Чугуны
Чугун – сплав железа с углеродом, в котором углерода более 2%. Плотность р = 6÷7,8 т/м3. Самый дешевый металлический конструкционный материал, имеющий хорошие литейные и антифрикционные свойства. Чугуны делятся на серый, ковкий и высокопрочный.
В сером чугуне (СЧ15, СЧ20, СЧ45) углерод находится в форме графита. Благодаря низкой стоимости его широко применяют для изготовления корпусных деталей сложной формы, получаемых литьем, при отсутствии жестких требований к габаритам и массе. В станкостроении масса чугунных деталей составляет 60–80%. Недостатком серых чугунов является малая прочность и ударная вязкость, повышенная хрупкость (остаточное удлинение при разрыве < 0,3%). Цифра в обозначении серого чугуна показывает значение предела прочности, например предел прочности СЧ20 составляет 200 МПа.
Ковкий чугун получают путем отжига отливок из белого чугуна, в котором весь углерод находится в связанном состоянии (высокоуглеродистая фаза находится в виде цементита). Он характеризуется более высокими значениями предела прочности, модуля упругости и пластичности. Название "ковкий" условное, заготовки, так же как и из серого чугуна, получают только литьем. Применяют его для литых деталей, допускающих случайную ударную нагрузку.
Обозначается буквами КЧ и значениями σΒ и δ. Например, КЧ50-5 означает ковкий чугун с пределом прочности 500 МПа и относительным остаточным удлинением при разрыве 5%.
Высокопрочные чугуны получают добавлением легирующих элементов (Cr, Mg и др.) и могут подвергаться поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и упрочнением наклепом, чугуны с присадкой А1 поддаются азотированию. Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные тяжелонагруженные детали, например коленчатые валы, которые по прочности не уступают кованым и штампованным валам из углеродистых и низколегированных сталей, а по износостойкости превосходят их.
Легкие сплавы
К этой группе материалов относятся сплавы на основе алюминия (плотность ρ = 2,6÷3,0 т/м3) и магния (р = 1,8 т/м3).
В авиационной и космической технике их широко применяют для изготовления корпусных деталей; в общем машиностроении – для изготовления быстроходных деталей (поршней, ползунов), совершающих качательное или возвратно-поступательное движение, чтобы уменьшить возникающие при этом динамические нагрузки, а также для крышек и кожухов, с целью облегчения обслуживания.
По технологии изготовления легкие сплавы делятся на литейные и деформируемые.
Литейные сплавы. По назначению литейные сплавы условно можно разделить на три группы:
• сплавы, отличающиеся высокой герметичностью (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34 и др.);
• высокопрочные жаропрочные сплавы (АЛ3, АЛ5, АЛ 19, АЛ33 и др.);
• коррозионно-стойкие сплавы (АЛ8, АЛ22, АЛ24 и др.).
В основном применяются сплавы первой группы на основе А1 + Si, называемые силуминами. Они содержат кремния 10–13%, отличаются высокими литейными свойствами, удовлетворительной коррозионной стойкостью, могут длительно работать при температурах 150–200°С.
Поверхности деталей защищают анодированием или лакокрасочными покрытиями. Сплав АЛ2 применяют для изготовления герметичных деталей; АЛ4, АЛ5 – для средних и крупных деталей ответственного назначения; АЛ34 – для сложных по конфигурации корпусных деталей, работающих под большим давлением газа или жидкости.
Жаропрочные сплавы (на основе Λ1 + Si + Си + Mg) выдерживают температуры до 250–300°С. Сплав АЛ5 используют для головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением и других деталей, работающих при температуре нс выше 250°С; АЛ 19 – для ответственных деталей, работающих в условиях повышенных статических и ударных нагрузок при низких температурах и повышенных (до 300°С).
Сплавы на основе А1 + Mg имеют низкую плотность, высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях, морской воде и щелочных растворах. Эти сплавы хорошо обрабатываются резаньем. Недостатком сплавов АЛ8, АЛ27 является низкая жаропрочность – рабочие температуры не выше 80°С.
Деформируемых сплавы. Эти сплавы поставляются в виде фасонного профиля, листового проката, проволоки и труб.
Основное применение имеют сплавы на основе Al + Си + Mg, называемые дуралюминами (Д1, Д16, Д18, В65, ВД17). Они упрочняются термической обработкой, имеют высокие характеристики прочности и пластичности. Сплав Д1 применяют для лопастей воздушных винтов, узлов креплений строительных конструкций; Д16 – для силовых элементов конструкций самолетов (шпангоуты, нервюры, лонжероны, тяги управления); В65, Д18 – для заклепок; ВД17 – для лопаток компрессоров газотурбинных двигателей, работающих при температуре до 250°С. Дуралюмины хорошо свариваются точечной сваркой, удовлетворительно обрабатываются резаньем.
Жаропрочные сплавы типа ΛΚ4-1 (на основе Λ1 + Си + + Mg + Fe + Ni) хорошо деформируются в горячем состоянии, обрабатываются резаньем, удовлетворительно соединяются контактной сваркой. Fix применяют для изготовления деталей реактивных двигателей (крыльчатки центробежных насосов, диски и лопатки компрессоров), работающих при температурах до 350°С.
Высокопрочные сплавы В95, В96Ц1 (на основе Al + Ζn + + Mg + Си) имеют высокие значения предела прочности п применяются для конструкций, работающих в основном в условиях напряжений сжатия (силовые детали обшивки самолета, стрингеры, лонжероны, шпангоуты и т.п.). Механические характеристики некоторых марок алюминиевых сплавов приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2
|
Марка сплава |
|
|
|
Твердость, НБ |
|
Литейные сплавы |
||||
|
АЛ 2 |
170 |
80 |
6 |
50 |
|
АЛ 4 |
260 |
200 |
4 |
70 |
|
АЛ9 |
200 |
ПО |
4 |
50 |
|
АЛЗ |
330 |
280 |
3 |
90 |
|
АЛ 5 |
250 |
180 |
1 |
75 |
|
АЛ 8 |
320 |
170 |
11 |
70 |
|
АЛЮ |
320 |
220 |
12 |
90 |
|
Деформируемые сплавы |
||||
|
Д1 |
410 |
250 |
10 |
|
|
Д16 |
450 |
320 |
19 |
- |
|
Д18 |
160 |
60 |
25 |
|
|
АМг3 |
230 |
120 |
25 |
- |
|
АМг5П |
270 |
150 |
23 |
- |
|
АМц |
150 |
120 |
22 |
- |
|
АК8 |
450 |
400 |
8 |
- |
|
АД33 |
230 |
120 |
19 |
- |
|
В95 |
500 |
400 |
5 |
|
|
АК4 |
320 |
- |
8 |
- |
