Цветные металлы и сплавы

Цветными называют все металлы, кроме железа, кобальта и марганца, а также щелочных и щелочноземельных металлов.

Различают следующие группы цветных металлов:

1. Легкие (с плотностью меньше 5 г/см³): Al, Mg, Be, Ti.

2. Тяжелые: Cu, Ni.

3. Тугоплавкие (с температурой плавления Т_пл больше, чем у железа, т.е. больше 1539 ^оС): W, Mo, Nb, V, Cr, Ta и др.

4. Легкоплавкие: Sn, Pb, Zn и др.

5. Драгоценные: Au, Ag, Pt и др.

6. Радиоактивные: U, Pu и др.

Свойства и применение цветных металлов

Таблица  – Атомно-кристаллическая структура и физико-механические свойства цветных металлов

Таблица  – Механические свойства алюминия, меди и титана

Металл Тип решетки при 20 оС Тпл, оС Плотность при 20 оС, г/см3 Модуль Юнга при 20 оС , ГПа Удельное электро- сопротивление, мкОм·см Теплопро- водность, Вт/м·К Al ГЦК 660 2,70 72 2,67 238 Be ГП 1287 1,85 310 3,3 194 W ОЦК 3410 19,2 420 5,4 174 Au ГЦК 1063 19,3 79 2,20 315 Mg ГП 649 1,74 45 4,2 155 Cu ОЦК 1083 8,96 125 1,69 394 Mo ОЦК 2620 10,2 334 5,7 137 Ni ГЦК 1455 8,9 205 6,9 88 Sn ОЦТ 232 7,3 49 12,6 73 Pb ГЦК 327 11,7 24 20,6 35 Ag ГЦК 961 10,5 81 1,63 425 Ti ГП 1670 4,5 108 54 21,6 Cr ОЦК 1860 7,1 240 13,2 91 Zn ГП 420 7,14 94 5,96 119,5

Металл Марка Содержание примесей, % Состояние σВ, МПа δ, % Al А995 0,005 Литое 50 45 А0 1 Литое 90 25 Деформиро- ванное 140 12 Отожженное 90 30 Cu М1 0,1 Литое 160 25 Деформиро- ванное 450 3 Отожженное 220 50 Ti ВТ1-00 0,9 Отожженное 300–450 25 ВТ1-0 1,7 Отожженное 400–550 20

Наибольший объем производства среди цветных металлов и сплавов имеют три металла – алюминий, медь, титан – и сплавы на их основе.

Достоинствами алюминия является низкая стоимость, высокая электро- и теплопроводность, низкая плотность, высокая удельная прочность (σ_В/ρ), хорошая коррозионная стойкость во многих средах и высокая технологичность (возможность плавки и обработки давлением при невысоких температурах в воздушной атмосфере). К недостаткам относятся плохая обрабатываемость резанием и низкая жаропрочность.

Медь характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Недостатки меди: высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

К достоинствам титана относится высокая прочность и удельная прочность не только при комнатной температуре, но и в условиях глубокого холода, а также высокая коррозионная стойкость. Недостатком титана является низкая теплопроводность. Из-за этого титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается.

Классификация сплавов цветных металлов

Для описания цветных сплавов применяют несколько классификаций:

• по химическому составу, или, другими словами, по вводимым в состав легирующим элементам;

• по фазовому состоянию в отожженном состоянии (например, различают однофазные α-и двухфазные (α+β)-латуни, а для титановых сплавов используют названия α-, псевдо α-, (α+β)-сплавы);

• по областям преимущественного применения (например, патронная латунь);

• по основной характеристике, определяющей особенности применения (так, сплавы на основе алюминия относят к группе материалов с малой плотностью, титановые сплавы – к материалам с высокой удельной прочностью, медные сплавы – к материалам с особыми технологическими свойствами);

• по технологическим способам, используемым для получения изделий из рассматриваемого сплава (деформируемые, литейные, спекаемые сплавы);

• по возможности упрочнить сплав с помощью термической обработки (термически упрочняемые и термически неупрочняемые).