Warning: session_start() [function.session-start]: Cannot send session cookie - headers already sent by (output started at /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php:6) in /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php on line 7

Warning: session_start() [function.session-start]: Cannot send session cache limiter - headers already sent (output started at /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php:6) in /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php on line 7
2.3. Неорганічні матеріали 2.3.1. Неорганічні матеріали з рудних і водо-мінеральних ресурсів : Матеріалознавство та основи технології переробки природної сировини у непродовольчі товари. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів : Бібліотека для студентів

2.3. Неорганічні матеріали 2.3.1. Неорганічні матеріали з рудних і водо-мінеральних ресурсів


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 

Загрузка...

Рудні ресурси – залізна й марганцева руди, боксити, хроміти, мід-ні, свинцево-цинкові, нікелеві, вольфрамові, молібденові, олов’яні, сурманові руди, руди шляхетних металів тощо.

Водно-мінеральні ресурси (гідромінеральні, мінеральні ресур-си морської води, мінеральні ресурси океану). Основними видами водно-мінеральних ресурсів є підземні прісні і мінералізовані води, залізо, свинець, уран, золото, натрій, хлор, бром, магній, поварена сіль, марганець, а також рудоносні жили, шари континентального шельфу й залізно марганцеві включення на глибинах океану (близько 79% мі-неральних ресурсів знаходиться під водою Світового океану).

Залізні руди – мінерали магнетит, магномагнетит, титаномагне-тит, сидерит, залозисті хлорити; марганцеві руди – мінерали піро-люзит, родопит, олигонит і ін.; боксити – алюмінієві руди; хроміти – руди хрому. Перераховані вище й інші рудні ресурси служать сиро-виною для одержання чорних і кольорових металів і сплавів.

До чорних металів і їхніх сплавів відносяться: залізо і залізовугле-цеві сплави (сталі і чавуни). У групу кольорових металів включають: мідь, алюміній, магній, кобальт, берилій, титан, цинк, свинець, хром, нікель, золото, срібло, платину і сплави на їхній основі.

Залізо – блискучий сріблясто-білий метал, що утворює поліморф-ні модифікації (при звичайній температурі стійко -Fe – гранецентри-рована решітка. На повітрі залізо окисляється, тобто покривається рудою ржавчиною. У чистому виді залізо практично не використо-вується. Широке застосування мають залізовуглецеві сплави – сталі й чавуни.

Сталь – сплав заліза з вуглецем, зі змістом вуглецю до 2,14%. Ці сплави розділяють на вуглецеві й леговані (до їхнього складу вводять леговані елементи).

Вуглецеві сталі класифікують за наступними ознаками:

1.  За призначенням: конструкційні й інструментальні.

2.  За якістю вуглецеві конструкційні сталі підрозділяються на два класи: звичайної якості і якісні, а інструментальні – якісні і висо-коякісні.

3.  Залежно від умов і ступеня розкислення сталі розділяють на: -   спокійні, які містять мінімальну кількість закису заліза, що забез-печує «спокійне» застигання металу у виливниці;

-   киплячі – сталі цілком нерозкислені (без ферросилліція) і тому містять закис заліза, при цьому закис при охолоджуванні у ви-ливниці реагує з вуглецем і утворить CO, що у вигляді пухирців виділяється і створює враження кипіння. У киплячих сталях від-сутня усадочна раковина, унаслідок, великої наявності газових пухирців. Ці сталі економніші і дешевше – менш відходів.

-   напівспокійні – сталі проміжного типу.

4.  За змістом вуглецю сталі підрозділяють на низьковуглецеві (вміст вуглецю менше 0,3 %), середньовуглецеві (вуглецю – 0,3-0,7 %), високовуглецеві (вуглецю – більше 0,7 %).

5.  За способом виробництва: мартенівські, електросталі, бесемерів-ські.

Вуглецеві конструкційні сталі підрозділяють на: звичайної якості і якісні. Конструкційні вуглецеві сталі звичайної якості розрізняють 3-х груп А, Б, В. Сталі групи А позначають Ст0, Ст1пс, Ст2кп і ін. (Ст – сталь, від 0 до 6 – умовний номер марки, сп, пс, кп – ступінь – ки-пляча, спокійна, напівспокійна). В вуглецевих сталях груп Б, В в мар-ці додають букву «Б» чи «У» БСт0, БСт2кп, ВСт1сп, ВСт2кп тощо.

Вуглецеві конструкційні сталі позначають цифрами: 08, 10, 15, 20, 25... до 85. Цифри показують середній вміст вуглецю в сотих частках. Якщо в сталях підвищений вміст марганцю в маркуванні додається буква «Г», наприклад, 50М, 65Г тощо.

Вуглецеві інструментальні сталі поділяються на якісні, які мар-кірують буквою «У» і цифрою, що вказує десяті частки вуглецю: У7, У8, У13; вуглецеві інструментальні високоякісні – у їхньому марку-ванні додають букву «А», наприклад, У7А, ... У13А.

Вуглецеві сталі застосовують для виготовлення металевого посуду, інструментів, ножових виробів і ін.

Леговані сталі – сталі, у які спеціально вводять один чи декілька легуючих елементів для одержання заданих властивостей. До легу-ючого елемента відносяться:: хром, нікель, молібден, вольфрам, ва-надій, титан, ніобій, тантал, алюміній, бор, кремній, марганець та ін. Легуванням можна підвищити міцність і в’язкість сталі, збільшити красностійкість (збереження високої твердості при підвищених температурах), підвищити опір зносу й корозії, додати сталі особливі фі-зичні і хімічні властивості.

Марганець підвищує міцність сталі і властивості інструмента, що ріжуть, виготовленого з цієї сталі.

Кремній сприяє росту міцності і твердості сталі, але знижує її пластичність. Легування кремнієм підвищує корозійну стійкість, жа-ростійкість і магнітну проникність сталі і знижує втрати на гістере-зис.

Хром поліпшує механічні властивості сталі й збільшує прогарто-ваність. При вмісті хрому більш 13 % сталь здобуває корозійну стій-кість. Такі сталі застосовують, як нержавіючі. Хром перешкоджає росту зерна при нагріванні сталі.

Нікель підвищує межу пружності сталі, при цьому не знижуєть-ся її ударна в’язкість. Нікель збільшує прогартованість сталі, пере-шкоджає росту зерна при нагріванні і знижує короблення сталі при термічній обробці.

При введенні більш 13% Сг і 18 – 20% Nі сталь стає немагнітною, здобуває високу міцність, корозійну стійкість і жароміцність.

Вольфрам, молібден, ванадій, титан утворять з вуглецем карбіди, що підвищують твердість і зносостійкість сталей, причому ці влас-тивості, зберігаються при нагріванні до температури 500 – 660 °С. Сталі, леговані карбідоутворюючими елементами, використовуються для виготовлення інструмента, що ріже.

Основними ознаками класифікації легованих сталей є хімічний склад, ступінь легірування і призначення сталей.

1.  За призначенням: конструкційні (будівельні, машинобудівні, пружинно-ресорні, шарикопідшипникові), інструментальні і з особливими властивостями (нержавіючі сталі, сплави з високим електроопором, сплави з особливими фізичними властивостями тощо)

2.  За якістю: якісні (до 0,04 % S і 0,35 % P), високоякісні (до 0,025 % S і до 0,025 % P) і особо високоякісні ( до 0,015 % S і P).

3.  За хімічним складом: хромисті, марганцеві, хромонікелеві й ін.

4.  За кількістю легованих елементів: низьколеговані (до 2,5%), ле-говані (від 2,5 до 10%) і високолеговані (більш 10% легуючих еле-ментів).

Для позначення марок сталей прийнята буквено-цифрова система. Умовна позначка, виражена буквами й цифрами, показує зразко-вий хімічний склад сталі. При вмісті легуючого компонента в межах 1% цифру не ставлять. Наприклад, сталь марки 30ХГС-Ш чи А роз-шифровується так: 30 – 0,30 вуглецю; 1 % – хрому; 1 % – марганцю; 1 % – кремнію; Ш – особо високоякісні.

Якщо наприкінці маркування стоїть буква А, то це означає, що дана сталь відноситься до категорії високоякісних сталей. Якщо легу-ючі елементи складають більше 1%, то це вказується в марці, напри-клад, 12Х18Н9 (0,12 % – C).

Леговані сталі підрозділяють на 3 групи: конструкційні, інстру-ментальні і сталі з особливими властивостями. Конструкційні лего-вані сталі бувають шарикопідшипникові, пружинно-ресорні, котрі використовують у виробництві товарів. Ці сталі випускають наступ-них марок: 60С2Н2А, 55СГ, ШХ6, ШХ15СГ тощо.

Інструментальні леговані сталі використовують для виготовлен-ня різьбонарізних інструментів. Основними марками цих сталей є Р9М4ДО8, 9ХС і ін.

До сталей з особливими властивостями відносять: нержавіючі ста-лі, сплави з високим електроопором, магнітні сталі і сплави. Нержа-віючі сталі випускають наступних марок: 08Х13; 12Х13; 15Х28 тощо. Дані сталі використовуються для виготовлення посуду, ложок, каза-нів тощо. Сплави з високим електроопором ХН80ТБЮ, ХН77ТЮР – ніхроми, використовують як матеріали для виготовлення нагрі-вальних елементів у електроприладах. Магнітні сталі (магнітом’ягкі і магнітотверді) використовують для елементів обчислювальної техні-ки, у радіоапаратурі, для постійних магнітів тощо.

Чавуни підрозділяють на білі й сірі. Білим називається чавун, у якому весь вуглець знаходиться в зв’язаному стані у формі цементиту. У зламі він має білий колір і характерний металевий блиск.

Сірим називають чавун, у якому весь вуглець чи велика його час-тина знаходиться у виді графіту. Такий чавун у зламі має сірий колір через велику кількість графіту. Крім вуглецю в чавуні присутні по-стійні домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор і ін. Кремній спри-яє графітизації чавуна. Вміст кремнію в чавунах коливається від 0,5 до 4,5 %. Марганець перешкоджає графітизації, сприяє одержанню в структурі чавуна цементиту, тобто збільшує схильність чавуна до від-білювання (відбілювання чавуна – утворення в поверхневому шарі структури білого чавуна). Вміст марганцю в чавунах може бути від 0,4 до 1,3 %.

Сірка є шкідливою домішкою. Вона зменшує рідинотекучість і сприяє відбілюванню чавуна, причому, відбілюючи вплив сірки в 5 – 6 разів більше, ніж марганцю. Вміст сірки допускається не більш 0,08 – 0,12 %. Фосфор у чавунах є корисною домішкою, він збільшує

рідинотекучість сірого чавуна, підвищує твердість і зносостійкість чавуна. Вміст фосфору в чавунах коливається від 0,3 до 0,8%.

Властивості і структура чавунів залежать не тільки від хімічного складу, але й від швидкості охолодження виливків. Швидке охоло-дження сприяє одержанню білого чавуна, уповільнене – сірого чаву-на. Структура білого чавуна при кімнатній температурі складається з цементиту і перліту, тому білий чавун має високу твердість, крих-кість і не піддається обробці різальним інструментом. У структурі сі-рого чавуна у формі цементиту знаходиться не більш 0,8% С, а інший вуглець міститься у вигляді графітових виділень, розмір і форма яких залежить від складу чавуна й технології виливки.

Процес виділення графіту при кристалізації називається графі-тизацією. Кристалізація графіту з рідкої фази спостерігається при малій швидкості охолодження. Найчастіше при кристалізації чавуна утворюється цементит, графітизація відбувається у твердому стані. Утворення графіту веде до різкого зменшення цементиту і до зни-ження твердості.

Сірі чавуни добре обробляються різальним інструментом, мають високі антифрикційні властивості, не чуттєві до дефектів поверхні, мають добру рідинотекучість і незначну усадку при затвердінні, ма-ють низьку вартість. Усі ці властивості забезпечують їхнє широке за-стосування при виготовленні деталей і виробів складної форми.

Основною ознакою класифікації сірого чавуна є мікроструктура, у якій варто розрізняти металеву основу і графітові виділення. Наяв-ність графітових виділень і визначає специфічні властивості чавунів. Виділення графіту в чавунах можуть бути трьох форм: у сірому чаву-ні у вигляді витягнутих чи пелюсткоподібних пластинок (рис. 2.3, а), що виконують роль надрізів і тим самим знижують механічні власти-вості, особливо межу міцності на подовження і в’язкість.

При виплавці чавунів із присадкою перед розливанням модифіка-торів (магній, церій) у кількості 0,05 – 0,08 % графіт здобуває кулясту форму (рис. 4 б). Куляста форма графіту в значно меншому ступені знижує міцність і в’язкість металевої основи. Такий чавун називають високоміцним, чи модифікованим. Якщо при виливку одержати бі-лий чавун і піддати його тривалому випалюванню, то цементит роз-падається з утворенням графіту рівноосної пластівчастої форми (мал. 13, в). Такий чавун називається ковким.

 Мікроструктура чавуна з різною

формою графіту (шліфи нетравленні):

а – пластинчаста форма графіту (сірий чавун); б – з кулястою

формою графіту (високоміцний чавун); із пластівчастою формою

графіту (ковкий чавун)

Металева основа в сірих чавунів може бути феритною, феритно – перлітною і перлітною.

Сірі чавуни залежно від механічних властивостей випускають-ся 11 марок: СЧОО, СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36 тощо до СЧ44-64. Букви СЧ позначають «сірий чавун», перші дві цифри після букв показують межу міцності при розтяганні, другі – межа міцності при випробуванні на вигин у кгс/мм2. Для чавуна марки СЧ00 механічні властивості не визначають.

Сірі чавуни застосовують для виготовлення методом лиття деталей і виробів, що випробують невеликі навантаження в роботі. Вико-ристовують їх для виготовлення посуду, прасок, корпусів м’ясорубок, корпусів замків, швейних машин, деталей холодильників, мотоци-клів, автомобілів тощо.

Високоміцні чавуни випускають 9 марок і позначають ВЧ38-17, ВЧ45-5, ВЧ50-1,5 тощо до ВЧ120-4. Букви ВЧ позначають «висо-коміцний чавун», перші дві цифри – межа міцності при розтяганні в

кгс/мм2, другі – відносне подовження у відсотках. Високоміцні чаву-ни застосовують для виготовлення відповідальних деталей, що підда-ються значним навантаженням – колінчасті вали, станини верстатів, молотів, пресів, прокатні валки, корпуса насосів, деталі автомобілів тощо.

Ковкі чавуни виготовляють і позначають КЧЗ0-6, КЧЗЗ-8 тощо до КЧ63-2. Букви КЧ позначають «ковкий чавун», а цифри мають те ж значення, що й у високоміцних чавунів. Застосовують їх для виго-товлення деталей, що працюють при великих динамічних і статичних навантаженнях (усілякі гаки, трійники, вентилі і хрестовини для водопроводу, гайкові ключі, гайки й ін.).

З кольорових металів і сплавів найбільше застосування в техніці знаходять мідь, алюміній і сплави на мідній, алюмінієвій і магнієвій основі. Мідь – червоно – рожевого кольору. У чистому виді мідь за-стосовують головним чином у електротехніці як провідник струму. Значна кількість міді йде для виготовлення сплавів на мідній основі. Сплави міді з цинком, а іноді з добавками невеликих кількостей дея-ких інших елементів називають латунню. З кольорових сплавів лату-ні є найпоширенішими. Латунь, в які входять тільки мідь і цинк на-зиваються мідноцинковими. Додання цинку підвищує і пластичність, і міцність латуней. Найбільшу пластичність мають латуні, що містять до 39 % Zn. Ці пластичні латуні дуже добре обробляються тиском у холодному і гарячому станах.

У латунях зі змістом Zn від 39 до 45 % пластичність різко зниже-на, тому вони задовільно деформуються тільки в гарячому стані.

Латуні позначають буквою Л, праворуч від якої пишуть літерні позначення спеціально введених (крім Zn) елементів; потім цифру, що указує відсоток міді, і потім відсотки спеціальних елементів у тій же послідовності, у якій записані самі елементи. Елементи познача-ють російськими буквами: ОБ – олово; Ц – цинк; З – свинець; Ж – залізо; Мл – марганець; Н – нікель, ДО – кремній, А – алюміній тощо. Наприклад, Л90 означає, що латунь містить 90 % Сu, інші (10 %) Zn. ЛАЖМЦ 66-6-3-2 означає латунь, що містить 66 % Сu, 6 % А1, 3 % Ре, 2 % Мn, інші (23 %) Zn.

Необхідно відзначити, що для латуні шкідливі ті ж домішки, що і для міді, тому домішки допускаються в дуже малих кількостях: РЬ 0,03 %, Ві 0,002 %, SЬ 0,005 %. Шкідливий вплив цих елементів урахо-вується так само, як і для технічної міді: вони утворюють низькоплав-кі складові, різко понижуючи пластичність латуней.

Для латунних виробів, що мають великі внутрішні напруження, характерне явище розтріскування. Розтріскування і тріщини (подо-вжні і поперечні) утворюються у виробах при збереженні їх на пові-трі. Щоб уникнути утворень тріщин у латунних виробах, що знахо-дяться на тривалому збереженні, їх піддають низькотемпературному (200-300° С) відпалу.

Для підвищення механічних властивостей, поліпшення оброблю-ваності, корозійностійкості в латуні вводять спеціальні елементи: Pb (свинець), Sn (олово), Nі (нікель), Al (алюміній) і ін. Такі латуні на-зивають спеціальними.

Pb погіршує механічні властивості латуні, але поліпшує обро-блюваність різанням.

Sn підвищує міцність і сильно підвищує корозійну стійкість у морській воді. Тому латуні, що містять олово, називають морськими латунями.

Nі підвищує міцність і корозійну стійкість.

Sі підвищує твердість, міцність, а разом з РЬ поліпшує антифрик-ційні властивості, тому кременисто-свинцеві латуні використовують-ся для виготовлення підшипників.

Бронзами називають сплави міді з оловом (бронзи олов’яні), алю-мінієм, кремнієм, берилієм, свинцем (бронзи безолов’яні). Крім осно-вних зазначених елементів бронзи, додатково легують фосфором, цинком, марганцем, залізом, нікелем, титаном. Застосовують бронзи для виробництва деформованих і литих напівфабрикатів і виробів.

Бронзи маркірують буквами Бр, праворуч пишуть елементи, що входять у бронзу: ОБ – олово; Ц – цинк; З – свинець; Ф – фосфор; Н – нікель; ДО – кремній і т.д.. у тому же порядку пишуть вміст еле-ментів у відсотках. Наприклад, Бр ОЦ 4-3 означає, що в бронзі в се-редньому 3 – 4 % Sn, інше – Сu; бронза Бр Ажмцю 3-1,5 містить у середньому 10 % А1, 3 % Fе, 1,5 % Мn, інше – Сu.

Олов’яні бронзи – сплави міді з оловом застосовують у литому вигляді й використовують як антифрикційний матеріал. Унаслідок високої корозійної стійкості у воді й парі з олов’яної бронзи відлива-ють арматуру (крани, трійники й ін.).

В олов’яні бронзи вводять деякі добавки, що поліпшують їхні властивості.

Свинець поліпшує оброблюваність бронзи на верстатах і її анти-фрикційні властивості; свинець не розчиняється в рідкій бронзі й

тому в структурі знаходиться у вигляді дрібнорозсіяних самостійних включень.

Фосфор, крім розкислення бронзи, утворює тверді включення, що підвищують антифрикційні властивості.

Безолов’яні бронзи мають високу міцність, добрі антикорозійні й антифрикційні властивості. Ці бронзи не тільки з успіхом замінюють олов’яні бронзи, але в деяких випадках перевершують їх за власти-востями.

Алюмінієві бронзи. При вмісті А1 до 10 % сплави Сu -А1 характе-ризуються доброю рідинотекучістю. Такі сплави добре деформують-ся в холодному й гарячому стані.

Додання Nі, Fе, Мn, РЬ поліпшує властивості алюмінієвих бронз: Nі підвищує міцність і пластичність; Fе підвищує міцність і твердість і подрібнює структуру; Мn підвищує і міцність, і корозійну стійкість; РЬ поліпшує оброблюваність на верстатах.

Алюмінієві бронзи з різними домішками внаслідок деяких техно-логічних переваг, недефіцитності і відносної дешевини широко засто-совують при виробництві виробів тиском і литтям.

Кременисті бронзи (Бр КМЦЗ-1, Бр КН1-3 за ДСТУ 493-54) ма-ють високу пластичність і корозійну стійкість. За механічними влас-тивостями вони перевершують олов’яні бронзи і є при цьому більш дешевими.

Берилієві бронзи. Унаслідок високої міцності і пружності з бери-лієвої бронзи виготовляють пружини, мембрани, контакти, що пру-жинять тощо.

Алюміній – метал срібло-білого кольору, легкий, легкоплавкий, м’який і пластичний, має високу електропровідність. Це дозволяє широко використовувати його в електротехніці, а низька питома вага визначила застосування алюмінію для виробництва на його основі легких сплавів; алюмінієві сплави широко застосовують у всіх га-лузях машинобудування, що полегшує вагу конструкцій і підвищує їхню міцність і довговічність.

У чистому вигляді алюміній приміняють для виробництва кабель-них виробів і провідників електричного струму. Чистий алюміній ко-розійностійкій внаслідок утворення на його поверхні щільної плів-ки А12О3. Термічна обробка алюмінію полягає лише у відпалюванні, рекристалізації (при 300 – 350 °С) як проміжній операції при його холодній деформації.

Найбільша кількість алюмінію витрачається у виробництві спла-вів на алюмінієвій основі.

У сучасній техніці застосовують дуже багато сплавів на алюмініє-вій основі з різною кількістю легуючих елементів. Одні з них, напри-клад, Си, Sі, Мg, Zn різко змінюють властивості алюмінію і його спла-вів. Інші, наприклад Мn, Nі, Сг, додатково поліпшують властивості і вводяться тільки за наявності перерахованих вище, одного чи декіль-кох, основних легованих елементів. Нарешті, частину елементів уво-дять як модифікатори у малих кількостях поліпшуючих домішок, що діють по-різному, але поліпшують, головним чином, роздрібнюють структуру; до таких домішок відносяться Nа, Ве, Ті, Се, Nb.

Всі алюмінієві сплави можна розділити на дві основні групи:

-   сплави, які деформуються;

-   ливарні сплави; Сплави, які деформуються поділяють на дві підгрупи: ті, які не

зміцнюються термічною обробкою; ті, які зміцнюються термічною обробкою.

До алюмінієвих сплавів, що деформуються й не зміцнюються тер-мічною обробкою належать сплави алюмінію з марганцем, магнієм.

Особливими перевагами цих сплавів є їхня висока пластичність, висока корозійна стійкість і гарна зварюваність, а для сплавів з магні-єм зменшення питомої ваги, але міцність зазначених сплавів невисо-ка. Зміцнюють ці сплави холодною деформацією (нагартовкою).

Зі сплавів Амц (Al-Mn) і Амг (Al-Mg) виготовляють аркуші, прутки, дріт. Якщо сплави поставляють у відпаленому стані, то наприкін-ці марочного позначення ставлять букву М – м’які (АМГМ), якщо ступінь наклепу невеликий – букву П – напівнагартовані (АМГП) і якщо наклеп сильний – букву Н (АМГН). Чим сильніше наклеп, тим, природно, більша міцність сплаву.

До цих алюмінієвих сплавів, які деформуються термічною оброб-кою відносяться сплави системи А1 – Сu.

Алюмінієві сплави, які деформуються й зміцнюються термічною обробкою, поділяють на дюралюміній, що позначається буквою Д, і сплави для кувань і штампувань (що позначаються АК) і умовним номером сплаву.

Дюралюміній є найбільш розповсюдженим алюмінієвим сплавом, що піддається деформації. У загартованому стані дюралюміній пластичний і легко деформується. Після загартування дюралюміній піддають природному чи штучному старінню, у результаті якого його

міцність різко підвищується. Максимальну міцність дюралюміній має після природного старіння. При штучному старінні сплав зміц-нюється тим швидше, чим вище температура старіння, при цьому максимум міцності розташований нижче.

Найбільшу міцність після термічної обробки має дюралюміній Д16, а найбільшу пластичність ДЗП. Найвищу високо міцність має алюмінієвий сплав В95. Більш високі механічні властивості порівня-но з дюралюмінієм має алюмініє вий сплав з цинком В95 (1,4 – 2,0 % Сu; 1,8 – 2,8 % Мg, 0,2 – 0,6 % Мn 5,0 – 7,0 % Zn; 0,10 – 0,25 % Сг).

Сплави для кувань і штампувань. Ці сплави повинні легко дефор-муватися в гарячому стані. Застосовуються ці сплави для роботи при звичайних (АК6 і АК8) і при підвищених (АК2 і АК4) температурах. Сплави АК6 і АК8 по хімічному складу близькі до дюралюмінію. Плас-тичність у гарячому стані сплаву Акб більш висока, ніж сплаву АК8. Зі сплаву АК6 виготовляють штамповані і куті деталі складної форми і середньої міцності, а зі сплаву АК8- високо навантажені штамповані деталі. Сплави АК2 і АК4 містять нікель і є жароміцними, тому їх за-стосовують для виготовлення деталей, що працюють при підвищених температурах (поршні двигунів внутрішнього згорання тощо).

Ливарні алюмінієві сплави по хімічному складу поділяють на п’ять груп (табл. 2.1). Позначають ці сплави буквами ЧЕРВОНИЙ, поруч ставлять умовний номер сплаву.

Таблиця 2.1

Хімічний склад (%) ливарних алюмінієвих сплавів (за ДСТУ 2685-53)

Система сплаву        Сплав М§      8І         Мп      Си       2п

1          2          3          4          5          6          7

А1 - 8і

(висококрем-

нисті силуміни)         АЛ2 АЛ4        0,17 - 0,30      10,0 - 13,0 8,0 - 10,5 0,25 - 0,5        — —   — —

Продовження табл. 2.1

1         23456         7

АІ- 8і- Си

(низысокреме-

нисті силу-

міни)   АЛ5 АЛ6        0,35 - 0,6        4,5 - 5,5 4,5 - 6,0       — —   1,0 - 1,5 2,0 - 3,0       — —

АІ - М§           АЛ8 АЛ13      9,5 - 11,5 4,5 - 5,5     0,8 - 1,3          0,1 - 0,4          —        —

А1— Си         АЛ7 АЛ12      —        —        —        4,0 - 5,0 9,0 - 11,0     —

А1 - 2п

(цинковис-

тий силумін)  АЛИ    0,1 - 0,3          6,0 - 8,0          —        —        10,0 - 14,0

Найбільш характерними ливарними алюмінієвими сплавами є сплави системи Аl – Sі – силуміни.

Розчинність Sі в А1 узагалі мала, тому сплави, що складаються тільки з А1 і Sі, практично не зміцнюються термічною обробкою.

До сплавів, що зміцнюються термічною обробкою, відносяться низькокременисті силуміни ЧЕРВОНИЙ 5 і ЧЕРВОНИЙ 6. Із силу-мінів виготовляють деталі шляхом лиття в землю, у металеві форми і під тиском: великі навантажені деталі різних двигунів, блоки голівок і сорочки циліндрів, картери двигунів, корпуси приладів і інші відпо-відальні деталі.

До ливарних алюмінієвомагнієвих сплавів відносяться ЧЕРВО-НИЙ 8 і ЧЕРВОНИЙ 13. Сплав ЧЕРВОНИЙ 8 має достатню міц-ність і високу пластичність, тому його застосовують для найбільш відповідальних литих вузлів і деталей машин, підданих ударним на-вантаженням. Сплав корозійностійкий.

Сплав ЧЕРВОНИЙ 13 застосовують без термічної обробки для виготовлення середньонавантаженних деталей, що працюють у кон-такті з хімічно активними середовищами і при підвищених температурах.

До алюмінієвомідних сплавів відносяться сплави ЧЕРВОНИЙ 7, ЧЕРВОНИЙ 12.

Сплав ЧЕРВОНИЙ 7 має низькі ливарні, але високі механічні властивості, тому його застосовують для виготовлення невеликих важконавантаженних деталей.

Сплав ЧЕРВОНИЙ 12 має більш високі ливарні, але більш низь-кі механічні властивості, його застосовують для виготовлення ма-лонавантажених деталей, що працюють при звичайній і підвищеній температурах. Сплав АЛ 11 з великою кількістю цинку (10 – 14 %) і кремнію (6 – 8 %) називається цинковистим силуміном. Він має ви-сокі ливарні властивості і, як звичайні силуміни, піддається модифі-куванню натрієм і застосовується для виготовлення великих, склад-них по конфігураціях важконавантажених деталей.

Магнієві сплави одержують шляхом сплавки магнію з А1, Zn, Mn. Усі ці елементи мають обмежену розчинність у магнії, тобто такі сплави можна піддавати загартуванню і старінню. Магнієві сплави маркірують у такий спосіб: ливарні сплави – буквами МЛ і цифрою, що позначає умовний номер сплаву, наприклад МЛ2, МЛЗ, МЛ4 і т.д. Ті, що деформуються, позначають буквами МА і цифрою, що означає умовний номер сплаву: МА2, МАЗ і т.д. Літейні магнієві сплави при задовільній міцності мають достатню пластичність до 12 %. Щіль-ність цих сплавів майже в 4,5 рази менша, ніж сталі або чавуна.

Характерною рисою для магнієвих сплавів є тривала витримка їх при температурі загартування і старіння, що пояснюється малою швидкістю дифузійних процесів. Цим же можна пояснити і можли-вість охолодження магнієвих сплавів на повітрі після загартування.

Магнієві сплави, які деформуються, мають ще велику міцність і пластичність, що дозволяє застосовувати їх для відповідальних деталей. Для магнієвих сплавів, які деформуються, характерне застосу-вання загартування з охолодженням на повітрі без наступного старін-ня, після якого зберігаються пластичні властивості переохолодженого твердого розчину. Звичайно, при роботі в підвищених температурах твердий розчин буде розпадатися і пластичність зменшуватися.

Виробництво магнієвих сплавів вимагає особливих обережностей при плавці, розливанні, нагрівах. Ці сплави недостатньо корозійнос-тійкі, тому їхню поверхню доводиться штучно захищати від корозії.

Титан – метал сріблисто-білого кольору. Титан є одним з най-поширеніших елементів земної кори. Переваги титана порівняно з іншими металами наступні: мала щільність – 4,5 г/см3, висока межа міцності технічного титана, добра корозійна стійкість (більш висока, ніж у нержавіючої сталі), висока жароміцність і велика питома міц-ність. По питомій міцності титанові сплави перевершують високо-міцні конструкційні сталі й алюмінієві сплави.

Властивості титана істотно залежать від його чистоти. Титан у більшості корозійних середовищ має більш високу стійкість, ніж алюміній і кислотостійкі сталі, внаслідок утворення на його поверхні міцної і щільної окисної плівки.

Сполучення високої корозійної стійкості й механічної міцності, низької щільності, немагнітності при достатній технологічності ви-значає широке застосування титана і його сплавів у хімічній і авіа-ційній промисловості, у ракетобудуванні, при виготовленні тепло-обмінників, трубопроводів і гребних гвинтів. Титанові сплави також застосовують для виготовлення хірургічних інструментів і апаратури сучасної медицини.

Титан використовується як розкислювач при виплавці сталей і до-дання їм спеціальних властивостей, для модифікації чавунів, у ливар-них сплавах алюмінію й магнію, для виготовлення твердих сплавів.

Титан є поліморфним металом і існує в двох алотропічних формах. У промисловості застосовують технічний титан двох марок ВТ1-1 і ВТ1-2. У зазначених сплавах містяться наступні домішки, % (не більш):

С    О2    N2   Fе   Si    Н2    W

0,10   0,15  0,04  0,3 0,15  0,015 0,05

Підвищена міцність титана ВТ1-2 обумовлюється більш високим сумарним вмістом домішок, головним чином кисню, хоча і не переви-щує зазначених меж хімічного складу.

Технічний титан виготовляють у виді аркушів, прутків, дроту, стрічок, плит, труб, кувань і штампувань.

Для одержання титанових сплавів з більш високими властивос-тями титан легують різними металами – алюмінієм, хромом, залізом, марганцем, молібденом, оловом, ванадієм.

У сплавах титана з хромом, марганцем, залізом відбувається ев-тектоїдний розпад β-фази з утворенням хімічних сполук – інтермета-лідів (титанідів).

Залежно від будови титанові сплави класифікують на три групи: сплави зі структурою α-твердого розчину; сплави зі змішаною структурою (α+ β) – твердого розчину і сплави зі структурою β – твердого розчину. У промисловості застосовують сплави зі структурою α + β и α. Сплави зі структурою β – фази промислового застосування поки ще не знаходять.

У титанових сплавах найбільш важливим елементом є алюміній, він міститься у всіх сплавах. Алюміній збільшує міцність, жароміц-ність і опірність титанових сплавів окислюванню при високих температурах. Інші елементи, що стабілізують α – фазу (кисень, азот), утворюють з титаном тверді розчини впровадження і впливають позитивно (збільшуючи міцність) тільки при дуже невеликій їхній кількості – до 0,15 % О2 і 0,04 % N2. Більший вміст цих елементів ви-кликає крихкість у сплавах. Крім термічної обробки, титанові сплави для підвищення зносостійкості тертьових поверхонь піддають азоту-ванню.

Нікель – пластичний сріблисто-білий метал, відзначається висо-кою корозійною стійкістю в повітряній атмосфері, у воді, розчинах органічних кислот. Мінеральні кислоти, особливо азотна, сильно діють на нікель. Чистий нікель добре полірується і здобуває при-ємний зовнішній вигляд і блиск, що зберігається тривалий час. Ні-кель не токсичний, не руйнує вітамінів і широко використовується як захисно-декоративне покриття столових приладів, посуду. Нікель також широко застосовується для захисту від корозії інструментів, приладів для вікон і дверей, металевих меблів, деталей велосипедів, мотоциклів і автомобілів тощо. Нікель використовують у виробни-цтві лужних акумуляторів. Значна частина нікелю застосовується як легуючий елемент у спеціальних сталях, що володіють високими механічними, антикорозійними, магнітними чи електричними влас-тивостями.

Основними сплавами на нікелевій основі є ніхроми і монель-метал. Монель-метал НМЖМЦ 28 – 2,5 – 1,5 (28 % Си; 2,5 % Fе; 1,5 % Мn; інше нікель) відрізняється високими механічними властивостя-ми і корозійною стійкістю. У чистій атмосфері цей сплав не тьмяніє, стійкий у воді, більшості органічних кислот і практично не кородує в нейтральних і лужних розчинах органічних сполук. В атмосфері, що містить сірчисті з’єднання й вологу, монель-метал покривається плівкою від зеленого до коричневого кольору. Монель-метал засто-совують для виготовлення деталей хімічної апаратури, насосів, що працюють в агресивних середовищах, у ювелірному виробництві.

Хром – твердий метал сіро-сталевого кольору, хімічно мало ак-тивний і в звичайних умовах стійкий до кисню і вологи. Як конструк-ційний матеріал хром не застосовується через високу крихкість.

Хром широко використовується для хромування металевих ви-робів. Хромове покриття забезпечує високу корозійну стійкість і

зносостійкість сталевих деталей і виробів. Хромуванню піддають інструменти, деталі годинників, велосипедів, друкарських машинок, мотоциклів, автомашин тощо.

Досить широке застосування одержав хром у металургійній про-мисловості як один з дуже ефективних легуючих елементів. Уведен-ня хрому в сталь у визначених кількостях і в сполученні з іншими ле-гуючими елементами підвищує стійкість проти корозії, жароміцність, збільшує твердість, зносостійкість і ріжучі властивості інструментів.

Хром є необхідним елементом для виробництва хімічних сполук, використовуваних у шкіряній (дубителі) і текстильної (барвники) промисловості.

Цинк – метал ясно-сірого кольору із синюватим відливом. До-мішки свинцю, сурми, кадмію, міді, миш’яку, олова й заліза негативно впливають на фізико-механічні й технологічні властивості цинку. Залежно від вмісту домішок цинк випускається з шести марок:

Марка цинку   ЦВЧ   ЦВ    ЦО    Ц1   Ц2   Ц3 Вміст цинку, %  99,997  99,99  99,975  99,95  98,7  97,5

Цинк – хімічно активний елемент, але в умовах вологої атмос-фери покривається щільною плівкою основної вуглекислої солі, що охороняє метал від подальшої корозії. Варто мати на увазі, що ці солі розчиняються в кислих, лужних середовищах і в киплячій воді, утво-рюючи токсичні розчини. У прісній воді при кімнатній температурі й у вологій атмосфері цинк досить стійкий.

Більш половини цинку, що добувається, застосовують як метал для захисно-декоративних покрить сталевих виробів і листового ме-талу, на які він наноситься шляхом гарячого чи електролітичного оцинкування. Цинк є легуючим елементом багатьох сплавів (латуні, нейзильберу). На основі цинку виготовляють сплави з добрими ли-варними властивостями, що містять 5 – 10 % Sn і 4 – 12 % Аl. Не-доліком таких сплавів є їхня низька міцність. Тому цинкові сплави застосовують для виливки складних за формою деталей, що не підда-ються великим механічним навантаженням при експлуатації: деталі швейних, пишучих і розрахункові машин, корпуси замків тощо. Цинк широко використовується при виготовленні оцинкованого посуду, що не підлягає кип’ятінню.

Олово – сріблисто-білий метал, має дві алотропічні модифікації. Зви-чайне біле олово, тобто β-модифікація, стійко при температурах вище

18°С. При низьких температурах біле олово переходить у сіре, тобто в α -модифікацію, перетворюючи в дрібний порошок унаслідок великих об’ємних змін. Це явище називають «олов’яною чумою». Перехід β-модифікації в α-модифікацію відбувається при охолодженні до темпе-ратури нижче – 20°С. Олово – один із самих м’яких і пластичних металів. Легко розгортається у фольгу, тому що при деформації олово рекристалі-зується при кімнатній температурі.

Вольфрам – білий метал, при кімнатній температурі вольфрам непластичний, характеризується високою корозійною стійкістю в атмосферних умовах і не реагує із соляною, сірчаною, азотною, пла-виковою кислотами і розчинами солей. Широко застосовується в сучасній техніці для одержання легованих сталей і твердих сплавів на основі карбіду вольфраму, а також для одержання зносостійких і жароміцних сплавів. Вольфрам є незамінним матеріалом для виго-товлення ниток розжарення електричних ламп, деталей електроваку-умних приладів у радіоелектроніці й рентгенотехніці.

Благородні метали (срібло, золото, метали платинової групи і їхні сплави) свою назву одержали завдяки високій корозійній стійкості в звичайній атмосфері, а також у більшості кислот і лугів; ці метали мають красивий зовнішній вигляд, високу щільність, пластичність.

Срібло – метал білого кольору з щільністю 10500 кг/м3 і температурою плавлення 960 °С. Має малу твердість НВ25, високу пластичність і дуже добре полірується. У полірованому стані володіє високою відбивною здатністю світлових і теплових променів, що складає 95 – 97 %. Срібло во-лодіє найвищою електро- і теплопровідністю серед усіх металів. Стійко до впливу атмосфери, але чорніє від сірководню, що пов’язано з утворенням на його поверхні плівки сульфіду срібла. Срібло стійке в багатьох кислотах, лугах і розчинах солей. Легко розчиняє срібло азотна кислота. Срібло в чистому вигляді застосовується для виготовлення корозійностійкого хімічного посуду і як каталізатор хімічних реакцій. Значна кількість срі-бла витрачається у фото- і кінопромисловості для виробництва світло-чутливої плівки й паперу. Велике поширення одержали сплави срібла з міддю, що сплавляються в будь-якій пропорції. Срібно-мідні сплави за-стосовують для виготовлення контактів у точних електровимірювальних приладах, для виготовлення столових приладів, ювелірних виробів. Срі-бло використовують також як захисно-декоративне покриття і для одер-жання припоїв. Вміст срібла в припоях може коливатися від 1,5 до 72 %. Маркірують їх буквами ПСР (припой срібний) і цифрою, що вказує вміст срібла, наприклад ПСР72, ПСР65 і т.п.

Золото – один з найважчих металів, має яскраво-жовтий колір із сильним металевим блиском. Золото добре обробляється тиском, відзначається високою корозійною стійкістю в звичайній атмосфері, а також у кислотах, лугах і розчинах солей. Воно не змінюється від дії сірководню, але розчиняється в царській горілці, у хлорній і бромній воді. Чисте золото через його м’якість застосовується рідко. Твердість золота значно підвищується при сплавці з міддю. Так, сплав золота з 20 % міді має твердість НВ100. Корозійна стійкість при сплавці з мід-дю знижується.

Для виготовлення ювелірних виробів, крім міді, додають срібло і палладій. Залежно від вмісту золота встановлені проби 333, 375, 500, 583, 750, 958.

Колір і твердість ювелірних сплавів залежить від співвідношен-ня вхідних у них компонентів. Змінюючи кількісне співвідношення золота, срібла і міді, можна одержати сплави жовтого, рожевого, зеленого, а при добавці палладію – білого кольору (58,3 % Аu, 25,7 % Аg і 16 % Рd). Найбільшою твердістю володіють сплави при співвід-ношенні Сu:Аg близько 1:1 (583-я проба). Золото і його сплави за-стосовують для виготовлення ювелірних виробів, нанесення захисно-декоративних покрить, при декоруванні порцелянових і фаянсових виробів і для фарбування скла в рубіновий колір.

Платина – білий метал із сіруватим відтінком. Має високу щіль-ність – 21500 кг/м3 і температуру плавлення – 1773°С. Має більш ви-соку твердість (НВ 50) порівняно з іншими благородними металами. Є менш пластичним металом порівняно з золотом і сріблом.

Платина має високу корозійну стійкість, на неї не діє царська го-рілка і хлорна вода. Це незамінний матеріал при виготовленні тиглів і чашок для хімічних лабораторій і при виготовленні термопар для високих температур.

У ювелірному виробництві застосовують платину 950-й проби для виготовлення кілець, браслетів, оправ діамантів тощо.