Цветные металлы: сплавы, свойства, применение
Цветные металлы и их сплавы применяют в качестве конструкционных материалов, от которых требуются ценные эксплуатационные свойства – коррозионная стойкость, низкий коэффициент трения, жаропрочность и жаростойкость.
К этой группе не принадлежат железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, которые называют черными металлами. К цветным металлам, широко востребованным в промышленности, относятся медь, алюминий и титан. В чистом виде они используются редко, в основном их применяют в виде сплавов.
Медь – обозначение, виды по чистоте, характеристики
Медь – цветной металл, имеет поверхность красноватого оттенка, излом – розового. Символ – Cu. В природе встречается в составе сернистых соединений, оксидов, реже – в чистом виде. Физические характеристики чистого Cu:
- высокие – пластичность, электропроводность, теплопроводность;
- хорошая устойчивость к коррозионному разрушению;
- удельный вес – 8940 кг/м3;
- температура плавления – +1083 °C.
Присутствие примесей может значительно снижать показатели электро- и теплопроводности.
Кратко перечислим важные технологические характеристики:
- хорошая обрабатываемость давлением, что позволяет получать различные типы медного проката;
- затрудненная обрабатываемость резанием из-за повышенной пластичности;
- низкие литейные качества из-за протекания значительных усадочных процессов;
- возможность соединять отдельные медные элементы сваркой или пайкой.
В маркировке медь обозначается буквой М, после которой стоят цифры, характеризующие чистоту металла. Самая чистая медь содержит 99,99 % Cu. После цифр могут стоять буквы: к – катодная, р – раскисленная, б – бескислородная. Марки и состав меди регламентирует ГОСТ 859-2014.
Основная область применения меди различных степеней чистоты – электротехника, изготовление электрических проводов и кабелей.
Сплавы на основе меди – виды, краткие сведения
Основные сплавы на основе меди, широко используемые в различных отраслях промышленности, – латуни и бронзы.
Латуни – виды, характеристики
К латуням относятся медные сплавы с цинком, процентное содержание которого составляет 5-45 %. При содержании Zn 5-10 % сплавы сохраняют красноватый цвет. Их часто используют в ювелирном деле для имитации золота. Эти разновидности латуни иначе называются: томпак, симилор, хризохалк, хризорин, ореид. При содержании цинка более 20 % латуни имеют желтый цвет.
По количеству компонентов латунные сплавы разделяют на:
- Двухкомпонентные – содержат медь, цинк и примеси в незначительных количествах. Обозначаются буквой Л и цифровой группой, характеризующей содержание Cu в процентах. Такие сплавы, благодаря хорошей обрабатываемости давлением, используют при производстве прокаткой или прессованием различных полуфабрикатов: листового латунного металлопроката, труб, прутков, профилей, проволоки.
- Многокомпонентые – в качестве дополнительных элементов используются алюминий,марганец, никель, свинец, олово. В маркировке после буквы Л указывается наименование дополнительного компонента и цифровые группы, характеризующие количество в процентах меди и легирующих компонентов. Многокомпонентные латуни часто относятся к категории литейных, используемых при производстве отливок. Их марки определяет ГОСТ 17711-93.
Бронзы – определение, разновидности, характеристики
Бронзами называют сплавы на основе меди, в которых цинк не относится к основным компонентам. К этой категории также не принадлежат медно-никелевые сплавы (мельхиоры). В маркировке ставят буквы Бр, после которых указывают элементы, присутствующие в составе, и их содержание в процентах. Легирующие компоненты в бронзах: олово, бериллий, свинец, кремний, алюминий.
Большинство бронз отличается хорошими литейными качествами, что позволяет применять их при производстве фасонных отливок.
Часто эти сплавы востребованы при производстве деталей, к которым предъявляются высокие требования по коррозионной стойкости и антифрикционным характеристикам. Это зубчатые и червячные колеса, седла клапанов, втулки.
Алюминий – обозначение, виды по чистоте, характеристики
Алюминий – пластичный металл серебристо-белого цвета. В чистом виде в природе не встречается. Его получают по технологии электролиза из алюминиевой руды – бокситов. Он легкий, инертный по отношению к окружающей среде, обладает хорошей электропроводностью, которая составляет 60 % от аналогичного показателя меди. На поверхности этого металла появляется оксидная пленка, которая предотвращает коррозионное разрушение полуфабрикатов и изделий. Оксид алюминия безвреден. Этот металл легко подвергается деформации, хорошо сваривается, но из-за высокой пластичности плохо подвергается обработке режущим инструментом. Имеет высокий коэффициент линейной усадки. Температура плавления: +660 °C.
Первичный алюминий обозначается буквой А и числом, которое характеризует степень чистоты: особую, высокую и техническую.
В химическом составе металла самой высокой чистоты содержится 99,9996 % Al. Требования к этому металлу, выпускаемому в виде чушек, слитков, ленты, катанки, определяет ГОСТ 11069-2019. Требования к материалам, предназначенным для изготовления полуфабрикатов способами горячей и холодной деформации – листов, плит, полос, профилей, регламентирует ГОСТ 4784-2019.
Алюминий чаще всего используют при производстве электрических проводов, кабелей, испарителей.
Сплавы на основе алюминия – виды, их характеристики
На базе этого металла производят две основные группы сплавов – деформируемые и упрочняемые.
Деформируемые
Деформируемыми называют сплавы, используемые при производстве алюминиевого металлопроката и прессованных металлоизделий. Деформируемые материалы делят на упрочняемые и неупрочняемые. Упрочняемые разновидности разделяют на:
- Дюралюмины, содержащие помимо Al, медь и магний. Обозначаются буквой Д и числом, характеризующим состав.
- Высокопрочные – в их составе имеются медь, магний и цинк. Обозначаются буквой В и числом.
Характерная черта этих материалов – сочетание хороших механических характеристик и небольшой массы. Она делает их незаменимыми при производстве деталей в авиа- и машиностроении. Из высокопрочных разновидностей изготавливают изделия сложной формы, вертолетные лопасти, детали, запланированные для восприятия существенных нагрузок.
Неупрочняемые разновидности содержат в составе, помимо AL, марганец или магний. Выпускаются чаще всего в виде листового проката. Его выбирают для деталей сложной формы, которые в процессе изготовления подвергаются прокатке, вытяжке, штамповке при комнатных и повышенных температурах.
Литейные
Свойства литейных марок регламентирует ГОСТ 1583-93. Широкой популярностью пользуются литейные материалы на основе алюминия и кремния, называемые силуминами. Они маркируются буквами АК, после которых указывается номер марки.
Силумины, сочетающие небольшую плотность с хорошими литейными и механическими характеристиками, часто востребованы при изготовлении бытовых приборов, авто- и мотодеталей, функционально-декоративных предметов интерьера.
Титан и сплавы на его основе
Из технически чистого титана и сплавов на его основе производят цветной металлопрокат и отливки с ценными техническими свойствами:
- сочетание относительно невысокой удельной массы с прекрасными прочностными качествами;
- устойчивость к различным видам коррозии, химическая инертность по отношению ко многим агрессивным средам;
- способность к обработке давлением;
- возможность эксплуатации титановых деталей и конструкций при повышенных температурах.
Основной недостаток титана и его производных – высокая стоимость, которая ограничивает их применение в бытовой технике. Основные области их использования – авиатехника, машино-, судостроение, при изготовлении газовых баллонов, эксплуатируемых под высоким давлением, в космической технике.
Другие статьи:
Закалка стали
Отпуск стали
Состав и свойства стали
Сплавы цветных металлов
Медь и медные сплавы и их свариваемость
Зачастую предпочтение отдается меди и медным сплавам благодаря их коррозионной стойкости, электро- и теплопроводности. Это введение поможет идентифицировать различные типы медных сплавов и даст необходимую информацию о процессе производства этих материалов и их свариваемости.
Типы материалов:
Медь и медные сплавы классифицируются по наличию основного легирующего элемента:
C — Чистая медь
CH – Медь с небольшим количеством легирующих добавок
CZ – Медь-цинк / латунь (желтая медь)
NS – Медь-цинк-никель / нейзильбер
PB – Медь-оловянистая бронза(сплавы из фосфористой бронзы также содержат фосфор в своем составе)
G – Медь-олово- цинк, пушечная бронза (некоторые сплавы содержат свинец)
СА – Медь-алюминий, алюминиевая бронза (большинство сплавов также содержат железо и никель) CN – Никелин, мельхиор
Чистая медь (C)
Обычно поставляется в одной из трех форм, кислородной, фосфористой раскисленной меди, бескислородной меди.
Для проведения сварочных работ предпочтение должно отдаваться бескислородной и фосфористой раскисленной в силу их лучшей свариваемости. Газовая сварка вольфрамовым электродом (TIG) и газовая сварка металлическим электродом (MIG) – наиболее подходящие сварочные процессы; ацетилено-кислородная сварка (OAW) и дуговая сварка в среде защитного газа металлическим электродом (SMAW) могут использоваться для ремонтных работ на кислородной холоднокатанной просмоленной меди. Во избежание высокой теплопроводности необходимо использование газов на основе Не и NО, в качестве замены аргону.
Медь с малым кол-вом легирующих добавок (CH)
Марки с добавлением серы и теллура не поддаются сварке. Медь с малыми добавлениями
хрома, циркония или бериллия может быть сварена, но с особой осторожностью.
Медно-цинковые сплавы / латунь (СН) – Медь-цинк-никель / нейзильбер (NS)
Латуни могут быть разделены на 2 группы по свариваемости, малое сод-ние цинка (<20%Zn) и высокое сод-ние цинка (30 — 40%Zn).
Нейзильберы содержат от 20 до 45%Zn и никель для прочности. Основная трудность при сварке оплавлением этих сплавов – испарение цинка, который приводит к появлению белых паров оксида цинка и пористости металла. Только латуни с низким сод-нием цинка годятся для оплавления с использованием газовой сварки вольфрамовым электродом (TIG) и газовой сварки металлическим электродом (MIG).
Бронзы — Оловянистая бронза, Фосфористая бронза (PB), Кремнистая бронза и пушечная бронза (G)
Оловянистая бронза содержит от 1 до 10%Sn, фосфористая бронза содержит до 10% фосфора. Пушечная бронза – это по сути оловянистая бронза с сод-нием до 5%Zn и может также содержать до 5% свинца. Кремнистая бронза содержит обычно 3% кремния и 1% марганца и она легче всего поддается сварке.
Бронзы поддаются сварке при условии использования соответствующих присадочных металлов. Газовая сварка фосфористой бронзы является причиной возникновения пористости, появления которой можно избежать, используя раскислители / восстановители.
Пушечная бронза не поддается сварке.
Алюминиевая бронза (СА)
Есть два типа алюминиевой бронзы: однофазовые сплавы, содержащие от 5 до 10% алюминия, с мaлым содержанием железа или никеля, и, двухфазовые сплавы, сод-щие до 12% алюминия и приблизительно 5% железа с добавлением никеля, марганца, кремния. Предпочтительны сварочные процессы в среде защитного газа, газовая сварка вольфрамовым электродом (TIG) производится при переменном токе, защитный газ — аргон, или при постоянном токе с гелием.
Мельхиор (CN)
Сплавы мельхиора содержат от 5 до 30% никеля с добавлением железа и марганца;
90-10 и 70-30 (мельхиор) распространенные свариваемые марки. Эти сплавы – однофазовые, сварка производится с использованием инертных газов и дуговой сварки в среде защитного газа металлическим электродом (SMAW). Применяются соответствующие присадочные металлы, но 70-30 зачастую являются универсальными.
Какие металлы являются цветными? (Полное руководство)
Цветные металлы — это сплавы или металлы, не содержащие заметного количества железа. Все чистые металлы являются цветными элементами, за исключением железа (Fe), которое также называют ферритом от латинского слова «ferrum», что означает «железо».
Цветные металлы, как правило, дороже, чем черные металлы, но они используются из-за их желательных свойств, включая легкий вес (алюминий), высокую проводимость (медь), немагнитные свойства или устойчивость к коррозии (цинк). Некоторые цветные металлы используются в черной металлургии, например, бокситы, которые используются в качестве флюса в доменных печах. Другие цветные металлы, в том числе хромит, пиролюзит и вольфрамит, используются для изготовления ферросплавов. Однако многие цветные металлы имеют низкую температуру плавления, что делает их менее подходящими для применения при высоких температурах.
Существует большое количество цветных металлов, включая все металлы и сплавы, не содержащие железа.
Цветные металлы включают алюминий, медь, свинец, никель, олово, титан и цинк, а также медные сплавы, такие как латунь и бронза. Другие редкие или драгоценные цветные металлы включают золото, серебро и платину, кобальт, ртуть, вольфрам, бериллий, висмут, церий, кадмий, ниобий, индий, галлий, германий, литий, селен, тантал, теллур, ванадий и цирконий.
Цветные металлы обычно получают из полезных ископаемых, таких как карбонаты, силикаты и сульфиды, перед очисткой электролизом.
Разница между черными и цветными металлами заключается в том, что черные металлы содержат железо. Черные металлы, такие как чугун или углеродистая сталь, имеют высокое содержание углерода, что обычно делает их уязвимыми для ржавчины при воздействии влаги. Однако это не относится к кованому железу, которое устойчиво к ржавчине благодаря своей чистоте, и к нержавеющей стали, которая защищена от коррозии присутствием хрома.
Содержание
Нажмите на ссылки ниже, чтобы перейти к разделу руководства:
- История
- Цветные металлы и переработка
- Использование и свойства
- Цветные металлы и литье
- Общие цветные металлы и сплавы
- Сплавы
- Заключение