.

Алюміній (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
4 6238
Скачать документ

Алюміній самий розповсюдженний метал у земній корі. Його зміст
оцінюють у 7.45 % (більше, ніж заліза, якого тільки 4.2 %). Алюміній як
елемент відкритий у 1825 р., коли були отримані перші невеликі грудочки
цього металу. Початок його промислового освоєння відноситься до кінця
минулого сторіччя. Поштовхом до цього послужила розробка в 1886 р.
способу його одержання шляхом електролізу глинозему, розчиненого в
кріоліті. Принцип способу лежить в основі сучасного промислового витягу
алюмінію з глинозему у всіх країнах світу.

По зовнішньому вигляді алюміній являє собою блискучий сріблистий білий
метал. На повітрі він швидко окисляється, покриваючись тонкої білий

матовою плівкою Al O . Ця плівка володіє високими захисними
властивостями, тому, будучи покритим такою плівкою, алюміній є
корозіостійким.

Алюміній досить легко руйнується розчинами їдких лугів, соляний і сарною
кислот. У концентрованій азотній кислоті й органічним кислотам він має
високу стійкість.

Найбільш характерними фізичними властивостями алюмінію є його мала
відносна щільність, рівна 2.7, а також порівняно високі тепло- і
електропровідність. При 0 C питома електропровідність алюмінію, тобто
електропровідність алюмінієвого дроту перетином 1 мм і довжиною 1 м
дорівнює 37 1 ом.

Корозійна стійкість і особливо електропровідність алюмінію тим вище, ніж
він чистіше, чим менше в ньому домішок.

Температура плавлення алюмінію невисока, вона дорівнює приблизно 660 C.
Однак схована теплота плавлення його дуже біля 100 кал м, тому для
розплавлювання алюмінію потрібно велика витрата тепла, чим для
розплавлювання такої ж кількості, наприклад, тугоплавкої міді, у якої
температура плавлення 1083 C, схована теплота плавлення 43 кал м.

Для механічних властивостей алюмінію характерні велика пластичність і
мала міцність. Прокачаний і відпалений алюміній має =10 кг мм, а
твердість НВ25, =80% і =35%.

Кристалічні ґрати алюмінію являють собою гранецентрированний куб, що має
при 20 C параметр (розмір сторони)4.04. Алотропічних перетворювань
алюміній не має.

В природі алюміній знаходиться в вигляді алюмінієвих руд: бокситів,
нефелинів, алунітів та каолінів. Найважливішою рудою, на якій базується
більша частина світової алюмінієвої промисловості , є боксити. Одержання
алюмінію з руд складається з двох послідовно проведених спочатку
роблять глинозем (Al O ), а потім з нього одержують алюміній. велика
частина світової алюмінієвої промисловості, є боксити.

Одержання алюмінію з руд складається з двох послідовно проведених
спочатку роблять глинозем (Al O ), а В одних різновидах лужних методів
боксит, збезводнений при 1000 C, подрібнюють у кульових млинах, змішують
у визначених пропорціях із крейдою і содою і спекают для одержання
розчинного у воді твердого алюмінату натрію по реакціїї

Відомі в даний час методи одержання глинозему можна розбити на три
групи: лужні, кислотні і электротермические. Найбільш широке
застосування одержали лужні методи.

В одних різновидах лужних методів боксит, обезводнений при 1000 C,
подрібнюють у кульових млинах, змішують у визначених пропорціях із
крейдою і содою і зпікають для отримання розчинного в воді твердого
алюміната натрія з реакцією.

Al O + Na CO = Al O Na O + CO .

Спечену масу подрібнюють і вилуговують водою, алюмінат натрію при цьому
переходить у розчин.

В інших різновидах лужного методу глинозем, що міститься в бокситі,
зв’язують в алюмінат натрію шляхом безпосередньої обробки руди лугами.
При цьому відразу виходить розчин алюмінату у воді.

В обох випадках утворення водяного розчину алюмінату натрію приводить до
відділення його від нерозчинних компонентів руди, що представляють собою
в основному окисі і гідроокисі кремнію, заліза і титана. Відділення
розчину від нерозчинного осаду, називаного червоним шламом, здійснюють у
відстійниках.

В отриманий розчин при 125 C і тиску 5 ам додають вапно, що приводить до
обескремніюваний-CaSi іде в осад, утворюючи білий шлам. Очищений від
кремнію розчин після відділення його від білого шламу оброблюють
вуглекислим газом при 60-80 C, у результаті чого в осад випадає
кристалічний гідрат окису алюмінію:

Al O Na O + 3H O + CO = 2Al(OH) + Na CO .

Його промивають, просушують і прожарюють. Прожарювання приводить до
утворення глинозему:

2Al(OH) = Al O + 3H O .

Описаний спосіб забезпечує досить повний витяг глинозему з біля 80%.

Одержання металевого алюмінію з глинозему полягає в його
електролітичному розкладанні на складові: алюміній і кисень.
Електролітом у цьому процесі є розчин глинозему в кріоліті (Al 3Na).
Кріоліт, володіючи здатністю розчиняти глинозем, одночасно знижує його
температуру плавлення. Глинозем плавиться при температурі близько 2000
C, а температура плавлення розчину, що складає, наприклад, з 85 %
кріоліту і 15 % глинозему, дорівнює 935 C.

Схема електроліза глинозему досить проста, але технологічно цей процес
складний і вимагає великих витрат електроенергії.

У поду ванни з гарною теплоізоляцією 1 і вугільним набиванням 2
закладені катодні шини 3, з’єднані з негативним полюсом джерела
електричного струму. До анодної шини 4 приєднані електроди 5. Перед
початком електролізу на дно ванни насипають тонкий шар коксу, електроди
опускають до зіткнення з ним і включають струм. Коли вугільне набивання
загостриться, поступово вводять кріоліт. При товщині шаруючи
розплавленого кріоліту, рівної 200-300 мм, завантажують глинозем із
розрахунку 15% до кількості кріоліту. Процес відбувається при 950-1000
C.

Під дією електричного струму глинозем розкладається алюміній і кисень.
Рідкий алюміній 6 накопичується на вугільній подині (дно вугільної
ванни), що є катодом, а кисень з’єднується з вуглецем анодів, поступово
спалюючи їх. Кріоліт витрачається незначно. Глинозем періодично додають,
електроди для компенсації згорілої частини поступово опускають униз, а
рідкий алюміній, що нагромадився, через визначені проміжки часу
випускають у ківш 8.

При електролізі на 1 т алюмінію витрачається близько 2 т глиноземи,

0.6 т вугільних електродів, що служать анодами, 0.1 т кріоліту і від

17000 до 18000 кВт год. електроенергії.

Отриманий при електролізі глинозему алюміній-сирець містить металеві
домішки (залізо, кремній, титан і натрій), розчинені гази, головним з
який є водень, і неметалічні включення, що представляють собою частки
глинозему, вугілля й кріоліту. У такому стані він непридатний для
застосування, тому що має низькі властивості, тому його обов’язково
піддають рафінуванню. Неметалічні і газоподібні домішки видаляють шляхом
переплавляння й продувки металу хлором. Металеві домішки можна видалити
тільки складними електролітичними способами.

Після рафінування одержують торгові сорти алюмінію.

Чистота алюмінію є вирішальним показником, що впливає на всі його
властивості, тому хімічний склад, покладений в основу класифікації
алюмінію.

Неминучими домішками, що виходять при виробництві алюмінію, є залізо й
кремній. Обидві вони в алюмінії шкідливі. Залізо не розчиняється в
алюмінії, а утворить з ним тендітні хімічні сполуки FeAl і Fe Al . З
кремнієм алюміній утворить евтектичну механічну суміш при 11.7% Si.
Оскільки розчинність кремнію при кімнатній температурі дуже мала
(0.05%), те навіть при його незначній кількості він утворить евтетику
Fe+Si і включення дуже твердих (НВ 800) тендітних кристаликів кремнію,
що знижують пластичність алюмінію. При спільній присутності кремнію й
заліза утвориться потрійна хімічна сполука і потрійна евтектика, теж
понижуюча пластичність.

У нас у країні в залежності від кількості домішок установлені тринадцять
марок алюмінію, що випускаються промисловістю.

|

Чистота алюмінію різних марок

Група

чистоти Марка Зміст

алюмінію, %

не менш Група

чистоти

Марка Зміст

алюмінію, %

не менш

Особливої

чистоти А999 99.999

Технічної чистоти

А85

А8

А7

А6

А5

А0

А

АЕ 99.85

99.80

99.70

99.60

99.50

99.00

99.00

99.50

Високої

чистоти А995

А99

А97

А95 99.995

99.99

99.97

99.95

Контрольованими домішками в алюмінії є залізо, кремній, мідь і титан.

Алюміній усіх марок містить більш 99 % Al. Кількісне ж перевищення цієї
величини в сотих чи десятих частках відсотка вказують у назві марки
після початкової букви А. Так, у марці А 85 міститься

99.85 % Al. Виключення з цього принципу маркірування складають марки А

АЕ, у яких зміст алюмінію таке ж, як у марках А0 і А5, але інше
співвідношення вхідних до складу домішок заліза й кремнію.

Буква Е в марці АЕ означає, що алюміній даної марки призначається для
виробництва електропроводів. Додатковою вимогою до властивостей алюмінію
є низьке електропротидія, що для дроту, виготовленої з нього, повинне
бути не більш 0.0280 ом мм м при 20 C.

Алюміній застосовують для виробництва з нього виробів і сплавів на його
основі, властивості яких вимагають великого ступеня його чистоти.

У залежності від призначення алюміній можна робити в різному виді.
Алюміній усіх марок (високої й технічної чистоти), призначений для
переплавляння, відливають у виді паць масою 5; 15 і 1000 кг. Їхні
граничні величини, наступні: висота від 60 до 600 мм, ширина від 93 до
800 мм і довжина від 415 до 1000 мм.

Якщо ж алюміній призначається для прокату листа й стрічки, то безупинним
чи напівбеззупинним методом відливають плоскі злитки сімнадцяти
розмірів. Товщина їх коливається в межах від 140 до 400 мм, від 560 до
2025 мм, а маса 1 м довжини від 210 до 2190 кг. Довжину злитка
погоджують із замовником.

Основним видом контролю алюмінію як у пацях, так і в плоских злитках, є
перевірка хімічного складу і його співвідношення марочному. До паць і
злитків, призначеним для обробки тиском, пред`являють додаткові вимоги,
такі, наприклад, як відсутність раковин, газових міхурів, тріщин,
жужільних і інших сторонніх включень.

Для розкислення стали в процесі її виплавки, а також для виробництва
феросплавів і для алюмотермії можна застосовувати більш дешевий алюміній
меншої чистоти, чим це зазначено таблиці “Чистоту алюмінію різних
марок”. Для цієї мети промисловість випускає шістьох марок алюмінію в
пацях масою від 3 до 16.5 кг, що містять від 98.0 до 87.0 % Al. У них
зміст заліза досягає 2.5 %, а кремнію і міді до 5 % кожного.

Застосування алюмінію обумовлене особливістю його властивостей.
Сполучення легкості з досить високою електропровідністю дозволяє
застосовувати

алюміній як провідник електричного струму, заміняючи їм більш дорогу

мідь. Різницю в електропровідності міді (63 1 ом) і алюмінію (37 1 ом)

компенсують збільшенням перетину алюмінієвого проводу. Мала маса

алюмінієвих проводів уможливлює здійснювати їх підвіску при

значно більшому, ніж у випадку мідних проводів, відстані між

опорами, не побоюючись обриву проводів під впливом власної ваги.

З нього виготовляють також кабелі, шини, конденсатори, подовжувачі.
Висока корозійна стійкість алюмінію робить його в ряді випадків
незамінним матеріалом у хімічному машинобудуванні, наприклад для
виготовлення апаратури, що застосовується при виробництві, збереженні й
перевезенні азотної кислоти і її похідних.

Широко його застосовують також у харчовий з нього виготовляють
різноманітний посуд для готування їжі. При цьому використовують не
тільки його стійкість до дії органічних кислот, але також і високу
теплопровідність.

Висока пластичність дозволяє розгортати алюміній у фольгу, що у даний
час цілком замінила використовану раніше більш дорогу олов’яну фольгу.
Фольга служить упакуванням для найрізноманітніших харчових продуктів:
сподіваючись, шоколаду, тютюну, сиру й ін.

Алюміній застосовують так само, як антикорозійне покриття інших металів
і сплавів. Його можна наносити плакуванням, дифузійною металізацією й
іншими способами, включаючи фарбування алюмініємісткими фарбами й
лаками. Особливо сильно поширене плакування алюмінієм плоского прокату з
менш корозієстійких алюмінієвих сплавів.

Хімічну активність алюмінію стосовно кисню використовують для
розкислення при виробництві напівспокійної і спокійної сталі і для
одержання важковідновлюємих металів шляхом витиснення алюмінієм із їхніх
кисневих з’єднань.

Алюміній застосовують як легуючий елемент у всіляких сталях і сплавах.
Він додає їм специфічні властивості. Так, наприклад, він підвищує
жаростійкість сплавів на основі заліза, міді, титана і деяких інших
металів.

Можна назвати й інші області застосування алюмінію різного ступеня
чистоти, але найбільшу його кількість витрачають на одержання різних
легких сплавів на його основі. Зведення про головні з них приведені
нижче.

У цілому застосування алюмінію в різних галузях господарства на прикладі
розвитих капстран оцінюють наступними цифрами: транспортне
машинобудування 20-23% (у тому числі автомобілебудування 15%),
будівництво 17-18%, електротехніка 10-12%, виробництво пакувальних
матеріалів 9-10%, виробництво споживчих товарів тривалого користування
9-10%, загальне машинобудування 8-10%.

Алюміній завойовує всі нові області застосування, незважаючи на
конкуренцію інших матеріалів і особливо пластмас.

Основними промисловими рудами, що містять алюміній, є боксит, нефелін,
алуніт і каолін.

Якість цих руд оцінюють по змісту в них глинозему Al O , що містить 53%
Al. З інших показників якості алюмінієвих руд найбільш важливим є склад
домішок, шкідливість і корисність яких визначаються застосуванням руди.

Боксит є кращим і в усьому світі основною сировиною для одержання
алюмінію. Його використовують також для виробництва штучного

корунду, вогнетривких виробів і для інших призначень. По хімічному
складі ця осадова гірська порода являє собою суміш гідратів глинозему Al
O n O з окислами заліза, кремнію, титана й інших елементів. Найбільш
розповсюдженими гідратами глинозему, що входять до складу бокситів, є
мінерали: діаспор, беміт і гідроргеллит. Зміст глинозему в бокситі
навіть в одному родовищі коливається в дуже широких від 35 до 70%.

Вхідні до складу бокситу мінерали утворять дуже тонку суміш, що утрудняє
збагачення. У промисловості в основному застосовують сиру руду. Процес
витягу алюмінію з руди складний, дуже енергоємний і складається з двох
стадій: спочатку витягають глинозем, а потім із нього одержують
алюміній.

Предметом світової торгівлі є як сам боксит, так і витягнутий з нього чи
інших руд глинозем.

На території СНД покладу бокситів розподілені нерівномірно, і боксити
різних родовищ нерівноцінні по якості. Родовища найбільш високоякісних
бокситів знаходяться на Уралі. Великі запаси бокситів маються також у
Європейській частині СНД і в Західному Казахстану.

З індустріально розвитих країн нині практично забезпечена лише Франція,
де вперше почалася його розробка. Його достовірні й імовірні запаси в
цій групі держав у 1975 р. оцінювалися в 4.8 млрд. т (у тому числі в
Австралії 4.6 млрд. т), тоді як у країнах, що розвиваються, у 12.5 млрд.
т, в основному в Африці і Латинській Америці (самі багаті – Гвінея,
Камерун, Бразилія, Ямайка).

За післявоєнний час різко розширилося коло країн, де ведеться видобуток
бокситу і виробляється первинний алюміній. У 1950 р. боксит добували
лише в 11 країнах, не вважаючи СРСР, у тому числі в трьох у кількості
понад 1 млн. т (Суринам, Гайяна, США) і в чотирьох більш по 0.1 млн. т
(Франція, Індонезія, Італія, Гана). ДО 1977 р. об’єм видобутку зріс у 12
разів і різко змінилася її географія (більш половини видобутку
капіталістичного світу приходилося на країни, що розвиваються,).

На відміну від країн, що розвиваються, багата паливом Австралія велику
частину бокситів, що добуваються, (в основному на півострові Йорк у
найбільшому бокситовому родовищі світу) переробляє в глинозем, граючи
вирішальну роль у його світовому експорті. Не приклад їй, країни басейну
Карибського моря і східноафриканські вивозять переважно боксит. У цьому
позначається як причини політичного характеру (світовим алюмінієвим
монополіям переважніше виробництво глинозему за межами
бокситодобуваючих, залежних від них країн), так і чисто економічні:
боксити, на відміну від руд важких кольорових металів, транспортабельна
(містять 35-65 % двоокису алюмінію), а глиноземне виробництво вимагає
значних питомих витрат, яким не розташовує гнітюча частина
бокситодобуваючих країн.

Прагнучи протистояти диктату світових алюмінієвих монополій
бокситоекспортуючі країни в 1973 р. створили організацію “Міжнародна
асоціація бокситодобуваючих країн” (МАБС). У неї ввійшли Австралія,
Гвінея, Гайана, Ямайка, а також Югославія; пізніше до неї приєдналися
Домініканська республіка, Гаїті, Гана, Сьєрра-Леоне, Суринам, а Греція й
Індія стали країнами-спостерігачами. На рік створення на долю цих держав
приходилося приблизно 85 % видобутку бокситів у несоціалістичних
державах.

Для алюмінієвої промисловості характерний територіальний розрив як між
видобутком бокситу й виробництвом глинозему, так і між останнім і
виплавкою первинного алюмінію. Найбільші виробництва глинозему (до 1-1.3
млн. т рік) локалізовані як при алюмінієвих заводах (наприклад, при
канадському заводі в Арвида у Квебеке, що займає по виробничій
потужності-0.4 млн. т алюмінію в рік), так і в бокситоекспортуючих
портах (наприклад, Паранам у Суринаме), а також на шляхах проходження
бокситу від других до наприклад, у США на узбережжя Мексиканської затоки
(Корпус-Крісті, Пойнт-Комфорт).

У нас у країні всі боксити, що добуваються, розділені на десять марок.
Основне розходження між бокситами різних марок полягає в тому, що вони
містять різну кількість основного компонента-глинозему, що витягається,
і мають різну величину кремнієвого модуля, тобто різний зміст глинозему
до змісту шкідливої у бокситах домішки кремнезему (Al O Si ).
Кремнієвий модуль є дуже важливим показником якості бокситів, від нього
в сильній мері залежать їхнє застосування й технологія переробки.

Основні показники якості бокситів усіх десяти марок приведені в таблиці.
Там же зазначене й переважне застосування бокситів різних марок.

Марка

бокситу Містячи

ним

Al O ,% Вагове

співвідношення

Al O:SiO

Зразкове призначення

електрокорунд

не менш |

БВ….. 52 12.0 Виробництво электрокорунда

Б-0….

Б-1…. 52

49 10.0

9.0 Виробництво глинозему, електроко-

рунда і глиноземистого цементу

Б-2….

Б-3…. 46

46 7.0

5.0 Виробництво глинозему, плавлених вогнетривів і глиноземистих
цементів

вогнетривів

Б-4….

Б-5…. 42

40 3.5

2.6 Виробництво глинозему й вогнетривів

Б-6….

37 2.1

Виробництво вогнетривів, мартенівське виробництво

Б-7….

Б-8…. 30

28 5.6

4.0 Виробництво глинозему і глиноземи-

стого цементу

Виробництво глинозему

Як видно з таблиці, боксити тих самих марок використовують для різних
призначень, так, наприклад, боксит марки Б-1 може використаний для
виробництва глинозему, плавлених вогнетривів і глиноземистих цементів.
Однак у залежності від призначення до бокситу однієї і тієї ж марки при
однакових основних показниках якості (зміст Al O і кремнієвому модулі)
пред’являють різні вимоги по змісту домішок сірки, окису кальцію й
фосфору.

Зміст вологи в бокситах будь-яких марок установлено в залежності від
їхнього родовища: найменша вологість (не більш 7 %) установлена для
бокситів південно-уральських родовищ, а для північно-уральських,
каменск-уральских і тихвинскіх також не більш 12, 16 і 22%. Показник
вологості не є бракувальною ознакою і служить тільки для розрахунків із
споживачем.

Боксит поставляють у шматках розміром не більш 500 мм. Перевозять його
навалом на чи платформах у гондолах.

Нефелин Na(AlSi )-мінерал ясно-сірий чи зеленуватий кольори. Твердість
5.5-6. Містить 30-40% Al O . Використовують нефелин як

металургійну руду для послідовного витягу глинозему і

алюмінію, а також у хімічній, скляній і шкіряній промисловості.

Алуніт (квасцовий камінь) KAl (SO ) (OH) -мінерал білий, сірий чи
червонуватий кольори. Твердість 3.5-4.0. Містить 37 % Al O .

Служить для одержання квасцов, глинозему і калієвих солей.

Каолін Al O 2Si 2H O-розповсюджена гірська порода. По зовнішньому
вигляді – це біла земляниста маса, що є продуктом руйнування
кристалічних порід-гранітів, гнейсів і ін. Твердість біля

1, містить 37.5 % Al O . Каолін застосовують для виробництва
порцелянових і фаянсових виробів, ізоляторів, а також як наповнювач у
гумовій промисловості.

Глинозем Al O є концетратом, одержуваним із різних алюмінієвих руд. Його
поставляють у виді білого кристалічного

порошку. Глинозем є основною сировиною для одержання металевого
алюмінію. Крім того, його використовують і в інших галузях промисловості
абразивній, радіо й ін. У нас у країні роблять глинозем восьми марок,
фізико-хімічним складом і призначенням.

Для виробництва первинного алюмінію призначений глинозем марок ГА 85,
ГА8, ГА6 і ГА5. Буквена частина марок указує на область застосування
глинозему, а на ступінь чистоти одержуваного алюмінію: це соті й десяті
частки відсотка понад 99 %. Наприклад, марка ГА85- глинозем для
одержання алюмінію зі ступенем чистоти 99.85 %, а марка ГА5-те ж, але зі
ступенем чистоти 99.5 %.

Для виробництва білого електрокорунду застосовують глинозем марки

ГЭ5, високо глиноземних вогнетримів-Го, електроізоляційних виробів-

ГК і для електровакуумної промисловості і спеціальних видів
радіокераміки-гев.

У глиноземах усіх призначень нормуються втрати при прожарюванні

(у різних марках від 0.4 до 1.2 %), зміст кремнезему (від 0.03 до

0.5 %), окису заліза (від 0.035 до 0.1 %) і окису лужних металів

(від 0.1 до 0.6 %).

Волога, що видаляється при 120 C, не нормується.

Як уже сказано, по фізичному стані глинозем має вид порошку. Особливо
строгі вимоги по гранулометричному складу пред`являють до глинозему
марки ГЭВ, у якому частки повинні мати округлу форму і їхній розмір не
повинний перевищувати 3 мКм.

Глинозем марок ГК і ГЭВ при постачанні обов’язково упаковують у
багатошарові паперові чи мішки в сухі мішки з щільної тканини.
Перевозять їх у закритих залізничних вагонах і трюмах. Глинозем інших
шести марок можна упаковувати в мішки, але частіше його перевозять без
тари навалом у спеціальних (цементовозах, цистернах і т.д.).

Міцність алюмінію незначна, тому для виготовлення будь-яких
виробів,призначених до сприйняття зовнішніх сил, застосовують не чистий
алюміній, а його сплави, яких у даний час розроблено досить багато
марок.

Уведення різних легуючих елементів в алюміній істотно змінює його
властивості, а іноді додає йому нові специфічні властивості. При різному
легуванні підвищуються міцність, твердість, здобувається жароміцність і
інші властивості. При цьому відбуваються і небажані зміни: неминуче
знижується електропровідність, у багатьох випадках погіршується
корозійна стійкість, майже завжди підвищується відносна щільність.
Виключення складає легування марганцем, що не тільки не знижує корозійну
стійкість, але навіть трохи підвищує її, і магнієм, що теж підвищує
корозійну стійкість (якщо його не більш 3 %) і знижує відносну
щільність, тому що він легше, ніж алюміній.

Алюмінієві сплави по способі виготовлення з них виробів поділяють на
двох груп: деформуючі і ливарні. Такий розподіл відбиває основні
технологічні властивості сплавів: деформуючі мають високу пластичність у
нагрітому стані, а ливарну-гарну вологотекучість. Для одержання цих
властивостей в алюміній уводять різні легуючі елементи й у неоднаковій
кількості.

Сировиною для одержання сплавів обох типу є не тільки технічно чистий
алюміній, про яке мова йшла вище, але також і подвійні сплави алюмінію з
кремнієм, що містять 10-13 % Si, і трохи відрізняються друг від друга
кількістю домішок заліза, кальцію, титана й марганцю. Загальної зміст
домішок у них 0.5-1.7 %. Ці сплави називають силумінами і маркірують у
нас у країні СИЛ-00 (найбільш чистий по домішок), СИЛ-0, СИЛ-1 і СИЛ-2.
Поставляють їх у виді гладких чи паць паць із пережимами масою 6 і 14
кг. Силумін у пацях теж є товаром на світовому ринку.

Для одержання деформуємих сплавів в алюміній уводять в основному
розчинні в ньому легуючі елементи в кількості, що не перевищує межу
їхньої розчинності при високій температурі. У них не повинно евтектики,
що легкоплавка і різко знижує пластичність.

Деформуємі сплави при нагріванні під обробку тиском повинні мати
гомогенну структуру твердого розчину, що забезпечує найбільшу
пластичність і найменшу міцність. Це й обумовлює їхню гарну
оброблюваність тиском.

Основними легуючими елементами в різних деформуємих сплавах є мідь,
магній, марганець і цинк, крім того, у порівняно невеликих кількостях
уводять також кремній, залізо, нікель і деякі інші елементи.

Деформуємі алюмінієві сплави поділяють на зміцнюючі й незміцнюючі. Це
найменування відбиває чи здатність нездатність сплаву помітно
підвищувати міцність при термічній обробці.

Структурні перетворення, що відбуваються в алюмінієвих сплавах при їхній
термічній обробці, істотно відрізняється від таких у сталі тому, що
алюміній не має аллотропічного перетворення. У них підвищення міцності
може відбуватися тільки за рахунок процесів, зв’язаних з виділенням із
перенасиченого в результаті загартування твердого розчину якихось
зміцнюючіх фаз.

Характерними зміцнюючими сплавами є дюралюмінії-сплави алюмінію з міддю,
що містять постійні домішки кремнію й заліза і можуть бути леговані
магнієм і марганцем. Кількість міді в них знаходиться в межах 2.2-7 %.

Назва марок дюралюмінію починається буквою Д, потім йде цифра, що не
відбиває хімічного складу, а являє собою просто номер. У різний час було
розроблено багато марок дюралюмінію, але багато хто з них не знайшли
широкого застосування. Зараз промисловість випускає п’ять основних марок
дюралюмінію, хімічний склад яких приведений у таблиці.

Дюралюміній Основний хім. склад

Cu Mn Mg Si Fe

Д 1 3,8-4,8 0,4-0,8 0,4-0,8 0,7 0,7

Д 16 3,8-4,9 0,3-0,9 1,2-1,8 0,5 0,5

Д 18 2,2-3,0 <0,2 | 0,2-0,5 0,5 0,5Д 19 3,8-4,3 0,5-1,0 1,7-2,3 0,5 0,5Д 20 6,0-7,0 0,4-0,8 <0,05 0,3 0,3Мідь розчиняється в алюмінії у кількості 0,5% при кімнатній температурі і 5,7% при евтектичній температурі, рівної 548 C .Термічна обробка дюралюмінію складається з двох етапів. Спочатку його нагрівають вище лінії граничної розчинності (звичайно, приблизно до 500 C ). При цій температурі його структура являє собою гомогенний твердий розчин міді в алюмінії. Шляхом загартування, тобто швидкого охолодження у воді, цю структуру фіксують при кімнатній температурі. При цьому розчин виходить пересиченим. У цьому стані, тобто в стані загартування, дюралюміній дуже м'який і пластичний.Структура загартованого дюралюмінію має малу стабільність і навіть при кімнатній температурі в ній мимовільно відбуваються зміни. Ці зміни зводяться до того, що атоми надлишкової міді групуються в розчині, розташовуючи в порядку, близькому до характерного для кристалів хімічної сполуки CuAl . Хімічна сполука ще не утвориться і тим більше не відокремлюється від твердого розчину, але за рахунок нерівномірності розподілу атомів у кристалічних ґратах твердого розчину в ній виникають перекручування, що приводять до значного підвищення твердості й міцності з одночасним зниженням пластичності сплаву. Процес зміни структури загартованого сплаву при кімнатній температурі зветься природного старіння.Природне старіння особливе, інтенсивно відбувається протягом перших декількох годин, цілком же завершується, додаючи сплаву максимальну для нього міцність, через 4-6 доби. Якщо ж сплав підігріти до 100-150 C ,то відбудеться рукотворне старіння. У цьому випадку процес відбувається швидко, але зміцнення відбувається менше. обумовлюється це тим, що при більш високій температурі дифузійні переміщення атомів міді здійснюються більш легко, тому відбувається завершене утворення фази CuAl і виділення її з твердого розчину. Зміцнююча ж дія отриманої фази виявляється меншим, чим дія перекрученості ґрати твердого розчину, що виникає при природному старінні.Порівняння результатів старіння дюралюмінію при різній температурі показує, що максимальне зміцнення забезпечується при природному старінні в плині чотирьох днів.Близькими по хімічному складі до дюралюмінію, але в гарячому стані трохи більш пластичними, чим вони, є алюмінієві сплави для кувань і штампувань, що маркірують буквами АК (алюміній кутий) і порядковим номером (АК4, АК4-1, АК6 і АК8).До групи деформуємих зміцнюючих сплавів сплавів відносять також більш високоміцні, чим дюралюміній, сплави системи Al-Cu-Mg-Zn, назва марок яких починаються буквою В (високоміцні)-це сплави марок У93, У94, У95.Характерною рисою основного хімічного складу сплавів У93, У94 і В95 є те, що при порівняно невеликому змісті міді (0.8-2.4 %) і магнію (1.2-2.8 %) у них уводять велика кількість цинку (5-7 %). Цинк не утворить зміцнюючих фаз, але, входячи до складу твердого розчину, збільшує ефект старіння, що приводить до значного підвищення твердості.Серед незміцнюючих алюмінієвих сплавів найбільше значення придбали сплави на основі Al-Mn і Al-Mg.Марганець і магній, так само як і мідь, мають обмежену розчинність в алюмінії, що зменшується при зниженні температури. Однак ефект зміцнення при їхній термообробці невеликий. Обумовлюється це наступним образом.У процесі кристалізації при виготовленні сплавів, що містять до 1,9% Mn, що виділяється з твердого розчину надлишковий марганець повинний був би утворити з алюмінієм розчинне в ньому хімічна сполука Al (MnFe), що в алюмінії не розчиняється. Отже, наступне нагрівання вище лінії граничної розчинності не забезпечує утворення гомогенного твердого розчину, сплав залишається гетерогенним, що складається з твердого розчину й часток Al (MnFe), а це приводить до неможливості загартування і наступного старіння.У випадку системи Al-Mg причина відсутності зміцнення при термічній обробці інша. При змісті магнію до 1,4% зміцнення бути не може, тому що в цих межах він розчиняється в алюмінії при кімнатній температурі і ніякім виділенні надлишкових фаз не відбувається. При більшому ж змісті магнію загартування з наступним хімічним старінням приводить до виділення надлишкової фаз-хімічного з'єднання Mg Al . Однак властивості цього з'єднання такі, що процеси, що передують його виділенню, а потім і включення, що утворяться, не викликають помітного ефекту зміцнення.Незважаючи на сказане, введення й марганцю, і магнію в алюміній корисно. Вони підвищують його міцність і корозійну стійкість (при змісті магнію не більш 3%). Крім того, сплави з магнієм більш легені, чим чистий алюміній.Значне підвищення міцності сплавів алюмінію з марганцем і магнієм може бути досягнуте шляхом їхньої пластичної деформації. Наклоьпані (загартовані) виробу з цих сплавів володіють істотно більш високою міцністю, чим у відпаленому стані. У сплаві Амц, наприклад, при наклепі тимчасовий опір підвищується з 13 до 22 кг/мм .Назва марок сплавів системи Al-Mn позначають буквами Амц, а системи Al-Mg буквами Амг, далі в обох випадках випливає цифра, що вказує номер сплаву.Для одержання ливарних сплавів в алюміній уводять такі легуючі елементи й у такій кількості, щоб забезпечити одержання в їхній структурі евтектики. Евтектика легкоплавка і, кристалізується при постійній температурі, що створює гарну волого текучість, тобто здатність сплаву в рідкому стані добре заповнювати ливарну форму.Застосовувані в даний час ливарні алюмінієві сплави, поділяють на п'ять груп у залежності від того, який основний легуючий елемент уведений у них. До групи 1 відносять сплави, леговані магнієм, до групи 2-кремнієм, 3-міддю, 4-одночасно кремнієм і міддю, до групи 5 відносять сплави, легуємі іншими елементами, що включають у свій склад іноді до п'яти легуючих компонентів одночасно.Марки ливарних сплавів незалежно від їхньої приналежності до тієї чи іншої групи позначають буквами ЧЕРВОНИЙ (алюмінієвий ливарний) і номером, від 1 до 21 і поділяють на 5 групп.Сплав алюмінію з високим змістом магнію (марка ЧЕРВОНА 8) має найбільш високі механічні й антикорозійні властивості серед ливарних сплавів, але його ливарні властивості істотно гірше, ніж в інших. Виливок виробів із нього сполучена з визначеними технологічними труднощами.Ливарні сплави з високим змістом кремнієм часто називають силумінами, тобто так само, як і сировинні подвійні сплави алюмінію з кремнієм. Нормальний СИЛУМІН, ЧЕРВОНИЙ 2, що містить 10-13% Si, є сплавом із прекрасними ливарними властивостями, але він недостатньо міцний і не може зміцнюється шляхом термічної обробки, тому що кремній майже нерозчиним в алюмінії. У його структурі на тлі грубої евтектики знаходяться великі дуже тверді включення первинного кремнію, що робить сплав малопластичними. В запобігання цього структуру подрібнюють шляхом модифікуванням-введенням перед виливком незначних кількостей, наприклад, натрію. Такий сплав називають модифікованим силуміном.Для підвищення міцності силуміну зміст кремнію в ньому знижують до 4,5-5,5%, але додатково вводять легуючі добавки міді, марганцю і магнію, наприклад, марка АЛЗ. Це робить його і більш міцним і зміцнюючими при загартуванні й старінні.Силумін марки ЧЕРВОНИЙ 11, що містить велику кількість цинку, володіє особливо високої вологтекучість; його застосовують для одержання виливків дуже складної конфігурації.Легування помітне поліпшує властивості алюмінію. Так тільки тимчасовий опір алюмінію розриву підвищується з 10 до 22 кг мм у дюралюмінії марки Д16. У стані ж максимального зміцнення міцність деяких сплавів підвищується до 58 кг мм .Високий рівень механічних властивостей у сполученні з низькою питомою щільністю забезпечує дуже широке застосування алюмінієвих сплавів у найрізноманітніших галузях, особливо в літакобудуванні, авіамоторобудуванні, транспортному машинобудуванні й ін., де від зниження маси конструкції збільшується її корисна потужність.Алюмінієва промисловість відносно нова, сама велика і швидше всіх зростаюча серед основних підотраслей кольорової металургії, а разом із тим і найбільш монополізована. Наприкінці 70-х років майже половина усього виробництва первинного алюмінію в несоціалістичних странах була зосереджена на заводах трьох американських ("Алкоа", "Рейнолдз металз" і "Кайзер алюмініум") і однієї канадської ("Алкан") монополій, тісно зв'язаної з американським капіталом. Вони не тільки панують в алюмінієвій промисловості США і Канади, але і захопили важливі позиції у ряді європейських держав (особливо сильні вони в Норвегії), у Японії й Австралії, у бокситодобуваючих країнах Центральної Америки й Африки. Підприємства широковідомих монополій французкою "Пешине С. А.", швейцарської "Алюсюис", східноногерманскою "Ферайнигте Алюминиумверке А. Г." і трьох японських дають більш 1 5 виробництва алюмінію в розвитих капіталістичних країнах.У 1950 р. алюмінієві заводи малися в 12 промислово розвитих капіталістичних країнах і лише в одній що розвивається, причому 99% виплавки було сконцентровано в шести головних капіталістичних країнах і чотирьох, де основну роль в електроенергетики грали В Канаді, Норвегії, Австрії й Швейцарії. ДО 1977 р. частка останніх чотирьох держав у світовому капіталістичному виробництві упала більш ніж удвічі (до 8.9%), а число країн, що роблять алюміній, перевищило 30; серед них одинадцять, що розвиваються: Гана, Індія, Бразилія, Бахрейн (c виробництвом понад 100 тис. т рік), Аргентина, Суринам, Камерун (понад 50 тис. т), Венесуела, Мексика, Іран, Південна Корея. Алюмінієвою промисловістю обзавелися Австралія, Нова Зеландія, ПАР і Ісландія. Вона тепер є в переважному більшості західноєвропейських держав. Однак усі разом узяті, що з'явилися після 1950 р., 19 нових виробників алюмінію дають він менше, ніж одна Японія, що випередила по масштабах виробництва Канаду. З європейських держав бідна гідроресурсами ФРН випередила не тільки Францію й Італію, але і Норвегію, а Нідерланди роблять тепер більше алюмінію, чим альпійські Швейцарія й Австрія разом узяті. і почасти результат зниження питомої елекроємкості алюмінієвого виробництва (з 22-25 тис. кВт год. на 1 кг до 11-12 тис. на новітніх підприємствах підотраслі), а головним ситуації, що образ-змінилася, в електроенергетиці більшості держав: різкого падіння частки ГЕС у електробалансі і перекладі їх у цьому зв'язку на роботу переважно в піковому й напівпіковому режимі; крім того, завдяки технічному прогресу, подешевшала вироблення елекроенергії на ТЕС, що особливо працюють на дешевому паливі. У більшості економічно розвитих країн нові алюмінієві заводи локалізують у розрахунку на власні паливні бази (наприклад, у Руру) чи на привізне паливо (біля Гамбургу, у портах Японії); у Великобританії побудований навіть завод у розрахунку на одержання електроенергії від АЕС (на о-ві Энглси).Більшість розвитих капіталістичних держав, у тому числі всі шість головних держав, хоча і покривають основну частину внутрішнього попиту на алюміній власним виробництвом, є все-таки його нетто-імпортерами. Найважливішими нетто-експортерами залишилися Канада й Норвегія. До числа "нових" експортерів алюмінію відносяться, Камерун, Суринам, з недавніх пір Нова Зеландія, Ісландія і зовсім не багаті гідроенергоресурсами Нідерланди, Греція, і Бахрейн і деякі інші країни Близького Схід.На сьогодні ціна тонни алюмінію складає приблизно 1640 $ за тонну на Лондонській біржі металів. І треба відзначити, що зараз на ринку алюмінію попит сильно знизився. Обвальне падіння цін на алюміній у 1993 р. змусило сімох основних світових виробників скоротити випуск металу на 1044 мільйона тонн у рік. Основними країнами-виробниками була укладена угода про обмеження виробництва алюмінію, що минає в грудні 1995 р. Ужу зараз відомо, на скількох після закінчення терміну дії угоди основні виробники розширять своє виробництво алюмінію. Так, норвезька група "Норск хидро" у 1996 р. повернеться до повного завантаження потужностей, що передумовлює додатковий випуск 70000 тонн металу. Голландська "Хуговенс" збільшить своє виробництво на 42000 тонн, канадська "Алкан"-на 124000 тонн. Найбільші заводи Росії об'явили про те, що повне завантаження виробничих потужностей буде досягнута вже в майбутньому році, однак, швидше за все, на думку французької газети "Трибюн", намічена задача не буде виконана через проблеми з постачанням сировиною. Проте, по оцінках, у 1996 р. Росія зробить 2.7 мільйона тонн і експортує2.2 мільйона тонн алюмінію. Плюс до цього відзначається швидке розширення пропозиція алюмінію з боку Індії, держав Південної Америки й особливо держав Перської затоки.Фахівці думають, що початок 1996 р. на світовому ринку алюмінію буде відзначено незначним дефіцитом від 180000 до 260000 тонн, якого, однак буде явно недостатньо, щоб призупинити падіння цін, викликане уповільненням попиту. Як видно, світова ціна на алюміній у 1996 р. буде коливатися на критичному для виробників рівні - 1400-1500 $ за тонну.З кольорових металів у господарстві також дуже широко використовується мідь і її сплави. З усіх кольорових металів мідь знайшла найбільш раннє широке застосування. Її сплави, називані бронзами, були відомі людству з доісторичних часів, коли вони були єдиним металом, з якого виготовлялися зброя й знаряддя праці (бронзове століття).По зовнішньому вигляді мідь легко відрізнити від усіх інших металів, тому що вона має специфічний червонясто-рожевий колір.Мідь хімічно мало активна. У розведених соляний і сарною кислотах розчиняється тільки в принаявності окислювача (наприклад, кисню). Легко розчиняється в азотній кислоті. Вона володіє високою корозійною стійкістю в атмосферних умовах і в парах води.Відносна щільність міді 8.95, температура плавлення 1083 C .Характерними фізичними властивостями міді є її високі тепло-і електропровідність. По електропровідності мідь займає перше місцесеред інших технічних металів. При 0 C питома електропровідністьміді дорівнює 64 1/ом. Незначно вище електропровідність тільки в срібла (68 1/ом), але воно істотно дорожче міді. Електропровідність міді тим вище, ніж вона чистіше. Будь-які домішки знижують цю коштовну її властивість.Дуже пластичний метал з невисокою міцністю. Її механічні властивості в сильній мері залежать від стану постачання. Варто мати на увазі, що в нагартованной, тобто зміцненою холодною пластичною деформацією міді електропровідність нижче. Зняти наклеп можна за допомогою рекристаллизационного отжига.Мідь кристалізується в кубічну гранецентрированную ґрати з параметром 3,6 А. Аллотропических перетворень не має.Мідь зустрічається в земній корі головним чином у виді комплексних з'єднань, що містять, крім міді, свинець, цинк, сурму, миш'як, золото і срібло. У рудах мідь знаходиться у виді сульфідних і окислених з'єднань; зустрічається і самородна мідь. Наибльшее поширення і значення мають сульфідні руди, що містять від 1 до 5% Cu. До сульфідних руд відносяться мідний колчедан, мідний блиск і строката мідна руда.Мідний колчедан чи халькопірит-минерал латунно-жовтого кольору. Являє собою хімічна сполука міді ззалізом і сіркою CuFe , що містить 34,5% Cu. Твердість по Моосу 3-4.Це головна мідна руда, з якої витягають велику частину видобувної міді.Мідний блес, чи халькозин,-мінерал свинцевосірого чи чорного кольору. По хімічному складі це з'єднання міді зсіркою Cu S, у якому міститься 79,8% Cu, а іноді є присутнім домішка срібла. Твердість мінералу по шкалі Мооса 2-3. Мідний блиск відноситься до багатих мідних руд.Яскрава мідна руда, чи борнит, є продуктом розпаду мідного колчедана. Хімічний склад мінералу Cu Fe ,т.е. це сульфід міді і заліза зі змістом 52-65% Cu. Твердість поМоосу близько 3.З окісних мідних руд найбільше значення має червона мідна руда. Красна мідна руда, чи куприт,-мінерал крас-ного кольору, що має хімічний склад Cu O зі змістом 88,8% Cu. Твердість по Моосу 3,5-4. Ц-багата мідна руда.Мідь можна одержати пірометаллургічним і гідрометалургійним спосабами. Найбільше розповсюдженним у сучасній практиці є пирометаллургічний спосіб.Багаті окислені руди зі змістом міді 3-5% і більш піддають безпосередній плавці. Руди із середнім змістом міді (1-2%) і всі комплексні руди, до складу яких входять цинк, свинець, нікель і інші метали, включаючи шляхетні, перед плавкою проходять збагачення. Найбільше широко його здійснюють флотаційним методом, що дозволяє почити концетрат з 15-30% Cu.Багату чи руду концетрат спочатку обпалюють при 600-700 C для видалення надлишку сірки й утворення окислів заліза, а потім переплавляють у відбивних печах. При переплавлянні виходить ще не мідь, а мідний штейн, що складається із сірчистих з'єднань міді і заліза. У ньому міститься приблизно 20-25% Cu, 20-40% Fe і 22-25% S. Мідний штейн у рідкому виді надходить на подальшу переробку для одержання чорнової міді.Чорнову мідь одержують у горизонтальних конвертерах шляхом продування повітря через розплавлений штейн. У першій стадії процесу минаючий через розплав кисень окисляє залізо й окисли, що виходять, з'єднуючись із кремнеземом, утворять шлак:2Fe + 3O + Si 2Fe Si + 2SO .Ці реакції проходять з виділенням великої кількості тепла, тому ніякого додаткового підігріву ванни не потрібно. Шлак видаляють.Друга стадія процесу складається з двох етапів і приводить до одержання чорнової міді:Cu S + 1,5O Cu O + SO ;Cu S + 2Cu O 6Cu + SO .Тривалість конвертування штейну, що містить 24% Cu, при ємності конвертора 40 т складає близько 15 год., а при більш великих конверторах 25-30 ч.Готову чорнову конверторну мідь розливають у металеві форми (ізложниці) і одержують злитки. Ця мідь ще непридатна для технічних цілей, її необхідно піддати вогневому чи електролітичному рафінуванню.При вогневому методі через чорнову мідь у полум'яних відбивних пічах під тиском продувають повітря, кисень якого випалює домішки. Цей метод застосовують для одержання міді не особливо високої чистоти й у тих випадках, коли мідні руди, з яких приготовлена чорнова мідь, містить мізерно малу кількість шляхетних чи металів не містять їх зовсім. При цьому способі вони не витягаються, а цілком залишаються у вогневій міді, що виходить.В даний час у більшості випадків застосовують електролітичне рафінування, що забезпечує більш повне очищення міді від домішок і дозволяють більш повне очищення міді від домішок і витяг шляхетних металів, що дозволяє. Використовують також послідовне комбінування більш дешевого вогневого способу з електролітичним.При електролітичному рафінуванні у ванну з електролітом опускають аноди, у якості яких служить підлягаюча очищенню мідь з домішками, і катоді-тонкі (0,5-0,7 мм) аркуші чистої міді. Перші з'єднують з позитивним полюсом, а з негативним. При пропущенні струму мідь анода спочатку переходить в електроліт у виді позитивно заряджених іонів, а потім осаджується на катодах, що виймають через кожні 10-12 днів по досягненні маси 60-90 кг.Домішки, що знаходяться в аноді, частково розчиняються в електроліті, частково переходять у шлам-нерозчинний осад.Електролітну катодну мідь для переплавляння в дріт, аркуші й інші вироби переплавляють у плавильних печах і розливають у злитки різної зручної для прокатки форми.Якщо мідь призначена для виготовлення мідних сплавів, то катодні аркуші ріжуть на частині і переплавляють з необхідним для цієї мети додаванням легуючих елементів.На світовому ринку в основному звертається технічно чиста мідь різного ступеня чистоти.Наша промисловість робить десять марок міді, що відрізняються друг від друга кількістю домішок.Марка міді М00 М0б М1 М1рЗміст міді, % не менш .. 99,99 99,97 99,90 99,90Марка міді М2,М2р М3 М3р М4Зміст міді, % не менш 99,70 99,70 99,50 99,50Мідь марок М1р, М2р і М3р при сумарному змісті домішок, однаковому з міддю марок М1, М2 і М3, відрізняється від них тим, що вони більш повністю безкисневі-вміст кисню в них знижений до 0,01 % замість 0,05-0,08 %. Крім того, у них додатково міститься до 0,04 % P. Марка М0б кисню не містить, тоді як у марці М0 він бути в кількості до 0,02 %.Домішками в міді є вісмут, сурма, миш'як, залізо, фосфор і срібло. Вплив різних домішок на властивості міді неоднаково, тому в контрактах описується не тільки сумарний зміст домішок, але приведені також гранично припустимі кількості кожної з них.Найбільш шкідливі в міді вісмут і свинець. Вони з нею утворять легкоплавкі евтектики, що розташовуються по границях зерна. При нагріванні під обробку тиском евтектики розплавляються і роблять тендітним, нездатним сприймати пластичну деформацію, тобто червоно-крихким. Тому вісмут і свинець допускаються в міді різного ступеня чистоти в кількості тисячних і навіть десятитисячною часткою відсотка.У залежності від чистоти застосування міді по-різному. Оскільки будь-яка домішка тією чи іншою мірою знижує електропровідність, то для виготовлення провідників електричного струму (проводів, шин, контактів ідр.) застосовують переважно найбільш чисту мідь марок М00 і М0.Менш чисту мідь застосовують для різних цілей, використовуючи її основні позитивні властивості: високу теплопровідність і корозійну стійкість.Велика кількість міді йде на виготовлення сплавів на її основі і для легування інших кольорових сплавів, наприклад міднонікілєвих, мідносеребряних і ін. При цьому більш чисті сорти міді (М0, М1, М2) застосовують для одержання сплавів високої чистоти і високоякісним, оброблюваним тиском, а менш для деформуємих сплавів звичайної якості (М3) і для ливарних сплавів (М3, М4).Технічно чисту мідь чи поставляють у виді катодних аркушів, чи у виді напівфабрикатів-злитків, призначених для подальшого переділу прокаткою. Поставляють також і готові мідні вироби, отримані литтям (виливка різної форми і призначення) і головним чином методами обробки тиск-дріт, аркуші, стрічки, смуги й ін.Найбільше широко застосовуваними в народному господарстві є мідні сплави двох типів, що носять загальну групову назву латунь і бронза. У кожній з цих груп містяться сплави різного хімічного складу, що володіють різними властивостями.Латунями називають сплави міді з цинком. Розрізняють двухкомпонентні латуні, що складаються тільки з міді, цинку і неминучих домішок, і багатокомпонентні латуні, у які додатково введені ще одинчи кілька легуючих елементів для додання тих чи інших властивостей.Перші латуні часто називають простими, а другими-спеціальними.Двухкомпонентні латуні. Межа розчинності цинку в міді при кімнатній температурі дорівнює 39 %. При підвищенні температури він знижується і при 905 C стає рівним 32 %. Латуні, що містять цинку менш 39 %, мають однофазну структуру твердого розчину цинку в міді; їхній називають -латунями.Якщо уводять велика кількість цинку, то з'являється друга більш складна -фаза. Структура сплавів стає двохфазною. Їх називають ( + )-латунями.У практично застосовуваних латунях кількість цинку не перевищує 45 %. У межах цього змісту цинк сильно змінює властивості сплавів. Цинк підвищує міцність і пластичність міді.Максимальною пластичністю володіє -латунь, що містить 30 % Zn. Міцність її порівняно низька. Різке зниження пластичності можемо бачити при переході через границю розчинності цинку в міді, колисплав стає двохфазним і являє собою механічну суміш кристалів. Максимальна міцність досягається в сплавах з 45% Zn,але пластичність при цьому стає невисокою. Подальше підвищення змісту цинку приводить до різкого зниження міцності без підвищення пластичності, тому в практиці такі сплави не використовують.Сплав Зміст цинку, % Механічні властивостіТимчасовийОпір кг/мм Відноснeподовження %Мідь -19 22латунь 30 28 40( + )-латунь 4542 7-латунь 50 6 3Корозійна стійкість латуней в атмосферних умовах виявляється середньої між стійкістю елементів, що утворять сплав, тобто цинку і міді.Латуні володіють високими технологічними властивостями. З них одержують гарні виливки, тому що вони володіють гарної вологотекучостю і малою схильністю до ліквації. Одночасно з цим латуні легко піддаються пластичної деформації і тому основна їхня кількість йде на виготовлення качаних напівфабрикатів-аркушів, смуг, стрічок, дроту і різних профілів.Особливістю обробки латуней тиском є те, що для обробки в холодному стані (тонкі аркуші, дріт, калібровані профілі) використовують -латунь зі змістом цинку до 32 %, тому що вона при кімнатній температурі має високу пластичність і малу міцність. При підвищенні температури до 300-700 C її пластичність зменшується, тому в гарячому стані її оброблювати нема рації. Для цієї мети доцільно використовувати (-)латунь з великим змістом цинку (до 39 %), що при нагріванні переходить у двухфазное стан+ , чи ще краще ( + )-латунь. Пов`язане це з тим, що менш пластична при кімнатній температурі -фаза при високих температурах становится більш пластичної, чим +фаза.Цинк більш дешевший матеріал у порівнянні з міддю, тому його введення в сплав одночасно з підвищенням механічних, технологічних і антифрикаційних властивостей приводить до зниження вартості латуні. Електропровідність і теплопровідність латуні нижче, ніж міді.Оскільки зміст міді і цинку вирішальним образом впливає на усі властивості латуней, його відбивають у найменуванні марки. Марка латуні складається з букви Л, що вказує тип латунь-сплав-латунь, і двозначної цифри, що характеризує середній зміст міді. Кількість цинку не відбивають, тому що його легко визначити по різниці від 100 %. Наприклад, марка Л80-латунь, що містить 80 % Cu і 20 % Zn.Класифікація латуней дана в таблиці.СплавМаркасплавів Хімічний склад,домішкиМеханічні властивостімідьнебільш % Тимчасова протидіякг/ммВідноснеподовження,%ТомпакЛ 96Л 9095-9788-910,20,224265045Напівтомпак Л 85Л 8084-8679-810,30,328324552ЛатуньЛ 70Л 68Л 63Л 60 69-7267-7062-6559-62 0,20,30,51,0323233 5555Цинк^-інш-цинк.Контрольованими домішками в медноцинковых сплавах є свинець, залізо, сурма, вісмут і фосфор, а в марці Л70 ще миш'як^-додатково-миш'як, олово і сірка. Їхній шкідливий вплив на латунь таке ж, як і в чистій мід-вони роблять її тендітної при гарячій обробці тиском.Усі двохкомпонентні латуні добре обробляються тиском. Їх поставляють у виді труб і трубок різної форми перетину, аркушів, смуг, стрічки, дроту і прутків різного профілю.Латунні вироби з великим внутрішнім напруженням (наприклад, загартовані) піддані розтріскуванню. При тривалому збереженні на повітрі на них утворяться подовжні і поперечні тріщини. Щоб уникнути цього, перед тривалим збереженням необхідно зняти внутрішнє напруження, провівши низькотемпературний отжиг при 200-300 C.Багатокомпонентні латуні. Кількість марок багатокомпонентних латуней, природно, більше, ніж двохкомпонентних, тому що в них варіюється не тільки зміст цинку, але також найменування і кількість вхідних легуючих елементів.Найменування спеціальної латуні відбиває її легування. Так, якщо вона легована залізом і марганцем, те її називають железомарганцевой, якщо алюмінієвою-алюмінієвій-алюміні-алюмінієвої і т.д.Маркові цих латуней складають у такий спосіб: першої, як у простих латунях, ставиться буква Л, слідом за вона-ряд букв, що вказують, які легуючі елементи, крім цинку, входять у цю латунь; потім через дефіси випливають цифри, перша з який характеризує середній зміст міді у відсотках, а кожного з наступних з легуючих елементів у тій же послідовності, як і в буквеній частині марки. Порядок букв і цифр установлюється по змісту відповідного елемента: спочатку той, котрого більше, а далі по спадній закономірності. Зміст цинку визначається по різниці від 100%. Наприклад, марка Лажмц66- 6-3-2 розшифровується так: латунь, у якій міститься 66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe і 2 % Mn. Цинку в ній 100-(66+6+3+2)=23 %.Основними легуючими елементами в багатокомпонентних латунях є алюміній, залізо, марганець, свинець, кремній, нікель. Вони по-різному впливають на властивості латуней.Марганець підвищує міцність і корозійну стійкість, особливо в сполученні з алюмінієм, оловом і залізом.Олово підвищує міцність і сильно підвищує опір корозії в морській воді. Латуні, що містять олово, часто називають морськими латунями.Нікель підвищує міцність і корозійну стійкість у різних середовищах.Свинець погіршує механічні властивості, але поліпшує оброблюваність різанням. Їм легують (1-2 %) латуні, що піддаються механічній обробці на верстатах-автоматах. Тому ці латуні називають автоматними.Кремній погіршує твердість, міцність. При спільному легуванні кремнієм і свинцем підвищуються антифрикційні властивості латуні і вона може служити замінником більш дорогих, наприклад олов'яних бронз, що застосовуються в підшипниках ковзання.Ще найбільш розповсюдженими мідними сплавами є бронзи.Бронзами називають усі мідні сплави за винятком латуней. Отже, бронза це сплави міді з оловом, алюмінієм, кремнієм, берилієм і іншими елементами. Найбільш раннє застосування знайшли олов'яні бронзи, що знали і широко використовували ще в стародавності. Ці бронзи не утратили свого значення і в даний час, але в силу високої вартості і дефіцитності оловодослідники шукали і знайшли ряд замінників олов'яної бронзи, у яких олово міститься в меншій кількості в порівнянні з раніше застосовувалися бронзами чи не містять зовсім.У залежності від легування бронзи називають олов'яними, алюмінієвими, кремінними, берилієвими і т.д. Маркові бронзи складають з букв Бр, що характеризують тип сплав-бронза; букв, що вказують перелік вхідних легуючих перелік вхідних легуючих елементів у спадному порядку їхнього змісту, і цифр, які співвідносять їх середню кількості у відсотках. Вказувати в марці зміст міді на противагу латуням немає необхіднсті. У латунях обов'язково присутній не зазначених у марці мідь-елемент-мідь і цинк, а тільки мідь і її легко визначити по різниці від 100 %. Наприклад, маркою Бр. ОЦС4-4-2,5 позначають бронзу, що містить 4% Sn, 4% Zn, 2.5% Pb і 100-(4+4+2.5) =89,5% Cu.Прийнято усі бронзи поділяти на олов'яні і безолов'яні.Олов'яні бронзи. Олово на механічні свойства міді впливає аналогічно цинку: воно підвищує міцність і пластичність. Кількісно цей вплив виражений ще більш сильно. Крім того, сплави міді з оловом володіють високою антикорозійною стійкістю і гарними антифрикційними властивостями. Цим обумовлюється застосування бронз у хімічній промисловості для виготовлення литий арматури, а також як антифрикційний матеріал в інших галузях.Бронза добре обробляється тиском і різанням. Вона має дуже малу усадку при литті: менш 1%, тоді як усадка латуней і чавуна складає близько 1,5%, а більш 2%. Тому, незважаючи на схильність до ліквації і порівняно невисоку вологотекучість, бронзи застосовують для одержання складних по конфігурації виливків, включаючи художнє лиття.Олов'яні бронзи легують цинком, нікелем і фосфором. Цинку додають до 10%, у цій кількості він майже не змінює властивостей бронз, але робить їх дешевше. Свинець і фосфор поліпшують антифрикаційні властивості бронзи і її оброблюваність різанням.Олов'яні бронзи дорогі, тому в народному господарстві їх застосовують обмежено.Бронзи безолов'яні. В даний час існує ряд марок бронз, не утримуючого олова. Це подвійні чи частіше багатокомпонентні сплави міді з алюмінієм, марганцем, залізом, свинцем, нікелем, берилієм і кремнієм.У багатьох випадках ці бронзи не тільки не уступають олов'яним бронзам, але по деяких властивостях і перевершують їх. Алюмінієві, кремнієві й особливо берилієві бронзи перевершують їх по механічних властивостях, по корозійній стійкості, кремнєцинкова по вологотекучості.Перевагою деяких з них (алюмінієвої, берилієвої) є також і те, що вони можуть бути піддані термічній обробці, у результаті чого збільшується їхня міцність. Величина усадки при кристалізації у всіх цих бронз більш висока, чим в олов'яних. У цьому відношенні олов'яна бронза неперевершений ливарний сплав.Сплави мідь-фосфор не можуть служити машинобудівним матеріалом, тому їхній не можна віднести до бронзам. Однак вони є товаром на світовому ринку і призначаються в якості лігатурапри виготовленні багатьох марок фосфористих бронз, а також і для розкислення сплавів на мідній основі.Серед інших мідних сплавів, крім латуні і бронз, найбільш значимої є група міднонікелівих сплавів.Мідь і нікель мають однакові кристалічні ґрати і майже однаковий розмір атомів, тому при сплавці вони утворять безупинний ряд твердих розчинів. Зміна властивостей тведого розчину в такій системі відбувається теж безупинно. Тому розподіл меднонікелевих сплавів на ті, у яких основою є мідь, і ті, у яких основа нікель, варто вважати умовним.Нікель, введений у мідь, сильно змінює її властивості. Твердість, міцність і пластичність сплавів при збільшенні змісту нікелю зростають. Електропровідність різко знижується, і це використовують для створення сплавів на мідній основі з високим електросопротидією. Легування нікелем викликає значне підвищення антикорозійної стійкості. Змінюється і зовнішній вигляд уже при 15% Ni виходить сріблисто-білий колір сплавів, зовсім відмінний від кольору міді.Призначення кожного міднонікелевого сплаву, як правило, вузьке і цілком визначене, відповідне його основним властивостям. Так, сплав з 19% Ni красивий по зовнішньому вигляді, пластичний, добре пручаються корозії і стиранню, тому його застосовують, зокрема, для карбування монет і медалей; сплав з 40% Ni, легований марганцем має найбільш високе електропротивагу з усіх міднонікелевих сплавів, тому його застосовують для електротехнічних цілей, у термопарах і т.д.Найбільше широко застосовувані сплави міді з нікелем: мельхіор, нейзильбер, манганін, костянтин, конель, куниаль А, куниаль Б. У цих сплавах, крім хімічного складу, по основних елементах контролюють зміст одинадцяти домішок, у числі яких кремній, вуглець, вісмут, миш'як, свинець, сурма і т.д.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019