Цветные металлы и их сплавы

Министерство образования российской федерации
Новосибирский технологический институт
Московского государственного университета дизайна итехнологии
(филиал)
Факультет заочного обучения и экстерната
Кафедра: «Машины и аппараты легкой промышленности»
РЕФЕРАТ
Дисциплина: Технология конструкционных материалов
Тема: Цветные металлы и их сплавы
Обозначение: ЗО8073
Новосибирск – 2010

 
Содержание
Введение
1. Медь и еесплавы
1.1 Сплавы меди
1.1.1 Латуни
1.1.2 Бронзы
2. Алюминий иего сплавы
2.1 Деформируемые алюминиевые сплавы
2.2 Литейные алюминиевые сплавы
3. Цинк и егосплавы
4. Магний и егосплавы
4.1 Сплавы на основе магния
Заключение
Списокиспользованных источников
Введение
 
Цветная металлургия – отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащениеруд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствами назначению цветные металлы условно можно разделить на благородные, тяжелые, легкие и редкие.
К благородным металламотносят металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий,серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Их используют в виде сплавов вэлектротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и т.д.
К тяжелым относят металлыс большой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т.д. Тяжелые металлыприменяют главным образом как легирующие элементы, а такие металлы, как медь,свинец, цинк, отчасти кобальт, используются и в чистом виде.
К легким металлам относятсяметаллы с плотностью менее 5 грамм на кубический сантиметр: литий, калий,натрий, алюминий и т.д. Их применяют в качестве раскислителей металлов исплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т.д.
К редким металлам относятметаллы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д.
К группе широко применяемыхцветных металлов относятся алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.
Цветные металлы обладаютцелым рядом весьма ценных свойств. Например, высокой теплопроводностью(алюминий, медь), очень малой плотностью (алюминий, магний), высокойкоррозионной стойкостью (титан, алюминий).
По технологии изготовлениязаготовок и изделий цветные сплавы делятся на деформируемые и литые (иногдаспеченые).
На основании этого деленияразличают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.
1. М/>едь и ее сплавы
 
Медь – металл красного, в изломе розового цвета. Медьотносится к металлам, известным с глубокой древности.
Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозийнойстойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17%железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Позволяет использовать ее в качестве кровельногоматериала ответственных зданий.
Температура плавления меди1083°С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8,94 г/см3. Благодарявысокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можносделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохорезанием.
Литейные свойства низкие из-за большой усадки.
На свойства меди большое влияниеоказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность.
Стоимость чистой медипостоянно повышается, а мировые запасы медной руды, по различным оценкам,истощатся в ближайшие 10-30 лет.
Медь маркируют буквой М,после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей.Наивысшая марка М00 – 99,99% меди, М4 – 99% меди.
В таблице 1 содержитсяинформация по маркам меди в зависимости от чистоты согласно ГОСТ 859-78.
Таблица 1
Марка меди в зависимости отчистотыМарка МВЧк M00 М0 Ml М2 МЗ Содержание 99,993 99,99 99,95 99,9 99,7 99,5
После обозначения маркиуказывают способ изготовления меди: к –катодная, б – бескислородная, р –раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.
М00к – технически чистаякатодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.
МЗ – технически чистая медьогневого рафинирования, содержит не менее 99,5% меди.1.1 Сплавы меди
В технике применяют 2 большиегруппы медных сплавов: латуни и бронзы.1.1.1Латуни
Латуни – сплавы меди с цинком (до 50% Zn) инебольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы, предназначенные для изготовлениядеталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные дляизготовления деталей пластическим деформированием – сплавами, обрабатываемымидавлением.
Латуни дешевле меди ипревосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладаютхорошими литейными свойствами.
Латуни, применяются восновном для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой,т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуниизготавливаются гильзы различных боеприпасов.
В зависимости от числакомпонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные)латуни.
Простые латуни содержаттолько Cu и Zn.
Специальные латуни содержатот 1 до 8% различных легирующих элементов (Л.Э.), повышающих механическиесвойства и коррозионную стойкость.
Al, Mn, Ni повышаютмеханические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшаетобрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью исвариваемостью.1.1.2Бронзы
Бронзы – это сплавы меди с оловом (4-33% Sn),свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием(4-5% Si), сурьмой, фосфором и другими элементами.
Бронзы – это всякий медныйсплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основнымлегирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионнаястойкость и антифрикционность (от анти- и лат. frictio- трение). Бронзы отличаются высокой коррозионной устойчивостью иантифрикционными свойствами. Из них изготавливают вкладыши подшипников скольжения,венцы червячных зубчатых колес и другие детали.
Высокие литейные свойстванекоторых бронз позволяют использовать их для изготовления художественныхизделий, памятников, колоколов.
По химическому составуделятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).
Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными,антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостьюрезанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизныолова.
Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и вряде случаев превосходят их по своим механическим, антикоррозионным итехнологическим свойствам:
Алюминиевые бронзы – 5-11%алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства, чем уоловянных бронз, но литейные свойства – ниже. Для повышения механических иантикоррозионных свойств вводят железо, марганец, никель (например, БрАЖ9-4).Из этих бронз изготовляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственныедетали.
Бериллиевые бронзы содержат1,8-2,3% бериллия отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью иупругостью (например, БрБ2, БрБМН1,7). Их применяют для пружин в приборах,которые работают в агрессивной среде.
Кремнистые бронзы – 3-4%кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствамприближаются к сталям.
Свинцовистые бронзы содержат30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовлениеподшипников скольжения.
Медные сплавы обозначаютначальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквыназваний основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количествоэлемента в процентах.
Примеры:
–    БрА9Мц2Л – бронза, содержащая 9%алюминия, 2% Mn, остальное Cu («Л» указывает, что сплавлитейный);
–    ЛЦ40Мц3Ж – латунь, содержащая 40% Zn,3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu;
–    Бр0Ф8,0-0,3 – бронза содержащая 8%олова и 0,3% фосфора;
–    ЛАМш77-2-0,05 – латунь содержащая77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (вобозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое числоуказывает на содержание меди).
В несложных по составулатунях указывают только содержание в сплаве меди:
–    Л96 – латунь содержащая 96% Cu и~4% Zn (томпак);
–    Лб3 – латунь содержащая 63% Cu и37% Zn.
Высокая стоимость меди исплавов на ее основе привела в 20 веке к поиску материалов для их замены. Внастоящее время их успешно заменяют пластиками, композиционными материалами.

 2. Алюминий и его сплавы/>
 
Алюминий – металл серебристо-белого цвета. Температураплавления 650°С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку. Алюминий обладаетэлектрической проводимостью, составляющей 65% электрической проводимости меди. Алюминий занимает 3 место по распространению в земнойкоре после кислорода и кремния. Алюминий устойчив против атмосферной коррозииблагодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки. Наиболее важной особенностью алюминия является низкаяплотность – 2,7г/см3 против 7,8г/см3 для железа и8,94г/см3 для меди. Имеетхорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.
Маркируется буквой А ицифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет маркуА999 – содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты – А99, А95содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий – А85, А8, А7и др.
Применяется вэлектропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и химическойпромышленности. Алюминий не стоек вкислой и щелочной среде, поэтомуалюминиевая посуда не используется для маринадов, солений, кисломолочныхпродуктов. Применяется в качествераскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышенияих жаростойкости. В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности – 50МПа.2.1 Деформируемые алюминиевыесплавы
В зависимости от возможноститермического упрочнения деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
К сплавам, неупрочняемым т/оотносятся сплавы Al c Mn (АМц1), и сплавы Al c Mg (AМг 2, АМг3). Цифра –условный номер марки.
Эти сплавы хорошосвариваются, обладают высокими пластическими свойствами и коррозионнойстойкостью, но невысокой прочностью, Упрочняются эти сплавы нагартовкой. Сплавыданной группы нашли применение в качестве листового материала, используемогодля изготовления сложных по форме изделий, получаемых холодной и горячейштамповкой и прокаткой. Изделия, получаемые глубокой вытяжкой, заклепки, рамы ит.д.
Сплавы, упрочняемые т/о,широко применяются в машиностроении, особенно в самолетостроении, т.к. обладаютмалым удельным весом при достаточно высоких механических свойствах. К нимотносятся:
Дуралюмины – основныелегирующие компоненты — медь и магний:
Д1 – лопасти воздушныхвинтов, Д16 – обшивки, шпангоуты, лонжероны самолетов, Д17 – основнойзаклепочный сплав.
Высокопрочные сплавы – В95,В96 наряду с медью и магнием содержат еще значительное количество цинка.Применяют для высоконагруженных конструкций.
Сплавы повышеннойпластичности и коррозионной стойкости – АВ, АД31, АД33. Лопасти вертолетов,штампованные и кованые детали сложной конфигурации.2.2 Литейные алюминиевые сплавы
Наиболее широкораспространены сплавы системы Al-Si- силумины.
Силумин имеет сочетаниевысоких литейных и механических свойств, малый удельный вес. Типичный силуминсплав АЛ2 (АК12) содержит 10-13% Si, Подвергается закалке и старению (АК7(АЛ9), АК9 (АЛ4).
 
3. Цинк иего сплавы/>
 
Цинк – вязкий металлголубовато-серого цвета. Металл снебольшой температурой плавления (419 градусов С) и высокой плотностью (7,1г/см3). Прочность цинка низкая (150 МПа) при высокой пластичности.
Цинк применяют для горячего игальванического оцинкования стальных листов, в полиграфической промышленности,для изготовления гальванических элементов. Его используют как добавку в сплавы,в первую очередь в сплавы меди (латуни и т.д.), и как основу для цинковыхсплавов, а также как типографский металл.
В зависимости от чистоты цинкделится на марки ЦВ00 (99,997% Zn), ЦВ0 (99,995% Zn), ЦВ (99,99% Zn), Ц0А(99,98% Zn), Ц0 (99,975% Zn), Ц1 (99,95% Zn), Ц2 (98,7% Zn), ЦЗ (97,5% Zn).
Цинковые сплавы широко применяются в машиностроении и разделяются насплавы для литья под давлением, в кокиль, для центробежного литья и на антифрикционныесплавы. Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий,медь и магний. Отливки из цинковых сплавов легко полируются и воспринимаютгальванические покрытия.
Состав, свойства и применениенекоторых цинковых сплавов:
–    ЦА4 содержит 3.9-4.3%Al,0,03-0,06% Mg, временное сопротивление 250-300 МПа, пластичность 3-6%,твердость 70-90HB). Применяется при литье под давлением деталей, к которымпредъявляются требования стабильности размеров и механических свойств.
–    ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4%Al,4,0-5,5% Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа,пластичность не менее 0,4%, твердость – не менее 100HB. Из сплава изготавливаютподшипники и втулки металлообрабатывающих станков, прессов, работающих поддавлением до 200-10000 Па.
–    ЦАМ9-1.5 содержит 9,0-11,0%Al,1,0-2,0%Cu, 0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не менее 250 МПа,пластичность не менее 1%, твердость не менее 90HB. Сплав применяют дляизготовления разных узлов трения и подшипников подвижного состава.

 4. Магний и его сплавы/>
 
Магний – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления магния 650°С. Кристаллическаярешетка гексагональная. Отличается низкойплотностью (1,74 г/см3), хорошей обрабатываемостью резанием, способностьювоспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.
В зависимости от содержанияпримесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95%Mg), Мг90 (99,90% Mg), магний высокой чистоты (99,9999% Mg).
Магний химически активный металл,легко окисляется на воздухе. Чистый магний из-за низких механических свойств(временное сопротивление 100-190 МПа, относительное удлинение 6-17%, твердость30-40НВ) как конструкционный материал практически не применяют. Его используютв пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений,в металлургии различных металлов и сплавов как раскислитель, восстановитель илегирующий элемент.4.1 Сплавы на основе магния
Достоинством магниевыхсплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности магниевых сплавовдостигает 250-400 МПа при плотности менее 2 грамм на кубический сантиметр. Сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прокатываются ипрессуются. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали,алюминиевые и медные сплавы), хорошо шлифуются и полируются. Удовлетворительносвариваются контактной и дуговой сваркой в среде защитных газов.
К недостаткам магниевыхсплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругостиследует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислениюи воспламенению при их приготовлении.
По механическим свойстваммагниевые сплавы подразделяют на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочныеи жаропрочные, по склонности к упрочнению с помощью термической обработки – на упрочняемыеи неупрочняемые.
Деформируемые магниевыесплавы. В сплавах МА1 и МА8 основнымлегирующим элементом является марганец. Термической обработкой эти сплавы неупрочняются, обладают хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. СплавыМА2-1 и МА5 относятся к системе Mg-Al-Zn-Mn. Алюминий и цинк повышают прочностьсплавов, придают хорошую технологическую пластичность, что позволяетизготовлять из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки ижалюзи капота самолета). Сплавы системы Mg-Zn, дополнительно легированныецирконием (МА14), кадмием, редкоземельными металлами (МА15, МА19 и др.) относятк высокопрочным магниевым сплавам. Их применяют для несвариваемых сильнонагруженных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин,автомобилей, ткацких станков и др.).
Литейные магниевые сплавы. Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn(МЛ5, МЛ6). Они широко применяются в самолетостроении (корпуса приборов,насосов, коробок передач, фонари и двери кабин и т.д.), ракетной технике(корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы),конструкциях автомобилей, особенно гоночных (корпуса, колеса, помпы и др.), вприборостроении (корпуса и детали приборов). Вследствие малой способности кпоглощению тепловых нейтронов магниевые сплавы используют в атомной технике, аблагодаря высокой демпфирующей способности – при производстве кожухов дляэлектронной аппаратуры.
Более высокимитехнологическими и механическими свойствами обладают сплавы магния с цинком ицирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8),редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10). Данные сплавы применяют для нагруженныхдеталей самолетов и авиадвигателей (корпусов компрессоров, картеров, фермшасси, колонок управления и др.).
Магниевые сплавы подвергаютсяследующим видам термической обработки: Т1 – старение, Т2 – отжиг, Т4 –гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 – гомогенизация, закалка на воздухе истарение, Т61 – гомогенизация, закалка в воду и старение.
 
Заключение
Цветные металлы и их сплавынашли широкое применение в строительстве благодаря своей прочности, легкости,высокой антикоррозийной стойкости. Они подразделяются на легкие (в большинствесвоем на основе алюминия) и тяжелые (на основе меди, латуни, олова и т.п.).
Цветная металлургия являетсяодной из наиболее конкурентоспособных отраслей промышленности России, причемроссийские компании в ряде подотраслей (алюминиевой, никелевой, титановой)входят в группу мировых лидеров. Достижения участников рынка в мировом масштабестало возможным благодаря активной инвестиционной политике предприятий отрасли.Так, например, объем инвестиций в 2006 году по сравнению с показателями 2000года увеличился в 2,5 раза, и составляет 80 млрд. руб., а объем иностранныхинвестиций вырос почти в 10 раз, достигнув 4,5 млрд. долл. При этом суммарныйобъем инвестиций в строительство и реконструкцию металлургических мощностей составляетв 2007-2010 гг. более 220 млрд. руб.
Списокиспользованных источников
1.  Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедениеи термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1981. –416 с.
2.  Материаловедение: Учебник для высших техническихучебных заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов и др.; под общ.ред. Б.Н. Арзамасова. // 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.
3.  Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. –544 с.
4.  Материалы будущего: Пер. с нем./ Под ред. А. Неймана.– Л.: Химия, 1985. – 240 с.
5.  Венецкий С.И. Рассказы о металлах. – М.: Металлургия,1985. – 240с.