Медь и ее сплавы. Магний и его сплавы

1.

Медь и её сплавы.
Магний и его сплавы

2.

Медь и его сплавы
Медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового
цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки).
Главными достоинствами меди как машиностроительного
материала являются высокие электропроводность, пластичность,
коррозионная стойкость в сочетании с достаточно высокими
механическими свойствами. К недостаткам меди относят низкие
литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием.

3.

Характеристика элемента
Медь (Cu от лат. Cuprum) — элемент одиннадцатой
группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой
группы) периодической системы химических элементов Д.
И. Менделеева, с атомным номером 29. C давних пор
широко используется человеком.

4.

5.

Медь и её сплавы
Легирование меди делается с целью придания сплаву требуемых
механических, технологических, и других свойств. Химические элементы, которые
используются при легировании, обозначают в марках медных сплавов
следующими индексами:
А – алюминий;
Мг – магний;
Вм – вольфрам;
Мц – марганец;
М – медь;
Ви – висмут;
Мш – мышьяк;
В – ванадий;
Н – никель;
Км – кадмий;
О – олово;
Гл – галлий;
С – свинец;
Сн – селен;
Г – германий;
Ср – серебро;
Ж – железо;
Су – сурьма;
Зл – золото;
Ти – титан;
К – кобальт;
Ф – фосфор;
Кр – кремний;
Ц – цинк.

6.

Медь и её сплавы
Медные сплавы делятся по следующим признакам:
по химическому составу на:
латуни;
бронзы;
медно-никелевые сплавы;
по технологическому назначению на:
деформируемые;
литейные;
по изменению прочности после термической обработки на:
упрочняемые;
не упрочняемые.

7.

Медь и её сплавы
Латуни – сплавы меди, в которых главным
легирующим элементом является цинк.
В
зависимости
от
содержания
легирующих
компонентов различают:
простые латуни;
многокомпонентные латуни.
Простые латуни маркируют буквой «Л» и цифрами,
показывающими среднее содержание меди в сплаве.
Например, сплав Л90 (латунь, содержащая 90 % меди,
остальное – цинк).

8.

Медь и её сплавы
В марках легированных латуней группы букв и цифр,
стоящих после них, обозначают легирующие элементы и их
содержание в процентах. Например, сплав ЛАНКМц75-2-2,50,5-0,5 (латунь, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 %
никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное – цинк).
В зависимости от основного легирующего элемента
различают
алюминиевые,
кремнистые,
марганцевые,
никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.

9.

Медь и её сплавы
Бронзы – это сплавы меди с оловом и другими элементами
(алюминий, марганец, кремний, свинец, бериллий). В
зависимости от содержания основных компонентов, бронзы
делятся на:
оловянные, главным легирующим элементом которых
является олово;
безоловянныя , не содержащие олова.
Бронзы маркируют буквами «Бр» и буквенные индексы
элементов, входящих в состав. Затем следуют цифры,
обозначающие среднее содержание элементов в процентах
Например, сплав марки БрОЦС5-5-5 ( бронза содержит олова,
свинца и цинка по 5 %, остальное – медь 85 %).

10.

Медь и её сплавы
Медно-никелевые сплавы образует большое количество твердых растворов, которые
делятся на несколько групп:
1) конструкционные;
2) электротехнические;
3) ювелирные.
Основные характеристики конструкционных медно-никелевых сплавов: высокая
твердость, сопротивление стиранию, коррозионная стойкость. Вместе с никелем используют
марганец, хром, алюминий, цинк и другие компоненты.
В электротехнических сплавах содержание марганца может превосходить никель.
Сплавы обладают стабильным сопротивлением, высокой токопроводностью.
К декоративным относятся соединения меди и никеля, хорошо поддающиеся разным
видам обработки: резанию, деформации. Они обладают высокой жидкотекучестью.

11.

Медь и её сплавы
Деформируемые
должны
обладать
хорошей
пластичностью
способностью
воспринимать
пластические деформации без разрушения.
Литейные предназначены для изготовления фасонных
отливок, состав сплава здесь подбирается так, чтобы
получить высокую жидкотекучесть − способность
заполнять тонкие рельефы отливок.

12.

Магний

13.

Характеристика элемента
Магний
- элемент 2 группы, третьего периода периодической системы
химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 12. Обозначается
символом Mg (лат. Magnesium). Простое вещество магний - лёгкий, ковкий металл
серебристо-белого цвета.
Физические свойства: Плотность магния при 20 °C — 1,738 г/см³, температура
плавления 651 °C, температура кипения 1090 °C, теплопроводность при 20 °C — 156
Вт/(м·К). При температуре Тс = 0,0005 К магний переходит в сверхпроводящее
состояние.
При обычных условиях поверхность магния покрыта защитной плёнкой оксида
магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600 °C,
после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием
оксида и нитрида магния Mg3N2.

14.

Характеристика элемента
Это один из самых распространённых элементов земной коры. Большие
количества магния находятся в морской воде в виде раствора солей.
Природные источники магния:
Ископаемые
минеральные
отложения
магнезиальные карбонаты: доломит, магнезит);
Морская вода;
Рассолы (рапа соляных озёр).
(магнезиальные
и
калийно-

15.

Характеристика элемента
Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью, что
и обусловило применение магния и его сплавов в различных отраслях техники.
Магний кристаллизуется в гексагональной решетке (α=0,32 нм, с=0,52 нм),
аллотропических превращений не имеет.
Магний и его сплавы не устойчивы против коррозии. Магний относительно
устойчив против коррозии лишь в сухой атмосфере. При повышении температуры
он интенсивно окисляется и самовоспламеняется (при температуре выше 500 °С он
горит ослепительно ярким светом).
Окисная пленка магния (MgO) не обладает защитными свойствами, так как ее
плотность значительно выше плотности магния, поэтому она растрескивается.

16.

Сплавы магния
В качестве легирующих добавок в магниевых сплавах используют:
алюминий (Al)
цинк (Zn)
вводят для упрочнения
марганец
(Mn) – вводят для повышения коррозионной стойкости и
измельчения зерна.
В сплав магния вводят и некоторые другие элементы (в сотых долях
процента): бериллий – для уменьшения склонности к воспламенению при
разливке и др.
Растворимость падает с уменьшением температуры, что позволяет
применять для этих сплавов термическую обработку, заключающуюся в
закалке с последующим старением.
Сплавы магния подразделяют на деформируемые (МА) и литейные (МЛ).

17.

Сплавы магния: МА
Состав (%) деформируемых магниевых сплавов:
Сплав
МА1
Система
Mg–Mn
Al
–
MA2
Mg – Al – Zn
3–4
MA5
Mg – Al – Zn
MA10
MA11
Mn
1,3 – 2,5
Прочие
–
0,2 – 0,8 0,15 – 0,5
–
7,8 – 9,2 0,2 – 0,8 0,15 – 0,5
–
Mg – Al –Cd – Ag 7,8 – 8,8
Mg – Nd – Mn
Zn
–
–
–
–
0,2 – 0,6
7 – 8 Cd: – 2,5 Ag
1,5 – 2,5
2,5 – 4,0 Nd
0,1 – 0,25 Ni

18.

Сплавы магния: МА
Механические свойства (типичные) деформируемых магниевых
сплавов:
Сплав
Состояние
σВ, МПа
σ0,2, МПа
δ, %
МА1
Отожженное
210
120
8
MA2
?
280
180
10
MA5
Отожженное
320
220
14
MA10
Закалка +
старение
430
300
6
Показатель удельной прочности сплавов (σВ/γ) есть разрушающая длина в км – длина
проволоки, при которой она разрушается под собственным весом.

19.

Сплавы магния: МА
Согласно ГОСТ 14957 химический состав в % деформируемых
магниевых сплавов представлен в таблице ниже:
Сплав
Fe
Si
Mn
Ni
Al
Cu
Zr
Be
Mg
Zn
Nd
Приме
си
МА1
до 0,05
до 0,1
1,3-2,5
до
0,007
до 0,1
до 0,05
-
до
0,002
96,8998,7
до 0,3
-
0,2
МА2
до 0,05
до 0,1
0,15-0,5
до
0,005
3-4
до 0,05
-
до
0,002
94,49396,65
0,2-0,8
-
0,3
МА5
до 0,05
до 0,1
0,15-0,5
до
0,005
7,8-9,2
до 0,05
-
до
0,002
89,2991,85
0,2-0,8
-
0,3
МА11
до 0,03
до 0,1
1,5-2,5
0,1-0,22
до 0,1
до 0,03
-
до
0,002
96,8298,4
до 0,2
2,5-3,5
0,3
МА12
до 0,05
до 0,05
до 0,1
до
0,005
до 0,05
до 0,05
0,3-0,8
до
0,002
98,6999,7
до 0,2
2,5-3,5
0,3

20.

Сплавы магния: МЛ
Химический состав литейных магниевых сплавов близок к
деформируемым. Но по свойствам они заметно им уступают,
особенно по пластичности. Это связано с грубой литой структурой.
Термическая обработка приводит к растворению избыточных фаз,
сконцентрированных по границам зерен, что повышает пластичность и
прочность.
Магниевый сплав МЛ10
(95.18 - 97.3 % содержание
Mg, 2.2 - 2.8 % - Nd )
Магниевый сплав МЛ12
(93.58 - 95.4 % содержание
Mg, 4 - 5 % - Zn)

21.

Сплавы магния: МЛ
Механические свойства (типичные) линейных магниевых сплавов:
Сплав
МЛ2
МЛ3
МЛ4
МЛ5
МЛ10
МЛ12
Состояние
Без
термической
обработки
Без
термической
обработки
>>
Закаленный и
состаренный
Без
термической
обработки
Закаленный и
состаренный
То же
>>
σВ, МПа
σ0,2, МПа
δ, %
120
35
4
180
55
8
180
95
5
250
120
4
160
110
1,5
260
150
2
220
270
125
180
5
6

22.

Сплавы магния: МЛ
Согласно ГОСТ 2856-79 химический состав в % литейных магниевых
сплавов представлен в таблице ниже:
Сплав
Fe
Si
Mn
Ni
Al
Cu
Zr
Be
Mg
Zn
Nd
Приме
си
МЛ3
до 0,06
до 0,25
0,15-0,5
до 0,01
2,5-3,5
до 0,1
до
0,002
до
0,002
93,996,85
0,5-1,5
-
0,5
МЛ4
до 0,06
до 0,25
0,15-0,5
до 0,01
5-7
до 0,1
до
0,002
до
0,002
88,492,85
2-3,5
-
0,5
МЛ5
до 0,06
до 0,25
0,15-0,5
до 0,01
7,5-9
до 0,1
до
0,002
до
0,002
89,192,15
0,2-0,8
-
0,5
МЛ10
до 0,01
до 0,03
-
до
0,005
до 0,02
до 0,03
0,4-1
до
0,001
95,1897,3
0,1-0,7
2,2-2,8
0,2
МЛ12
до 0,01
до 0,03
-
до
0,005
до 0,02
до 0,03
0,6-1,1
до
0,001
93,5895,4
4-5
-
0,2

23.

Применение
Используется для получения лёгких и сверхлёгких литейных сплавов
(самолётостроение, производство автомобилей), а также в пиротехнике и военном
деле для изготовления осветительных и зажигательных ракет. Со второй половины XX
века магний в чистом виде и в составе сплава кремния с железом —
ферросиликомагния, стал широко применяться в чугунолитейном производстве
благодаря открытию его свойства влиять на форму графита в чугуне, что позволило
создать новые уникальные конструкционные материалы для машиностроения —
высокопрочный чугун (чугун с шаровидным графитом и чугун с вермикулярной
формой графита), сочетающие в себе свойства чугуна и стали.
Технический магний применим для пиротехнических целей, в химическом
производстве как раскислитель и модификатор, однако легированием и
термической обработкой могут быть получены сплавы с пределом прочности 300350 МПа. Применение сплавов магния с такой прочностью может оказаться
целесообразным, если учесть их низкую плотность (около 1,8 г/см3).

24.

Использованная литература:
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, Под редакцией доктора технических наук,
профессора В. С. Кушнера, 2008 года
Материаловедение в машиностроении и промышленных технологиях:
Учебно-справочное руководство / В.А. Струк, JT.C. Пинчук, Н.К. Мышкин,
В.А. Гольдаде, П.А. Витязь — Долгопрудный: Издательский Дом
«Интеллект», 2010. — 536 с.
МЕДЬ И ДЕФОРМИРУЕМЫЕ МЕДНЫЕ СПЛАВЫ: Учебное пособие /
Научный редактор доц., канд.техн.наук С.П.Буркин Екатеринбург 2004
https://www.youtube.com/watch?v=KOKn_G-1u2g

25.

Спасибо за
внимание!