1.2. Сопоставительная характеристика цветных металлов

Как следует из данных таблицы 1.1, элементы в разной степени распространены в природе. Если содержание таких металлов, как Al, Fe, Mg, составляет несколько процентов, то содержание таких элементов, как W, Ag, Au, Pt, не превышает десятитысячных и даже миллионных долей процента.

Таблица 1.1 - Распространенность ряда металлов в природе

Элемент	Количест-во, %	Элемент	Количест- во, %	Элемент	Количест-во, %
Алюминий	8,8	Медь	0,01	Вольфрам	0,0001
Железо	5,1	Никель	0,008	Сурьма	0,000004
Магний	2,1	Цинк	0,02	Серебро	0,000001
Титан	0,6	Свинец	0,0016	Палладий	0,000001
Хром	0,02	Ниобий	0,001	Золото	0,0000005
Цирконий	0,02	Молибден	0,0003	Платина	0,0000005

В таблице 1.2 приведены некоторые физические свойства наиболее широко применяемых цветных металлов, определяющие многие направления их использования. Так, минимальные значения электросопротивления имеют (в порядке его возрастания) серебро, медь, золото и алюминий. Поэтому эти металлы используются в электротехнике как материалы с высокой электропроводимостью. Из сравнения плотности этих металлов следует, что в сравнении с алюминием медь тяжелее его в 3,3 раза, серебро - в 3,9 раза, а золото - в 7,1 раза. Поэтому алюминий, имея несколько более высокие значения удельного электрического сопротивления в сравнении с этими металлами, вследствие малой плотности часто применяется для изготовления проводников большого сечения (например, провода для высоковольтных линий электропередач). В то же время серебро и золото, обладающие высокой коррозионной стойкостью, используются как материал для контактов и других токоведущих элементов точных приборов и электронных устройств, работающих в агрессивных средах.

При необходимости обеспечения минимального веса конструкций и изделий их изготавливают из сплавов таких металлов, как магний, бериллий, алюминий, титан, плотность которых соответственно в 4,5, 4,2, 2,9 и 1,8 раза меньше, чем у железа. Тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден, ниобий- используются для изготовления изделий, нагревающихся в процессе работы до высоких температур, в частности, нагревательных элементов, нитей накаливания осветительных приборов (вольфрам).

Таблица 1.2 - Физические свойства ряда чистых металлов

Элемент	Плот-ность при 20 С, г/см3	Температу-ра плавления, С	Теплопро-водность (0-100С), Вт/(м х К)	Средняя удельная теплоемкость (0-100С), Дж/(кг х К)	Электросопротивление при 20С, МкОм х см
Железо Магний Алюминий Бериллий Титан Медь Серебро Золото Свинец Олово Ниобий Молибден Вольфрам	7,87 1,74 2,70 1,85 4,5 8,96 10,5 19,3 11,68 7,3 8,6 10,2 19,3	1539 649 660 1287 1667 1083 961 1063 327 232 2467 2615 3400	78,2 155,5 238 194 21,6 397 425 315,5 34,9 73,2 54,1 137 174	456 1038 917 2052 528 386 234 130 129,8 226 268 251 138	10,1 4,2 2,67 3,3 54 1,694 1,63 2,2 20,6 12,6 16 5,7 5,4

Металлы с низкой температурой плавления - олово, свинец, цинк - являются основой легкоплавких сплавов, подшипниковых материалов, припоев. Коррозионностойкие непассивирующиеся металлы (золото, серебро, платина) используются для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах, например, химической посуды (платина), декоративных и защитных покрытий и т.д. Высокой коррозионной стойкостью обладают и такие элементы, как титан и алюминий, но, в отличие от “благородных” металлов, они являются пассивирующимися (самопассивирующимися) металлами, высокая коррозионная стойкость которых обусловлена образованием на поверхности изделий стойкой пленки окислов.

Свойства, характерные для чистых металлов, в значительной мере присущи и сплавам на их основе. Безусловно, свойства сплавов изменяются в зависимости от их состава и структуры. Так, например, сплавы на основе алюминия в сравнении с чистым металлом характеризуются более высокой прочностью, но более низкими показателями электропроводности и коррозионной стойкости. Температура плавления сплава, в зависимости от его состава, может оказаться как выше, так и ниже таковой у чистых компонентов.

Поэтому выбор материала для конкретного применения определяется комплексом требований, учитывающих действующие нагрузки, условия эксплуатации, требования по массе изделий, их удельной прочности и т.д. При этом, безусловно, следует учитывать и стоимость материала, конкурентоспособность изделий и другие факторы.

В таблицах 1.3 и 1.4. приведены данные об относительной стоимости чистых металлов (табл. 1.3, за 1 принята стоимость алюминия технической чистоты марки А8) и некоторых сплавов (табл.1.4., за 1 принята стоимость силумина АЛ 2).

Таблица 1.3 - Относительная ориентировочная стоимость цветных

металлов промышленной чистоты

Металл	Относительная стоимость, ед.	Металл	Относительная стоимость, ед.
Бериллий Алюминий Медь Свинец Ниобий Молибден Тантал	311 - 324 1 - 1,8 1,5 - 1,9 1,2 - 2,2 50 - 87,8 27,7 - 40,8 723	Магний Титан Цинк Олово Ванадий Вольфрам Цирконий	1,5 - 1,6 1,2 - 4 1,1 - 1,2 25,5 - 29 58,1 - 294,6 30,3 - 31,1 36,5

Таблица 1.4 - Относительная стоимость некоторых сплавов

Основа сплава	Тип или марка сплава	Относительная стоимость, ед.
Алюминий Медь Магний Олово Свинец Железо	Деформируемые сплавы Литейные сплавы Латуни Бронзы: оловянные/безоловянные Обычные / с Zr и Nb Баббиты: Б88/ Б83 Баббиты: БН / БК 2 Углеродистые качественные конструк-ционные стали (прокат)	1,2 - 1,6 1 - 2,4 1,7 - 2,4 (2,5-7,1)/(1,8-2,5) (2 - 2,45)/ 7,3 42,9 / 37,4 4,4 / 2,8 0,47 - 0,52