Сплавы из цветных металлов. Маркировка цветных металлов и сплавов

Цветные металлы и их сплавы широко применяют в ювелирном производстве.

Цветные металлы . К цветным металлам относят медь, цинк, никель, олово, свинец, кадмий, хром и алюминий.

В дореволюционной России из цветных металлов добывали только медь, свинец и цинк, причем в сравнительно небольших количествах. Широкое развитие производство цветных металлов получило после Октябрьской революции в результате строительства новых рудников, обогатительных фабрик и заводов.

В ювелирном деле цветные металлы применяют в виде сплавов, напоминающих по внешнему виду драгоценные металлы. Основными компонентами сплавов являются медь, цинк и никель. В сплавы входят также другие металлы: олово, алюминий, хром и кадмий.

Медь - мягкий, тягучий и ковкий металл красноватого цвета, который легко плющится в тонкие листы и вытягивается в проволоку. Плотность 8,93 г/см 3 , твердость по шкале Мооса 3, температура плавления 1083°С. Во влажном воздухе в присутствии углекислоты медь быстро окисляется, легко растворяется в азотной кислоте, а в разбавленных соляной и серной кислотах - только в присутствии окислителей (например, кислорода). Добывают медь главным образом из руд, но она встречается и в самородках. Промышленное значение имеют руды, содержащие сернистые соединения меди (медный колчедан, медный блеск), а также окисные руды (малахит, куприт). Для получения чистой меди руду обогащают и из концентрата выплавляют медь и очищают ее электролитическим путем.

Медь применяют как лигатурный металл в сплавах с золотом, серебром, никелем, цинком и алюминием.

Цинк - легкоплавкий, хрупкий металл синевато-белого цвета. Плотность цинка 7,14 г/см 3 , температура плавления 419,4°С. Во влажном воздухе цинк окисляется, покрываясь защитным слоем окиси. В кислотах и щелочах он растворяется с выделением водорода. Цинк используют в качестве лигатурного металла во многих сплавах, в том числе в серебряных и в сплавах с медью. Добавление его в сплавы делает их более светлыми и снижает температуру плавления. Цинк применяют также для изготовления золотых и серебряных припоев.

Никель - твердый, тугоплавкий, не изменяющийся на воздухе металл серебристо-белого цвета, с сильным блеском. Плотность никеля 8,9 г/см 3 , твердость по шкале Мооса 5, температура плавления 1445° С. В сплавах с медью никель образует белые сплавы. Широко используют никель для покрытия изделий из других металлов в целях защиты их от коррозии.

Олово - легкоплавкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Плотность олова 7,2 г/см 3 , температура плавления 231,9° С. Олово растворяется в кислотах и щелочах с выделением водорода. Во влажном воздухе оно почти не изменяется. В чистом виде олово широко применяют для пайки, покрытия других металлов и изделий из них в целях защиты от коррозии, а также используют в различных сплавах, которым оно придает белый цвет, снижает температуру их плавления и повышает антикоррозийные свойства. Олово входит в состав мягких припоев и бронзы.

Алюминий - легкий, пластичный, мягкий металл серебристо-белого цвета, который хорошо прокатывается, штампуется и куется. Основным сырьем для получения алюминия являются бокситы - осадочная горная порода, состоящая из гидратов глинозема и окислов железа. Плотность алюминия 2,7 г/см 3 , температура плавления 659,8° С. Алюминий хорошо сохраняется на воздухе, покрываясь тонкой плотной пленкой окисла, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Он растворяется в соляной и серной кислотах, едких щелочах и в подогретых растворах соды. Концентрированная азотная кислота практически не действует на алюминий, а разведенная растворяет его. Сильно разрушают алюминий безводные органические кислоты, но с небольшим количеством воды они на него не действуют.

Алюминий широко применяют в производстве различных украшений (броши, браслеты, цепочки и др.) и предметов быта. Изготовленные из алюминия в сплаве с другими металлами изделия подвергают химическому окрашиванию - анодированию, а электролитическое полирование придает им яркий блеск.

Хром - наиболее твердый цветной металл серебристого цвета. Плотность хрома 6,9-7,1 г/см 3 , температура плавления 1800°С. Хром имеет хорошую сопротивляемость механическому износу, стоек против действия азотной кислоты, щелочей, большинства газов и органических кислот. Он является одним из важнейших легирующих металлов, применяется преимущественно в сплавах для получения высококачественной стали, обычно совместно с никелем марганцем, кобальтом, молибденом и др. Используют его также для покрытия тонким слоем (хромирование) металлических ювелирных изделий в целях повышения износостойкости, сопротивления коррозии, получения стойкой отражательной поверхности, придания красивого внешнего вида (декоративности).

Кадмий - мягкий, тягучий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Плотность кадмия 8,6 г/см 3 , температура плавления 321°С. Кадмий растворяется в кислотах с выделением водорода. Применяется для изготовления золотых и серебряных сплавов и припоев, используется для покрытия поверхности металлических изделий в целях предохранения их от коррозии, а также для приготовления легкоплавких сплавов.

Сплавы цветных металлов . Для изготовления недорогих личных украшений, предметов сервировки стола и других изделий используют сплавы цветных металлов, по внешнему виду напоминающие золото и серебро. Основой многих сплавов является медь, которую сплавляют с цинком, никелем, свинцом, оловом и другими металлами. Наиболее распространены медно-цинковые сплавы.

Латунь - сплав меди с цинком, содержащий 40-50% цинка, с добавкой иногда небольшого количества других металлов. Плотность латуни 8,2-8,8 г/см 3 . При относительной дешевизне латунь отличается хорошими механическими и физико-химическими свойствами, легко обрабатывается давлением, устойчива против действия атмосферных условий и коррозии, имеет красивый желтый цвет, сходный с цветом золота. Латунь широко применяют для изготовления многих видов ювелирной галантереи, предметов туалета и др.

Томпак - сплав меди с цинком, содержащий 10-12% цинка. Томпак используют для изготовления ювелирной галантереи, стопок, подстаканников и других бытовых предметов.

Мельхиор - сплав, содержащий 80% меди и 20% никеля, серебристого цвета. Он легко обрабатывается, обладает большой тягучестью, высокопластичен, хорошо штампуется в холодном состоянии, устойчив против коррозии. Плотность мельхиора 8,9 г/см 3 . Применяют мельхиор главным образом для изготовления столовых и чайных приборов, посуды, портсигаров и других предметов обихода, а также для оправ при армировании хрустальных изделий (сахарниц, ваз для цветов и др.). Обычно изделия из мельхиора покрывают слоем серебра (до 24 мкм), который придает им устойчивость против коррозии и красивый внешний вид. Эти изделия после серебрения очень сходны с изделиями из серебра.

Нейзильбер - сплав серебристого цвета, содержащий 65% меди, 15% никеля и 20% цинка. Он отличается высокой стойкостью против коррозии и хорошими механическими свойствами. Плотность нейзильбера 8,45 г/см 3 , температура плавления 1050° С. Применяется для изготовления столовой посуды, приборов и других изделий. Изделия из нейзильбера, как и изделия из мельхиора, покрывают тонким слоем серебра, а некоторые в качестве защитно-декоративной отделки покрывают никелем, который придает им блеск. В зависимости от содержания никеля медно-никелевые сплавы могут быть от серого и бело-голубого до серебристо-белого цвета и внешне напоминают серебро.

Бронза оловянистая - это сплав меди с оловом (до 10%) и небольшими добавками цинка, свинца и других металлов. Обычно ее применяют для отливки сувенирных медалей, художественных изделий - малых скульптурных форм. Бывают бронзы алюминиевые, свинцовые, кремниевые, кадмиевые и другие в зависимости от наличия главного (не считая меди) компонента в сплаве.

Из цветных металлов наибольшее применение в строительстве получили сплавы алюминия, применяемые в качестве конструк­ционного материала. Сплавы меди и титана употребляются глав­ным образом для запорно-регулировочной арматуры, водопровод­но-отопительных и электротехнических систем зданий и соору­жений.

Алюминий и его сплавы. Алюминий - металл серебристо-белого цвета плотностью 2 700 кг/м 3 , с температурой плавления 658 "С. Чистый алюминий вследствие малой прочности в строительных конструкциях применяется редко. Применение находят его спла­вы.

Сплавы алюминия характеризуются прочностью при растяже­нии R p = 100...700 МПа и относительным удлинением б = 6...22 %. Модуль упругости алюминиевых сплавов почти в 3 раза ниже, чем у стали (0,7- 10 5 МПа). Марки алюминиевых сплавов состоят из букв и цифр, характеризующих состав сплава. Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые (обрабатываемые давлением).

Литейные сплавы вследствие их низкой пластичности применя­ются в строительстве только для опорных частей конструкций (сплав АЛ-8).

Деформируемые сплавы применяются для производства листов, прессованных профилей, труб и прутков, а также для изготовле­ния деталей ковкой и штамповкой. Их механические свойства по­вышают легированием (элементами Mg, Мп, Си, Si, Al, Zn), пластическим деформированием (нагартовкой) и закалкой с пос­ледующим старением при комнатной или повышенной темпера­туре.

Деформируемые сплавы подразделяются на термически упроч­няемые и неупрочняемые. К термически упрочняемым относятся:

1) авиаль (Al-Mg-Si) (АД31, АДЗЗ, АД35, АВ);

2) дюралюмин (Al - Си - Mg) (Д1, Д16);

3) высокопрочные сплавы на основе Al - Zn - Mg - (Си) (В92, В95);

4) ковочные жаропрочные сплавы (Al - Mg - Si - Си) (АК6, АК8).

К термически неупрочняемым относятся:

1) технический алюминий (сплав с содержанием примесей не более 1 %), обозначаемый буквой А с цифрой (например, А1);

2) алюминиево-марганцевый сплав (АМц);

3) алюминиево-магниевые сплавы (магналии) (АМг).

Вид обработки сплава обозначают буквами, добавленными че­рез черточку к основной марке: М - отожженный (мягкий); Н - нагартованный; Н2 - полунагартованный; Т - закаленный и ес­тественно состаренный; Т1 - закаленный и искусственно соста­ренный (при температуре 160... 180 °С); Т4 - неполностью зака­ленный и искусственно состаренный; А - без обработки давле­нием; плак. - плакированный; Б - без плакирования.

Плакировкой называется покрытие листов из алюминиевых спла­вов при прокатке тонким слоем (5 % от толщины листа с каждой стороны) чистого алюминия, предохраняющим основной металл от коррозии. Нагартовка и полунагартовка применяются для тер­мически неупрочняемых сплавов, закалка и старение - для тер­мически упрочняемых сплавов.

Особые группы сплавов составляют спеченные алюминиевые по­рошки (САП) и сплавы (САС), а также пенистый алюминий, полу­чаемый при замешивании порошка гидрида титана в жидком алю­минии. Пеноалюминий имеет плотность 300... 500 кг/м 3 , поэтому его можно применять как тепло- и звукоизоляционный материал.

Медь и ее сплавы. Медь в чистом виде имеет небольшую проч­ность и высокую пластичность. Температура ее плавления составля­ет 1 083 "С. Она плохо обрабатывается резанием, но хорошо дефор­мируется в холодном и горячем состояниях. В строительстве медь применяется для водопроводных труб и кровельной черепицы.

Сплавы меди (латуни и бронзы) в строительстве применяются для декоративных целей (поручни, накладки, арматура для две­рей и окон) и в сантехнике.

Латунь - сплав меди с цинком. Марки латуней обозначают буквой Л и цифрами, означающими содержание меди в процен­тах. Прочность латуней при растяжении R p - 250...600 МПа. Для улучшения свойств латуни подвергают холодному и горячему де­формированию, рекристаллизационному отжигу при температу­ре 500...700°С и легированию добавками Sn, Si, Мп, Al, Fe, Pb, повышающими прочность, коррозионную стойкость и антифрик­ционные свойства. Специальные латуни маркируют следующим образом: ЛА77-2 (латунь, содержащая 77 % Си, 2 % А1 и 21 % Zn); ЛАЖ60-1-1 (латунь, содержащая 60% Си, 1 % Al, 1 % Fe и 38 % Zn). Они представляют собой однородные твердые растворы и поэтому очень пластичны.

Оловянистая бронза представляет собой твердый раствор 4 - 5%-го олова в меди. При большем содержании олова пластичность и литейные свойства бронзы резко снижаются. Перед обработкой давлением бронзу подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600...650°С. Для улучшения литейных свойств и по­вышения прочности в бронзу вводят до 1 % фосфора. Бронзы, об­рабатываемые давлением, имеют прочность R p - 350...400 МПа, пластичность 8 = 40...70% (после отжига) и 8 = 4... 12% (после холодной деформации).

Алюминиевые и кремнистые бронзы (сплавы меди с алюминием и кремнием) имеют механические свойства, аналогичные оловя-нистым бронзам, но более стойки в агрессивных средах.

Бериллиевые бронзы (сплавы меди с бериллием) содержат 2,0... 2,5 % Ве и обладают наилучшими свойствами из всех бронз. После закал­ки при 760...780°С и старения при 300...350°С механические свойства бериллиевой бронзы составляют: R p = 1 300... 1 350 МПа, 8 = 1,5%.

Свинцовые бронзы (сплавы меди со свинцом) содержат до 30 % свинца. Их компоненты не образуют твердых растворов. Они име­ют невысокую прочность (Я р - 60 МПа) и пластичность (8 = 4 %).

Маркируют все бронзы аналогично латуням. Например: БрОЦСНЗ-7-5-1 - оловянистая бронза, содержащая 3% Sn, 7% Zn, 5% Pb, 1 % Ni и 84% Си; БрАЖН 10-4-4 - алюминиевая бронза, содержащая 10% А1, 4% Fe, 4% Ni и 82% Си.

Титан и его сплавы. Титан - металл серебристо-белого цвета, плавящийся при температуре 1 665 "С. Существуют две модифика­ции титана: при температуре ниже 882 °С - а-титан с гексаго­нальной решеткой плотностью 4 505 кг/м 3 ; при температуре 900 °С и выше - (i-титан с объемоцентрированной кубической решет­кой плотностью 4 320 кг/м 3 . Технический титан марок ВТ1-00, ВТ1-0 и ВТ1-1 (Д, = 300...350 МПа, 8 = 20...30%) хорошо обра­батывается давлением и сваривается. Для улучшения свойств ти­тан легируют добавками Al, Mo, V, Мп, Сг, Sn, Fe, Zn, Si.

Различают а-сплавы и (а + Р)-сплавы титана. Первые представ­ляют собой твердые растворы с алюминием и легирующими эле­ментами (Sn, Zn и Mo, Fe, Сг) в а-титане. Они не упрочняются термообработкой и подвергаются только рекристаллизационному отжигу при температуре 780... 850 °С. Вторые состоят из а и р твер­дых растворов и содержат кроме алюминия Сг, Mo, Fe. Они уп­рочняются закалкой и старением. Наиболее распространенные а-сплавы (ВТ5, ВТ5-1, ОТ4) имеют следующие показатели: /? р = = 700...950 МПа; 8 = 12...25%; (а + р)-сплавы (ВТ6, ВТ8, ВТ14) имеют следующие показатели: R p = 950... 1 400 МПа; 8 = 8... 15 %. Титановые сплавы коррозионностойки, хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях, поддаются сварке.

Изделия из цветных металлов. Цветные металлы дороже стали и чугуна, поэтому применяются в случаях, когда необходимы их специфические свойства: стойкость к коррозии, высокая тепло­проводность, электропроводность, декоративные свойства, харак­терная для алюминия и его сплавов малая масса.

В качестве кровельных материалов применяются медь, алюми­ний и цинк-титановый сплав. Для устройства медной кровли по фальцевой технологии используют медную ленту, ко­торая выпускается в рулонах. Алюминий применяется как для из­готовления металлочерепицы, так и для устройства фальцевых кровель.

В европе достаточно распространены кровли из Х)-цинка - цинка, легированного титаном и медью.

Алюминиевые сплавы применяют для изготовления гнутых и прессованных профилей, штамповок, гофрированных листов раз­личной формы. Из таких элементов выполняются различные сбор-но-разборочные и листовые конструкции, несущие конструкции навесных фасадов, трехслойные панели (типа «сандвич») наруж­ных стен и покрытий, подвесные потолки, сайдинг, декоратив­ные накладки, дверные и оконные переплеты.

Сплавы меди используют для производства водопроводных труб, фитингов, дверной и оконной фурнитуры, декоративных деталей интерьера и фасадов.

Многие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных ка­честв: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электропровод­ностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и др. Благо­даря этим качествам цветные металлы и сплавы наряду с пластмассами в авиационной, электротехнической и радиотехнической промышлен­ности являются основными материалами. Из цветных металлов в чистом виде и в виде сплавов широко исполь­зуются медь, свинец, алюминий, магний, цинк.

4.1. Алюминий и его сплавы

Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета, плотность 2,7 г/см 3 , температура плавления 660° С. Механические свойства алю­миния невысокие, поэтому в качестве конструкционного материала применяется редко.

Алюминиевый сплав характеризуется высокой пластичностью, хорошо штампуется, легко прокатывается и прессуется, хорошо сва­ривается газовой и контактной сваркой, литейные свойства его низкие, обрабатываемость резанием плохая.

Важнейшим свойством алюминия является устойчивость против кор­розии благодаря образованию на его поверхности прочной защитной пленки - окиси алюминия.

Алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью (но не­сколько худшей, чем медь), поэтому наибольшее применение он нашел в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток и т. п. Кроме этого, алюминий используется в хими­ческой промышленности, в приборостроении, а также для получения алюминиевых сплавов.

Основная часть алюминия используется для изготовления сплавов, которые можно разделить на две группы: деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы срав­нительно легко обрабатываются в горячем и холодном состоянии (про­каткой, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой и др.). Из них изготовляют прутки, листы, проволоку, прессованные профили, по­ковки и т. д.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

К неупрочняемым термической обработкой относят сплавы алю­миния с марганцем - АМц и алюминия с магнием - АМг, АМгЗ, АМг5, АМг6. Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются и штампуются, но имеют невысокую прочность, которую можно повысить нагартовкой; из них изготовляет бензиновые баки, проволоку, заклепки и другие детали путем гибки и глубокой вытяжки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся дюралюмины - это сплавы, имеющие сложный химический состав, основу которого составляют алюминий, медь и магний; для повышения коррозионной стойкости добавляют марганец. Дюралюми­ны характеризуются небольшим удельным весом, высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью; для повышения механических свойств их подвергают термической обработке.

Дюралюмины не обладают достаточной стойкостью против корро­зии, поэтому их подвергают плакированию (покрытие поверхности) тонким слоем алюминия.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся также сплавы АК2, АК4, АК6, АК8, в состав которых входят, кроме алюминия, медь, марганец, магний, кремний и в небольшом количестве никель. Из этих сплавов ковкой и штамповкой изготовляют крупные фасонные и высоконагруженные детали - поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и т. д.

Высокопрочные алюминиевые сплавы обла­дают более высокой прочностью, чем дюралюмины повышенной проч­ности. Основу этих сплавов составляют цинк, медь, магний. Наиболее широко применяется сплав В95, прочность его после термической работки выше, а пластичность и коррозионная стойкость ниже, чем у дюралюмина Д16, хорошо обрабатывается резанием и поддается точечной сварке. Из сплава В95 изготовляют высоконагруженные эле-менты конструкции - детали каркасов, обшивку и т. д.

Ли т ейные алюминиевые сплавы применяются при производстве деталей методом литья. Такие сплавы обладают высокой жидкотекучестью, позволяющей получать тонкостенные, плотные отливки со сравнительно малой усадкой, без трещин, с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропроводностью, хорошей обрабатываемостью резанием.

Наибольшее распространение получили литейные сплавы алюминия с кремнием - АЛ2, АЛ4, АЛ9, называемые силуминами. Они обладают высокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, достаточно высокой прочностью, хорошо обрабатываются резанием, хорошо свариваются, сопротивляются коррозии и при изготовлении отливовок не дают горячих трещин. Сплав АЛ2 применяется для изготовлений деталей агрегатов, приборов, тонкостенных деталей сложной формы при литье в землю; сплав АЛ4 - для изготовления высоконагружен­ных деталей ответственного назначения; сплав АЛ9 - для изготовле­ния деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для деталей, подвергающихся сварке. Недостатком сплава АЛ9 является склонность к газовой пористости.

Сплавы на основе алюминия и м а г н и я обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравне­нию с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свойства их низ­кие. Наиболее распространены марки АЛ8 и А13. Из них изготовляют подверженные коррозионным воздействиям детали (для морских судов), а также детали, работающие при высоких температурах (головки ци­линдров мощных двигателей воздушного охлаждения).

Сплавы на основе алюминия и меди (АЛ7, АЛ12, АЛ19) обладают невысокими литейными свойствами и понижен­ной коррозионной стойкостью, но высокими механическими свойства­ми. Эти сплавы применяются для изготовления отливок несложной формы, работающих с большими напряжениями (АЛ7).

Сплавы на основе алюминия, меди и крем­ния характеризуются хорошими литейными свойствами, но коррозионная стойкость их невысокая. Эти сплавы широко применяют для изготовления отливок корпусов, арматуры и мелких деталей (сплав АЛЗ), отливок ответственных деталей, обладающих повышенной теплоустойчивостью и твердостью (сплав АЛ4), отливок карбюраторов арматуры двигателей (сплав АЛ6).

К сплавам на основе алюминия, цинка и кремния относится сплавы АЛ 11 (цинковый силумин), обладающий высокими литейными свойствами, а для повышения механических свойств подвергающийся модифицированию; плотность его сравнительно высокая - 2,9 г/см 3 . Из этого сплава изготовляют отливки сложной конфигурации - кар­теры, блоки двигателей.

К жаропрочным сплавам относится литой сплав АЛ1, предназначенный для изготовления головок цилиндров, поршней, работающих при высоких температурах - до 300° С.

4.2. Медь и ее сплавы

Медь по своему значению в машиностроении является наиболее цен­ным техническим материалом. Она хорошо сплавляется с большинст­вом металлов. Медь в чистом виде имеет красный цвет; чем больше в ней примесей, тем грубее и темнее излом. Температура плавления ме­ди 1083° С, плотность 8,92 г/см 3 .

Медь хорошо проводит электричество и тепло, уступая в этом от­ношении только серебру, ее используют для изготовления электричес­ких проводов, деталей электрооборудования, холодильных установок и т. д.; отличается хорошей коррозионной стойкостью, поэтому широ­ко применяется в химическом машиностроении и теплотехнике. Медь- очень вязкий металл, трудно поддается обработке резанием, так как стружка налипает на режущий инструмент. Для изготовления деталей машин чистая медь почти не применяется из-за низкой механической прочности.

В зависимости от чистоты предусмотрено пять марок меди: МО, М1, М2, МЗ, М4. В наиболее чистой меди (марка, МО) общее ко­личество примесей не превышает 0,1 и 0,05%. Наибольшее количество примесей (до 1%) содержит медь М4.

Медь МО (электролитическая) предназначается для изготовления проводников тока и сплавов высокой чистоты, МЗ - для проката и литейных медных сплавов (кроме бронзы), а медь М4 - для литей­ных бронз и паяния.

Значительная часть меди используется для изготовления сплавов на медной основе: латуни, бронзы, медно-никелевых сплавов. Эти сплавы прочнее чистой меди, их часто применяют в технике.

Латунь представляет собой сплав меди с цинком. Процентное содержание цинка в сплаве может колебаться в широких пределах и оказывает влияние как на механические свойства, так и на цвет лату­ни. С увеличением содержания цинка до 45% механические свойства латуни улучшаются, предел прочности возрастает до 32-65 кг/мм 2 , а относительное удлинение - до 65%. Температура плавления лату­ни составляет 800-1099° С. Чем больше в латуни цинка, тем ниже температура ее плавления.

В состав латуней, кроме меди и цинка, вводят алюминий, никель, железо, марганец, олово и кремний. Такие латуни называются специ­альными; эти добавки сообщают сплавам латуни повышенную проч­ность, твердость, антикоррозионную стойкость, улучшают литейные свойства.

Приняты следующие буквенные обозначения: Л-латунь, С - свинец, А - алюминий, Ж - железо, Н -никель, Мц - марганец, О - олово, К - кремний. Цифрами обозначается среднее процентное содержание меди; например в латуни Л96содержится 96% меди; в латуни ЛО62-1 содержится 62 % меди и примерно 1% олова, остальное цинк.

Свинцовистые латуни ЛС59-1, ЛС60-1, ЛС63-3, ЛС64-2, ЛС74-3 обладают высокими механическими свойствами, хорошо обрабатыва­ются резанием и штампуются; ЛС62-1, ЛС70-1 обладают высокими антикоррозионными свойствами в морской воде, хорошо обрабатыва­ются в горячем состоянии. Эти латуни находят широкое применение в судостроении.

Бронзы представляют собой сплавы меди с любым другим ме­таллом - свинцом, алюминием, кремнием, оловом, марганцем, ни­келем, железом, кроме цинка.

Бронзы обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокой прочностью и твердостью, коррозионной стой­костью и хорошо обрабатываются резанием; при небольшом содержа­нии легирующих элементов бронзы обрабатываются давлением.

Маркировка бронз та же, что и для латуней: буквы Бр. - бронза, дальше начальные буквы названий тех основных элементов, кото­рые входят в состав сплава, а цифры, стоящие за буквами, соответст­венно обозначают их процентное содержание в бронзе. Например, Бр.ОФ6 -4 обозначает марку оловянисто-фосфористой бронзы, со­держащей 6-7% олова и около 4% фосфора. Фосфористая бронза применяется для изготовления вкладышей подшипников, червячных колес, а также деталей, находящихся в соприкосновении с морской водой.

Бронза Бр.ОЦС 6-6-3 применяется для изготовления машинной, водяной и паровой арматуры, а также гаек, втулок, поршней и т. д.

4.3. Магний и его сплавы

Магний представляет собой легкий металл серебристого цвета, плотность его 1,74 г/см 3 , температура плавления 650° С. При температу­ре, несколько превышающей температуру плавления, легко воспламе­няется и горит ярко-белым пламенем.

В связи с малой прочностью и слабой стойкостью против коррозии магний в качестве конструкционного материала не применяется, в основном он используется для получения магниевых сплавов.

Магниевые сплавы являются весьма легкими конструкционными материалами, поэтому их широко применяют в авиационной и других отраслях промышленности.

По технологическому признаку магниевые сплавы делятся на де­формируемые и литейные.

Деформируемые магниевые сплавы МА1, МА2, МАЗ, МА5, МА8 применяют для изготовления полуфабрикатов - прутков, полос, труб, листов и т. д., а также штамповок и поковок.

Литейные магниевые сплавы нашли широкое применение для производства фасонного литья. Плотность этих сплавов составляет 1,75-1,83 г/см 3 , они хорошо обрабатываются резанием, но литейные свойства их ниже литейных свойств алюминиевых спла­вов.

К недостаткам литейных магниевых сплавов следует отнести пониженную коррозионную стойкость во влажной среде, поэтому литейные,как и деформируемые магниевые сплавы, защищают оксидными пленками и лакокрасочными покрытиями. Марки литейных магниевых сплавов: МЛ1, МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6.

Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обознчающей соответствующий сплав, буквы, указывающей способ получения (А-для деформируемых, Л - для литейных) и цифры, обозначающей порядковый номер сплава.

4.4.Титановые сплавы

Температура плавления титана 1660° С, относительная плотность 4,5 г/см 3 . С углеродом титан образует очень твердые карбиды. Титан удовлетворительно куется, прокатывается и прессуется, обладает высокой стойкостью против коррозии в пресной и морской воде, также в некоторых кислотах.

Наибольшее значение имеют сплавы титана с хромом, алюминием, (в небольшом количестве) при малом содержании углерода (десятые доли процента). Например сплав ВТ2, содержащий 1-2% алюминия и 2-3% хрома, а также сплав ВТ5, содержащий 5% алю­миния, имеют высокую прочность и пластичность, применяются для изготовления листового материала. Сплав ВТЗ, содержащий 5% алю­миния, 3% хрома, имеет жаропрочность до 400° С. Многие сплавы ти­тана подвергаются термической обработке, чем достигается еще большая прочность, соответствующая прочности высоколегированных сталей.

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
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

1. Композиция Likonda25 , г/дм3

Параметр

Значение

Не контролируется

Температура, ºС

Продолжительность хроматирования, с.

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.