердість та інші механічні характеристики сталей змінюються за ліній­ним законом, оскільки мікроструктура сталі є механічною сумішшю двох фаз: фериту і цементиту.

Перетворення у верхній лівій частині діаграми не розглядаються, оскіль­ки ці перетворення особливо важливого практичного значення не мають. Структура і класифікація чавунів будуть розглянуті нижче в розд. 2.3 «Чаву­ни».

знизиться до 0,81%. Подальше охо­лодження приведе до перетворення аустеніту на перліт.

 

8, 24..Леговані сталі. Класифікація та маркування легованих сталей

Легованою називається сталь, в якій, крім заліза і нормальної для вугле­цевих сталей кількості постійних домішок, містяться елементи, які спеціаль­но вводяться для отримання певної структури та властивостей. Хімічні еле­менти, що спеціально додаються в сталь, називаються легуючими. В якості легуючих елементів використовуються Сг, N4, Мп, 8і, \¥, Мо, V, Ті, Со, А1, а також Мп та 8 і — при вмісті кожного більше 0,8-1%.

Основною метою легування є зміна будови та фізико-механічних влас­тивостей сталі, головним чином підвищення міцності при специфічних умо­вах роботи деталі. Легуванням можна підвищити твердість сталі, опір зносу та корозії, а також надати ряд інших фізичних та хімічних властивостей, наприклад, властивість працювати в умовах високих та низьких температур, високого та низького тиску, різноманітних агресивних середовищ. В більшій мірі переваги легованої сталі проявляються після її термічної обробки.

Властивості сталі, отримані в результаті її легування, залежать від кіль­кості введених елементів та від характеру взаємодії цих елементів з залізом та вуглецем.

Легуючі елементи в сталі Взаємодія легуючих елементів з залізом і вуглецем сталі залежить від положення їх в періодичній системі Д.І Менделєєва. Майже всі елементи розчиняються в залізі, частина з них. реагують з вуглецем сталі і утворюють карбіди.

Елементи, розташовані в періодичній системі елементів лівіше заліза (Сг, Мп, Мо, V, Ті), розчиняються в залізі та цементиті, а також утворюють самостійні карбіди. Елементи, розташовані правіше заліза (№, Со) карбідів в сталі не утворюють. Елементи, віддалені в періодичній таблиці від заліза не розчиняються в ньому.

Більшість легуючих елементів можуть утворювати з залізом хімічні спо­луки. Але для утворення хімічної сполуки в сталі повинна міститись значна кількість легуючого елемента. Тому в багатьох сталях легуючі елементи не утворюють з залізом хімічних сполук.

Легуючі елементи Мп, 8і, А1, Ті, V, які мають більшу схожість з киснем, ніж з залізом, в результаті реакції окислення заліза при плавленні утворюють оксиди. Кількість оксидів і сульфідів в простих сталях дуже невелика.

За хімічним складом залежно від вмісту тих або інших легуючих еле­ментів леговані сталі називають никелевими, хромовими, кремнієвими, хро­монікелевими, хромонікельмолібденовими, хромомарганцевованадієвими. За кількістю легуючих елементів леговані сталі ділять на низьколеговані (до 2,5% легуючих елементів), середньо леговані (від 2,5 до 10 %) і високолеговані (більше 10%).

Залежно від вмісту в сталі легуючих елементів у відпаленому стані, отримують рівноважні структури наступних класів: доевтектоїдні (Ф+П), евтектоїдні (П), заевтектоїдні (П+Цп) і ледебуритні (Л). На відміну від чаву­нів, які за наявності ледебуриту не куються, присутність ледебуриту в лего­ваних сталях не робить його неможливим. За структурною ознакою в рівно­важному стані розрізняють також феритний, аустенітний і проміжні класи, наприклад ферито-аустенітний.

За структурою в нормалізованому стані можна виділити три основні класи легованих сталей:

1-й — перлітний при вмісті легуючих елементів до 5%;

2-й — мартенситний при вмісті легуючих елементів до 13%;

3-й — аустенітний при вмісті легуючих елементів до 20-30% (головним чином, нікелю і марганцю).

Утворення сталі цих класів визначається діаграмою ізотермічного пере­творення з нанесенням на неї кривої нормалізації (охолодження на повітрі) (рис. 5.3).

За призначенням леговані сталі можна об'єднати в три групи: конструк­ційні, інструментальні, сталі і сплави з особливими властивостями.

Конструкційні леговані сталі застосовують, головним чином, для виго­товлення відповідальних деталей машин, які в процесі їх виробництва на за-воді-виробнику, як правило, піддаються термічній обробці. Тому конструк­ційні леговані сталі у свою чергу ділять на цементовані (що піддають цемен­тації) і покращуванні (що піддаються гартуванню і високому відпуску), а та­кож ресорно-пружинні, шарикопідшипникові.

Інструментальні леговані сталі застосовують для виготовлення ріжу­чого, вимірювального, штампового та іншого інструменту. В свою чергу, ін­струментальні сталі умовно підрозділяють на ріжучі, штампові і швидкорі-жучі.

Сталі і сплави з особливими властивостями мають чітко виражені особливості. Ці сталі і сплави широко використовують в сучасному машино­будуванні, приладобудуванні, електротехнічній, хімічній і інших галузях промисловості. До них відносять сталі неіржавіючі (корозійностійкі), жаро­міцні, жаростійкі, зносостійкі, магнітні, електротехнічні. Ці сталі відносяться до аустенітного, мартенситного, феритного, аустенітно-мартенситного і аус­тенітно-феритного класів.

Маркування конструкційних легованих сталей здійснюється так, що умо­вне позначення, виражене буквами і цифрами, показує дійсний хімічний склад сталі. Легуючі елементи позначаються буквами українського алфавіту (табл.5.1)

Перші цифри маркування сталі вказують середній вміст вуглецю в сотих долях. Легуючі елементи, що входять в сталь, позначають відповідною бук­вою, а їх середній вміст — цифрою, що стоїть після букви. При вмісті легую­чого елементу до 1% цифру не ставлять, при більшому вмісті ставлять цифри 1, 2, 3 і т. д., відповідно кількісному вмісту легуючого елементу у відсотках 1,5; 2; 3%.

Наприклад, 30Х — хромова сталь, що містить приблизно 0,30% С і 1% Сг; 20ХГ — хромомарганцева сталь, що містить приблизно 0,20% С, 1% Сг і 1% Мп. Якщо в сталі міститься азот, спеціально введений в сталь, то буква А — умовне маркувальне позначення азоту — ставиться в середині марки сталі. Наприклад, сталь марки Х21Г7АН5 є неіржавіючою аустенітною сталлю, в якій міститься в середньому 21% Сг, 7% Мп, 0,2% N і 5% N1.

За вмістом домішок леговані сталі поділяються на якісні, високоякісні і особливо високоякісні. Для позначення високоякісних сталей в кінці їх марок ставиться буква А. Наприклад, сталь марки ЗОХГСНА є високоякісною, сре-дньолегованою (вміст легуючих елементів більше 4%), конструкційною сталлю, в якій хрому X, марганцю Г, кремнію С, нікелю Н міститься в серед­ньому по 1%, а вуглецю в середньому 0,30%.

Всі леговані інструментальні сталі та з особливими властивостями завжди високоякісні і тому в позначеннях марки цих сталей буква А не ставиться.

У особливо високоякісній сталі фосфору міститься не більше 0,025%, а сірки не більш 0,015%. Особливо високоякісну сталь отримують шляхом еле­ктрошлакової переплавки. В кінці марки цієї сталі через дефіс ставиться бук­ва Ш, наприклад, сталь ЗОХГСА-Ш.

У маркуванні сталей зустрічаються і інші умовні позначення, які вказу­ють на їх застосування:

А — автоматні сталі, наприклад А20 (0,15-0,25% С). Ці сталі добре обробляються на металоріжучих верстатах-автоматах внаслідок підвищеного вмісту сірки (0,08-0,15%) і фосфору (<0,06%);

Р — швидкоріжучі сталі, наприклад Р18. Цифра вказує на вміст основ­ного легуючого елементу (17,5-19% XV);

Ш — шарикопідшипникові сталі, наприклад ШХ15, ШХ9 (15 і 9 — вміст хрому в десятих долях відсотка: 1,5% і 0,9% Сг);

ЕХ — магнітні сталі, наприклад ЕХЗ (2,8-3,6%); Е — електротехнічні сталі, наприклад Е11 (0,8-1,8% 8і).

9, 26. Основні види термічної обробки.

За остаточно отриманим структурним станом термічну обробку ділять на наступні основні види: відпал, нормалізацію, гартування, відпуск. Поряд із зазначеними для ряду марок сталей застосовують і такі види термообробки, як обробка холодом, старіння.

При виробництві деталей машин часто для підвищення якості експлуа­таційних параметрів сполучають процеси термічні з фізико-хіміко-механічними. В результаті застосовуються, крім термічної обробки, як термі­чного впливу на метал, і такі види, як термомеханічна обробка (ТМО), тобто сполучення термічного впливу із пластичним деформуванням, магнітотермі-чна обробка (МТО) — сполучення магнітного й теплового впливу на метал; хіміко-термічна обробка (ХТО) — сполучення термічних і хімічних процесів та магніто-термохімічна обробка (МТХО) — сполучення процесів впливу на метал магнітного, термічного і хімічного.

За місцем в загальному технологічному процесі виробництва деталей і призначенню термічна обробка може бути: попередня, призначена для усу­нення дефектів попередньої обробки або підготовки металу до наступної об­робки (нормалізація, відпал) і остаточна для надання сталі певних фізико-механічних властивостей (гартування, відпуск, старіння, обробка холодом, термомеханічна обробка, магнітотермічна обробка). Очевидно, що розподіл термообробки на попередню й остаточну носить відносний характер, тому що той самий вид в одному випадку може бути попереднім, в іншому — ос­таточним.

Кожний із зазначених видів термообробки забезпечує одержання певної структури і вибирається, у виробництві, залежно від марки сталі та її необ­хідних властивостей.

Термічну обробку проводять за певним режимом, до якого входить:

—температура нагрівання, яка залежить від вмісту вуглецю в сталі і ви­значається з діаграми залізо-вуглець;

—швидкість нагрівання, яка розраховується за величиною виникаючих внутрішніх напружень структурного й термічного характеру, які виникають в результаті перепаду температур на поверхні та серцевині виробу;

—час витримки деталі при заданій температурі, обумовлений теплопро­відністю сталі, і необхідний для об'ємного прогріву деталі та повного завер­шення структурних перетворень, обумовлений швидкістю дифузійних проце­сів;

—швидкість охолодження, від якої в підсумку залежать отримана стру­ктура та механічні властивості, вибирається вона з діаграми ізотермічних пе­ретворень аустеніту.

Режим термічної обробки залежить від її призначення (виду), хімічного складу сталі, а також від розмірів і конфігурації оброблюваної деталі. Роз­глянемо більш досконально технологію основних видів термічної обробки.

Відпал проводять для зниження твердості, підвищення пластичності та одержання однорідної дрібнозернистої структури. Він включає в себе опера­ції нагрівання до певної температури (доевтектоїдної сталі вище точки Ас₃ евтектоїдної сталі вище точки Ас і на 30-50°С), витримку при цій температурі й охолодження з необхідною, як правило, низькою швидкістю з метою одер­жання найбільш рівноважної мікроструктури сталі.

Залежно від призначення й режиму проведення розрізняють наступні основні різновиди відпалу: повний, неповний, ізотермічний, гомогенизацій-ний, рекристалізаційний, нормалізаційний та відпал на зернистий перліт.

Повний відпал полягає в нагріванні доевтектоїдної сталі до температури на 30-50°С вище критичної точки Ас₃, витримці при цій температурі для за­вершення повного фазового перетворення в повному об'ємі металу й наступ­ного охолодження з малою швидкістю (100-200°С/год), частіше разом з піч­чю. Щоб забезпечити одержання ферито-перлітної структури, процес пере­творення аустеніту необхідно вести при незначних ступенях переохолоджен­ня. Швидкість охолодження при відпалі визначають із діаграми ізотермічно­го перетворення аустеніту. З підвищенням стійкості аустеніту швидкість охолодження зменшується. Після повного перетворення аустеніту подальше охолодження сталі можна вести з більшою швидкістю.

При нагріванні сталі до аустенітного стану вихідна структура подрібню­ється. В зв'язку з тим, що після охолодження величина отриманого зерна зберігається, то утвориться дрібнозерниста ферито-перлітна структура. Пов­ному відпалу піддають доевтектоїдну сталь (аркушевий прокат, відливки, ку­вання) з метою зниження твердості, підвищення пластичності, зняття внут­рішніх напружень.

Заевтектоїдну сталь повному відпалу не піддають, тому що після нагрі­вання до аустенітного стану наступне повільне охолодження призводить до виділення цементиту по границях зерен перліту, що істотно погіршує власти­вості металу.

Неповний відпал (відпал з неповною фазовою перекристалізацією при нагріванні) проводять, головним чином, для заевтектоїдної сталі, яку при цьому нагрівають на 30-50°С вище критичної точки Асі і охолоджують ра­зом з піччю. Доевтектоїдна сталь неповному відпалу піддається лише для по­ліпшення оброблюваності різанням. При цьому виходить неоднорідна струк­тура, яка призводить до погіршення ряду властивостей такої сталі.

Відпал на зернистий перліт застосовується для істотного поліпшення оброблюваності евтектоїдної і заевтектоїдної сталей. Він полягає в циклічно­му нагріванні й охолодженні в межах температур, близьких до точки Асі.

Нагрівання цих сталей до температури трохи вище точки Ас і призводить до часткового розчинення цементиту в аустеніті, після охолодження — до утворення пластинчастого перліту. Циклічне ж нагрівання й охолодження в межах температур, близьких до точки Ас_ь призводять до утворення зернис-того перліту. Причиною цього є наявність центрів кристалізації цементиту при кожному наступному охолодженні у вигляді зерен, які утворилися при попередньому охолодженні. Сфероідизація цементитних часток (утворення зернистого перліту) призводить до підвищення ударної в'язкості, зниженню твердості й поліпшенню оброблюваності. Відпалу на зернистий перліт під­дають тонкі листи, заготовки деталей перед холодним штампуванням або во­лочінням.

Ізотермічний відпал проводять для отримання рівноважної структури деталей малих розмірів або сталевого листа невеликої товщини. Особливістю цього відпалу є те, що після нагрівання до температур повного відпала вище точки Асз і відповідної витримки сталь швидко охолоджують до температури трохи нижче критичної точки Асі (70О-680°С) і витримують при цій темпе­ратурі до повного завершення перетворення аустеніту у ферито-перлітну структуру, потім остаточно охолоджують на повітрі.

У порівнянні з повним відпалом, ізотермічний забезпечує скорочення тривалості процесу термообробки, а ферито-перлітна структура, отримана пі­сля ізотермічного відпалу, більш однорідна, ніж після повного. Це забезпечує сталі кращу оброблюваність, меншу шорсткість поверхні й зменшує дефор­мації деталей після наступного гартування.

Дифузійний відпал (гомогенізація) застосовують для зменшення денд­ритної, внутрішньо-кристалічної ліквації зливків або великих виливків з ле­гованої сталі. Дифузійний відпал полягає в нагріванні сталі до температури 1100-1200^СС, необхідної для інтенсивного протікання дифузійних процесів, в результаті яких вирівнюється хімічний склад, витримці при цій температурі протягом 8-20 годин і наступному охолодженні з малою швидкістю до тем­ператури 200-250°С. Загальна тривалість дифузійного відпалу (нагрівання, витримка, охолодження) може становити 80-100 годин. Зменшення дендрит­ної ліквації в результаті гомогенізації призводить до підвищення в'язкості й пластичності сталі, зменшенню шиферності, шаруватості та флокенів (тонких внутрішніх тріщин, які спостерігаються в зламі у вигляді білих овальних плям) у легованих сталях.

Рекристалізаційний відпал, як уже відомо, застосовують з метою усу­нення наклепу холоднодеформованої сталі. Він полягає в нагріванні вище температури рекристалізації, витримці при цій температурі й наступному охолодженні на повітрі. Температура рекристалізаційного відпалу залежить від хімічного складу сталі й перебуває в межах 650-700°С.

Низьковуглецеві сталі, які піддають холодній деформації (прокатці, штампуванню, волочінню), відпалюють при температурі 680-700° С.

Для високовуглецевих і легованих деформованих сталей температуру рекристалізаційного відпалу підвищують до 730°С, це прискорює процес ре­кристалізації. Нагрівання проводять протягом 0,5-1,5 годин.

Причиною підвищення пластичності після цього відпалу є процес коагу­ляції й сфероідизації цементиту.

Нормалізація (нормалізаційний відпал) застосовується для подрібненнязерна сталевих виливків, поковок або штамповок, прокату, а також замість

повного відпалу низько- і середньовуглецевих сталей, а також для усунення цементитной сітки в заевтектоїдних сталях і в деяких випадках замість гарту­вання та відпуску. Нормалізацією називають технологічний процес термооб­робки, що полягає в нагріванні сталі до температури на 30-50°С вище точки Ас₃ (доевтектоїдної) або А_ст (заевтектоїдної сталі), витримці при цій темпе­ратурі й наступному охолодженні на спокійному повітрі при нормальній те­мпературі.

В результаті певної фазової перекристалізації сталі при нагріванні й по­рівняно прискореному охолодженні розпад аустеніту здійснюється при більш низьких температурах, що призводить до підвищення дисперсності ферито-цементитної структури. Для заевтектоїдних сталей при прискореному охоло­дженні виділення цементиту на границях зерен (утворення цементитної сіт­ки) не відбувається.

У порівнянні з відпалом нормалізація забезпечує підвищення міцності й твердості на 10-15% середньо- і високовуглецевих сталей. Низьковуглецеві сталі піддають нормалізації замість відпалу, що більш економічно, а механі­чні властивості при цьому змінюються в незначній мірі.

Сталі з низькою критичною швидкістю гартування після нормалізації отримують мартенситну структуру. У цих випадках для зняття внутрішніх напружень або для отримання низької твердості після нормалізації проводять відпуск. Такі сталі, як правило, гартуванню у воді не піддають, а нормаліза­ція й відпуск є кінцевими термічними операціями. Наприклад, вали коробок передач і бортових редукторів автотракторів піддають нормалізації з низьким відпуском й одержують структуру низьковуглецевого мартенситу. При цьому твердість і міцність деталей незначно знижуються, в'язкість зростає, істотно зменшується деформація, а ймовірність утворення тріщин досягає мінімуму.

Нормалізація сталі забезпечує підвищення продуктивності при обробці різанням й одержання меншої шорсткості поверхні деталей.

Гартування. Гартування застосовують для одержання високої механіч­ної міцності, твердості, зносостійкості деталей. Це технологічний процес те­рмічної обробки сталі, який полягає в нагріванні доевтектоїдної сталі до тем­ператури на 30-50°С вище критичної точки Ас₃, евтектоїдної і заевтектоїдної — на 30-50°С вище Ас_ь витримці при цій температурі, необхідної для заве­ршення фазових перетворень, і наступному охолодженні зі швидкістю не нижче критичної до температури, що лежить в інтервалі початку М_п і кінця М_к утворення мартенситу. При цьому доевтектоїдна та евтектоїдна сталі бу­дуть мати мікроструктуру мартенситу та залишкового аустеніту, заевтектоїд-на — мартенситу, карбіду та залишкового аустеніту.

В залежності від температури нагрівання, яка визначає ступінь фазової кристалізації або повноту розчинення фаз в аустеніті, гартування називають повним або неповним.

Неповне загартування доевтектоїдної сталі практично не використову­ється, тому що наявність в структурі мартенситу залишкового фериту при­зводить до значного погіршення твердості і міцності.

Для заевтектоїдної сталі наявність деякої кількості другорядного цемен­титу поряд з мартенситом після повного загартування призводить до підви­щеної твердості та збільшення зносостійкості. Підвищення температури на­грівання при гартуванні до точки А_ст, чи підвищенні тривалості нагрівання заевтектоїдної сталі, викликає посилений ріст зерна та відповідно погіршення таких механічних властивостей сталі, як твердість, міцність, опір крихкому руйнуванню. Ріст величини зерна та підвищення ступеня гомогенізації спри­яє підвищенню стійкості переохолодженого аустеніту, відповідно зменшен­ню критичної швидкості загартовування і підвищенню прогартування сталі. Збільшення залишкового аустеніту у високовуглецевій та високолегованій сталі після гартування знижує її твердість та суттєво збільшує деформацію виробів.

Важливим критерієм режиму гартування є тривалість витримки при аус-тенізації сталі. Витримка повинна забезпечити повне завершення фазових пе­ретворень у сталі та гомогенізацію аустеніту по всьому перерізу деталі. Час витримки повинен бути достатнім та нетривалим, щоб не стався помітний ріст зерна аустеніту та обезвуглецювання поверхні сталевого виробу.

Час витримки при температурі нагріву під гартування приймають рів­ним 0,15-0,25 від часу, необхідного наскрізний прогрів. Так, витримку при загартуванні деталі з високовуглецевої сталі беруть рівною 1,0-1,3 хв/мм найбільшої товщини, легованої— 1,1-1,5 хв/мм.

Для нагрівання деталей при термообробці використовуються печі та ванни різних конструкцій та потужностей. Для захисту поверхні, виробів, що нагріваються, від окислення та зневуглецювання в нагрівальних печах у ро­бочій простір печі вводять захисне газове середовище, тобто створюють так звані контрольовані атмосфери. В якості таких атмосфер застосовують вису­шені газоподібні продукти неповного згорання палива (СО), очищений азот, водень, аргон, гелій. В останній час широко застосовують нагрівання деталей в вакуумі 10 ²-10"³ мм. рт. ст. (1,33-0,13 Па).

Для нагрівальних ванн використовують розплави хлористих солей (70% ВаСІ та 30% NaС1) та інші.

 

10.Алюміній та його сплави: ковкі, деформівні, високоміцні, ливарні; призначення, маркування.

Алюміній — легкий сріблястий метал, густина — 2,7 г/см³, температура плавлення 660°С, тип кристалічної решітки — ГЦК. Алюміній в повітрі по­кривається щільною та стійкою захисною плівкою окисла А1₂0₃ в агресивних середовищах, яка захищає його від корозії. Він має високі теплопровідність і електропровідність, складаючи 65% електропровідності міді.

Характерні механічні властивості чистого алюмінію - низька міцність 050-100 МПа і твердість НВ 17-20 та висока пластичність 5=50%. Алюмі­ній добре кується, штампується, прокатується в холодному і гарячому станах, добре зварюється, що дозволяє виробляти з нього економічні заготовки і го­тові вироби.

Властивості алюмінію дуже залежать від утримування домішок (заліза і кремнія), які підвищують його міцність, знижують пластичність, електропро­відність і корозійну стійкість.

З алюмінію виготовляють тонкі листи (фольгу), труби, деталі (посуд, ємкості) глибокої витяжки; дріт (дріт з алюмінію при рівній електропровід­ності в 2 рази легше, ніж з міді). Алюміній використовують в якості антико­розійного плакуючого покриття металів. В машинобудуванні чистий алюмі­ній застосовується для виготовлення деталей систем живлення і підігріва, ви­робів електрообладнання. Найбільш важливе практичне значення має алюмі­ній в якості основи для одержання конструкційних сплавів.

Алюмінієві сплави мають відносно високі механічні властивості та малу щільність, що дозволяє отримувати з них вироби з високою питомою міцністю. Алюмінієві сплави "наслідують" від алюмінію високу електро- і тепло­провідність, добру корозійну стійкість, зварюваність та інші властивості і, крім того, мають низьку вартість. Це обумовлює широке їх застосування в самих різних галузях сучасної техніки, по використанню вони стоять на дру­гому місці після залізних сплавів.

1. Деформівні алюмінієві сплави поділяють на не зміцнювані та зміцнювані термічною обробкою.

В основу цього поділу покладено границю роз­чинності легуючих елементів при кімнатній температурі.

До не зміцнюваних термообробкою належать сплави типу АМц і АМг. У сплавах АМц міститься до 1,5 % Мn, а в АМг - до 7 % Мg і 0,8 Мn. Для підвищення міцності в них додатково вводять до 2 % V, 0,1 % Ті, 0,005 % Ве. Ці сплави мають високу пластичність, добре зварюються, корозієстійкі, -- 200...300 МПа. З них виготовляють штамповані і зварні ємкості, баки тощо.

До сплавів, що зміцнюються термообробкою, належать дуралюміни. Вони містять 2...5 % Сu, до 1,5 % Мg, 1 % Мn. Позначають дуралюміни літерою Д і умовними номерами, наприклад Д16.

Термічна обробка дуралюміни полягає в гартуванні його від темпе­ратури, близької до 500 °С, і наступному природному старінні при кім­натній температурі протягом 5...7 діб або штучному при температурі 100... 150 °С. Після такої обробки властивості дуралюміни становлять - = 420... 470 МПа, 90... 100 НВ, 5= 18...20%.

2.Кувальні алюмінієві сплави характеризуються доброю пла­стичністю й задовільною міцністю. їх маркують літерами АК й умовними числами. За хімічним складом кувальні сплави близь­кі до дуралюмінів, хоч вміст кремнію тут вищий. Зміцнюваль­ними фазами є Мg₂Sі, А1₂Си і -фаза, до складу якої входять А1, Сg, Мg і Sі. Гарячу обробку тиском виконують в інтервалі температур 420...470 °С. Сплав марки АК6 використовують для середньо навантажених деталей складної конфігурації, а сплав АК8 — для високо навантажених деталей.

3. Високоміцні сплави найміцніші серед сплавів алюмінію, хоч менш пластичні від дуралюмінів. їх марки позначають літерою В — високоміцні й умовним номером (В95). Розчинність в алю­мінії легувальних елементів — цинку, магнію і міді зменшу­ється, а під час охолодження вони виділяються як інтерметалеві сполуки: фаза Т (А1₂Мg₃Zn₃), фаза М (МgZn₂) і фаза S (А1₂СuМg). Наявність у структурі фаз Т, М і S сприяє підви­щенню міцності сплавів. Найбільше впливають на міцність цинк і магній. Водночас перелічені елементи знижують пластичність і корозійну тривкість. Незначне легування марганцем і хромом зумовлює підвищення корозійної тривкості.

Сплави марок В95 і В96 використовують у літакобудуванні для високонавантажених елементів конструкцій при темпера­турах до 100 °С.

4. Ливарні алюмінієві сплави містять підвищену кількість силіцію, міді, магнію, цинку. За складом їх поставляють (ДСТУ 2839-94) 38 марок і по­діляють на п'ять груп:

1) А1-Sі-М g (Sі = 6...13 %, Мg= 0,2...0,5 %); позначення - АК7, АК12 тощо;

2) А1-Sі-Сu (Sі = 3,5... 11 %, Сu = 1...8 %); позначення - АК5М, АК5М7 тощо;

3) АІ-Сu (Сu = 4,5...5,3 %, Сd = 0,07...0,25 %); позначення - АМ5, АМ4,5Кд тощо;

4) А1-Мg (М₈ = 4,5...13 %, Si = 0,8...1,7 %); позначення - АМг4К1,5М, АМг5К тощо;

5) А1 - інші компоненти (Zn= 3,5...12 %, Мg - 1,5...2 %, Sі = 6... 10 %); позначення - АК7Ц9, АЦ4Мг та ін.

У марках алюмінієвих, як і в інших кольорових, сплавів компоненти позначають початковими літерами їх назви: А - алюміній, О - олово, М -мідь, Мн - манган, Мг - магній, Кд - кадмій та ін. За ними подають циф­ри, які вказують на вміст цих елементів. Наприклад, марка АМ4,5Кд по­значає сплав з вмістом 4,5 % Сг, близько 1 % Сd, решта – алюміній.

Основними легуючими елементами алюмінієвих сплавів є Си, Ме, 5і, Ьі, 2п, Мп.