Цветные металлы

Из цветных металлов в химической аппаратуре применяются алюминий, медь, никель и свинец, а также титан и тантал. Химическая стойкость цветных металлов сильно зависит от их чистоты. Примеси других металлов сильно снижают коррозионную сопротивляемость цвет­ных металлов, но повышают их механическую прочность.

Максимальные температуры стенок аппаратуры, сделанной из цветных металлов, допускаются следующие:

Для аллюминия 200˚С

меди и ее сплавов 250˚С

никеля 500˚С

свинца 140˚С

тантала 1200˚С

паянная аппаратура 120˚С

Алюминий выпускается технически по ГОСТ 13722 – 68 следущих марок: АД, АДO, AДI в виде листов, плит, труб, прутков.

Алюминий весьма стоек к агрессивному воздействию многих сред, в том числе концентрированной азотной кислоты, фоарорной, уксусной кислот, мнoгиx органических соединений, сухих хлора и хлористого водopoдa, сернистых соединений, паров серы. Его химическая стойкость объясняется способностью образовывать плотную защитную пленку из окислов.

Однано быстрое образование оксидной пленки затрудняет пайку и сварку алюминия. К отрицательным характеристикам алюминия можно отнести его плохие литьевые свойства, плохая обрабатываемость реза­нием, малая прочность.

К положительным свойствам можно отнести его большую теплопроводность стали, малый удельный вес и высокая пластичность обеспечивающая хорошую прокатываемость и способность штамповаться как в горячем, так и в холодном состоянии.

Технический алюминий марки АД, АДО, АД1 используется, для итзготовления колонной и теплообменной аппаратуры с пониженной и средней агрессивностыю сред. Облсть применения температур ­- I96 - 150°С и давления Р - 0,6 МПа.

Медь является ценным конструкционным материалом и согласно ГОСТ- 859-66 выпускается в технически чистом виде пяти марок.

Для конструирования химической аппаратуры приминяются М2, М3, М3р колонной и теплообменной химической аппаратуры при средней агрессивности сред, а также для установок разделения воздуха и других газов методом глубокого охлождения.

Область приминения температур – 254 - 250˚С и давления не более 0,6 МПа.

Свинец – технический по ГОСТ 3778 – 65 выпускается шести марок:С1, С2, С3… поступает в виде листов и труб. Высокая стойкость по отношению к серной кислоте и ее слоям объясняется образованием защитной пленки и сернокислого свинца. Приминяется как кислостойкая футеровка сварной емкости аппаратуры из углеродистой стали, трубопроводы для серной кислоты. Исползуется до температур 100˚С.

Никель – по ГОСТ 492- 73 выпускается промышленностью в виде листов, полосы, плиты, трубы марок НП2, НП3. В силу своей прочности теплостойкости, коррозионной стойкости, хороших теплотехнических свойств никель представляет собой удобный материал для машиностроения. Никель льется и подвергается холодной и горячей обработке. Он совершенно химически стоек к растворам и сплавам щелочей, органическим кислотам. Никель приминяется в аппаратуре производства органического синтеза в тех случаях, когда приминение нержавеющих сталей невозможно.

Изготавливается – сварная емкостная и теплообменная аппаратура для сред повышенной и высокой аггресивности при температурах - 196 -:- 500˚С.

ТИТАН и ТАНТАЛ. В силу уникальности своей химической стойкости против многих агрессивных сред титан и тантал широко используется для изготовления технологического оборудования.

ТИТАН обладает прочностью стали при почти в 2 раза меньшем удельном весе, равном 4,5 кг/дм3. Титан хорошо куётся штампуется и удовлетворительно обрабатывается резанием. Сварка титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона.

Титан стоек химически против азотной кислоты и царской водки (смесь концентрированных кислот: 1 объёма азотной и 3 объёмов соляной – сильный окислитель, растворяет золто, платину и др. металлы, нерастворимые в обычных кислотах) всех концентраций, фосфорной кислоты, хромовой кислоты, органических кислот, мочевины и др. Однако титан сильно разъедается 40%-ой серной кислотой, хотя применение анодной защиты снижает коррозию до едва ощутимой.

Изделия из титана а 8 – 10 раз дороже, чем изделия из хромоникелевой стали. Поэтому титан желательно применять в крайних случаях или в качестве обкладочного материала. Листы и трубы из титана в настоящее время различной толщины. Из титана изготавливаются испарители для уксусной кислоты, теплообменники для влажного хлора, реакторы для получения аммиачной селитры, роторные аппараты для выпаривания растворов мочевины и др. технологическое оборудование для высокоагрессивных сред.

ТАНТА Л характеризуется высокой прочностью и тугоплавкостью. Температура его плавления равна 3000˚С. Тантал обладает большой вязкостью, хорошо куётся, плющится, штампуется. Сварка титана затруднительна вследствие тугоплавкости. Тантал исключительно стоек по отношению к таким агрессивным средам как кипящая соляная кислота, всех концентраций, царская водка, фосфорная кислота, азотная кислота и др. к агрессивным химическим веществам.

Однако тантал чрезвычайно дорог. Он стоит в 100 раз дороже хромоникелевой стали. Поэтому тантал применяется в виде фольги толщиной 0,12 – 0,3 мм для обкладки аппаратов. Кроме того его удельный вес велик и равен 16,6 кг/дм³.

Превосходная коррозионная стойкость титана и тантала в сочетании с их прочностью и теплопроводностью делают их не только желанными, но иногда единственными материалами для конструирования теплообменных и реакционных аппаратов, работающих в условиях сильнейшей коррозии.

3.2.4 СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ.

В настоящее время сплавы на основе цветных металлов используются главным образом как конструкционные материалы для машин, особенно частей подверженных истиранию (подшипники, цапфы, винтовые шестерни, червячные шестерни), а также изготовления аппататуры и в кислородном машиностроении.

Сплавы на медной основе делятся на 3 группы:

1) сплав с цинком: цинка до 20% - томпаки; цинка от 20 до 55% - латуни;

2) медно - никелевые сплавы;

3) бронзы.

Медные сплавы по сравнению с чистой медью обладают б`ольшей прочностью, лучшей коррозионной стойкостью, но меньшей тепло- и электропроводностью.

Латуни являются медными сплавами, в которых преобладающим лигированным компонентом является цинк. По технологическому принципу латуни разделяются на деформируемые, т.е обрабатываемые давлением, и литейные.

К деформируемым латуням относятся:

а) двойные сплавы меди с цинком – томпаки (90% Cu, и 4-10% Zn), полутомпаки (80-85% Cu, и 15-20% Zn) и латуни (50-70% Cu, и 30-50% Zn). Наилучшей пластичностью в холодном состоянии обладают латуни Л68 (62% Cu и 38% Zn).

б) специальные латуни, представляющие собой медно - цинковые сплавы, лигированные Al, оловом, Ni, Mn, Si, Pb и др. металлами; наиболь - шее применение имеют: свинцовистая латунь, т.н. мунц (50% Cu, 1% Pb, 40% Zn), часовая латунь (62-65% Cu, 1,5-3,5% Pb, 31,5-34,5% Zn), отличающиеся исключительно высокой обрабатываемостью резанием; оловянные латуни, т.н. морские латуни (60-70% Cu, 29-39% Zn, 1% Sn), обладающие высокой коррозионной стойкостью в морской воде; алюминиево – никелевые латуни ЛАН 59-3-2 (59% Cu, 3%Ae, 2%Ni, 46% Zn), отличающиеся повышенными механическими и корррозионными свойствами.

Медно – никелевые сплавы обдадают большой механической прочностью, хорошей коррозионной устойчивостью и высоким электросопротивлением. Например мельхиор (80% Cu, 40%Ni, 1,5%Ae) – высокопластичный материал, идущий на изготовление сеток, медицинского инструмента, монет, конденсаторных труб и т.п.; константан (58,5% Cu, 40%Ni, 1,5%Ae). По антикоррозионным и механическим свойствам превосходит латунь. Применяется для изготовления арматуры, медицинских инструментов, деталей телефонов и др. электротехничнских целей.

Куниаль А (13,5%Ni, 2,5%Ae, ост Cu) и В, упрочняющийся при термообработке; применяется сплав для пружин.

Конель (56,5% Cu, 43,5%Ni) обладает максимальной э.д.с. по сравнению с медно – никелевыми сплавами, применяется в качестве отрицательного электрода термопар и для реостатов.

Сплавы меди с оловом, кремнием, марганцем, алюминием.бериллием и др. добавками, называются бронзами.

Марки сплавов цветных металлов расшифровываются следующим образом. Первые буквы означают: Л – латуни или томпаки, Бр – бронзы. Следующие за ними буквы характерезуют содержание в сплаве компаненты, причём в отличие от марок сталей все компаненты обозначаются соответствующими начальными русскими буквами, например: алюминий – А, марганец – Мц, медь – М, олово – О и т.д. Следующие за буквами цифры показывают среднее процентное содержание соответствующего металла в сплаве. Например: ЛН 65 – 5 означает никелевую латунь, содержащую 65% меди, 5% никеля и остальные 30% цинка. Бр ОЦ 8 – 4 - означает оловянестую бронзу, содержащую 8% олова, 4% цинка, а остальное медь.

Латунь по ГОСТ 15527-70 Аппараты, работающие под давлением,

Л 62 кислородная аппаратура, в качестве Л 68 припоя - -196: 120 ˚С, Р ≤ 0,6 МПа.

ЛЖМц 1 – 1 - 254: 250 ˚С, Р до 20 МПа.

Бронза по ГОСТ18175-72 Детали ответственного еазначения,

Бр Амц 9 – 2 сильно нагруженные – венцы червячных

Колёс, шестерни, арматура, корпусы и

Роторы центробежных насосов.

- 196: 400 ˚С, Р ≤ 6 МПа.