Тема 2. Черные и цветные металлы и сплавы.

В основную группу черных металлов входят чугун и сталь. Чугун и сталь представляют собой сплав железа с углеродом. Основным способом изготовления чугунов является плавка железных руд в доменных печах. Состоящие из природной смеси окислов железа и пустой породы (глинозема, кремнезема), железная руда служит основой получения железа. Освобождение от вредных примесей, восстановление из окислов и отделение от пустой породы при воздействии больших температур - позволяют получить железо. Полученные при доменной плавке чугуны подразделяются на белые, серые и ковкие.

Основой такой классификации является состав материала и его назначение. Чугун, содержащий до 4,5% углерода, определяется как белый. Его состав включает различные добавки, такие как: марганец, сера, кремний, фосфор. Белый чугун по техническим характеристикам твердый и хрупкий. Область его применения – сырье для производства стали. При большом содержании в руде кремния и углерода в результате технологического процесса получают литейный или серый чугун. Химический состав включает: кремний - до 4,25%; углерод - 1,7 - 4,2%. Полученный в результате медленного остывания материал подвижен (заливка и разливка в формы) и легко поддается последующей обработке режущими инструментами. В состав серого чугуна углерод входит в виде чешуек графита. В местах излома материал имеет серый цвет. Содержание 2 - 2,2% углерода определяет ковкий чугун. Его получают с помощью процесса томления в печах отливок белого чугуна, размещенных в стальных ящиках.

Классификация сталей и сплавов производится по химическому составу, по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей), по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице, а также по назначению.

По химическому составу углеродистые стали различают в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

• малоуглеродистые - менее 0,3% С;

• среднеуглеродистые - 0,3...0,7% С;

• высокоуглеродистые - более 0,7 %С.

В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

• низколегированные - менее 2,5%;

• среднелегированные - 2,5... 10%;

• высоколегированные - более 10%.

По качеству, то есть по условиям производства (способу производства и содержанию вредных примесей), стали и сплавы делятся на следующие группы:

 

2

Обыкновенного качества (рядовые) с содержанием серы менее 0,06 %, и с содержанием фосфора менее 0,07 %;

Качественные с содержанием серы менее 0,04 %, и с содержанием фосфора менее 0,035%;

Высококачественные с содержанием серы менее 0,025 %, и содержанием фосфора менее 0,025%;     Особо высококачественные с содержанием серы менее 0,015 %, и содержанием фосфора менее 0,025 %.

По назначению стали делятся на:

Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками, электротехническая сталь и др..

С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

По степени раскисления, то есть по степени удаления кислорода из стали существуют:

• спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами "сп" в конце марки (иногда буквы опускаются);

• кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами "кп";

• полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами "пс".

 

Цветные металлы — техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов).

Принята условная классификация цветных металлов, по которой они разделены по различным признакам, характерным для той или иной группы:

легкие металлы (алюминий, титан, магний),

тяжелые цветные металлы (медь, свинец, цинк, олово, никель),

благородные металлы (серебро, золото, платина),

тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, ванадий, хром),

редкоземельные металлы;

рассеянные металлы (встречающиеся в ничтожных количествах в горных породах и рудах, образуя очень редко самостоятельные металлы);

радиоактивные металлы.

Основные цветные металлы

Алюминий — это цветной металл, который обладает высокой электропроводностью, хорошей пластичностью, но имеет низкие механические свойства.

Медь — это металл, который является наиболее распространенным среди цветных, обладающим высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Медь хорошо сплавляется со многими металлами, образуя сплавы, которые широко используются в машиностроении.

Цинк — это цветной металл, устойчивый против коррозии, однако разрушается под действием кислот и щелочей.

Применение цветных металлов

В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе достаточно большой и непрерывно растет. Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в электротехнической промышленности, в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п.

Алюминий и его сплавы применяют в электротехнической промышленности, в химической и пищевой промышленности для изготовления различных емкостей. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры.

 

3