Классификация свойств металлов

Характеристика и свойства цветных металлов и их применение в машиностроении.

Сегодня мы поговорим о цветных металлах. В современном машиностроении, энергетике, радиоэлектронике и других отраслях экономики наряду с чёрными металлами и сплавами широкое применение находят цветные металлы и сплавы на их основе. Цветные металлы и их сплавы обладают различными физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, благодаря которым они нашли широкое применение: высокой устойчивостью против коррозии, электро- и теплопроводностью, способностью подвергаться различным видам обработки, в том числе пластически деформироваться (прокатка, волочение, ковка, штамповка). Цветные металлы способны сплавляться как между собой так и с чёрными металлами и образовывать сплавы с высокими и физико-химическими и механическими свойствами. 

(Посмотреть видео на слайде «Производство цветных металлов»)

Повторение ранее изученного материала:

1. Что лежит в основе свойств металлов?

- Строение кристаллической решётки.

Давайте вспомним основные группы свойств металлов по классификации и некоторые виды этих свойств.

1. Назвать основные группы и виды свойств металлов, относящихся к ним, дать определения этим видам свойств.
 (при этом заполним сравнительную таблицу).

 Путём сравнения выясним возможность и необходимость применения сплавов цветных металлов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ

 

№п/п	Группы и виды свойств металлов	Определение	Степень проявления
			В сплавах чёрных металлов	В сплавах цветных металлов
1	Физические свойства: - Плотность металла	соотношение массы металла к объему металла	высокая	Изменяется от очень низкой до очень высокой
	- Температура плавления	температура, при которой металл полностью переходит из твердого состояния в жидкое	высокая	Изменяется от очень низкой до очень высокой
	- Тепловое расширение	способность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаждении	низкая	Изменяется от очень низкой до очень высокой
	- Тепло проводность	способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела	низкая	Изменяется от очень низкой до очень высокой.
	Электропроводность	способность металлов проводить электрический ток	низкая	Изменяется от очень низкой до очень высокой.
	-Магнитность	свойство металла намагничиваться или притягиваться магнитом	высокая	У большинства низкая
2	Химические свойства: Коррозионная стойкость	способность металлов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях	низкая	высокая
3	Механические свойства: -Прочность	способность металла не поддаваться разрушению под действием внешних нагрузок	высокая, у стали, у некоторых видов чугуна низкая	Изменяется от очень низкой до очень высокой.
	- Твердость	способность металлов оказывать сопротивление внедрению в их поверхность других, более твёрдых тел (не изменяющих при вдавливании своей формы).	высокая	Изменяется от очень низкой до очень высокой.
	-Пластичность	способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.	высокая у стали, очень низкая у чугуна	У большинства высокая
	-Хрупкость	свойство металла разрушаться при небольшой  (преимущественно упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень которых ниже предела текучести.	у чугуна очень высокая, у стали низкая	Изменяется от очень низкой до очень высокой
4	Технологические свойства: - Литейные свойства	технологические свойства металла и сплава, которые определяют его пригодность для получения качественной отливки (без литейного брака)	высокая	Изменяется от очень низкой до очень высокой
	- Ковкость	способность металлов и сплавов подвергаться ковке и другим видам обработки давлением (прокатка, волочение, прессование, штамповка)	высокая у стали, у чугуна практически отсутствует	Изменяется от очень низкой до очень высокой
	-Свариваемость	свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.	Высокая у стали, низкая у чугуна	средняя

 

К цветным металлам относятся все металлы и их сплавы за исключением железа. Цветные металлы отличаются тем, что способны образовывать окислительную пленку, которая предотвращает коррозию металла. По объёму производства и применению цветные металлы по сравнению с чёрными металлами и их сплавами (сталями и чугунами) занимают незначительное место. Это объясняется тем, что цветные металлы имеют более низкие механические свойства, значительно реже встречаются в природе и из-за сложности металлургического производства они значительно дороже чёрных металлов. Руды, содержащие цветные металлы, более бедные, чем например, железная руда. Чтобы получить 1 т чугуна, требуется переработать 2,0…2,5 т железной руды, а чтобы получить 1 т меди, необходимо переработать до 200т медной руды. Кроме того, в рудах цветных металлов кроме основного металла содержится ещё несколько цветных металлов в виде оксидов или в чистом виде, которые затрудняют производство основного металла. Например медная руда кроме меди включает в себя золото, платину, серебро, цинк, свинец и другие металлы. В связи с этим при переработке руд цветных металлов применяют комплексную технологию производства, которая значительно удорожает выплавку меди. Поэтому исследования современных технологий в отрасли цветной металлургии направлены на увеличении добычи этих металлов с меньшими затратами.

Основные задачи, которые стоят перед современной металлургией:

— нехватка сырья;

— необходимость более продуктивной переработки руды;

— разработка новых методов использования в качестве источника цветных металлов вторичного сырья;

— развитие производства редко используемых металлов – кобальт, титан, тантал.

Решив эти задачи, можно добиться увеличения производства, оборота и потребления цветных металлов. Высокая цена на эти металлы обусловлена чрезвычайно высоким спросом на них.

 

На сегодняшний день цветные металлы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Безусловно, тяжелые или черные металлы составляют основу машиностроительного производства, но и цветные металлы нашли широкое применение в создании машин и их составных элементов. Прежде всего, это алюминий, медь, цинк, олово, никель и их сплавы. Они используются там, где их свойства, необходимы. Например, медь в обмотках генераторов и стартеров автомобилей, олово и бронза для подшипников скольжения и втулок, свинец и сурьма при изготовлении пластин аккумуляторных батарей, алюминий и его сплавы при отливке блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания. В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны. В автомобилестроении алюминий применяют в основном как компонент в различных сплавах, для изготовления фольги, идущей на обкладки конденсаторов, для покрытия рефлекторов фар и т. д. Наиболее широкое применение олово находит как добавка в сплавы цветных металлов, для приготовления припоев и изготовления баббитов. Автомобильные детали изготовляют из оловянистых бронз, которые характеризуются достаточной прочностью, высокими антифрикционными качествами, коррозионной стойкостью, хорошей теплопроводностью. Деформируемые оловянистые бронзы отличаются, кроме того, хорошими упругими свойствами. Повышение содержания олова в оловянистых бронзах увеличивает прочность и твердость, но уменьшает пластичность и ударную вязкость. Из оловянистых бронз изготавливают арматуру, втулки шкворней, полуосевые и упорные шайбы, втулки коромысел, шатунов и др. Из литейных алюминиевых сплавов изготовляют поршни, головки и блоки ‘цилиндров, корпуса карбюраторов и топливных насосов, картеры коробок передач легковых автомобилей и другие детали. Сплавы на цинковой основе. В состав цинковых сплавов входят алюминий, медь, магний и другие элементы. Сплавы на цинковой основе имеют низкую температуру плавления. Основным положительным качеством цинковых, сплавов является их жидкотекучесть в расплавленном состоянии. Их применяют для изготовления автомобильных деталей сложной формы с тонкими сечениями методом литья под давлением. Из цинковых сплавов изготавливают корпуса карбюраторов, корпуса топливных насосов, тормозные краны, облицовку радиаторов и т. п. Антифрикционные сплавы широко применяют в автомобилестроении для заливки вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатых валов двигателей, опорных втулок распределительных валов, шатунных вкладышей коленчатых валов компрессоров и других целей. В качестве антифрикционных сплавов применяют баббиты, свинцовистые бронзы и другие сплавы. На карбюраторных автомобильных двигателях преимущественно применяют малосурьмяннстый свинцовый сплав СОС-6-6, обладающий хорошей сопротивляемостью циклическим деформациям и выкрашиванию. Для заливки вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатых валов дизельных автомобильных двигателей применяют свинцовистую бронзу, обычно БрСЗО. Для заливки вкладышей дизельных и карбюраторных двигателей применяют сплавы на алюминиевой основе, например сплав АСС6-5 и др. Преимуществами тонкостенных вкладышей, залитых свинцовистой бронзой или алюминиевым сплавом, является их большая прочность, меньшая вероятность выкрашивания, хорошая теплопроводность, высокая жаростойкость.

В автомобилестроении и авторемонтном производстве широко применяют оловянисто-свинцовые и медно-цинковые припои, кроме того, используют серебряные припои. Положительными свойствами серебряных припоев являются высокая механическая прочность, пластичность, электропроводность, коррозионная стойкость, однако эти припои дефицтны. Оловянисто-свинцовые припои применяют для лужения вкладышей, заливаемых свинцовыми баббитами, для пайки радиаторов, топливных баков, деталей электрооборудования и т. п. Медно-цинковые припои применяются для пайки деталей из латуни, медных сплавов, для газовой пайки деталей из серого и ковкого чугуна и т. п. Серебряные припои применяют для пайки ответственных соединений электроприборов и электропроводов.

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.

Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Однофазные – латуни используются для изготовления деталей деформированием в холодном состоянии. Изготавливают ленты, гильзы патронов, радиаторные трубки, проволоку.

Из двухфазных латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливают детали. Литейные оловянные бронзы, БрО3Ц7С5Н1, БрО4Ц4С17, применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников. Из деформируемых бронз изготавливают прутки, трубы, ленту, проволоку. Свинецприменяется для изготовления труб, аккумуляторных пластин, а также для получения подшипниковых сплавов.