Общие сведения о цветных металлах и сплавах

Основные цветные металлы и сплавы

Металлы – это группа веществ, которые в природе встречаются в виде руд и соединений. В свободном виде добывают очень немногие разновидности: в частности, драгоценные металлы. В состав черных металлов входит железо, в составе цветных этот элемент отсутствует. Как правило, это сплавы, более устойчивые к внешним воздействиям и активно используются в разных отраслях промышленности.

Зачастую они продаются в виде проката и, несмотря на название, могут не отличаться ярким цветом или блеском. В зависимости от степени сложности добычи и обработки формируется и итоговая стоимость металлопроката.

Плюсы металлов и сплавов

• Легко плавятся;
• Устойчивы к внешним воздействия;
• Отличная теплопроводность;
• Малая плотность.

Разновидности цветных металлов

Медь

Относится к группе тяжелых металлов. В исходном состоянии она пластичная, розовато-золотистого цвета. Отличается высокой электропроводностью, поэтому используется в электрике и электронике. Проста в обработке. Сплав меди с цинком – это латунь, с прочими металлами – бронза.

Цинк

Тяжелый сине-белый металл. Если чистый цинк взаимодействует с кислородом, на его поверхности появляется оксидная пленка. Очень востребован в разных областях промышленности.

Свинец

Тяжелый серый металл с высокой токсичностью. Легко плавится. После прокатки получаются тонкие листы. Активно используется при производстве автомобилей, оружия, в медицинской сфере. Применяется и при изготовлении топлива.

Олово

Тяжелый металл серого или белого цвета. В виде порошка быстро темнеет. Даже в холодном виде олово очень гибкое и пластичное, легко плавится. Для изготовления крепежей и фурнитуры используются сплавы олова с кадмием и висмутом.

Магний

Относится к группе легких металлов. Серебристо-белый, высокая устойчивость к внешним факторам. Разрушается при нагреве до 600 градусов по Цельсию. Используется при строительстве транспортных средств, в военной промышленности.

Алюминий

Один из самых популярных легких металлов. Следует знать, что он плохо поддается сварке. Высокая электропроводимость, простой процесс обработки, низкая себестоимость. Используется в разных сферах промышленности.

Сурьма

Это представитель подгруппы малых цветных металлов. Сизо-белая, с синеватым оттенком. Легко крошится, используется в тандеме с другими металлами. Применяют сурьму и в медицинских целях.

Ртуть

Агрегатное состояние малого цветного металла – жидкое. Используется в медицинской отрасли и в промышленных целях.

Кадмий

Малый цветной металл белого цвета. Имеет характерный металлический отблеск. Можно легко разрезать ножом. В чистом виде очень токсичен.

Молибден

Легирующий мягкий серебристый металл. В чистом виде в природе не встречается. Легко обрабатывается, менее прочный, чем вольфрам. Применяют в ракетостроительной промышленности и авиации.

Вольфрам

Легирующий бело-серебристый металл, очень похож на платину. Плотный, туго плавится, используется в ювелирной отрасли, промышленности, медицине.

Ванадий

Легирующий пластичный металл бело-серебристого цвета. Пластичный, используется чаще в составе сплавов. Устойчив к коррозии, повышает прочность других металлов.

Кобальт

Легирующий металл серебристого цвета, может иметь синеватый или желтоватый оттенок. Используется при изготовлении медицинского оборудования, инструментов.

Серебро

Благородный металл, который отличается высокой пластичностью. Не окисляется, имеет высокую электро- и теплопроводимость.

Золото

Благородный цветной металл, который не окисляется даже в расплавленном состоянии. Растворяется только в смеси азотной и соляной кислоты. Хорошо поддается обработке.

Платина

Благородный металл, используется в чистом виде и высоко ценится. Устойчива к внешним воздействиям и деформациям.

Тантал

Редкий цветной серебристый металл. Очень плотный и твердый, но обработке поддается хорошо. Основные сферы использования: ядерная, химическая промышленность, металлургия.

Ниобий

Редкий цветной металл с характерным стальным отблеском. Тугоплавкий, с высокими парамагнитными свойствами. Используют в радиоэлектронике и авиационной промышленности.

Никель

Тяжелый металл, серебристо-белый, очень пластичный. Входит в ряд сплавов, ферромагнетик. Прост в обработке, из никеля изготавливают спирали, трубы, листы и прочие элементы.

Титан

Несмотря на то, что титан – представитель группы легких металлов, он отличается высокой прочностью. Используется в чистом виде и в сплавах. Из титана изготавливают качественные механизмы и крепежи.

Одним из ведущих производителей никелевого и титанового проката является компания Уральский никелевый прокат.

Цветные металлы и сплавы

1. Общие сведения о цветных металлах и сплавах. Классификация цветных металлов.

2. Алюминий, его свойства, применение и технология производства. Торговые сорта алюминия. Сплавы на основе алюминия. Маркировка.

3. Титан, свойства, применения и технология производства. Торговые сорта титана и титановых сплавов. Маркировка.

4. Медь, ее свойства, применение и технология производства. Торговые сорта меди. Медные сплавы. Маркировка.

5. Благородные (драгоценные, ювелирные) цветные металлы и сплавы. Свойства и маркировка.

6. Контроль качества цветных металлов и сплавов

Общие сведения о цветных металлах и сплавах. Классификация цветных металлов.

Цветные металлы применяются в технике реже, чем черные. Причины:

– незначительное содержание многих цветных металлов в земной коре,

– сложность процесса их выплавки,

Во многих случаях, когда это возможно, их заменяют черными металлами, пластмассами и другими материалами. Однако цветные металлы имеют ценные свойства, которые делают их применение в технике неизбежным. Например, Cu и Al обладают высокой электро- и теплопроводность и применяются в электропромышленности.

В технике широко применяются не только чистые цветные металлы, но и их сплавы, которые нашли широкое применение в качестве продукции технического, бытового и специального назначения.

Из большого числа цветных металлов и сплавов наибольшее распространение получили сплавы на основе алюминия, титана, меди, которые широко применяются в химической промышленности, авиа- и ракетостроении, в космической технике.

Цветные металлы и сплавы условно принято делить на четыре группы:

К легким металлам относят: алюминий, магний и титан, литий, бериллий, которые имеют более низкую относительную плотность по сравнению с железом.

К тяжелым металлам из числа широко применяющихся относят: медь, никель, кобальт, относительная плотность которых выше чем у железа и температура плавления достаточно высокая.

К тяжелым легкоплавким металлам относят: цинк, свинец, олово, сурьма, кадмий, которые имеют высокую относительную плотность, но температура плавления их существенно ниже, чем у железа.

К благородным металлам относят: золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (палладий, осмий и др.); они отличаются от всех прочих металлов высокой химической стойкость и красивым внешним видом.

Дополнительно выделяют еще следующие группы металлов:

– тугоплавкие – вольфрам, молибден, ниобий, ванадий, имеющих температуру плавления более высокую, чем железо;

– урановые металлы – актиноиды, используемые в атомной технике;

– редкоземельные (РЗМ) – скандий, иттрий, лантан и лантоноиды, применяемые в качестве присадок к сплавам других элементов;

– щелочноземельные – натрий, калий, литий, которые не находят применения в свободном состоянии из-за химической активности.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Общие сведения о цветных металлах и сплавах

В современном машиностроении, энергетике, радиоэлектронике и других отраслях народного хозяйства наряду с черными металлами и сплавами широкое применение находят цветные металлы и сплавы на их основе.

Цветные металлы и их сплавы обладают различными физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, благодаря которым они нашли широкое применение: высокой устойчивостью против коррозии, электро- и теплопроводностью, способностью подвергаться различным видам обработки, в том числе пластически деформироваться (прокатка, волочение, ковка, штамповка).

Цветные металлы способны сплавляться как между собой, так и с черными металлами и образовывать сплавы с высокими физико-химическими и механическими свойствами.

Однако по объему производства и применению по сравнению с черными металлами и их сплавами (сталями и чугунами) цветные металлы занимают незначительное место. Это объясняется тем, что цветные металлы имеют более низкие механические свойства, значительно реже встречаются в природе и из-за сложности металлургического производства они значительно дороже черных металлов. По содержанию руды цветные металлы более бедные, чем, например, железная руда. Чтобы получить 1 т чугуна, требуется переработать 2,0. 2,5 т железной руды, а чтобы получить 1 т меди, необходимо переработать до 200 т медной руды. Кроме того, в рудах цветных металлов кроме основного металла содержится еще несколько цветных металлов в виде оксидов или в чистом виде, которые затрудняют производство основного металла. Например, медная руда кроме меди включает в себя золото, платину, серебро, цинк, свинец и другие металлы. В связи с этим при переработке руд цветных металлов применяют комплексную технологию производства, которая значительно удорожает выплавку меди.

Характерным признаком цветных металлов являются красный, желтый или белый цвет, блеск, высокая пластичность, низкие температура плавления и твердость, а также отсутствие полиморфизма. По своим физико-химическим свойствам цветные металлы подразделяются на три группы: легкие, благородные и легкоплавкие.

В группу легких металлов входят алюминий, магний и бериллий. Эта группа металлов имеет низкий удельный вес. Благодаря легкости эти металлы нашли широкое применение в производстве летательных аппаратов. С развитием энергетики будет развиваться алюминиевая и магниевая промышленности, так как для производства этих металлов требуется большое количество электроэнергии. Планируется внедрение в производство алюминия и магния комплексной переработки сырья. На основе алюминия и магния получают сплавы с высокими физико-механическими свойствами.

Бериллий — хрупкий металл, имеет низкую пластичность. При обычных условиях бериллий устойчив против коррозии, так как на его поверхности образуется тонкая плотная оксидная пленка, которая предохраняет металл от дальнейшей коррозии. При высокой температуре бериллий активно коррозирует.

Механические свойства бериллия зависят от примесей, вида материала (прокат, литье, горячепрессованный из порошка и т.д.). Например, материал, полученный горячим прессованием порошков, имеет предел прочности 320 МПа, а материал, полученный литьем, — 120 МПа.

Бериллий применяется как легирующая присадка при производстве бериллиевых бронз, при изготовлении изделий для электротехнической, радиотехнической и других отраслей промышленности (фольга, лента, листы, трубы, поковки и штамповки). Изделия и заготовки из бериллия получают методом литья, ковкой, штамповкой, волочением и зонным прессованием. Берил- лиевые бронзы обладают высокой упругостью при высоких температурах, прочностью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропроводностью, сопротивлением усталости.

Благодаря высокой упругости, повышенному сопротивлению усталости и другим свойствам детали из бериллиевых бронз (пружины, мембраны и др.) выдерживают несколько миллионов рабочих циклов (знакопеременных нагрузок). Уникальные свойства бериллиевых бронз позволяют применять их в точном приборостроении, самолетостроении, военной, ракетной и космической технике.

В группу благородных металлов входят золото, серебро и металлы платиновой группы (платина, палладий, иридий, радий, осмий и рутений). К этой группе относится также полублагород- ная медь.

Благородные металлы имеют высокую коррозионную стойкость в обычных условиях, а некоторые из них и в агрессивных средах (кислотах и щелочах).

Золото, серебро и платина находят широкое применение в радиоэлектронике и электротехнике, в производстве высокоточных и надежных приборов.

Полублагородная медь применяется как надежный проводник в энергетике, электротехнической промышленности, в производстве электрических машин, трансформаторов, электродвигателей и т.д. На основе меди производят большую группу сплавов — латуней и бронз с различными физико-химическими и механическими свойствами.

В группу легкоплавких металлов входят цинк, свинец, олово, висмут, таллий, сурьма и др. Эти металлы имеют низкую температуру плавления. Легкоплавкие металлы применяются в различных металлургических процессах, в производстве сплавов, в электронной и полупроводниковой промышленности, для изготовления плавких вставок, низкотемпературных припоев и сплавов.

Из-за низких механических свойств чистые цветные металлы прямого применения в промышленности практически не находят, но широко применяются в виде различных конструкционных сплавов, проводников и припоев.

Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы. К цветным металлам, наиболее широко применяемым в технике, относятся медь, алюминий, олово, свинец, цинк, магний, титан и их сплавы. В чистом виде цветные металлы используют редко, в основном их применяют в виде сплавов.

Цветные металлы – это наиболее дорогой и ценный технический материал.

Легирующие элементы, входящие в состав цветных металлов и сплавов, обозначают заглавными буквами русского алфавита, например алюминий – А, бериллий – Б, железо – Ж, кремний – К, медь – М и т. д.

Медь. Она имеет характерный красноватый цвет, в природе встречается в виде сернистых соединений, в окислах и очень редко в чистом виде. Медь маркируют буквой М. В зависимости от чистоты меди (ГОСТ 859-2001). Самая чистая медь – содержит 99,99% меди и 0,01% примесей. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Она обладает хорошей электропроводностью. Из нее изготовляют проводники электрического тока – провода и кабели.

Олово. Олово очень мягкий металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Оно разделяется на шесть марок (ГОСТ 860-41): ОВЧ-000, О1ПЧ, 01, 02, 03, 04. Самое чистое олово – марки ОВЧ-000, содержащее 99,999% олова и 0,001% примесей.

Олово в чистом виде применяют для лужения жести.

Цинк. Цинк – это хрупкий металл белого цвета с голубоватым оттенком. В зависимости от химического состава установ­лены шесть марок цинка (ГОСТ 3640-47): ЦВ (99,99% цинка), Ц0, Ц1, Ц2, ЦЗ, Ц4 (99,50% цинка). Цинк используют для покрытия изделий (цинкование), чтобы предохранить их от атмосферной коррозии.

Свинец. Это мягкий металл синевато-серого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. ГОСТ 3778-56 устанавливает шесть марок свинца: СО (99,992% свинца), С1, С2, СЗ, СЗСу, С4 (99,60% свинца). Свинец хорошо отливается и прокатывается. Из для перекачки кислот, для производства аккумуляторов и т. д. Свинец – очень хорошая защита от рентгеновских лучей.

Алюминий. Алюминий – мягкий металл белого цвета. Он добывается путем электролиза из алюминиевой руды – бокситов и хорошо поддается прокатке и ковке. Особенностями алюминия являются легкость, хорошая электропроводность (60% электропроводности меди) и высокая коррозийная стойкость.

По ГОСТ 3549-55 алюминий выпускается нескольких марок. Самой высокой по чистоте является марка АВ0000, содержащая 99,996% алюминия. Из алюминия изготовляют провода, кабели, змеевики (испарители) в холодильниках и т. д. Окислы алюминия безвредны.

Магний. Магний – самый леший металл из всех применяемых в технике (удельный вес его 1,74). Он легко воспламеняется и при его горении возникает высокая температура. Наиболее •опасны в этом отношении порошок, тонкая лента, мелкая стружка и т. п. Механические свойства магния низкие, поэтому он находит ограниченное применение в технике. В литейном деле из магния выплавляют высокопрочный магниевый чугун. Чаще всего магний используют в виде сплавов с алюминием, цинком. ГОСТ 804-62 устанавливает две марки магния: Mgl (99,92% магния) и Mg2 (99,85% магния).

Титан. Это металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий (плавится при 1725° С) и легкий, стойкий на воздухе и даже в атмосфере морского климата.

По распространенности титан занимает четвертое место среди конструкционных металлов, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Прочность его вдвое больше, чем у железа, и почти в шесть раз больше, чем у алюминия. Ценными свойствами титана являются его высокие химическая и коррозийная стойкость.

Титан обладает высокой пластичностью. Он хорошо куется, легко прокатывается в листы, ленты и даже в фольгу.

Наибольшее применение титан находит в виде сплавов для изготовления лопастей газовых турбин и производства жаропрочных сталей.

Медные сплавы. Важнейшими сплавами на основе меди яв­ляются латунь и бронза.

Латунь – это сплав меди с цинком. Кроме цинка, латунь содержит и другие элементы, но в меньшем, чем цинк, количестве. Латунь маркируют буквой Л, за которой стоят цифры, указывающие на содержание меди, например латунь марки Л80 состоит из 80% меди и 20% цинка. Если в латунь вводится 1% свинца, то она будет обозначаться ЛС59-1 и содержать 59% меди, 40% цинка и 1% свинца.

Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью, пластичностью, легко поддаются прокатке, ковке и вытяжке.

В технике находят применение латуни, содержащие от 10 до 42% цинка.

В зависимости от назначения латуни могут быть обрабатываемыми давлением, литейными и специальными. Химический состав некоторых марок латуней приведен в таблице:

Химический состав латуней, % (ГОСТ 1019-47)