Лиття кольорових металів

Чорні метали широко використовуються в машинобудівній промисловості через їх перевагу, діапазон механічних властивостей і нижчу вартість.Тим не менш, кольорові метали також використовуються в різних сферах застосування через їх особливі властивості порівняно зі сплавами чорних металів, незважаючи на їхню загалом високу вартість.Бажані механічні властивості можуть бути отримані в цих сплавах шляхом наклепу, зміцнення під час старіння тощо, але не за допомогою звичайних процесів термічної обробки, які використовуються для чорних сплавів.Деякі з основних кольорових матеріалів, що представляють інтерес, це алюміній, мідь, цинк і магній

1. Алюміній

З усіх сплавів кольорових металів алюміній та його сплави є найбільш важливими через їхні чудові властивості.Деякі з властивостей чистого алюмінію, для яких він використовується в машинобудівній промисловості:

• 1) Чудова теплопровідність (0,53 кал/см/C)
• 2) Відмінна електропровідність (376 600/Ом/см)
• 3) Низька масова щільність (2,7 г/см)
• 4) Низька температура плавлення (658C)
• 5) Чудова стійкість до корозії
• 6) Нетоксичний.
• 7) Він має один із найвищих коефіцієнтів відбиття (85–95%) і дуже низький коефіцієнт випромінювання (4–5%)
• 8) Він дуже м'який і пластичний, завдяки чому має дуже хороші виробничі властивості.

Деякі з застосувань, де чистий алюміній зазвичай використовується, це електричні провідники, матеріали для ребер радіаторів, кондиціонери повітря, оптичні та світловідбивачі, фольга та пакувальні матеріали.

Незважаючи на вищезазначені корисні застосування, чистий алюміній не має широкого використання через такі проблеми:

• 1) Має низьку міцність на розрив (65 МПа) і твердість (20 BHN)
• 2. Дуже важко зварювати або паяти.

Механічні властивості алюмінію можна істотно поліпшити легуванням.Основними легуючими елементами, що використовуються, є мідь, марганець, кремній, нікель і цинк.

Алюміній і мідь утворюють хімічну сполуку CuAl2.При температурі вище 548 С він повністю розчиняється в рідкому алюмінії.При його загартуванні та штучному старінні (тривала витримка при 100-150°C) виходить загартований сплав.Не витриманий CuAl2 не встигає виділитися з твердого розчину алюмінію і міді і тому перебуває в нестабільному положенні (перенасичений при кімнатній температурі).Процес старіння виділяє дуже дрібні частинки CuAl2, що викликає зміцнення сплаву.Цей процес називається твердінням розчину.

Інші використовувані легуючі елементи включають до 7% магнію, до 1,5% марганцю, до 13% кремнію, до 2% нікелю, до 5% цинку та до 1,5% заліза.Крім них, титан, хром і колумбій також можуть бути додані в невеликих відсотках.Склад деяких типових алюмінієвих сплавів, які використовуються для безперервного формування та лиття під тиском, наведено в таблиці 2. 10 з їх застосуванням.Очікувані механічні властивості цих матеріалів після їх відливання за допомогою постійних форм або лиття під тиском наведені в таблиці 2.1

2. Мідь

Подібно до алюмінію, чиста мідь також знаходить широке застосування завдяки своїм наступним властивостям

• 1) Електропровідність чистої міді є високою (5,8 x 105 /Ом/см) у її найчистішому вигляді.Будь-яка невелика домішка різко знижує провідність.Наприклад, 0,1% фосфору знижує електропровідність на 40%.
• 2) Має дуже високу теплопровідність (0,92 кал/см/C)
• 3) Це важкий метал (питома вага 8,93)
• 4) Його можна легко з’єднати за допомогою пайки
• 5) Стійкий до корозії,
• 6) Він має приємний колір.

Чиста мідь використовується у виробництві електричних проводів, шин, кабелів передачі, труб і трубопроводів для холодильників.

Механічні властивості міді в чистому стані не дуже добрі.Він м'який і відносно слабкий.Його можна вигідно легувати для покращення механічних властивостей.Основними легуючими елементами, що використовуються, є цинк, олово, свинець і фосфор.

Сплави міді і цинку називають латунями.При вмісті цинку до 39 % мідь утворює однофазну (α-фазу) структуру.Такі сплави мають високу пластичність.Колір сплаву залишається червоним до 20% вмісту цинку, але після цього стає жовтим.Другий структурний компонент, званий β-фазою, містить від 39 до 46% цинку.Насправді це інтерметалічна сполука CuZn, яка відповідає за підвищену твердість.Міцність латуні ще більше підвищується при додаванні невеликих кількостей марганцю та нікелю.

Сплави міді з оловом називаються бронзами.Твердість і міцність бронзи зростає зі збільшенням вмісту олова.Пластичність також знижується зі збільшенням процентного вмісту олова вище 5. Коли також додається алюміній (від 4 до 11%), отриманий сплав називають алюмінієвою бронзою, яка має значно вищу стійкість до корозії.Бронза порівняно дорога в порівнянні з латунями через наявність олова, яке є дорогим металом.

3. Інші кольорові метали

Цинк

Цинк в основному використовується в техніці через його низьку температуру плавлення (419,4 C) і більш високу стійкість до корозії, яка підвищується з чистотою цинку.Стійкість до корозії обумовлена ​​утворенням на поверхні захисного оксидного покриття.Основне застосування цинку — це цинкування для захисту сталі від корозії, поліграфічна промисловість і лиття під тиском.

Недоліками цинку є сильна анізотропія, яка проявляється в деформованих умовах, відсутність стабільності розмірів в умовах старіння, зниження ударної міцності при низьких температурах і сприйнятливість до міжкристалічної корозії.Його не можна використовувати для експлуатації при температурі вище 95.C, оскільки це призведе до значного зниження міцності на розрив і твердості.

Його широке використання у лиття під тиском пояснюється тим, що він вимагає нижчого тиску, що призводить до довшого терміну служби матриці порівняно з іншими сплавами для лиття під тиском.Крім того, він має дуже хорошу оброблюваність.Оздоблення, отримане литтям під тиском цинку, часто є достатнім для будь-якої подальшої обробки, за винятком видалення спалаху, наявного в площині розділення.

магній

Завдяки легкій вазі та хорошій механічній міцності магнієві сплави використовуються на дуже високих швидкостях.Для такої ж жорсткості магнієві сплави потребують лише 37,2% від ваги сталі C25, таким чином економлячи у вазі.Двома основними легуючими елементами, що використовуються, є алюміній і цинк.Магнієві сплави можуть бути відлиті в пісок, постійну форму або литі під тиском.Властивості компонентів з магнієвого сплаву, відлитих у пісок, можна порівняти з властивостями компонентів, відлитих у постійну форму або литих під тиском.Сплави для лиття під тиском, як правило, мають високий вміст міді, що дозволяє виготовляти їх із вторинних металів, щоб зменшити витрати.Їх використовують для виготовлення автомобільних коліс, картерів двигунів тощо. Чим вищий вміст, тим вища механічна міцність магнієвих сплавів, таких як прокат і ковані деталі.Магнієві сплави можна легко зварювати за допомогою більшості традиційних процесів зварювання.Дуже корисною властивістю магнієвих сплавів є їх висока оброблюваність.Вони вимагають лише близько 15% потужності для обробки порівняно з низьковуглецевою сталлю.