Никель, медно-никелевые и никелевые сплавы

Никель технически чистый содержит не ме­нее 99 % никеля и применяется в основном для изготовления дета­лей в точных электротехнических приборах, а также для покрытия металлов (никелирования). Он имеет очень высокие антикоррози­йные свойства и высокое электрическое сопротивление, ρ=8,9т/м². Электропроводность никеля составляет всего 15 % электропроводности ме­ди. Наибольшее значение никеля — его использование как легиру­ющего элемента.

Сплавы никеля с металлами обладают ценными механическими и физическими свойствами: жаростойкостью, кислотостойкостью, электросопротивлением и т. д. Сплавы меди с никелем называются медно-никелевыми.

В судостроении медно-никелевые сплавы применяют в основном для изготовления труб теплообменных аппаратов и различных судо­вых систем, так как они имеют наибольшую стойкость против кор­розии в морской воде и в среде пара из всех используемых для этих целей медных сплавов.

Алюминий и его сплавы

Алюминий обладает малой плотностью (ρ=2,7г/см³), высокой электро- и теплопроводностью, немагнитен. Он имеет высокую коррозионную стойкость в различных средах (пар, топливо, масло, азотная и сер­ная кислоты, пресная вода) вследствие очень прочной пленки окси­да алюминия, которая покрывает металл, защищая его от проник­новения кислорода. Алюминий хорошо обрабатывается давлением, но имеет низкие литейные свойства.

Промышленность выпускает тринадцать марок технического алюминия, которые делятся на три группы: алюминий особой чистоты (А999); алюминий высокой чис­тоты (А995, А99, А97, А95); алюминий технической чистоты (А85, А8, А7, А6, А5, АО, А, АЕ).)

В марках буква А обозначает алюминий, а цифры — степень чистоты металла. Алюминий марки А999 содержит не менее 99,999 % алюминия, марок А995, А99, А97, и А95 — соответственно 99,995; 99,99; 99,97 и 99,95 %; марок А85, А8, А7, А6, А5, АО, А и АЕ — соответственно 99,85; 99,8; 99,7; 99,6; 99,5; 99; 99 и 99,5 %. Основные примеси алюминия — железо и кремний — повышают прочность, но снижают пластичность.

Алюминий особой и высокой чистоты применяют в электропро­мышленности для изготовления шин, кабелей и проводов, а также электрических конденсаторов, химической аппаратуры, фольги и т. п. В настоящее время многие медные токопроводящие детали заменяют более дешевыми алюминиевыми.

Из технически чистого алюминия делают посуду и другие изде­лия широкого потребления. В авиационной промышлен-ности его ис­пользуют для изготовления труб, в металлургической — в качестве раскислителей при производстве стали, для насыщения поверхност­ных слоев стальных деталей (алитирование) с целью повышения их жаростойкости, в судостроении — в виде фольги, служащей для теплоизоляции и в других целях.

Основное количество алюминия технической чистоты расходует­ся на производство алюминиевых сплавов, которые вследствие таких свойств, как малая плотность, высокая прочность и коррозион­ная стойкость, немагнитность, малая склонность к хрупким разрушениям, сохранение механических свойств при низких температу­рах, высокие технологические свойства и т. д., находят все большее распространение в промышленности.

В судостроении из алюминиевых сплавов изготовляют корпуса судов на подводных крыльях, надстройки, рубки, мачты, грузовые стрелы, шлюпбалки, иллюминаторы, дельные вещи, металлическую мебель, трубы и арматуру систем вентиляции, корпуса катеров и шлюпок, зашивку помещений, легкие двери.

Алюминиевые сплавы применяют часто вместо, стали что позволяет снизить массу кон­струкций до 50 %, повысить их долговечность, уменьшить осадку судна, снизить потребную мощность главных двигателей и одновре­менно повысить скорость движения судна, сделать корпуса судов немагнитными, увеличить стойкость, повысить грузоподъемность и т. д.

В зависимости от химического состава и способа изготовления алюминиевые сплавы делят на деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы. Они содержат, кроме алюминия, марганец, магний, медь и другие элементы. Эти сплавы, составляющие основную массу всех применяемых в промышленно­сти алюминиевых сплавов, хорошо поддаются обработке давлением (ковке, штамповке, прокатке и т. п.).

В зависимости от содержания основного (кроме алюминия) эле­мента деформируемые алюминиевые сплавы делят на следующие группы: алюминиево-марганцевые (АМц); алюминиево-магниевые (АМг); алюминиево-медистые, или дюралюмин (Д). Цифры в мар­ке обозначают условный порядковый номер сплава.

В зависимости от предела прочности все деформируемые алю­миниевые сплавы разделяют на сплавы

· низкой прочности (σ_в< 300 МПа);

· средней (σ_в=300...450 МПа);

· высокой (σ_в> 450 МПа).

Сплавы высокой прочности маркируют дополнительно буквой В, а сплавы, предназначенные для ковки и штамповки — буквами АК.

В марку сплавов, кроме основных обозначений, вводят буквы и цифры, указывающие состояние поставки или вид термической обработки:

Н — нагартованное состояние (горячая прокатка, отжиг, холодная прокатка, отжиг и холодная прокатка);

П— полунагартованное состояние (горячая прокатка, отжиг, холодная прокатка, отжиг частичный);.

ГК— горячекатанные полуфабрикаты;

М — отожженные сплавы;

Т — сплавы, прошедшие закалку и естествен­ное старение;

TI — сплавы, прошедшие закалку и искусственное старение.

Большинство деформируемых алюминиевых сплавов плакируют чистым алюминием. Плакирование бывает технологическое, нор­мальное и утолщенное.

Технологическое плакирование выполняют для предотвращения появления поверхностных трещин в листах при прокате. После тех­нологического плакирования лист обозначается буквой В, толщина плакирующего слоя с каждой стороны листа составляет 1,5 % его толщины.

Нормальное и утолщенное плакирование производят для предо­хранения сплавов от коррозии или улучшения внешнего вида изде­лий. Лист после нормального плакирования обозначают буквой Н. Толщина плакирующего слоя равна 2-4 % толщины листа и 4-8 % при утолщенном плакировании (его обозначают буквой У).

Деформируемые алюминиевые сплавы в зависимости от возмож­ности их технического упрочнения делят на не упрочняемые и упроч­няемые термической обработкой.

К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся алюминиево-марганцевые (АМц) и алюминиево-магниевые (АМг). Они имеют высокую пластичность и повышенную сопротивляе­мость коррозии, хорошо свариваются и штампуются, но обладают низкой прочностью. Из них изготовляют коррозионно-стойкие дета­ли, сварные изделия, трубы, заклепки, штампованные детали и т. д.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относится дюралюмин (Д). Максимальную прочность он приобретает после закалки. Дюралюмин широко применяют в промышленности, осо­бенно в самолетостроении; из него изготовляют листовые конструк­ции, трубы, лопасти воздушных винтов и т. д. Однако дюралюминовые сплавы имеют низкую коррозионную стойкость и не поддаются сварке.

Недостатком алюминиевых сплавов является повышенная по сравнению со сталью способность деформироваться при сварке, что вызывается более высоким, чем у стали; коэффициентом линейного расширения.

Недостатком следует считать также то, что при нагреве эти сплавы не меняют цвета, поэтому во время сварки и правки конструкций нагревом газовой горелкой могут произойти прожоги. При соединении алюминиевых сплавов со сталью возникает контактная коррозия. Для предотвращения этого явления между со­единяемыми поверхностями ставят изолирующие прокладки из ре­зины, тиоколовой ленты и других материалов. При клепке этих соединений заклепки берутся из того материала, который соприка­сается с агрессивной средой.

Литейные алюминиевые сплавы. Они предна­значены для изготовления изделий методом литья. Их маркируют, буквами АЛ, которые обозначают «алюминиевый сплав литейным», и цифрами, которые обозначают номер сплава. Буква В в конце марки, показывает, что это вторичный сплав, изготовленный из лома и отходов.

В зависимости от содержания основных элементов различают три главные группы сплавов: алюминия с кремнием (силумины); алюминия с магнием (магналии); алюминия с медью.

Наибольшее распространение получили силумины. Простые си­лумины (АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др.) содержат до 13 % кремния, а слож­ные (АЛЗ, АЛ5,,АЛ6 и др.) — до 22 % кремния, а также магний, медь, никель, хром, железо и другие примеси, улучшающие их ме­ханические свойства.

Силумины имеют высокую жидкотекучесть и малую усадку, что.позволяет получать отливки сложной формы. Эти сплавы обладают удовлетворительной прочностью, но низкой пластичностью, плохим сопротивлением ударным нагрузкам и недостаточной коррозионной стойкостью в морской воде. Для повышения механических свойств силумины подвергаются модифицированию, т.е. обработке расплав­ленного сплава металлическим натрием или смесью солей натрия и калия.

Магналии, содержащие до 11% магния (АЛ8, АЛ12, АЛ13, АЛ22 и др.) имеют наименьшую плотность из всех алюминиевых литейных сплавов, высокую прочность, пластичность и достаточную коррозионную стойкость. Однако литейные свойства у них более низкие, чем у силуминов.

Сплавы алюминия с медью, содержащие не более 15 % меди (АЛ7, АЛ19 и др.), после термической обработки приобретают высокие механические свойства, но имеют довольно низкие литей­ные свойства.

В судостроении из литейных алюминиевых сплавов изготовляют детали оборудования, дельные вещи, арматуру, детали механизмов и двигателей.

Титан и его сплавы

Титан не магнитен, имеет малую плотность (ρ=4,5 г/см³), высокую темпера­туру плавления 1160 °С и пластичность, высокую стойкость против корро­зии в пресной и морской воде, а также во многих кислотах. По своим антикоррозионным свойствам титан превосходит цветные металлы (кроме благородных) и легированные стали. При взаимо­действии с агрессивной средой на поверхности титана образуется нерастворимая пленка, которая защищает металл от коррозии.

Титан удовлетворительно обрабатывается давлением (ковкой, штамповкой, прессованием, прокаткой), резанием, сваривается электродуговой сваркой в атмосфере защитных газов (аргона или гелия), он обладает низкой электропроводностью, малочувстви­телен к хрупким разрушениям, при низких температурах сохраняет механические свойства при нагреве до 400 °С.

Недостатки чистого титана — низкая прочность, высокая чувст­вительность к надрезу, воспламеняемость и взрывоопасность в пылеобразном состоянии. Тонкая стружка, образующаяся при обработке титана резанием, может самовозгораться в результате нагрева. Пыль, образующаяся в процессе шлифования в воздухе, при определенной концентрации взрывоопасна.

Химическая активность титана при обычной температуре низкая, но с повышением температуры значительно возрастает и становится наивысшей при температуре плавления. Даже в азоте титан может гореть.

В промышленности применяют технический титан марок ВТ1-00, ВТ1-1, и ВТ1-2, содержащий от 0,1 до- 0,74 % примесей кислорода, азота, водорода, железа, крем­ния, никеля и др. Кислород, азот, углерод и водород— вредные примеси. Кислород и азот снижают пластичность, а при низких температурах вызывают хладноломкость титана. Углерод также способствует хладноломкости. Водород повышает чувствительность титана к надрезу и снижает сопротивляемость ударным нагрузкам. Примеси железа, кремния и никеля способствуют улучшению меха­нических свойств титана.

При нагреве прочность титана понижается, а пластичность по­вышается. При температуре 450 °С он теряет упругие свойства. При охлаждении прочность титана увеличивается, а пластичность пони­жается; он становится хрупким при температуре —196 °С. При об­работке заготовок давлением в холодном состоянии титан получает упрочнение (наклеп) и теряет пластичность. Наклеп снимают отжигом при температуре нагрева 600 °С.

Антифрикционные сплавы

Наряду с подшипниками качения в машинах широко используют подшипники скольжения, которые составляют трущуюся пару: шей­ка вращающегося вала.— вкладыш подшипника. Поскольку вкла­дыши подшипников скольжения непосредственно соприкасаются с валами, их изготовляют из сплавов, достаточно пластичных (чтобы легко прирабатывались к поверхности вращающегося вала) и твердых (чтобы служили опорой для вала). Однако твердость не долж­на быть слишком высокой, чтобы не вызывать быстрого истирания вала. Кроме того, сплавы должны иметь малый коэффициент тре­ния с материалом вращающегося вала, обладать микропористостью для удержания смазки и достаточно низкой температурой плавле­ния, удобной для заливки подшипников. Сплавы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются подшипниковыми или ан­тифрикционными

Антифрикционные сплавы имеют пластичную основу, в которой равномерно рассеяны более твердые частицы. При вращении в под­шипниках вал опирается на эти твердые частицы, а мягкая основа вкладыша по поверхности соприкосновения с валом изнашивается, в результате чего образуется сеть микроканалов, по которым перемещается смазка. Подшипниковые материалы делят на следующие группы: белые антифрикционные сплавы на основе олова, свинца (баббиты) и алюминия; сплавы на основе меди; чугуны серые, мо­дифицированные и ковкие; порошковые пористые, материалы; пласт­массы.

Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор α-сурьмы и меди в олове, а твердыми частицами — соединения SnSb и Cu₃Sn, Баббиты Б83 применяют для заливки подшипников особо нагруженных машин. Оловянные баббиты дорогие, поэтому по возможности их заменяют баббитами, состоящими преимущественно из свинца (например, баббит марки Б16).

Другие подшипниковые сплавы. Сплавы алюминия по сравнению с баббитами отличаются меньшей плотностью, большей проч­ностью и дешевизной. Недостатком является значительная разница в коэффициенте расширения алюминиевых сплавов, и стали.

Наибольшее распространение имеет алюминиево-медный сплав — алькусин (7,5—9,5% Си, 1,5—2,5% Si, остальное — алюминий), в котором мягкая основа — твердый раствор кремния и меди в алю­минии, а твердые частицы — соединение СиА1₂. Этот сплав приме­няют как заменитель баббита марки Б16. Кроме того, применяют алюминиево-никелевые, алюминиево-железные сплавы — силуми­ны, а также сплавы на основе цинка и кадмия.

Оловянные бронзы с 8 % Sn и более применяют как подшипни­ковые. По структуре они представляют собой основную массу твер­дого раствора олова в меди (мягкая фаза) и твердые частицы соединения Cu₃Sn. Для экономии олово частично заменяется свин­цом и цинком.

Оловянная бронза марки БрОФ10-1, содержащая 0,8—1,2 % Р,— прекрасный антифрикционный сплав. Применяется для ответствен­ных подшипников, так как допускает большие удельные давления.

В качестве антифрикционных сплавов применяют также оловянно-свинцовые и свинцовые бронзы (например, марок БрОС8-12 и БрС-30), причем последние употребляют для заливки подшипников двигателей внутреннего сгорания. В качестве дешевых заменителей металлических материалов для подшипников успешно используют пластифицированную древесину, текстолит и резину.

Материалы атомных реакторов

Конструкционные материалы атомных реакторов. В судострое­нии атомные энергетические установки (АЭУ) находят все большее применение. Их устанавливают на кораблях и транспортных судах (в СССР, например, на ледоколах «Ленин», «Сибирь», «Арктика», и «Россия»).

Основной частью АЭУ является атомный реактор, в котором происходит реакция деления ядерного горючего. Эта реакция со­провождается радиоактивным излучением.

Поэтому при постройке корпуса реактора, радиационной защиты и оболочек тепловыделя­ющих элементов (ТВЭЛ) помимо традиционных применяют специ­альные материалы, обладающие особыми свойствами: бериллий, цирконий, ванадий, ниобий, тантал и другие.

Бериллий имеет температуру плавления 1284 °С, обладает малой плотностью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Не­достаток его — низкая пластичность и сильная токсичность. При повышении температуры пластичность бериллия заметно возраста­ет, при температуре 200—250 °С он переходит из хрупкого состояния в пластическое, а при температуре 850 °С становится красно­ломким.

Механическая обработка бериллия затруднена. Его сложно сва­ривать и паять. В результате сварки структура бериллия делается крупнозернистой, сильно понижаются, его механические свойства. В настоящее время сварку выполняют в основном электронным лучом.

Лучший способ соединения бериллиевых деталей — пайка. Она может быть высоко- и низкотемпературной и осуществляться в вакууме или инертной среде. В качестве припоев применяют сплав серебра с медью и литием.

Цирконий имеет температуру плавления 1850 °С, обладает вы­сокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Он хорошо обра­батывается давлением и резанием, удовлетворительно сваривается. Недостатком циркония является низкая механическая прочность, которая уменьшается при повышении температуры. Цирконий, по­добно титану, активно взаимодействует с газами: кислородом, азо­том и водородом. В реакторах, работающих на быст­рых нейтронах, температура в рабочей зоне может повышаться свы­ше 630 °С, поэтому для изготовления оболочек ТВЭЛ используют жаростойкие стали.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: