Цветные металлы. Классификация и маркировка

классификация, маркировка.
4. Медь. Сплавы, классификация, маркировка.

промышленности и строительстве намного реже. Прежде всего, это связано с

тем, что подобный металл очень трудно добыть, к тому же, его природные ресурсы весьма ограниченны. Для того чтобы экономно расходовать ресурсы земли в производстве используется лом цветных металлов. В чистом виде цветные металлы используются крайне редко, а их легкие и тяжелые сплавы находят применение намного чаще.
Легкие сплавы изготавливаются из алюминия, магния и некоторых других видов цветных металлов. Чаще всего они используются для изготовления несущих и ограждающих конструкций, например, для оконных переплетов. Самыми легкими сплавами являются алюминиево-марганцевые и алюминиево-кремнеземистые.

цинк.
Бронза – это сплав меди с оловом или с

алюминием, марганцем и железом.
Латунь - состоит из меди и цинка.
Наиболее часто, среди тяжелых сплавов, применяется бронза и латунь.
Чаще всего тяжелые сплавы используются для производства архитектурных деталей и санитарно-технической арматуры.

конструкции, удобства монтажа, повышения коррозионной стойкости и уменьшения эксплуатационных расходов.

Алюминиевые

сплавы рекомендуются для:
а) несущих конструкций зданий и сооружений (оболочка, рамы фермы и т. д.), конструкций для химических предприятий с агрессивной средой (кроме воздействия влажностно-щелочной среды, растворов серной кислоты и ее солей), опор линий электропередач;
б) ограждающих конструкций, кровельных панелей, подвесных потолков, витрин, переплетов и т. д.

Элементы конструкций из алюминиевых сплавов можно соединять на заклепках, на болтах или сваркой. Сварные соединения выполняются механизированной или ручной электродуговой сваркой в защитной среде аргона, электрической контактной сваркой, сваркой под слоем флюса и газовой сваркой.

ограничивает его применение. Поэтому в качестве конструкционных материалов широкое применение

получили сплавы алюминия с легирующими добавками (Si, Mg, Си, Zn, Mn, Ni, Ti, Zr).

Сырьем для получения алюминия являются руды, содержащие глинозем А1203. Такими рудами являются бокситы, содержащие А1203 - 30-50%, они залегают в Ленинградской обл., на Урале, в Сибири, Московской обл., а также нефелины, алуниты с содержанием А1203 - 20-30%.

но обладает малой прочностью, и поэтому он применяется только в

электротехнической промышленности.

В строительстве применяются сплавы алюминия с медью, марганцем, магнием, кремнием.
Введение в алюминий этих элементов позволило получить сплавы с повышенной прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью.

Эти сплавы легко поддаются термической обработке.

- Al-Mg алюминиево-магниевая (магналии),
- Al-Si алюминиево-кремниевая (силумины),
- А1-Си-Mg

алюминиево-медно-магниевая (дюралюминий),
- Al-Mg-Si алюминиево-магнокремниевая (авиалипы),
- Al-Zn-Mg алюминиево-цинко-магниевая.

В зависимости от систем сплава, процентного содержания легирующих элементов и термической обработки алюминиевые сплавы делятся на две группы:
- деформируемые сплавы, из которых путем прокатки, прессования, волочения, ковки и штамповки получают различные изделия;
- литейные сплавы, которые идут на изготовление отливок.

третий по распространённости химический элемент в земной коре после кислорода

и кремния.

Алюминий  — лёгкий, серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.

Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных пленок, защищающих поверхность металла.

Температура плавления – 660 оС.

- сплавов — 38-42 кг/мм²

Твердость по Бринелю — HB = 24…32

кгс/мм²

Высокая пластичность:
- у технического — 35 %,
- у чистого — 50 % (прокатывается в тонкий лист и даже фольгу)

качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно

покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений.

В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому для упрочнения его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

образованием на его поверхности стойкой и плотной окисной пленки Al2O3.

Это свойство сохраняется и во многих сплавах, содержащих алюминий в виде легирующих элементов

Примеси, присутствующие в алюминии, понижают его пластичность, электро- и теплопроводность, снижают защитное действие пленки.

В технически чистом алюминии в качестве примесей могут находиться, в основном, Fe и Si.

в алюминии вместе примесями железа образует эвтектику из твердого раствора

на основе алюминия и кристаллов FeSiAl5, которая имеет форму китайских иероглифов. Кремний является менее вредной примесью в алюминии, чем железо, хотя также как и железо, уменьшает пластичность, электропроводность, коррозионную стойкость сплавов.
В больших количествах кремний применяется в сплавах на основе алюминия, как легирующий элемент.
Для нейтрализации вредного влияния железа сплавы легируют марганцем, за счет чего в сплавах формируется соединение (Fe, Mn)3Si2Al15, которое первично кристаллизуется из расплава в виде компактных ограненных кристаллов, что способствует повышению пластичности, если эти кристаллы достаточно мелкие.
Хром также вводят в силумины для нейтрализации отрицательного влияния железа.

используют в различных отраслях промышленности - самолето-, ракето- и судостроении,

радиоэлектронике, приборостроении и т. д.

Наиболее широко применяемые сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана и другие.
Подразделяют на:
- литейные, предназначенные для изготовления отливок,
- деформируемые, предназначенные для изготовления изделий прокаткой, прессованием, ковкой и штамповкой.

К алюминиевым деформируемым сплавам относятся:
- высокопластичные сплавы АМц, АМг1, АМг6,
- дюралюмины Д1, Д16,
- жаропрочные и высокопрочные сплавы АК4, АК6, АК8, В95 и др.
 

первичный,
ГОСТ 1583-93 - Сплавы алюминиевые литейные,
ГОСТ 4784-74 -

Алюминий и сплавы алюминиевые, деформируемые.
Литейные алюминиевые сплавы по ГОСТ 1583-93 маркируют буквами и цифрами с указанием среднего химического состава по основным легирующим элементам.
В действующем ГОСТе указана и старая система маркировки – условное обозначение марок, содержащее буквы АЛ.

от химического состава подразделяют на пять групп:
I группа –

сплавы на основе системы Al-Si. В нее входят сплавы марок АК12, АК13, АК9, АК9с, АК9ч, АК9пч, АК8л, АК7, АК7ч, АК7пч, АК10Су.
II группа – сплавы на основе системы Al-Si-Cu. В нее входят сплавы марок АК5М, АК5Мч, АК5М2, АК5М7, АК6М2, АК8М, АК5М4, АК8М3, АК8М3ч, АК9М2, АК12М2, АК12ММгН, АК12М2МгН, АК21М2,5Н2,5.
III группа – сплавы на основе системы Al-Cu. В нее входят сплавы марок АМ5, АМ4,5Кл.
IV группа – сплавы на основе системы Al-Mg. В нее входят сплавы марок АМг4К1,5М, АМг5К, АМг5Мц, АМг6л, АМг6лч, АМг10, АМг10ч, АМг11, АМг7.
V группа – сплавы на основе системы алюминий – прочие компоненты. В нее входят сплавы марок АК7Ц9, АК9Ц6, АЦ4Мг.

из алюминиевых сплавов, используется буквенно-цифровая система обозначений после марки сплава.

Без обозначения значит без термической обработки.
М - мягкий отожженный; Н - нагартованный; Н3 - нагартованный на три четверти; Н2 - нагартованный на одну вторую; Н1 - нагартованный на одну четверть; Т - закаленный и естественно состаренный; Т1 - закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность; Т2, Т3 - режимы искусственного старения, обеспечивающие перестаривание материала (режимы смягчающего искусственного старения); Т5 - закалка полуфабрикатов с температуры окончания горячей обработки давлением и последующее искусственное старение на максимальную прочность; T7 - закалка, усиленная правка растяжением (1,5-3 %) и искусственное старение на максимальную прочность

сплавах (силуминах).
Силумины обычно содержат от 5 до 14% Si,

т.е. на несколько процентов больше или меньше эвтектической концентрации.
Эти сплавы обычно имеют грубую игольчатую эвтектику.
Типичным силумином является сплав АЛ2 (АК12) с содержанием 10-13% Si.
В литом состоянии он состоит в основном из эвтектики и некоторого количество избыточных кристаллов кремния.
Механические свойства такого сплава очень низки: прочность на растяжение 120 – 160 МПа при относительном удлинении 1%.
Однако эти сплавы обладают очень важными свойствами, которые с трудом удается достичь в других более прочных сплавах: высокой жидкотекучестью, свариваемостью.
Они имеют малую усадку при литье, в связи с чем становится низкой их склонность к образованию усадочных трещин.

не менее 150-400 МПа,
HB=50-110,
растяжение 0,5-5,0%

создания технологичных и, в то же время, высокопрочных литейных алюминиевых

сплавов, которые могут подвергаться упрочняющей термической обработке.
При создании таких сплавов используют дополнительное легирование силуминов с целью образования в структуре силумина новых фаз, способных приводить к упрочнению при термической обработке.
В качестве таких легирующих элементов применяют
Mg, Cu и Mn.
На основе такого легирования в настоящее время созданы и используются литейные алюминиевые сплавы:
АЛ4 (9% Si, 0,25% Mg и около 0,4% Mn),
АЛ5 (5% Si, 1,2 Cu и 0,5% Mg).

и около 0,4% Mn),
АЛ5 – состав (5% Si, 1,2

Cu и 0,5% Mg).

Прочность этих сплавов после закалки и старения оказывается выше 200-230 МПа при удлинении 2-3%.

К литейным сплавам относятся также медистые сплавы АЛ-19 и ВАЛ10 содержащие 4-5% Cu и 9-11% Cu (таблица 2).
Эти сплавы в связи с более высокой температурой солидуса по сравнению с силуминами, являются более жаропрочными сплавами.

Эти сплавы содержат 6-13% Mg.

Прочность этих сплавов в закаленном

и состаренном состоянии может достигать значений 300-450 МПа при  = 10-25%.

К преимуществам этих сплавов относятся: высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях и при действии морской воды.

окислению в жидком состоянии;
- повышенная чувствительность к примесям Fe

(в результате образования нерастворимых соединений Al, Mg с Fe происходит значительное снижение пластичности);
- повышенная склонность сплавов к хрупкому разрушению при длительном действии внутренних или внешних напряжений;
- большая склонность к резкому снижению прочностных характеристик при совместном действии нагрузок и температуры;
- большая склонность к понижению механических свойств по мере увеличения сечения стенок деталей.

- термически упрочняемые.

В зависимости от назначения и требований в

отношении механических, коррозионных, технологических, физических и других свойств деформируемые сплавы разделяют на сплавы:
- высокой, средней и малой прочности,
- жаропрочные, криогенные, ковочные, заклепочные, свариваемые,
- со специальными физическими свойствами,
- декоративные.

а) Двойные сплавы Al-Cu.
б) Дуралюмины (на основе Al-Cu-Mg-Mn).
в)

Жаропрочные сплавы (на основе Al-Cu-Mg-Ni).
г) Высокопрочные сплавы (типа В95 на основе Al-Zn-Mg-Cu-Mn).

К термически не упрочняемым относятся сплавы Al-Mg (с небольшим соединением магния (до 5-6%) (АМг-3, АМг6, АМг5В и т.д.) и марганца (АМц).
Эти сплавы с точки зрения металлографии не представляют большого интереса.

Al-Mg (АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6) имеют относительно небольшие

прочностные характеристики, но высокую пластичность, а также отличаются высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью аргонодуговым способом.
Основные компоненты сплавов этой системы – магний и марганец.
В виде небольших добавок используют титан, цирконий, хром, кремний, бериллий.

Относительное удлинение снижается с увеличением содержания магния до 4%, а

затем медленно повышается.
Присутствие магния до 4,5% сохраняет высокую коррозионную стойкость сплавов после любых нагревов.
Присадки марганца и хрома повышают прочностные характеристики основного материала и сварных соединений, а также увеличивается сопротивляемость материала к образованию горячих трещин при сварке и коррозионному разрушению под напряжением.

сплавов.

Они отличаются высокой прочностью в сочетании с высокой пластичностью,

имеют повышенную жаропрочность, поэтому они применяются для работы при повышенных температурах.

Дуралюмины склонны к образованию кристаллизационных трещин и поэтому относятся к категории несваривающихся плавлением сплавов, а также имеют пониженную коррозионную стойкость.

прочности.
Сплавы Д19, ВАД1 и ВД17 являются дуралюминами повышенной жаропрочности,

а Д18, В65 с пониженным содержанием легирующих компонентов являются сплавами повышенной пластичности

небольшое количество примесей.
Марганец находится в дуралюминах в виде дисперсных

частиц фазы Т (Al12Mn2Cu), которые положительно влияют на их свойства: повышается температура рекристаллизации, измельчается структура холоднодеформированного материала, повышаются прочностные свойства при комнатной температуре, а также значительно увеличивается жаропрочность.
Кремний (до 0,05%) в сплавах с содержанием магния до 1%, повышает прочностные характеристики при искусственном старении; при более высоком содержании магния (1,5%) прочность понижается.
Кроме того, кремний увеличивает склонность к трещинообразованию при литье и сварке.
Железо понижает пластичность и способствует растрескиванию полуфабрикатов при деформации.
Небольшое количество железа (0,2-0,25%) в присутствии кремния не оказывает отрицательного влияния на механические свойства сплавов, значительно уменьшает склонность к трещинообразованию при литье и сварке.

АК4-1) по назначению относятся к группе жаропрочных материалов.
По своему

химическому и фазовому составу они весьма близки к сплавам типа дуралюмин.
Сплавы системы Al-Mg-Si (АД31, АД33, АД35, АВ) относятся к группе материалов обладающих повышенной пластичностью.
Эти сплавы широко применяют в качестве конструкционных и декоративных материалов, которые, наряду с хорошей пластичностью, обладают комплексом ценных свойств, включая высокую коррозионную стойкость, технологичность, способность подвергаться цветному анодированию и эмалированию.

и относятся к группе ковочных материалов.
Они отличаются от обычных

авиалей повышенным содержанием меди.

Сплавы системы Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu (В95, В96, В96ц, В93) относятся к группе высокопрочных сплавов.
Характерная особенность сплавов – высокий предел текучести, близкий по своему значению к пределу прочности материала, и пониженная пластичность

буквенно-цифровая и цифровая системы обозначений. В буквенно-цифровой маркировке (хотя этим

сплавам позднее была присвоена цифровая маркировка, но она не “прижилась”) не заложено какой-либо системы.
Буквы могут символизировать:
- алюминий и основной легирующий компонент - АМц (Al-Mn), АМг1 (Al-Mg), АМг2 (Al-Mg),
- назначение сплава (АК6, АК4-1 - алюминий ковочный),
- название сплава (АВ - авиаль, Д16 - дуралюминий),
- могут быть связаны с названием института, разработавшего сплав (ВАД1, ВАД23 - ВИАМ, алюминиевый, деформируемый) и т.д.

Наиболее распространенной сульфидной медной рудой является медный колчедан Cu2SFe2S3.

Чистая медь

– металл розовато-красного цвета, имеющий следующие физические свойства: плотность – 8,93 г/см3, температура плавления 1083° С.
Временное сопротивление при растяжении 20 кгс/мм2, относительное удлинение меди 30-60%.
Наклепанный материал дает более высокую прочность на разрыв (до 40-50 кгс/мм2) и большее удлинение (до 2%) с возрастанием твердости по Бринеллю от НВ 45 до НВ 90.
Медь является ковким и пластичным металлом.
В промышленности и строительстве применяют сплавы меди с цинком, словом, алюминием, марганцем, никелем и др.

технике, так как имеет хорошие механические свойства и невысокую стоимость.

Сплавы меди, содержащие от 20 до 46% цинка, называются латунью, а при содержании цинка до 20% томпаком.
При добавке к латуни свинца получается латунь свинцовистая, а при сплавлении с оловом — морская латунь. Свинец, добавляемый в латунь, улучшает обрабатываемость резанием, а олово повышает сопротивление против разрушения морской водой.
Цинк в составе латуни повышает ее пластичность и временное сопротивление при растяжении.
Наиболее высоким сопротивлением растяжению латунь обладает при содержании цинка до 45%, при содержании же цинка до 30% латунь достигает наибольшей пластичности. Латунь хорошо обрабатывается прессованием, прокаткой, штамповкой, волочением. Из латуни изготавливают ленту, лист, проволоку и другие изделия.

зависят от применяемых для сплавов металлов (оловянные, алюминиевые, фосфористые, марганцовистые).

Бронза является хорошим антифрикционным материалом, обладает более высоким временным сопротивлением по сравнению с латунью, высокой твердостью и хорошим сопротивлением против химических воздействий.
Алюминиевая бронза содержит 90-94,36% меди и 5,64 алюминия и имеет следующие показатели механической прочности: сопротивление при разрыве от 35 до 90 кг/мм2, относительное удлинение от 2 до 80%.
Алюминиевые бронзы применяются вместо морской латуни в местах, подверженных большим давлением или действию кислот.

которых наиболее известны:
- мельхиор (80% меди и 20% никеля),
- никелин

(66% меди и 34% никеля),
- константан (40% никеля и 60% меди).

В строительстве медь и ее сплавы (бронза и латунь) применяются для отделочных работ в сооружениях 1-го класса.

называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными,

алюминиевыми и т. д.
Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием.
Для повышения механических характе­ристик и придания особых свойств, бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором.
- Введение марганца способствует повыше­нию коррозионной стойкости,
- введение никеля — пластичности,
- введение железа — прочности,
- введение цинка — улучшению литейных свойств,
- введение свинца — улучшению обраба­тываемости.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ста­вят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%).

(σв =150—350 МПа; δ = 3—5%; твердость НВ 60—90), антифрикционные

и антикоррозионные свойства; хорошо отливаются и обрабатываются резанием. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.
Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017—74) поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п.

Литейные оловянные бронзы содержат большее количество олова (до 15%), цинка (4— 10%), свинца (3—6%), фосфора (0,4—1,0%). Литейные бронзы  (ГОСТ 614—73)    применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основной недостаток оловянных бронз.

различное сочетание этих элементов.
Алюминиевые бронзы    содержат 4—11%   алюминия. Алюминиевые

бронзы имеют высокую коррозионную  стойкость,  хорошие  механические  и технологические свойства.    Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании алюминия до 8%  — и в хо­лодном состоянии. Бронзы, содержащие 9—11% алюминия, а также железо,    никель,   марганец, упрочняются  термической  обработкой (закалка и   отпуск). Наиболее поддающаяся закалке БрАЖН10-4-4 после закалки  (980°С) и отпуска (400°)  повышает твердость    с НВ  170—200   до НВ 400.

Марганцовистые бронзы (БрМЦ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при по­вышенных температурах.

четыре раза большей, чем у оловянных бронз), применяют для высоконагруженных

подшипников с большими удельными давлениями.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, например у БрБ2 σв = 1250 МПа, НВ 350, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы
(БрКН1-3, БрКМцЗ-1) 
применяют  как заменители  дорого­стоящих бериллиевых бронз.

латуни (ГОСТ 15527— 70 и 17711-72), а также бронзы -

оловянистые (ГОСТ 5017-74), алюминиевые (ГОСТ 1048-70), бериллиевые (ГОСТ 1789-70).
Латуни - сплавы меди с цинком - маркируют буквой Л;
в марках латуни более сложного состава после буквы Л имеются русские буквы, соответствующие находящимся в них добавкам;
цифры после букв указывают процент меди и соответствующих добавок.
Например, марка ЛС-59-1 означает: латунь свинцовистая, содержащая 57-60% Cu и 0,8-1,5% Pb.

— маркируют буквами Бр, за которыми следуют буквы и цифры,

показывающие соответственно легирующие элементы и их процентное содержание.
Например, Бр ОЦС8-4-3 содержит 8% Sn, 4% Zn и 3% Pb.

К магниевым деформируемым сплавам относятся сплавы MA1, MA5, МА11 и другие (ГОСТ 19657-74).

Технический титан - ВТ1 и деформируемые сплавы на его основе ВТ5, ВТ5-1, ВТ14 и другие (ГОСТ 19807-74) обрабатывают прокаткой, ковкой и штамповкой.
Из них изготовляют детали, от которых при малой плотности требуются высокие эксплуатационные характеристики и коррозионная стойкость в агрессивных средах.