Сплавы цветных металлов их получение

Обновлено: 04.10.2024

Цветные металлы — особый класс нержавеющих металлов и сплавов, в составе которых нет железа. Сюда входят олово, медь, цинк, никель, серебро, золото. Металлы называются цветными, потому что каждый из них имеет определенный окрас. Они отличаются прочностью и долговечностью, поскольку формируют на своей поверхности защитную оксидную пленку и проявляют устойчивость к негативным факторам внешней среды.

В начале XX века насчитывалось около 20 наименований нежелезных металлов, а сегодня их количество уже превышает 70. Добычей, обогащением руд и выплавкой таких материалов занимается цветная металлургия. Способ производства — высокотемпературная плавка. За каждым изделием стоит долгая и кропотливая работа — металлы подвергаются механической обработке и проходят через ковку, сварку, прессование, штамповку, грунтование и прочие процессы.

Свойства

Цветные металлы обладают высокой тепло– и электропроводностью, коррозионной стойкостью, стабильностью в температурном диапазоне и инертностью к воздействию агрессивной среды. В отличие от железа, они не реагируют на влагу и кислород, растворяют газы при нагревании (кроме интертных) и с легкостью взаимодействуют с ними.

Группы

Ученые подразделяют цветные металлы на несколько групп:

Тяжелые. Олово, медь, никель, цинк, свинец и т.п. Добываются из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. Мировое производство металлов данной категории достигает нескольких миллионов тонн в год.
Легкие. Алюминий, титан, магний, натрий, калий, кальций, бериллий, стронций, барий и другие элементы этой группы имеют самую низкую удельную массу среди остальных нежелезных металлов.
Благородные. Золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий и иридий входят в число редких драгоценных металлов и отличаются повышенной стойкостью к окислению и коррозии.
Малые. Представители группы — ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, висмут и т.п. Добываются в небольшом количестве вместе с тяжелыми металлами.
Тугоплавкие. Известны как самые износостойкие металлы. К ним относится цирконий, ванадий, хром, вольфрам, молибден и другие элементы с высокой плотностью и температурой плавления.
Редкоземельные. Представлены 17 металлами серебристо–белого цвета: гольмий, тулий, скандий, самарий, европий, диспрозий, лютеций, прометий и т.д. Обладают одинаковыми химическими свойствами.

Применение

В последние годы спрос на цветные металлы резко увеличился. Они влияют на развитие многих отраслей промышленности и широко применяются в авиа– и машиностроении, радиоэлектронике, ракетной и атомной технике, сфере высоких технологий, а также в быту.

Нежелезные металлы — незаменимое сырье в производстве металлопроката, крупных конструкций и небольших изделий.

Вы можете заказать цветные металлы и сплавы на нашем сайте. На странице каталога представлен широкий ассортимент товаров с подробным описанием и ценами. Стоимость за 1 кг зависит от вида материала и варьируется от 135 до 2200 рублей. Денежные средства принимаем на расчетный счет. Подробнее об условиях покупки цветного металла в Москве и регионах России читайте здесь.

Особенности производства цветных металлов

Производство цветных металлов – это целая отрасль металлургии, позволяющая получать качественные и чистые элементы в соответствии с потребностями промышленности. Поскольку в природе эта группа в чистом виде практически не встречается, то требуется применение химических или физических методов для их получения.

Производство в современных условиях

Цветные металлы образуют большую группу веществ. Сюда входят все металлы, за исключение только железа и его соединений, которое входит в число черных. Несмотря на большое количество элементов, в природе цветные разновидности встречаются намного реже, поэтому производство цветных металлов и сплавов является важной отраслью промышленности.

Разновидности сырья

Самое название «цветной» означает цвет металла. Некоторые виды, например, медь, имеют ярко выраженный цветовой оттенок. Подобные вещества важны из-за своих свойств и качеств, намного отличающихся от обычного железа.

Поэтому производство цветных металлов и сплавов необходимо для получения качественно новых соединений, применяемых во всех отраслях промышленности.

Сплав – это смешанные металлы. При соединении двух или более металлов, находящихся в расплавленном состоянии, образуется новый материал, имеющий практически полный спектр свойств, которым обладают составляющие сплава.

Цветные металлы распределяются на несколько крупных групп:

Тяжелые – в эту группу входят медь, цинк, свинец, олово.
Легкие – эта группа представлена магнием, титаном, бериллием, кальцием, стронцием, алюминием, натрием, калием, цезием.
Благородные – находятся самые дорогие из цветных металлов, которых мало в природе: платина, золото, серебро, осмий, рутений, родий, палладий.
Малые – группа веществ, которых также немного в природе. Сюда относятся кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть.
Тугоплавкие: марганец, вольфрам, хром, ванадий, тантал.
Редкоземельные.
Рассеянные.
Радиоактивные.

Особенности процесса

В промышленности практически не применяются цветные металлы в чистом виде, а больше используются именно сплавы, что позволяет достигать требуемых свойств. При производстве цветных металлов происходит видоизменение их химических, физических и механических свойств, что очень важно для изготовления как бытовых, так и промышленных предметов.

Особенностью цветных металлов является простота обработки. Практически все они подвергаются шлифовке, ковке, штамповке, прессования, резке, сварке или пайке.

При производстве из этих веществ удается получать не только готовые изделия, но также разнообразные полуфабрикаты:

прутки;
проволока;
порошок;
фольга.

Способы производства

Для производства цветных металлов и сплавов применяется разнообразные методы, основанные на химических свойствах основы, из которой будет получен металл или сплав и реагента.

Пирометаллургия – метод получения цветного металла путем проведения избирательной плавки, которая может быть окислительной или восстановительной. Источником тепла и главным реагентом чаще всего выступает присутствующая в руде сера.

Электролиз – метод, основанный на химической реакции электролиза. Применяется катод и анод. На катоде, которым выступает ванна из огнеупорного материала, происходит осаждение ионов металла в результате диссоциации. Реакция, в отличие от традиционной, описанной в учебниках химии, проводится не в водной среде, а в расплаве. Это обуславливается необходимостью избежать осаждения на катоде ионов водорода, что не позволяет выделять чистый металл.

Металлотермия – метод восстановления хлоридов или оксидов металла под воздействием другого вещества. Преимущественно технология применяется при производстве титана. Параллельно добывается магний, поскольку хлорид магния выступает побочным продуктом.

Сплавление – этот способ заключается в прямом смешивании двух металлов. Дополнительно в жидком состоянии поставляется шихта или легирующий материал. Этот способ относится к наиболее производительным, менее затратным и позволяет получать незагрязненные металлы., имеющие заданные физико-химические свойства.

Производство отдельных видов

Производство меди

Получение подобного цветного металла происходит из медных руд. Его содержание в составе этих соединении составляет от 1 до 6%. При составе меди менее 1% ее извлечение при современном уровне развития технологии не представляется рентабельным.

Получение меди осуществляется двумя способами:

гидрометаллургический;
пирометаллургический.

Первый способ является менее распространенным, поскольку при его использовании не удается извлекать из руды иные элементы.

Пирометаллургический метод добычи меди состоит из нескольких последовательных этапов:

Подготовка руды к плавке посредством обогащения и дальнейшего обжига. Это позволяет получить концентрат меди.
Последующий обжиг требуется для сокращения количества серы.
Плавка на штейн. Путем плавки концентратов меди удается получить штейн или сульфиды меди и железа.

А также проводится конвертирование штейна. Этот этап заключается путем продувки воздухом внутри специального медеплавильного конвертера полученного штейна, что позволяет выделить железо в шлак и получить черновую медь.

И в заключение – рафинирование. Черновая медь подвергается действию огневого плавления и электролитического рафинирования, что позволяет в итоге получить продукт, чистота которого составляет 99,97–99,99%.

Производство алюминия

Получение алюминия происходит методом электролиза глинозема. Процесс включает несколько этапов.

Получение чистого глинозема или оксида алюминия. Этот процесс заключается в обработке бокситов (руд, содержащих металл) щелочными растворами. Результатом является выпадение в виде осадка гидроксида алюминия.

Получение криолита – его производство заключается в обработке плавикового шпата для получения плавиковой кислоты и дальнейшего выделения фторалюминиевой кислоты. Посредством соды криолит выделяется в виде осадка.

Электролиз глинозема – результатом этого процесса является получения алюминия-сырца.

Рафинирование – посредством продувки расплавленного сырца хлором добывается чистый алюминий.

Производство магния

Магний добывается посредством реакции электролиза. Сырьем служат расплавленные соли металла (карналлит, магнезит, доломит, бишофит). Основу электролита составляет хлористый магний. Дополнительно применяется хлористый натрий, кальций и калий.

После проведения реакции на аноде оседает черновой металл, имеющий до 5% примесей. Их удаление происходит посредство процесса рафинирования с использованием флюсов. Все неметаллические компоненты преобразуются в шлак, а чистый металл разливается в изложницы.

Производство титана

По своим качествам титан и его сплавы во многом превосходят легированные стали. Процесс производства титана затрудняется его повышенной активностью, особенно при повышении температуры.

Его особенностью является способность вступать в реакцию со множеством металлов, что требует соблюдения определенных условий для получения чистого титана.

Метод, применяемый для получения титана, называется магниетермия. Он состоит из следующих операций.

Выделение титанового концентрата путем обогащения руды, содержащей подобный металл.

Изготовление шлака – на этом этапе происходит отделение оксидов железа от оксидов титана.

Получение четыреххлористого титана – чтобы получить металлический титан, требуется применение хлорида титана, получаемый при хлорировании шлака.

Восстановление посредством магния – процесс восстановления протекает при очень высоких температурах – близких к 1 тыс. градусов. Реактор, где расплавляется магний, подается парообразный титан. При металлизации он оседает на стенках, а расплавленный магний удаляется через летку.

Сепарация массы в вакууме – полученный в результате предыдущего шага титан в виде губчатой массы требуется нагреть с использованием вакуума, что позволит выделить чистый металл.

Особенности сырья

Все цветные металлы обладают рядом особенностей, что должно учитываться при обработке или их использовании.

Ряд элементов имеют повышенную теплопроводность и удельную теплоемкость:

При сварке место соединения быстро охлаждается, что потребует использования мощных источников, особенно тепла при сварочных работах.

Некоторые элементы при резком нагреве изменяют свои механические свойства. Наблюдается их снижение. При этом сам металл становится легко разрушаемым от ударов или иного механического воздействия.

Все цветные металлы легко вступают во взаимодействие с газами, кроме инертных. Эта особенность характерна для тугоплавких цветных металлов.

Видео по теме: Производство цветных металлов и сплавов

Цветные металлы и сплавы. Марки, свойства и применение

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных машинах современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и дру гие метадгы и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники.

1. Медь и ее сплавы

В настоящее время медь широко используется в электромашиностроении, при строительстве линий электропередач, для изготовления оборудования телеграфной и телефонной связи, ради- и телевизионной аппаратуры. Из меди изготовляют провода, кабели, шины и другие токопроводящие изделия. Большое количество меди идет на производство бронзы, латуни и других медных, а также алюминиевых и железных сплавов.

ГОСТ 859-2001 предусматривает следующие марки меди:

катодная — МВ4к, МООк, МОку, МОк, М1к;
бескислородная — М006, М06, М1б;
катодная переплавленная — Mly, Ml;
раскисленная — М1р, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 (для раскисления используется фосфористая медь).

Обладая замечательными свойствами, медь в то же время как конструкционный материал не удовлетворяет требованиям машиностроения, поэтому ее легируют, т.е. вводят в ее состав такие металлы, как цинк, олово, алюминий, никель и др., за счет чего улучшаются ее механические и технологические свойства.

По химическому составу медные сплавы подразделяют на латуни, бронзы и медноникелевые, по технологическому назначению — на деформируемые, используемые для производства полуфабрикатов (проволоки, листа, полос, профиля), и литейные, применяемые для литья деталей.

2. Латунь

Латунь — сплав меди с цинком и другими компонентами. Латуни, содержащие кроме цинка другие легирующие элементы, называются сложными, или специальными, и именуются по вводимым, кроме цинка, легирующим компонентам. Например: железомарганцовая (ЛЖМц59-1-1), алюминиевоникелькремнистомарганцовая (ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5) и др.

В обозначении марок латуней принята буквенно-цифровая система. Первая буква означает «латунь», остальные буквы соответствуют условным обозначениям химических элементов, входящих в латунь; первая цифра указывает на содержание меди, остальные цифры — на содержание других легирующих элементов. Содержание цинка в обозначении марки не указывается. Для того чтобы определить содержание цинка в латуни, необходимо от 100% вычесть процентное содержание меди и других химических элементов, входящих в данную латунь. Например: томпак Л90 — это латунь, содержащая 90% меди, остальное — цинк; латунь алюминиевая ЛА77-2 — 77% меди, 2% алюминия, остальное — цинк; латунь алюминиевоникель- кремнистомарганцовая ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 -75% меди, 2% алюминия, 2,5% никеля, 0,5% кремния, 0,5% марганца, остальное — цинк.

По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и упругостью. Детали получают литьем, давлением и резанием. Латуни, обрабатываемые давлением, нормируются ГОСТ 15527-2004. Из них изготовляют полуфабрикаты (листы, ленты, полосы, трубы конденсаторов и теплообменников, проволоку, прутки, фольгу, поковки, штамповки), медали и значки, художественные изделия, музыкальные инструменты, сильфоны, гибкие шланги, застежки- молнии, подшипники скольжения и разную фурнитуру. В табл. 27 приводятся марки этих латуней, их основные свойства и области применения.

Таблица 27. Латуний, их основные свойства и применение

Литейные латуни поставляются в виде чушек ( ГОСТ 1020-97) и служат сырьем для получения латуней определенных марок для фасонных отливок (ГОСТ 17711-93) — это различная арматура, работающая при температурах до 250°С и подвергающаяся гидровоздушным испытаниям; детали, работающие в морской воде (при условии их протекторной защиты); подшипники и втулки неответственного назначения, гайки нажимных винтов, детали без притираемых поверхностей, сепараторы подшипников, шестерни, детали, подвергающиеся лужению или заливке баббитом; детали судо- и автомобилестроения и др. (табл. 28).

Таблица 28. Марки литейных латуней

ГОСТ 17711-80 кроме химического состава нормирует механические свойства медноцинковых сплавов: предел прочности σ_в — от 146 до 705 МПа (от 15 до 72 кгс/мм 2 ), относительное удлинение δ — от 6 до 20%, твердость — от 587 до 1600 МПа (от 60 до 165 кгс/мм 2 ).

Цветные металлы и их сплавы

Цветная металлургия занимается добычей руд цветных металлов, а также обогащением и выплавкой чистых металлов и их сплавов. Цветные металлы имеют множество ценных свойств: малую плотность (магний, алюминий), высокую теплопроводность (медь), устойчивость к коррозии (титан) и др. Условно они делятся на тяжелые, легкие, благородные и редкие.

Группы металлов

К тяжелым металлам относятся вещества, которые отличаются высокой плотностью. Это кобальт, хром, медь, свинец и др. Некоторые из них (свинец, цинк, медь) применяют в чистом меде, но обычно используют в качестве легирующих элементов.

Плотность легких металлов — менее 5 г/см3. В этой группе относятся алюминий, натрий, калий, литий и др. Их используют как раскислители при изготовлении чистых металлов и сплавов, а также применяют в пиротехнике, медицине, фототехнике и других областях.

Благородные металлы отличаются высокой устойчивостью к коррозии. В данную группу входят платина, золото, серебро, осмий, палладий, родий, иридий и рутений. Они применяются в медицине, электротехнике, приборостроении, ювелирном деле.

Редкие металлы объединены в отдельную группу, так как имеют особые свойства, не характерные для других металлов. Это уран, вольфрам, селен, молибден и др.

Также выделяется группа широко применяемых металлов. В нее входят титан, алюминий, медь, олово, магний и свинец.

Сплавы на основе цветных металлов бывают литейные и деформируемые. Они различаются технологией создания заготовок: из литейных производят детали с помощью литья в металлические или песчаные формы, а из деформируемых делают листы, фасонные профили, проволоку и другие элементы. В этом случае используются методы прессования, ковки и штамповки. Литейные сплавы относятся к металлургии тяжелых металлов, деформируемые — к металлургии легких металлов.

Алюминий и его сплавы

Алюминий — цветной металл, который имеет серебристо-белый оттенок и плавится при температуре 650°С. В периодической системе ему соответствует символ Al. Этот элемент занимает третье место по распространенности среди всех пород в земной коре (на первом месте — кислород, на втором — кремний). В атмосферных условиях на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, препятствующая появлению коррозии.

Важные свойства алюминия:

Низкая плотность — всего 2,7г/см3 (например, у меди — 8,94г/см3).
Высокая электрическая проводимость (37*106 См/м) и теплопроводность (203,5 Вт/(м·К)).
Низкая прочность в чистом виде — 50 МПа.
Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.

Металл легко обрабатывается давлением. Находит широкое применение в электропромышленности: из алюминия изготавливают проводники электрического тока. При производстве стали его используют для раскисления. Из алюминия также делают посуду, однако она не подходит для приготовления солений и хранения кисломолочных продуктов — элемент неустойчив в щелочной и кислой среде. Некоторые стальные детали покрывают алюминием (процесс алитирования), чтобы повысить их жаростойкость. Из-за невысокой прочности алюминий практически не применяется в чистом виде.

При маркировке алюминия используется буква А в сочетании с числом, которое указывает на содержание металла. Например, марка A99 содержит 99,95% алюминия, а марка А99 — 99,99%. Существует также марка особой чистоты — А999, в которой 99,999% алюминия.

Деформируемые сплавы алюминия

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы алюминия — это дуралюмины (система А-Сu-Mg) и высокопрочные сплавы (Аl-Сu-Mg-Zn). Высокие механические свойства и небольшой удельный вес позволяют широко применять эти сплавы в области машиностроения, особенно — в изготовлении деталей для самолетов.

Основными легирующими элементами для дуралюминов служат магний и медь. Эти сплавы маркируются буквой Д с числом. Из Д1 делают лопасти винтов, Д16 используется для лонжеронов, шпангоутов, обшивки самолетов, а Д 17 — для крепежных заклепок.

Высокопрочные сплавы, помимо алюминия, меди и магния, содержат цинк. Обозначаются буквой В и числом, применяются для изготовления деталей сложной конфигурации, лопастей вертолетов, высоконагруженных конструкций.

Неупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы — это сплавы алюминия с марганцем (маркировка — АМц1) и с магнием (AМг2 и АМг3). Они хорошо обрабатываются сваркой, вытяжкой, прокаткой, горячей и холодной штамповкой. Отличаются высокой пластичностью, но при этом не очень прочные. Они выпускаются преимущественно в виде листов, которые применяются для изготовления изделий сложной формы (заклепки, рамы и др.).

Литейные сплавы на основе алюминия

Наиболее широкое применение получили литейные сплавы алюминия и кремния, которые называются силуминами. Они содержат более 4,5% кремния и обозначаются буквами АК с номером марки. Силумины сочетают малый удельный вес с высокими механическими и литейными свойствами. Они применяются для сложного литья авто-, мото- и авиадеталей, а также для производства некоторых видов бытовой техники — мясорубок, теплообменников, санитарно-технических арматур и др.

Сплавы на основе меди

Медь — цветной металл, который на поверхности имеет красный оттенок, а в изломе — розовый. В периодической системе Д.И. Менделеева обозначается символом Cu. В чистом виде металл имеет высокую степень пластичности, электро- и теплопроводности, а также характеризуется устойчивостью к коррозии. Это позволяет использовать медь и ее сплавы для кровель ответственных зданий.

Важные свойства металла:

Температура плавления — 1083°С.
Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
Плотность — 8,94 г/см3.

Благодаря пластичности медь легко поддается обработке давлением, но плохо режется. Из-за большой усадки металл обладает низкими литейными свойствами. Любые примеси, за исключением серебра, оказывают большое влияние на вещество и снижают его электрическую проводимость.

При маркировке меди используется буква М с числом, которое обозначает марку. Чем меньше номер марки, тем больше в ней чистого вещества. Например, М00 содержит 99,99 % меди, а М4 — 99 %.

Наиболее широкое применение в технике находят две группы медных сплавов — бронзы и латуни.

Бронзы

Бронзы — сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является любой металл, кроме цинка. Наиболее часто применяются сплавы меди со свинцом, оловом, алюминием, кремнием и сурьмой.

Все бронзы по химическому составу делятся на оловянные и специальные, или безоловянные, то есть не содержащие в своем составе олова.

Оловянные бронзы отличаются наиболее высокими литейными, механическими и антифрикционными свойствами, а также имеют повышенную устойчивость к коррозии. Из-за высокой стоимости олова эти сплавы применяют ограниченно.

Специальные бронзы часто используют в качестве заменителей оловянных, и некоторые имеют лучшие технологические свойства. Выделяются следующие виды специальных бронз:

Алюминиевые. Они содержат от 5% до 11% алюминия, а также марганец, никель, железо и другие металлы. Эти сплавы обладают более высокими механическими свойствами, чем оловянные бронзы, однако их литейные свойства ниже. Алюминиевые бронзы служат для изготовления мелких ответственных деталей.
Свинцовистые. В их состав входит около 30% свинца. Эти сплавы имеют высокие антифрикционные свойства, поэтому широко применяются в производстве подшипников.
Кремнистые. Эти бронзы содержат примерно 4% кремния, легируются никелем и марганцем. По своим механическим свойствам почти соответствуют сталям. Применяются, в основном, для изготовления пружинистых элементов в судостроении и авиации.
Бериллиевые. Содержат до 2,3% бериллия, характеризуются высокой упругостью, твердостью и износостойкостью. Эти бронзы используются для пружин, которые работают в условиях агрессивной среды.

Все бронзы имеют хорошие антифрикционные показатели, коррозионную стойкость, высокие литейные свойства, которые позволяют использовать сплавы для изготовления памятников, отливки колоколов и др.

Латуни

Магний — цветной металл, который имеет серебристый оттенок и обозначается символом Mg в периодической системе.

Важные свойства магния:

Температура плавления — 650°С.
Плотность — 1,74 г/см3.
Твердость — 30-40 НВ.
Относительное удлинение — 6-17%.
Временное сопротивление — 100-190 МПа.

Металл обладает высокой химической активностью, в атмосферных условиях неустойчив к образованию коррозии. Он хорошо режется, воспринимает ударные нагрузки и гасит вибрации. Так как магний имеет низкие механические свойства, он практически не применяется в конструкционных целях, зато используется в пиротехнике, химической промышленности и металлургии. Он часто выступает в качестве восстановителя, легирующего элемента и раскислителя при изготовлении сплавов.

При маркировке используются буквы Мг с цифрами, которые обозначают процентное содержание магния. Например, в марке Мг96 содержится 99,96% магния, а в Мг90 — 99,9 %.

Сплавы на основе магния характеризуются высокой удельной прочность (предел прочности — до 400 МПа). Они хорошо режутся, шлифуются, полируются, куются, прессуются, прокатываются. Из недостатков магниевых сплавов — низкая устойчивость к коррозии, плохие литейные свойства, склонность воспламеняться при изготовлении.

Деформируемые сплавы магния

Наиболее распространены три группы сплавов на основе магния.

Сплавы магния, легированные марганцем

Содержат до 2,5% марганца, не упрочняются термической обработкой. У них хорошая коррозионная стойкость. Так как эти сплавы легко свариваются, они применяются для сварных деталей несложной конфигурации, а также для деталей арматуры, масляных и бензиновых систем, которые не испытывают больших нагрузок. Среди данной группы — сплавы МА1 и МА8.

Сплавы системы Mg-Al-Zn-Mn

В состав этих сплавов, помимо магния и марганца, входят алюминий и цинк. Они заметно повышают прочность и пластичность, благодаря чему сплавы подходят для изготовления штампованных и кованых деталей сложных форм. К этой группе относятся марки МА2-1 и МА5.

Сплавы системы Mg-Zn

Сплавы на основе магния и цинка дополнительно легируются кадмием, цирконием и редкоземельными металлами. Это высокопрочные магниевые сплавы, которые применяются для деталей, испытывающих высокие нагрузки (в самолетах, автомобилях, станках и др.). К данной группе относятся сплавы марок МА14, МА15, МА19.

Литейные сплавы магния

Самая распространенная группа литейных магниевых сплавов относится к системе Mg-Al-Zn. Эти сплавы практически не поглощают тепловые нейтроны, поэтому широко применяются в атомной технике. Из них также делают детали самолетов, ракет, автомобилей (двери кабин, корпуса приборов, топливные баки и др.). Сплавы магния, цинка и алюминия используют в приборостроении и в изготовлении кожухов для электронной аппаратуры. К данной группе относятся марки МЛ5 и МЛ6.

Высокопрочные литейные магниевые сплавы отличаются лучшими механическими и технологическими свойствами. Они применяются в авиации для изготовления нагруженных деталей. К данной группе относятся сплавы МЛ12 (магний, цинк и цирконий), МЛ8 (магний, цинк, цирконий и кадмий), МЛ9 (магний, цирконий, неодим), МЛ10 (магний, цинк, цирконий, неодим).

Цинк и его сплавы

Цинк — цветной металл серо-голубоватого оттенка. В системе Д. И. Менделеева обозначается символом Zn. Он обладает высокой вязкостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Важные свойства металла:

Небольшая температура плавления — 419 °С.
Высокая плотность — 7,1 г/см3.
Низкая прочность — 150 МПа.

В чистом виде цинк используется для оцинкования стали с целью защиты от коррозии. Применяется в полиграфии, типографии и гальванике. Его часто добавляют в сплавы, преимущественно в медные.

Существуют следующие марки цинка: ЦВ00, ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2 и Ц3. ЦВ00 — самая чистая марка с содержанием цинка в 99,997%. Самый низкий процент чистого вещества в марке Ц3 — 97,5%.

Деформируемые цинковые сплавы

Деформируемые сплавы цинка используются для производства деталей методами вытяжки, прессования и прокатки. Они обрабатываются в горячем состоянии при температуре от 200 до 300 ?С. В качестве легирующих элементов выступают медь (до 5%), алюминий (до 15%) и магний (до 0,05%).

Деформируемые цинковые сплавы характеризуются высокими механическими свойствами, благодаря которым часто используются в качестве заменителей латуней. Они обладают высокой прочностью при хорошей пластичности. Сплавы цинка, алюминия и меди наиболее распространены, так как они имеют самые высокие механические свойства.

Литейные цинковые сплавы

В литейных цинковых сплавах легирующими элементами также выступают медь, алюминий и магний. Сплавы делятся на 4 группы:

Для литья под давлением.
Антифрикционные.
Для центробежного литья.
Для литья в кокиль.

Слитки легко полируются и принимают гальванические покрытия. Литейные цинковые сплавы имеют высокую текучесть в жидком состоянии и образуют плотные отливки в застывшем виде.

Литейные сплавы получили широкое применение в автомобильной промышленности: из них делают корпуса насосов, карбюраторов, спидометров, радиаторных решеток. Сплавы также используются для производства некоторых видов бытовой техники, арматуры, деталей приборов.

В России цветная металлургия — одна из самых конкурентоспособных отраслей промышленности. Многие отечественные компании являются мировыми лидерами в никелевой, титановой, алюминиевой подотраслях. Эти достижения стали возможными благодаря крупным инвестициям в цветную металлургию и применению инновационных технологий.

Виды сплавов цветных металлов

Цветные металлы и сплавы постепенно появлялись и открывались. Например, каменный век сменился медным. Медь использовали в быту и на войне. Затем была бронза, которую получали из меди и свинца, а затем появилось железо.

Кузнецы постоянно искали новые материалы и экспериментировали, чтобы получить более крепкую броню и оружие.

Цветной металл – это все вещества и сплавы, в которых нет примесей железа. Это медь, алюминий, никель, цинк и ряд драгоценных металлов.

Сегодня затронем производство цветных сплавов, назначение, применение, разновидности.

Виды цветных металлов и сплавов

Никель и его сплавы
Алюминий и его сплавы
Титан и его сплавы
Цирконий и его сплавы
Медь и ее сплавы
Кобальт и его сплавы

Достоинства цветных металлов

Главное преимущество цветных металлов – это простота и низкая ударная вязкость, если сравнивать с черными металлами. Изделия из меди или алюминия на порядок лучше переносят коррозию. Благодаря немагнитным свойствам, детали и составные части из цветных металлов идеально используются в электроустановках. Также они используются в средах с повышенной вероятностью воспламенения и взрыва, так как не образуют искру.

К примеру, алюминий легко ковать и обрабатывать, сваривать. Есть самолеты, созданные из литого алюминия. Помимо использования в экранах, рамах, поршнях и радиаторах, ему нашлось место в автомобилях, мотоциклах и лодках.

Цинк используется в качестве защитного слоя для черных металлов, чтобы повысить их устойчивость к коррозии. Процесс называется цинкование.

Высокая электропроводимость по достоинству оценили в производстве проводников, полупроводников и проволоки.

Другие преимущества цветных металлов:

Отличная проводимость электричества и тепла.
Способность цветных металлов нейтрализовать газы при контакте с рабочей средой.
Высокая пластичность и гибкость.
Продолжительная эксплуатация.

Единственный недостаток или особенность сплавов и материалов – это повышенные требования к уходу, необходимая изоляция от внешних факторов окружающей среды.

Способы получения сплавов цветных металлов

Чтобы различать виды цветных металлов, разработана маркировка, по которой определяются основные свойства сплава (температура расплава, прочность и другие).

Маркировка выглядит так:

Медь и продукты из нее – основной материал обозначается буквой «М», и она дополняется другими. Например, К – катодная, Б – бескислородная, Р – раскисленная.
Латунь – это сплав, маркирующийся буквой «Л», за которой идет несколько цифр, указывающие содержание меди и прочих легирующих примесей.
Бронза – это сокращенно «Бр». Если далее указана буква «Л», то она литейная.
Алюминий обозначается буквой «А», далее указывается содержание примесей. Если есть «Л», это говорит о литейных свойствах материала, «В» указывает на высокую прочность.

Получение сплавов цветных металлов возможно по нескольким технологиям:

Пирометаллургия – техпроцесс, в рамках которого сырье очищается и образуется сплав при высоком температурном режиме. По этой технологии создается примерно 60% цинка, 100% свинца и 95% меди.
Гидрометаллургия – это получение сырья или сплавов из руды с добавлением химических растворов. Основная задача состоит в поэтапном выделением веществ из рабочей среды.
Электрометаллургия – это техпроцесс, в котором задействуется электрический ток для получения металла и соединений. Чаще всего так образуется алюминий.

Назначение цветных сплавов:

Детали и составные части электроустановок, инструментов.
Трубопроводы и теплообменники.
Ювелирные изделия.
Провода, проводники и полупроводники, взаимодействующие с токами разной силы.
Прутья, арматура, крепежные изделия и листы.

Есть несколько видов цветных сплавов. Начнем с меди. Залежей в чистом виде в мире мало.

У материала высокие тепло- и электропроводность, а также пластичность и отличная защита от окисления.

Технологические характеристики меди следующие:

Разнообразие видов медного проката за счет отличной обрабатываемости прессами и давлением.
Повышенная пластичность мешает обработке резанием.
Низкие литейные качества объясняются существенными усадочными процессами.
Составные части из меди можно надежно соединить сваркой или пайкой.

Рассмотрим несколько сплавов на базе меди.

Латунь – это сплав меди и цинка, которого в материале 45%. Чем в составе меньше цинка, тем более выраженный красноватый цвет. Соединение часто используют в ювелирном деле для имитации золота. Иначе оно называется хризорином, симилором или хризохалком.

Сплав на латуни по качеству и объему компонентов бывает:

Двухкомпонентным – сплав на основе только меди и цинка. Продукт маркируется буквой Л с цифровой группой, указывающей на содержание. Сплав легко обрабатывается прокатом и прессованием. Состав и качество латуни регулирует ГОСТ 15527-2004.
Многокомпонентным – в качестве примесей используется марганец, никель, олово и свинец. Продукт используется в отливках. Технические характеристики регламентированы ГОСТ 17711-93.

Бронза – это сплав, в котором роль и содержание цинка не такое значительное, как у латуни. Дополнительно используются кремний, алюминий, свинец, олово или бериллий.

Большинство сплавов имеют отличные литейные свойства. На заводах из бронзы создают зубчатые и червячные колеса, седла клапанов за счет повышенной устойчивости к окислению.

Алюминиевые сплавы

Алюминий – это очень податливый металл бело-серебристого оттенка. Он добывается из пород, а в чистом виде не представлен. Сырье получают за счет электролиза бокситов. На поверхности металла автоматически образуется и поддерживается оксидная пленка, препятствующая окислению.

Алюминий пластичный и легко деформируется, сваривается, но плохо поддается режущим инструментам.

Изначальный алюминий обозначается буквой «А». Требования к качеству металла прописаны в ГОСТ 11069-2019.

На базе металла создаются упрочняемые сплавы, в состав которых добавляют, помимо основы в виде AL, медь и магний (дюралюмины) и цинк (высокопрочные). Особенность этого материала – отличные механические свойства при низком удельном весе. Сплав используется в машино- и авиастроении.

Неупрочняемые разновидности также содержат марганец, либо магний. В виде листового проката материал используется в деталях со сложной геометрией.

Отдельная группа сплавов – это литейные на основе алюминия и кремния (силумины). Материал легко встретить в бытовых приборах, мотодеталях и автомобилестроении

Цинковые сплавы

Цинк – это металл с серым оттенковм у которого повышенные параметры пластичности и вязкости, а также устойчивость к влаге.

Деформирующие цинковые сплавы создаются с примесями алюминия, магния и меди по методам прокатки, опрессования или вытяжки. Готовый сплав особо пластичен и прочен.

Литейные цинковые сплавы состоят из основного компонента и примесей меди, магния и алюминия. Готовый продукт с отличной текучестью используется в измерительных приборах.

Сплавы на основе магния

Магний – это металл с серебристым оттенком, который переплавляется при низком температурном режиме, устойчив к окислению в окружающей среде. Низкие механические параметры не дают использовать магний в конструктивных целях.

Деформируемые сплавы на основе магния:

Смесь с марганцем, которого в составе не более 2.5%.
Смесь марганца, магния, алюминия и цинка.
Сплав на основе циркония, кадмия, цинка и магния.

При добавлении в состав примесей значительно увеличиваются механические параметры сплава. Это позволяет использовать его при создании составных частей автомобилей, кораблей, ракет и летательных аппаратов.

Титановые сплавы

Очищенный от примесей титан и сплавы имеют следующие свойства:

Невысокая удельная масса при больших показателях прочности.
Устойчивость к окислению и агрессивным рабочим средам.
Можно обрабатывать давлением.
Титановые детали эксплуатируются при значительно повышенных температурах.

Главный недостаток титана – это высокая стоимость. Но в авиатехнике, машиностроении и других секторах промышленности сплав активно используется.

Человечество создало и открыло массу сплавов, которые решают отдельные технические или технологические задачи. Каждый материал имеет преимущества и недостатки, область применения, маркируется и поставляется соответствующим образом.

Читайте также: