2.2. Стали, цветные металлы и их сплавы.

Особенности

Бронзовый сплав состоит из меди и лигатуры, которая может быть как в виде металлов, так и неметаллов – от этого состава и зависят марки бронзы. Путем технологических экспериментов и научных исследований найдены оптимальные соотношения между бронзовой основой и ее компонентами. В качестве добавок чаще всего применяются:

  • бериллий;
  • алюминий;
  • цинк;
  • олово;
  • кремний;
  • фосфор;
  • железо;
  • марганец;
  • свинец;
  • никель.

По историческим свидетельствам, первый бронзовый материал был создан еще 3000 лет назад и состоял он из меди и олова. В небольших пропорциях олово придает переплавленному веществу твердость, гибкость и облегчает сам процесс плавления. Такие свойства олово проявляет, если его концентрация в материале не превышает 4-4,8%. Если взять олова около 5% и более, готовый сплав потеряет свою гибкость, а при концентрации олова более 20% полученный материал будет хрупким. Если в переплавку к меди добавить бериллий, то на выходе получится твердый материал, обладающий физической и химической повышенной стойкостью.

Изделия из такого металлического сплава можно резать или сваривать при помощи любого вида сварки.

klassifikaciya-i-markirovka-bronzy-5.jpg

При сочетании меди с кремнием и цинком у готового материала будет хорошая пластичность, что отлично подойдет для литья изделий. Готовая продукция имеет повышенную износостойкость и не искрит при механической обработке. Кроме того, бронза с лигатурой из кремния и цинка имеет высокий уровень сопротивления температурному сжатию металла.

Если же к меди добавить свинец, то получится металл, обладающий противокоррозионными качествами, устойчивый к скольжению и трению, прочный и плохо поддающийся плавлению.

klassifikaciya-i-markirovka-bronzy-6.jpg

Сочетая медь с алюминием, можно получить материал, у которого будет высокая плотность, пониженный показатель скольжения, повышенная стойкость к образованию ржавчины и стойкость к химическим агрессивным средам. Такой металл пригоден для резки. Если же к меди добавить фосфор, то в совокупности с некоторыми другими составами лигатуры этот ингредиент позволит снизить кислотные показатели сплава.

Когда к меди добавляются любого вида лигатуры, у нее в значительной мере ухудшается такое свойство, как способность проводить тепло. Чем больше лигатуры в составе сплава, тем хуже у него показатель уровня теплопроводности.

Что касается внешнего вида бронзового сплава, то при содержании в нем до 90% меди металл будет иметь красный оттенок, а при содержании меди до 85% материал получится с желтым оттенком.

Замечено, что если сплав состоит из меди только на 50%, то материал из него будет белого стального цвета, а чтобы получить черную окраску, концентрацию меди снижают до 35%. С течением времени все медные материалы меняют свою окраску: она темнеет под действием перепадов температур, кислот, солей, щелочей различной концентрации.

Свойства и характеристики

Свойства латуни определяют составом как химическим, так и фазовым. Поэтому говорить об общих технических свойствах довольно затруднительно. Каждый сплав обладает своими особенностями.

Усредненные данные выглядят так:

Читайте также:  Самодельный нож из пилы по металлу – как сделать инструмент своими руками

  • средняя плотность – 8300–8700 кг/куб. м;
  • удельная теплоемкость при нормальной температуре — 0,377 кДж·кг −1 ·K −1 удельное сопротивление – (0,07-0,08)·10 −6 Ом·м;
  • теплопроводность – 0,26–0,592 кал/см · сек, · °С, чем выше доля меди, тем выше теплопроводность;
  • температура плавления определяется химическим составом и варьируется от 880–950 С. Увеличение доли цинка температуру уменьшает;
  • материал можно сваривать, но только не сваркой плавлением, а, например, контактной сваркой.
  • Сплавы любого состава хорошо полируются.

Про изготовление деталей из латуни и меди массово и на заказ, а также изготовление других изделий из нее погорим ниже.

Плавка латуни в индукционной печи без графитового тигля представлена в видео ниже:

Основная классификация сплавов

В соответствии с тем, сколько компонентов входит в состав бронзового сплава, бронзу условно подразделяют на двухкомпонентную (металл и лигатура, состоящая из 1 компонента) или многокомпонентную. Кроме того, бронзовые материалы делятся на безоловянные и оловянные составы. Безоловянные составы не содержат олова. Их классификация делается с учетом того, какой именно металл вместо олова выполняет функцию лигатуры.

Оловянные

Добавляя к меди олово, можно получить литейный сплав. Но, помимо высокого показателя плавкости, этот состав обладает и хорошей твердостью. Нередко в такой металл добавляют еще цинк, свинец и фосфор. Подобная лигатура наделяет готовый материал стойкостью к коррозии и делает его еще более пригодным для плавильно-литейных работ.

klassifikaciya-i-markirovka-bronzy-11.jpg

В оловянном сплаве фосфор выступает в роли раскислителя металла, а цинк снижает себестоимость материала из-за своей небольшой цены, причем на характеристики получившегося металла он особого воздействия не оказывает. В целях экономии в оловянные сплавы допускается включать до 10% цинка. Марки бронзы с содержанием олова являются подходящим вариантом для выполнения механических обработок и полировки. Готовые изделия из оловянных марок будут очень износоустойчивыми.

Бронзовый сплав, который содержит в себе до 8% примеси олова, применяют для штамповочных работ, прокатки и ковки. Из такого материала делают проволоку, прутки различной формы, а также листовой прокат. Сплав, где олово занимает до 20% в виде лигатуры, применяется для изготовления литых изделий. В процессе литья такая бронза полностью заполняет форму и обладает при этом незначительной долей усадки. Подобный материал позволяет изготавливать сложные фасонные изделия, а также предметы художественной значимости.

Кроме того, оловянистую бронзу применяют для изготовления узлов и механизмов, которые будут работать в морской воде.

Алюминиевые

В сплавах бронзы часто применяют алюминий. Лигатура содержит от 6 до 12% такого материала. Бронзовые алюминиевые сплавы могут состоять из одного компонента (алюминия) или же многих добавок, когда в сплаве также присутствуют железо, никель и марганец. Добавление алюминия к бронзе снижает плотность готового материала, поэтому облегченный сплав нашел широкое применение в кораблестроении и авиакосмической промышленности.

Материал с добавлением алюминия имеет большую прочность при трении, поэтому сплав также используют для изготовления деталей для станков, узлов теплооборудования, автодорожных машин.

Кремнистые

К бронзе в пропорции от 3 до 5% может быть добавлен кремний. Готовый сплав превосходит по своим антикоррозийным свойствам оловянные сплавы, а также имеет высокие показатели механической устойчивости и упругости. Кроме того, сплавы с кремнием не намагничиваются и хорошо поддаются электросварке и пайке.

Готовые изделия из меди с кремнием имеют высокие показатели стойкости к агрессивным химическим средам в виде кислот и щелочей, а также к газам. Такой материал применяют для изготовления газопроводных магистралей или сточной системы водопровода.

Кремнистая бронза может быть дополнительно легирована марганцем.

Марганцевые

В различных сферах промышленности востребован бронзовый сплав, содержащий в своем составе марганец: от 4 до 5%. Материал имеет характерные особенности: высокую прочность, гибкость и антикоррозийную устойчивость. Из таких сплавов делают детали для различных механизмов. При содержании марганца в бронзовом сплаве более 1%, твердость материала увеличивается, но снижается вязкость и плавкость вещества.

Кроме того, сплавы с марганцем плохо поддаются сварке.

Свинцовые

При добавлении к меди свинцового компонента получается высокопрочный, устойчивый к истиранию сплав. Его применяют при изготовлении подшипников, которые вращаются длительное время, под большим давлением и при больших скоростных режимах. Бронзу со свинцовой лигатурой используют для изготовления деталей аппаратов, работающих в агрессивных химических средах, материал применяют для защиты от радиационного излучения, при изготовлении боеприпасов, стекла, в качестве различных красящих пигментов типографской краски.

Бериллиевые

Добавление бериллия к меди образует бронзовый сплав, у которого отмечают повышенные характеристики прочности, гибкости и текучести. Кроме того, материал обладает хорошей электропроводностью и является проводником тепла. Сплав устойчив к коррозии, из него выпускаются изделия в виде пружин и сложных механизмов, материал применяют в электротехнике при изготовлении оптоволоконной продукции и микросхем.

Бронзовый сплав с бериллием позволяет выполнять из него мельчайшие детали, которые могут быть использованы в приборостроении, компьютерной и телефонной технике, мультимедийных устройствах и так далее. Норма содержания бериллия в сплаве колеблется в пределах 0,7-2,5%.

После специальной термической обработки сплав закаляется, что придает ему свойства повышенной твердости.

Применение цветных металлов

Спрос на цветные металлы и сплавы постоянно растет, так как они все шире применяются в современной технике. Цветные металлы используются в авиастроении, ракетной и атомной технике, химической промышленности. В последнее время стали применять в качестве конструкционных материалов такие металлы и сплавы на их основе, как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения в целом цветных металлов и отдельных их видов и сплавов очень широки.

Медь и ее сплавы применяются в химическом машиностроении, из них изготавливаются трубопроводы самого различного назначения, емкости, различные сосуды для криогенной технике и т.п.

Алюминий и его сплавы также как и медь используют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Отличительной особенностью обладают сплавы на основе алюминия, только они преимущественно используются для самолетов, ракет, судов, в различных видах строительства. Это связано с наличием у алюминия таких свойств как высокая прочность при малой плотности, высокая коррозионная стойкость в некоторых агрессивных средах и высокие механические свойства при низких температурах.

Особенности цветных металлов

Читайте также:  Выпрямитель сварочный – как рассчитать и собрать своими руками?

Цветные металлы в целом как группы и по отдельности проявляют те или иные особенности.

1. Некоторые металлы, такие как медь, магний, алюминий обладают высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Это способствует быстрому охлаждению места сварки, поэтому для сварки требуется применения более мощных источников теплоты, а иногда даже необходим предварительный подогрев детали.

2. Для тех же металлов (меди, алюминий, магния) и их сплавов характерно снижение механических свойств при нагреве, поэтому металл может легко разрушаться от ударов пр определенных температурах.

3. При нагреве все цветные сплавы растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. В отличие от черных металлов, которым это свойство практически не характерно. Особенно активно взаимодействуют с газами более тугоплавкие и химически более активные металлы, такие как титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден.

Особенности обработки цветных металлов

Достоинства цветных металлов состоит в том, что они прочны и долговечны, а также способны переносить высокие температуры. У них есть один большой недостаток — они коррозируют и разрушаются под воздействием кислорода. Поэтому необходимо внимательно отнестись к обработке и защите металлов от воздействия окружающей среды.

Самый эффективный и распространенный способ защиты цветного металла от атмосферной коррозии — это нанесение защитных лакокрасочных материалов. Выделяется три группы средств защиты металлических поверхностей:1 — грунтовки, 2 — краски, 3 — универсальные препараты «три в одном».

Грунтовка — это не только средство борьбы с атмосферным окислением, но и помощник краски, он передает следующему за ним покрытию большую адгезию к основанию. Необходимо помнить, что для разных металлов используются разные грунтовки. Так например, для алюминиевых оснований лучше применять специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски.

Такие металлы как медь, латунь и бронзу не красят, так как они поступают в дальнейшую переработку с заводской обработкой, которая защищает поверхность и подчеркивает ее красоту. Когда данное заводское покрытие все таки нарушается под воздействием разных факторов, то лучше всего полностью его удалить с помощью растворителя. Затем основание необходимо отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

Производство материала

Получение латуни отличается энергоемкостью и относится к довольно сложным технологическим процессам. Дело в том, что температуры плавления составляющих латуни заметно отличаются, поэтому плавка проходит поэтапно. То же самое касается и легирующих добавок: компоненты нужно добавлять в точной последовательности, причем многие из них требуют использования покровного флюса, поскольку взаимодействуют с кислородом.

Схема производства зависит от типа сплава. Литейные в виде слитков отправляются на отливку деталей. Деформируемые сплавы попадают в прокатный цех, где подвергаются механической обработке, отжигу и протравливанию в зависимости от формы выпуска.

В целом схема получения выглядит так:

  • подготовка сырья – используются несколько методов для извлечения меди и цинка из руды;
  • плавка – в зависимости от состава сплава загрузка компонентов производится в определенной последовательности. В первую очередь расплавляют медь;
  • разливка в формы – получение слитков;
  • деформирование слитков в прокатном цеху – не менее трех этапов;
  • отжиг и протравливание – если получают листы, например;
  • последний этап прокатки.

Читать также: Выпрямитель для зарядки аккумулятора 12 вольт

Изготовление латунных сплавов возможно лишь на достаточно крупных предприятиях цветной металлургии.

Про пайку изделий,художественное литье из латуни погорим ниже.

Цвет латуни (фото)

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий