Цветные металлы и сплавы

Алюминий имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку. Технически чистый алюминий характеризуется низкой плотностью – 2700 кг/м³, стойкостью к коррозии, хорошей свариваемостью, высокой пластичностью. Может обрабатываться давлением. Обработка резанием затруднена. Алюминий имеет сравнительно низкую прочность и низкий модуль упругости.

Основным сырьем для производства алюминия являются бокситы Аl₂O₃ ^. 2H₂O. Оксид алюминия, образующийся после обезвоживания бокситов при прокаливании, подвергают электролизу при температуре около 1000 ^оС. Для понижения температуры плавления оксида алюминия добавляют минерал криолит Na₃AlF₆. На катоде, выполненном в виде графитовой подины, выделяется жидкий алюминий, который периодически выпускают из ванны. Технически чистый алюминий применяют для изготовления ненагруженных конструкций в агрессивной среде. Прочность алюминия повышают легированием и производством сплавов алюминия с медью, кремнием, магнием, цинком, марганцем. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы.

Сплав алюминия с медью относят к деформируемым сплавам. Растворимость меди в алюминии при комнатной температуре составляет 0,1…0,2 %. При содержании меди в сплаве около 4 % структура сплава характеризуется присутствием твердого раствора меди в алюминии и мелких кристаллов CuAl₂. При температуре 548 °С растворимость меди составляет 5,65 %.

При закалке удается зафиксировать высокотемпературную структуру сплава. Закалка состоит в нагреве сплава до температуры 530 °С, при которой вся медь растворяется в алюминии, и в последующем резком охлаждении в воде. При закалке сплав упрочняется, но не полностью. С целью дальнейшего упрочнения его подвергают старению, то есть вылеживанию при комнатной температуре или при температуре 100…150 ◦С. Из пересыщенного раствора при этом могут выделяться мельчайшие частицы упрочняющей фазы СuАl₂, но без обособления этих частиц, которые не удается обнаружить под микроскопом. Старение при более высокой температуре может привести к разупрочнению сплава.

Дуралюмин Д1 – это алюминиевый сплав, содержащий 3,8…4,8 % меди, 0,4…0,8 % магния, 0,4…0,8 % марганца, не более 0,7 % кремния и не более 0,7 % железа. Железо и кремний являются неизбежными примесями. Медь, магний и марганец вводят в сплав специально.

После закалки такой сплав состоит из зерен пересыщенного твердого раствора меди в алюминии, интерметаллических соединений Мg₂Si, FeAl₃, (MnFe)Al₆, CuMgAl₂, CuAl₂ и

других не растворившихся в твердом алюминии фаз. Таким образом, сплавы системы Аl-Cu относят к деформируемым и упрочняемым термической обработкой.

Силумины представляют собой сплавы алюминия с 8…14 % кремния. Они обладают хорошими литейными свойствами, хорошо заполняют форму, имеют малую усадку и не склонны к образованию трещин. В них возможно присутствие газовой пористости. Алюминий, содержащий 11,6 % кремния, образует эвтектику. На практике применяют доэвтектические сплавы, так как избыточный кремний способствует повышению хрупкости сплава.

Если силумин перед разливкой модифицировать натрием или смесью солей фтористого и хлористого натрия в количестве не более 0,01 %, эвтектика становится мелкозернистой. Механические свойства силумина повышаются. Возрастают как прочность при разрыве, так и относительное удлинение. Закалку для силумина не применяют.

Медь и ее сплавы. Чистая медь пластична. Плотность ее – 8930 кг/м³. Кристаллическая решетка меди кубическая гранецентрированная. Медь отличается высокой электропроводностью. Примеси понижают электропроводность меди.

Пирометаллургический метод производства меди состоит в плавке концентрата в отражательных или электрических печах с целью разделения его на первичный штейн и оксиды, составляющие шлак.

При нагреве концентрата до 1250…1300 ◦С происходит восста-новление оксида меди и высших оксидов железа. В результате образуется закись меди Cu₂O, которая, взаимодействуя с FeS, приводит к получению Cu₂S.

Первичный штейн состоит из сплавленных сульфидов меди и железа. Другие оксиды, расплавленные в силикатах железа, составляют шлак. Периодически первичный штейн и шлак выпускают из печи. Затем первичный штейн плавят в кислородном конвертере, где в присутствии кислорода происходит удаление соединений железа в шлак и выделение черновой меди. В черновой меди содержится 98,4…99,4 % чистой меди.

В строительстве известно применение меди для устройства долговечной кровли. Сплавы меди с цинком называют латунями. Они маркируются буквой Л. В марке латуни указывают также процентное содержание меди. Например, латунь марки Л 80 содержит 80 % меди и 20 % цинка.

Практическое применение находят латуни, с содержанием цинка до 44 % имеют. Латуни представляют собой твердые растворы цинка в меди. Они имеют кристаллическую решетку меди – кубическую гранецентрированную. Из латуни деформированием изготавливают прутки, трубы, листы.

Бронзы – это многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, кремнием, бериллием, хромом. Оловянные и свинцовые бронзы обладают антифрикционными свойствами.

Баббиты – сплавы на оловянной или свинцовой основе, также обладают антифрикционными свойствами. Например, сплав Б83 содержит 83 % олова, 11 % сурьмы и 6 % меди.