Леене на цветни метали

Черните метали се използват широко в машиностроителната индустрия поради тяхното превъзходство, набор от механични свойства и по-ниски разходи. Въпреки това, цветните метали се използват и в различни приложения поради техните специфични свойства в сравнение с черните сплави, въпреки общата им висока цена. Желаните механични свойства могат да бъдат получени в тези сплави чрез работно втвърдяване, втвърдяване при стареене и т.н., но не чрез нормални процеси на термична обработка, използвани за железни сплави. Някои от основните интересни цветни материали са алуминий, мед, цинк и магнезий

1. Алуминий

От всички сплави на цветни метали алуминият и неговите сплави са най-важни поради техните отлични свойства. Някои от свойствата на чистия алуминий, за които се използва в инженерната индустрия, са:

• 1) Отлична топлопроводимост (0,53 cal/cm/C)
• 2) Отлична електрическа проводимост (376 600/ohm/cm)
• 3) Ниска плътност (2,7 g/cm)
• 4) Ниска точка на топене (658C)
• 5) Отлична устойчивост на корозия
• 6) Нетоксичен е.
• 7) Има една от най-високите коефициенти на отразяване (85 до 95%) и много ниска излъчвателна способност (4 до 5%)
• 8) Той е много мек и пластичен, в резултат на което има много добри производствени свойства.

Някои от приложенията, при които обикновено се използва чист алуминий, са в електрически проводници, материали за ребра на радиатори, климатични инсталации, оптични и светлинни рефлектори и фолио и опаковъчни материали.

Въпреки горните полезни приложения, чистият алуминий не се използва широко поради следните проблеми:

• 1) Има ниска якост на опън (65 MPa) и твърдост (20 BHN)
• 2. Много трудно се заварява или запоява.

Механичните свойства на алуминия могат да бъдат значително подобрени чрез легиране. Основните използвани легиращи елементи са мед, манган, силиций, никел и цинк.

Алуминият и медта образуват химичното съединение CuAl2. Над температура от 548 C се разтваря напълно в течен алуминий. Когато това се закали и изкуствено състари (продължително задържане при 100 - 150C), се получава закалена сплав. CuAl2, който не е остарял, няма време да се утаи от твърдия разтвор на алуминий и мед и по този начин е в нестабилно положение (свръх наситен при стайна температура). Процесът на стареене утаява много фини частици CuAl2, което води до укрепване на сплавта. Този процес се нарича втвърдяване на разтвора.

Другите използвани легиращи елементи са до 7% магнезий, до 1,5% манган, до 13% силиций, до 2% никел, до 5% цинк и до 1,5% желязо. Освен тях могат да се добавят титан, хром и колумбий в малки проценти. Съставът на някои типични алуминиеви сплави, използвани при постоянно формоване и леене под налягане, е даден в таблица 2. 10 с техните приложения. Механичните свойства, които се очакват от тези материали, след като са отлети с помощта на постоянни форми или леене под налягане, са показани в таблица 2.1

2. Мед

Подобно на алуминия, чистата мед също намира широко приложение поради следните си свойства

• 1) Електрическата проводимост на чистата мед е висока (5,8 x 105 /ohm/cm) в нейната най-чиста форма. Всеки малък примес намалява драстично проводимостта. Например 0,1% фосфор намалява проводимостта с 40%.
• 2) Има много висока топлопроводимост (0,92 cal/cm/C)
• 3) Това е тежък метал (специфично тегло 8,93)
• 4) Може лесно да се съедини чрез спояване
• 5) Устойчив е на корозия,
• 6) Има приятен цвят.

Чистата мед се използва в производството на електрически проводници, шини, предавателни кабели, тръби и тръбопроводи за хладилници.

Механичните свойства на медта в нейното най-чисто състояние не са много добри. Той е мек и сравнително слаб. Може да се легира изгодно за подобряване на механичните свойства. Основните използвани легиращи елементи са цинк, калай, олово и фосфор.

Сплавите на медта и цинка се наричат ​​месинг. Със съдържание на цинк до 39% медта образува еднофазна (α-фазова) структура. Такива сплави имат висока пластичност. Цветът на сплавта остава червен до съдържание на цинк от 20%, но след това става жълт. Вторият структурен компонент, наречен β-фаза, се появява между 39 до 46% от цинка. Всъщност интерметалното съединение CuZn е отговорно за повишената твърдост. Силата на месинга се увеличава допълнително, когато се добавят малки количества манган и никел.

Сплавите на мед с калай се наричат ​​бронз. Твърдостта и здравината на бронза се увеличават с увеличаване на съдържанието на калай. Пластичността също се намалява с увеличаване на процента на калай над 5. Когато се добави и алуминий (4 до 11%), получената сплав се нарича алуминиев бронз, който има значително по-висока устойчивост на корозия. Бронзът е сравнително скъп в сравнение с месинга поради наличието на калай, който е скъп метал.

3. Други цветни метали

Цинк

Цинкът се използва главно в инженерството поради ниската си температура на топене (419,4 C) и по-високата устойчивост на корозия, която се увеличава с чистотата на цинка. Устойчивостта на корозия се дължи на образуването на защитно оксидно покритие върху повърхността. Основните приложения на цинка са при поцинковане за защита на стоманата от корозия, в печатарската промишленост и за леене под налягане.

Недостатъците на цинка са силната анизотропия, проявяваща се при деформирани условия, липса на стабилност на размерите при условия на стареене, намаляване на якостта на удар при по-ниски температури и податливост към междукристална корозия. Не може да се използва за работа при температура над 95.C, тъй като това ще доведе до значително намаляване на якостта на опън и твърдостта.

Широкото му използване при отливки под налягане е, защото изисква по-ниско налягане, което води до по-дълъг живот на матрицата в сравнение с други сплави за отливане под налягане. Освен това има много добра обработваемост. Финишът, получен чрез леене под налягане на цинк, често е достатъчен, за да гарантира всякаква по-нататъшна обработка, с изключение на отстраняването на светкавицата, присъстваща в равнината на разделяне.

Магнезий

Поради лекото им тегло и добрата механична якост, магнезиевите сплави се използват при много високи скорости. За същата твърдост магнезиевите сплави изискват само 37,2% от теглото на стоманата C25, като по този начин спестяват тегло. Двата основни използвани легиращи елемента са алуминий и цинк. Магнезиевите сплави могат да бъдат отлети с пясък, постоянна отливка или отлята под налягане. Свойствата на компонентите от пясъчна отлята магнезиева сплав са сравними с тези на компонентите от постоянна отливка или отляти под налягане. Сплавите за леене под налягане обикновено имат високо съдържание на мед, което позволява да бъдат направени от вторични метали, за да се намалят разходите. Те се използват за производство на автомобилни колела, картери и др. Колкото по-високо е съдържанието, толкова по-висока е механичната якост на магнезиево-кованите сплави като валцувани и ковани компоненти. Магнезиевите сплави могат лесно да се заваряват чрез повечето от традиционните процеси на заваряване. Много полезно свойство на магнезиевите сплави е тяхната висока обработваемост. Те изискват само около 15% мощност за обработка в сравнение с нисковъглеродната стомана.