83

К титану и его сплавам применимы все виды механической обработки: точение, сверление, фрезерование, шлифование, полирование и др. Однако для этого требуются специальный инструмент и разработка наиболее рациональных режимов резания.

3.3.5. Никель: свойства и применение. Никель – се-

ребристо-белый металл с голубоватым оттенком, легко поддается полировке до зеркального блеска, коррозийностойкий, обладает высокими механическими свойствами, относительно дорогой металл. В чистом виде никель применяют главным образом для антикоррозионных и декоративных покрытий, основная масса используется для производства сплавов. Является одним из главных продуктов цветной металлургии, составляющих экспорт.

3.3.6. Легкоплавкие металлы: общая характеристика,

свойства и применение. К легкоплавким металлам относятся металлы, температура плавления которых ниже температуры плавления цинка – 419º С. К промышленно используемым легкоплавким металлам относятся: цинк, свинец, олово, сурьма, кадмий и ртуть.

Цинк и его сплавы. Сплав цинка с медью – латунь – был известен еще древним грекам и египтянам. Однако получить чистый цинк долгое время не удавалось. Выплавка цинка в промышленных масштабах началась лишь в XVII в.

Цинк – металл светло-серо-голубоватого цвета, хрупкий при комнатной температуре, при нагревании до 100–150°С становится пластичным. Больше половины цинка идет на покрытие сталей с получением т.н. кровельного (оцинкованного) железа, так как цинк, аналогично алюминию, благодаря оксидной пленке, обладает антикоррозионными свойствами и способностью покрывать сталь плотным, хорошо прилегающим слоем. Значительная часть цинка идет на производство латуни.

Свинец – отличается высокой плотностью, пластичен, температура плавления 327оС, обладает аналогичными алюминию оксидными свойствами, поэтому широко используется для защиты от коррозии в виде пластин, труб и т.д., так как нанести его тонким слоем очень трудно. Свинец используется также при приготовлении припоев для пайки металлов, для защиты от рентгеновского излучения, для изготовления типографских шрифтов, в аккумуляторах, в подшипниках скольжения, как этилсвинец добавляется в бензин для повышения детонационных свойств или октанового числа и т.д. Свинец токсичен и биологически вреден для организма человека, накапливается и не вымывается из организма, приводит к тяжелым отравлениям.

84

Олово – наиболее легкоплавкий из применяемых металлов, температура плавления 232оС. По коррозийной стойкости приближается к благородным металлам, легко покрывает металлы тонким слоем, не токсичен, широко применяется в пищевой промышленности для изготовления белой жести (консервные банки), для производства бронзы, входит в состав припоев.

Ртуть – жидкий при комнатной температуре металл, температура плавления (-38,9оС), пары очень токсичны, растворяет другие металлы, включая золото, с получением ртутной амальгамы, используется в медицине, приборостроении, электронике и электротехнике.

3.3.7. Порошковая металлургия. Общие сведения.

Продукция порошковой металлургии нашла применение во всех отраслях промышленности, особенно – в автомобилестроении, энергомашиностроении, в радиотехнической промышленности и т. д. Технология порошковой металлургии позволяет получать изделия как из одного металла, например, железа (такие изделия называют однокомпонентными), так и из смеси порошков металлов или металлов с неметаллами (многокомпонентные изделия), причем в самых различных сочетаниях. По этой технологии можно получить сплавы (точнее, псевдосплавы) из металлов, которые не образуют растворов, не смешиваются в жидком состоянии (железо – свинец, вольфрам – медь и др.), а также из металлов с неметаллами (медь – графит, алюминий – оксид алюминия, карбид и др.), из некоторых оксидов металлов (Fe2O3 и MnO, Fe2O3).

Из порошковых материалов изготовляют и такие изделия, которые технологически могут быть получены и с помощью других методов – отливкой, штамповкой или обработкой резанием, однако порошковая металлургия дает большую экономию металла (коэффициент использования металла достигает 0,9) и значительное снижение себестоимости деталей. Например, при изготовлении некоторых деталей методами литья с последующей механической обработкой отходы металла составляют до 40%, а при получении такой детали методами порошковой металлургии отходы металла могут составлять 2–5%. Однако изготовление деталей методами порошковой металлургии экономически оправданно только при массовом производстве вследствие высокой стоимости пресс-форм.

Технология изготовления порошковых материалов и изделий состоит из операций, таких как:

получение металлических порошков восстановлением из окислов и других соединений или измельчение исходного мате-

85

риала в мельницах; составление смеси заданного состава (приготовление шихты), очистка порошков от примесей, классификация по размеру частиц, смешивание;

холодное прессование смеси порошков в стальных прессформах (рис. 3.13) на механических или гидравлических прессах при давлении 0,1–1 гПа;

спекание полученных спрессованных заготовок или изделий в защитной атмосфере или в вакууме при температуре несколько ниже температуры плавления материала или его наиболее легкоплавкого компонента для придания им необходимых физи- ко-механических свойств.

Рис. 3.13. Простейшая пресс-форма для прессования порошков:

Для изготовления изделий из плохо спекающихся материалов, например, из тугоплавких соединений, прессование и спекание совмещают в одну операцию. В этом случае применяют давление в 5—8 раз ниже, чем при холодном прессовании.

Основные виды продукции, получаемые порошко-

вой металлургией. Материалы, получаемые порошковой металлургией, подразделяются на конструкционные порошковые материалы общего назначения, заменяющие обычные углеродистые и легированные стали, чугуны и цветные металлы, и материалы, обладающие специальными свойствами: высокой износостойкостью, жаропрочностью, твердостью, коррозионной стойкостью, особыми магнитными и электрическими характеристиками.

В зависимости от структуры порошковые материалы делятся на пористые и плотные. Обычные пористые материалы получают путем холодного прессования и спекания, плотные материалы – путем холодного прессования и спекания с последующей дополнительной горячей обработкой давлением (горячей штамповкой, горячим прессованием и др. видами термической и химико-термической обработки).

Конструкционные детали, изготовленные по технологии порошковой металлургии, являются наиболее распространенным видом ее продукции. Так как при их получении практически полностью отсутствуют отходы, то они имеют минимальную

87

ния и спекания, можно получить материалы различной степени пористости.

Антифрикционные порошковые материалы характеризуются низким коэффициентом трения, хорошей износостойкостью, способностью легко прирабатываться к валу и выдерживать значительные нагрузки. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными антифрикционными материалами. Их износостойкость в несколько раз выше, чем у бронз и баббитов. Они работают при более высоких скоростях и давлениях. Наличие в структуре пористости, регулируемой в широких пределах (до 35%), позволяет их предварительно пропитывать смазочными

маслами. Во время работы, по мере нагревания, масло, удерживаемое в порах и мельчайших каналах материала капиллярными силами, постепенно вытесняется наружу и образует смазочную пленку на рабочей поверхности. При остановке и последующем охлаждении подшипника масло частично всасывается обратно в поры. Поэтому пористые подшипники могут работать длительное время без дополнительной смазки.

Композиционные антифрикционные порошковые материалы могут иметь равномерно распределенные включения из веществ, играющих роль твердой смазки. К ним относятся графит, сульфиды, пластмассы и некоторые другие соединения. Они имеют сравнительно низкий коэффициент трения при работе без жидкой смазки (в режиме сухого трения). Сочетание повышенных антифрикционных свойств твердых смазок и пластмасс со свойствами металлов позволяют получать материалы, способные работать в воде, агрессивных жидкостях, бензине, различных газовых средах, в вакууме, а также в условиях высоких и низких температур. Наиболее широко используются пористые порошковые железные, железографитовые (2% углерода) и бронзографитовые (87% меди, 10% олова, 3% углерода) подшипники.

Фрикционные материалы применяют для тормозных устройств. Эти материалы, наряду с высоким коэффициентом трения, должны обладать износостойкостью, высокой теплопроводностью, хорошей прирабатываемостью. Таким требованиям удовлетворяют только порошковые материалы, представляющие собой сложные по химическому составу композиции на основе железа и меди. Фрикционные материалы отличаются невысокой прочностью, и поэтому тонкий слой материала соединяют (чаще всего спеканием под давлением) со стальной основой (диском, лентой).

Из пористых материалов (с пористостью не менее 40–50%) изготовляют фильтры для очистки жидкостей и газов от

88

твердых примесей. В качестве материалов для изготовления фильтров используют порошки железа, бронзы, латуни, никеля и др. Их применяют для очистки воздуха от пыли, водяного и масляного тумана, очистки дизельного топлива, для защиты гидросистем и трубопроводов и т.д. Применение порошковых пористых материалов позволяет увеличить срок службы насосов, двигателей и других агрегатов, работающих на очищенных жидкостях.

3.3.8. Благородные металлы. Общая характери-

стика и применение. Понятие о пробах. К благородным ме-

таллам относят золото, серебро, платину и металлы платиновой группы – палладий, рутений, осмий, родий, иридий. Металлы имеют красивый внешний вид, стойки против окисления и воздействия кислот, обладают высокой температурой плавления, хорошо обрабатываются давлением, являются редкими. За все существование человечества добыто около 100 тыс. т золота. В отличие от других металлов благородные металлы, в основном, находятся в самородном, т.е. металлическом состоянии. Под самородком не следует понимать чистый металл

– как правило, это сплавы. Например, самородное золото может содержать до 40% серебра. Область применения благородных металлов специфична. Раньше их использовали исключительно для изготовления украшений и как валюту, в настоящее время все большую часть потребляет техника, особенно – микроэлектроника. В США и Японии среднее потребление золота на технические нужды составляет 80–90 т в год.

Вювелирных сплавах содержание золота, платины, серебра характеризуется пробой, в технических сплавах – маркой сплава. В мире существует 4 системы проб: тысячная, золотниковая, каратная и унциевая. Они отличаются тем, что принято за

100%.

ВРоссии стандартной принята тысячная проба, кото-

рая характеризует содержание золота в сплаве с точностью до десятых долей процента. Тысячная проба показывает количество грамм благородного металла, содержащееся в 1000 г. сплава. Например, 583 проба содержит 58,3% золота, остальная часть сплава называется лигатурой, состав элементов которой не регламентируется. Для ювелирных изделий в России установлены: для золота – 375, 500, 583, 750, 958 пробы, для се-

ребра – 750, 800, 916, 925, 960 пробы.

В каратной пробе за 100% принято 24 карата, 1 карат равен 0,2 г. Каратная проба применяется для измерения массы камней.

89

Вунциевой пробе за 100% принято 480 унций, одна тройская унция равна 31,1035 г, 1 английская унция = 16 драхм= 437,5 гран=28,35 грамма.

Взолотниковой пробе за 100% принято 96 золотников,

1золотник=4,266 г., 1 русская унция была равна 29,85 г.

Втехнических марках сплава указывается полный хими-

ческий состав в процентах.

Золото. Свойства и применение золота. Золото – металл ярко желтого цвета, с ярким металлическим блеском, в 3,5 раза тяжелее железа, не растворимо в кислотах и щелочах, растворимо в царской водке (смесь соляной и азотной кислоты), растворимо в ртути и цианистых солях. Очень пластично – раскатывается в прозрачную фольгу толщиной 10-4 мм зеленоватого цвета. По электропроводности занимает третье место. Широко используется в технических целях, особенно – для золочения контактов, работающих в микроэлектронике. Это объясняется тем, что поверхность медных контактов окисляется и межконтактное соединение может нарушиться.

Состояние отрасли (рис. 3.15). В Российской империи действовала классическая форма абсолютной ликвидности золота – золотой стандарт, при котором размер золотого запаса полностью соответствовал массе бумажных денег в обращении. Это исключало необходимость экспорта золота и способствовало аккумулированию драгоценного металла в золотом запасе страны.

90

Производство золота осн отр тех рис.15 по 3 15 см. Аосновы отр техн сбор 2010а граф

91

С 1918 г. по 1991 г. СССР произвел более 11 тыс. т золота. Около 3 тыс. т было использовано страной за это время для промышленных нужд. СССР начал продавать золото на мировых рынках после смерти Сталина в 1953 г. К 1991 г. объем продаж советского золота составил 8191 т. Максимальный послереволюционный запас СССР имел в 1953 г. – 2049,8 т, затем запас стал падать, в 1991 г. он составил 484 т. Золотой запас России в 1995 г. достиг минимума – 278 т, затем стал расти и в 2007 г. составил 402,8 т. Он значительно уступает запасу монетарного золота США – 8133,56 т (75,9% в общем объеме золотовалютных резервов), Германии – 3423 т (63%), Франции – 2720 тыс. т (57%), Италии – 2452 тыс. т (65%), Японии – 765,2 т (2%), Ни-

дерландам – 641 т (55%)1. Золотые запасы Международного валютного фонда составляют 3217,3 тыс. т, Европейского Центро-

банка – 641,7 т.2

По разведанным запасам и прогнозным ресурсам золота мы занимаем 6-е место после ЮАР, США, Австралии, Китая и Канады. Мировая добыча золота в 2007 году составила 2500 тонн, в России – 163 т. В 2000 г. в США было произведено 330 т золота. Добыча драгоценных металлов по рассмотренным причинам (дробление предприятий, отсутствие инвестиционных ресурсов и т.д.) пока не достигла уровня 1990 г. В золотодобывающую промышленность, как это было в период концессий, интенсивно внедряются иностранные компании: в Магаданской обл. добычу золота осуществляет "Kinrossi Gold Corp." США (13,5 т в 2001 г.),

основной вкладчик Покровского рудника в Амурской обл. (2,8 т) –

англ. компания "Petr. Hambro Mining Pik.", 51% акций ОАО "Бурят-

золото" владеет канадская компания "High Piver Gold Mines Ltd." (4,7 т) и т.д. Для сравнения: в 1927 г. концессии в СССР добывали 35% золота.

Опыт западных стран показывает, что основные инвестиции в золотодобывающую промышленность делают мощные транснациональные компании (ТНК), их в мире 15: 5 – в ЮАР, 4

–в Канаде, 3 – в США, 2 – в Австралии, 1 – в Англии. Ежегодно они добывают 45% мирового золота. Наши бывшие крупные компании “Северовостокзолото”, “Якутзолото” и др. в настоящее время разделены на несколько сот маломощных предприятий. Производительность добычи золота на одного работающего в отрасли в России составляет 400 г в год, в указанных компаниях

–8–12 кг.

Серебро и его сплавы. Серебро – блестящий белый металл, прекрасно поддается полировке, занимает первое ме-

1Российский статистический ежегодник. 2007. …– 808 с.

2ttp://www.belta.by/ru/news/archive?date=13_03_2007&page=2&id= 142455

93

применяют сплав платины и кобальта – для увеличения плотности записей.

Вкачестве катализаторов платиноиды используются в химической и нефтехимической промышленности. В нефтехимии наибольшее распространение получили платино-рениевые катализаторы, с помощью которых из нефти производится более 5 тыс. видов синтетических продуктов. Палладий используют в катализе для получения мономеров синтетического каучука, полупродуктов для производства синтетических волокон, моющих средств. Платиноиды применяются также в качестве катализаторов неорганических соединений, особенно аммиака и азотной кислоты.

С середины 70-х годов в зарубежной автомобильной промышленности распространяются конвертеры выхлопных газов с платиновыми и палладиевыми автокатализаторами, способствующими снижению в выхлопных газах автомобилей концентрации оксида углерода и углеводородов.

Встекольной промышленности платину, палладий и сплавы на их основе применяют в виде конструкционных элементов при изготовлении трубок дисплеев компьютеров и жидкокристальных дисплеев, оптического стекла, при выращивании монокристаллов для лазеров и для производства стекловолокна.

Металлы платиновой группы широко применяются и в других отраслях – в приборостроении, атомной промышленности, медицине (в основном, в стоматологии).

Металлы платиновой группы относятся к числу редких, содержание их в земной коре очень невелико. Добыча обходится дорого, и на мировом рынке цена их выше цены золота. Поэтому длительное время потребление МПГ было незначительным. Еще лет 40–50 назад добыча и потребление этой группы металлов в мире составляли несколько десятков тонн, в основном добывалась платина, которая шла преимущественно на изготовление ювелирных изделий. Стимулом для быстрого роста потребления платиноидов в промышленности стало внедрение в индустриально развитых странах в 80–90-е годы XX столетия пятого технологического уклада. Широкое развитие в этот период электронной промышленности, производства телекоммуникационного и лазерного оборудования, роботостроения потребовало применения новых металлов и сплавов, и платиноиды оказались практически незаменимыми.

Введение в 70-х годах в Японии, а в 80-х годах – в США, строгих норм содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей привело к оснащению продаваемых в этих странах автомобилей платиновыми и палладиевыми каталитическими фильтрами-нейтрализаторами. Введение с 1993 г. строгого эко-