14.Сплави на основі кольорових металів.

Кольорові метали в загальному світовому виробництві металевих матеріалів становлять усього близько 6%. Це пояснюється тим, що в земній корі більшість кольорових металів знаходиться в незначних кількостях: Си - 0,01; N1 - 0,008; 2п - 0,005; 5п - 0,0006; Ад - 1 10⁵; Аи і Р* - 5 10⁷. Добу­вання кольорових металів з руд має певні труднощі, тому ці метали набагато дорожчі чорних металів. За вартістю вони можуть бути розміщені в наступному порядку (за ступенем зменшення вартості): 5п, Мі, Си, Мд, АІ, РЬ.

Кольорові метали володіють цінними властивостями, тому майже всі вони знаходять практичне застосування в різноманітних областях техніки і при виготовленні товарів народного споживання. Разом з тим кольорові метали прагнуть замінити чорними, менш дефіцитними і більш дешевими металами або синтетичними матеріалами, якщо така заміна не погіршує споживних властивостей товарів народного споживання.

При виготовленні металотоварів використовують сплави алю­мінію, міді, нікелю, хрому, цинку, олова, титану, вольфраму та ін.

15.Алюміній та сплави на його основі.

Алюміній - легкий метал сріблясто-білого кольору із густиною 2700 кг/мЗ і температурою плавлення 660°С. Алюміній особливої чистоти (99,996% А1) має межу міцності с?=5-6 кг/мм2, твердість НВ 17, відносне розтягнення 8=50%. Він добре обробляється тиском в гарячому і холодному станах, володіє високою електропровідністю. Але алюміній у чистому вигляді не використовується для виготовлення металогосподарських виробів.

Застосування алюмінію зумовлене його властивостями. Алюміній високої чистоти використовують у виробництві електричних конденсаторів, випрямлячів і напівпровідникових приладів. Чистий алюміній застосовують у виробництві дзеркал, відбивачів і для захисту сталі від корозії шляхом плакування, дифузійної металізації і покриття алюмінієвими фарбами. Алюміній застосовують при виготовленні обладнання і апаратів харчової промисловості, а також фольги для упакування харчових продуктів. Сплави алюмінію використовують у виробництві посуду для приготування і зберігання харчових продуктів. З алюмінію виготовляють листи, дріт, фольгу тощо. Введення легуючих елементів, (магній, марганець, мідь, кремній, цинк, титан) істотно змінює його властивості і дозволяє отримати алюмінієві сплави з високою міцністю, малою щільністю і гарними технологічними властивостями.

За технологічною ознакою алюмінієві сплави поділяють на такі, що деформуються, і ливарні (ГОСТ 1583-93 "Сплавьі алюминиевьіе литейньїе. Технические условия" та ГОСТ 4784-97 "Алюминий и сплавьі алюминиевьіе деформируемьіе. Марки").

Алюмінієві сплави, які деформуються, поділяють на такі, що не зміцнюються термічною обробкою, і такі, що зміцнюються нею.

До першої групи сплавів належать сплави на основі марганцю та магнію. Сплав алюмінію з марганцем містить алюміній і лише 1,0-1,6% Мп. Сплав алюмінію з магнієм містить, окрім магнію, 0,15-0,36% Мп, решта - алюміній. Ці сплави володіють високою пластичністю, стійкістю до корозії, гарною зварюваністю і значно зміцнюються при пластичній деформації.

Сплави алюмінію з марганцем застосовують для виготовлення баків пральних машин, посуду. Сплави алюмінію з магнієм викорис­товують для зварних місткостей, трубопроводів і середньо-наван­тажених деталей і конструкцій.

Сплави алюмінію другої групи легують елементами, що мають обмежену при нагріванні розчинність, яка зменшується із зниженням температури. Характерними зміцнювальними сплавами є сплави алюмінію з міддю, які називають дюралюмінами. Дюралюміни маркіруіоть літерою "Д" і цифрою, що вказує номер сплаву: Д1, Д6, Д16, Д18, ДїЮГцих сплавах як основний легуючий компонент міститься мідь (3,8-4,8%), а також додаються магній (0,4-2,3%) і марганець (0,4-0,8%).

Істотним недоліком сплавів типу дюралюміну є їхня низька корозійна стійкість. Щоб захищати листи від корозії, їх піддають плакуванню. Плакування полягає в тому, що обидві поверхні листа з сплаву покривають тонким шаром алюмінію високої чистоти (не менше 99,5%), нагрівають і прокатують до необхідного розміру. В результаті спільної прокатки на поверхні листа утворюється тонкий шар (3-5% загальної товщини) корозійностійкого чистого алюмінію.

Сплави алюмінію, що деформуються і зміцнюються термічною обробкою, добре деформуються в гарячому і в холодному стані безпосередньо після загартування і є нарівні зі сталлю основним конструкційним матеріалом, з якого виготовляють листи, труби, профілі, прути, стрічки тощо. Ці напівфабрикати використовують в будівництві, при виготовленні металевих меблів тощо.

Ливарні алюмінієві сплави призначені для фасонного лиття і повинні володіти рідкотекучістю для гарного заповнення форми, малою усадкою, міцністю, добре оброблятися ріжучим інструментом і мати достатню корозійну стійкість. За хімічним складом ливарні алюмінієві сплави поділяють на п'ять груп.

До першої групи належать сплави, леговані кремнієм (АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9, АЛ9В, АЛ34), до другої — кремнієм та міддю (АЛЗ, АЛЗВ, АЛ5, АЛ10, АЛ10В, АЛ14, АЛ14В, АЛ15, АЛ15В, АЛ32), до третьої - міддю (АЛ7, АЛ7В, АЛ19), до четвертої — магнієм (АЛ8, АЛ13, АЛ18, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ28, АЛ29), до п'ятої — кремнієм, цинком, магнієм та іншими елементами (АЛ1, АЛ11, АЛ16В, АЛ17В, АЛ18В, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛЗО). В ливарні до алюмінієвих сплавів додають марганець, залізо, хром, титан, берилій, нікель, цирконій для надання тих або інших властивостей. Ливарні алюмінієві сплави в маркіруванні мають літери "АЛ" (алюмінієвий ливарний) і номер, що не вказує хімічний склад.

Найбільше розповсюдження зазначених груп отримали сплави алюміній — кремній, що називають силумінами, які містять 4—13% Зі. Силуміни володіють гарною рідкотекучістю, зварюваністю, не дають тріщин при вистиганні, але мають малу міцність і незначну плас­тичність. Так, силумін АЛ2 має межу міцності о_а=14 кгс/мм² і відносне подовження 8=3%. Підвищення міцності силумінів досяга­ється введенням магнію, міді і цинку при одночасному зниженні вмісту кремнію. Це дозволяє зміцнити сплави термічною обробкою.

Ливарні алюмінієві сплави застосовують для виготовлення деталей побутових машин, велосипедів, мотоциклів, автомобілів, ножових товарів, інструментів, приладдя для вікон і дверей.

У виробництві товарів народного споживання використовують, окрім первинних, вторинні сплави алюмінію, які виготовляють з ливарних відходів, відходів штампувального виробництва і механічних цехів (стружки, обрізки, висічка).

Мідь та сплави на її основі. Мідь — пластичний метал червонувато-рожевого кольору з густиною 8940 кг/мм³ і темпера­турою плавлення 1083°С. Чиста мідь у відпаленому стані має о _в= 22-24 кгс/мм², 8 = 50%,\|/ = 75%, твердість НВ 45. Мідь володіє найбільшими після срібла електро- і теплопровідністю у порівнянні з іншими металами, має гарну корозійну стійкість у звичайних атмосферних умовах, в прісній і морській воді та інших агресивних середовищах, але не володіє корозійною стійкістю в середовищі із сірчистими газами і аміаку. При взаємодії з харчовими кислотами мідь утворює токсичні сполуки.

Властивості міді істотно змінюються за наявності навіть неве­ликих кількостей домішок, наприклад вісмут, свинець, сурма, миш'як, фосфор, залізо, срібло, цинк, кисень.

Половину всієї міді споживає електро- і радіотехнічна про­мисловість для виготовлення провідників, теплообмінників, припоїв, порошку для потреб металокераміки. Для виробництва товарів народного споживання використовують сплави міді: латуні, бронзи і сплави_міді з нікелем.

Латинями називають подвійні і багатокомпонентні сплави на основі міді, в яких основним легуючим елементом є цинк. В двокомпонентних латунях, що називають простими, при збільшенні вмісту цинку до 39% підвищується їхня міцність і пластичність.

Латуні з 18—20% 2п мають жовто-червоний колір, з 20 — 30% -буро-жовтий і з 30-42% — світло-жовтий. Прості латуні позначають літерою "Л" і цифрою, що вказує на середній вміст міді в сплаві (у відсотках). Кількість цинку визначають за різницею від 100%. Наприклад, латунь марки Л70 містить Си і Zn відповідно 70 та 30%.

За технологічною ознакою латуні поділяють на такі, що дефор­муються, і ливарні.

До першої групи належать прості латуні Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, ЛбЗ, Л60 і багатокомпонентні латуні, леговані оловом, алюмінієм, кремнієм, свинцем і тощо, з вмістом легуючих компонентів до 2%.

Ливарні латуні — це багатокомпонентні сплави міді, що містять 14—38% 2п, леговані алюмінієм, кремнієм, залізом і свинцем, вміст яких становить понад 3%. Це латуні ЛА67—2,5, ЛКС80—З—З, ЛАЖМц66-б-3-2, ЛМцС58-2-2 та ін.

Латуні першої групи застосовують при виготовленні духових музичних інструментів, посуду, самоварів, галантерейних і ювелірних виробів, гільз для мисливських патронів. Ливарні латуні застосовують при виготовленні підшипників, втулок, шестерень та інших антифрикційних деталей.

16.Бронзи— це сплави міді з оловом, алюмінієм, кремнієм, берилієм

та іншими елементами, серед яких цинк є основною добавкою.

Маркірують бронзи літерами "Бр" і першими літерами_основних легуючих компонентів, за якими йдуть цифри, що показують їхній вміст (%). Вміст міді визначається за різницею від 100%. Наприклад, бронза БрА7 містить 7% А1, решта — мідь: БрОЦС4— 4—2,5—4% 5п, 4% 2п і 2,5% РЬ, решта — мідь. В залежності від хімічного складу всі бронзи поділяють на олов’яні і спеціальні.

В олов'яних бронзах основним легуючим компонентом є олово. За технологічною ознакою ці бронзи поділяють на такі, які дефор­муються, і ливарні. До таких, що деформуються, належать бронзи марок БрОФ4-0,25, БрОФ6,5-0,15, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-2 з вмістом олова до 5—6%. Ці бронзи володіють достатньою пластич­ністю (5=20—23%), високими антифрикційними і пружними власти­востями (особливо фосфористі бронзи) і високою міцністю від утоми в корозійних середовищах. З них виготовляють стрічки, смуги, прутики, дріт для пружин, трубки, підшипникові деталі.

До ливарних олов'яних належать бронзи марок БрОЦС5—5—5, БрОЦС4-4-17, БрОЦСЗ-12-5, БрОЦСЗ,5-7,5. Вони мають малу усадку і гарну рідкотекучість, тому їх застосовують при відливці складних за конфігурацією деталей і виробів.

Олов'яні бронзи володіють корозійною стійкістю в атмосфері, морській воді, лужних розчинах, добре обробляються різанням. Олов'яні бронзи широко використовують як антифрикційні сплави для виготовлення підшипників, вкладишів, шестерень, працюючих при значних питомих навантаженнях протягом тривалого часу. При виготовленні товарів народного споживання олов'яні бронзи застосовують для відливки художніх виробів — статуеток, бюстів, барельєфів, корпусів настільних годинників. Бронзи для художнього лиття виготовляють з брухту і відходів кольорових металів марок БХ1, БХ2, БХЗ з вмістом олова відповідно близько 6,3 і 2%. Крім того, до їхнього складу входять цинк, свинець і до 3% домішок.

Спеціальні бронзи в якості легуючих компонентів містять алю­міній, марганець, кремній, берилій і т.д. Назва таким бронзам дається за основним легуючим компонентом — алюмінієва, марганцева, кремнієва, берилієва і т.д. Спеціальні бронзи за багатьма властивостями не поступаються дорогим олов'яним, а в деяких випадках переважають їх.

Безолов'яні бронзи за технологічною ознакою поділяють на такі, що деформуються, і ливарні.

До бронз, що деформуються, належать бронзи з вмістом основ­ного легуючого компонента до 10%: БрА5, БрА7, БрАЖМцЮ—З— 1,5, БрАЖ9, БрАЖМЮ-4-4, БрАМц9-2, БрКМцЗ-1, БрКМц1-3. Вони володіють достатньою пластичністю, добре обробляються пресуванням і прокаткою в гарячому стані, а в ряді випадків і в холодному стані. З них виготовляють труби, стрічки, прути, різноманітні профілі, що використовуються при виробництві всіляких виробів. Бронзу БрА5 застосовують для карбування монет. Берилієва бронза БрБ2 після термічної обробки має межу міцності ст_в=130—150 кгс/мм², 6=2% і НВ 400. Цю бронзу застосовують в приладобудуванні для виготовлення відповідальних пружин, мембран та інших пружистих (пружних) деталей.

До ливарних належать бронзи БрАЖ9—4, БрАЖМцЮ—3—1,5, БрАЖМ11—6—6 та інші, які володіють високою міцністю, корозійною стійкістю і гарними антифрикційними властивостями, їх використовують для фасонного лиття, шестерень, втулок, підшипників і деталей, що працюють при більших навантаженнях в агресивних середовищах.

17.Сплави міді з нікелем утворюють безперервний ряд твердих розчинів. При додаванні до міді нікелю зростають її міцність, електроопір і корозійна стійкість. Такі сплави добре обробляються тиском в гарячому і холодному станах.

Мідно-нікелеві сплави поділяють на конструкційні і електро­технічні.

Мельхіор має сріблястий колір, високу корозійну стійкість в повітряній атмосфері, прісній і морській воді, добре обробляється тиском в гарячому і холодному станах. З мельхіору виготовляють прилади для сервіровки стола, ювелірні вироби та ін. Листи і стрічки з мельхіору застосовують для виготовлення розмінної монети, медичних інструментів і деталей в точній механіці.

18.Нейзильбер — сплав гарного сріблястого кольору з синюватим полиском. Після деформації він має високу міцність, пружність і володіє корозійною стійкістю в багатьох середовищах. Застосовується для виробництва посрібленого посуду і художніх виробів, приладів точної механіки, медичних інструментів, парової і водяної арматури.

Електротехнічні мідно-нікелеві сплави є сплавами високого електроопору. До них належать константан, нікелін, манганін, які володіють більшим питомим опором (р=4,35х10⁷—5,2хЮ'⁷ ом м), який мало змінюється при зміні температури.

Константан і нікелін корозійностійкі, мають досить гарні механічні властивості і добре обробляються тиском. Застосовують їх для виготовлення реостатів, термопар і нагрівальних приладів з робочою температурою до 500°С.

Манганін володіє високою корозійною стійкістю в атмосферних умовах, але не жаростійкий. Його застосовують для виготовлення приладів електроопору з робочою температурою до 100°С і в точних електровимірювальних приладах.

19.Нікель і його сплави. Нікель — пластичний сріблясто-білий метал з щільністю 8900 кг/м³ і температурою плавлення 1453Х. Механічні властивості нікелю:с_в=40—50 кгс/мм²; 5=45% і НВ 60—80. Він володіє високою корозійною стійкістю в повітряній атмосфері, воді, розчинах органічних кислот. Мінеральні кислоти, особливо азотна, сильно діють на нікель.

Чистий нікель добре полірується і набуває приємного зовніш­нього вигляду і блиску, що зберігається тривалий час. Нікель не токсичний, не руйнує вітамінів і широко використовується як захисно-декоративне покриття столових приладів, посуду, а також для захисту від корозії інструментів, приладів для вікон і дверей, металевих меблів, деталей велосипедів, мотоциклів, автомобілів тощо. Використовують його і у виробництві лужних акумуляторів. Велика кількість нікелю застосовується для отримання сплавів з іншими металами, в яких він є легуючим елементом або основою сплаву. В якості легуючого елементу нікель використовують в спеціальних сталях, що володіють високими механічними, антикорозійними, магнітними або електричними властивостями. Основними сплавами на нікелевій основі є ніхроми і монель-метал. Монель - метал НМЖМц28-2,5-1,5 (28% Си, 2,5% Ре; 1,5% Мп, решта — нікель) відрізняється високими механічними властивостями і корозійною стійкістю. В чистій атмосфері цей сплав не тьмяніє, стійкий до води, більшості органічних кислот і практично не кородує в нейтральних і лужних розчинах органічних сполук. В атмосфері, що містить сірчисті сполуки і вологу, монель-метал покривається плівкою від зеленого до коричневого кольору. Цей метал застосо­вують для виготовлення деталей хімічної апаратури, насосів, працюючих в агресивних середовищах, в ювелірному виробництві.