Кольорові метали та їх сплави

Кольорові метали і сплави, незважаючи на їх більш високу коштовність у порівнянні з чорними, використовуються в техніці також дуже широко. Це пояснюється тим, що вони характеризуються рядом унікальних природних властивостей: високими тепло- та електропровідністю, гарною корозійною стійкістю, більш високою пластичністю ніж чорні метали та сплави, меншою густиною тощо.

У техніці найчастіше застосовують такі кольорові метали як мідь, алюміній, магній, титан, цинк та ін.

Мідь та її сплави

Мідь – метал рожево-червоного кольору. Технічно чиста мідь характеризується густиною 8,96% г/см3 і температурою плавлення 1083 оС, тобто це досить важкий і тугоплавкий метал.

Чиста мідь характеризується високими тепло- та електропровідністю, гарними пластичністю і корозієстійкістю у вологій атмосфері та воді. Застосовується чиста мідь переважно в електро- та радіотехніці. У машинобудуванні частіше застосовують сплави на основі міді, найважливішими із яких є латуні та бронзи.

Латунь – це сплав міді лише з цинком (це проста чи подвійна латунь) або з цинком та іншими елементами (така латунь називається спеціальною або складною). Латунь міцніша, корозієстійкіша і дешевша за чисту мідь.

Маркування латуней буквено–цифрове, змістове. Буква "Л", що ставиться на початку марки сплаву, позначає, що це латунь. Потім у марці простої латуні стоїть двозначна цифра, яка відображає вміст міді у сплаві в процентах. Наприклад: Л96; Л85, Л68.

Вміст цинку в кожній із цих марок становить різницю між 100% і процентом вмісту міді. Так, позначення марки вміщають по 96, 85, 68% міді і по 4, 15, 32% цинку відповідно.

У марці спеціальної латуні після букви "Л" стоять букви, які позначають назву тих легуючих елементів, що входять у дану марку додатково до цинку. Після цього ідуть цифри, перша з яких відображає вміст міді в процентах, а наступні – вміст легуючих елементів відповідно до послідовності їх розташування. Наприклад, ЛС59–1, ЛАЖМц66–6–3–2. У першій із цих марок 59% міді і 1% свинцю, а в другій – 66% міді, 6% алюмінію, 3% заліза і 2% марганцю.

Вміст цинку в складних (спеціальних) латунях визначається у результаті віднімання із 100% сумарного вмісту міді і всіх легуючих елементів, що входять у дану марку. Так, у першій із позначених марок цинку 40%, а в другій – 23%.

Із розглянутих марок видно, що крім цинку, до складної латуні можуть входити такі елементи як алюміній, залізо, нікель, марганець тощо.

Всі латуні гарно обробляються тиском і мають непогані ливарні властивості.

Прості (подвійні) латуні застосовують для виготовлення деталей трубопроводів, фланців, бобишок, деталей теплових установок, що працюють при температурах до 250 оС.

Складні латуні застосовують для виготовлення втулок, фасонного лиття, підшипників, корозієстійких деталей, черв'ячних гвинтів, які працюють у тяжких умовах.

Бронза – сплав міді з іншими елементами з включенням олова (така бронза називається олов’яною) або без такого влючення (це безолов’яна чи спеціальна бронза).

До олов’яних бронз найчастіше входять такі елементи як фосфор, цинк, свинець та ін.

Спеціальні бронзи включають алюміній, берилій, кремній, марганець, свинець та інші елементи. При цьому назва спеціальної бронзи, як правило, визначається назвою того легуючого елемента, який для неї є основним (алюмінієва, берилієва, кремнієва тощо).

Маркування бронз буквено-цифрове, змістове. Літери "Бр" у марці позначають, що це бронза. Потім ідуть букви, які позначають назву тих легуючих елементів, що входять до даної марки бронзи. Після стоять цифри, які позначають відповідний вміст цих елементів у процентах. Наприклад: БрОЦСН 7–3–5–1, тобто це олов’яна бронза з вмістом олова 7%, цинку 3%, свинцю 5% і нікелю 1%. Вміст міді в марці визначається як 100% мінус сума цифр, які позначають вміст легуючих елементів, що входять у дану марку. Очевидно, що в даному випадку бронза вміщає 84% міді.

Усі бронзи за технологіями їх обробки поділяють на деформуючі (обробляються тиском, різанням) і ливарні (обробляються литтям).

Бронзи більш міцні, тверді й менш пластичні, ніж латуні, та дорожчі за них.

Застосовують бронзу для виготовлення деталей водяної та парової арматури, пружин, черв’ячних коліс, прокладок підшипників, втулок та інших деталей.

 

Алюміній та його сплав

Алюміній – метал сріблясто-білого кольору, легкий (густина 2,7 г/см3), але низькоплавкий (температура плавлення 660 оС).

Чистий алюміній – високопластичний метал, з гарними тепло- та електропровідністю та корозієстійкістю. Він застосовується для виготовлення різноманітних ємностей, предметів широкого побутового застосування. Але в техніці частіше застосовують сплави алюмінію з іншими металами, зокрема, такими як мідь, магній та марганець. Усі такі сплави характеризуються кращими, ніж алюміній, властивостями, їх поділяють на деформуючі та ливарні.

Типовим представником деформуючого алюмінієвого сплаву є дюралюміній.

Дюралюміній – це сплав на основі алюмінію, основним легуючим елементом в якому є мідь (3,8% – 4,8%). Крім того, до нього входять марганець (0,4% – 0,8%) та магній (0,4% – 0,8%). Для підвищення міцності дюралюмінію в нього вводять цинк, а жаростійкості – нікель.

Маркування дюралюмінію буквено-цифрове, умовне. Наприклад: Д1, Д16, Д8. Буква “Д” у марці позначає, що це дюралюміній, а цифри після букви “Д” – умовний номер сплаву, склад якого з’ясовується за службовою документацією.

Застосовують дюралюміній в авіації та інших галузях машинобудування.

Представником ливарного алюмінієвого сплаву є силумін.

Силумін – це сплав на основі алюмінію, основним легуючим елементом в якому є кремній (5–14%). Маркування силумінів також буквено-цифрове, умовне. Наприклад: АЛ2, АЛ4. Літери „АЛ” у марках позначають, що це алюміній ливарний, а цифра – умовний номер сплаву, за яким, користуючись службовою документацією, можна з’ясувати склад сплаву.

Застосовують силумін для виготовлення литтям деталей приладів, фасонного лиття, корпусів турбоагрегатних насосів тощо.

 

Титан та його сплави

Титан – метал сіруватого кольору, легкий (густина 4,5г/см3) і тугоплавкий (температура плавлення 1668оС).

Чистий титан характеризується високою механічною міцністю і крозієстійкістю, непогано обробляється тиском.

Титан добре сплавляється з такими металами як алюміній, залізо, хром, марганець, олово та ін., утворюючи матеріали зі значно більшими показниками міцності, ніж у чистого титану.

Титанові сплави легкі, наділені високою корозієстійкістю і жароміцністю.

Маркування титанових сплавів буквено–цифрове, умовне. Так, наприклад, марка титану ВТ3 вміщає 4 – 6,2% алюмінію і 2 – 3% хрому, а марка ВТ4 – 3,5 – 5% алюмінію і 0,8 – 2% магнію, тоді як у марці це ніяк не відображається.

Сплави титану широко застосовуються в авіаційній та ракетній техніці, в кораблебудуванні, у хімічній промисловості, металургії та інших галузях промисловості та техніки, де деталі та елементи конструкцій зазнають значних механічних навантажень, дії високих температур та агресивного середовища.

Магній та його сплави. Магній – мономорфний метал білого кольору, з низькою корозієстійкістю. У чистому вигляді застосовують у фотографії (спалахи). Це дуже легкий метал (густина 1,7г/см3), але низькоплавкий (температура плавлення 651оС).

Значно вищими показниками характеризуються сплави магнію з алюмінієм, цинком, марганцем.

Для ще кращих механічних властивостей магній сплавляють з берилієм, торієм, цезієм, цирконієм і титаном.

Всі магнієві сплави за технологією оброки є деформуючі та ливарні.

Нікель та його сплави. Нікель – мономорфний метал сріблястого кольору, густиною 8,94г/см3 і з температурою плавлення 1455 оС.

Чистий нікель достатньо міцний і корозієстійкий, але ще вищих властивостей він набуває в сплавах з міддю, залізом та магнієм. Із нікелю з додаванням 9% хрому виготовляють сплав хромель, який застосовують для виготовлення термопарного дроту.

Жароміцні сплави на основі нікелю (нимоники) – для виготовлення деталей газових турбін (робочі лопатки, турбінні диски, силові лопатки тощо).