3.3.6. Медные сплавы

Наиболее распространенными и известными сплавами меди явля­ются латуни и бронзы.

Латунями называют группу сплавов меди с цинком, получившую наиболее широкое применение в технике. В группу латуней входят томпак (90 % меди и более, остальное - цинк) и много других, не только двойных, но и более сложных спла­вов. Механическая прочность латуней выше, чем меди, и они хорошо обрабатываются резанием. Латуни широко применяют в приборостроении, в общем и химическом машиностроении

Широко известны сплавы меди с оловом, называемые бронзами. Из бронзы еще в древности делали оружие и инструменты, сосуды и украшения, так как эти сплавы более прочны и коррозионностойки, чем медь. Благодаря отличным литейным качествам из этих сплавов в более позднее время стали отливать пушки и колокола. Малый коэффициент трения и устойчивость к износу делает их незаменимыми при изготовлении вкладышей подшипников, червяков и червячных колес, шестерен и других деталей ответственных и точных приборов.

Медь прокатная

Медные трубы

Прокатный медный стан

3.4. Металлургия алюминия

3.4.1. Общие сведения об алюминии

Алюминий - второй (после железа) металл современной техники. Один из легких конструкционных материалов, его плотность равная 2,7 г/см³, т. е. алюминии почти в 3 раза легче железа. Алюминий обладает хорошей электрической проводи­мостью (34 *10⁴ Ом ^–1 *см -¹), составляющая 57 % электрической проводи­мости меди. Температура плавления алюминия 660 °С, температура кипения ~ 2500 °С .

Кроме того, алюминий имеет высокую теплопроводность и тепло­емкость, химически стоек против органических кислот и хорошо сопро­тивляется воздействию «холодной» азотной кислоты. При нагреве алюминий легко растворяется в разбавленных азотной и серной кислотах. Алюминий хорошо растворяется в щелочах с образованием алюминатов.Он очень быстро окисляется на воздухе, покрываясь тонкой пленкой окиси, которая, в отличие от окиси железа, не пропускает кислород в толщу металла. Однако присутствие даже небольших количеств магния, кальция, натрия, кремния и меди существенно снижает защитные свойства поверхностной пленки оксида алюминия.

Многие физические свойства алюминия существенно зависит от его чистоты. Так, чем чище алюминий, тем выше его температура плавления и электропроводность и ниже – плотностью Однако ряд свойств алюминия (прочность, обрабатываемость, литейные свойства и др.) можно значительно улучшить легирующими добавками магния, кремния, меди, цинка, марганца.

Алюминий обладает большой химической активностью по отношению к кислороду, галогенам, сере и углероду, что имеет большое практическое значение в металлургии.

Механические свойства алюминия невысоки. Предел прочности при разрыве составляет 90 -180 МПа (9 -18 кгс/мм²), твердость НВ( по Бринелю) составляет всего 20 - 40 единиц. Он очень пластичен, что позволяет прокатывать его в тонкие листы и фольгу. Однако чистый алюминий трудно обрабаты­вается резанием, а также имеет значительную линейную усадку (1,8 %).

Вследствие высокого сродства к кислороду алюминий восстанавливает оксиды многих металлов до металлического состояния. Это позволяет применять алюминий как восстановитель (алюмотермия)

Для улучшения этих свойств в алюминий вводят различные добавки.

Сочетание физических, механических и химических свойств алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с другими металлами.

Важнейшими потребителями алюминия и его сплавов являются авиационная и автомобильная промышленности; железнодорожный и водный транспорт, электроника, химическая промышленность, машиностроение, промышленное и гражданское строительство, производство предметов домашнего обихода.

В электротехнике алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из алюминия вдвое меньше медных.

Сверхчистый алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности окисной пленки алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений, применяемых для производства полупроводниковых приборов.

Чистый алюминий используют в производстве разного рода зеркал отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой емкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т. д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла. Алюминий широко применяют и оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделии. Резко возросло потребление алюминия для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии алюминий (помимо сплавов на его основе) - одна из самых распростра­нённых легирующих добавок в сплавах на основе Сu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют алюминий также для раскисления стали пред заливкой её в форму, как легирующую добавку в жароупорные стали, при термитной сварке, в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе алюминия методом порошковой металлургии создан САП (спечённый алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300°С большой жаропрочностью.

Значительное количество алюминия расходуется на получение многочисленных сплавов (силумин- сплав алюминия с кремнием, сплавы АЛ7 , АЛ19 – меди. АЛ8 и АЛ27 – магнием, дуралюмины –сплавы с медью, магнием и марганцем).

Силумины отличаются высокими литейными свойствами и хорошо поддаются сварке. Из силуминовых сплавов получают фасонные отливки любой конфигурации. Известны также подшипниковые алюминиевые сплавы на основе систем с железом, никелем, медью.

Алюминий используют в производстве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют различные соединения алюминия.

Порошки плавленого оксида алюминия (корунда) используют в качестве исходного материала при изготовлении шлифовальных кругов, шкурки и других абразивных изделий. Из чистого оксида алюминия изготавливают жаропрочные тигли и трубы, огнеупоры, искусственные рубины, высококачественные зубные цементы.

Производство и потребление алюминия непрерывно растет, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка.

Для развитых промышленных стран потребление алюминия по отдельным отраслям выражается следующими цифрами, % от общего потребления: транспорт – 35- 39; тара и упаковка – 27- 12; строительство – 19- 14; электротехника – 5 – 7; маштном\строение – 6- 12.