Основные теоретические представления

Диаграммы состояния определяют фазовый состав и структуру сплавов в условиях равновесия, дают возможность решать вопросы их упрочнения путем термической обработки и поэтому являются основой классификации сплавов цветных металлов. По технологическим свойст­вам сплавы делят на деформируемые, находящиеся в состоянии твердых растворов и хорошо обрабатываемые давлением, и литейные, имеющие в структуре эвтектику и обладающие наилучшей жидкотекучестью. По спо­собности упрочняться с помощью термической обработки цветные спла­вы подразделяют на неупрочняемые и упрочняемые термической обра­боткой - закалкой без полиморфного превращения и старением.

Упрочняемыми термической обработкой являются сплавы, для которых характерно уменьшение растворимости компонентов в твердом состоянии при снижении температуры до нормальной (комнатной). В промышленности широкое применение находят как двойные, тройные, так и поликомпонентные сплавы цветных металлов, фазовый состав и структура которых в условиях равновесия определяются соответствую­щими диаграммами состояния. Несмотря на это, при небольшом содер­жании легирующих элементов в большинстве случаев вполне достаточ­ным для качественного описания изменений фазового состава, структуры является использование наглядных двойных диаграмм состояния "цвет­ной металл - основной легирующий элемент". В соответствии с подобной диаграммой "алюминий - легирующий элемент" (рис.1) сплавы с содер­жанием легирующего элемента до проекции точки В на ось концентраций являются деформируемыми, а с большим содержанием - литейными. При этом сплавы с содержанием легирующего элемента до точки D не упрочняются в результате термической обработки, а сплавы с большим содер­жанием являются упрочняемыми термической обработкой. Наиболее ши­роко распространены цветные сплавы на основе алюминия, меди, маг­ния, олова.

Рис.1. Фрагмент диаграммы состояния системы алюминий - легирующий элемент

Алюминиевые сплавы в соответствии с диаграммой состояния "алюминий - леги­рующий элемент" (см.рис.1) делят на деформируемые и литейные.

Промышленное при­менение находят как двойные деформируемые сплавы алю­миния с медью, магнием, мар­ганцем, кремнием, так и по­ликомпонентные сплавы сис­тем AI-Cu-Mg (дуралюмины), Al-Cu-Si (авиали) и др. Значи­тельное место среди этих сплавов занимают дуралюмины, маркируемые буквой Д и цифрами, характеризующими порядковый номер сплава по ГОСТ 4,84-74, например Д1, Д6, Д16.

Наиболее распространенный из них сплав марки Д1 содержит в качестве легирующих элементов 3,8-4,8%Cu; 0,4-0,8%Mg; 0,4-0,8%Mn. Дуралюмины относятся к сплавам, упрочняемым термической обработ­кой. К литейным относятся сплавы алюминия с кремнием, медью, магни­ем. Литейные сплавы маркируются буквами АЛ и цифрами, обозначаю­щими порядковый номер сплава (ГОСТ 2685-75), например, АЛ2, АЛЗ. Наибольшее распространение получили силумины (сплавы алюминия с кремнием), содержащие от 5 до 13% Si. Фазовый состав, структуру и свойства силуминов можно варьировать изменением химического соста­ва, модифицированием - введением веществ, которые уже в малых коли­чествах (обычно не более десятых долей процента) способствуют кри­сталлизации структурных составляющих в измельченной форме, а также термической обработкой. В качестве модифицирующих добавок исполь­зуются марганец, никель, хром, титан, ванадий и некоторые другие эле­менты. Силумины обычно модифицируют натрием, который в жидкий сплав вводят в виде смеси фтористых и хлористых солей натрия в соот­ношении 2/3NaF+l/3NaCI.

Важнейшими сплавами на основе меди является латуни (сплавы меди с цинком) и бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цин­ка). По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на де­формируемые и литейные, по способности упрочняться - на неупрочняе­мые и упрочняемые термической обработкой.

Двойные деформируемые латуни маркируются буквой Л и цифрой, показывающей среднее содержание меди в процентах (ГОСТ 15527-70), на­пример, Л96, Л90, Л80, Л70, Л62, Л59. Латуни с содержанием меди 90% и более называются томпаком (например, сплав марки Л96), при 80-85% - полутомпаком (Л80). В марках, легированных деформируемых латуней, кроме цифры, показывающей содержание меди, указываются буквы и цифры, обозначающие легирующий элемент и его содержание в процен­тах. Например, сплав ЛАН59-3-2 содержит 59%Cu, 3%A!, 2%Ni, осталь­ное Zn. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а содержание каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, его обозначающей. Например, сплав ЛЦ40МцЗА содержит 40%Z,., 3%Mn, 1%AI, остальное Си.

Бронзы по основным легирующим элементам подразделяют на оловянистые, свинцовистые, кремнистые и др. В бронзах в качестве ле­гирующей добавки в небольших количествах может присутствовать и цинк. Деформируемые бронзы маркируют буквами Бр, за которыми сле­дуют буквы и цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элементов (ГОСТ 5017-74). Например, сплав БрОЦС4-4-2,5 содержит 4%Sn, 4%Zn, 2,5%Pb, остальное Си. В марках литейных бронз (ГОСТ 613-73) содержание каждого легирующего элемента указывается сразу после буквы, обозначающей его название. Например, сплав БрО6Ц6СЗ содержит 6%Sn, 6%Zn, 3%Pb, остальное Си.

Магниевые сплавы, легирующими элементами которых являются алюминий, цинк, кремний, а также редкие металлы - неодим, торий и другие, подразделяются на деформируемые и литейные, маркируемые соответствующими буквами МА и МЛ и цифрами, соответствующими но­меру сплава (ГОСТ 14957-76 и 2856-79). Магниевые сплавы, как дефор­мируемые, так и литейные, подвергают модифицированию и упрочняю­щей термической обработке.

Сплавы на основе олова (оловянистые баббиты) является высо­кокачественными антифрикционными материалами, для которых важным является наличие гетерогенной (неоднородной) структуры, состоящей из мягкой, пластичной основы, обеспечивающей прирабатываемость подшипника к валу, и твердых включений, упрочняющих материалы и пре­пятствующих схватыванию трущихся поверхностей. Оловянистые бабби­ты представляют собой трехкомпонентные сплавы системы олово-сурьма-медь. Наиболее широкое применение имеет сплав марки Б83 (ГОСТ 1320-74), содержащий 83%Pb, ll%Sb и 6%Cu.