Латунь – сплав меди и цинка в разных пропорциях, в сочетании с другими металлами. Простые латуни (двухкомпонентные) маркируют буквой Л и цифрой, означающей количество цинка (Л63, Л68, Л90 и др.). Сложные латуни (многокомпонентные) с содержанием легирующих металлов, маркируют несколькими буквами и цифрами в зависимости от состава (ЛС59-1, ЛМц58-2, ЛО90-1 и др. )

Ценные качества латуни

Латунный сплав прочнее меди, устойчивее к разрушению под воздействием окружающей среды. При отрицательных температурах металл не теряет пластичность, остается прочным на разрыв. При высокой температуре ползучесть (медленная деформация с течением времени) ниже, чем у меди. Это свойство появилось благодаря более высокому показателю рекристаллизации. Но электро- и теплопроводность латуни ниже, чем у меди.

Благодаря содержанию легирующего металла латуни приобретают те или иные свойства. Оловянные, алюминиевые, кремнистые. Марганцевые латуни устойчивы к морской воде. Марганцевые латуни выдерживают воздействие перегретого пара. Свинцовые латуни прекрасно обрабатываются резанием. Некоторые сплавы (ЛК65-1.5-3, ЛО90-1, ЛЖМц59-1-1) сочетают антифрикционные свойства с отличной коррозийной стойкостью.

Латунные полуфабрикаты – ленты, листы, трубки, прутки востребованы на рынке и пользуются устойчивым спросом.

Виды латунных прутков

Прутки, состоящие из меди и цинка, называют двухкомпонентными или простыми. Многокомпонентные сплавы могут включать металлы: висмут, свинец, марганец, олово и др. Содержание легирующего металла определяет вид латуни: свинцовая, оловянная, марганцевая.

Прутки из латуни выпускают круглого, квадратного, прямоугольного и шестигранного сечения. Прессованные и тянутые. По состоянию сплава различают латунные прутки мягкие, полутвердые, твердые. Точность изготовления высокая, повышенная, нормальная.

Прутки поставляются в бухтах и отрезках. В зависимости от желания заказчика изделие отвечает тем или иным требованиям, имеет определенные механические свойства.

Латунные прутки изготовлены по российским нормативами (ГОСТ, ТУ) или зарубежными стандартами (EN). Диаметры выпускаемых изделий варьируются от 3 до 220 мм.

Применение латунных прутков

Латунные прутки нашли применение в каждой отрасли промышленного производства:

• машиностроении;
• судостроении;
• автомобилестроении;
• в производстве космической и авиационной техники;
• в изготовлении деталей и корпусов часов;
• приборостроении;
• химическом производстве;
• в производстве деталей: фурнитура, гайки, винты и т. д.

Пруток используют в пищевой промышленности. Становится составляющей перерабатывающего оборудования, сепараторных агрегатов, варочных агрегатов, пищевых трубопроводов низкого давления. В устройствах, которые регулярно взаимодействуют с жидкостями, там, где требуется максимальная коррозийная стойкость материала.

Латунь используют в отделке. Материал хорошо поддается полировке, принимает нужную форму и сохраняет ее. Приятный желтый цвет украшает интерьер. А стоимость материала ниже, чем у многих цветных металлов.

Оловянные латуни устойчивы к морской воде. Их используют в судостроении. Свинцовые латуни хорошо обрабатываются резанием. Из них изготавливают мелкие детали для часовой промышленности, делают винты, заклепки, гайки и прочее. Из латунных прутков ЛЖМц59-1-1 изготавливают детали самолетов и морских судов, так как они обладают повышенной прочностью и устойчивостью к коррозии.

Физические свойства прутков из латуни позволяют с легкостью обрабатывать их резанием, штамповкой, фрезеровкой.

Где используются латунные болты? Статьи компании «Крепсила»

Латунные болты — качественные крепежные элементы, пользующиеся большим спросом. Их применяют в различных сферах хозяйства. Из нашей статьи вы узнаете, что такое латунь и каковы ее преимущества в качестве материала для изготовления метизов.

Где используются латунные болты?

Латунный болт – крепеж, который пользуется большим спросом и применяется в различных сферах хозяйства. Для создания резьбового соединения латунные метизы используют вместе с гайками, сделанными из того же материала. По физическим и механическим свойствам болты из латуни не уступают нержавеющим крепежным элементам.

Что такое латунь?

Латунь – двух- или многокомпонентный сплав, основой которого является медь. В качестве главного легирующего компонента используется цинк. Дополнительными элементами сплава могут быть олово, свинец, никель, марганец. В зависимости от количества компонентов и их процентного состава меняется внешний вид латуни и ее свойства. Например, температура начала плавления может составлять от 800 до 950 градусов.

Важное свойство латуни – пластичность. Наилучшими характеристиками обладают сплавы, содержащие около 30% цинка. Пластичностью называется способность материала деформироваться под воздействием нагрузки, не разрушаясь.

О процентном содержании меди в составе сплава можно узнать по маркировке латуни. В двухкомпонентных сплавах концентрация мели указывается сразу после буквы Л. маркировка многокомпонентных латуней немного отличается. Первая цифра после буквы Л – это процентное содержание меди. Вторая – концентрация легирующего компонента.

Преимущества болтов из латуни

Латунь наследует все полезные свойства цветных металлов, входящих в ее состав. поэтому латунные болты могут применяться в условиях, при которых обычные стальные метизы малоэффективны. Среди основных преимуществ крепежа из латунных сплавов стоит отметить:

• коррозионную стойкость – проявляется в морской и пресной воде;
• устойчивость к агрессивным химическим веществам – у латуни она даже выше, чем у меди;
• стойкость к пониженным температурам – при охлаждении сплав незначительно меняет свои свойства, поэтому может быть использован в регионах с холодным климатом;
• немагнитность – остаточная намагниченность отсутствует;
• меньший уровень трения по сравнению с цинком и нержавейкой;
• эстетичность.

Во многих случаях латунные болты служат намного дольше, чем стальные. Но следует учесть, что сплав на основе меди достаточно мягкий, поэтому использовать метизы из латуни в условиях повышенных нагрузок не получится.

Сфера применения латунных метизов

Мебельная индустрия – один из самых крупных потребителей метизов из латуни. Они используются как для сборки предметов обстановки, так и для крепления декоративных элементов. Благодаря своим свойствам латунные болты нашли широкое применение в машиностроении, приборостроении, строительстве. Их используют для изготовления сантехники, а также оборудования, используемого в фармакологической, химической и пищевой промышленности.

 Купить латунные болты и другой крепеж из этого сплава по цене на 7% ниже рыночной предлагает компания «Крепсила». Вы можете приобрести метизы, изготовленные по стандартам, или заказать производство по собственным чертежам.

Влияния цинка на свойства латуней

Латунь представляет собой металлический сплав на основе меди и цинка. Последний элемент используется в качестве легирующей добавки, и от его содержания зависят свойства сплава. При концентрации цинка в сплаве в количестве 6% – 20% он называется томпаком, а при его повышенном содержании, доходящем до 35%, латунь принято называть желтой. Максимально допустимая концентрация легирующей добавки в латуни не может превышать 43%.

Классификация латуней

Чтобы корректно описать влияние цинка на свойства латуней, необходимо привести классификацию сплавов:

• Двухкомпонентные латуни: в составе сплава присутствуют только основные элементы – медь и цинк в разном процентном соотношении.
• Многокомпонентные сплавы: помимо основных ингредиентов, в состав металла вводятся дополнительные легирующие добавки, изменяющие его физико-химические свойства.

Таким образом, при получении готового металла с нужными характеристиками, с учетом изменения концентрации только цинка, речь идет о двухкомпонентных сплавах или простых латунях.

Влияние цинка на свойства латуней

Изменение концентрации цинка в составе простых латуней называется фазовым составом металла, который вызывает следующие изменения физико-химических свойств двухкомпонентных сплавов:

• Вне зависимости от концентрации цинка при его добавлении до предельного показателя 45%, прочность сплава неизбежно растет. Но при превышении этого значения она начинает резко падать, вплоть до хрупкого разрушения материала под незначительной нагрузкой.
• При введении доли цинка до 30% сохраняется ковкость и пластичность латуни.
• Предел пластичности металла достигается при введении в состав меди цинка до 37-38%, после чего материал плохо поддается механической обработке и, чаще всего, используется при изготовлении гаек и резьбовых соединений для сантехнической промышленности.
• Для производства латунной проволоки, прутков и прочих элементов, эксплуатация которых подразумевает холодную деформацию, применяется латунь марки Л63. Является двухкомпонентным составом с процентным содержанием цинка не более 32-35%. Недостаток данной марки заключается в потере эксплуатационных свойств при нагреве материала выше 300оС. В научной терминологии такие латуни называются a сплавами.
• Для увеличения пластичности сплава при повышенном содержании цинка (до 40%) используется марка латуни ЛС59-1. Ковкость металлу при нагреве дает минимальное содержание свинца в качестве легирующего элемента. Металл с такими характеристиками называется b сплавом.

Благодаря усилиям работников металлургической индустрии применение латуни в современном промышленном производстве практически не ограничено. Латунь активно используется в тяжелом машиностроении, входит в состав большинства высокоточного оборудования, широко применяется при производстве элементов отопления и водоснабжения.

Изменение доли цинка в сплаве позволяет достичь простоты в обработке и улучшения прочностных показателей готовых изделий. По статистике, латунь является самым часто используемым сплавом на основе меди.

Машиностроительные материалы общие понятия

С помощью знаний, которые накопили многочисленные ученые, занимавшиеся тщательным изучением различных металлов, сплавов, их свойств и особенностей, появилась возможность создавать такие материалы, которые отличаются поистине уникальными свойствами. Они сейчас широко используются при производстве современных машин и оборудования, летательных аппаратов, исследующих космическое пространство и т.п.

Следует заметить, что в химически чистом виде металлы в машиностроении практически не применяются, а используются преимущественно их сплавы. Все они подразделяются на черные и цветные. К черным принято относить железо, а также различные его сплавы с углеродом (чаще всего – с добавление некоторых других химических элементов, называющихся в том случае легирующими), а к цветным – алюминий, медь, олово, свинец и их сплавы.

Одной из причин широкого применения в машиностроении сплавов является то, что процесс получения чистых металлов весьма дорогой и трудоемкий. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев сплавы обладают гораздо лучшими характеристиками, чем натуральные металлы в чистом виде. Например, прочность стали существенно выше, чем прочность железа, бронзы и латуни – выше, чем меди, а дюралюминия – чем чистого алюминия. Одним из важных свойств сплавов является пластичность, то есть их свойство деформироваться под воздействием внешних сил, при этом не разрушаясь.

В природе насчитывается несколько десятков металлов, из которых современной промышленностью выпускаются десятки тысяч самых разнообразных сплавов. Их ассортимент и номенклатура постоянно растут, причем некоторые сплавы становятся все более и более популярными, а некоторые перестают использоваться в технике совсем.

Для того чтобы составить более-менее определенную картину того, какими же сплавы бывают в принципе, необходимо составить их классификацию. На сегодняшний день единого их подразделения по типам и видам не существует, однако есть градация по некоторым важным признакам. Самая простая и наиболее очевидная из них основывается на содержании главного компонента. Согласно ей все выделяют:

• Железо и его сплавы с углеродом (чугуны и стали)
• Медь и сплавы на ее основе (латуни и бронзы)
• Никели и сплавы на его основе
• Алюминий и сплавы на его основе (дуралюмины и силумины)
• Магний и сплавы на его основе
• Титан и сплавы на его основе
• Цинк и сплавы на его основе
• Свинец и сплавы на его основе
• Олово и сплавы на его основе

В принципе, этот список ни в коей мере не может быть исчерпывающим, поскольку в него вполне можно включить и все другие металлы, которые есть в таблице Менделеева. На практике железо и его сплавы с углеродом принято называть черными металлами, а отрасль промышленности, которая занимается их производством – черной металлургией. Кроме того, к категории черных металлов относят также марганец, хром, причем по той простой причине, что они в весьма значительных количествах используются именно в черной металлургии в качестве легирующих, реагирующих и раскисляющих элементов при выплавке различных марок сталей и чугунов.

Все другие металлы и их сплавы принято причислять к цветным, а та отрасль металлургии, которая их выпускает, именуется цветной металлургией.

Если металлы и их сплавы классифицировать по такому признаку, как назначение, то их можно подразделить на конструкционные и инструментальные. Конструкционные металлы и сплавы предназначены для того, чтобы с их помощью изготавливать различные детали машин, приборов и механизмов, такие как, например: валы, станины, шестерни, пружины, рычаги, шатуны, сердечники, храповики, обмотки электрических машин и трансформаторов и т.п. В практической деятельности конструктивные металлы и сплавы нередко именуются машиностроительными.

Инструментальные сплавы используются для изготовления различных инструментов, таких, как фрезы, резцы, сверла, метчики, плашки, штампы, молотки, а также разнообразные мерительные инструменты (например, скобы и калибры).

Существует и довольно широко применяется также классификация металлов и сплавов на основе такого признака, как технология получения заготовок из них. В этом отношении все материалы делятся на простые и пригодные для прокатки и ковки (деформируемые). Основным свойством последних является пластичность, то есть способность принимать различную форму, не меняя свою структуру, под влиянием различных механических воздействий. К деформируемым металлам и сплавам относится сталь, дуралюмины, латуни и некоторые марки бронзы. Все остальные сплавы относятся к категории литейных, и из них изготавливают различного рода отливки. Основными свойствами этих сплавов являются небольшая линейная и объемная усадка, высокая текучесть. К наиболее типичным и широко используемым в машиностроении литейным сплавам относятся оловянная бронза, силумины и чугуны. Есть целая категория сплавов, которые являются одновременно и литейными, и деформируемыми (некоторые бронзы и латуни, а также отдельные вида сталей).

Любой сплав состоит из так называемых нужных и ненужных составных частей. Нужными являются те из них, без которых сплав просто не будет иметь ценных свойств, и они называются компонентами. Что касается ненужных составных частей, то их принято называть примесями. В процессе производства различных сплавов компоненты вводятся в них совершенно намеренно и целенаправленно, а что касается примесей, то они – ни что иное, как неизбежно попадающие в готовые продукты элементы шихты, футеровки, топлива и т.п.

Механические свойства металлов и сплавов

Возможность практического использования металлов и их сплавов в различных конструкциях на практике определяется их механическими свойствами. К таковым относятся:

• Деформация
• Напряжение
• Прочность материала
• Предел прочности при растяжении
• Предел текучести
• Предел прочности при изгибе
• Пластичность
• Удельная вязкость
• Твердость
• Износостойкость

Под деформацией подразумевается способность металлов и сплавов изменять свою форму и размеры в результате воздействия на них различных сил. Различают пластические и упругие деформации, причем первые отличаются от вторых тем, что материал сохраняет измененную форму и после того, как на него перестают воздействовать посторонние силы.

Что касается напряжения, то оно представляет собой соотношение нормальной силы к площади поперечного сечения, и выражается в МПа ( кгс / мм² ). Под прочностью материала понимается его способность противостоять разрушению и пластическим деформациям, а под пределом прочности на растяжение – та наименьшая величина напряжения, при котором без заметного увеличения нагрузки происходит деформация растягиваемого образца.

Предел текучести составляет обычно около 40%-90% предела прочности на разрыв, а предел прочности при изгибе – это максимальное напряжение, которое определяется во время изгиба образца с помощью пресса.

Под пластичностью подразумевается способность материала деформироваться пластически без его разрушения, а под ударной вязкостью – способность без разрушения выдерживать ударные нагрузки. Твердость – это способность материала сопротивляться вдавливанию в его твердого тела, а износостойкость – противостоять разрушению под воздействием трения.

Плиты из латуней Л63 и ЛС59-1 толщиной от 25 мм до 150 мм

Латунь.

Латунь. Легированные стали

Содержание

Введение                                                                                                           3

1.  Латунь                                                                                                         4

2.  Легтрованные стали                                                                                    6

3.   Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали                                                                                                        10

Заключение                                                                                                      13

Список использованной литературы                                                                                   14

Введение

Металлы находят широкое применение в современной технике благодаря как химическим, так, в особенности, и физическим их свойствам. Общность физических свойств металлов (высокая электрическая проводимость, теплопроводность, ковкость, пластичность) объясняется общностью строения их кристаллических решеток.

Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в ма­шиностроении, химической промыш­ленности, в производстве бытовых товаров.

В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

1.  Латунь

Сплавы меди с цинком с содер­жанием цинка до 50% носят наз­вание латунь. Латунь «60» содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей цинка. Для литья цинка под давлением применяют сплав, содер­жащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в ма­шиностроении, химической промыш­ленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добав­ляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают тру­бы для радиаторов автомашин, тру­бопроводы, патронные гильзы, па­мятные медали, а также части технологических аппаратов для полу­чения различных веществ.

По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по структуре — однофазные и двухфазные. Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.

Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70 , Л67). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и поковках.

Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются  не только в виде проката, но и в отливках. 2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара  (при условии снятия напряжений, создаваемых холодной деформацией).

Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность применяют латуни с высоким содержанием меди (Л06 и Л90). Латуни Л62, Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии.

Латунь ЛЦ40С — s_в=215МПа, d=12%, 70НВ.

2.  Легированные стали

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными.

Cодержание легируюшихх элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.

В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

Достоинства легированных сталей:

1. особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

2. улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ;

3. легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

4. возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;

5. повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.

Недостатки:

1. подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;

2. в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;

3. склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.

4. склонны к образованию флокенов.

Флокены – светлые пятна в изломе в поперечном сечении – мелкие трещины с различной ориентацией. Причина их появления – выделение водорода, растворенного в стали.

При быстром охлаждении от 200o водород остается в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящее к образованию флокенов.

Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования.

Легированные конструкционные стали

Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% — к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении — легированные стали.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указыКонструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0. 15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика.

Сталь 20Х — sв=800МПа, s0.2=650МПа, d=11%, y=40%.

Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей.

Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом

Сталь 12Х2Н4А — sв=1150МПа, s0.2=950МПа, d=10%, y=50%.

Хромомарганцевые стали применяют во многих случаях вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.

В автомобильной и тракторной промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.

Сталь 25ХГМ — sв=1200МПв, s0.2=1100МПа, d=10%, y=45%.

Хромомарганцевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем.

На ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.

После цементации эти стали имеют высокие механические свойства.

Сталь 15ХГН2ТА — sв=950МПа, s0.2=750МПа, d=11%, y=55%.

Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной к перегреву.

В промышленности для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.

Сталь 20ХГНР — sв=1300МПа, s0.2=1200МПа, d=10%, y=09%.

3.  Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали

Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению — низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.

Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Сталь 30Х — sв=900МПа, s0.2=700МПа, d=12%, y=45%.

Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.

Сталь 40ХГТР — sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.

Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Сталь 30ХГС — sв=1100МПа, s0.2=850МПа, d=10%, y=45%.

Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.

Сталь 40ХН — sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.

Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, для устранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.

Сталь 40ХН2МА — sв=1100МПа, s0.2=950МПа, d=12%, y=50%.

Хромоникелемолибденованадиевые стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин.

Сталь 38ХН3МФА — sв=1200МПа, s0.2=1100МПа, d=12%, y=50%.

Заключение

Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы — железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску.

Однако более широкое применение имеют сплавы металлов. К сплавам относятся системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущими металлическому состоянию.

Сплавы чаще всего обладают более ценными свойствами, чем чистые металлы. Большое значение имеют различные виды сталей (с глав железа с углеродом): используя легирующие элементы (хром, никель, ванадий, молибден, вольфрам, титан, марганец и др.), можно получать сплавы с заданными свойствами.

Список использованной литературы.

1. Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов — Высшая школа Год: 2002

2.   Фетисов Г.П.  Материаловедение и технология металлов — Высшая школа, 2000

3.   Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева «Материаловедение» «Технология металлов и материаловедение» под редакцией к.т.н. Л.Ф.Усовой.

4.  Гуляев А.П.  Металловедение.

5.  Лахтин Ю.М.  Материаловедение.

Медные сплавы — латунь, бронза и мельхиор

Медные сплавы обладают прекрасными свойствами материала, полезными для многих применений. Однако чистая медь была одним из самых важных металлов в течение последних 6000 лет. По сравнению с другими металлами его самые большие преимущества:

• Хорошая электропроводность
• Высокая теплопроводность
• Удивительное сочетание прочности и пластичности
• Стойкость к коррозии во многих средах

Эти свойства меди, в том числе диамагнетизм, присутствуют и в ее сплавах.Широкий спектр легирующих элементов добавляет дополнительные желаемые свойства. Хотя многие медные сплавы имеют подходящие характеристики для различных применений, они в значительной степени были заменены алюминиевыми сплавами и пластиковыми материалами.

Причиной тому является сравнительно высокая цена меди. Из всех различных типов металлов медь стоит довольно высоко в прайс-листе.

Тем не менее, латунь, бронза и мельхиор прочно закрепили свои позиции в качестве полезных материалов в различных отраслях, включая машиностроение.

Латунь

Добавление цинка к меди упрочняет сплав из-за способности цинка растворяться. При этом пластичность медного сплава увеличивается, что является необычным свойством.

Сплавы с содержанием цинка 10…20% известны как позолоченные металлы, используемые в ювелирной промышленности и при производстве теплообменников. Сплавы с 30% Zn называются патронной латунью по довольно очевидной причине. Верхний порог содержания цинка в формуемой латуни составляет около 35%.

Добавление других легирующих элементов может дополнительно улучшить свойства латуни. Sn и Al, например, повышают его коррозионную стойкость в морской воде.

Однофазный Латунь

Применение : Ювелирные изделия, предметы искусства, детали глубокой вытяжки (ножевые приборы, музыкальные инструменты и т. д.) и патроны для боеприпасов.

Однофазные латуни содержат до 37% цинка. Это так называемые альфа-латуни. Однофазные латуни имеют однородную кристаллическую структуру.

Такие латуни более мягкие и имеют более высокую пластичность. Эти качества делают альфа-латуни пригодными для холодной обработки, волочения, гибки и т. д.

Вышеупомянутая патронная латунь (70/30 Cu/Zn) относится к этой категории. Из-за пригодности для холодного волочения он является идеальным кандидатом для производства снарядов для боеприпасов в больших количествах без высоких энергетических затрат.

Его коррозионная стойкость по сравнению с латунью с более высоким содержанием цинка делает однофазную латунь подходящей для изготовления различных типов крепежных изделий.

Двухфазная латунь

Применение : Теплообменники, конденсаторы, детали, изготовленные на автоматических станках для резки и т. д.

, также известные как дуплексные латуни , содержат как α-, так и β-фазы. Таким образом, присутствуют как структура альфа-зерен, так и структура бета-зерен.

Двухфазная латунь более доступна по цене, чем однофазная латунь, из-за большего количества цинка, используемого в ней. В то же время он более подвержен коррозии.Тем не менее, химический состав приводит к большей прочности и твердости. Таким образом, двухфазная латунь подходит для горячей штамповки и литья. Экструзия металла, штамповка и литье под давлением являются подходящими методами для этого типа металла.

Наиболее часто используемые альфа-бета-латуни имеют соотношение Cu/Zn 60/40. Такие латуни известны как металлы Muntz . Для улучшения свойств материала двухфазные латуни содержат больше легирующих элементов. Небольшие количества Pb повышают режущие свойства материала.Mn, Sn, Al, Fe и Ni оказывают значительное влияние на прочность материала.

Mn-содержащие альфа-бета-латуни известны как высокопрочные латуни. Они обладают отличными литейными качествами, но также используются для горячей обработки.

Альфа-бета имеют содержание цинка до 45%. Все, что выше, является бета-латунью, но оно находит гораздо меньше применения.

Бронза

Хотя люди обычно знают бронзу в едином значении, существует несколько классификаций. Все бронзовые сплавы имеют разные качества в зависимости от используемых легирующих элементов.

Оловянная бронза

Применение : Пружины, шайбы, монеты, изящные бронзовые листы, детали насосов, устойчивые к давлению отливки, подшипники и т. д.

Область применения зависит от процентного содержания Sn в сплаве. Максимальное количество Sn в сплавах, пригодных для холодной обработки давлением, составляет около 7%. Эти медные сплавы обладают хорошей пластичностью, но также легко упрочняются.

Максимальное содержание Sn составляет около 20%. Начиная с 5 % Sn структура сплава изменяется и требует дополнительной термической обработки.В свою очередь, это обуславливает пористую структуру. Это также причина, по которой они не подходят для других методов формования, кроме литья.

Добавление фосфора необходимо перед процессом литья. Это помогает при раскислении. После процесса в сплаве остается около 1% фосфора, что обеспечивает большую прочность. Такие сплавы называются фосфорсодержащими бронзами .

Двухфазная оловянная бронза в основном применяется для изготовления различных типов подшипников. Такая структура обеспечивает хороший баланс, где фаза α обеспечивает устойчивость к ударам и ударам, а твердые и хрупкие химические соединения несут нагрузку и обеспечивают некоторую износостойкость.

Zn и Pb также иногда присутствуют в оловянных бронзах. Цинк улучшает качество отливок, а также удешевляет сплав. Этот вид бронзы также известен как оружейный металл , так как в прошлом из этого материала изготавливали большие пушки.

Небольшие количества свинца помогают улучшить механические свойства бронзы для резки. Большие количества (до 25%) присутствуют в свинцовых бронзах , которые находят применение в качестве подшипниковых материалов.

Алюминий Бронза

Области применения : Монеты, детали кораблей, морское оборудование, подшипники скольжения, насосы, клапаны и т. д.

имеют характеристики, аналогичные оловянным бронзам. Эти сплавы, в основном, однофазные и пригодны для холодной штамповки. Это делает алюминиевую бронзу популярным материалом для изготовления монет. Содержание алюминия обычно где-то между 6…12%.

Двухфазная алюминиевая бронза находит применение в качестве литейного сплава или для горячей обработки. Алюминиевые бронзы с содержанием Al около 10% используются для изготовления гребных винтов, клапанов, насосов и т. д. Этот металл пригоден для использования в соленых условиях или вблизи моря.

Мельхиор

Области применения : Монеты, судовое оборудование, электрические устройства, теплообменники, системы охлаждения, судостроение и т. д.

Медно-никелевые сплавы прочны и пластичны. Добавление никеля (обычно 2…30 %) в медь делает металл очень устойчивым к коррозии и придает ему выдающиеся свойства электропроводности.

Cu-Ni имеют практически отсутствующий коэффициент теплового расширения при 40…50% Ni. В то же время электрическое сопротивление находится на уровне макс.Такой небольшой коэффициент теплового расширения присутствует до температур до 500 °C.

Вот почему константан (сплав Cu-Ni с 45% никеля) используется в электрических устройствах, где происходят большие перепады температуры. Например, типичным использованием константана является формирование части термопары.

Коррозионностойкие медно-никелевые сплавы содержат около 30% никеля, а также немного железа и марганца, что делает их особенно устойчивыми в соленой воде.

(PDF) Оценка механических и микроструктурных свойств сплава α-латуни, полученного из металлолома меди и цинка в процессе литья в песчаные формы

E. Э. Игелегбай и соавт.

28

прочность на растяжение и пластичность с повышением хрупкости по мере увеличения содержания цинка

. Это указывает на то, что при добавлении большего количества цинка при литье медных сплавов

для производства латуни полученная латунь будет иметь меньшую прочность на растяжение, низкую пластичность и высокую степень хрупкости.

Как правило, увеличение твердости полученной литой латуни приводило к

равному снижению прочности на растяжение и пластичности металла.Таким образом, для получения оптимального

латунного литья цинк, добавленный к меди, должен иметь оптимальное значение. Таким образом, переработанная медь и цинк могут применяться в производстве латуни

для технических целей.

6. Рекомендации

На основании результатов, полученных в этой работе, рекомендуется, чтобы свойство твердости

сплавов Cu-Zn могло быть улучшено добавлением цинка. Однако

необходимы дальнейшие исследования для определения других механических свойств

сплавов (таких как прочность на сжатие и ударная вязкость) для получения

оптимального содержания сплавов Cu-Zn, которые дают наилучшее сочетание механических свойств.

механические свойства.

Ссылки

[1] Обзор латуни (2015 г.). www.wikkipedia/brassoverview

[2] Хурми и Гуптер (2004)

Инженер-конструктор

, 30, 6-9.

[3] объявление Роджера В. (2009) Масса, вес, плотность или удельный вес различных металлов

.

Плотность материалов. SImetric.co.uk

.,

Великобритания.

https://www.simetric.co.uk/si_metals.htm

[4] Хисаши И., Шуфэн Л., Atsumu, H., Kosaka, Y., Kojima, A., Umeda, J. and Kondoh,

K. (2009) Механические свойства и обрабатываемость экструдированной латуни Cu-40% Zn

Сплав с висмутом посредством порошковой металлургии Процесс.

Сделка JWRI

, 38, 1-6.

[5] Хамиза, Б.Н. (2010) Исследование микроструктуры и механических свойств латуни с использованием металлического литья. B. Техническая диссертация. Факультет машиностроения-

инж. Университет Малайзии Паханг.

[6] Эшби, М.Ф. и Джонсон, К. (2002) Материалы и дизайн: искусство и наука

Выбор материалов в дизайне продукта

.

Butterworth-Heinemann, Oxford, 223.

[7] Ozgowicz, W., Kalinowska, E.O. и Grzegorczyk, B. (2010) Микроструктура

и механические свойства сплава Cu-30% Zn после рекристаллизационного отжига.

Журнал достижений в области материалов и технологий производства

, 40, 1-10.

[8] Се, Г.М., Ма, З.Ю. и Гэн, Л. (2008) Влияние параметров сварки трением с перемешиванием

на механические и микроструктурные свойства латунного соединения.

Японский институт металлов —

ал. Материальные сделки

, 49, 1698-1701.

https://doi.org/10.2320/matertrans.MRP2008089

[9] Аджаджа, О. (2014) Материаловедение и инженерия. Публикация Ламлада, Адо-Экити,

Нигерия, 108.

[10] Рагхаван, В.(2012) Физическая и металлургическая промышленность: принцип и практика. 2-е издание,

PHI Learning Private Limited, Нью-Дели.

[11] Смит, В.Ф. и Хашеми, Дж. (2010) Фонд материаловедения и инженерии —

инж. 5th Edition, McGraw Hill, New York, 4.

(PDF) Исследования микроструктуры и механических свойств латунных сплавов, полученных методом литья в песчаные формы при различных температурах литья

Развитие материаловедения в исследованиях и образовании (DMSRE29)

IOP конф.Series: Materials Science and Engineering 726 (2020) 012018

IOP Publishing

doi:10.1088/1757-899X/726/1/012018

2

Латунь содержит в своей структуре другие металлы в соответствии с назначением. Добавление 10% цинка к меди

вызывает бронзовый цвет, 15% добавляет золотой цвет и 20-38% желтый цвет. Когда количество добавленного цинка достигает 45%, получается серебристо-белый цвет. Сплав имеет хрупкую структуру

[1, 2].Латунь имеет более высокую пластичность, чем медь. Низкая температура плавления латуни составляет от 900 до

940 ° C, и ее легко отливать. Плотность латуни составляет от 8,4 до 8,73 грамма на кубический сантиметр (от 0,303 до

0,315 фунта/куб.дюйм) [3].

Латунь, используемая в коммерческих целях, подразделяется на альфа- и альфа-бета-латунь в соответствии с их структурой

. Альфа-латунь — это разновидность латуни, которая содержит только альфа-фазу. Несбалансированное охлаждение

приводит к тому, что бета-фаза образуется в очень малых количествах.Благодаря своей пластичности при комнатной температуре

их можно легко обрабатывать при низких температурах. Если к

альфа-латуни применяется большая холодная деформация, необходимо применить отжиг и медленное охлаждение для снятия напряжения. В этом случае латунь

следует отжигать до температуры 625 °С. В случае более высоких температур происходит рост зерна

. Его можно легко применять к альфа-латуни, например, для глубокой вытяжки, гибки и холодной прокатки.Латунь Alpha-

beta содержит 54-61 % меди. Структуры имеют твердые и хрупкие α- и β’-фазы при комнатной температуре

. При достижении высоких температур образуется β-фаза. По этой причине пластическую формовку

с α + β фазами латуни применяют при высокой температуре [3]. Поскольку это влияет на свойства латуни, важное значение имеет производственный процесс

. Особенно с развитием промышленной революции производство латуни

стало диверсифицированным.В 1738 году Уильяму Чемпиону удалось получить патент на

производство цинка путем перегонки каламина и древесного угля. Хотя первые прокатные станы

были созданы в 17 веке, создание мощных прокатных станов пришлось на середину

19 века [4-7]. В 1832 году Мунц сделал возможным изготовление дешевых горячеобработанных латунных пластин из латуни 60/40

[4]. В 1957 году Бунгардт опубликовал патент, в котором он выбрал три различных температуры литья

и исследовал влияние температуры [8].

В этом проекте наблюдались и оценивались микроструктура и механические свойства латунных материалов, изготовленных в песчаной форме

при различных температурах. Литье в песчаные формы, также известное как формованное литье в песок

, представляет собой процесс литья металла, характеризующийся использованием песка в качестве материала формы. Во время

этого процесса материал нагревается до нужной температуры для плавления. Иногда его обрабатывают для изменения химического состава

для достижения требуемых свойств материала.Затем расплавленный металл

заливают в форму с полостью нужной формы для охлаждения и затвердевания [9]. Гибкость конструкции,

формы высокой сложности, более широкий выбор материалов, недорогие инструменты и короткое время выполнения

являются преимуществами этого метода. После получения образцов были проведены анализы с помощью оптического микроскопа, XRD и SEM-EDS

для микроструктурного и фазового анализа материала. Кроме того, были испытаны прочность на растяжение при изгибе

и величина удлинения механических свойств материала.

2. Материалы и методы

Сырьем, использованным в экспериментальных исследованиях и предоставленным EMSA DÖKÜM, был лом

материалов из процессов других компаний (Рисунок 1). Текущая статья представляет собой исследование переработки, в этом отношении

.

Рисунок 1. Сырье и печь.

4. Материалы – техника для промышленных дизайнеров и изобретателей [книга]

Большинство клеев создают механический замок между поверхностями.Клей проникает в укромные уголки и закоулки поверхности, а затем затвердевает, создавая фиксирующую матрицу. Адгезив дополнительно связан молекулярными поверхностными силами (водородная связь или взаимодействие Ван-дер-Ваальса) или общими электронами (ковалентная связь).

относятся к одной из следующих категорий: влажные, контактные или реакционные. Влажные клеи, такие как поливинилацетат (ПВА или белый клей), обычно содержат растворитель, который испаряется и создает тесный контакт между двумя материалами.Они лучше всего подходят для пористых материалов. Контактные клеи наносятся на все склеиваемые материалы. По истечении времени испарения они могут быть объединены и немедленно склеиваются. Реакционные клеи обычно представляют собой двухкомпонентные клеи, одна часть которых является катализатором, который быстро вызывает отверждение клея. Однокомпонентные версии могут быть вызваны такими вещами, как ультрафиолетовое излучение.

Цианакрилатные клеи (CA), такие как суперклей, бывают разной толщины. Они образуют прочную механическую связь, когда вода, присутствующая на поверхности, соединяется с группами цианоакрилатов и быстро затвердевает.Силы Ван-дер-Вааль замыкают связь. Ускорители СА обеспечивают более быстрое отверждение и возможность склеивания вещей с помощью СА, которые обычно не прилипают. Ускорители СА полезны при склеивании деревянных конструкций, таких как бальза или липа, но их запах может быть особенно неприятным. CA является хрупким с низкой ударопрочностью, но мгновенное соединение отлично подходит для изготовления деревянных моделей.

Самые прочные соединения получаются с помощью полиуретана и эпоксидных смол. Полиуретаны создают механические связи, но также связываются с материалами, такими как целлюлоза в древесине, мощными ковалентными связями.Эпоксидные смолы представляют собой двухкомпонентные системы, которые становятся очень прочными и могут использоваться для заполнения пробелов. Их можно смешивать с наполнителями для получения замазки или получать в оптически прозрачных формах, что полезно, если вы хотите показать нижележащие материалы. Эпоксидные смолы являются самым прочным связующим веществом для высококачественных волокон, таких как углерод.

Поливинилацетат (ПВА), такой как клей для рукоделия, работает таким же образом, но соединение с материалами осуществляется через более слабые водородные связи. Поливинилацетат имеет водную основу и зависит от испарения, поэтому медленно отверждается.Однако его легко очищать, он малотоксичен и изначально липкий, поэтому с ним удобнее работать. Кроме того, вы можете заполнить его опилками, чтобы получить дешевую, поддающуюся шлифованию шпаклевку швов. ПВА также используется в качестве клея для ткани, который отлично подходит для прототипирования мягких изделий, особенно если у вас плохие навыки шитья.

Горячий клей — это простой и быстрый клей, в котором полимерный клей-карандаш нагревается и выдавливается на поверхность. Он быстро остывает и создает механическую связь между чем-либо.Этот метод термоплавкого клея (HMA) отлично подходит для прототипирования — он дает некрасивое соединение, но на него можно положиться. Однако обычно используемая низкотемпературная версия не очень прочная или термостойкая. Хорошо иметь рядом мокрое полотенце, чтобы охладить неизбежно обожженные пальцы.

Клеи, чувствительные к давлению (PSA) и аэрозольные клеи, обеспечивают мгновенную адгезию к поверхности и полезны для приклеивания графики и поверхностного шпона.

Компания Hawkins провела испытания для изучения состава и структуры зерен латунных компрессионных соединений различных производителей, а также для изучения уровня напряжения, необходимого для разрушения компрессионных соединений во время эксплуатации. Примеры соединений были изготовлены с использованием фитингов, приобретенных у продавцов сантехники, затянутых на разную величину и помещенных в среду (например, с высоким содержанием аммиака) для стимуляции SCC. Соединения были испытаны с использованием методов, изложенных в стандарте ISO 6957:1988 «Медные сплавы. Испытание аммиаком на устойчивость к коррозии под напряжением» и в стандарте ASTM G37-98 (2016 г.) «Стандартная практика использования раствора Маттсона [сульфат меди/ раствор сульфата аммония] с рН 7.2 для оценки подверженности медно-цинковых сплавов растрескиванию под напряжением».

На фотографии 4 показан пример затянутого латунного фитинга, подвергавшегося воздействию раствора Маттссона в течение 163 часов.

 Фотография 4: Фитинг, демонстрирующий коррозионное растрескивание под напряжением после погружения в раствор Маттсона на 163 часа.

Мы изучили как микроструктуру, так и элементный состав каждой из выбранных для исследования латунных фитингов, которые были изготовлены из дуплексной латуни.Интересно отметить, что большинство исследованных фитингов имели микроструктуру, указывающую на то, что компоненты были сформированы горячей прокаткой. Однако микроструктуры не свидетельствовали о том, что они подвергались последующей термообработке для снятия остаточного напряжения от формирования. Это говорит о том, что исследованные нами компоненты будут гораздо более восприимчивы к SCC при более низких напряжениях, чем компоненты, которые были подвергнуты термообработке (и, следовательно, снятию напряжения).

На фотографиях 5 и 6 видны трещины в разных фитингах, которые имеют заметно разную микроструктуру.Примечательно, что образцы с одним и тем же элементным составом могут иметь совершенно разную микроструктуру в зависимости от скорости охлаждения и технологии изготовления. В каждой микроструктуре α-фаза латуни светлее, чем β-фаза. Темные сферические формы — частицы свинца.

Фото 5:  Пример SCC из дуплексной латуни. Микроструктура предполагает, что образец, возможно, был подвергнут горячей прокатке.

Фотография 6: Пример растрескивания другой дуплексной латуни. Микроструктура, по-видимому, имеет другую морфологию, чем на фотографии 5 (микроструктура, подобная Видманштеттену). Это указывает на более высокую скорость охлаждения, поскольку α-фаза выпадает из β-фазы, что позволяет предположить, что образец может быть отлит под давлением.

Свинец добавляется в латунь для улучшения обрабатываемости, т.е. легкости, с которой металл можно резать; ряд фитингов, исследованных в Хокинсе, имел состав свинца от 1,8% до 3,0% по весу, и интересно отметить, что фитинги с повышенным содержанием свинца оказались более восприимчивыми к SCC.Добавление свинца мало влияет на твердость и предел прочности латуни. Однако энергия разрушения латуни с повышенным содержанием свинца снижается (хотя обрабатываемость латуни с повышенным содержанием свинца улучшается). Это связано с тем, что межфазная граница между свинцом и объемом слабая, и, следовательно, трещины могут легче распространяться вдоль границы, тем самым способствуя зарождению и распространению трещин при низких энергиях.

Хотя повышенное содержание свинца повлияло на восприимчивость латунных компонентов к SCC, проведенные испытания пришли к выводу, что основным фактором, влияющим на восприимчивость фитингов к SCC, было усилие затяжки.Например, перетяжки некоторых марок фитингов всего на пол-оборота было достаточно, чтобы вызвать растрескивание за значительно более короткое время, чем если бы соединение было выполнено в соответствии с инструкциями производителя.

Интересно, что стандарт ISO 6957:1988 «Медные сплавы. Испытание аммиаком на устойчивость к коррозии под напряжением» требует погружения компонентов в раствор хлорида аммония на 24 часа. Когда соединения были выполнены в соответствии с инструкциями производителя, все компоненты, протестированные в этом исследовании, соответствовали этому требованию.Однако при погружении компонентов на более длительное время или погружении компонентов в более агрессивную среду (например, в раствор Маттсона, как указано в ASTM G37-98 2016, «Стандартная практика использования раствора Маттсона с pH 7,2 для оценки Предрасположенность медно-цинковых сплавов к коррозионному растрескиванию под напряжением «), большинство испытанных образцов не выдержали испытаний.

Таким образом, это исследование показывает, что из всех исследованных латунных фитингов ни один из них не подвергался послепроизводственному отжигу для уменьшения остаточного напряжения от деформации.Следовательно, эти фитинги с большей вероятностью будут подвергаться SCC, чем те, которые отожжены и сняты напряжения. Проведенное исследование показало, что наиболее значительным фактором, вызывающим SCC в этих фитингах, было напряжение, возникающее в фитинге во время сборки, то есть чрезмерное затягивание во время установки. Поэтому для любого установщика важно следовать инструкциям производителя по установке, чтобы избежать выхода компонентов из строя из-за SCC.

Доктор Элеонора Джей — дипломированный инженер и дипломированный научный сотрудник, имеющая опыт работы в области материаловедения и специализирующаяся на материальных отказах.Вместе с Хокинсом Элеонора специализировалась на исследованиях отказов материалов (керамика, стекло, полимеры, металлы), металлургии, утечек воды, масла и других видов топлива, отказов механических систем и травм.

[1]Изображение взято с http://www.10weymouth.com/accessible.html)

[2]Изображение взято с http://www.metmuseum.org/toah/images/h4/h4_1990.332 .jpg

[3] Callcut, V., отредактировано Webster P., (2005). Свойства и применение латуни .Ассоциация развития меди. Проверено 19 июня 2017 г.

[4] Тоттен, Г., (2016). Термообработка цветных сплавов , Справочник ASM Vol. 4Е . Парк материалов, Огайо: ASM International.

Инженерные материалы | Механический калькулятор

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта страница использует JavaScript для форматирования уравнений для правильного отображения. Пожалуйста, включите JavaScript.

Инженерные материалы относится к группе материалов, которые используются в строительстве искусственных конструкций и компонентов.Основная функция инженерного материала — выдерживать приложенную нагрузку без разрушения и чрезмерного прогиба. Основные классификации инженерных материалов включают металлы, полимеры, керамику и композиты. На этой странице обсуждаются важные характеристики материалов каждого из этих классов, а также приводятся таблицы свойств материалов.

Содержимое

Металлы являются наиболее часто используемым классом конструкционных материалов.Металлические сплавы особенно распространены, и они образуются путем объединения металла с одним или несколькими другими металлическими и/или неметаллическими материалами. Комбинация обычно происходит в процессе плавления, смешивания и охлаждения. Целью легирования является улучшение свойств основного материала желаемым образом.

Составы металлических сплавов описываются с точки зрения процентного содержания различных элементов в сплаве, где процентное содержание измеряется по весу.

Черные сплавы

Черные сплавы имеют железо в качестве основного элемента.К таким сплавам и относятся стали и чугуны. Железные сплавы являются наиболее распространенными металлическими сплавами из-за обилия железа, простоты производства и высокой универсальности материала. Самым большим недостатком многих ферросплавов является низкая коррозионная стойкость.

Углерод является важным легирующим элементом во всех сплавах черных металлов. Как правило, более высокие уровни углерода повышают прочность и твердость и снижают пластичность и свариваемость.

Углеродистая сталь

Углеродистые стали в основном представляют собой просто смеси железа и углерода.Они могут содержать небольшое количество других элементов, но основным легирующим компонентом является углерод. Эффект добавления углерода заключается в повышении прочности и твердости.

Большинство углеродистых сталей представляют собой простые углеродистые стали , которых существует несколько типов.

Низкоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая сталь содержит менее примерно 0,30% углерода. Характеризуется низкой прочностью, но высокой пластичностью. Некоторое упрочнение может быть достигнуто за счет холодной обработки, но плохо поддается термической обработке. Низкоуглеродистая сталь хорошо сваривается и недорога в производстве. Обычное использование низкоуглеродистой стали включает проволоку, конструкционные формы, детали машин и листовой металл.

Среднеуглеродистая сталь

Среднеуглеродистая сталь содержит от 0,30% до 0,70% углерода. Его можно подвергать термической обработке для повышения прочности, особенно при более высоком содержании углерода. Среднеуглеродистая сталь часто используется для изготовления осей, шестерен, валов и деталей машин.

Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь содержит около 0.от 70% до 1,40% углерода. Обладает высокой прочностью, но низкой пластичностью. Обычное использование включает сверла, режущие инструменты, ножи и пружины.

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных углеродистых сталей. ^{(Примечание 1)}

Материал	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс. фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
AISI 1020	Горячекатаный	32	50	25	29e6	0.283	0,32
	Холодная обработка	60	70	5
	Снятие стресса	50	65	10
	Отожженный	28	48	30
	Нормализованный	34	55	22
AISI 1045	Горячекатаный	45	75	15	29e6	0.283	0,32
	Холодная обработка	80	90	5
	Снятие стресса	70	80	8
	Отожженный	35	65	20
	Нормализованный	48	75	15
АСТМ А36		36	58	21	29e6	0. 283	0,3
АСТМ А516	70 класс	38	70	17	29e6	0,283	0,3
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Низколегированная сталь

Низколегированные стали, также обычно называемые легированными сталями, содержат менее примерно 8% всех легирующих компонентов.Низколегированные стали обычно прочнее углеродистых сталей и обладают лучшей коррозионной стойкостью.

Некоторые низколегированные стали обозначаются как высокопрочные низколегированные (HSLA) стали. Что отличает стали HSLA от других низколегированных сталей, так это то, что они предназначены для достижения определенных механических свойств, а не для соответствия определенному химическому составу.

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных легированных сталей. ^{(Примечание 1)}

Материал	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс.фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
AISI 4130	Горячекатаный	70	90	20	29e6	0.283	0,32
	Снятие стресса	85	105	10
	Отожженный	55	75	30
	Нормализованный	60	90	20
AISI 4140	Горячекатаный	90	120	15	29.7e6	0.283	0,32
	Снятие стресса	100	120	10
	Отожженный	60	80	25
	Нормализованный	90	120	20
ASTM A242		46	67	18	30e6	0,282	0. 3
ASTM A302	Марка А	45	75	15	29e6	0,282	0,29
	Марка C	50	80	17
ASTM A514	Закалка и отпуск	100	110	18	29e6	0,283	0,3
ASTM A517	Марка F	100	115	16	29e6	0.280	0,29
ASTM A533	Класс 1	50	80	18	29e6	0,282	0,29
	Класс 2	70	90	16
	Класс 3	83	100	16
ASTM A572	50 класс	50	65	18	30e6	0. 283	0,3
ASTM A588		50	70	18	29.7e6	0,280	0,28
ASTM A633	Класс Е	55	75	18	29.7e6	0,280	0,28
АСТМ А656	50 класс	50	60	20	29e6	0.282	0,29
	Класс 60	60	70	17
	Класс 70	70	80	14
	Класс 80	80	90	12
	Класс 100	100	110	12
АСТМ А710	Марка А	80	85	20	29.7e6	0,280	0,3
ХИ-80		80	—	18	29. 7e6	0,280	0,3
ХИ-100		100	—	16	29.7e6	0,284	0,3
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Инструментальная сталь

Инструментальные стали в основном используются для изготовления инструментов для использования в производстве, например, режущих инструментов, сверл, пуансонов, штампов и долот. Легирующие элементы обычно выбирают для оптимизации твердости, износостойкости и ударной вязкости.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали обладают хорошей коррозионной стойкостью, в основном благодаря добавлению хрома в качестве легирующего компонента. Нержавеющие стали имеют в составе не менее 11% хрома.Пассивирование происходит при содержании хрома 12% или выше, и в этом случае на материале образуется защитная инертная пленка из оксида хрома, предотвращающая окисление. Коррозионная стойкость нержавеющей стали является результатом такой пассивации.

В таблице ниже показаны типичные составы нержавеющих сталей:

Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитная нержавеющая сталь является наиболее распространенной формой нержавеющей стали. Обладает самой высокой общей коррозионной стойкостью среди нержавеющих сталей. Это также самая свариваемая из нержавеющих сталей из-за низкого содержания углерода. Укрепить его можно только холодной обработкой. Аустенитные нержавеющие стали обычно дороже других нержавеющих сталей из-за содержания никеля. Аустенитные нержавеющие стали не являются магнитными, в отличие от ферритных и мартенситных нержавеющих сталей.Общие области применения включают крепеж, сосуды под давлением и трубопроводы.

Ферритная нержавеющая сталь

Ферритная нержавеющая сталь имеет высокое содержание хрома и среднее содержание углерода. Он имеет хорошую коррозионную стойкость, а не высокую прочность. Как правило, его нельзя укрепить с помощью термической обработки, а можно укрепить только с помощью холодной обработки.

Мартенситная нержавеющая сталь

Мартенситная нержавеющая сталь имеет высокое содержание углерода (до 2%) и низкое содержание хрома.Это более высокое содержание углерода является основным различием между ферритными и мартенситными нержавеющими сталями. Из-за высокого содержания углерода плохо поддается сварке. Его можно укрепить с помощью термической обработки. Общие области применения включают столовые приборы и хирургические инструменты.

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплексная нержавеющая сталь содержит как аустенитную, так и ферритную фазы. Он может иметь вдвое большую прочность, чем аустенитная нержавеющая сталь. Он также обладает высокой ударной вязкостью, коррозионной стойкостью и износостойкостью.Дуплексная нержавеющая сталь, как правило, так же свариваема, как и аустенитная, но имеет ограничение по температуре.

Нержавеющая сталь, упрочняемая дисперсионным твердением

Упрочняемая дисперсионным твердением нержавеющая сталь может быть усилена за счет дисперсионного твердения, которое представляет собой процесс возрастного твердения. Эти материалы обладают высокой прочностью, а также высокой устойчивостью к коррозии и температуре.

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных нержавеющих сталей. ^{(Примечание 1)}

Материал	Класс	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс.фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
AISI 201	Аустенитный	Отожженный	40	75	40	28e6	0.289	0,27
AISI 202	Аустенитный	Отожженный	40	75	40	28e6	0,289	0,27
AISI 302	Аустенитный	Отожженный	30	75	40	28e6	0,289	0,27
AISI 304	Аустенитный	Отожженный	30	75	40	28e6	0. 289	0,29
AISI 304L	Аустенитный	Отожженный	25	70	40	28e6	0,289	0,28
AISI 316	Аустенитный	Отожженный	30	75	40	28e6	0,289	0,26
AISI 316L	Аустенитный	Отожженный	25	70	40	28e6	0.289	0,26
AISI 405	Ферритный		25	60	20	29e6	0,282	0,28
AISI 410	Мартенситный	Отожженный	40	70	16	29e6	0,282	0,28
		Закалка и отпуск	80	100	12
AISI 430	Ферритный		30	60	20	29e6	0. 282	0,28
AISI 446	Ферритный	Отожженный	40	65	16	29e6	0,282	0,28
15-5PH	Мартенситный дисперсионный твердеющий	Х900	170	190	10	28.5e6	0,283	0,27
		х2025	145	155	12
		h2150	105	135	16
17-4PH	Мартенситный дисперсионный твердеющий	Х900	170	190	10	28.5e6	0,282	0,27
		х2025	145	155	12
		h2150	105	135	16
17-7PH	Полуаустенитный дисперсионно-твердеющий	Th2050	150	177	6	29e6	0,276	0,28
А-286	Аустенитный дисперсионно твердеющий		95	140	15	29. 1e6	0,287	0,31
Сплав 2205	Дуплекс аустенитно-ферритный		65	95	25	28.5e6	0,287	0,27
Ферраллий 255	Дуплекс аустенитно-ферритный		80	110	15	28.5e6	0,287	0.27
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Чугун

Чугун представляет собой сплав железа с высоким содержанием углерода, обычно превышающим 2%. Углерод, присутствующий в чугуне, может принимать форму графита или карбида. Чугуны имеют низкую температуру плавления, что делает их пригодными для литья.

Серый чугун

Серый чугун является наиболее распространенным типом.Углерод находится в виде чешуек графита. Серый чугун — хрупкий материал, и его прочность на сжатие намного выше, чем на растяжение. Поверхность излома серого чугуна имеет серый цвет, благодаря чему он и получил свое название.

Ковкий чугун (чугун с шаровидным графитом)

Добавление магния в серый чугун повышает пластичность материала. Полученный материал называется чугуном с шаровидным графитом , потому что магний заставляет графитовые чешуйки формироваться в сферические узелки.Его также называют ковким чугуном . Чугун с шаровидным графитом обладает хорошей прочностью, пластичностью и обрабатываемостью. Обычное использование включает коленчатые валы, шестерни, корпуса насосов, клапаны и детали машин.

Белый чугун

Белый чугун содержит углерод в виде карбида, что делает материал твердым, хрупким и трудным для обработки. Белый чугун в основном используется для изготовления износостойких деталей, а также для производства ковкого чугуна .

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают термической обработкой белого чугуна. Термическая обработка улучшает пластичность материала при сохранении его высокой прочности.

Таблица чугунных материалов

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных чугунов. ^{(Примечание 1)}

Материал	Класс	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс.фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
ASTM A159	Серый чугун	Г1800	—	18	—	9.6 — 14e6	0,264	0,26
		G2500	—	25	—	12 — 15e6
		G3000	—	30	—	13 — 16.4e6
		G3500	—	35	—	14,5 — 17e6
		G4000	—	40	—	16 — 20e6
ASTM A536	Ковкий чугун	60-40-18 класс	40	60	18	24. 5e6	0,256	0,29
		Класс 65-45-12	45	65	12	24.5e6	0,256	0,3
		Марка 80-55-06	55	80	6	24.5e6	0,256	0,31
		Марка 100-70-03	70	100	3	24.5e6	0,256	0,3
		Марка 120-90-02	90	120	2	23.8e6	0,256	0,28
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Алюминиевые сплавы

Чистый алюминий мягок и хрупок, но его можно легировать для увеличения прочности.Чистый алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью благодаря оксидному покрытию, которое образуется на материале и предотвращает окисление. Легирование алюминия снижает его коррозионную стойкость.

Алюминий является широко используемым материалом, особенно в аэрокосмической промышленности, благодаря его легкому весу и коррозионной стойкости. Несмотря на то, что алюминиевые сплавы, как правило, не такие прочные, как стали, тем не менее, они имеют хорошее отношение прочности к весу.

Алюминиевые сплавы называются в соответствии с 4-значным номером, где первая цифра указывает на основной легирующий элемент.Код обработки следует за 4-значным числом, которое указывает на состояние и обработку материала.

Все алюминиевые сплавы серий 2000, 6000 и 7000 можно подвергать термообработке, и поэтому они могут достигать наивысшей прочности. Другие сплавы можно упрочнить холодной обработкой.

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных алюминиевых сплавов. ^{(Примечание 1)}

Материал	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс.фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
Ал 2014	Т6, Т651	59	67	7	10.5e6	0,101	0,33
Ал 2024	Т4	40	62	10	10.5e6	0,1	0,33
Ал 5052	х42	23	38	9	10.1e6	0,097	0,33
Ал 5083	х216, х421	31	44	10	10. 3e6	0,096	0,33
	h42	31	56	12
Ал 6061	Т4	16	26	16	9.9e6	0,098	0,33
	Т6	35	38	8
Ал 7075	Т6, Т651	68	78	6	10.3e6	0,101	0,33
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Никелевые сплавы

Никелевые сплавы обладают высокой термостойкостью и коррозионной стойкостью. Общие легирующие ингредиенты включают медь, хром и железо. Обычные никелевые сплавы включают монель, к-монель, инконель и хастеллой.

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных никелевых сплавов. ^{(Примечание 1)}

Материал	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс.фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
Хастеллой С-276	Отжиг на твердый раствор	41	100	40	29.8e6	0,321	0,28
Инконель 625	1 класс	55	110	30	29.8e6	0,305	0,28
	Класс 2	40	100	30
Инконель 686	1 класс	85	120	20	29.8e6	0.315	0,28
	Класс 2	125	135	20
	Класс 3	150	160	20
Инконель 718	Отжиг на раствор и состаривание	120	150	20	29. 4e6	0,297	0,29
	Термическая обработка раствором	150	180	10
Инконель 725	Отжиг на твердый раствор	40	75	45	29.6e6	0,3	0,31
	Отжиг и старение на раствор	120	150	20
Монель 400	Отожженный	25	70	35	26e6	0,319	0,32
	Горячая обработка	40	75	30
	Холодная обработка, снятие напряжения	50	80	20
Монель К-500	Отожженный и состаренный	85	130	20	26e6	0. 306	0,32
	Холодная обработка и состаривание	100	140	15
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Медные сплавы

Медные сплавы обычно характеризуются электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью и относительной легкостью формовки и литья.Хотя медные сплавы являются полезным конструкционным материалом, они также очень привлекательны и обычно используются в декоративных целях.

Медные сплавы в основном состоят из латуни и бронзы. Цинк является основным легирующим компонентом латуни. Олово является основным легирующим элементом большинства бронз. Бронзы также могут содержать алюминий, никель, цинк, кремний и другие элементы. Бронзы обычно прочнее латуни, сохраняя при этом хорошую коррозионную стойкость.

Сплавы из алюминиевой бронзы очень твердые и обладают хорошими износостойкими свойствами, поэтому их обычно используют в подшипниках. Сплавы бериллий-медь обладают хорошими прочностными и усталостными свойствами, а также хорошей износостойкостью при правильном смазывании. Бериллиевая медь обычно используется для изготовления пружин, подшипников и втулок.

В таблице ниже представлены репрезентативные механические свойства для нескольких распространенных медных сплавов. ^{(Примечание 1)}

Материал	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс.фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
70/30 медно-никелевый сплав	Отожженный	18	45	30	21.8e6	0,323	0,3
	Холодная обработка	50	65	10
90/10 Медно-никелевый сплав	Отожженный	15	38	30	20. 3e6	0,323	0,3
	Холодная обработка	30	50	15
Алюминий Бронза		32	85	12	15.5e6	0,269	0,316
Бериллиевая медь	Термическая обработка раствором	75	85	8	18.5e6	0,298	0,27
	Термическая обработка осаждением	140	165	3
Никель Алюминий Бронза 632	Отожженный	34	90	10	16.7e6	0,274	0,32
	Закалка	50	90	15
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Титановые сплавы

Титановые сплавы легкие, прочные и обладают высокой коррозионной стойкостью. Их плотность намного ниже, чем у стали, а соотношение прочности и веса превосходно.По этой причине титановые сплавы используются довольно широко, особенно в аэрокосмической промышленности. Одним из основных недостатков титановых сплавов является высокая стоимость.

Существует три категории титановых сплавов: альфа-сплавы, бета-сплавы и альфа-бета-сплавы. Альфа-сплавы не поддаются термической обработке, а вместо этого упрочняются за счет процессов упрочнения твердого раствора. Бета- и альфа-бета-сплавы можно упрочнить термической обработкой, прежде всего дисперсионным твердением.

Титановые сплавы идентифицируют по процентному содержанию легирующих элементов, например Ti-6Al-4V.

В приведенной ниже таблице представлены репрезентативные механические свойства нескольких распространенных титановых сплавов. ^{(Примечание 1)}

Материал	Состояние	Предел текучести Прочность [ksi]	Предельная Прочность [тыс. фунтов/кв.дюйм]	Удлинение %	Эластичность Модуль упругости [psi]	Плотность [фунт/дюйм 3 ]	Коэффициент Пуассона
Коммерчески чистый	2 класс	40	50	20	14.8e6	0,163	0,34
Ti-5Al-2,5Sn	Отожженный	110	115	10	15.5e6	0,162	0,31
Ти-6Ал-4В	5 класс	120	130	10	16e6	0,16	0,31
Ти-6Ал-4В, ЭЛИ	23 класс	110	120	10	16.5e6	0,16	0,31
Ти-5-1-1-1	32 класс	85	100	10	16e6	0,16	0,31
ПРИМЕЧАНИЕ : См. нашу базу данных материалов для получения данных, соответствующих спецификациям конкретных материалов.

Полимеры

Полимеры — это материалы, состоящие из молекул, образованных длинными цепочками повторяющихся звеньев.Они могут быть натуральными или синтетическими. Многие полезные инженерные материалы представляют собой полимеры, такие как пластмассы, каучуки, волокна, клеи и покрытия. Полимеры классифицируются как термопластичные полимеры, термореактивные полимеры (термореактивные полимеры) и эластомеры.

Термопластичные полимеры

Классификация термопластов и термореактивных материалов основана на их реакции на тепло. Если к термопластику приложить тепло, он размякнет и расплавится. Как только он остынет, он вернется в твердую форму.Термопласты не претерпевают никаких химических изменений при многократном нагревании и охлаждении (если только температура не будет достаточно высокой, чтобы разрушить молекулярные связи). Поэтому они очень хорошо подходят для литья под давлением.

Термореактивные полимеры

Реактопласты обычно нагревают во время начальной обработки, после чего они становятся постоянно твердыми. Термореактивные материалы не плавятся при повторном нагревании. Однако, если приложенное тепло становится экстремальным, термореактивный материал будет деградировать из-за разрыва молекулярных связей.Термореактивные материалы обычно имеют большую твердость и прочность, чем термопласты. Они также обычно имеют лучшую размерную стабильность, чем термопласты, а это означает, что они лучше сохраняют свои первоначальные размеры при изменении температуры и влажности.

Эластомеры

Эластомеры представляют собой высокоэластичные полимеры с механическими свойствами, подобными каучуку. Эластомеры обычно используются для уплотнений, клеев, шлангов, ремней и других гибких деталей.Прочность и жесткость резины можно повысить с помощью процесса, называемого вулканизацией , который включает добавление серы и воздействие на материал высокой температуры и давления. Этот процесс вызывает образование поперечных связей между полимерными цепями.

Керамика

Керамика представляет собой твердые соединения, которые могут состоять из металлических или неметаллических элементов. Основные классификации керамики включают стекла, цементы, глиняные изделия, огнеупоры и абразивы.

Керамика обычно обладает отличной коррозионной стойкостью и износостойкостью, высокой температурой плавления, высокой жесткостью и низкой электро- и теплопроводностью. Керамика также является очень хрупким материалом.

Стекло

Очки являются распространенными материалами и используются в таких приложениях, как окна, линзы и контейнеры. Стекла аморфные, тогда как другая керамика в основном кристаллическая. К основным преимуществам очков относятся прозрачность и простота изготовления.Основным элементом большинства стекол является кремнезем, и для изменения его свойств могут быть добавлены другие компоненты. Общие процессы, используемые для формирования стекла, включают:

• нагревание до расплавления, затем заливка в формы для отливки в подходящие формы
• нагревание до мягкости, затем прокатка
• нагревание до мягкости, затем выдувание в желаемую форму

Цементы

Цементы — это материалы, которые после смешивания с водой образуют пасту, которая затем затвердевает. Из-за этой характеристики цементам можно придавать полезную форму, пока они находятся в пастообразной форме, прежде чем они затвердеют в жесткие структуры. Гипс является одним из распространенных цементов. Самый распространенный цемент называется портландцемент, который производится путем смешивания глины и известняка с последующим обжигом при высокой температуре. Портландцемент используется для изготовления бетона путем смешивания его с песком, гравием и водой. Его также можно смешать с песком и водой для образования раствора. Как и другие керамические материалы, цементы слабы на растяжение, но прочны на сжатие.Цемент очень дешев в производстве и широко используется при строительстве зданий, мостов и других крупных сооружений.

Изделия из глины

Глина – очень распространенный керамический материал. Его можно смешать с водой, придать форму, а затем закалить путем обжига при высокой температуре. Две основные категории глиняных изделий включают конструкционные глиняные изделия и белоснежные изделия . Изделия из конструкционной глины находят применение, включая кирпичи, плитку и трубы.Белые изделия находят применение, включая гончарные изделия и сантехнические приборы.

Огнеупоры

Огнеупорная керамика может выдерживать высокие температуры и экстремальные условия. Они также могут обеспечить теплоизоляцию. Кирпич – самая распространенная огнеупорная керамика.

Абразивы

Абразивная керамика — это твердые материалы, которые используются для резки, шлифовки и стирания других более мягких материалов. Типичные свойства абразивов включают высокую твердость, износостойкость и термостойкость.Абразивы могут быть либо связаны с поверхностью (например, шлифовальные круги и наждачная бумага), либо могут использоваться в виде сыпучих зерен (например, при пескоструйной очистке). Обычные абразивы включают цементированный карбид, карбид кремния, карбид вольфрама, оксид алюминия и кварцевый песок. Алмаз также является отличным абразивом, но он дорог.

Композиты

Композитный материал представляет собой материал, в котором смешаны или связаны вместе один или несколько взаимно нерастворимых материалов. Основными классами композитов являются дисперсные композиты, волокнистые композиты и ламинированные композиты.

Композиты в виде частиц

Композиты в виде частиц создаются путем добавления частиц одного материала в матрицу (наполнитель). Частицы обычно составляют менее 15% от общего объема материала. Частицы добавляются для устранения некоторых недостатков матричного материала.

Волокнистые композиты

Волокнистый композит представляет собой материал, в котором волокна одного материала встроены в матрицу. Волокна несут большую часть напряжения, а матрица служит для удержания волокон на месте и передачи напряжения между волокнами.Волокна могут быть короткими и беспорядочно ориентированными или длинными и непрерывными.

Ламинированные композиты

Слоистые композиты создаются путем соединения слоев композиционных материалов. Слои обычно отличаются ориентацией волокон или самим материалом. Распространены многослойные материалы , в которых легкий материал (например, пенопласт или соты) помещается между слоями прочного жесткого материала.

PDH Classroom предлагает курс повышения квалификации на основе этой справочной страницы по инженерным материалам. Этот курс можно использовать для выполнения кредитных требований PDH для поддержания вашей лицензии PE.

Теперь, когда вы прочитали эту справочную страницу, заработайте за это признание!

Примечания

Примечание 1. Данные о свойствах материала

Предоставленные данные о свойствах материала должны быть репрезентативными для описываемого материала.Предоставленные значения имеют тенденцию к консервативному концу спектра и могут использоваться в качестве базовых расчетных значений для предварительного проектирования. Однако эти значения не соответствуют какой-либо конкретной спецификации, поэтому их не следует использовать в окончательном проекте без предварительной консультации с соответствующими спецификациями материалов. Данные предоставляются «как есть» без каких-либо явных или подразумеваемых гарантий. MechaniCalc, Inc. не несет ответственности за любые убытки, возникшие в результате использования этих данных.

Каталожные номера

1. Каллистер, Уильям Д., «Материаловедение и инженерия: введение», 9-е издание.
2. Доулинг, Норман Э., «Механическое поведение материалов: инженерные методы деформации, разрушения и усталости», 4-е издание.
3. Линдебург, Майкл Р., «Справочное руководство по машиностроению для экзамена PE», 13-е изд.
4. Справочник по машинному оборудованию, 30-е издание, Industrial Press Inc.
5. MMPDS-04, «Разработка и стандартизация свойств металлических материалов (MMPDS)», апрель 2008 г.

Неисправности латунных компонентов — Донан

Отказы латуни обычно происходят с компонентами сантехники, используемыми для подачи воды в жилых, коммерческих и промышленных помещениях. Механический отказ этих латунных компонентов часто неправильно диагностируется или неправильно понимается многими, кто пытается определить источник отказа. Чтобы более тщательно и точно диагностировать причину выхода из строя латуни, важно понимать рецептуру и правильное применение латуни.

История латуни

Исторически использование латуни началось примерно 5000 лет назад. Общепризнанно, что латунь была обнаружена случайно при плавке природных медных руд, содержащих повышенный уровень цинка. В результате этого случайного плавления был создан грубый «латунный» сплав.Только примерно 2000 лет спустя римляне усовершенствовали процесс, в ходе которого они намеренно формировали и изготавливали различные латунные компоненты. В зачаточном состоянии латунь использовалась для украшения и чеканки монет; однако со временем было обнаружено, что использование латуни в других областях дает много преимуществ.

  Приложения

Сегодня латунь используется во многих повседневных областях, где она подвергается воздействию воды. Есть много преимуществ использования латуни в бытовых системах водоснабжения, некоторые из которых:

• Изготовление/обрабатываемость
• Коррозионная стойкость
• Прочность и пластичность
• Гигиена

Несмотря на эти многочисленные преимущества, существуют и подводные камни, которые могут возникнуть при использовании латунных компонентов в бытовых системах водоснабжения. Эти недостатки необходимо устранить и, по возможности, избегать за счет правильного использования и конструкции латунного компонента.

Состав

Латунь классифицируется как бинарный сплав, что означает, что его основная структура, за исключением примесей, состоит из двух основных элементов; в случае с латунью двумя основными элементами являются медь и цинк. Вспомогательные элементы, такие как олово, свинец, мышьяк и т. д., также могут быть обнаружены в латунных сплавах. В Соединенных Штатах латунь обычно классифицируют в соответствии с Единой системой нумерации (UNS).UNS использует пять цифр для описания типа латуни относительно ее состава. Примером латуни, обычно используемой в бытовых системах водоснабжения, является UNS C36000, в структуре сплава которого используется примерно 61,5% меди. Исторически латунь обычно классифицировали как красную латунь (с соотношением меди к цинку 85/15) или желтую латунь (с соотношением меди к цинку 60/40). Общая классификация основана на остаточном цвете латуни, так как латунь с более высоким содержанием меди будет иметь красноватый внешний цвет, в то время как латунь с более высоким содержанием цинка будет иметь ярко-желтоватый внешний цвет.

Общие неисправности

Повреждения латуни в бытовых системах водоснабжения обычно происходят в результате децинкификации или коррозионного растрескивания под напряжением. Дополнительные отказы, связанные со злоупотреблением и стихийными факторами, такими как замерзание, также приводят к отказам латунных компонентов; однако это небольшой процент по сравнению с количеством наблюдаемых отказов. Различие между разрушением латуни, связанным с обесцинкованием, и разрушением, связанным с коррозионным растрескиванием под напряжением, часто сбивает с толку и может быть легко неправильно диагностировано.

Децинкификация

Децинкификация — это зависящий от времени режим отказа, который, по сути, происходит из-за «расщепления» латуни с течением времени под воздействием хлорированной воды для бытовых нужд. В основном это происходит в латунных сплавах, содержащих высокое соотношение цинка и меди, может происходить обесцинкование, поскольку цинк, используемый в сплаве, начинает «растворяться» под воздействием хлорированной воды. Со временем, когда цинк удаляется из сплава, остается губчатый медный материал.Механическая прочность сплава значительно снижается из-за удаления цинка и в конечном итоге приводит к выходу из строя латунного сплава, поскольку он подвергается нормальным нагрузкам, связанным с его использованием для хозяйственно-питьевой воды.

Сбои при децинкификации распространены в бытовых системах водоснабжения. Например, за последние 10–15 лет отказы такого типа часто обнаруживались в системах распределения воды, таких как фитинги, используемые с трубками из сшитого полиэтилена (PEX).Часто эти латунные фитинги PEX изготавливаются из желтой латуни с повышенным содержанием цинка в диапазоне от 38 до 45%. Высокое содержание цинка в арматуре в сочетании с окружающей средой, которой подвергается арматура (бытовая, хлорированная вода), в конечном итоге приводит к выходу ее из строя в виде излома. Неисправности латунных фитингов PEX, связанные с обесцинковыванием, легко определить по темно-красному цвету на их поверхностях излома и по неровному и хрупкому характеру излома. Также могут быть обнаружены ямки и вмятины на внутренней поверхности неисправного фитинга.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) — это вид отказа, который возникает в латунных сплавах при определенных условиях. SCC отличается от обесцинкования тем, что это не столько режим отказа, зависящий от времени, сколько режим отказа, зависящий от ситуации. Принято считать, что для возникновения SCC должны одновременно существовать три условия:

1. Наличие восприимчивого материала
2. Наличие растягивающего напряжения
3. Наличие корроданта.

Испытания показали, что латунные компоненты, используемые в бытовых системах водоснабжения, могут сломаться и выйти из строя в результате SCC. Удаление или уменьшение любого из трех вышеуказанных условий может значительно минимизировать или остановить развитие SCC в латунных сплавах; поэтому важно полностью понимать применение, в котором будет использоваться латунный компонент.