Цветные металлы и их сплавы

Цветные металлы по физико-химическим свойствам классифицируют условно на пять групп:

1.Тяжелые: медь, никель, свинец, цинк, олово.

2.Легкие: алюминий, магний, литий, натрий, калий, берил­лий, кальций, стронций, барий.

3.Благородные: золото, серебро, платина и ее спутники.

4.Малые: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть, кобальт.

5.Редкие:

• Легкие редкие металлы (литий, бериллий, рубидий, цезий) обладают малой плотностью — до 2000 кг/м³. Их соединения отличаются высокой химической стойкостью и с трудом восстанавливаются до металла. Получают их электролизом в расплав­ленных средах или металлотермическими способами.

• Тугоплавкие редкие металлы (титан, цирконий, ванадий, ниобий, тантал, вольфрам, молибден). Температура плавления более 1873 К. Обладают высокими антикоррозионными свойствами. Со многими металлами образуют твердые растворы и интерметаллиды.

• Рассеянные редкие металлы (галлий, индий, таллий, герма­ний, гафний, рений, селен, теллур). Сырьем для их получения служат отходы производства основных цветных металлов, в ко­торых концентрация данных металлов в десятки раз превышает первоначальное содержание в руде.

• Редкоземельные металлы (лантаноиды, скандий и иттрий).

• Радиоактивные редкие металлы (радий, уран и другие элементы, встречающиеся в природе, а также искусственные заурановые элементы — от плутония до курчатовия).

Цветные металлы используют в чистом виде, в виде сплавов, как легирующие присадки при производстве сталей, как антикоррозионные покрытия, в виде порошков и различных химиче­ских соединений.

Медь и сплавы на ее основе

Медь – золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок.

Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных тепло отводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах, тепловых трубках.

В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах.

Механические свойства меди относительно низкие. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.

Латуни (медь + (8—40 %) цинка) хорошо обрабатываются давлением, ковкой и штамповкой. Используются для изготовле­ния деталей литьем, обладают антикоррозионными свойствами, широко применяются в производстве биметаллов. Основные по­требители латуней — машиностроение, химическая промыш­ленность, судостроение, оптика и приборостроение.

Бронза - это сплавы меди с другими металлами. Основное применение бронзы это сложные отливки, вкладыши подшипников и трубопроводная арматура.

1. Оловянные бронзы — сплавы меди (80—94 %) и олова (20—6 %).

• Литейные стандартные. Предназначены для получения разных деталей машин методами фасонного литья. Эти бронзы обладают высокими литейными свойствами, а также имеют высокую плотность отливок, достаточную коррозионную стойкость и высокие механические свойства.

• Литейные ответственного назначения. Обладают высокими антифрикционными свойствами и хорошим сопротивлением истиранию. Эти сплавы применяют для изготовления подшипников скольжения и других деталей, работающих в условиях трения.

• Деформируемые. Отличаются от литейных более высокой прочностью, вязкостью, пластичностью, сопротивлением усталости. Основные легирующие элементы в деформируемых бронзах - олово, фосфор, цинк и свинец, причем олова в них меньше, чем в литейных бронзах. Деформируемые бронзы можно разделить на сплавы, улучшенные оловом и фосфором, и сплавы, не содержащие фосфора. Из этих бронз некоторые обрабатываются давлением, а некоторые совсем не обрабатывается давлением в горячем состоянии. Эти бронзы предназначены для изготовления деталей, работающих в условиях трения, и поэтому улучшены свинцом.

2. Алюминиевые бронзы — 5—11 % алюминия и добавки желе­за марганца, никеля. Обладают высокими механическими свой­ствами и антикоррозионной стойкостью.

По распространенности в промышленности алюминиевые бронзы занимают одно из первых мест среди медных сплавов. В меди растворяется довольно большое количество алюминия: 7,4% при 1035 °С, 9,4% при 565 °С и около 9% при комнатной температуре. С увеличением содержания алюминия прочностные свойства сплавов повышаются. Оптимальными механическими свойствами обладают сплавы, содержащие 5...8% А1.

Наряду с повышенной прочностью они сохраняют высокую пластичность.

Алюминиевые бронзы по сравнению с оловянными имеют следующие преимущества:

• большую плотность отливок;

• лучшую жидкотекучесть;

• более высокую прочность и жаропрочность;

• более высокую коррозионную и противокавитационную стойкость;

• меньшую склонность к хладноломкости.

Кроме того, алюминиевые бронзы не дают искр при ударе.

Недостатки алюминиевых бронз:

• значительная усадка при кристаллизации

• склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов;

• сильное окисление в расплавленном состоянии, при котором образуются оксиды алюминия, приводящие к шиферному излому в деформированных полуфабрикатах;

• вспенивание расплава при заливке в форму;

• трудность пайки твердыми и мягкими припоями;

• недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.

Бронзы с содержанием алюминия применяются для изготовления различных втулок, направляющих седел, фланцев, шестеренок и много других преимущественно мелких но ответственных деталей.

3. Свинцовые бронзы — 25—33 % свинца с присадками олова, цинка и никеля. Для лучшей обрабатываемости в бронзу вводят от трех до пяти процентов свинца, который присутствует в виде обособленных включений, обеспечивающих ломкость стружки при ее обработке на металлорежущих станках. Бронза с добавлением 30 процентов свинца является высококачественным антифрикционным материалом, широко применяемым в машиностроении. Такая бронза используются для приготовления подшипников, работающих при высоких удельных давлениях и больших скоро­стях скольжения.

4. Кремниевые бронзы — 4,5 % кремния с добавками цинка, никеля, марганца.

При увеличении содержания кремния до 3,5% повышается не только временное сопротивление разрыву меди, но и относительное удлинение. Сплав бронзы с содержанием кремния около четырех процентов является как бы заменителем оловянных бронз, но бронзы с кремнием лучшие показатели по коррозионной стойкости, механическим свойствам и плотности бронзы в отливках

В промышленном масштабе эти бронзы применяют в изделиях с высокими технологическими, механическими, пружинящими и коррозионными свойствами.

5. Бериллиевые бронзы — 1,8—2,3 % бериллия, обладают по­сле закалки высокой твердостью и упругостью. Используются для изготовления пружин.

Сплавы меди с бериллием отличаются уникальным благоприятным сочетанием в них высоких прочностных и упругих свойств, высокой электро- и теплопроводностью, высоким сопротивлением разрушению и коррозионной стойкостью.

Высокая прочность бронзы и упругость при высокой химической стойкости, хорошей свариваемости, обработке резанием делают бронзу с добавлением бериллия подходящим материалом для производства ответственных деталей, специальных пружин, мембран, пружин и контактов и много другого где требуются эти качества. Широкому применению бериллиевых бронз препятствует стоимость и дефицитность бериллия, А также его токсичность.

6. Кадмиевые бронзы — сплавы меди с кадмием (до 1 %). До­бавляют олово и магний. Используют при производстве трол­лейных проводов и коллекторов машин постоянного тока, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий.