3. Медь и ее сплавы. Свойства, маркировка и применение.

М е д ь — пластичный металл красно-розового цвета плотностью 8,96 г/см3 и температурой плавления 1083 °С. Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью и лишь немного уступает по этим свойствам серебру. Электропроводность меди в 1,7 раза выше, чем алюми¬ния, примерно в 6 раз больше, чем платины и железа, и в 300 раз выше электропроводности вольфрама. Медь хорошо сваривается и паяется, обладает высокой стой¬костью в растворах щелочей и кислот, в морской воде и в атмосфере пара. Примесями меди являются сурьма, мышьяк, висмут, железо, фосфор и серебро.

Медь обладает высокой технологичностью и легко-прокатывается в листы, ленту и тонкую проволоку. Недостатками ее являются высокая плотность, плохая обрабатываемость на металлорежущих станках и низ¬кие литейные свойства.

В природе медь встречается в виде сульфидных (CuS и Cu2S) и оксидных (Cu20) руд. Содержание металла в этих рудах 1—5%. Выплавляют медь пирометаллургическим и гидрометаллургическим способами.

Наиболее распространенный пиро-металлургический способ позволяет извлекать из руды кроме меди и другие металлы и состоит из следующих основных технологических операций:

флотация, при которой измельченную руду сме¬шивают с небольшим количеством минерального масла, загружают в камеру с водой и продувают воздухом. Б результате металлосодержащие фракции руды, плохо смачиваемые водой, обволакиваются маслом и всплы¬вают в виде масляной пены. Просушив пену, получают концентрат, содержащий 10—20% меди;

обжиг концентрата в печах при температуре 800—850°С. Этот процесс сопровождается выгоранием значительной части примеси руды — серы — в виде оксида S02. Содержание меди в концентрате повыша¬ется от 20 до 35 %;

плавка концентрата в печах при температуре 1500—1600 °С и получение жидкого штейна, содержа¬щего 35—50% меди (рис. 24);

продувка штейна в малых конвертерах с оконча¬тельным удалением серы и повышение содержания меди до 98,5—99,0%;

огаевое рафинирование черновой меди в окисли¬тельной среде повторной продувкой;

электролитическое рафинирование и повышение содержания меди до 99,99%.

Медные сплавы. Свойства, маркировка и примене¬ние. В качестве конструкционных материалов применяют главным образом сплавы меди, которые, сохраняя положительные свойства меди, обладают высокими механическими, технологическими, антифрикционными и другими свойствами. По технологическим показателям сплавы меди делятся на деформируемые и литейные, а по химическому составу — на бронзы и латуни.

Бронзами называются сплавы меди с оловом, алю¬минием, кремнием, цинком, бериллием и другими леги¬рующими элементами, среди которых цинк не является основной добавкой. По названию основных легирующих элементов бронзы подразделяются на оловянные, алю¬миниевые, кремнистые, бериллиевые, свинцовые и др. При этом безоловянные бронзы служат не только за¬менителями дорогих оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим основным свойствам.

Бронзы тверже меди, хорошо обрабатываются резанием, имеют высокие литейные и антифрикционные свойства, хорошую коррозионную стойкость.

Деформируемые бронзы маркируют буквами «Бр» за которыми следуют буквы, обозначающие название легирующего элемента, и цифры, показываю¬щие их процентное содержание.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Ла¬тунь тверже меди, имеет высокую коррозионную стой¬кость, теплопроводность и электропроводность, хорошо обрабатывается резанием. Наибольшей пластичностью обладают латуни, содержащие около 3% цинка, а наи¬большей твердостью и прочностью — содержащие до 45% цинка. Чтобы повысить механические свойства и химическую стойкость латуней, в них добавляют леги-рующие элементы. Легированные латуни применяются для изготовления деформируемых полос, труб, прово¬локи и другой металлопродукции. Литейные латуни обычно имеют высокое содержание цинка и легирующих элементов. Наиболее распространенными легирующими элементами в латунях являются алюминий, олово, кремний, никель и др.

Алюминий повышает твердость, прочность и корро¬зионную стойкость латуней, олово — коррозионную стойкость латуней в морской воде, кремний — техноло¬гические свойства, коррозионную стойкость и особенно жидкотекучесть, никель — механические свойства и кор¬розионную стойкость латуней. Алюминиевые латуни применяются в судостроении; кремнистые — для изго¬товления проката, поковок и штамповок, а также при производстве сложных отливок в судостроении и прибо-ростроении; детали из никелевых латуней используются в морском судостроении.

Латуни маркируются буквой «Л» (латунь) и циф¬рой, выражающей процентное содержание меди. На¬пример, Л70—латунь, содержащая около 70% меди и 30% цинка. В легированных латунях после буквы «Л» следуют буквенное обозначение основных добавок и цифры, характеризующие содержание меди и доба¬вок. Например, ЛС59-1 — латунь, содержащая около 59% меди и 1% свинца, остальное (40%)—цинк, а ЛК80-3 — латунь, содержащая около 80% меди и 3% кремния, остальное (17%)—цинк.

4.Алюминий и его сплавы. Свойства, маркировка и применение.

Алюминий — один из наиболее распространенных и легких конструкционных материалов. Плотность его 2,7 г/см3, температура плавления около 660 °С, твер¬дость после прокатки и отжига около 20—25 НВ, отно¬сительное удлинение 30—40%, предел прочности на растяжение 80—100 МПа. Это пластичный металл се¬ребристо-белого цвета, обладает высокой теплопровод-ностью и электропроводностью, хорошо обрабатывается давлением и сваривается; на воздухе покрывается тон¬кой оксидной пленкой, защищающей металл от дальней¬шего окисления и коррозии в атмосферных условиях, в воде и других средах.

1 Недостатками алюминия являются плохая обраба¬тываемость на металлорежущих станках и низкие ли¬тейные свойства.

Основными рудами для выплавки алюминия служат бокситы, алуниты, каолины и др. Наиболее богатые алюминием руды — бокситы — содержат до 50—60% оксида алюминия (глинозема А1203), а также оксиды железа, кремния, титана, кальция и других метал¬лов.

Технологический процесс производства алюминия состоит из двух основных этапов: получение глинозема из руд и извлечение алюминия из глинозема и рафи¬нирование алюминия. Сущность получения глинозема заключается в выщелачивании его едким натром и пе¬реводе в раствор алюмината натрия (Na20 • А1203), из которого затем осаждается гидрат оксида алюминия (А1(ОН)3). В результате промывки и прокаливания гид¬рата оксида алюминия получают глинозем. Металли¬ческий алюминий извлекают электролитическим разло¬жением глинозема в электролизной ванне. Электроли¬том служит раствор глинозема в криолите (Na3AlF6).

Электролизная ванна (рис. 25) состоит из стального кожуха футерованного изнутри огнеупорным кирпи¬чом 2 и угольными плитами 3. Катодные шины 4 соеди¬нены с отрицательным полюсом источника электрическо¬го тока, а анодные шины 5—с электродами 6. Ванну засыпают криолитом и глиноземом и включают электри¬ческий ток напряжением 4—5 В и силой около 75000 А. Под действием высокой температуры шихта расплавля-ется и глинозем разлагается на алюминий и кислород. Жидкий алюминий 7 скапливается на дне ванны, а за¬тем периодически сливается в раздаточный ковш. По¬лученный таким способом черновой алюминий подвер¬гают рафинированию. Неметаллические и газовые включения отделяют переплавкой металла и продувкой хлором, а примеси других металлов удаляют электро¬литическим способом рафинирования, используя в ка-честве электролита фтористые и хлористые соли. Основ¬ными металлическими примесями алюминия являются железо, кремний, натрий, медь и др.

Наша промышленность в зависимости от содержа¬ния примесей выпускает около тридцати марок алюми-ния^ составляющие группы особой, высокой и техниче¬ской чистоты. Причем чистота алюминия всех марок превышает 99%. Превышение чистоты на десятые или сотые доли процента указывается в марке после на-чальной буквы А. Так, в алюминии особой чистоты А999 содержится 0,001% примесей, высокой, чистоты А995, А99, А97, А95—от 0,005 до 0,05% примесей и техниче¬ской чистоты А 85, Л 8, А 7, А 6, А 5, АЕ — от 0,15% до 1,0% примесей. Буква Е в марке АЕ показывает, что данный алюминий предназначен для изготовления элек¬трических проводов.1

Алюминий отливают в виде чушек массой 5,15 и 1000 кг и плоских слитков различной длины толщиной 140—400 мм и шириной 560—2025 мм.

Алюминий имеет самое разнообразное применение в промышленности. Значительная часть его расходуется на изготовление электрических проводов взамен более дорогой меди. Алюминий широко используется в быту, в пищевой промышленности, в электронике и ядерной энергетике. Из алюминия и его сплавов изготавливают корпуса самолетов, блоки, коробки передач, моторы,на¬сосы, детали для искусственных спутников и космиче¬ских кораблей, цистерны для перевозки и хранения хими¬ческих продуктов, различные трубопроводы, рамы и двери; его применяют как антикоррозионное покрытие," а также в качестве легирующего элемента в различных сплавах и активного раскислителя при выплавке сталей.

Сплавы алюминия. Свойства, маркировка и приме¬нение. Сплавы алюминия делятся на две основные груп¬пы: деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы легируются медью, магнием, мар¬ганцем, цинком, железом, кремнием и другими элемен¬тами, имеют высокую пластичность, выпускаются в виде листов, полос, плит, прутков, проволоки, труб и т. д. Эти сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые. Упрочняемые алюминиевые сплавы могут повышать свою прочность при термической обработке. Наиболее распространенным упрочняемым сплавом является дюр¬алюминий — сплав алюминия с медью, кремнием и же¬лезом, а иногда с марганцем и магнием. Дюралюминий маркируется буквой Д и цифрой, указывающей номер сплава. Химический состав дюралюминия при марки¬ровке не отражается.

Промышленность выпускает пять основных марок дюралюминия: Д1, Д16, Д18, Д19 и Д20, в которых со¬держится меди 2,2—7,0%, кремния и железа 0,6—1,4%, марганца и магния 0,4—2,5%. Однако дюралюминий имеет низкую коррозионную стойкость и для защиты от коррозии подвергается плакированию — нанесению на поверхность деталей и изделий тонкого защитного слоя из чистого алюминия. Наиболее распространенны¬ми неупрочняемыми сплавами алюминия являются сплавы на основе алюминия и марганца, алюминия и магния. Эти сплавы маркируются буквами АМц и АМг, за которыми следуют цифры, указывающие номер спла¬ва. Промышленность выпускает сплавы алюминия с марганцем марки АМц, содержащей от 1,0 до 1,6% марганца, и сплавы с магнием марок AMrl, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб, содержащие от 0,5 до 6,8% магния. Неупрочняемые сплавы алюминия отличаются высокой коррозионной стойкостью; повышение проч¬ности этих сплавов достигается в результате пластиче¬ской деформации.

Литейные сплавы алюминия обладают высокой жид-котекучестью. Применяемые литейные сплавы в зави¬симости от основного легирующего элемента делятся на пять групп. Первая группа сплавов легируется магни¬ем, вторая — кремнием, третья — медью, четвертая — кремнием и медью и пятая — несколькими легирую¬щими элементами одновременно. Все литейные сплавы маркируются буквами АЛ (алюминий литейный) и но¬мером, который не характеризует ни состав, ни свойст¬ва сплавов: АЛ 1, АЛ2, АЛЗО. Сплавы алюминия с высоким содержанием магния обладают высокими ме¬ханическими и антикоррозионными свойствами, но худши¬ми литейными свойствами по сравнению с другими груп¬пами сплавов. Сплавы с вцсоким содержанием кремния, называемые силуминами, содержат 10—13% кремния, характеризуются лучшими литейными свойствами, но недостаточно прочны. Для повышения прочности силу¬минов снижают содержание в них кремния и увеличи¬вают добавки меди, марганца и магния. Легирование силуминов цинком повышает их жидкотекучесть и кор¬розионную стойкость. Литейные сплавы алюминия по¬ставляются как в виде готовых отливок, так и в виде чушек.