Цветные металлы и сплавы: свойства применение

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 05.05.2024

Применение цветных металлов и их сплавов как строительных материалов обусловлено их ценными свойствами, такими как устойчивость к коррозии, малый коэффициент трения, а также высокая жаропрочность и жаростойкость.

Стали и чугуны, из которых создают черные металлы, а также железо и все сплавы на его основе, не относятся к данной категории. Медь, алюминий и титан являются представителями цветных металлов, широко используемых в промышленности. Однако, стоит отметить, что эти металлы в чистом виде применяются нечасто, основное их использование приходится на создание различных сплавов.

Медь - это металл с цветом, который имеет красноватый оттенок на поверхности и розовый рубец при изломе. Ее обозначение в химии - Cu. Этот металл часто обнаруживается в природе в тропах сернистых соединений и оксидов, и лишь иногда - в неразбавленном состоянии. Вот основные физические характеристики недоплавленной меди:

  • Отличаются высокой пластичностью, проводимостью электричества и тепла.
  • Отличная стойкость против коррозийного уничтожения;
  • Имеет плотность в 8940 кг/м3;
  • Точка плавления составляет +1083 градуса Цельсия.

Наличие примесей может серьезно ухудшить параметры электрической и тепловой проводимости.

Давайте вкратце обозначим ключевые технологические параметры:

  • Неплохая возможность обработки под давлением, что дает преимущество в производстве разнообразных видов медного проката.
  • Увеличенная пластичность вызывает сложности в обработке резанием.
  • Из-за существенного протекания усадочных процессов, литейное качество является низким.
  • Возможность соединения отдельных медных деталей с помощью сварки или пайки.

Буква М, за которой следуют различные цифры в маркировке, обозначает медь и указывает на ее чистоту. Самый чистый вид меди содержит 99,99 % Cu. После цифровых значений могут находится буквы: к указывает на катодную медь, рт - на раскисленную, а б знаменует бескислородную. Все марки и структура меди подчиняются требованиям ГОСТ 859-2014.

Применение меди с разной степенью очистки преимущественно находит свое применение в электротехнике, конкретно в производстве электропроводки и кабельной продукции.

Бронзы и латуни, представляющие собой главные сплавы меди, активно применяются в разнообразных сферах промышленности.

Типы и особенности латуней

Медные сплавы с содержанием цинка в пропорции 5-45 % относятся к категории латуней. В диапазоне от 5 до 10 % цинка, сплавы сохраняют красный оттенок, что делает их привлекательными для использования в ювелирных целях в качестве имитации золота. Они также известны под именами томпак, симилор, хризохалк, хризорин, ореид. Латуни, содержащие более 20 % цинка, приобретают желтоватый цвет.

Различные латунные сплавы классифицируют в зависимости от количества их компонентов:

  • Состав двухкомпонентных включает медь, цинк и незначительное количество других элементов. Их идентифицируют по букве Л и цифровому коду, отражающему процентное содержание Cu. Благодаря своей хорошей обработке под давлением, эти сплавы обычно применяются для производства различных полуфабрикатов методами прокатки или прессования, включая листовой латунный металлопрокат, трубы, прутки, профили и проволоку. Химический состав этих латуней, предназначенных для обработки под давлением, можно найти в таблицах ГОСТ 15527-2004.
  • Использование различных элементов как дополнений, таких как алюминий, марганец, никель, свинец и олово, характеризует многокомпонентные латуни. Информация о дополнительном компоненте и процентном соотношении содержания меди и легирующих элементов указывается в маркировке после буквы Л. Многокомпонентные латуни зачастую используются для производства отливок и относятся к разряду литейных. Для их маркировки используется ГОСТ 17711-93.

Определение бронзы, ее различные типы и особенности

Сплавы, основанные на меди и в которых цинк не играет ключевой роли, обычно называют бронзами. К ним не относятся также медно-никелевые сплавы, известные как мельхиоры. Их маркировку обозначают буквами "Бр", после которых следует перечисление элементов, входящих в состав, их процентное содержание. Среди легирующих компонентов бронзы можно выделить олово, бериллий, свинец, кремний и алюминий.

В основном, бронза обладает отличными литейными свойствами, что делает ее подходящей для изготовления сложных отливок. Такие сплавы активно используются в производстве деталей, к которым предъявляются строгие требования по устойчивости к коррозии и антифрикционные параметры. К таким деталям относятся зубчатые и червячные передачи, клапанные седла, втулки.

Алюминий является пластичным металлом с серебряно-белым оттенком и не обнаруживается в чистом состоянии в природе. Этот металл добывают с помощью электролиза из бокситов - алюминиевой руды. Алюминий лёгок и неактивен в отношении окружающей атмосферы, с поддержанием качественной электропроводности, находящейся на уровне 60% от сравнимого критерия меди. Поверхность металла имеет оксидный слой, обеспечивающий защиту от коррозийных повреждений для полуфабрикатов и продуктов. Алюминий легко деформируется, хорошо сваривается, но сложно обрабатывается режущим оборудованием из-за его высокой пластичности. Его коэффициент линейного усадки велик, а температура плавления достигает +660°C.

Алюминий первичного типа кодируется символом А и числом, указывающим на уровень его чистоты: специальную, высокую или техническую. Металлический элемент наивысшей чистоты включает в себя 99,9996% Al. Стандарты для такого материала, производимого в виде брусок, слитков, ленты или прутка, определяет ГОСТ 11069-2019. Требования к материалам, используемым для производства полуизделий через горячую или холодную деформацию – таких как листы, панели, полосы, профили – устанавливает ГОСТ 4784-2019.

Применение алюминия наиболее распространено в производстве электропроводки, кабельных изделий и испарителей.

Два основных типа сплавов, деформируемые и упрочняемые, изготавливаются на основе данного металла.

Деформируемые

Сплавы, которые применяются в процессе изготовления алюминиевого металлопроката и прессованных металлических изделий, относятся к деформируемым. Эти материалы подразделяются на две категории: укрепляемые и незакаливаемые. В свою очередь, укрепляемые виды дополнительно классифицируются на:

  • Дюралюминиевые сплавы, в которых, кроме Al, присутствуют медь и магний. Они обычно обозначаются литерой Д, а за ней следует число, указывающее на их состав.
  • Содержащие в своем составе медь, магний и цинк, они относятся к категории высокопрочных. Их идентифицируют при помощи буквы В и определенного числа.

Один из отличительных признаков этих материалов – это удачное сочетание отменных механических свойств и относительно низкого веса. Это делает их идеально подходящими для производства компонентов в авиации и машиностроении. Из высокопрочных типов этих материалов изготавливают предметы сложного контура, лопасти вертолетов, а также детали, предназначенные для выдерживания значительных нагрузок.

Разновидности, которые нельзя укрепить, включают в свой состав марганец или магний, помимо алюминия. Такие материалы обычно производят в форме листового проката. Они выбираются для создания запчастей сложных форм, подверженных прокатке, вытяжке и штамповке при работе при нормальных или повышенных температурах.

Литейные

Согласно ГОСТ 1583-93, определены характеристики различных видов литейных материалов. Среди них выделяются силумины - материалы на базе алюминия и кремния, которые маркируют символами АК и дополнительно номером марки. Велика их популярность, благодаря невысокой плотности и достойному набору литейных и механических свойств. Эти качества делают их незаменимыми в процессе создания бытовых устройств, запчастей для автомобилей и мотоциклов, а также предметов интерьера с функциональной и декоративной ценностью.

Процесс производства цветного металлопроката и отливок с высокими техническими характеристиками основывается на использовании в качестве основного материала технически чистого титана и его сплавов.

  • Уникальные прочностные свойства в паре с относительно небольшой плотностью;
  • Стойкость против разнообразных форм коррозии, химическая неактивность в рамках связи с большинством агрессивных сред.
  • возможность переработки под давлением;
  • Возможно использование титановых элементов и сооружений при условиях повышенного температурного режима.

Главный минус титана и его производных заключается в их высокой цене, что делает их применение в бытовых устройствах ограниченным. Основные сферы, где они используются, включают авиацию, производство машин и кораблей, создание газовых цилиндров для работы под высоким давлением, а также космическую индустрию.