Методическая разработка по теме "Цветные металлы"

Практическая работа по теме:

 «Маркировка цветных металлов. Медь. Алюминий»

               В современном машиностроении, энергетике, радиоэлектронике и других отраслях народного хозяйства широкое применение находят цветные металлы и сплавы на их основе.

            Цветные металлы и их сплавы обладают различными физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, благодаря которым они нашли широкое применение: высокой устойчивостью против коррозии, электро- и теплопроводностью, способностью подвергаться различным видам обработки.

Медь и её сплавы

            Медь. Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По ГОСТ 859-2001 первичная техническая медь выпускается в виде катодов, слитков, полуфабрикатов, прутков, которые перерабатываются в круглые, квадратные, шестигранные горячекатаные и тянутые ленты, труб, проволоки электротехнической, фольги медной и рулонной и электролитической и медных порошков. Медь в этой продукции в зависимости от массовой доли примесей выпускается следующих марок: М00А, М00БК, М0А, М0, МБ, М1, М2, М2Р, М3, М3Р, М4. В  маркировке первичной технической меди приняты следующие обозначения: М – медь; цифры от 00 до 4 – массовая доля естественных примесей от 0,01 до 1,00 %; Б – бескислородная, Р – раскисленная, А – анодная, К – катодная.

            Латуни. Сплавы меди с цинком называются латунями.

            По сравнению с медью латунь обладает более высокой прочностью, твердостью, упругостью, коррозионной стойкостью, меньшей пластичностью и высокими технологическими свойствами (литейными свойствами, деформируемостью и обрабатываемостью резанием).

            По ГОСТ 15527-70 латунь выпускается в виде проволоки, лент, полос, полос, труб, тянутых и прессованных изделий в отожженном и нагартованном состоянии.

            Простые латуни состоят из меди и цинка.

            Марки простых латуней: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60. Латуни маркируются буквой Л – латунь, после которой стоят цифры, указывающие содержание в ней меди в процентах. Например, Л63 означает, что латунь состоит из 63% меди и 37% цинка.

            Сложные латуни состоят из меди, цинка, алюминия, железа, марганца, никеля, олова, свинца и других химических элементов. По ГОСТ 15527-70 выпускаются следующие марки сложных латуней: ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАМш59-3-2, ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5, ЛЖМц59-1-1, ЛЖС58-1-1, ЛН65-5, ЛЖц58-2, ЛМцА57-1-1, ЛО90-1, ЛО70-1, ЛО62-1, ЛО60-1, ЛС63-3, ЛС74-3, ЛС74-3, ЛС64-3, ЛС60-1, ЛС59-1, ЛС59-3, ЛС74-3, ЛМш68-0,05.

            Сложные латуни маркируются буквой Л – латунь, после которой следуют буквы, обозначающие легирующие элементы: А – алюминий, Ж – железо, Мц – марганец, К – кремний, С – свинец, О – олово, Мш – мышьяк, Н – никель. Первые цифры, стоящие за буквами, обозначают массовую долю меди в процентах, последующие цифры – массовую долю компонентов в процентах в той последовательности, в какой они приведены в буквенной части условного обозначения. Количество цинка определяется по разности. Например, латунь марки ЛС60-1 имеет следующее содержание компонентов: 60% меди, 1% свинца, 39% цинка.

            Приведенные марки сложных латуней обрабатываются давлением. Кроме того, выпускается большая группа литейных латуней в виде чушек (ГОСТ 1020-77) следующих марок: ЛС, ЛСД, ЛС1, ЛОС, ЛК, ЛК1, ЛК2, ЛКС, ЛМцС, ЛМцЖ, ЛЖ, ЛАЖМц.

            Бронзы. Бронзами называются сплавы меди с оловом и другими химическими элементами. По способу переработки различают литейные и деформируемые бронзы, по химическому составу – оловянистые и безоловянистые.

            Оловянистые бронзы (ГОСТ 613-79) выпускаются в виде чушек следующих марок: БрО3Ц12С5, БрО3ЦТС5Н1, БрО4Ц4С17, БрО5Ц5С5, БрО5С25, БрО6Ц6С3, БрО8Ц4, БрО10Ф01, БрО10Ц2, БрО10С10, БрО4Ц7С5.

            Безоловянистые бронзы (ГОСТ493-79) выпускаются в виде чушек для последующего литья следующих марок: БрА9Мц2Л, БрА10Мц2Л, БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж3Мц2, БрА10Ж4Н4Л, БрА11Ж6Н6, БрА9Ж4Н4Мц1, БрС30, БрА71Мц15Ж3Н2Ц2, БрСу3НЦ3С20Ф.

            Маркируют бронзы буквами Бр – бронза, за которыми следуют заглавные буквы, обозначающие легирующие элементы, введенные в бронзу: А – алюминий, Ж – железо, Н – никель, С – свинец, Су – сурьма, Ц – цинк, Ф – фосфор, и далее цифры, показывающие содержание этих элементов в процентах. Количество меди определяется по разности.

Например: БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu ("Л"' указывает, что сплав литейный);

Алюминий и его сплавы

           Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии. По ГОСТ 11069-2001 в зависимости от химической чистоты выпускается первичный алюминий трех групп: особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995, А99, А97, А95), технической чистоты (А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, АО). В маркировке первичного алюминия цифры соответствуют массовой доле чистого алюминия. Например, марка алюминия А999 означает, что массовая доля чистого алюминия составляет 99,999%, примесей не более 0,001%.

           Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

           По ГОСТ 1583-93 литейные алюминиевые сплавы выпускаются следующих групп и марок:

            - сплавы на основе системы алюминий – кремний  - АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ-9, АЛ9-1, АЛ-34, АК9, АК7;

            - сплавы на основе системы алюминий – кремний – медь – АЛ3, АЛ5, АЛ5-1, АЛ6, АЛ32 и др.;

            - сплавы на основе системы алюминий – медь – АЛ7, АЛ19, АЛ33;

            - сплавы на основе системы алюминий – магний – АЛ8, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ27, АЛ27-1, АЛ28;

            - сплавы на основе системы алюминий и прочие компоненты – АЛ1, АЛ11, АЛ21, АЛ24, АЛ25, АЛ30 и др.

            Литейные алюминиевые сплавы идут на изготовление фасонных отливок, работающих при различных нагрузках: корпусов приборов, кронштейнов, блоков цилиндров, головок цилиндров, поршней и т.д.

            Разновидностью деформируемых алюминиевых сплавов являются силумины, которые иногда также применяются в качестве литейных сплавов. Сплавы в чушках   используются для подшихтовки при выплавке деформируемых сплавов, сплавы в слитках – для обработки давлением и в виде готовых изделий, полученных обработкой давлением в горячем и холодном состоянии: прутки, фасонные профили, трубы, листы, ленты, полосы, поковки, штамповки и проволока.

            Деформируемые алюминиевые сплавы, неупрочняемые термической обработкой (ММ, М, ДМН, АМ4С, АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг4,5, АМгВС, АМг5, АМг6), - это группы сплавов системы алюминий – марганец и сплавы системы алюминий – магний, так называемые сплавы АМг.

            Дюралюминий (Д1, Д16, В65, Д18, В95 и др.) – это наиболее распространенный представитель деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой.

            Алюминиевые сплавы для поковок и штамповок (АК4, АК4-1, АК5, АК6, АК8) обладают высокой прочностью, твердостью, а также пластичностью в горячем состоянии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание 1. Ответь на вопросы.

1)      Какими свойствами обладает чистая медь?

2)      В каком виде, согласно ГОСТ 859-2001, выпускается первичная техническая медь.

3)      Как маркируется техническая медь?

4)      Что такое латунь?

5)      Какими свойствами обладает латунь?

6)      В каком виде, согласно ГОСТ 15527-70, выпускается латунь.

7)      Как маркируются простые латуни? Объяснение и пример.

8)      Из чего состоят сложные латуни?

9)      Как маркируются сложные латуни? Объяснение и пример.

10)  Что такое бронза? Назовите виды.

11)  Как маркируют бронзы? Объяснение и пример.

12)  Свойства алюминия.

13)  На какие группы разделяют алюминиевые сплавы?

14)  На какие группы и марки, согласно ГОСТ 1583-93, делятся  литейные алюминиевые сплавы?

15)   Применение литейных алюминиевых сплавов.

16)   Назовите группы и марки, применение деформируемых алюминиевых сплавов.

Задание 2. Описать химический состав сплава и область применения

Марка сплава	Химический состав сплава	Область применения сплава
Л85
ЛС60-1
ЛО70-1
БрА9Мц2Л
АЛ23 (АМг6л)

        Вывод:

Практическая работа по теме:

 «Титан и его сплавы»

1.Свойства титана

          В системе классификации элементов Менделеева Ti находится под номером 22. Титан – металл серого цвета. Содержание титана в земной коре не превышает 0,61%. Титан входит в состав более 60 минералов, основными из которых являются ильменит FeO•TiO2 и рутил TiO2.

          Плотность титана 4,5 г/см³. Температура плавления титана зависит от степени его чистоты и колеблется в пределах от 1660 до 1680⁰С. Более существенно наличие примесей влияет на механические свойства титана. Титан и титановые сплавы относятся к парамагнитным материалам. При нагревании их восприимчивость к температуре снижается. Материал характеризуется высокими удельным электросопротивлением – 42·10-8-80·10-6 Ом·см. В условиях, когда температура опускается ниже 0,45К,  металл превращается в проводник. Внешне он напоминает сталь.  По удельной теплоемкости и плотности титан находится между алюминием и железом. При этом его механическая прочность практически в 13 раза выше, чем у чистого железа и 6 раз больше, чем у алюминия. Титан технической чистоты обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. По коррозионной стойкости он превосходит нержавеющую сталь и приближается к благородным металлам (золото, серебро, платина). Титан практически не подвергается воздействию атмосферного воздуха, пресной и морской воды. При нормальных условиях он не растворяется во многих сильных органических и минеральных кислотах.  При температуре выше 500⁰С и особенно в расплавленном состоянии химическая активность титана резко возрастает. Поэтому при плавке и дуговой сварке требуется применения вакуума или защитной атмосферы инертных газов (например, аргона). Титан имеет неплохие технологические свойства. Он хорошо обрабатывается давлением. Из него изготовляют листы, трубы, проволоку, поковки.

           Однако у титана как конструкционного материала имеется и ряд недостатков. Один из них уже рассмотрен – высокая химическая активность с газами, содержащимися в атмосфере, при повышенных температурах. Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается. К недостаткам титана следует отнести также низкую теплопроводность (почти в 15 раз ниже, чем у алюминия) и невысокие антифрикционные свойства.

          Некоторые из рассмотренных недостатков титана устраняются при помощи его легирования, т.е. получения сплавов на основе титана. В качестве легирующих добавок используют алюминий, хром, марганец, молибден, ванадий и другие элементы. Чаще всего целью легирования является повышение механических свойств и жаропрочности.

Влияние легирующих элементов.

Прочность титана повышают алюминий, железо, марганец, хром, олово, кремний.

Жаростойкость - алюминий, цирконий, молибден

Коррозионную стойкость - молибден, никель, тантал.

2. Классификация титановых сплавов:

По технологии производства:

• деформируемые (ВТ5)

• литейные (ВТ5л)
• порошковые

По способности упрочнятся:

• неупрочняемые (ВТ5,ОТ4-1)
• упрочняемые ( ВТ6, ВТ22)

По уровню прочности:

• малопрочные (ВТ5)
• среднепрочные (ВТ6)
• высокопрочные ( 1000 МПа)

По назначению:

• свариваемые конструкционные (ОТ4, ВТ5-1)
• жаропрочные до Т=500^оС (ВТ9, ВТ25, ВТ20)
• криогенные до Т= - 253^оС (ВТ5-2к, ВТ6С, ОТ4)
• литейные для фасонного литья (ВТ6л, ВТЗ-1 л)
• сплавы повышенной коррозионной стойкости (4201)
• сплавы со специальными свойствами (с эффектами памяти)

3. Сфера применения титана

          В авиастроении, ракетостроении — каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени и т. д.

          В судостроении — обшивка корпусов судов и подводных лодок, сварные трубы, гребные винты, детали насосов и др.

          В химической промышленности: реакторы для агрессивных сред, насосы, змеевики, центрифуги и др.

          В гальванотехнике: ванны для хромирования, анодные корзины, теплообменники, трубопроводы, подвески и др.

          В газовой и нефтяной промышленности: фильтры, седла клапанов, резервуары, отстойники и др.

          В криогенной технике: детали холодильников, насосов компрессоров, теплообменники и др.

          В пищевой промышленности: сепараторы, холодильники, емкости для продуктов, цистерны и др.

          В медицинской промышленности: инструмент, наружные и внутренние протезы, внутрикостные фиксаторы, зажимы и др.         

          Однако широкое применение титановых сплавов пока сдерживается сложной и дорогой технологией производства чистого титана и относительно высокой его стоимостью. Тем не менее тенденция роста мирового производства титана позволяет считать его одним из самых перспективных материалов в современной технике.

4. Марки титана и сплавов

          В зависимости от массовой доли примесей выпускают технический титан следующих марок: ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1 (ГОСТ 19807-91).

           Титановые      сплавы   выпускают деформируемые и литейные.  Титановые сплавы поставляются в виде листов, труб, прутков, проволоки, поковок, отливок и др.  Все титановые сплавы достаточно технологичны – хорошо льются, обрабатываются давлением, свариваются дуговой сваркой в атмосфере защитных газов, но плохо обрабатываются резанием (вязкие).

К деформируемым относятся сплавы ВТ5, ВТ6, ВТ8, ВТ14 и др. Согласно ГОСТ19807-91 деформируемые титановые сплавы обозначаются буквами ВТ, ОТ, ПТ (В, О, П – идентификатор организации-разработчика или производителя, Т – титан) и цифрами, указывающими порядковый номер сплава в зависимости от химического состава:

В– ВИАМ титан – Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ, г. Москва);
О– Опытный титан – совместная разработка ВИАМ и Верхнесалдинского металлургического производственного объединения (ВСМПО, г. Верхняя Салда, Свердловская область);
П– Прометей титан – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ЦНИИ КМ "Прометей", г. Санкт-Петербург).
В некоторых случаях после порядкового номера сплава ставится дополнительная буква:
У – улучшенный,
М– модифицированный,
И– специального назначения,
Л – литейный,
В – с преобладанием ванадия в качестве легирующего элемента.
          Пример расшифровки:

ВТ8 – ВИАМ титановый сплав, номер марки 8.
ПТ-7М – Прометей титановый сплав, номер марки 7, модифицированный.

Титановые литейные сплавы выпускают следующих марок: ВТ1, ВТ5Л, ВТ3-1Л, ВТ1Л, ВТ21Л. Литейные сплавы имеют в конце марки букву Л и отличаются повышенной жидкотекучестью за счёт введения специальных добавок (ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Ответь на вопросы.

1)    Назовите основные минералы, в состав которых входит титан.

2)    Какими свойствами обладает титан?

3)    Недостатки титана, как конструкционного материала. Каким способом могут быть они устранены?

4)    Как классифицируются титановые сплавы?

5)    Где применяется титан?

6)    Как маркируются технический титан и титановые сплавы (марки и объяснение)

Краткое описание документа:

Разработка содержит материалы для проведения практических работ по материаловедению для студентов 1 курса техникума по профессии "Автомеханик". Практическая работа по теме "Цветные металлы. Алюминий. Медь." и практическая работа по теме "Цветные металлы. Титан и его сплавы." Материал к каждой работе содержит теоретическую часть и практическую.