Литье цветных металлов

Черные металлы широко используются в машиностроении из-за их превосходства, диапазона механических свойств и более низкой стоимости.Тем не менее, цветные металлы также используются в различных приложениях из-за их специфических свойств по сравнению со сплавами черных металлов, несмотря на их обычно высокую стоимость.Желаемые механические свойства могут быть получены в этих сплавах путем деформационного упрочнения, старения и т. д., но не с помощью обычных процессов термической обработки, используемых для сплавов черных металлов.Некоторыми из основных цветных металлов, представляющих интерес, являются алюминий, медь, цинк и магний.

1. Алюминий

Из всех сплавов цветных металлов алюминий и его сплавы являются наиболее важными из-за их превосходных свойств.Вот некоторые из свойств чистого алюминия, благодаря которым он используется в машиностроении:

• 1) Отличная теплопроводность (0,53 кал/см/К)
• 2) Отличная электропроводность (376 600 Ом/см)
• 3) Низкая массовая плотность (2,7 г/см)
• 4) Низкая температура плавления (658C)
• 5) Отличная коррозионная стойкость
• 6) Нетоксичен.
• 7) Он имеет один из самых высоких коэффициентов отражения (от 85 до 95%) и очень низкий коэффициент излучения (от 4 до 5%).
• 8) Он очень мягкий и пластичный, в результате чего имеет очень хорошие производственные свойства.

Некоторые из применений, где обычно используется чистый алюминий, - это электрические проводники, материалы для ребер радиаторов, кондиционеры, оптические и светоотражатели, а также фольга и упаковочные материалы.

Несмотря на вышеперечисленные полезные применения, чистый алюминий не получил широкого распространения из-за следующих проблем:

• 1) Он имеет низкую прочность на растяжение (65 МПа) и твердость (20 BHN).
• 2. Очень сложно сваривать или паять.

Механические свойства алюминия можно существенно улучшить легированием.В качестве основных легирующих элементов используются медь, марганец, кремний, никель и цинк.

Алюминий и медь образуют химическое соединение CuAl2.При температуре выше 548°С он полностью растворяется в жидком алюминии.При его закалке и искусственном старении (длительная выдержка при 100 - 150С) получается закаленный сплав.Несостаренный CuAl2 не успевает выделиться из твердого раствора алюминия и меди и поэтому находится в неустойчивом положении (пересыщенном при комнатной температуре).В процессе старения выделяются очень мелкие частицы CuAl2, что вызывает упрочнение сплава.Этот процесс называется закалкой раствора.

Другими используемыми легирующими элементами являются до 7% магния, до 1,5% марганца, до 13% кремния, до 2% никеля, до 5% цинка и до 1,5% железа.Кроме того, титан, хром и ниобий также могут быть добавлены в небольших количествах.Состав некоторых типичных алюминиевых сплавов, применяемых при непрерывном литье и литье под давлением, приведен в табл. 2.10 с указанием их применения.Механические свойства, ожидаемые от этих материалов после их литья с использованием постоянных форм или литья под давлением, показаны в таблице 2.1.

2. Медь

Подобно алюминию, чистая медь также находит широкое применение благодаря своим следующим свойствам:

• 1) Электропроводность чистой меди высока (5,8 х 105 Ом/см) в чистом виде.Любая небольшая примесь резко снижает проводимость.Например, 0,1 % фосфора снижает электропроводность на 40 %.
• 2) Обладает очень высокой теплопроводностью (0,92 кал/см/°С).
• 3) Это тяжелый металл (удельный вес 8,93).
• 4) Его можно легко соединить пайкой.
• 5) он устойчив к коррозии,
• 6) Имеет приятный цвет.

Чистая медь используется в производстве электрических проводов, шин, кабелей передачи, трубок и труб для холодильников.

Механические свойства меди в чистом виде не очень хороши.Он мягкий и относительно слабый.Его можно выгодно легировать для улучшения механических свойств.В качестве основных легирующих элементов используются цинк, олово, свинец и фосфор.

Сплавы меди и цинка называются латунями.При содержании цинка до 39 % медь образует однофазную (α-фазную) структуру.Такие сплавы обладают высокой пластичностью.Цвет сплава остается красным до содержания цинка 20 %, но после этого он становится желтым.Второй структурный компонент, называемый β-фазой, составляет от 39 до 46% цинка.На самом деле именно интерметаллическое соединение CuZn отвечает за повышенную твердость.Прочность латуни увеличивается при добавлении небольшого количества марганца и никеля.

Сплавы меди с оловом называются бронзами.Твердость и прочность бронзы увеличиваются с увеличением содержания олова.Пластичность также снижается с увеличением процентного содержания олова выше 5. Когда также добавляется алюминий (от 4 до 11%), полученный сплав называется алюминиевой бронзой, которая имеет значительно более высокую коррозионную стойкость.Бронза сравнительно дорогая по сравнению с латунью из-за присутствия олова, который является дорогим металлом.

3. Другие цветные металлы

Цинк

Цинк в основном используется в технике из-за его низкой температуры плавления (419,4 ° C) и более высокой коррозионной стойкости, которая увеличивается с чистотой цинка.Коррозионная стойкость обусловлена ​​образованием на поверхности защитного оксидного покрытия.Основное применение цинка — гальваника для защиты стали от коррозии, полиграфия и литье под давлением.

Недостатками цинка являются сильная анизотропия, проявляющаяся в условиях деформации, отсутствие стабильности размеров в условиях старения, снижение ударной вязкости при более низких температурах и подверженность межкристаллитной коррозии.Его нельзя использовать для работы при температуре выше 95°C, так как это приведет к существенному снижению прочности на растяжение и твердости.

Его широкое использование в литье под давлением связано с тем, что для него требуется более низкое давление, что приводит к более высокому сроку службы штампа по сравнению с другими сплавами для литья под давлением.Кроме того, он имеет очень хорошую обрабатываемость.Отделка, полученная литьем цинка под давлением, часто достаточна для любой дальнейшей обработки, за исключением удаления заусенцев, присутствующих в плоскости разъема.

Магний

Благодаря небольшому весу и хорошей механической прочности магниевые сплавы используются при очень высоких скоростях.Для той же жесткости магниевым сплавам требуется всего 37,2% веса стали C25, что снижает вес.Двумя основными используемыми легирующими элементами являются алюминий и цинк.Магниевые сплавы могут быть отлиты в песчаные формы, отлиты в постоянные формы или отлиты под давлением.Свойства компонентов из магниевого сплава, отлитых в песчаные формы, сравнимы со свойствами компонентов, отлитых в постоянные формы или литья под давлением.Сплавы для литья под давлением обычно имеют высокое содержание меди, что позволяет изготавливать их из вторичных металлов для снижения затрат.Они используются для изготовления автомобильных колес, картеров и т. д. Чем выше содержание, тем выше механическая прочность магниевых деформируемых сплавов, таких как катаные и кованые детали.Магниевые сплавы легко свариваются большинством традиционных способов сварки.Очень полезным свойством магниевых сплавов является их высокая обрабатываемость.Им требуется всего около 15% мощности для обработки по сравнению с низкоуглеродистой сталью.