Замена латуни на симелин без потери основных свойств

                                                Содержание

1.Изделие и область  его применения…………………………………………………………2

2.Технические и технологические  требования применяемые к сплаву изделия………..…4

3.Выбор основы нового  сплава………………………………………………………….…….5

4. Выбор лигируюших элементов……………………………………………………….…….6

5.Термическая обработка……………………………………………………………….……..8

6.Стоимостные характеристики  элементов …………………………………………….……9

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Изделие и  область его применения

Вентиль 15Б3р представляет собой специальное устройство, которое  широко применяется в различных  трубопроводных системах для запора водного потока. Главное его предназначение – ограничение подачи потока. Различают  запорные вентили и регулирующие. Вентиль (клапан) латунный 15Б3р чаще всего устанавливается на водопроводные  трубы пожарной системы здания. Его  широко используют в зданиях различного назначения (жилые дома, офисы, государственные  учреждения, магазины, отели и т.д.)

       

Рисунок-1. Вентиль запорный из латунного сплава ЛЦ40Сд

клапаны (вентили) запорные муфтовые латунные 15Б3р предназначены для установки на трубопроводах в качестве запорного устройства для воды. 
Материал корпусных деталей: латунь ЛС59-1 ГОСТ 15527-2004 или латунь ЛЦ40Сд по ГОСТ 17711-93 
Материал уплотнения: резина пластина пищевая 2534143203 ГОСТ 17133-83. 
Органы управления: маховик из полиэтилена синего цвета или алюминия марки АК-7 ГОСТ 1583-93 с покрытием эпоксиполиэфирной порошковой композицией синего цвета. 
Рабочее давление: 1,6 МПа. 
Рабочая среда: вода. 
Класс герметичности затвора: С по ГОСТ 9544-2005.

Латунь – сплав меди с цинком. Содержание цинка в сплаве достигает 40...45%. Латуни пластичны и обладают хорошими литейными свойствами. Их предел текучести равен   МПа. Прочность можно несколько повысить за счет использования обработки давлением при высокой температуре.

Латуни делят на двойные (простые) и многокомпонентные сплавы, в которых основным легирующим элементом  является цинк. В двойных содержание цинка может доходить до 50%. Марки таких латуней обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах, например Л59. Для улучшения механических, технологических и коррозийных свойств в латуни вводят кроме цинка в небольших количествах различные легирующие элементы (алюминий, кремний, марганец, олово, железо, свинец). Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди. Никель увеличивает растворимость цинка в меди. Легирующие элементы увеличивают прочность, но уменьшают пластичность латуни. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повышают алюминий, цинк, кремний, марганец и никель. Латуни в наклепанном состоянии или с высокими остаточными напряжениями и содержащие свыше 20% Zn склонны к коррозийному («сезонному») растрескиванию в присутствии влаги, кислорода, аммиака. Для предотвращения растрескивания полуфабрикаты из латуни указанных составов отжигают при 250 - 650ºС, а изделия из латуни – при 250 - 270ºС.

Все латуни по технологическому признаку подразделяют на две группы: деформированные и литейные. Деформируемые  латуни обладают высокими коррозийными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде и применяются  для деталей в судостроении. Более  высокой устойчивостью в морской  воде обладают латуни, легированные оловом, получившие название морских латуней.

Литейные латуни, предназначенные  для фасонного литья, обладают хорошей  текучестью, мало склонны к ликвации (неоднородность химического состава, возникающая при его кристаллизации) и обладают антифрикционными свойствами. От  Литейных латуней требуется повышенная прочность, поэтому к ним добавляется  большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются лучшей коррозийной стойкостью. Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплопроводность и важно отсутствие склонности к коррозийному растрескиванию, применяют латуни с высоким содержанием меди. Латуни с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, но хуже сопротивляются коррозии.

В марках многокомпонентных  латуней первые цифры указывают  среднее содержание меди, а последующие  – легирующих элементов. Например, латунь ЛКС80-3-3 содержит 80% меди, по 3% кремния  и свинца, а остальное – цинк.[3]

 

2.Технические и технологические требования применяемые к сплаву изделия

Хорошая коррозионная стойкость 

Прочность

Сплав должен обладать хорошими литейными свойствами

Таблица 1. Классификация  сплава.[2]

Марка :	ЛЦ40СД     (   другое обозначение       ЛС59-1ЛД   )
Классификация	Латунь литейная
Дополнение:	Латунь свинцовая
Применение:	Для литья под давлением  арматуры (втулки, тройники, переходники), сепараторов подшипников, работающих в пресной воде или на воздухе

 

Таблица-2. Химический состав в % материала   ЛЦ40СД ГОСТ   17711 - 93 [2]

Fe	Si	Mn	Ni	Al	Cu	Pb	Zn	Sb	Sn	Примесей
до   0.5	до   0.2	до   0.2	до   1	до   0.2	58 - 61	0.8 - 2	35.5 - 41.2	до   0.05	до   0.3	всего 1.5

Примечание: Zn - основа; процентное содержание Zn дано приблизительно

 
 
Таблица-3. Механические свойства при Т=20^oС материала ЛЦ40СД .[2]

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
литье в кокиль, ГОСТ 17711-93			264		18
литье под давлением, ГОСТ 17711-93			196		6

 

Твердость   ЛЦ40СД   ,     литье в кокиль       ГОСТ 17711-93	HB 10 -1 = 100   МПа
Твердость   ЛЦ40СД   ,     литье под давлением       ГОСТ 17711-93	HB 10 -1 = 70   МПа

 

3.Выбор основы нового сплава

    Для основы выбираю Алюминий (Al) так как широкое применение алюминия в промышленности, прежде всего, связано с его большими природными запасами, а также совокупностью химических, физических и механических характеристик.

Алюминий по содержанию в земной коре ( ~ 8,8 % ) является одним из самых распространенных металлов (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% - в два раза меньше). К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные (см. рис.-2) характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость(см. рис.-3). Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Как конструкционный материал алюминий чаще всего применяется  в сплавах со следующими легирующими  элементами: Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Mn, Ti, Si, Cr, которые формируют упрочняющие зоны и фазы.

Рисунок -2. Зависимость прочности  элементов от их порядкового номера.[1.c 21]

Рисунок -3. Зависимость устойчивости против коррозии элементов от их порядкового  номера.[1.c 29]

 

4. Выбор лигируюших элементов

    В качестве лигирующих элементов выбираем магний (Mg) и кремний(Si)

   Отличительная особенность сплавов Al-Mg-Si - высокая технологичность, коррозионная стойкость и удовлетворительная свариваемость при средней прочности (после закалки и искусственного старения). Благодаря высокой пластичности сплавов в горячем состоянии из них изготовляют сложные по конфигурации тонкостенные полые прессованные полуфабрикаты.

   Структура. Структура сварных соединений , выполненных из сплавов, содержащих 2,0% Si и различное количество магния ( от 0,4% до 1,4%) представляет собой твердый раствор a+Mg2Si+Si.

    Литой металл шва при всех содержания магния имеет очень мелкозернистую структуру, тонкое разветвленное дендритное строение. В структуре сплавов данной подгруппы имеются кристаллы избыточного кремния, особенно, это четко проявляется в структуре сплава с 0,4% Mg и 2,0% Si.

   С увеличением  содержания магния в сплаве  ветки дендрита становятся мельче. Наибольшее измельчение наблюдается при 1% Mg. Увеличение Mg до 1,4% не уменьшает размера зерна, а увеличивает количество фазы Mg2Si.

Структура зоны сплавления изменяется аналогично структуре основного  металла при содержании 2% Si. Наиболее тонкая структура столбчатых кристаллов (дендритов) наблюдается при содержании в сплаве 1% Mg . Более крупное зерно отмечается у сплава с 0,4% Mg. В структуре зоны термического влияния сварного соединения (как и в случае литой структуры этого сплава) видны выделения свободного кремния. Наибольший избыток свободного кремния у малолегированного магнием сплава. Количество фазы Mg2Si увеличивается с увеличением в сплавах магния.

Горячеломкость. При исследовании бинарных сплавов Al-Si и Al-Mg установлено, что введение кремния в алюминий положительно влияет на сопротивляемость его к образованию кристаллизационных трещин. Тогда как содержание магния до 2% в системе Al-Mg повышает склонность к горячеломкости сплава. Эта закономерность сохраняется полностью в тройной системе Al-Mg-Si. Область с повышенным содержанием кремния ( + Si + Mg2Si) имеет невысокие значения коэффициента трещинообразования (К < 20%)

Коррозионная стойкость. Наибольшей коррозионной стойкостью в  системе Al-Mg-Si обладают сплавы, расположенные в области a-твердого раствора и на квазибинарном разрезе. Невысокая коррозионная стойкость у сплавов, находящихся в трехфазной области – Mg2Si – Si. Сопротивляемость сплавов Al – Mg – Si коррозионному разрушению во многом зависит от содержания кремния в сплаве и количества фазы Mg2Si.[1.с241]

Таблица-4. Классификация  сплава АЛ9

Марка :	АЛ9
Классификация :	Алюминиевый литейный сплав
Применение:	для изготовления деталей  средней и большой нагруженности; сплав отличается высокой герметичностью. Из-за повышенной склонности к газонасыщению и образованию пористости для получения отливок рекомендуется применять кристаллизацию под давлением.Сплав на основе системы алюминий - кремний - магний (силумин)

 

Таблица-5. Химический состав в % материала   АЛ9 ГОСТ   1583 - 93 

Fe	Si	Mn	Ni	Al	Cu	Pb	Be	Mg	Zn	Sn	Примесей
до   1	8 - 10.5	0.2 - 0.5	до   0.1	86.94 - 91.63	до   0.3	до   0.05	до   0.1	0.17 - 0.3	до   0.3	до   0.01	всего 1.5

Примечание: Al - основа; процентное содержание Al дано приблизительно

Примечание: Для модифицирования  структуры допускается введение стронция до 0,08%. В чушках содержание магния 0.2 - 0.35 %

 

5.Термическая обработка

Термообработку назначаю закалка при t=535 C и искусственное старение t=220-230 C

Механические  свойства при Т=20^oС материала АК9ч .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
литье в кокиль, ГОСТ 1583-93			235		3			Закалка и искуственное старение
литье в кокиль, ГОСТ 1583-93			147		2

 
Твердость сплава АЛ9 термообработанного HB 10 ^-1 = 70 - 100  МПа, что удовлетворяет нашим требованиям.

 

 

 

 

6.Стоимостные характеристики элементов

В последнее время при  разработке новых сплавов все  большее внимание уделяется их стоимостным  характеристикам. Поэтому целесообразно  рассмотреть и классифицировать элементы по стоимости.

В общем стоимость химического элемента определяется такими основными факторами, как распространенность в природе; химическая устойчивость, определяющая способ производства; масштаб производства; степень совершенства технологии производства; хозяйственная и политическая ситуация.

Распространенность элементов.

Земная кора (включая литосферу, гидросферу и атмосферу) является пока единственным источником получения  элементов. Чем меньше они распространены, тем выше их стоимость. По распространенности элементы можно разделить  на следующие  классы:

• преобладающие с концентрацией каждого из элементов более 1%: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, H ( 9 элементов);они составляют 99,34% земной коры; из них Al, Mg, Fe являются основами важнейших сплавов;
• распространенные с концентрацией от 1,0 до 0,01%:C, O, S, Ti, V, Cr, Mn, W, Zn, Sr, Ba; их стоимость колеблется от весьма дешевых до дорогих; к основам сплавов относятся: Ti, V, Cr, Zn;
• редкие с концентрацией от 0,001 до 0,00001% : Li, Be, Zr, Ni, Cu, Y, La, Co, Nb, Pb, B, W, Mo, Bi, Hf, Pf, U, Sn  и др; основами сплавов здесь являются Ni, Cu, Be, Sn, Mo, Pb;
• редчайшие: Hg, Ag, Se, Po, Os, Pd, Ir, Rh, Au и др; из низ основы сплавов: Ag, Au;[1]