Цветные металлы как промышленный материал

Категория:
Промышленные материалы


Цветные металлы как промышленный материал

Алюминий и его сплавы. Алюминий — мягкий металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком. Его плотность 2,7 г/см3; температура плавления 658 °С. Он обладает высокой пластичностью (б = 354-45%), электро-и теплопроводностью. Прочность его Ов = 0,8н-1 МПа, а НВ = 2,5МПа. Алюминий характеризуется высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, пресной воде, в нейтральных растворах, бензине и в других органических средах, в щелочных растворах он неустойчив. Его свойства обусловлены содержанием примесей, по наличию которых алюминий подразделяют на алюминий особой чистоты с содержанием алюминия не менее 99,999% (марка А999), высокой чистоты с содержанием алюминия не менее 99,995% (марки А995, А99, А97, А95), технической чистоты с содержанием алюминия не менее 99,85%.

Алюминий технической чистоты применяют для изготовления изделий методами давления. Из алюминия особой чистоты изготовляют токоведущие жилы, провода и другие изделия и детали.

В производстве металлоизделий более широкое применение имеют его сплавы. Они подразделяются по назначению, способности к термическому упрочнению, способу получения из них изделий и другим признакам.

По назначению они делятся на специальные (для заклепок, жаропрочные и др.) и сплавы общего применения. По способности к термическому упрочнению алюминиевые сплавы делят на термически упрочняемые и термически неупрочняемые. По способу из* готовления из них изделий алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы бывают упрочняемые термической обработкой и неупрочняемые- Упрочняемые сплавы делят на сплавы обычной прочности и высокопрочные. К упрочняемым сплавам обычной прочности относят дуралюмины.

Дуралюмины наиболее распространены среди упрочняемых сплавов обычной прочности. В их состав кроме алюминия входят медь (2,2—5,5%), магний (0,2—1,6%), марганец (0,3—1,2%), кремний (до 0,07%), железо (до 0,07%). Большое влияние на их механические и другие свойства оказывает медь. Дуралюмины с содержанием меди до 5% обладают высокой прочностью, но вместе с тем имеют пониженную пластичность и невысокую коррозионную стойкость. Изделия с повышенным содержанием меди упрочняют закалкой с последующим старением. Закалку осуществляют нагревом изделий до температуры 500°С и последующим охлаждением на воздухе. Прочность закаленных изделий повышается при естественном старении (после выдержки в течение 5—7 сут). Кроме естественного проводят искусственное старение — нагрев закаленных изделий до температуры 100—180°С с последующей выдержкой при этой температуре в течение нескольких часов.

Марганец и магний вводят в дуралюмины для повышения их коррозионной стойкости и улучшения других свойств. Кремний и железо попадают в сплав из руды и отрицательно влияют на свойства сплава, поэтому их количество строго регламентируется ГОСТом.

Дуралюмины выпускают следующих марок: Д1, Д6, Д16, Д18 и др., где Д — дуралюмин, а цифры — номер сплава. Сплав Д6 отличается повышенной прочностью, а Д18 — пластичностью за счет небольшого количества меди (1,8—2,2%). Сплавы Д1, Д16, Д19 широко применяют в транспортном и авиационном машиностроении для изготовления плакированных листов, прессованных профилей, сплавы Д1, Д16 — для изготовления прессованных, катаных и тянутых труб.

К высокопрочным алюминиевым сплавам относятся сплавы марок В93, В94, В95 и др., где В — высокопрочный, цифры — номер сплава.

В составе этих сплавов имеется цинк (5—7%), медь (1—3%), магний и марганец. Основным элементом является цинк, а сплавы некоторых марок имеют никель (1%) и титан. После закалки и старения высокопрочные сплавы имеют высокую прочность (около 6 МПа). Эти сплавы хорошо обрабатываются резанием. Из сплавов В93, В95, В96 изготовляют ответственные детали и конструкции.

Неупрочняемые алюминиевые сплавы представляют собой сплавы на основе системы алюминий — марганец (АМц) или алюминий— магний (АМг), а также сплавы, получаемые при совместном вводе в алюминий марганца и магния до 1—2% каждого. Эти сплавы хорошо деформируются в горячем и в холодном состоянии, отличаются высокой стойкостью в щелочных и других средах, хорошо свариваются.

Применяют их для изготовления листов, прутков, профилей прессованных, трубок катаных, тянутых и других полуфабрикатов.

Литейные сплавы — это сплавы алюминия с кремнием (силумины) или алюминия с магнием, медью и другими элементами. Силумины содержат от 6 до 13% кремния и в незначительном количестве медь. Для получения мелкозернистой и плотной структуры и повышения механической прочности силумины модифицируют металлическим натрием (0,1%) или смесью фтористых солей натрия и калия. Кроме того, для повышения прочности и улучшения других свойств в силумины вводят легирующие добавки — медь, марганец и магний при одновременном снижении кремния до 4,5—5%. Силумины имеют марки АЛ2, АЛ4, АЛ9, где А — алюминий, Л — литейный, цифры — ном,ер сплава.

Вторичные алюминиевые сплавы получают переплавкой утиля, лома, отходов производства, брака. Основным компонентом вторичных сплавов является кремний. Эти сплавы поступают в виде слитков различной формы.

Медь и ее сплавы. Медь — мягкий пластичный металл (6 = 50%) красного цвета. Плотность меди 8,95 г/см3, температура плавления 1083°С. Имеет невысокую твердость (НВ = 3,5 МПа) и прочность (ав = 2,2 МПа). Медь обладает высокими электропроводностью и вязкостью. Из-за высокой вязкости она плохо обрабатывается резанием. Поэтому изделия из чистой меди получают давлением в холодном и горячем состояниях. Медь характеризуется высокой коррозионной стойкостью в чистой атмосфере, бензине, воде и в некоторых других средах. Свойства меди зависят от наличия примесей. Вредными примесями являются висмут, свинец, мышьяк, фосфор. Они снижают электропроводность и теплопроводность, а также механические свойства меди.

Промышленность выпускает медь в виде катодов, слитков, полос, лент, прутков, труб, трубок и других полуфабрикатов. Медь применяется для получения сплавов и нанесения покрытий. Сплавы меди подразделяются на латуни, бронзы, медно-никелевые (мельхиор и нейзильбер) и специальные. Основные марки меди: М000, М00, МО, Ml.

Латунь — сплав меди с цинком. Чем больше в латуни цинка, тем выше ее прочность и ниже пластичность. Сплавы с небольшим количеством цинка получили название томпак. В маркировке латуней и томпаков различия нет. Медно-цинковые сплавы имеют следующие марки: Л96, Л90 (томпаки), Л80 (полутомпак), Л68, Л62 и др., где цифра после Л показывает процентное содержание меди, остальное цинк.

Латуни более прочные, чем медь. Характеризуются они высокой коррозионной стойкостью и хорошими технологическими свойствами. Более разнообразными по свойствам являются специальные (легированные) латуни с добавками алюминия, свинца, никеля, марганца и олова. Алюминиевая латунь отличается повышенной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.

Латуни, легированные свинцом, хорошо обрабатываются резанием. Кремний, никель и марганец улучшают механические свойства и коррозионную стойкость латуней в морской воде.

Промышленность поставляет латунь в виде слитков, поковок, плоского и круглого проката (листы, ленты, прутки, проволока, трубы, трубки радиаторные, капиллярные, тонкостенные и др.). Из них вырабатывают гайки, болты и другие крепежные изделия, а также арматуру, подшипники, детали машин и приборов.

Бронза — двух- или многокомпонентный сплав меди с различными элементами, кроме цинка. Называют бронзы по главному компоненту, из которого состоит сплав. Бронзы подразделяют на оловянистые, в которых основным компонентом является олово, и безоловянистые. По сравнению с латунями бронзы характеризуются более высокой прочностью и коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами. Изделия из них вырабатывают литьем. Маркируют бронзы, как и латуни, по начальным буквам сплава и легирующих элементов. Например, бронза марки Бр.А7 содержит 7% алюминия, остальное медь. Заменителями оловянистых дефицитных и других бронз являются алюминиевые бронзы. Их упрочняют закалкой (нагревом до 800°С) с последующим старением.

Важным достоинством бронз является их прирабатываемость к стальным изделиям. Поэтому из бронз изготовляют подшипники скольжения (вкладыши). Для этого используют свинцовые бронзы (Бр. С-30), оловянистые, легированные фосфором (Бр. 006-0,26), которые имеют малый коэффициент трения со сталью.

Бериллиевые бронзы используют для получения инструментов для взрывоопасных работ, так как при ударах о твердые материалы у бронз с присадкой бериллия не образуется искра.

Meльхиор — сплав меди с никелем (19%), железом (0,8%) и небольшим количеством кобальта. Наиболее распространенная марка мельхиора МН-19 содержит 19% никеля, десятые доли процента кобальта, остальное медь. Нейзильбер (новое серебро) — тройной сплав меди, никеля и цинка. Нейзильбер марки МНЦ15-20 имеет 15% никеля, 20% цинка, остальное медь. Нейзильбер является заменителем мельхиора.

Из медно-никелевых сплавов изготовляют круглый и плоский прокат в виде труб, проволоки, полос, лент, широко применяемых в машиностроении для изготовления ответственных деталей иа-шин, часов, приборов, химической аппаратуры, электромашин, деталей точной механики, товаров народного потребления.

Легкоплавкие сплавы. В состав их входят в различных соотношениях свинец, олово, цинк, магний и др.

Свинец — металл светло-серого цвета с синеватым оттенком. Плотность его 11,3 г/см3, температура плавления 327 °С. Отличается он высокой коррозионной стойкостью в почве, в растворах кислот. Свинец используется в качестве основного материала для получения легкоплавких сплавов.

Олово — серебристо-белый металл с температурой плавления 232°С. Он характеризуется невысокой твердостью, высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в кислых и пищевых средах. Олово применяют для нанесения покрытий (лужения), получения легкоплавких сплавов, припоев для пайки, в качестве легирующих присадок.

Цинк — металл характерного голубовато-белого цвета. Плотность его 7,17 г/см3, температура плавления 419 °С, твердость НВ = 3,5 МПа, он обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в воде, поэтому применяется для нанесения защитных покрытий.

Магний — легкий металл с плотностью 1,7 г/см3 и температурой плавления 65ГС. Магний образует сплавы с алюминием, марганцем, цинком. Магниевые сплавы подразделяют на деформируемые (МА) и литейные (МЛ).

К легкоплавким металлам относятся также кадмий, ртуть, литий (плавится от теплоты ладони) и др.

Легкоплавкие сплавы имеют температуру плавления значительно ниже исходных чистых металлов, что объясняется образованием эвтектических смесей при их получении. В зависимости от назначения легкоплавкие сплавы делят на припои, антифрикционные сплавы (баббиты) и сплавы специального назначения.

Припоями называют сплавы, применяемые для соединения деталей пайкой. По температуре плавления припои подразделяют на мягкие (с температурой плавления 100—400°С) и твердые (с температурой плавления выше 400°С).

К мягким припоям относятся сплавы на основе олова, свинца, висмута и кадмия. Наиболее широкое применение находит сплав олова (62%) и свинца (38%), называемый третником. Оловянис-то-свинцовые припои маркируют ПОС с указанием содержания олова. Например, ПОС40 содержит 40% олова, остальное свинец.

Среди твердых припоев наибольшее распространение получили припои на основе меди и серебра, представляющие собой двойные и сложные сплавы. Например, в состав серебряного припоя марки ПСр45 входит 45% серебра, 30% меди, 25% цинка и 0,1% свинца. Серебряные припои поступают в виде проволоки, они отличаются высокой прочностью, повышенной электропроводностью и пластичностью. При пайке деталей они не влияют на электропроводность в месте спая соединяемых материалов.

Баббиты — сплавы на основе олова или свинца с добавками сурьмы, меди, кадмия и никеля, получивших название оловянистых баббитов. Баббиты используются для нанесения на стальные пластины тонкого антифрикционного слоя при изготовлении вкладышей, для обеспечения лучшего скольжения шеек коленчатого вала в цапфе поршней двигателей внутреннего сгорания.

Заменителями оловянистых баббитов являются свинцово-оло-вянистые и свинцовистые (кальциевые), в которых олова содержится от 6 до 16%- Свинцовистые баббиты содержат примеси кальция (0,5—1%) и 0,8% натрия, в результате чего и получили название кальциевых баббитов.

Применяются также баббиты на основе алюминия, цинка, а также железа (антифрикционный чугун), подшипниковые сплавы на основе меди (например, бронзы марок Бр.ОСЦ4-4-4 иБр.ОФ6,5-1,5). Оловянистые бронзы используют в условиях, где наблюдаются большие удельные давления.

Легкоплавкие сплавы имеют различный химический состав и невысокую температуру плавления, позволяющую использовать их в качестве легкоплавких вставок в агрегатах и приборах. Так, для устранения возможности взрыва в котлах делают вставки из легкоплавких сплавов, которые при достижении определенной температуры расплавляются, выпуская в образовавшееся отверстие воду. Легкоплавкие вставки используются в разовых предохранителях для предупреждения перегорания приборов в электрической цепи и в других устройствах.

Тугоплавкие металлы. К тугоплавким металлам относят вольфрам, молибден, титан, цирконий, хром, ванадий и др.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл, плавится при температуре 3400—3410°С. Применяется он для изготовления нитей накаливания в вакуумных и осветительных лампах, а также в радиотехнике. Вольфрам широко применяют для легирования железоуглеродистых и некоторых других сплавов.

Молибден — металл серебристо-белого цвета с высокой температурой плавления — 2692°С. Применяют его для изготовления тугоплавких сплавов, используемых в радио- и электротехнике, углеродистых и некоторых других сплавов.

Титан — легкий металл серебристо-белого цвета. По температуре плавления (1665°С) он значительно уступает вольфраму и молибдену. Однако титан и его сплавы отличаются высокими механическими свойствами при повышенных температурах. Так, титановый сплав, содержащий 3% молибдена и 6,3% алюминия, при температуре 500°С сохраняет прочность свыше 7,0 МПа. Титановые сплавы, в состав которых кроме титана входят хром, алюминий, ванадий, тантал, ниобий, марганец, молибден, применяют для изготовления прутков, листовых заготовок, различного вида проката, проволоки. Они отличаются высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью.

Цирконий — имеет температуру плавления 1850°С. Отличается высокой коррозионной стойкостью. Применяют его в агрессивных средах, в вакуумной технике, электротехнике, а также в качестве добавок в сталь.

Хром — один из наиболее твердых металлов, температура плавления 1890°С. Отличается высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Широко применяется для легирования черных металлов, в качестве защитно-декоративных покрытий, при получении сплавов с особыми свойствами.

Ванадий имеет температуру плавления 1900°С, плотность 6,1 г/см3- Широко применяется для легирования сталей.

Широко применяют и такие металлы, как никель, бериллий, серебро, золото и др. Некоторые из них объединяются в самостоятельные группы. Так, серебро, золото и платину из-за их высокой коррозионной стойкости и блеска называют благородными металлами.

Прецизионные сплавы — это сплавы со специфическими физическими свойствами, обусловленными строгим химическим составом и специфическими видами их обработки. Они вырабатываются как на основе черных, так и цветных металлов. Их делят на сплавы высокого электросопротивления, магнитные, сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения, сплавы с заданными упругими свойствами.

К сплавам высокого электросопротивления относятся сплавы с удельным электросопротивлением 1—2 Ом-мм2/м и более. Их подразделяют на реостатные и сплавы нагревательных элементов. Реостатные сплавы применяют для изготовления обмоток реостатов. Это медно-никелевые сплавы (константан) с добавлением или без добавления марганца. Так, константан марки МНМц40-1,5 содержит 40% никеля, 1,5% марганца, остальное медь. Температурный коэффициент этого сплава в интервале температур от —50 до + 100°С практически равен нулю.

Нихромы — сплавы никеля с хромом; в тройных сплавах кроме никеля и хрома могут содержаться и другие элементы, например нихром марки Х15Н60 содержит 15% хрома, 60% никеля и 25% меди. Заменители нихромов — сплавы на основе железа (фехрали, хромали) с большим содержанием хрома, никеля, алюминия. Нихромы и их заменители применяют для изготовления спиралей нагревательных элементов-

Магнитные сплавы подразделяют на сплавы с высокой магнитной проницаемостью (магнитно-мягкие) и магнитно-твердые сплавы. Сплавы с высокой магнитной проницаемостью обладают малой коэрцитивной силой в определенных диапазонах магнитного поля. Они вырабатываются на железной, железоникелевой и железоко-бальтовой основах. Так, сплав марки 45Н содержит 45% никеля, остальное железо. Применяют для изготовления сердечников, обмотки трансформаторов, дросселей, реле и других деталей.

Магнитно-твердыми называют сплавы, имеющие большую коэрцитивную силу. Характеризуются малой магнитной проницаемостью и медленным размагничиванием. Их применяют для изготовления постоянных магнитов. Например, сплав на основе кобальта марки 52КФ13, в составе которого 52% кобальта, 13% ванадия, остальное железо, обладает заданным сочетанием коэрцитивной силы и остаточной индукции.

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения при нагреве в интервале определенных температур (марка 36Н) применяют для изготовления деталей в приборах для соединения металла со стеклом, керамикой и другими неметаллическими материалами, соответственно они имеют коэффициент расширения при нагреве равный стеклу, керамике и другим материалам.

Сплавы с заданными упругими свойствами имеют высокие упругие свойства, которые сохраняются при изменении температуры. В основном это сплавы на основе кобальта и железа с добавками молибдена и других элементов.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум