3.5 Кольорові метали та їх сплави

Кольорові метали відзначаються унікальними властивостями: жароміцністю, тугоплавкістю, високою електропровідністю, пластичністю, корозійною стійкістю, малою питомою вагою, твердістю, здатністю утворювати різноманітні сплави тощо. Вони широко використовуються у машинобудуванні, електротехніці, приладобудуванні, радіотехніці, електроніці, хімічній промисловості, в атомній та космічній техніці, у побуті. Надзвичайно широкий асортимент вироблюваних кольорових металів (більше 70) та їх сплавів пояснюється їх використанням. Кольорові метали і сплави використовують у вигляді напівфабрикатів (листи, стрічки, фольга, труби, прутки, дріт, профілі) або відливок чи поковок. Розвиток і створення нових галузей промисловості викликали необхідність використання кольорових металів високої чистоти та надчистих, які володіють властивостями недосяжними для технічно чистих металів.

Кольорові метали класифікують за ознаками:

• за щільністю (легкі, важкі);

• за температурою плавлення (легкоплавкі, тугоплавкі);

• за схильністю до окислення (звичайні, благородні);

• за поширеністю (поширені, рідкісноземельні, розсіяні).

3.5.1 Легкі метали та їх сплави

До них відносять метали з щільністю до 4500кг/м³. Найбільш поширені алюміній, магній, титан.

Алюміній – сріблясто-білий метал (щільність 2,7г/см³, температура плавлення 660С) з високою електро- та теплопровідністю, морозостійкістю, корозійною та хімічною стійкістю, який добре піддається обробці. Він найбільш поширений у земній корі, але в чистому вигляді не зустрічається. Основні руди – боксити які містять до 50%Al₂O₃. Після хімічної переробки отримують напівпродукт – глинозем. З нього шляхом електролізу отримують первинний алюміній (табл. 3.9). Технічний алюміній поставляють у чушках (515, 1000кг), або у вигляді плоских зливків різної довжини і ширини.

Таблиця 3.9

Первинний алюміній

Марка алюмінія	Al, % (не менше)		Домішок, % (не більше)			Марка алюмінія *	Al, % (не менше)	Домішок, % (не більше)
			Fe	Si	Усього			Fe	Si	Усього
Особливої чистоти						Технічної чистоти
А999	99,999	-		-	0,001	А85 А8 А7 А6 А5 А0	99,85 99,8 99,7 99,6 99,5 99,0	0,08 0,12 0,16 0,25 0,30 0,50	0,06 0,10 0,16 0,20 0,30 0,50	0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 1,0
Високої чистоти
А995 А99 А97 А95	99,995 99,99 99,97 99,95	0,0015 0,003 0,015 0,030		0,0015 0,003 0,015 0,030	0,005 0,010 0,030 0,050

* Первинний алюміній марок А7Е и А5Е призначений дя виготовлення електричного дроту.

Алюміній особливої чистоти використовують у напівпровідниковій та ядерній техніці, високої чистоти – для виготовлення електролітичних конденсаторів, хімічної апаратури, а технічної чистоти – для виготовлення кабельної продукції, проката, посуду, алюмінієвого порошку та сплавів. Як конструкційний матеріал алюміній переважно використовують у вигляді сплавів, бо він володіє низькими механічними властивостями та важко обробляється різанням. Основні компоненти алюмінієвих сплавів – мідь, марганець, кремній, магній, титан, хром.

Алюмінієві сплави поділяють на деформуємі (для виготовлення листів, стрічок, труб, профілів, дроту), ливарні (для виготовлення відливок) та підшипників (табл.3.10).

Деформуємі алюмінієві сплави характеризуються невисокою міцністю, але високою пластичністю та стійкістю проти корозії. Вони добре зварюються і легко піддаються обробці тиском. Вони поділяються на сплави зміцнювані та незміцнювані термічною обробкою.

До сплавів зміцнюваних термічною обробкою відносять:

• дюралюміни (дуралюміни) – для виготовлення деталей середньої та підвищеної міцності які сприймають змінні навантаження (будівельні конструкції, деталі автомобілів та літаків);

• авіалі для виготовлення деталей середньої міцності, які деформуються при експлуатації (деталі двигунів, трубопроводи);

• високоміцні мають низьку корозійну стійкість і не придатні для роботи при температурах вищих за 150С;

• ковочні для виготовлення куванням або штампуванням деталей складної форми, середньої та підвищеної міцності, невисокої корозійної стійкості;

• жароміцні для виготовлення деталей, що працюють при температурах до 350С (головка блока циліндрів, поршні, обшивка надзвукових літаків).

До сплавів не зміцнюваних термічною обробкою відносять

• магналії (Al+Mg) та сплави з марганцем. Вони зміцнюються тільки холодним деформуванням і використовуються для зварних та клепаних конструкцій, які експлуатуємих при невеликому навантажені в корозійно-активному середовищі.

Ливарні алюмінієві сплави характеризуються високою рідкотекучістю, хорошими механічними властивостями та корозійною стійкістю. В залежності від основних компонентів їх поділяють на групи. Найбільш поширені сілуміни (Al+Si). Для поліпшення показників міцності та технологічності ливарні сплави рафінують (видаляють гази та неметалічні вкраплення) або модифікують (для поліпшення структури).

Таблиця 3.10

Сплави на основі алюмінія

Сплави	Основні компоненти	Марки
Деформуємі: дюралюміни авіалі високоміцні ковочні жароміцні магналій Ливарні І група ІІ група ІІІ група ІV група V група Підшипникові	Al+Cu+Mg Al+Mg+Si Al+Zn+Mg+Cu Al+Cu+Mg+Mn+Si Al+Cu+Mg+Ni+Ti Al+Mg (Al+Mn) Al+Si Al+Si+Cu Al+Cu Al+Mg Al+Cu+Ni+Mg+Si	Д1, Д16, Д18, Д19 АВ, АД31, АД33, АД35 В93, В93, В94, В95, В96, ВАД32 АК1, АК4, АК6, АК8 АК2, АК4, АК4-1, Д20, Д21 АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АМц АЛ2, АЛ4, АЛ9 АЛ3, АЛ5, АЛ6 АЛ7, АЛ19 АЛ8, АЛ13, АЛ22 АЛ1, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛ25, АЛ30 АМК-2; АН2,5; АЖ-6; АСС6-5; АО3-1; АО9-2; АО20-1

Підшипникові алюмінієві сплави використовуються замість олов’янистих бронз і баббітів при р150кг/см², V10мс/с та рV400кгм/см²*с.

У маркуванні алюмінієвих сплавів літерами позначають:

компоненти: А – алюміній

К – кремній

Мц – марганець

Мг – магній

призначення: Д – деформуємий

Л – ливарний

властивості: В – високоміцний

М – м’який відпалений

П – напівнагартований

Н – нагартований

Цифри за літерами позначають або порядковий номер марки сплава, або вміст відповідного елемента у %. Для високоміцних алюмінієвих сплавів на першому місці цифрового маркування ставлять цифру 9.

Магній – сріблясто-білий метал (щільність 1,74 г/см³, температура плавлення 651С) який добре обробляється різанням, має низьку корозійну стійкість та низькі ливарні властивості. Основні руди – магнезіт (МgСО₃), карналліт (КСl*МgCl₂*6Н₂О), бішофіт (МСl₂*6H₂O). Магній у вигляді зливків або виробів не вогненебезпечний (згорає при температурі біля 651С).

Первинний магній поставляють у чушках до 8кг таких марок: Мг96 (не менше 99,96%Mg), Мг95 (не менше 99,95% Mg) та Мг90 (не менше 99,90% Mg).

Сплави магнія поділяють на деформуємі (маркують МА) та ливарні (маркують МЛ). Деформуємі випускають марок МА1, МА2, МА5, МА10, МА11, а ливарні марок– МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ10, МЛ12. Цифра у маркуванні позначає номер марки сплава.

Титан – сріблясто-білий метал (щільність 4,5г/см³, температура плавлення 1672С) який відзначається високими механічними властивостями, корозійною стійкістю, малою тепло- та електропровідністю. Його властивості дуже залежать від чистоти. Основні руди – ільменіт, рутил, перовскіт. Технічний титан випускають марок: ВТ1-00 (99,53%Ті), ВТ1-0 (99,48%Ті) та ВТ1-1 (99,44%Ті). Технічний титан добре обробляється тиском, добре зварюється але важко обробляється різанням. Для підвищення механічних властивостей та корозійної стійкості титан легують алюмінієм, хромом, ванадієм, молібденом, оловом, ніобієм. Сплави титана класифікують за ознаками:

По міцності: підвищеної пластичності

невисокої та середньої міцності

високої міцності

За призначенням: ливарні (літера Л у кінці маркування)

деформуємі

Ливарні титанові сплави випускають марок ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л і т.д.

Деформуємі титанові сплави випускають марок ВТ5, ВТ5-1, ОТ4-1, ОТ4, ВТ4, ВТ18, ВТ6, ВТ8, ВТ14, ВТ3-1, ВТ22, ВТ15. Цифри у маркуванні – порядковий номер марки, який, інколи, збігається з вмістом легуючих елементів.