Кольорова металургія займається видобутком руд кольорових металів, а також збагаченням і виплавкою чистих металів та їх сплавів. Кольорові метали мають безліч цінних властивостей: малу щільність (магній, алюміній), високу теплопровідність (мідь), стійкість до корозії (титан) і ін. Умовно вони діляться на важкі, легкі, шляхетні й рідкі.
Групи металів
До важких металів ставляться речовини, які відрізняються високою щільністю. Це кобальт, хром, мідь, свинець і ін. Деякі з них (свинець, цинк, мідь) застосовують в чистому меді, але зазвичай використовують в якості легуючих елементів.
Щільність легких металів - менше 5 г / см3. У цій групі ставляться алюміній, натрій, калій, літій і ін. Їх використовують як раскислители при виготовленні чистих металів і сплавів, а також застосовують в піротехніці, медицині, фототехніку та інших областях.
Благородні метали відрізняються високою стійкістю до корозії. До цієї групи входять платина, золото, срібло, осмій, паладій, родій, іридій та рутеній. Вони застосовуються в медицині, електротехніці, приладобудуванні, ювелірній справі.
Рідкісні метали об'єднані в окрему групу, так як мають особливі властивості, не характерні для інших металів. Це уран, вольфрам, селен, молібден і ін.
Також виділяється група широко застосовуваних металів. У неї входять титан, алюміній, мідь, олово, магній і свинець.
Сплави на основі кольорових металів бувають ливарні і деформуються. Вони розрізняються технологією створення заготовок: з ливарних виробляють деталі за допомогою лиття в металеві або піщані форми, а з деформованих роблять листи, фасонні профілі, дріт та інші елементи. В цьому випадку використовуються методи пресування, кування і штампування. Ливарнісплави відносяться до металургії важких металів, що деформуються - до металургії легких металів.
Алюміній і його сплави
Алюміній - кольоровий метал, який має сріблясто-білий відтінок і плавиться при температурі 650 ° С. У періодичної системі йому відповідає символ Al. Цей елемент посідає третє місце за поширеністю серед усіх порід в земній корі (на першому місці - кисень, на другому - кремній). В атмосферних умовах на поверхні алюмінію утворюється оксидна плівка, що перешкоджає появі корозії.
Важливі властивості алюмінію:
- Низька щільність - всього 2,7 г / см3 (наприклад, у міді - 8,94г / см3).
- Висока електрична провідність (37 * 106 См / м) і теплопровідність (203,5 Вт / (м · К)).
- Низька міцність в чистому вигляді - 50 МПа.
- Структура кристалічної решітки - кубічна гранецентрірованая.
Метал легко обробляється тиском. Знаходить широке застосування в електропромисловості: з алюмінію виготовляють провідники електричного струму. При виробництві стали його використовують для розкислення. З алюмінію також роблять посуд, проте вона не підходить для приготування солінь і зберігання кисломолочних продуктів - елемент нестійкий у лужному і кислому середовищі. Деякі сталеві деталі покривають алюмінієм (процес алітірованія), щоб підвищити їх жаростійкість. Через невисоку міцності алюміній практично не застосовується в чистому вигляді.
Деформуємі сплави алюмінію
Деформуються алюмінієві сплави діляться на зміцнюючі й неупрочняемие.
Зміцнюється деформуються сплави алюмінію - це дуралюміни (система А-С u-Mg) і високоміцні сплави (Аl-Сu-Mg-Zn). Високі механічні властивості і невелику питому вагу дозволяють широко застосовувати ці сплави в області машинобудування, особливо - в виготовленні деталей для літаків.
Основними легуючими елементами для дуралюмина служать магній і мідь. Ці сплави маркуються буквою Д з числом. З Д1 роблять лопаті гвинтів, Д16 використовується для лонжеронів, шпангоутів, обшивки літаків, а Д 17 - для кріпильних заклепок.
Високоміцні сплави, крім алюмінію, міді і магнію, містять цинк. Позначаються літерою В і числом, застосовуються для виготовлення деталей складної конфігурації, лопатей вертольотів, високонавантажених конструкцій.
Неупрочняемие деформуються алюмінієві сплави - це сплави алюмінію з марганцем (маркування - АМц1) і з магнієм (AМг2 і АМг3). Вони добре обробляються зварюванням, витяжкою, прокаткою, гарячої і холодної штампуванням. Відрізняються високою пластичністю, але при цьому не дуже міцні. Вони випускаються переважно у вигляді листів, які застосовуються для виготовлення виробів складної форми (заклепки, рами та ін.).
Ливарнісплави на основі алюмінію
Найбільш широке застосування отримали ливарні сплави алюмінію і кремнію, які називаються силумінами. Вони містять більше 4,5% кремнію і позначаються буквами АК з номером марки. Силуміни поєднують малу питому вагу з високими механічними та ливарні властивості. Вони застосовуються для складного литва авто-, мото- і авіадеталей, а також для виробництва деяких видів побутової техніки - м'ясорубок, теплообмінників, санітарно-технічних арматур і ін.
Сплави на основі міді
Мідь - кольоровий метал, який на поверхні має червоний відтінок, а в зламі - рожевий. У періодичної системі Д.І. Менделєєва позначається символом Cu. У чистому вигляді метал має високу ступінь пластичності, електро- і теплопровідності, а також характеризується стійкістю до корозії. Це дозволяє використовувати мідь і її сплави для покрівель відповідальних будівель.
Важливі властивості металу:
- Температура плавлення - 1083 ° С.
- Структура кристалічної решітки - кубічна гранецентрірованая.
- Щільність - 8,94 г / см3.
Завдяки пластичності мідь легко піддається обробці тиском, але погано ріжеться. Через велику усадки метал має низькі ливарні властивості. Будь-які домішки, за винятком срібла, дуже впливають на речовину і знижують його електричну провідність.
При маркуванні міді використовується буква М з числом, яке позначає марку. Чим менше номер марки, тим більше в ній чистого речовини. Наприклад, М00 містить 99,99% міді, а М4 - 99%.
Найбільш широке застосування в техніці знаходять дві групи мідних сплавів - бронзи і латуні.
Бронзи - сплави на основі міді, в яких легирующим елементом є будь-який метал, крім цинку. Найбільш часто застосовуються сплави міді зі свинцем, оловом, алюмінієм, кремнієм і сурмою.
Все бронзи за хімічним складом поділяються на олов'яні і спеціальні, або безолов'яні, тобто не містять в своєму складі олова.
Олов'яні бронзи відрізняються найбільш високими ливарними, механічними і антифрикційними властивостями, а також мають підвищену стійкість до корозії. Через високу вартість олова ці сплави застосовують обмежено.
Спеціальні бронзи часто використовують в якості замінників олов'яних, і деякі мають кращі технологічні властивості. Виділяються наступні види спеціальних бронз:
- Алюмінієві. Вони містять від 5% до 11% алюмінію, а також марганець, нікель, залізо і інші метали. Ці сплави мають більш високими механічними властивостями, ніж олов'яні бронзи, проте їх ливарні властивості нижче. Алюмінієві бронзи служать для виготовлення дрібних відповідальних деталей.
- Свинцюваті. До їх складу входить близько 30% свинцю. Ці сплави мають високі антифрикційні властивості, тому широко застосовуються у виробництві підшипників.
- Крем'янисті. Ці бронзи містять приблизно 4% кремнію, легується нікелем і марганцем. За своїми механічними властивостями майже відповідають сталей. Застосовуються, в основному, для виготовлення пружних елементів в суднобудуванні і авіації.
- Берилієві. Містять до 2,3% берилію, характеризуються високою пружністю, твердістю і зносостійкість. Ці бронзи використовуються для пружин, які працюють в умовах агресивного середовища.
Все бронзи мають хороші антифрикційні показники, корозійну стійкість, високі ливарні властивості, які дозволяють використовувати сплави для виготовлення пам'ятників, виливки дзвонів і ін.
При маркуванні бронз використовуються початкові букви Бр, після яких йдуть перші літери назв основних металів із зазначенням їх змісту в процентах. Наприклад, сплав БрОФ8-0,3 включає 8% олова і 0,3% фосфору.
Латунями називають сплави міді і цинку з додаванням інших металів - алюмінію, свинцю, нікелю, марганцю, кремнію та ін. В простих латунях міститься тільки мідь і цинк, а багатокомпонентні сплави включають від 1% до 8% різних легуючих елементів, які додають для поліпшення різних властивостей.
- Марганець, нікель і алюміній підвищують стійкість сплаву до корозії і його механічні властивості.
- Завдяки добавкам кремнію сплав стає більш текучим в рідкому стані і легше піддається зварці.
- Свинець спрощує обробку різанням.
Магній і його сплави
Магній - кольоровий метал, який має сріблястий відтінок і позначається символом Mg в періодичній системі.
Важливі властивості магнію:
- Температура плавлення - 650 ° С.
- Щільність - 1,74 г / см3.
- Твердість - 30-40 НВ.
- Відносне подовження - 6-17%.
- Тимчасовий опір - 100-190 МПа.
Метал має високу хімічну активність, в атмосферних умовах нестійкий до утворення корозії. Він добре ріжеться, сприймає ударні навантаження і гасить вібрації. Так як магній має низькі механічні властивості, він практично не застосовується в конструкційних цілях, зате використовується в піротехніці, хімічної промисловості та металургії. Він часто виступає в якості відновника, легуючого елемента і раскислителя при виготовленні сплавів.
Сплави на основі магнію характеризуються високою питомою міцність (межа міцності - до 400 МПа). Вони добре ріжуться, шліфуються, поліруються, куються, пресуються, прокочуються. З недоліків магнієвих сплавів - низька стійкість до корозії, погані ливарні властивості, схильність займатися при виготовленні.
Деформуємі сплави магнію
Найбільш поширені три групи сплавів на основі магнію.
Сплави магнію, леговані марганцем
Містять до 2,5% марганцю, що не зміцнюються термічною обробкою. У них хороша корозійна стійкість. Так як ці сплави легко зварюються, вони застосовуються для зварних деталей нескладної конфігурації, а також для деталей арматури, масляних і бензинових систем, які не відчувають великих навантажень. Серед цієї групи - сплави МА1 і МА8.
Сплави системи Mg-Al-Zn-Mn
До складу цих сплавів, крім магнію і марганцю, входять алюміній і цинк. Вони помітно підвищують міцність і пластичність, завдяки чому сплави підходять для виготовлення штампованих і кованих деталей складних форм. До цієї групи належать марки МА2-1 і МА5.
Сплави системи Mg-Zn
Сплави на основі магнію і цинку додатково легується кадмієм, цирконієм і рідкоземельними металами. Це високоміцні магнієві сплави, які застосовуються для деталей, що зазнають високі навантаження (в літаках, автомобілях, верстатах і ін.). До цієї групи відносяться сплави марок МА14, МА15, МА19.
Ливарнісплави магнію
Найпоширеніша група ливарних магнієвих сплавів відноситься до системи Mg-Al-Zn. Ці сплави практично не поглинають теплові нейтрони, тому широко застосовуються в атомній техніці. З них також роблять деталі літаків, ракет, автомобілів (двері кабін, корпуси приладів, паливні баки і ін.). Сплави магнію, цинку і алюмінію використовують в приладобудуванні і в виготовленні кожухів для електронної апаратури. До даної групи належать марки МЛ5 і МЛ6.
Високоміцні ливарні магнієві сплави відрізняються кращими механічними і технологічними властивостями. Вони застосовуються в авіації для виготовлення навантажених деталей. До цієї групи відносяться сплави МЛ12 (магній, цинк і цирконій), МЛ8 (магній, цинк, цирконій і кадмій), МЛ9 (магній, цирконій, неодим), МЛ10 (магній, цинк, цирконій, неодим).
Цинк і його сплави
Цинк - кольоровий метал сіро-блакитного відтінку. В системі Д. І. Менделєєва позначається символом Zn. Він має високу в'язкість, пластичність і корозійну стійкість. Важливі властивості металу:
- Невелика температура плавлення - 419 ° С.
- Висока щільність - 7,1 г / см3.
- Низька міцність - 150 МПа.
У чистому вигляді цинк використовується для оцинкування стали з метою захисту від корозії. Застосовується в поліграфії, друкарні і гальваніки. Його часто додають в сплави, переважно в мідні.
Деформуємі цинкові сплави
Деформуємі сплави цинку використовуються для виробництва деталей методами витяжки, пресування і прокатки. Вони обробляються в гарячому стані при температурі від 200 до 300 ° С. Як легуючі елементи виступають мідь (до 5%), алюміній (до 15%) і магній (до 0,05%).
Деформуємі цинкові сплави характеризуються високими механічними властивостями, завдяки яким часто використовуються в якості замінників латуней. Вони мають високу міцність при хорошій пластичності. Сплави цинку, алюмінію і міді найбільш поширені, так як вони мають найвищі механічні властивості.
Ливарні цинкові сплави
У ливарних цинкових сплавах легирующими елементами також виступають мідь, алюміній і магній. Сплави діляться на 4 групи:
- Для лиття під тиском.
- Антифрикційні.
- Для відцентрового лиття.
- Для лиття в кокіль.
Злитки легко поліруються і приймають гальванічні покриття. Ливарні цинкові сплави мають високу плинність в рідкому стані і утворюють щільні виливки в застиглому вигляді.
Ливарнісплави отримали широке застосування в автомобільній промисловості: з них роблять корпусу насосів, карбюраторів, спідометрів, радіаторних решіток. Сплави також використовуються для виробництва деяких видів побутової техніки, арматури, деталей приладів.
У Росії кольорова металургія - одна з найбільш конкурентоспроможних галузей промисловості. Багато вітчизняних компаній є світовими лідерами в нікелевої, титанової, алюмінієвої підгалузях. Ці досягнення стали можливими завдяки великим інвестиціям в кольорову металургію і застосування інноваційних технологій.
Поділитися з друзями