7. Цветные металлы

Разделение металлов на чёрные и цветные условно. Цветные разделяются на четыре группы:

1. тяжёлые металлы – медь, никель, свинец, олово;

2. лёгкие металлы – алюминий , магний, кальций, калий, натрий, барий, бериллий, литий;

3. благородные металлы – золото, серебро, платина с её природными спутниками родием, иридием, палладием, осмием;

4. редкие металлы, которые подразделяются на:

тугоплавкие – молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, тантал, цирконий;

лёгкие – стронций, скандий, рубидий, цезий;

радиоактивные – уран, радий, торий, актиний, протактиний;

рассеянные и редкоземельные – германий, галлий, гафний, индий, лантан, таллий, церий, рений.

Наиболее применимые в машиностроении: медь, алюминий, магний, титан, цинк, свинец, олово, которые используются в чистом виде и в составе многих сплавов.

7.1 Медь и её сплавы.

В технике вообще, а в транспорте в частности, медь имеет очень большое значение. На основе меди получают различные сплавы, которые используются во многих механических и электротехнических узлах железнодорожного и автомобильного транспорта.

Медь металл красного, в изломе розового цвета, но чем больше в меди примесей, тем грубее и темнее излом. Температура плавления 1083. Кристаллическая решётка ГЦК. Плотность меди 8,92 т/. Медь обладает высокой тепло и электропроводимостью. В зависимости от чистоты медь изготавливают следующих марок М00 (99,99 %), М0 (99,95 %), М1 (99,9 %), М2 (99,7 %), М3 (99,50 %). Цифры обозначают количество самой меди. Медь сопротивляется коррозии, легко обрабатывается давлением, но плохо резанием и имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки.

Медь получают из руды, содержащей 1-6% меди, после предварительного обогащения – рудного концентрата. Существуют гидрометаллургический и пирометаллургический способы превращения руды в металл.

Пирометрический способ получил большее распространение. По этой технологии руда после добычи проходит обогащение в рудный концентрат, который далее претерпевает обжиг, затем плавку на медный штейн-сплав. Далее штейн в расплавленном состоянии перемещают в горизонтальный медеплавильный конвертор для переработки в черновую медь. Черновую медь рафинируют огневым и электролитическим способами. Электролитическая медь имеет высокую чистоту от примесей и содержит до 99,98% меди. Окончательный путь катодной меди - переплавка в плавильных печах, разливка в слитки и отправка на прокатку или прессование, а также для приготовления сплавов – бронз и латуней. При прокатке получают листы, при прессовании – трубы и проволоку.

Сплавы на основе меди.

Чистая медь в автомобилестроении находит ограниченное применение. Зато широко применяются оловянистые и безоловянистые бронзы, а также медно-цинковые сплавы – латуни. Существуют медноникелевые сплавы. Медные сплавы обладают высокими механическими и техническими свойствами, хорошо сопротивляются коррозии и износу.

Бронзы.

В технике применяют литейные (ГОСТ 613-65), оловянистые (ГОСТ 5017-74) и безоловянистые бронзы (ГОСТ 18175-78). Бронзы маркируют буквами «Бр», правее ставят буквенные индексы элементов, входящих в состав. За ними ставят цифры, обозначающие среднее содержание элемента в процентах. Количество меди в бронзе не указывают.

Оловянистые бронзы характеризуются достаточной прочностью, высокими антифрикционными качествами, коррозионной стойкостью, хорошей теплопроводностью. Повышение содержания олова в бронзах увеличивает их прочность и твёрдость, но уменьшает пластичность и ударную вязкость.

Деформируемые оловянистые бронзы, которые могут содержать до 8% олова, отличаются хорошими упругими свойствами. В качестве легирующих добавок в оловянистую бронзу вводят фосфор, цинк, свинец, никель. Цинк и никель улучшают механические свойства. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства, а также обработку резанием (фосфор) и износостойкость (свинец). Однако, увеличение фосфора до 0,35 – 0,40 % снижает механические свойства сплава.

Среди безоловянистых бронз алюминежелезистые Бр. А9Ж4, кремнистые Бр.К3Мц1 и бериллиевые Бр.Б2, Бр.БНТ1.

Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими, антифрикционными и противокоррозионными свойствами. Применяются для деталей, работающих при интенсивном изнашивании и повышенных температурах.

Кремнистые бронзы также имеют высокие антифрикционные и коррозионные свойства. За счёт кремния обладают повышенными упругими свойствами. Применяются на изготовление мембран, пружин

Бериллиевые бронзы обладают хорошей упругостью, высокой усталостной выносливостью. Эти бронзы применяют для изготовления различных пружин: термостатов, клапанов топливных насосов, карбюраторов и т.п. Они обеспечивают работоспособность изделий при повышенных температурах (до 500 ).

Латуни.

Латуни – это двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. Латуни маркируются буквой «Л» и цифрами, показывающими среднее содержание меди в сплаве. Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность применяют латуни с высоким содержанием меди Л96, Л90. Латуни с большим содержанием цинка (Л62, Л60, Л59) обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, но хуже сопротивляются коррозии. Латуни подразделяются на литейные (ГОСТ 17711-72) и деформируемые (ГОСТ 15527-70). По составу латуни подразделяются на: простые, в которых только медь и цинк, и многокомпонентные. В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминиевые (ЛА 85-06, ЛАМш 77-2-0,5), кремнистые (ЛК 80-3, ЛКС 65-1,5-3), марганцевые (ЛМц 58-2, ЛМцА 57-3-1) никелевые (ЛН 65-5), оловянистые (ЛО 90-1, ЛО 62-1), свинцовые (ЛС 63-3, ЛС 74-3) и др. латуни. Так включение в состав латуни свинца увеличивает её антифрикционные свойства. Наличие в ней олова, марганца, кремния, железа повышает её прочность и способствует улучшению антикоррозионных свойств.

При легировании латуни в обозначении её марок используются следующие индексы: А – алюминий; Внм – вольфрам; Ви – висмут; В – ванадий; Гм – кадмий; Гл - галлий; Г – германий; Ж – железо; Зл – золото; К – кобальт; Кр – кремний; Мг – магний; М – медь; Мш – мышьяк; Н – никель;О – олово; С – свинец; Ст – селен; Ср – серебро; Су – сурьма; Ти – титан; Ф – фосфор; Ц – цинк.

Соединение деталей из латуни между собой, а также с деталями из других металлов производится обычно пайкой.

Медноникелевые сплавы.

Эти сплавы подразделяются на конструкционные и электротехнические.

Нейзильберы ( сплав меди – никеля цинка) содержит 6 – 13% никеля, 20 % цинка, остальное медь. Сплавы имеют белый цвет, близкий к цвету серебра. Применяют в приборостроении, в точной механике.

Мельхиоры ( медь- никель и небольшие добавки железа и марганца до 1%) обладают высокой коррозионной стойкостью. Их применяют для изготовления теплообменных аппаратов, штампованных и чеканных изделий.

Куниали ( медь - никель- алюминий) содержит 6 – 13 %, никеля, 1,5 - 3 % алюминия, остальное медь. Служит для для изготовления деталей повышенной прочности и ряда электротехнических изделий.

Копель ( медь – никель – марганец) содержит 43 % никеля, 0,5 % марганца, остальное медь. Это сплав с высоким удельным сопротивлением, используемый для нагревательных элементов.