Состав сплавов цветных металлов. Цветные металлы и сплавы: классификация, ассортимент и свойства. Термическая обработка цветных металлов

И их сплавы характеризуются высо­кой сопротивляемостью коррозии, большой пластичностью, вязкостью, хорошей обрабатываемостью, высокой электро - и теплопроводностью.

34. Назвать цветные металлы.

К цветным металлам, наиболее широко применяемым в промышленности, относятся медь, алюминий, хром, олово, цинк, магний, вольфрам, молибден, никель, свинец, титан, серебро, золото, платина и др.

35. Назвать сплавы цветных металлов.

К сплавам цветных металлов относятся: медные сплавы (латунь, бронза и др.); алюминиевые сплавы (дюралюми­ний, силумин и др.); магниевые сплавы; титановые сплавы; евинцово-оловянистые сплавы и др.

36. Что такое баббит?

Баббит - это легкоплавкий подшипниковый сплав (ГОСТ 1320-55, ГОСТ 1209-59) с содержанием 80-90% олова, 4-13% сурьмы, 3-6% меди, а также свинца, каль­ция, никеля, мышьяка, кадмия, теллура, железа и др. Температура плавления 232-350° С. Температура литья 450-550° С.

Баббиты подразделяются на высокооловянистые, обо­значаемые буквой Б, малоолов ян истые - БН, БТ и без - оловян истые, обозначаемые Б К (свинцово-кальцие-натрие - вые сплавы).

Баббиты отличаклся высокой износостойкостью, при - рабатываемостью, пластичностью, малым коэффициентом трения и хорошей обрабатываемостью.

37. Что такое латунь?

Латунь - это сплав меди (45-80%) с цинком (от 3 до 50%), а также с другими элементами: алюминием, оловом, свинцом, железом, никелем и др. Плотность ла­туни 8,3-8,5 г/см3, температура плавления 890- 1000° С

В зависимости от технологических свойств (ГОСТ 17711 - 72 и ГОСТ 15527-70) латуни подразделяются на литейные и обрабатываемые давлением. Они обладают хо­рошей прочностью, пласіичностыо, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

Высокими механическими, антикоррозионными и ли­тейными свойствами обладает томпак - латунь, содержа­щая не более 22% цинка и не менее 61 % меди.

Латунь обозначается буквой Л. В маркировке латуни буквы обозначают химические элементы, входящие в сплав, первые две цифры, стоящие за буквами, указывают содержа­ние меди, а цифры, отделенные дефисом,- среднее содер­жание легирующих элементов в процентах в порядке, соот­ветствующем буквпм Так, латунь марки ЛК. С80-3-3 со­держит 79-81% меди, 10,5-16,5% цинка, 2,5-4,5% крем­ния, 2-4% свинца.

Латунь широко применяется в промышленности.

38. Что такое бронза?

Бронза - это сплав меди с одним или несколькими хи­мическими элементами: оловом, свинцом, цинком, никелем, фосфором, кремнием, марганцем, алюминием, железом. Пло­тность бронзы 7,5-9,3 г/см3, температура плавления 940- 1093° С. Используется в качестве материала для деталей машин, арматуры, подвергающихся трению, атмосферному воздействию, а также действию слабых кислот и т. д.

Характеризуются бронзы высокими механическими, ли­тейными, антифрикционными и антикоррозионными свой­ствами.

В зависимости от состава различают бронзы: оловяни - стые, применяемые для вкладышей подшипников и арма­туры; алюминиевые (6-11,5% Аі), применяемые для фа­сонного литья и лент; кремнистые (1-3,5% кремния); марганцовистые (4,5-5,5% марганца); свинцовые (30- 60% свинца), применяемые для подшипников скольжения; бериллиевые (2% бериллия), применяемые для пружин и износостойких деталей; медно-титановые (5% титана) и другие. 129

Бронзы хорошо обрабатываются и отливаются.

Обозначаются они буквами Бр и другими буквами, ана­логично латуни, указывающими элементы, входящие в их состав, и цифрами, показывающими соответственно сред­нее содержание этих элементов в процентах. Так, бронза марки БрАЖМц 10-3-1,5содержит9,5-10,5% алюминия, 2,5-3,5% железа, 1-2% марганца, остальное - медь.

39. Назвать благородные металлы.

В группу благородных металлов входят золото, пла­тина, серебро.

40. Назвать металл, который при нормальной ком­натной температуре находится в жидком состоянии.

При нормальной комнатной температуре в жидком состоянии находится ртуть. Плотность ртути - 13,5 г/см3, температура кипения - 357° С, затвердевания - 38,9° С.

41. Что ты знаешь об олове?

Олово (Sn) получают из оловянной руды, называемой касситеритом (Su02). Олово имеет серебристую окраску. Плотность - 7,3 г/см3, температура плавления 232° С. Это мягкий, пластичный и легко поддающийся лптыо металл. Плохо сохраняется при низкой температуре, л їм тваясь при такой температуре длительное время, переходім в свою разновидность - серое олово, которое при непосредствен­ном соприкосновении с белым оловом, вызывает ею раз­ложение.

Характерным для чистого олона является xpytт при изгибе и разломе.

Олово находит широкое применение при лужении, пайке как компонент технических сплавов для подшипни­ков, припоев и других целей.

42. Что ты знаешь о меди?

Медь получают из медных руд, таких как хялькоперит (медный колчедан), борнит, халькозин (медный блеск), ковеллин, малахит и азурит. Дальнейшей чмскї ролитиче - ской обработкой черной меди получают чнпую медь. Цвет меди - красноватый. Плотность - Я,?) г/ем8, тем­пература плавления - 1083° С.

Медь хорошо поддается холодной пластической обра­ботке, штамповке, горячей ковке. Во время холодной пла­стической обработки несколько повышает < ною твердость. Отличается хорошей теплопроводностью и элект ропровод- ностью. Под влиянием влаги быстро окисляется, покры­ваясь зеленым налетом. Широко используется в электро­технической промышленности, для изготовления художе­ственных изделий, в гальванопластике и для металлопокры­тий. Медь входит также в состав многих сплавов.

Медь можно паять, сваривать с предварительным подо­гревом, под давлением.

43. Назвать металл, который имеет самую высокую тем­пературу плавления.

Металлом, который имеет самую высокую температуру плавления (3390° С), является вольфрам. Плотность вольф­рама равна плотности золота и составляет 19,3 г/см3.

Никитина Людмила

Данная работа поможет учащимся различать свойства и области применения цветных металлов и из сплавов

Скачать:

Предварительный просмотр:

ГБОУ СО СПО “ЭП”

Творческая работа по предмету

“Материаловедение”

на тему:

Выполнила: учащаяся группы № 38 Никитина Л.Ю.

г. Энгельс

2012 г.

Цветные металлы и их сплавы

Цветные металлы и их сплавы широко применяются в технике. К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий, медь, магний, никель, титан и (в меньшей степени) мягкие металлы - олово, свинец и цинк. В сплавах часто используются такие металлы, как сурьма, висмут, кадмий, ртуть, кобальт, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Последние четыре металла условно относят к ферросплавам, хотя они могут содержать железо лишь в виде примеси.
Алюминий . Чистый алюминий широко применяется там, где важное значение имеет высокая электропроводность, например в проводах для линий электропередачи (ЛЭП). Алюминиевые сплавы пригодны также для опор ЛЭП, поскольку конструкции, выполненные из таких сплавов, стойки к атмосферной коррозии.
Алюминиевые сплавы можно разделить на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Сплавы, упрочнение которых термической обработкой не удается, обычно содержат кремний, магний и марганец. Сплавы же, упрочняемые термической обработкой, содержат медь, цинк и определенные сочетания магния с кремнием. Предел текучести сплавов, не упрочняемых термообработкой, составляет 50-280 МПа, а их прочность на растяжение лежит в пределах от 100 до 350 МПа. Предел текучести термообрабатываемых сплавов может превышать 500 МПа, а прочность на растяжение - 550 МПа. Термообрабатываемые сплавы (из которых наиболее известны дуралюмины и авиаль) чаще всего применяются в аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность при малой массе. Но алюминиевые сплавы широко применяются и практически во всех транспортных средствах - легковых автомобилях, автобусах, железнодорожных вагонах и даже морских и речных судах.
Медь . Поскольку медь довольно легко восстанавливается из руды, она явилась одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек. Это произошло, по-видимому, раньше 4000 до н.э. У меди высокая электропроводность, и она была первым материалом, примененным для передачи электричества. Она до сих пор широко применяется в бытовой электропроводке и электрооборудовании. Предел текучести чистой меди составляет около 170 МПа, а прочность на растяжение - около 280 МПа; относительное удлинение обычно превышает 35%. Холодная прокатка и волочение повышают указанные характеристики меди. Жесткость меди примерно вдвое меньше, чем стали.
Медь чаще всего применяется в виде сплавов, в первую очередь с цинком и оловом. В сплавах с цинком, называемых латунями, содержание цинка составляет от 2 до 40%. Прочность латуней, как правило, повышается с увеличением содержания цинка. Весьма распространена т.н. патронная латунь с 30% цинка. Ее предел текучести составляет ок. 280 МПа, а прочность на растяжение - ок. 530 МПа. Сплавы меди с оловом, называемые бронзами, были одними из первых медных сплавов, использовавшихся человеком. Содержание олова в бронзах - от 2 до 30%. Используются также тройные сплавы меди с оловом и цинком. Другие широко применяемые сплавы меди - с никелем или с никелем и цинком. Такие сплавы типа нейзильбера отличаются высокой коррозионной стойкостью, а также прочностью.
Высокопрочные медные сплавы содержат алюминий, кремний или бериллий. Путем термической обработки их предел текучести можно повысить до 1000 МПа и более, а прочность на растяжение - до 1300 МПа. Эти сплавы применяются там, где требуются коррозионно-стойкие, немагнитные, неискрящие материалы с высокими электропроводностью и прочностью. Многие медные сплавы, особенно с оловом и никелем, предпочитаются инженерами за их коррозионную стойкость в таком оборудовании, как теплообменники, перегонные аппараты, испарители, конденсаторы и трубопроводы. В бытовых системах для горячей воды часто используются медные трубки.
Магний. Как и алюминий, магний широко применяется в промышленности благодаря своей низкой относительной плотности (около 1,7, меньше, чем у алюминия). Он часто применяется в виде отливок, и в этом случае его предел текучести составляет от 85 до 140 МПа, а прочность на растяжение - от 140 до 280 МПа. У магниевого проката (прутка, профилей, листа) предел текучести и прочность на растяжение несколько выше. Магниевые сплавы менее пластичны, чем алюминиевые и медные (относительное удлинение составляет 4-15%). Наиболее важная область их применения - аэрокосмическая промышленность, где большие преимущества дает их легкость. Аэрокосмические магниевые материалы - это по большей части термообрабатываемые специальные сплавы. В сплавах с магнием чаще всего используются алюминий, марганец и цинк (обычно в малых количествах, хотя содержание алюминия может достигать 10%). После термообработки предел текучести таких сплавов может составлять до 310, а прочность на растяжение - до 390 МПа.
Титан. Титановые сплавы начали применяться в качестве конструкционных материалов лишь после Второй мировой войны. Производство титана затрудняется тем, что он очень активно взаимодействует с кислородом, водородом и азотом, а также (при высоких температурах) почти со всеми материалами плавильных тиглей. Тем не менее в настоящее время выпускается и применяется целый ряд титановых сплавов. Благодаря своей легкости (плотность ок. 4,5 г/см3) и высокой прочности, превышающей прочность алюминиевых и магниевых сплавов, титановые сплавы находят применение в ответственных деталях аэрокосмической техники. Но титан довольно дорог, что ограничивает его применение. Технический титан имеет предел текучести более 400 МПа, прочность на растяжение от 500 до 630 МПа, относительное удлинение ок. 20%. Почти весь производимый титан используется в виде сплавов, улучшаемых термической обработкой. Обычные легирующие элементы титана - алюминий, ванадий, молибден и олово. Самый распространенный титановый сплав - с 6% алюминия и 4% ванадия - применяется в аэрокосмической промышленности. Его предел текучести составляет ок. 900 МПа, а прочность на растяжение - более 1000 МПа. Прочность этого сплава можно повысить путем сложной термообоработки. Будучи стойкими к некоторым кислотам, титановые сплавы применяются в соответствующей аппаратуре. Кроме того, такие сплавы находят применение как материалы трубных коммуникаций и арматуры, деталей корпуса и обшивки высокоскоростных военных самолетов.
Никель . Никель редко применяется в чистом виде, но его сплав с хромом и молибденом широко используется для высокотемпературных деталей и элементов конструкций. Такой сплав характеризуется высоким сопротивлением ползучести и высокой коррозионной стойкостью в диапазоне температуры от 800 до 1100. C. Типичное применение хромомолибденовых сплавов никеля - лопатки турбин и другие высокотемпературные компоненты. Никель применяется также в некоторых медно-никелевых сплавах для повышения коррозионной стойкости меди.
Другие металлы. Олово, цинк и свинец используются главным образом для повышения коррозионной стойкости сплавов, причем олово и цинк - чаще всего в виде антикоррозионных покрытий для стальных изделий. Принцип такой "протекторной" защиты в том, чтобы корродировало покрытие, а не сталь. Цинковые "гальванические" покрытия наносят электролитическим осаждением. Свинец без дополнительных компонентов используется в качестве коррозионно-стойкого материала в виде труб и листов. Свинец применяется вместе с оловом в виде припоев, особенно в электронной промышленности. Содержание свинца в таких припоях может составлять от 50 до близкого к 100%. Цинк используется в легкоплавких сплавах для литья под давлением в некоторых отраслях промышленности, особенно в автомобильной. Прочность этих сплавов невысока, зато они пригодны для литья в сложные формы.

Цветные металлы подразделяются на благородные, тяжелые, легкие и редкие.
К благородным металлам относят металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий, серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Их используют в виде сплавов в электротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и т.д.
К тяжелым относят металлы с большой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т.д. Тяжелые металлы применяют главным образом как легирующие элементы, а такие металлы, как медь, свинец, цинк, отчасти кобальт, используются и в чистом виде.
К легким металлам относятся металлы с плотностью менее 5 грамм на кубический сантиметр: литий, калий, натрий, алюминий и т.д. Их применяют в качестве раскислителей металлов и сплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т.д.
К редким металлам относят металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д.
К группе широко применяемых цветных металлов относятся Алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.
Цветные металлы обладают целым рядом весьма ценных свойств, например, высокой теплопроводностью (алюминий, медь), очень малой плотностью (алюминий, магний), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий).
По технологии изготовления заготовок и изделий цветные сплавы делятся на деформируемые и литые (иногда спеченые).

Обозначение легирующих элементов

Обозначение легирующих элементов одинаковое во всех цветных сплавах:

МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

Медь относится к металлам, известным с глубокой древности. Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью (100% чистая медь- эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), но литейные свойства низкие. На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность и электропроводность.
Медь широко применяют для проводников электрического тока, различных теплообменников.
Медь маркируют буквой М, после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00- 99,99% меди, М4-99% меди.

В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.

Латуни

Латуни- сплавы меди с цинком, содержащие небольшое количество других компонентов. Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.
В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.
Простые латуни содержат только Cu и Zn. Маркируются буквой Л, следующая за ней цифра показывает содержание меди в процентах, остальное - цинк. Например: Л62- 62%-медь. При содержании Zn менее 20% латунь называют томпаком. Л96.
Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов(Л.Э.), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.

Al, Mn, Ni- повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью. Олово повышает коррозионную стойкость латуней в морской воде.

Маркировка :

• Деформируемые латуни:
  за буквой Л ставят буквы, принятые для условного обозначения легирующих элементов. После первой цифры, показывающей среднее содержание меди в %, следуют цифры, указывающие содержание в % дегирующих элементов, остальное- цинк (ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2)
• Литейные:
  Количество цинка и каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой (ЛЦ40Мц3А- 40%-Zn, 3%- Mn, 1%-Al, 56%-Cu (ост.)

Бронзы

Бронзой называется всякий медный сплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционность (от анти- и лат. frictio- трение).
По химическому составу делятся на оловянные и безоловянные (специальные) .

Маркировка:

• Деформируемые:
  буквы Бр с указанием Л.Э., цифры за буквами показывают их количество в процентах. Медь- по разности (например: БрОЦС4-3-2 содержит Sn-4%, Zn-3%, Pb-2%, Cu- ост.).
• Литейные
  Среднее содержание компонентов в % ставится сразу после буквы (например: БрА10Ж3Мц2).

Оловянные бронзы обладают высокими мех., литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова.

Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим мех., антикоррозионным и технологическим свойствам:

• Алюминиевые бронзы- 5-11% алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства чем у оловянных, но литейные свойства - ниже. Для повышения механических и антикоррозионных свойств вводят железо, марганец, никель(например -БрАЖ9-4). Из этих бронз изготавляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.
• Берилливые бронзы содержат 1,8-2,3 % бериллия отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и упругостью (например -БрБ2, БрБМН1,7). Их применяют для пружин в приборах, которые работают в агрессивной среде.
• Кремнистые бронзы-3-4% кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствам приближаются к сталям.
• Свинцовистые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.

Алюминий и его сплавы

Алюминий занимает 3 место по распространению в земной коре после кислорода и кремния. Устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки. Плотность - 2,7 г/см 3 . Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.
Маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999- содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты-А99, А95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий - А85, А8, А7 и др.
Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и хим. промышленности. В качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности- 50 МПа.

Деформируемые алюминиевые сплавы

В зависимости от возможности термического упрочнения деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
К сплавам, неупрочняемым т/о относятся сплавы Al c Mn (АМц1), и сплавы Al c Mg (AМг 2, АМг3). Цифра- условный номер марки.
Эти сплавы хорошо свариваются, обладают высокими пластическими свойствами и коррозионной стойкостью, но невысокой прочностью, Упрочняются эти сплавы нагартовкой. Сплавы данной группы нашли применение в качестве листового материала, используемого для изготовления сложной по форме изделий, получаемой холодной и горячей штамповкой и прокаткой. Изделия, получаемые глубокой вытяжкой, заклепки, рамы и т.д.
Сплавы, упрочняемые т/о , широко применяются в машиностроении, особенно в самолетостроении, т.к. обладают малым удельным весом при достаточно высоких механических свойствах. К ним относятся:
Дуралюмины- основные легирующие компоненты- медь и магний:
Д1- лопасти воздушных винтов, Д16-обшивки, шпангоуты, лонжероны самолетов, Д17- основной заклепочный сплав.
Высокопрочные сплавы- В95,В96- наряду с медью и магнием содержат еще значительное количество цинка. Применяют для высоконагруженных конструкций.
Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости - АВ, АД31, АД33. Лопасти вертолетов, штампованные и кованные детали сложной конфигурации.

Литейные алюминиевые сплавы

Наиболее широко распространены сплавы системы Al-Si- силумины.
Силумин имеет сочетание высоких литейных и механических свойств, малый удельный вес. Типичный силумин сплав АЛ2(АК12) содержит 10-13% Si, обладает высокой жидкотекучестью, малой усадкой, устойчив против коррозии. Подвергается закалке и старению (АК7 (АЛ9), АК9 (АЛ4).

Цинк и его сплавы

Цинк – металл с небольшой температурой плавления (419 град.С) и высокой плотностью (7,1 г/см 3 ). Прочность цинка низка (150 МПа) при высокой пластичности.

Цинк применяют для горячего и гальванического оцинкования стальных листов, в полиграфической промышленности, для изготовления гальваниче¬ских элементов. Его используют как добавку в сплавы, в первую очередь в сплавы меди (латуни и т.д.), и как основу для цинковых сплавов, а также как типографский металл.
В зависимости от чистоты цинк делится на марки ЦВОО (99,997 % Zn), ЦВО (99,995 % Zn), ЦВ (99,99 % Zn), ЦОА (99,98 % Zn), Ц0 (99,975 % Zn), Ц1 (99,95 % Zn), Ц2 (98,7 % Zn), ЦЗ (97,5 % Zn).

Цинковые сплавы широко применяются в машиностроении и разделяются на сплавы для литья под давлением, в кокиль, для центробежного литья и на антифрикционные сплавы.
Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий, медь и магний.
Отливки из цинковых сплавов легко полируются и воспринимают гальванические покрытия.

Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

ЦА4 содержит 3.9-4.3%Al, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление 250-300 МПа, пластичность 3-6%, твердость 70-90HB). Применяется при литье под давлением деталей, к которым предъявляются требования стабильности размеров и механических свойств.
ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4%Al, 4,0-5,5% Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 0,4%, твердость -не менее 100HB. Из сплава изготавливают подшипники и втулки металлообрабатывающих станаков, прессов, работающих под давлением до200-10000 Па.
ЦАМ9-1.5 содержит 9,0-11,0%Al, 1,0-2,0%Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа, пластичность не менее 1 %, твердость не менее 90HB. Сплав применяют для изготовления разных узлов трения и подшипников подвижного состава.

Магний и его сплавы

Магний – металл серебристо-белого цвета. Отличается низкой плотностью (1,74 г/см 3 ), хорошей обрабатываемостью резанием, способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.
В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90% Mg), магний высокой чистоты (99,9999% Mg).
Магний химически активный металл, легко окисляется на воздухе, а при температурах выше 623°С воспламеняется. Чистый магний из-за низких механических свойств (временное сопротивление 100 – 190 МПа, относительное удлиннение 6 – 17%, твердость 30 – 40НВ) как конструкционный материал практически не применяют. Его используют в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений, в металлургии различных металлов и сплавов как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

Сплавы на основе магния

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности магниевых сплавов достигает 250 – 400 МПа при плотности менее 2 грамм на кубический сантиметр. Сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прокатываются и прессуются. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), хорошо шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде защитных газов.
К недостаткам магниевых сплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении.

По механическим свойствам магниевые сплавы подразделяют на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные , по склонности к упрочнению с помощью термической обработки - на упрочняемые и неупрочняемые .

Деформируемые магниевые сплавы . В сплавах МА1 и МА8 основным легирующим элементом является марганец. Термической обработкой эти сплавы не упрочняются, обладают хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. Сплавы МА2-1 и МА5 относятся к системе Mg-Al-Zn-Mn. Алюминий и цинк повышают прочность сплавов, придают хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготовлять из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолета). Сплавы системы Mg-Zn, дополнительно легированные цирконием (МА14), кадмием, редкоземельными металлами (МА15, МА19 и др.) относят к высокопрочным магниевым сплавам. Их применяют для несвариваемых сильно нагруженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, автомобилей, ткацких станков и др.).

Литейные магниевые сплавы . Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn (МЛ5, МЛ6). Они широко применяются в самолетостроении (корпуса приборов, насосов, коробок передач, фонари и двери кабин и т.д.), ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы), конструкциях автомобилей, особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), в приборостроении (корпуса и детали приборов). Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов магниевые сплавы используют в атомной технике, а благодаря высокой демпфирующей способности – при производстве кожухов для электронной аппаратуры.
Более высокими технологическими и механическими свойствами обладают сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10). Данные сплавы применяют для нагруженных деталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, ферм шасси, колонок управления и др.).
Магниевые сплавы подвергаются следующим видам термической обработки: Т1 – старение, Т2 – отжиг, Т4 – гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 – гомогенизация, закалка на воздухе и старение, Т61 – гомогенизация, закалка в воду и старение.

Цветные металлы, их свойства и сплавы

К цветным металлам* и сплавам относятся практически все металлы и сплавы, за исключением железа и его сплавов, образующих группу чёрных металлов. Цветные металлы встречаются реже, чем железо и часто их добыча стоит значительно дороже, чем добыча железа. Однако цветные металлы часто обладают такими свойствами, какие у железа не обнаруживаются, и это оправдывает их применение.

Выражение «цветной металл» объясняется цветом некоторых тяжёлых металлов: так, например, медь имеет красный цвет.

Если металлы соответствующим образом смешать (в расплавленном состоянии), то получаются сплавы. Сплавы обладают лучшими свойствами, чем металлы, из которых они состоят. Сплавы, в свою очередь, подразделяются на сплавы тяжёлых металлов, сплавы лёгких металлов и т.д.

Цветные металлы по ряду признаков разделяют на следующие группы:

- тяжёлые металлы - медь, никель, цинк, свинец, олово;

- лёгкие металлы - алюминий, магний, титан, бериллий, кальций, стронций, барий, литий, натрий, калий, рубидий, цезий;

- благородные металлы - золото, серебро, платина, осмий, рутений, родий, палладий;

- малые металлы - кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть, мышьяк;

- тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден, ванадий, тантал, ниобий, хром, марганец, цирконий;

- редкоземельные металлы - лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, иттербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, лютеций, прометий, скандий, иттрий;

- рассеянные металлы - индий, германий, таллий, таллий, рений, гафний, селен, теллур;

- радиоактивные металлы - уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.

Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, эа счёт искусственного и естественного старения и т. д.

Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением - ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке.

Из цветных металлов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.

· - некоторые химические элементы Национальная Комиссия Украины (НКУ) рекомендует называть так: Серебро - Аргентумом, Золото - Аурумом, Углерод - Карбоном, Медь - Купрумом и т.д. Названия элементов в определённых случаях употребляются как имена собственные - пишутся с большой буквы в середине предложения. В школах дети (на уроках химии) называют азотную кислоту нитратной, серную - сульфурной и т.д. В остальных случаях (география, история и пр.) применяются общеупотребительные названия, т.е. золото называется золотом, медь - медью и т.д.

Цветные металлы и сплавы

Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы.

Медь- металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: ав = 180... ...240 МПа при высокой пластичности б>50%.

Латунь - сплав меди с цинком (10...40 %), хорошо поддается холодной прокатке, штамповке, вытягиванию <7ь = 25О...4ОО МПа, 6=35..15%. При маркировке лату-ней (Л96, Л90, ..., Л62) цифры указывают на содержание меди в процентах. Кроме того, выпускают латуни многокомпонентные, т. е. с другими элементами (Мп, Sn, Pb, Al).

Бронза - сплав меди с оловом (до 10%), алюминием, марганцем, свинцом и другими элементами. Обладает хорошими литейными свойствами (вентили, краны, люстры). При маркировке бронзы Бр.ОЦСЗ-12-5 отдельные индексы обозначают: Бр - бронза, О - олово, Ц - цинк, С -свинец, цифры 3, 12, 5--содержание в процентах олова цинка, свинца. Свойства бронзы зависят от состава: бв=15О...21О МПа, б=4...8%, НВ60 (в среднем).

Алюминий - легкий серебристый металл, обладающий низкой прочностью при растяжении - аа = 80... ...100 МПа, твердостью - НВ20, малой плотностью - 2700 кг/м3, стоек к атмосферной коррозии. В чистом виде в строительстве применяют редко (краски, газооб-разователи, фольга). Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки (Мп, Си, Mg, Si, Fe) и используют некоторые технологические приемы. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов и т.п.

Силумины - сплавы алюминия с кремнием (до 14%), они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой, прочностью ои = 200 МПа, твердостью НВ50...70 при достаточно высокой пластичности 6== =5...10 %. Механические свойства силуминов можно существенно улучшить путем модифицирования. При этом увеличивается степень дисперсности кристаллов, что повышает прочность и пластичность силуминов.

Дюралюмины - сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8%). марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Их свойства улучшают термической обработкой (закалкой при температуре 500...520°С с последующим старением). Старение осуществляют на воздухе в течение 4...5 сут при нагреве на 170°С в течение 4...5 ч.

Термообработка алюминиевых сплавов основана на дисперсном твердении с выделением твердых дисперсных частиц сложного химического состава. Чем мельче частицы новообразований, тем выше эффект упрочнения сплавов. Предел прочности дюралюминов после закалки и старения составляет 400...480 МПа и может быть повышен до 550...600 МПа в результате наклепа при обработке давлением.

В последнее время алюминий и его сплавы все шире применяют в строительстве для несущих и ограждающих конструкций. Особенно эффективно применение дюралюминов для конструкций в большепролетных сооружениях, в сборно-разборных конструкциях, при сейсмическом строительстве, в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивной среде. Начато изготовление трехслойных навесных панелей из листов алюминиевых сплавов с заполнением пенопластовыми материалами. Путем введения газообразователей можно создать высокоэффективный материал пеноалюминий со средней плотностью 100...300 кг/м3

Все алюминиевые сплавы поддаются сварке, но она осуществляется более трудно, чем сварка стали, из-за образования тугоплавких оксидов АЬОз.

Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали, влияние температуры (уменьшение прочности при повышении температуры более 400°С и увеличение прочности и пластичности при отрицательных температурах); повышенный примерно в 2 раза по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения; пониженная свариваемость.

Титан за последнее время начал применяться в разных отраслях техники благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах.

Технологии подготовки поверхности металла

Надёжная антикоррозионная защита металла возможна только при высоком уровне подготовки поверхности.

Перед нанесением антикоррозионного лакокрасочного материала необходимо, прежде всего, выбрать технологию и метод подготовки поверхности металла перед окраской.

Существуют механические и химические методы подготовки поверхности. Механические методы имеют ряд ограничений в применении и не способны обеспечить хорошие защитные свойства лакокрасочных покрытий, особенно при их эксплуатации в жёстких условиях. В настоящее время широкое распространение получили химические методы подготовки поверхности. Данные методы позволяют обрабатывать изделия любой формы и сложности, легко поддаются автоматизации и обеспечивают высокое качество поверхности окрашиваемых изделий.

Как выбрать технологический процесс подготовки поверхности?

Какую схему подготовки поверхности следует выбрать для разных металлов, различных лакокрасочных покрытий и условий эксплуатации? Давайте обо всём по порядку.

Выбор технологии подготовки поверхности зависит от трёх основных факторов: условий эксплуатации окрашенных изделий, типа металла и применяемого лакокрасочного покрытия.

С точки зрения подготовки поверхности металлы можно разделить на две категории:

Чёрные металлы - сталь, чугун и др.;

Цветные металлы - алюминий, сплавы цинка, титана, меди, оцинкованная сталь и др.

Для подготовки поверхности чёрных металлов применяют фосфатирование, для обработки цветных металлов - фосфатирование или хроматирование. При одновременной обработке цинка и алюминия с чёрными металлами предпочтение отдают фосфатированию. Пассивирование применяют на заключительной стадии после операций фосфатирования, хроматирования и обезжиривания.

Технологические процессы подготовки поверхности изделий, эксплуатирующихся внутри помещений, могут состоять из 3-5 стадий.

Практически во всех случаях после проведения химической подготовки поверхности изделия сушат от влаги в специальных камерах.

Полный цикл химической подготовки поверхности выглядит так:

Обезжиривание;

Промывка питьевой водой;

Нанесение конверсионного слоя;

Промывка питьевой водой;

Промывка деминерализованной водой;

Пассивация.

Технологический процесс кристаллического фосфатирования предусматривает стадию активации непосредственно перед нанесением конверсионного слоя. При применении хроматирования могут быть введены стадии осветления (при использовании сильнощелочного обезжиривания) или кислотной активации.

Выбор технологии, обеспечивающей высокое качество подготовки поверхности перед окраской, обычно ограничен размерами производственных площадей и финансовыми возможностями. Если таких ограничений нет, то следует выбирать многостадийный технологический процесс, гарантирующий необходимое качество получаемых лакокрасочных покрытий.

Однако, как правило, с ограничивающими факторами приходится считаться. Поэтому для выбора оптимального варианта предварительной обработки поверхности следует провести предварительные испытания предполагаемых покрытий на месте.

Какой метод химической обработки металла лучше?

Для химической обработки металла применяют распыление (струйная обработка низкого давления), погружение, паро- и гидроструйный методы.

Для реализации первых двух методов используют специальные агрегаты химической подготовки поверхности (АХПП).

Выбор метода подготовки поверхности зависит от производственной программы, конфигурации и габаритов изделий, производственных площадей и ряда других факторов.

Обработка металла распылением. Для обработки металла методом распыления можно применять АХПП как тупикового, так и проходного типов. Высокую производительность обеспечивают агрегаты проходного типа непрерывного действия.

Максимальная скорость движения конвейера в АХПП ограничивается возможностью качественного нанесения ЛКМ в камере окраски и составляет, как правило, не более 2,0м/мин. При возрастании скорости конвейера потребуется расширение производственных площадей.

Большим достоинством АХПП проходного типа является возможность применения единого конвейера для участков подготовки поверхности и окраски изделий.

Обработка металла погружением. Для обработки металла методом погружения используют АХПП, состоящие из ряда последовательно расположенных ванн, оборудования перемешивания, транспортёра, разводки трубопроводов, камеры сушки. Изделия транспортируют с помощью тельфера, автооператора или кран-балки. Агрегат обработки погружением занимает значительно меньше производственной площади по сравнению с агрегатом обработки распылением. Но в этом случае после подготовки поверхности потребуется введение дополнительной операции - перевешивания изделий на конвейер окраски.

Пароструйный метод. Для подготовки к окраске крупногабаритных изделий, а также при отсутствии необходимых производственных площадей возможно применение пароструйной обработки металла (обезжиривание с одновременным аморфным фосфатированием). Металлообработка производится оператором вручную стволом-очистителем, из которого на изделия распыляется пароводяная смесь при температуре 140°С с добавками специальных химикатов.

Для пароструйной обработки можно применять стационарные и передвижные установки. В стационарных установках нагрев осуществляется паром при давлении 4,5- 5,0ати.

Обработка металла

Выбор технологии подготовки поверхности и обработки металла - ответственный этап организации покрасочных работ, так как он во многом определяет качество будущего лакокрасочного покрытия и должен производиться с привлечением квалифицированных специалистов.

Только такой подход может обеспечить высокое качество антикоррозионного покрытия и заданный срок службы металлической конструкции.

Термическая обработка цветных металлов

Термическая обработка цветных металлов. Как правило, цветные металлы подвергают термической обработке для удобства работы с ними.

Медь отжигают, нагревая ее до температуры 500- 650°С и охлаждая в воде. Если мягкую медь нагреть, а потом постепенно охладить на воздухе, она станет более твердой.

Латунь и алюминий отжигают при нагревании соответственно до 600-750°С и 350-410°С с последующим охлаждением на воздухе.

Бронзу закаливают нагреванием до 800-850°С с последующим охлаждением в воде. Если ее нагреть до той же температуры и охладить на воздухе, она отпустится.

Дюралюминий Д1 и Д6 закаливают нагреванием до 500°С с последующим охлаждением в воде, однако окончательную твердость он приобретет при комнатной температуре через 4-5 дн. Этот процесс называется старением. Для облегчения сгибания, особенно под острыми углами, дюралюминиевые детали отжигают. Для этого деталь нагревают до 350-400°С, затем медленно охлаждают на воздухе.

Особенности цветных металлов

1. Некоторые металлы (медь, магний, алюминий) обладают сравнительно высокими теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что способствует быстрому охлаждению места сварки, требует применения более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев предварительного подогрева детали.

2. Для некоторых металлов (медь, алюминий, магний) и их сплавов наблюдается довольно резкое снижение механических свойств при нагреве, в результате чего в этом интервале температур металл легко разрушается от ударов, либо сварочная ванна даже проваливается под действием собственного веса (алюминий, бронза).

3. Все цветные сплавы при нагреве в значительно больших объемах, чем черные металлы, растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. Особенно активные в этом смысле более тугоплавкие и химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Эту группу металлов часто выделяют в группу тугоплавких, химически активных металлов.

Особенности обработки цветных металлов

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один - способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода.

Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка - незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки

Для алюминиевых оснований используют специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят - эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается, его лучше полностью удалить с помощью растворителя, после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

LIKONDA® 25: Процесс бесцветного хроматирования цветных металлов

Процесс бесцветного хроматирования цветных металлов

Процесс Likonda 25 предназначен для получения на серебре, меди и ее сплавах бесцветных хроматных пленок , полирующих и защищающих металлическую поверхность от коррозии.

Особенности процесса

· Бесцветные хроматные пленки получаются при одностадийной обработке .

· Коррозионная стойкость бесцветных хроматных пленок к воздействию влаги (по ГОСТ 9.012.73) составляет не менее 240 ч .

· Получаемые пленки стойки к истиранию в мокром виде , поэтому хроматирование можно проводить во вращательных установках .

· Раствор Likonda 25 может быть применен как на автоматических установках , так и при ручном обслуживании .

· Корректировка хроматирующего раствора во время эксплуатации осуществляется добавлением композиции Likonda 25 .

Хроматирование проводится методом погружения обрабатываемых деталей в раствор.

Состав раствора и режим работы

Существует несколько методов нанесения защитных металлических покрытий: гальванический, диффузионный, металлизация, плакирование и погружение в расплавленный металл.

Гальваника – один из наиболее распространённых методов защиты металлических изделий от коррозии и придания им определённых свойств или улучшения их, путём нанесения специальных металлических или химических покрытий. На настоящее время гальваника распространена в машиностроении и строительстве. Гальваническое производство выполняет различные виды покрытий: никелирование, цинкование, хромирование, анодирование, фосфатирование и другие.

Свойства антикоррозийных покрытий напрямую зависят от толщины защитного слоя, толщина которого, в зависимости от резкости климатических условий, меняется в сторону увеличения.

Никелирование – это процесс нанесения тонкого слоя никеля на поверхность металлических изделий для защиты от коррозии. Никелирование бывает нескольких типов: электрохимическое, химическое, покрытие «чёрный никель».

При электрохимическом никелировании - никелем покрывают изделия из стали и цветных металлов для достижения высокой степени антикоррозийности и повышения износостойкости. Главным плюсом химического никелирования, в состав которого входит ещё до 12% фосфора, является равномерное распределение покрытия по поверхности изделия, а также повышенная антикоррозийная стойкость, износостойкость и твёрдость, полученные после термообработки.

Анодирование – это процесс получения защитной или декоративной поверхности различных сплавов (алюминиевых, магниевых и др.) под воздействием тока. Полученная плёнка обладает повышенными электроизоляционными, водостойкими и антикоррозионными свойствами.

Хромирование - это процесс, при котором наносится хром или его сплав на изделие из металла. При этом само изделие наделяется такими свойствами, как износостойкость, антикорозийность, жаростойкость и т.д. В наше современное время процесс хромирования очень распространен. Его в достаточном объеме используют как в машиностроении, так и в промышленности. Сам хром отличается большой стойкостью против негативного воздействия различных кислот, а также щелочей. Хром не может быть растворим в серной, азотной, соляной кислоте и т.д. Он не тускнеет, даже если его нагреть до 700 К.

Для красоты и ограждения от коррозии люди хромируют большое количество различных изделий. Процесс хромирования широко распространен в различных сферах. Например, часто хромируют предметы интерьера, среди которых некоторые детали мебели, ручки к дверям, таблички, статуэтки и т. д. Хромирование используют для долговечности нагрудных знаков (ордена, медали, значки и т. д.), аксессуаров к вещам (запонки, пряжки, зажимы к галстукам), ювелирных украшений. Также распространенная сфера применения - покрытие медицинских инструментов.

1.Алмазирование: -профильные шлифовальные круги d 10:300мм. Высотой до 100мм. -напильники длиной до 350мм. -шлифовальные оправки, надфили, шарошки и т. п. 2.Гальванические покрытия Никелирование, меднение: -мелкие детали для обработки во вращательной установке -детали для покрытия на подвесках габаритами до 420x500мм. Цинкование: -аналогично никелированию, но необходим выпрямитель электрического тока до 100 ампер. 3.Дополнительная обработка гальванопокрытий с целью повышения коррозионной стойкости при повышенной влажности – пропитка ГФЖ / гидрофобизирующая жидкость/. После обработки поверхность приобретает Водоотталкивающие свойства. 4.Рекуперация Снятие остаточного алмазного слоя на никелевой связке с алмазного инструмента для повторного использования стальной заготовки.

Многие цветные металлы (Cu, Al, Mg, Pb, Sn, Zn, Ti) и их сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, прочностью, низкой плотностью, коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминий, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Алюминий и его сплавы

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью, высокой электропроводностью, температура плавления 660°С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Cu, Сr, Mg, Si, Zn, Mn, Ni).

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

алюминий особой чистоты марки А999 (0,001 % примесей);

алюминий высокой чистоты – А935, А99, А97, А95 (0,005…0,5 % примесей);

технический алюминий – А35, А3, А7, А5, А0 (0,15…0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

Сплавы на основе алюминия классифицируются по следующим признакам:

по технологии изготовления;

по степени упрочнения после термической обработки;

по эксплуатационным свойствам.

Деформируемые сплавы . К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

алюминия с марганцем марки АМц;

алюминия с магнием марок АМг; АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы:

нормальной прочности;

высокопрочные сплавы;

жаропрочные сплавы;

сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дуралюмины), которые маркируются буквой Д. Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются старению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дуралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий+Цинк+Магний+Медь. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, сплавы закаливают с последующим старением. Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят дюралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК4-1, Д20) имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные процессы.

Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300°С.

Сплавы для ковки и штамповки (АК2, АК4, АК6, АК8) относятся к системе Алюминий+Медь+Магний с добавками кремния. Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК6) и высоконагруженных штампованных деталей – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.

Медь и ее сплавы

Главными достоинствами меди как машиностроительного материала являются высокие тепло- и электропроводность, пластичность, коррозионная стойкость в сочетании с достаточно высокими механическими свойствами. К недостаткам меди относят низкие литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием.

Легирование меди осуществляется с целью придания сплаву требуемых механических, технологических, антифрикционных и других свойств. Химические элементы, используемые при легировании, обозначают в марках медных сплавов следующими индексами:

Медные сплавы классифицируют по следующим признакам:

по химическому составу на:

• медноникелевые сплавы;

по технологическому назначению на:

деформируемые;

литейные;

по изменению прочности после термической обработки на:

упрочняемые;

неупрочняемые.

Латуни – сплавы меди, а которых главным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания легирующих компонентов различают:

простые (двойные) латуни;

многокомпонентные (легированные) латуни.

Простые латуни маркируют буквой «Л» и цифрами, показывающими среднее содержание меди в сплаве. Например, сплав Л90 – латунь, содержащая 90 % меди, остальное – цинк.

В марках легированных латуней группы букв и цифр, стоящих после них, обозначают легирующие элементы и их содержание в процентах. Например, сплав ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 – латунь алюминиевоникелькремнистомарганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 % никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное – цинк.

В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.

Бронзы – это сплавы меди с оловом и другими элементами (алюминий, марганец, кремний, свинец, бериллий). В зависимости от содержания основных компонентов, бронзы делятся на:

оловянные, главным легирующим элементом которых является олово;

безоловянные (специальные), не содержащие олова.

Бронзы маркируют буквами «Бр» и буквенные индексы элементов, входящих в состав. Затем следуют цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, сплав марки БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5 %, остальное – медь (85 %).

В зависимости от технологии переработки оловянные и специальные бронзы подразделяют на:

деформируемые;

литейные;

специальные.

Деформируемые оловянные бронзы содержат до 8 % олова. Эти бронзы используют для изготовления пружин, мембран и других деформируемых деталей. Литейные бронзы содержат свыше 6 % олова, обладают высокими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью; их используют для изготовления ответственных узлов трения (вкладыши подшипников скольжения).

Специальные бронзы включают в свой состав алюминий, никель, кремний, железо, бериллий, хром, свинец и другие элементы. В большинстве случаев название бронзы определяется основным легирующим компонентом.

Титан и его сплавы

Титановые сплавы классифицируют по:

технологическому назначению на литейные и деформируемые;

механическим свойствам – низкой (до 700 МПа), средней (700…1000 МПа) и высокой (более 1000 МПа) прочности;

эксплуатационным характеристикам – жаропрочные, химически стойкие и др.;

отношению к термической обработке – упрочняемые и неупрочняемые;

структуре (α-, α+β- и β-сплавы).

Деформируемые титановые сплавы по механической прочности выпускаются под марками:

низкой прочности – ВТ1;

средней прочности – ВТ3, ВТ4, ВТ5;

высокой прочности ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после закалки и старения).

Для литья применяются сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы.

Магний и его сплавы

Главным достоинством магния как машиностроительного материала являются низкая плотность, технологичность. Однако его коррозионная стойкость во влажных средах, кислотах, растворах солей крайне низка. Чистый магний практически не используют в качестве конструкционного материала из-за его недостаточной коррозионной стойкости. Он применяется в качестве легирующей добавки к сталям и чугунам и в ракетной технике при создании твердых топлив.

Эксплуатационные свойства магния улучшают легированием марганцем, алюминием, цинком и другими элементами. Легирование способствует повышению коррозионной стойкости (Zr, Mn), прочности (Al, Zn, Mn, Zr), жаропрочности (Th) магниевых сплавов, снижению окисляемости их при плавке, литье и термообработке.

Сплавы на основе магния классифицируют по:

механическим свойствам – невысокой, средней прочности; высокопрочные, жаропрочные;

технологии переработки – литейные и деформируемые;

отношению к термической обработке – упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обозначающей соответственно сплав (М), и буквы, указывающей способ технологии переработки (А – для деформируемых, Л – для литейных), а также цифры, обозначающей порядковый номер сплава.

Деформируемые магниевые сплавы MA1, MA2, МА3, MA8 применяют для изготовления полуфабрикатов – прутков, труб, полос и листов, а также для штамповок и поковок.

Литейные магниевые сплавы МЛ1, МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6 нашли широкое применение для производства фасонных отливок. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной и автомобильной промышленности: картеры, корпуса приборов, колесные диски, фермы шасси самолетов.

Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Баббиты и припои

Для изготовления деталей, эксплуатируемых в условиях трения скольжения, используют сплавы, характеризующиеся низким коэффициентом трения, прирабатываемостью, износостойкостью, малой склонностью к заеданию.

К группе антифрикционных материалов относят сплавы на основе олова, свинца и цинка.

Баббиты – антифрикционные материалы на основе олова и свинца.

В состав баббитов вводятся легирующие элементы, придающие им специфические свойства: медь увеличивает твердость и ударную вязкость; никель – вязкость, твердость, износостойкость; кадмий – прочность и коррозионную стойкость; сурьма – прочность сплава.

Баббиты применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках.

По химическому составу баббиты классифицируют на группы:

оловянные (Б83, Б88),

оловянно-свинцовые (БС6, Б16);

свинцовые (БК2, БКА).

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты.

Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикционные свойства, чем оловянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свинцовые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях.

В конструктивных элементах подвижного состава железных дорог используют подшипники скольжения из кальциевых баббитов.

В марках баббитов цифра показывает содержание олова. Например, баббит БС6 содержит по 6 % олова и сурьмы, остальное – свинец.

Антифрикционные цинковые ставы (ЦВМ10-5, ЦАМ9-1,5 ) используют для изготовления малонагруженных подшипников скольжения. Такие подшипники успешно заменяют бронзовые при температурах эксплуатации, не превышающих 120 °С.

Медь и ее сплавы. Медь имеет характерный красный цвет, который на матовых поверхностях приобретает розовый, приглушенный, мягкий оттенок. Полированная медь отличается более ярким цветом и блеском.

При добавлении меди в сплавы в больших количествах они также окрашиваются в теплые красноватые тона, например, бронза и томпак.

На основе меди изготовляют сплавы, имеющие красновато-желтый цвет, близко напоминающий золото.

Медь является мягким и тягучим металлом. Она легко обрабатывается давлением и волочением. Из меди легко штамповать, дифовать и чеканить, так как она может принимать самую разнообразную форму и допускает выколотку высокого рельефа.

Медь хорошо прокатывается. Из нее изготовляют тончайшие листы и ленты (фольга), толщина которых составляет не более 0,05 мм, а также различные трубки, прутки и проволоку, диаметр которой может быть доведен до 0,02 мм. Но из-за своей вязкости медь плохо пилится напильником, задирается и быстро забивает напильник. Обработка чистой меди на режущих станках также довольно затруднительна – она плохо точится, фрезеруется и сверлится.

Шлифовке и полировке медь подвергается хорошо, но из-за малой твердости детали из полированной меди быстро теряют блеск. Удельный вес меди 8,94, удлинение 45 – 50 процентов.

Медь обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. Температура ее плавления 1083°С, температура кипения 2305 – 2310°С.

Отливается медь плохо и даже при высокой температуре остается густой и плохо заполняет форму. Кроме того, расплавленная медь поглощает газы, и отливки получаются пористыми.

В сухом воздухе медь не окисляется. Окисляется она при нагреве более 180°С и под действием щелочей, воды и кислот.

В крепкой азотной кислоте медь окисляется особенно энергично. На открытом воздухе изделия из красной меди быстро покрываются пленкой из окислов меди зеленого цвета и сернистых соединений меди черного цвета. Эта пленка защищает ее от дальнейшей коррозии в глубину.

Из примесей в меди присутствуют кислород, висмут, цинк, олово, сера, никель, железо, мышьяк, свинец, сурьма. Наиболее вредным из этих примесей является висмут, который вызывает красноломкость меди в интевале 400 – 600°С. При этой температуре она становится хрупкой и непригодной для штамповки, прокатки и других методов обработки. При дальнейшем нагреве хрупкость исчезает.

Чистая, или красная медь для изготовления художественных изделий применяется довольно часто, однако не так широко, как ее сплавы – латунь и бронза.

Применяют чистую медь из-за ее высокой пластичности и вязкости, позволяющей из листов небольшой толщины (0,9 – 1,3 мм) получать методом выколотки сложные объемные формы. Медь отличается высокой стойкостью против коррозии.

Изделия из чистой меди хорошо сохраняются на открытом воздухе без антикоррозийных покрытий. Эти свойства сделали ее основным материалом для дифовочных работ при изготовлении крупных скульптурных и орнаментальных композиций.

Кроме дифовочных работ, чистая медь применяется для штамповки очень высоких и сложных рельефов и орнаментов, для которых латунь оказывается недостаточно пластичной.

Красная медь является незаменимым материалом в области филигранных работ. Проволока из красной меди, которую применяют для филигранных работ, в отожженном состоянии становится мягкой и пластичной. Из нее легко можно вить шнуры и выгибать сложные элементы орнамента. Она может быть изготовлена любой толщины и хорошо спаивается сканным серебряным припоем, хорошо поддается позолоте и серебрению.

Благодаря тугоплавкости и теплопроводности, а также определенным коэффициентам расширения при нагреве красную медь применяют для филигранных или чеканных работ с последующим их эмалированием. При остывании изделия эмаль хорошо держится на медном изделии, не отскакивает и не трескается.

Аноды из красной меди высших марок являются основным материалом для производства художественных гальванопластических работ, а также для нанесения гальваническим путем подслоев меди при никелировании и хромировании стальных изделий, так как никель и хром, осажденные непосредственно на стальную поверхность, держатся непрочно.

Высокая электропроводность меди, которая уступает только серебру, послужила причиной широкого применения ее для изготовления электропроводов, кабелей и т.д. Незаменима медь и для изготовления сердечников для паяльников.

При изготовлении твердых припоев (медных, серебряных, золотых), которые применяют для пайки разнообразных художественных изделий из металла, начиная от ювелирных изделий и кончая крупными декоративными предметами, медь является основным компонентом.

Наряду с золотом и селеном медь применяют для изготовления красного стекла, смальты и эмали.

Медь хорошо растворяется в азотной кислоте, серной, разбавленной соляной кислотах. Она является основой таких сплавов, как латунь, бронза, нейзильбер, мельхиор.

Латунь – сплав меди с цинком (до 45 процентов), часто с добавлением алюминия, железа, марганца, свинца, никеля и других сплавов (в сумме до 10 процентов).

Большинство латуней имеет красивый золотисто-желтый цвет. Художественные латунные изделия, если их покрыть специальными бесцветными или слабо окрашенными спиртовыми лаками или нитролаками, приобретают и надолго сохраняют вид и блеск золота.

Латуни применяются для изготовления уникальных декоративных предметов, а также для некоторых ювелирных изделий с последующим золочением или серебрением.

Сплав хорошо обрабатывается на режущих станках, полируется, надолго сохраняет полированную поверхность, хорошо сваривается, паяется как мягкими, так и твердыми припоями. Латунь хорошо чеканится, штампуется, прокатывается, легко и прочно покрывается гальваническими покрытиями – никелем, золотом, серебром. Она хорошо принимает химические оксидировки и может быть тонирована в любой цвет. Температура плавления латуни 980 – 1000°С.

Большинство латуней плохо отливаются. Однако имеются специальные марки литейных латуней, которые благодаря примеси алюминия имеют хорошие литейные свойства и отличаются от других латуней высокой коррозионной стойкостью.

В отличие от чистой меди латуни более прочны и тверды, а некоторые из них, содержащие примесь цинка, не уступают чистой меди в пластичности. Кроме того, латуни значительно дешевле меди и красивее по цвету, чем красная медь.

Применяются для изготовления художественной посуды, нагрудных спортивных и юбилейных значков, дешевых ювелирных изделий.

Томпак хорошо обрабатывается в холодном состоянии – штампуется, тянется в проволоку, приближаясь в этом отношении к чистой меди. На открытом воздухе изделия из томпака постепенно темнеют, покрываясь оксидной пленкой.

Художественные изделия из латуни хорошо смотрятся в интерьерах теплых и сухих помещений. На открытом воздухе латунь быстро теряет свой блеск и золотистый цвет, покрывается окисными пленками, чернеет и утрачивает свои художественные качества.

Латунь выпускается в виде листов различной толщины, ленты, прутков проволоки и трубок.

Литейные латуни выпускаются в виде слитков (чушковая латунь). Латунь нельзя длительно хранить в холодных, не отапливаемых складах, так как от смены температуры, наличия влажности и других условий латунь разрушается.

С 18 века из латуни начали производить порошок для бронзирования художественных изделий из гипса, дерева и иных целей. Получали его путем механического измельчения тончайших латунных пластинок, предварительно прокатанных и расплющенных под паровым молотом. Порошок для бронзирования получают и способом восстановления раствора медного купороса металлическим железом. Полученную губчатую медную массу измельчают, промывают и сушат, затем придают бронзовый оттенок путем нагревания его с парафином в железных ящиках благодаря появлению цветов побежалости.

Латунь является одним из основных материалов для практического обучения чеканщиков и ювелиров. Маркируется она буквой Л и буквами, которые обозначают специально вводимые в сплав элементы. Эти элементы обозначают буквами: Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, С – свинец и т.д. После букв ставят цифры, указывающие процент меди и специальных элементов. Например, состав латуни ЛАЖМц 66-6-3-2 содержит меди – 66, алюминия – 6, железа – 3, марганца – 2 процента, остальное цинк.

Бронза – сплав на основе меди, в котором главными добавками являются олово 3 – 12 процентов, цинк, никель, свинец, марганец, фосфор и другие элементы.

Известна бронза очень давно, за несколько тысячелетий до нашей эры. В истории развития человеческого общества одна из эпох носит название "бронзового века". В эту эпоху человек впервые из медной и оловянной руды научился выплавлять бронзу и производить из нее предметы быта, оружие, различные украшения.

В Древнем Египте, Китае, Индии, в искусстве древних греков и римлян находят памятники искусства, сделанные из бронзы, например, бронзовые статуи.

В состав наиболее древних бронз, относящихся к бронзовому веку, входило около 88 процентов меди и 12 процентов олова. Античные бронзы содержали еще больше меди – до 90 процентов.

В древней Руси в 12 – 17 веках отливки производились из сплава, в который входила медь, олово, цинк и свинец. В 15 – 17 веках отливки делались из сплава красной меди, с оловом. С 18 века из желтой меди – бронзы с добавлением цинка. В конце 19 века широкое применение для художественного литья получила бронза с содержанием 4 процентов олова и 10 – 18 процентов цинка.

В Западной Европе для отливки памятников применяли бронзы, близкие к этому составу.

Французская бронза состояла из 82 процентов меди, 13,5 процентов цинка, 3 процентов олова, 1,5 процента свинца.

В настоящее время литье художественных изделий производится из специальной художественной бронзы.

Цвет бронзы с увеличением процентного содержания олова изменяется от красного при содержании в ней меди не менее 90 процентов в желтый при содержании меди не менее 85 процентов, в белый – при 50 процентах, в серо-стальной – при содержании меди менее 35 процентов.

Если в бронзе находится до 3 процентов олова, она очень пластична в холодном состоянии. Если олова содержится 5 процентов, бронза куется только в состоянии красного каления.

Начиная с 18 века появляется золоченая бронза. Из бронзы производили люстры, канделябры, торшеры, декоративные вазы в комбинации с граненым хрусталем, полированным камнем, и цветным стеклом.

Художественная бронза является материалом для литья памятников и монументальных скульптур. По своим цветовым качествам она одинаково хорошо смотрится и в помещении, и на открытом воздухе. Бронза исключительна долговечна, не подвергается атмосферным влияниям, устойчива против механических повреждений.

В настоящее время промышленность выпускает специальную безоловянистую бронзу. В составе этих сплавов нет олова, его заменяет алюминий, цинк, свинец, кремний, марганец, никель и другие элементы.

Такие бронзы отличаются рядом новых механических и технологических свойств, и во многих отношениях превосходят оловянистую бронзу. Например, марганцевая бронза отличается высокой жаропрочностью, а кремнистая бронза с добавкой никеля получает свойство закаливаться и по прочности не уступает стали, однако в художественной сфере они почти не применяются.

В художественной промышленности наибольшее применение имеют сплавы меди с 5 – 10 процентным содержанием олова благодаря их высоким литейным качествам, прочности, антикоррозийной стойкости и красивому желтоватому цвету. Сплав с 5 процентами олова называется монетной или медальной бронзой.

Маркируют бронзу буквами Бр с условными обозначениями и соответственно содержанием элементов, входящих в состав сплава. Например, бронза БрОН 10 – 4 состоит из 10 процентов олова, 4 процентов никеля, остальное медь.

В основном бронза применяется для художественного литья, изготовления сувениров, юбилейных значков, медалей, частей механизмов, работающих во влажной атмосфере, паре, морской воде.

Мельхиор – сплав меди с 30 процентами никеля, 0,8 процентами железа и 1 процентом марганца (иногда с 19 процентами никеля).

Мельхиор обладает красивым серебристым цветом и относится к числу декоративных сплавов, имитирующих серебро. Сплав очень пластичен, устойчив против атмосферной коррозии, легко обрабатывается – хорошо поддается чеканке, штампуется, режется, паяется, полируется. Применяется в основном для изготовления столовых принадлежностей и ювелирных изделий.

Нейзильбер – сплав меди с 20 процентами цинка и 13,5 – 16,5 процентами никеля. По внешнему виду напоминает серебро. Отличается хорошей пластичностью, тягучестью, повышенной прочностью, упругостью, и высокой коррозийной стойкостью.

Применяется в художественной промышленности и ювелирном деле.

Никель и его сплавы. Металлический никель был известен в Китае еще до нашей эры. Из особого никелевого сплава чеканились древнекитайские монеты. Известны и древнеперсидские монеты также сделанные из никелевого сплава. Первоначальное применение никеля было связано главным образом с ювелирным и монетным производством. Как химический элемент никель был открыт в 18 веке, однако в производстве художественных изделий он стал применяться только в самом конце 18 века и начале 19 вв.

Никель – металл серебристо-белого цвета, с сильным блеском, не тускнеющий на воздухе. Удельный вес 8,8; температура плавления 1455°С.

Кипит он при 3075°С. Никель обладает магнитными свойствами.

При температуре 360°С магнитные свойства исчезают.

Чистый никель не окисляется под влиянием атмосферного воздуха. В разбавленных серной и соляных кислотах он растворяется медленно, а в азотной кислоте быстро. В концентрированной азотной кислоте он пассивен.

Никель обладает большой химической стойкостью, тугоплавкостью, прочностью, пластичностью. Принадлежит к малораспространенным в природе металлам и в самородном состоянии в земной коре не встречается. Однако его обнаружили в метеоритах.

Чистый никель обозначается марками Н-1, Н-2, Н-3, Н-4.

В никеле всегда находятся различные примеси: кобальт, железо, кремний, марганец, медь, которые присутствуют в нем в небольших количествах. Они не считаются вредными примесями, так как не оказывают на его механические свойства плохих воздействий. К вредным примесям никеля относят углерод, серу и кислород. Они ухудшают его пластичность и крепость. Углерод допустим в пределах до 0,3 – 0,4 процента. При более высоком содержании он начинает выделяться в виде графитовых включений и делает невозможной прокатку никеля в листы.

Присутствие серы выше 0,02 процентов вызывает красноломкость никеля при температуре 625°С. Поэтому никель с повышенным содержанием серы не пригоден к горячей штамповке. Чистый никель хорошо штампуется, прокатывается и тянется в проволоку, но плохо отливается, так как в расплавленном состоянии сильно поглощает газы и отливки получаются пористыми.

Никель хорошо полируется, тонируется и отделывается.

В области художественного производства никель применяется главным образом для никелирования декоративных и антикоррозийных покрытий, а также для приготовления различных сплавов, заменяющих серебро в посудном, галантерейном, ювелирном производствах и в монетном деле. Значительная часть добываемого никеля идет на легирование нержавеющих сталей, которые применяются в художественной промышленности.

На никелевой основе изготовляется значительное количество специальных сплавов, которые применяются в различных отраслях хозяйства, – нихром, константин, никелин, алюмель, хромель и др. Все эти сплавы применяются для приготовления высокоомной проволоки, сплав инвар, который состоит из 36 процентов никеля и 64 процентов железа, применяется для эталонных линейных мер, так как его коэффициент линейного расширения равен всего 0,0000001.

Сплав платинит, содержащий 50 процентов никеля и 50 железа очень близок к коэффициенту стекла, поэтому применяется для выделки оправ к стеклам в тех случаях, если изделие подвергается нагреву. Иногда детали из платинита запаивают в стекло. Свое название "платинит" получил за внешнее сходство с платиной.

В ювелирном, галантерейном и других областях художественной промышленности применяются сплавы, имитирующие серебро. Наиболее древним из них является пактонг – белая китайская медь, в состав которой входит 40,4 процента меди, 25,4 цинка, 2,6 железа и 31,6 никеля.

В древней Персии применялся сплав для чеканки монет, состоявший из 78 процентов меди, 20 процентов никеля, 1,0 процента железа, 0,5 процентов кобальта и других примесей.

Цинк. Сплавы цинка известны с глубокой древности. Их изготовляли в Древнем Египте, Китае, Индии до нашей эры и ввозили в Европу. Однако в чистом виде цинк был получен в 15 веке и для производства художественных изделий начал применяться только с 18 века, а художественное литье из цинка – с 19 века.

Чистый цинк представляет собой белый металл с голубоватым оттенком. На воздухе покрывается плотным защитным слоем. Довольно хрупок, однако при нагревании до 110 – 150°С хорошо поддается обработке давлением. Температура плавления цинка 692,4°С, кипения – 1179 К, твердость по Бринеллю 300 – 350 Мн/м 2 , удельный вес литого цинка 6,9, катаного 7,2.

В холодном состоянии легко разбивается молотком, при нагреве до 150°С становится пластичным, легко куется, катается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. При нагреве выше 150°С пластичность вновь исчезает, а при 250°С цинк становится настолько хрупким, что может быть измельчен в порошок.

При нагревании цинк сильно расширяется, сильнее, чем все другие металлы.

Плохо обрабатывается режущими инструментами, напильник забивается.

В чистом виде цинк применяется в полиграфической промышленности при изготовлении клише для печати, в химической промышленности для производства цинковых белил, благодаря коррозионной стойкости он применяется для покрытия стальных листов (цинкованное железо) и т.д.

В прикладном искусстве цинк применяется в чистом виде и в сплавах. Из листового цинка выполняется техникой дифовки и чеканки с последующей монтировкой крупные декоративные скульптуры, барельефы, и другие архитектурные украшения. Благодаря высокой жидкотекучести цинка из него выполняют тонкие ажурные работы, выплавлялись подсвечники, настенные бра, канделябры и др. Эти изделия тонировались под бронзу или золотились. Литьем исполнялись и круглые декоративные скульптуры, которые отливались по частям, а затем спаивались оловянно-свинцовом припоем.

В художественном деле применяют сплавы, содержащие цинк, например, латунь, нейзильбер.

Интерес представляют легкоплавкие цинковые сплавы для литья под давлением и в кокиле. Они высокопроизводительны и экономичны, благодаря малому износу форм. Эти сплавы применяются для литья различных деталей: эмблемы, марки на автомобилях, холодильниках и др.

Легкоплавкий цинковый сплав повышенной прочности состоит из 93 процентов цинка, 4 процентов алюминия и 3 процентов меди; сплав средней прочности состоит из 95 процентов цинка, 4 процентов алюминия и 1 процента меди. От растрескивания эти сплавы предохраняет 0,3 процента добавленного магния.

Цинк часто применяется в качестве гальванических покрытий для увеличения коррозийной стойкости изделий и в иных целях.

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, мягкий, пластичный, хорошо тянется и прокатывается в холодном состоянии. Удельный вес 2,7 – он в три раза легче меди и в четыре раза легче серебра.

На воздухе покрывается оксидной пленкой, предохраняющей его от дальнейшей коррозии. Из-за постоянно присутствующей оксидной пленки алюминий трудно паять и сваривать, так как температура плавления окиси алюминия намного выше самого алюминия (температура ее плавления почти 2050°С). Температура плавления алюминия 660°С, он кипит при 1650°С. Алюминий легко растворяется в едких щелочах. Серная и азотная кислоты его медленно разъедают, в соляной кислоте он быстро растворяется, механической обработке – резанию поддается хорошо, легко тянется в проволоку и прокатывается в листы. Особенно тонкие листы (фольгу) получают прокаткой при 430°С.

Открыт этот металл в 1827 году и является самым распространенным металлом в природе, составляя около 7,5 процента всей земной коры. В количественном отношении уступает только кислороду (49,5 процента) и кремнию (25,7 процентов), однако до сих пор не найден в самородном состоянии. Он входит в состав глины, полевых шпатов, слюды и многих других минералов. Добывается из боксита – руды, представляющей собой глину, содержащую до 70 процентов окиси алюминия.

Чистый алюминий не обладает достаточными литейными свойствами, однако его сплавы, например силумин, имеют хорошие литейные свойства, жидкотекуч. Технический алюминий (различной степени чистоты от 96,5 процента до 99,7 процента) выпускается в виде листов, труб, фольги, уголка, полосы, таврика, прутков.

Прочность алюминия невелика, но при легировании его различными добавками прочность может быть значительно повышена. Основными компонентами в сплавах, которые существенно изменяют свойства алюминия, являются медь, кремний, магний, цинк, железо, никель, хром, марганец. Их добавляют для повышения прочности сплавов. В основном все множество алюминиевых сплавов делится на деформирующие славы для обработки их механическими способами и литейные сплавы, предназначенные для литья.

Художественные изделия из алюминиевых сплавов полируются до зеркального блеска, напоминающего никелированные поверхности. Они устойчивы и декоративны в полированном состоянии.

Чистый алюминий устойчив против коррозии, чего нельзя сказать о его сплавах.

Алюминий и его сплавы используют в художественной промышленности наряду с чугуном для крупных литых архитектурных деталей и скульптур, для украшения интерьеров. Кроме того, алюминий применяется и в ювелирном производстве, где стал заменять золото и серебро, а также в авиастроении, автостроении, судостроении. В виде чистого металла его используют для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов, чеканки по листу и т.д.

Свинец. На свежем разрезе этот металл синевато-серого цвета, быстро тускнеет на воздухе, покрываясь пленкой окиси. Его удельный вес 11,9; температура плавления 327°С. Его температура кипения 1525°С.

Свинец является наиболее мягким и вязким из всех металлов. Он легко прокатывается, штампуется, прессуется, а также хорошо отливается.

В сухом воздухе свинец не изменяется, но во влажном воздухе на его поверхности образуется пленка сначала окиси, а затем гидрата окиси, которая частично растворяется в воде.

Поэтому под переменным воздействием воздуха и воды свинец очень медленно, но разрушается. Свинец хорошо сопротивляется действию соляной кислоты и серных кислот, а в азотной кислоте он растворяется. Против едких щелочей свинец также не стоек.

Известен свинец с глубокой древности. Знали его египтяне, греки и другие народы.

Он легко выделяется из соединений и довольно широко распространен в природе. В самородном состоянии свинец встречается редко. Добывают свинец в основном из руды галенита или свинцового блеска.

Свинец издавна применялся в прикладном искусстве, а также для покрытия крыш и водосточных труб.

Изделия из свинца украшались различными орнаментами, изображением птиц и зверей. Особенно широко он применялся для соединения цветных стекол в готических витражах. Выделывали из свинца художественную посуду, гребни, ложки и т.д. Иногда из него отливали скульптуры, декоративные детали архитектуры, детали на оградах, воротах.

Для повышения блеска свинец употребляют как составную часть хрусталя, некоторых художественных эмалей и смальты. Однако сейчас он заменяется в этих производствах калием и иными элементами, не обладающие ядовитыми свойствами, как свинец.

Соли свинца и сам свинец ядовиты, поэтому использовать их для художественных целей нужно осторожно, выполняя правила охраны труда и техники безопасности.

Чистый свинец как материал для производства художественный изделий не применяется.

Используется он как составная часть легкоплавких сплавов, идущих на некоторые виды декоративного литья, а также для мягких оловянно-свинцовых припоев для пайки стальных и медных художественных изделий.

Олово известно было в античное время и применялось для чеканки монет и изготовления сосудов.

В природе олово находится в виде кислородного соединения (оловянного камня) и значительно реже в соединениях с железом и серой. Олово имеет серебристо-белый цвет, но темнее серебра. Его температура плавления 505, кипения – 2635 К, твердость по Бринеллю 50 Мн/м 2 . На воздухе олово не окисляется, в воде окисляется очень медленно. Обладает хорошей коррозийной устойчивостью, благодаря появлению окисной пленки.

Используется для приготовления белой жести, т.е. луженой тонколистовой стали. При сильном охлаждении олово теряет металлические свойства и переходит в серый порошок – "серое олово". Это явление носит название "оловянной чумы" и происходит в связи с изменением кристаллической решетки. Изменения вызывают значительные увеличения объема, сопровождаемые сильными внутренними напряжениями, которые приводят к рассыпанию металла в порошок. Сначала "оловянная чума" появляется в виде отдельных серых пятен, распространяясь при дальнейшем охлаждении по всему предмету. Для того, чтобы остановить или предотвратить "оловянную чуму" нужно изделие нагреть выше 18°С.

Олово металл мягкий и вязкий, немного тверже свинца. В холодном состоянии прокатывается в самые тонкие листы, но проволока из него легко рвется.

Начиная с 16 века на Руси олово применялось для тонкого художественного литья, которое употреблялось для внутренней отделки зданий, а также для изготовления различных бытовых вещей.

Ажурное оловянное литье применялось в качестве украшения иконостасов, дверей, подвесных и выносных фонарей и т.д.

В настоящее время олово в художественной промышленности не применяется. Его используют для сплавов с медью, со свинцом, изготовляя припои, которые применяют для изготовления художественных изделий из черных и цветных металлов и сплавов.

В сплавах с сурьмой, свинцом, висмутом, ртутью, кадмием и другими легкоплавкими металлами олово применятся для мелкого художественного литья. Из олова получают двусернистое олово, которое представляет собой блестящую массу, похожую по цвету на золото. Это вещество называют "сусальным золотом" или "серным золотом" и в виде тончайших листков или порошка применяют для отделки под золото различных металлических, деревянных или гипсовых изделий.

Двусернистое олово очень стойко и надолго сохраняет блеск при применении его не только для внутренних художественных работ, но для наружных.

Кадмий – это тяжелый металл белого цвета, очень мягкий, вязкий и тягучий. При изгибе кадмиевого прутка слышно характерное потрескивание, похожее на потрескивание оловянного прутка.

По своим свойствам кадмий занимает среднее место между оловом и цинком. Открыт в первой половине 19 века. Температура плавления 321°С, температура кипения 773°С.

В чистом виде кадмий обладает высокой устойчивостью против коррозии и применяется в качестве электролитического покрытия – кадмирования.

Наиболее часто кадмируются стальные изделия – корабельная арматура и приборы для защиты от действия морской воды. В городской атмосфере с ее сернистыми газами, кадмиевые покрытия не пригодны из-за их слабой устойчивости против сернистых соединений.

Кадмиевые соли ядовиты, покрывать ими пищевую посуду нельзя. А потому используется как составная часть в сложных сплавах, входит в состав многих легкоплавких припоев в ювелирном деле.

Ртуть – единственный жидкий металл при обычной температуре. Температура плавления минус 39°С, температура кипения 357°С.

Металлическая ртуть, ее пары и все соединения очень ядовиты. А потому работая с ней, нужно соблюдать осторожность, работы производить только в вытяжных шкафах.

Ртуть взаимодействует со слабо разбавленной азотной кислотой и концентрированной серной кислотой, не взаимодействует с соляной и щелочами. Обладает способностью растворять в себе многие металлы, образуя жидкие и твердые сплавы, которые называют амальгамами.

При этом порой получаются химические соединения ртути с металлами. Особенно легко образуется амальгама золота, золотые изделия нужно оберегать от соприкосновения с ртутью.

Ювелиры использую ртуть для получения золотой или серебряной амальгамы при горячем золочении и серебрении.

В горном деле ртуть используют для отделения золота от неметаллических примесей. Она используется в химической промышленности, электротехнике, светотехнике, приборостроении – для производства ртутных выпрямителей, манометров, ламп дневного света и т.д.

В природе ртуть встречается очень редко в виде вкрапления в горные породы. Главным образом она находится в виде ярко-красного сульфида ртути или киновари, из которой металлическую ртуть получают путем обжига руды.

Ртуть выделяется в виде паров и конденсируется в охлажденном приемнике.

Хром – металл светло-серого цвета. Открыт в конце 18 века, однако как металл, начал применяться с конца 19 века. Хром хорошо полируется и долго сохраняет зеркальный блеск. Температура плавления 1615°С, температура кипения 2200°С.

Хром – металл очень твердый и хрупкий, хорошо противостоит коррозии. Применяется в качестве присадки при получении легированных сталей и чугунов.

В художественном деле хром применяется для гальванических покрытий черных металлов. Хромированные изделия обладают красивым цветом и блеском.

В настоящее время хромирование приобрело очень широкое распространение. Хромируют детали автомашин, велосипедов, холодильников, часов и т.д.

Исключительная прочность хромовых покрытий, которые оказываются прочнее и тверже закаленной стали, позволяет применять гальваническое хромирование не только как декоративное и антикоррозийное, но и как очень стойкое покрытие против истирания. Окись хрома идет на приготовление полировальной пасты, кроме того различные соединения хрома дают разнообразные краски (зеленую, изумрудную, желтую и др.).

Свое название "хром" от греческого "цвет" получил из-за разнообразной окраски его соединений.

Титан – блестящий, серебристого цвета металл, не тускнеющий на воздухе. Отличается высокой химической стойкостью.

Титан не испытывает коррозии даже в морской воде.

Температура рекристаллизационного отжига 650°С, температура плавления 1668°С.

Титан – металл прочный и легкий.

Вредными примесями титана и его сплавов являются азот, кислород и углерод.

Азот и кислород, повышая прочность, резко снижают пластичность. Содержание азота допустимо не более 0,25 процентов, кислорода не более 0,50 процентов.

Углерод затрудняет обработку резанием, давлением и сварку титана и его сплавов, поэтому примесь углерода не должна превышать 0,15 процента.

Самыми распространенными являются сплавы титана с алюминием и хромом или с алюминием и ванадием. Имеются сплавы с железом, молибденом, марганцем. Эти сплавы выпускаются в виде различных полуфабрикатов: плит, полос, прутков, труб, проката, проволоки.

Титановые сплавы применяются в химической, авиационной, машиностроительной промышленности. Из них изготовляют резервуары, трубопроводы для кислот и активных газов, жаропрочные материалы при рабочих температурах до 500°С.

Некоторые сплавы необходимо подогревать при штамповке, гибке и т.п. что является их недостатком.

Недостатком является и возможность использования дуговой сварки только в среде нейтральных газов (аргона и гелия). Однако возможны роликовая и точечная сварка и без защиты нейтральными газами.

Для художественных целей титан применяется в качестве материала для монументов и иных работ не только в экстерьерных, но и в интерьерных условиях.

Марганец – металл твердый, темного цвета. Температуру плавления 1230°С, температура кипения 2200°С.

Применяется в доменном производстве при получении белого (передельного) чугуна, так как присутствие марганца задерживает выделение графита.

Применяется и как добавка при производстве специальных легированных сталей. Он уменьшает коробление стали при закалке, повышает режущие свойства и стойкость на истирание. Окислы марганца применяются как красители для получения эмалей и цветного стекла фиолетового цвета, а также для приготовления коричневых, зеленых и фиолетовых красок.

Кобальт – металл серебристо-белого цвета с розоватым отблеском. Температура плавления 1444°С.

Кобальт растворяется в азотной кислоте, стоек против серной и соляной кислот.

Применяется в качестве присадки при производстве быстрорежущих инструментальных сталей.

В последнее время его начали применять в качестве гальванического покрытия вместе с серебром для ювелирных изделий. Покрытия серебро-кобальт более прочны, чем из чистого серебра.

В художественной промышленности кобальт применяется также в виде кобальтовой сини, т.е. сплава закиси кобальта с поташем и кварцевым песком. Кобальтовая синь употребляется как краска для горячей эмали, стекла, фарфора и фаянса, придавая им красивый синий цвет.

Кобальтовые синие краски были известны в Древнем Египте и Китае. Кроме синих красок, из кобальта вместе с хромом и цинком получают фиолетовые и зеленые краски.