Цветные металлы

К цветным металлам относятся все металлы за исключением железа. Само название «цветной металл» носит условный характер, так как лишь медь имеет золотисто-желтый цвет, все же остальные цветные металлы отличаются лишь оттенками серебристого или красного цвета. Цветные металлы обладают хорошей электропроводностью, антикоррозионностью, сравнительной легкостью обработки, пластичностью и др.

Цветные металлы применяются главным образом в виде сплавов, так как в чистом виде они обладают малой прочностью. Наибольшее распространение в промышленности получили сплавы на основе меди, алюминия.

Медь является наиболее ценным техническим материалом. Она сплавляется со многими металлами, хорошо проводит электричество и тепло, уступая в этом отношении только серебру. Ее используют для изготовления электрических проводов, деталей электрооборудования и т. д.

В значительной части медь используется для получения сплавов на медной основе: латуни, бронзы и др. Эти сплавы обычно прочнее меди. Они приобретают другие полезные свойства, поэтому широко применяют в технике.

Латунью называется сплав меди с цинком. Содержание цинка в сплаве может колебаться от 4 до 45%. Чем больше цинка в латуни, тем выше ее механическая прочность. В состав латуни кроме меди и цинка могут входить алюминий, никель, железо, марганец, олово и кремний. Такой сплав называется специальной латунью. Она имеет повышенную коррозионную стойкость, лучшие технологические и механические свойства.

Маркируется латунь следующим образом: буква Л означает название сплава — латунь, следующие за ней цифры указывают содержание меди в сплаве в процентах. Например, маркой Л63 обозначается латунь, содержащая 63% меди. Легирующие элементы специальных латуней обозначают: А - алюминий, Мц - марганец, К - кремний, С - свинец, О - олово, Н - никель, Ж - железо. В марках специальных латуней первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди в процентах, последующие цифры — содержание других элементов; остальное (до 100%) составляет цинк. Например, марка ЛМцЖ52-4-1 обозначает специальную латунь, содержащую около 52% меди, 4% марганца, 1% железа, остальное — цинк.

Из латуни изготавливают трубы, листы, проволоку.

Бронзой называется сплав меди с оловом, алюминием, никелем и другими элементами. Бронза обладает высокими антифрикционными и механическими свойствами, а также хорошей коррозионной стойкостью. Она идет на изготовление арматуры и деталей механизмов, работающих во влажной атмосфере и в других агрессивных средах.

Бронзу маркируют буквами Бр с буквенными обозначениями элементов, входящих в состав сплава, и числовыми показателями их содержания. Например, БрОФ6,5-0,15 - бронза, содержащая 6-7% олова и около 0,15% фосфора, остальное — медь. БрОЦС5-6-5 содержит 5 % олова, 6 % цинка, 5 % Рb, остальное - медь. Используется для ремонта оборудования.

БрАЖ 9-4 - 9 % алюминий, 4% железа, остальное - медь. Применяют для отливки втулок и крупных шестерен.

Алюминий обладает низкой плотностью, высокой электро- и теплопроводностью (но несколько худшей, чем медь). Высокая пластичность алюминия позволяет изготавливать из него изделия различного профиля. Недостаток алюминия низкая прочность.

Повышение прочности достигается при добавлении к нему других металлов: медь, марганец, цинк (легирование). Алюминиевые сплавы широко применяются для изготовления проката в виде профилей: уголков, швеллеров, труб круглого и прямоугольного сечения, а также для изготовления заклепок и болтов.

Среди алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили сплавы алюминия с кремнием — силумины. Они обладают высокой жидкотекучестью, достаточно высокой прочностью, сопротивляются коррозии, хорошо обрабатываются резанием. Их используют для изготовления корпусов и крышек двигателей, поршней и т.д. Маркируются литейные алюминиевые сплавы буквами АЛ и кодирующей цифрой, обозначающей химический состав сплава. Например, в сплаве АЛ2 – 10-12% кремния.

Другим алюминиевым сплавом является дюралюминий, основу которого составляют алюминий, медь и магний. Дюралюминий, как и другие деформируемые сплавы, применяют для получения листов, проволоки, ленты, фасонных профилей и различных деталей ковкой, штамповкой, прессованием. Его маркируют буквой Д и порядковым номером. Например, Д1, Д16, Д18 – цифра содержание меди в %.

Производство металлических изделий и конструкций.

При изготовлении металлоконструкций расплавленный чугун или сталь разливают по формам, а затем слитки подвергают обработке давлением или литьем, в результате чего получают изделия требуемых форм, размеров, свойств. Затем изделия соединяют в конструкции при помощи сварки, клепки и болтов.

Применяют следующие способы обработки металлов давлением: прокатка, ковка, волочение, штамповка и прессование.

Прокатка. Сущность данного метода заключается в обжатии металла между двумя вращающимися валками, при этом заготовка уменьшается в сечении, вытягивается и приобретает форму, соответствующую валкам. Обжатие происходит в несколько приемов путем пропуска слитка через ряд валков с уменьшающимся зазором. Прокатывают металл в холодном и горячем (большинство случаев) состоянии. Данным способом получают балки, рельсы, листовую сталь, арматуру.

Ковка – процесс деформации металла под действием повторяющихся ударов молотка или пресса. Ковка может быть свободная, когда металл при ударе молота имеет возможность свободно растекаться во все стороны, и штампованная, когда металл, растекаясь, заполняет формы штампов, а избыток его срезается. Ковка применяется для изготовления болтов, скоб, анкеров.

Волочение заключается в протягивании металлической заготовки через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки. В результате этого металл обжимается, а профиль его соответствует форме отверстия. В качестве заготовки используют предварительно прокатанный или прессованный пруток или трубу. Способом волочения получают тонкостенные изделия, а также прутки. При волочении происходит упрочнение металла в результате пластической деформации, повышение твердости стали и снижение её пластичности.

Сварка металлов. Существует два вида сварки: пластическая и сварка плавлением. К первой относится электрическая сварка сопротивлением, термитная сварка. К сварке плавлением относится электродуговая сварка, газовая сварка, газодуговая сварка.

В строительстве в основном применяется электрическая сварка сопротивлением, электродуговая сварка, реже - газовая и термитная.

Газовая сварка заключается в расплавлении металла в месте стыка деталей теплом, получаемым при горении газа. Газовая сварка применяется для соединения тонкостенных конструкций из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и чугуна. Для заполнения шва между сварными деталями применяют присадочный материал в виде проволоки, имеющий состав, близкий к свариваемым материалам. Данный тип сварки имеет ограниченное применение из-за высокой стоимости по сравнению с электросваркой.

Электрическая сварка сопротивлением (контактная) – это процесс соединения металлических деталей в результате местного сплавления их кромок теплом, образующимся при прохождении тока через свариваемые детали. При этом детали сильно прижимают друг к другу. Контактная сварка может быть:

- стыковая – применяется для продольного соединения деталей арматуры: наращивания стержней, приварки к торцу анкеров.

- точечная сварка применяется для соединения деталей внахлест или в месте их пересечения. При данном типе сварки пересекающиеся стержни зажимаются двумя электродами и включают электрический ток. Так как электроды обладают более высокой электропроводностью, наибольшее сопротивление порождению тока окажет место пересечения стержней, в результате чего произойдет разогрев металла деталей и их сварка. Благодаря применению тока большой силы сварка происходит в течение доли секунды. Точечную сварку применяют для изготовления сеток и каркаса для арматуры.

- роликовая сварка применяется для соединения листового металла. От точечной сварки она отличается тем, что стержневые электроды в ней заменены вращающимися роликами, которые захватывают свариваемые листы и создают непрерывный шов. При прохождении тока металл под роликами нагревается и сваривается давлением роликов.

При электродуговой сварке один провод от источника тока присоединяется к свариваемой детали, а второй – к электроду. При замыкании цепи между концом электрода и деталью возникает электрическая дуга, в зоне которой температура достигает 6000 С^О, в результате чего плавятся кромки детали и электрод. Металл электрода заполняет зазор между деталями и образует после затвердевания сварной шов.

Электрод представляет собой металлический стержень диаметром 2-12 мм, покрытый специальными обмазками из мела, кремния, каолина, графита. Связующим в обмазке является жидкое стекло. Обмазка повышает устойчивость горения дуги и образует шлаковую защиту шва, предохраняя расплавленный металл от окисления в процессе сварки.

К дефектам сварки относят непровар, получаемый от неправильного режима сварки; пористость, образовавшуюся от насыщения металла газами, окислами и шлаками; трещины в наплавленном и основном металле, возникающие от неправильного ведения сварки; пережог, получаемый от окисления при слишком большой дуге (при дуговой сварке) и при избытке кислорода (при газовой сварке).

Лекция 16