Тема 2.4 Кольорові метали та сплави.

Мета: Вивчити основні властивості та якості кольорових металів та сплавів.

ПЛАН

1. Мідь і її сплави.

2. Алюміній, магній та їх сплави.

3. Свинець, олово, нікель.

4. Титан, хром, цинк.

5. Труби з кольорових металів (мідні та латунні).

6. Труби спеціального призначення.

Питання 1. Мідь та її сплави.

Мідь – в’язкий метал розовато – червоного кольору, щільністю 8960кг/м³, з

температурою плавлення 1085⁰С. Мідь володіє гарною тепло- та електропровідністю, корозійною стійкістю, гарно піддається прокатці, штампуванню та волочінню. Межа міцності при роз тяжінні 200….300МПа. В природі мідь зустрічається головним образом в вигляді з’єднань (мідний колчедан). З катодної міді виготовляють токопровідні деталі, катоди та проводи, а з міді інших найменувань – злитки, напівфабрикати. Обробкою тиском, яка виконана різноманітні засобами, виготовляють листи, стрічки, фольгу, прутки та різноманітні профілі та труби.

В промисловості найбільш розповсюдженими є наступні мідні сплави: олов’яні бронзи – сплави на основі міді з додаванням олова 3…..8,5 та легіруючих елементів (цинку, свинцю, нікелю, фосфору) до 25%; без олов’яні бронзи – сплави на основі міді з додаванням до 20% алюмінію, заліза, марганцю, нікелю та інших елементів, окрім олова; латуні – сплави міді з цинком ( до 50%).

В залежності від технічного використання бронзи і латуні поділяються на літійні та деформовані. З літійних бронз і латуней виготовляють засобом лиття відливки деталей машин. Деформовані бронзи і латуні застосовують для виробництва різноманітних профілів, поковок та штамповок засобами обробки тиском (прокаткою, ковкою, штамповкою).

Літійні олов’яні бронзи містять олово, цинк, свинець та нікель, які забезпечують бронзам гарні літійні якості. Такі бронзи характеризуються високою теплопровідністю, тому антифрикційні деталі, виготовлені з цих бронз, використовують при підвищених температурах (до 350^оС).

Деформовані олов’яні бронзи, містять олово, цинк, свинець і фосфор, гарно піддаються обробці тиском. Механічні властивості олов’яних бронз зависять від вмісту олова. При збільшенні вмісту олова міцність деформованих бронз збільшується, а відносне подовження зменшується. При обробці тиском у деформованих бронз підвищується міцність і твердість та інші властивості, а відносне подовження становиться нижче.

Літійні без олов’яні бронзи містять алюміній, залізо, нікель, марганець та інші лігіруючі елементи, які впливають на підвищення механічних властивостей. Такі бронзи володіють високою корозійною стійкістю, меншим антифрікціонним зносом та більш високими показниками механічних властивостей, ніж олов’яні бронзи. З літійних без олов’яних бронз відливають втулки, шестерні, корпуса насосів арматуру.

Деформовані без олов’яні бронзи містять в якості легіруючих елементів алюміній, марганець, залізо, нікель, титан, берилій та ін. Такі бронзи володіють високими показниками міцьносних та упругосних якостей, гарно піддаються обробці тиском. Застосовують їх для виготовлення листів, полос, стрічок, труб, пружин, а також антифрикційних деталей.

Питання 2. Алюміній , магній та їх сплави.

1. Алюміній – легкий метал серебристо – білого кольору, щільністю

2700кг/м³, температурою плавлення 660^оС. Алюміній гарно проводить електричний тік та тепло, високо пластичний, достатньо міцний. Активно взаємодіє з киснем, алюміній покривається тонкою міцною пльонкою оксиду алюмінію, яка є гарним захистом від подальшої корозії. В природі зустрічається у вигляді мінералів, з яких найбільш розповсюджені боксити, глинозьоми. З алюмінію виготовляють електричні проводи, труби, фольгу, необхідну хімічну апаратуру.

Алюмінієві сплави, які отримують при додаванні до алюмінію різноманітних

металів (міді, магнію, цинку, кремнію, літію), володіють високими показниками механічних властивостей, малої щільності, високої електро- та теплопровідністю та корозійною стійкістю. За технічним використанням алюмінієві сплави поділяють на деформовані та літійні.

З деформованих алюмінієвих сплавів широко застосовують дуралюміни –

сплави алюмінію з міддю ()до 5,2%), магнієм (до 2,7%) та марганцем (до 1%). Мідь та магній підвищують міцність сплаву, марганцю – корозійну стійкість.

З літійних алюмінієвих сплавів найбільш поширені силуміни – сплави

алюмінію з кремнієм (до 10 до 13%).Силуміни відрізняються підвищеними в порівнянні з алюмінієм показниками механічних властивостей, гарною обробкою різанням, корозійною стійкістю; володіють високими літійними властивостями.

2. Магній – дуже легкий метал серебристо – білого кольору, щільністю

1750 кг/м³, температурою плавлення 650⁰С, володіє низькими показниками механічних властивостей. Магній легко окислюється на повітрі, що ускладнює його плавлення та розливку.

Магнієві сплави поділяються на деформовані, які маркіруються літерами МА, та літійні, які маркіруються літерами МЛ. Після літер стоять числа, які вказують умовний номер сплаву: МЛ2, МЛ5, МЛ12. З магнієвих сплавів виготовляють літі та штамповані деталі, протектори захищаючі підземні сталеві трубопроводи від електричної корозії.

Питання 3. Свинець, олово, нікель.

Свинець – м’який метал, синьовато – сірого кольору, щільністю 11340кг/м³,

температурою плавлення 324,4⁰С, володіє високою пластичністю та гарними літійними якостями. При взаємодії з киснем на поверхні металу створюється плівка оксиду свинцю, яка запобігає подальшому окисленню.

В залежності від хімічного складу винець випускають високої чистоти марок С0000, С000, С00 та свинець марок С0, С1С, С1, С2С, С2, С3, С3С. Свинець високої чистоти містить різноманітні домішки – серібро, мідь, цинк, олово, магній та інш. – не більш 0,0001%, а свинець марки С3 – домішки не більш 0,5%.

Свинець марок С0, С1, С2 і т.д. постачають в вигляді чушек масою від 30 до 40 кг, а свинець високої чистоти – в вигляді злитків масою до 6 кг. Свинець марок С0, С1, С2, С3 широко застосовують при виробництві латуней і бронз як легіруючий елемент.

З свинцю виготовляють труби для транспортування рідких корозійних речовин. В електричній промисловості з свинцю виготовляють кислотні електроакумулятори, оболонки кораблів і т.д. В санітарно - технічних роботах свинець застосовують для з’єднання особливо відповідальних з’єднань водопровідних та каналізаційних труб.

Олово – м’який метал серебрісто – білого кольору, щільністю 7300кг/м³,

температурою плавлення 232,1⁰С. Олово мало тепло – та електро - провідне, майже не окисляється на повітрі та в воді.

В залежності від хімічного складу випускають марок: ОВЧ – 000, 01ПЧ, О1, О2, О3, О4. Олово, окрім марки ОВЧ – 000, постачають в вигляді чушек масою 25 кг. Олово застосовують в якості захисного покриття різноманітних ємностей засобом луження, для приготовлення припаїв, а також як легіруючий елемент при виробництві латуней і бронз.

Нікель – твердий тугоплавкий метал з температурою плавлення 1455^оС,

метал серебрісто – білого кольору щільністю 8900кг/м³, стійкий проти корозії. В залежності від хімічного складу нікель має марки: Н – 0, Н – 1у, Н – 1, Н – 2, Н – 3 та Н – 4. Нікель марки Н – 0 містить домішки (алюмінію, заліза, міді, сірки, фосфору та ін.) не більш 0,01%, а марки Н – 4 – до 2,4% (вуглевод, сірка та мідь). Нікель використовують в якості легіруючих добавок до сталей і сплавів. Окрім того, нікель застосовують для декоративних та захисних покриттів. З сплаву нікелю з марганцем НМц2,5, НМц5, який випускається у вигляді проволоки, виготовляють свічі заживання автомобільних та тракторних двигунів та тракторних двигунів внутрішнього згоряння, з сплаву нікелю з хромом виготовляють термоелектричні перетворювачі (термопари). Сплав нікелю з міддю називається мельхіором.

Питання 4. Титан, хром, цинк.

Титан – серебрісто – білий тугоплавкий метал з температурою

плавління1665^оС. Якщо порівнювати його з іншими металами він володіє невисокою щільністю 4505кг/м³, характеризується високою корозійною стійкістю проти азотної, сирної кислот. Титан випускають двох марок: ВТ1 – 00, ВТ1 – 0, на основі яких виготовляють титанові сплави марок От4 -1, ВТ3-1, ВТ-5, ВТ-9, ВТ-16, ВТ-22, ПТ-7М та інш. В склад титанових сплавів входить алюміній (0,2….7,5%); сплави деяких арок містять марганець, молібден, ванадій та інші елементи.

Титан та титанові сплави, відносяться до деформованих сплавів, які підлягають прокатці. Їх випускають в вигляді профілів прокату (листів, полос, прутків, проволоки). Титан як антикорозійний матеріал широко застосовують в машинобудівництві, хімічні та харчовій промисловості для різноманітних томностей та трубопроводів. Титан важливий легіруючий елемент при виробництві сталі і сплавів.

Хром – дуже твердий та тугоплавкий метал з температурою плавлення

1890^оС сіро стального кольору, щільністю 7190кг/м³, володіє високою корозійною стійкістю в звичайних умовах проти кисню та вологи. Металевий хром використовують для покриття (хромування) вододіючих захисними та декоративними якостями. В сплавах з залізом хром слугує важливим легіруючим елементом.

Цинк – блакитно – серебрістого, яскравого кольору, має середню твердість,

щільність 7133кг/м³, температуру плавлення 420⁰С. Легко розчиняється в кислотах. При зберіганні на повітрі тускнішає, створює тонку щільну плівку оксиду, який запобігає метал від подальшого окислення. В залежності від хімічного складу цинк випускають марок ЦВ00, ЦВ0, ЦВ1, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц12, Ц3. Супроводжуючі домішки цинку – свинець, залізо, кадмій, мідь, олово, миш’як, вміст яких обмежується стандартом в залежності від марки від 0,005 до 2,5%. Всі домішки підвищують твердість цинку та знижують його пластичні якості.

Цинком захищають сталеві вироби від корозії, показуючи їх електролітичним засобом або шляхом занурення в ванну з розплавленим цинком. Цинк - головний легіруючий засіб при виробництві мідних та алюмінієвих сплавів. Цинк, прокатний у вигляді листів використовують як конструкційний матеріал.

Питання 5. Труби з кольорових металів (мідні та латунні).

Труби з кольорових металів в порівнянні з сталевими та чавунними трубами

більш антикорозійно – стійкі, вони легше обробляються, але мають меншу міцність та в порівняно високу стійкість.

За призначенням труби з кольорових металів поділяються на труби загального

(імпульсні трубки, бензопроводи) та спеціального (труби теплообмінних апаратів, манометричні трубки) призначення.

В залежності від технології виготовлення труби розрізняють на тягнуті,

холоднокатані та пресовані. В залежності від термічної обробки матеріалів тягнуті та холоднокатані труби можуть бути м’якими (М), отриманими при високотемпературному от жигу, твердими (Т), отриманими закалюванням, та напівтвердими (ПТ), виготовленими низькотемпературним отжигом.

Мідні труби загального призначення, застосовують для імпульсивних ліній та

в теплообмінних апаратах виготовляють з міді марок М1, М2 та М3. Мідні тягнуті та холоднокатані труби випускають зовнішнім діаметром від 3 до 360мм, товщиною стінок від 0,5 до 10мм, пресування – діаметром від 30до 280мм, товщиною стінок від 5 до 30мм. Мідні тягнуті та холоднокатані труби виготовляють в відрізках мірної та немірної довжини від 1,5 до 6м, прес сованні – від 1 до 6м. Тягнуті труби в бухтах виготовляють мірної та немірної довжини не менш 10м, зовнішнім діаметром до 18 мм та товщиною стінок до 2,5мм включно.

Зовнішня та внутрішня поверхні труб повинні не мати тріщин, раковин

розслоювань металу. На зовнішній поверхні дозволяється прокольні риски, невеликі вм’ятини, кольоро - побіглості, закривлення 5 мм на 1 м для тягнутих труб та 15 мм на 1 м довжини пресованих.

Латунні труби загального призначення виготовляють з латуні марок Л63 та

Л68 – це тягнуті та холоднокатані труби та Л60, ЛС59-1 – пресовані. Тягнуті та холоднокатані труби спеціального призначення, використовують для теплообмінних апаратів, виготовляють з латуні марок Л 070-1, ЛА 770-2, ЛМ 68-0,06.

Латунні тягнуті та холоднокатані труби загального призначення виготовляють

зовнішнім діаметром від 3 до 100мм, , товщею стінок від 0,5 до 10мм, а пресовані – зовнішнім діаметром від 21 до 195мм, товщею стінок від 1,5 до 42мм. За довжиною такі труби бувають мірної та немірної довжини від 1 до 6м. Тягнуті та холоднокатані труби виготовляють довжиною не менш 10м при зовнішньому діаметрі до 10мм та товщині до 1,5мм. Латунні труби спеціального призначення виготовляють зовнішнім діаметром від 10 до 38мм, товщиною стінок від 0,8 до 3мм, довжиною до 12м.

Латунні труби випробують гідравлічним тиском 5МПа з витримкою протягом

10с. Вимоги до якості зовнішньої та внутрішньої поверхні латунних труб та до кривизні тіж самі, що і для мідних труб.

Питання 6. Труби спеціального призначення.

До мідних труб спеціального призначення відносять трубки: тонкостінні діаметром від 1,5 до 28 мм та капілярні діаметром від 1,2 до 2,5 мм, використовуємі в приладобудуванні та різноманітних областях промисловості.

Мідні та латунні труби, товщина стінок яких до 2 мм, постачають в дерев’яних ящиках, останні труби зовнішнім діаметром більш 40 мм в зв’зках масою не більш 80кг. При транспортуванні та зберіганні мідні та латунні труби повинні бути захищені від механічних ушкоджень, забруднень, вологи та хімічно активних речовин.

Труби з алюмінію та алюмінієвих сплавів виготовляють засобом холодної прокатки (катані) та холодного протягування (тягнуті) та пресуванням (пресовані). Труби з алюмінію та алюмінієвих сплавів випускають круглими, прямокутними, квадратними та овальними. В останній час широко поширені тягнуті та катані труби фасонного профілю.

В залежності від термічної обробки круглі труби виготовляють отожженнимпи – М, закаленними та природно постарілими – Т, закаленими та неприродно постарілими – Т1, нагартованими – Н.

Круглі катані та тягнуті труби випускають діаметром від 6 до 150 мм, товщиною стінок від 0,5 до 5 мм, а пресовані – діаметром від 18 до 300 мм, товщиною стінок від 1,5 до 40мм. Довжина труб з алюмінію та алюмінієвих сплавів від 1 до 6м.

Кривизна труб товщиною стінок до 5 мм, діаметром до 120 мм не повинна перевищувати 1…3 мм на 1м довжини. На поверхні труб дозволяється прокольні риски в кількості не більш двох на 10 мм периметру глибиною не більш 0,04 мм. Торці труб повинні бути рівно обрізані та не мати заусенців. На кінці кожної труби діаметром (стороною) більш 30….50 мм наносять (клеймом або незмивною фарбою): марку та стан металу, номер партії та клеймо ОТК підприємства – виробника.

Труби з алюмінію та алюмінієвих сплавів використовують в будівництві для виготовлення легких металевих конструкцій.

З’єднуються труби в стик на зварці в нейтральному газі (аргоні).

Катані та тягнуті труби поставляють загорнутими в папір та упакованими в ящики, пресовані труби – без упаковки в зв’язаних пачках без консервації.

Свинцеві труби, виготовлені засобом пресування, необхідні для транспортування високо агресивних серед (сірчана та соляна кислоти, хлор та ін.) Труби випускають зовнішнім діаметром від 8 до 150мм, товщиною стінки від 2 до 10 мм. Довжина труб внутрішнім діаметром більш 60 мм повинна бути не менш 1,8 м. Свинцеві труби діаметром до 60мм постачають в бухтах масою не більш 70 кг.

Питання для контролю знань:

1. Що Ви можете сказати про мідь та її сплави? Де вони застосовуються?

2. Чим відрізняються один від одного літійні олов’яні бронзи, деформовані олов’яні бронзи, літійні без олов’яні бронзи та деформовані без олов’яні бронзи?

3. Дайте визначення алюмінію та його сплавам? Як їх отримують та де застосовують?

4. Дайте визначення магнію та магнієвим сплавам? Як їх отримують та де застосовують?

5. Що Ви можете сказати про свинець? Дайте повне визначення, поясніть де і як він застосовується?

6. Що Ви можете сказати про олово? Дайте повне визначення, поясніть де і як він застосовується?

7. Що Ви можете сказати про нікель? Дайте повне визначення, поясніть де і як він застосовується?

8. Що Ви можете сказати про титан? Дайте повне визначення, поясніть де і як він застосовується?

9. Що Ви можете сказати про хром? Дайте повне визначення, поясніть де і як він застосовується?

10. Що Ви можете сказати про цинк? Дайте повне визначення, поясніть де і як він застосовується?

11. Що Ви можете сказати про труби з кольорових металів? Де вони застосовуються та як виготовляються?

12. Чим відрізняються між собою мідні та латунні труби? Де вони застосовуються та як виготовляються?

13. Які труби спеціального призначення Вам відомі? Де вони застосовуються та як використовуються?