Общие сведения о цветных металлах и сплавах кратко

Обновлено: 07.07.2024

Металлами называют вещества, характерными признаками которых при обычных условиях являются высокая прочность, пластичность, тепло- и электропроводность, особый блеск, называемый металлическим. Такие признаки металлов обусловливаются их электронными межатомными связями и кристаллическим строением. При очень высоких давлениях свойства металлов могут меняться.

Металлические элементы составляют почти 3/4 всех существующих в природе элементов, но не все находят широкое применение в технике и строительстве. Некоторые из них встречаются очень редко. Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: алюминий-8,8%, железо-4,65%, магний-2,1 %, титан-0,63 %.

Чистые металлы в большинстве случаев обладают недостаточно высокими физическими, механическими и химическими свойствами (табл. 2).

Элемент	Плотность, г/см³	Теплоемкость при 20 °С , Дж/ °С	Температура плавления, °С	Твердость, H/мм²	Предел прочности, МПа	Относительное удлинение, %	Удельное электросо- противление, Ом · м
Al	2,7	0,88	0,026
W	19,1	0,13	-	0,050
Fe	7,86	0,45	0.106
Mg	1,74	1,01	0,045
Cu	8,93	0,38	0,017
Ni	8,8	0,43	0,072
Sn	7,3	0,23	0,015
Pb	11,34	0,12	0,188
Zn	7,4	0,39	0,057

Таблица 2. Основные физико-механические свойства чистых металлов

Металлы, применяемые в строительстве, разделяют на две основные группы: черные и цветные.

Черные металлы - сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придания черным металлам специфических свойств в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы в зависимости от содержания в них углерода подразделяют на стали (сплавы с содержанием С 2 %). На их долю приходится около 95 % производимой в мире металлической продукции. Остальные металлы и сплавы на их основе относятся к цветным: легкие - плотностью до 5 г/см³(например, на основе алюминия, магния); тяжелые - плотностью выше 5 г/см³(на основе меди); тугоплавкие (на основе молибдена, ванадия).

Сталь - основной конструкционный материал, применяемый в строительстве. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали содержат железо, углерод и примеси (марганец, кремний, серу, фосфор), которые называют нормальными при содержании их в пределах нормы. Легированные стали в отличие от углеродистых, кроме железа, углерода и нормальных примесей, содержат специально вводимые для изменения свойств стали легирующие добавки (никель, хром, титан, вольфрам и т. д.). К легирующим добавкам относятся также марганец и кремний, если их содержание больше, чем предусмотрено для примесей.

Чугун содержит 2-6,67 % углерода. Чугуны являются как конструкционным материалом, так и промежуточным продуктом при производстве стали. По составу и применению чугуны подразделяют на передельные (белые), литейные (серые), специальные (ферросплавы).

К цветным относятся все металлы, кроме железа. Больше всего применяют в технике следующие металлы: алюминий, медь, никель, титан, цинк, свинец, олово, вольфрам, ванадий. Цветные металлы, как и черные, в чистом виде весьма редко используют в строительстве.

Легкие сплавы получают на основе алюминия или магния. Наиболее распространенными легкими сплавами являются алюминиево-марганцевые, алюминиево-кремнеземистые, алюминиево-магниевые и сплавы типа дюралюминия. Их применяют для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов в строительстве находят применение бронза (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунь (сплав меди с цинком). Их используют для изготовления архитектурных деталей и санитарно-технической арматуры.

Свойства металлов, применяемых в строительстве, определяются в основном механическими и технологическими характеристиками. К механическим свойствам металлов относятся предел прочности при растяжении, предел текучести, относительное удлинение, твердость, ударная вязкость; к технологическим - жидкотекучесть, свариваемость, ковкость, электропроводность, магнитность и др.

Металлы испытывают на растяжение с помощью разрывных машин, оборудованных приспособлением для записи кривой зависимости между нагрузкой и удлинением образца. Такая кривая называется диаграммой растяжения (рисунок 19). На диаграмме растяжения одних металлов, например, низко- и среднеуглеродистых сталей, фиксируется площадка текучести, указывающая на способность металла подвергаться значительным пластическим деформациям при постоянном напряжении; на диаграмме растяжения других, например, высокоуглеродистых сталей, такая площадка отсутствует, что указывает на непрерывный рост деформации с возрастанием нагрузки.

Рисунок 19. Диаграмма растяжения стали

Одновременно с развитием и усовершенствованием методов получения черных и цветных металлов развивалась и совершенствовалась технология их обработки. К основным технологическим способам обработки металлов относят литейное производство, обработку давлением (прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку), сварку и огневую резку, термическую обработку, обработку резанием (механическая обработка) и различные виды электрофизических и электрохимических способов обработки металлов.

Алюминий и его сплавы.

Алюминий -(лат. Aluminium), Al, химический элемент III группы периодической системы Менделеева; атомный номер 13, атомная масса 26,9815; состоит из одного стабильного изотопа 27 Al.

Алюминий — легкий серебристо-белый металл. Важное достоинство его — низкая плотность (2700 кг/м 3 ). В чистом виде алюминий мягок, пластичен, хорошо отливается, прокатывается, температура плавления — 657°С. Алюминий имеет повышенную стойкость к коррозии на воздухе за счет образования защитной пленки (А1₂О₃), высокую теплопроводность и электропроводность. Предел прочности при растяжении у алюминия 90-120 МПа, относительное удлинение — 20-30%, твердость Н_в = 25-30, коэффициент теплопроводности — 200 Вт/(м·°С).

В чистом виде в строительстве алюминий применяется для отливки деталей, изготовления порошков (алюминиевые краски и газообразователи при изготовлении ячеистых бетонов), фольги, электропроводов. Из алюминиевой фольги делают высокоэффективный утеплитель; (альфоль), используют ее в качестве отражателя тепловых лучей, а также декоративного материала. Путем анодного оксидирования из алюминиевых сплавов получают архитектурные детали различной расцветки.

Для строительных изделий алюминий применяют в виде сплавов, в состав которых входят: Cu, Mn, Mg, Si, Fe.

Сплавы, состоящие из алюминия, меди, магния и марганца, носят название дюралюминий. Сплавы алюминия имеют предел прочности при растяжении более 100 МПа. Из алюминиевых сплавов изготовляют плоские и волнистые листы, прокатные, гнутые, клепаные и сварные профили, трубы.

Медь и ее сплавы.

Медь - (лат. Cuprum), Cu, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл. Природная медь состоит из смеси двух стабильных изотопов — 63 Cu (69,1 % ) и 65 Cu (30,9 % ).

Медь — металл красного цвета с плотностью 8800 кг/м 3 , температурой плавления 1083°С, пределом прочности при растяжении около 200, МПа, относительным удлинением 30-60%. Медь — мягкий и пластичный металл, хорошо проводит электричество и тепло.

Добывают ее из медных сульфидных и окисленных руд. Применяют для изготовления электрических проводов и в качестве составной части различных сплавов.

Сплав, состоящий из меди и цинка, называют латунью.

Латунь обладает высокими механическими и антикоррозийными свойствами и поддается горячей и холодной обработке. Иногда к сплаву латуни добавляют свинец, олово, алюминий, кремний и др. Применяют ее в виде листов, прутьев, проволоки, труб. Латунь в строительстве применяют также в виде специальных изделий, сочетающих антикоррозийные и художественные качества (для архитектурной отделки интерьеров — базы колонн, различные погонажные изделия).

Сплав меди с оловом (до 10%) называют оловянистой бронзой. Сплавы меди с алюминием, никелем, кремнием носят название безоловянистых бронз. Иногда в состав бронзы вводят свинец, цинк, фосфор. Бронзу применяют в виде изделий для внутреннего оборудования зданий (сантехническая арматура, вентиляционные решетки, детали карнизов, фурнитуры и др.).

Кроме бронз и латуни известны другие сплавы, содержащие медь. Например, мельхиор (20% никеля и 80% меди), никелин (45% никеля и 55% меди), константин (40% никеля, 59% меди и 1% марганца).

Магний и сплавы.

Магний - (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный магний состоит из трёх стабильных изотопов: 24 Mg (78,60% ), 25 Mg (10,11%) и 26 Mg (11,29%).

Магний — один из наиболее легких металлов. Средняя плотность его 1730 кг/м 3 , температура плавления — 649 °С. В чистом виде магний малоустойчив. Получают его из морской рапы после осадки поваренной соли, из карналита (КСl, МgСl₂), а также из магнезита.

Применяют магний при изготовлении специальных легких сплавов.

Цинк - (лат. Zincum) Zn — химический элемент 12-й (IIb) группы периодической системы Менделеева, атомный номер 30, относительная атомная масса 65,39. Природный цинк состоит из трех стабильных изотопов 64 Zn (48,6%), 66 Zn (26,9%) и 67 Zn (4,1%).

Цинк. Плотность цинка 7000 кг/м 3 . Температура плавления — 419 °С. Применяют, главным образом, для оцинкования различных стальных изделий (гвоздей, болтов, кровельной стали), в качестве составляющего сплавов. При обычной температуре цинк хрупок, при нагревании до 150°С он становится пластичным.

Цинк получают из сульфидных цинковых руд ZnS.

Свинец - (лат. Plumbum), Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 82, атомная масса 207,2. С. — тяжёлый металл голубовато-серого цвета. Природный свинец состоит из 5 стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1,5%), 206 (23,6%), 207 (22,6%), 208 (52,3%).

Свинец — мягкий, пластичный, тяжелый металл. Плотность свинца — 11 400 кг/м 3 . Температура плавления — 325 °С. Свинец хорошо льется и прокатывается, хорошо противостоит действию серной и соляных кислот. Предел прочности при растяжении — до 20 МПа, твердость по НВ = 5,9. Свинец непроницаем для рентгеновских лучей и частично не пропускает гамма-лучи. Применяется в строительстве для специальных труб, антикоррозийных покрытий, звуко- и гидроизоляции и как составная часть некоторых легких сплавов. Свинец добывают из сульфидных руд.

Олово - (лат. Stannum), Sn, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 50, атомная масса 118,69; белый блестящий металл, тяжёлый, мягкий и пластичный. Элемент состоит из 10 изотопов с массовыми числами 112, 114—120, 122, 124; последний слабо радиоактивен; изотоп 120 Sn наиболее распространён (около 33%).

Олово. Плотность олова — 7230 кг/м 3 . Температура плавления — 232 °С. Олово — мягкий, стойкий против коррозии металл. Применяется для лужения стали и меди в качестве припоя и как составная часть цветных легкосплавных сплавов. Предел прочности при растяжении 35-45 МПа, относительное удлинение — 40%, твердость по Н_В = 12. Олово добывают из руды, которая называется оловянным камнем.

Сплавы, состоящие из свинца, олова, сурьмы, меди, применяют в качестве антифрикционных (анти — против, фриктио — трение) или подшипниковых. Такие сплавы носят название баббитов. В последнее время некоторые цветные металлы с успехом заменяют стеклом, пластмассами, химически обработанной древесиной и др.

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

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 их сплавы применяют в качестве конструкционных материалов, от которых требуются ценные эксплуатационные свойства – коррозионная стойкость, низкий коэффициент трения, жаропрочность и жаростойкость.

К этой группе не принадлежат железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, которые называют черными металлами. К цветным металлам, широко востребованным в промышленности, относятся медь, алюминий и титан. В чистом виде они используются редко, в основном их применяют в виде сплавов.

Медь – обозначение, виды по чистоте, характеристики

Медь – цветной металл, имеет поверхность красноватого оттенка, излом – розового. Символ – Cu. В природе встречается в составе сернистых соединений, оксидов, реже – в чистом виде. Физические характеристики чистого Cu:

высокие – пластичность, электропроводность, теплопроводность;
хорошая устойчивость к коррозионному разрушению;
удельный вес – 8940 кг/м3;
температура плавления – +1083 °C.

Присутствие примесей может значительно снижать показатели электро- и теплопроводности.

Кратко перечислим важные технологические характеристики:

хорошая обрабатываемость давлением, что позволяет получать различные типы медного проката;
затрудненная обрабатываемость резанием из-за повышенной пластичности;
низкие литейные качества из-за протекания значительных усадочных процессов;
возможность соединять отдельные медные элементы сваркой или пайкой.

В маркировке медь обозначается буквой М, после которой стоят цифры, характеризующие чистоту металла. Самая чистая медь содержит 99,99 % Cu. После цифр могут стоять буквы: к – катодная, р – раскисленная, б – бескислородная. Марки и состав меди регламентирует ГОСТ 859-2014.

Основная область применения меди различных степеней чистоты – электротехника, изготовление электрических проводов и кабелей.

Сплавы на основе меди – виды, краткие сведения

Основные сплавы на основе меди, широко используемые в различных отраслях промышленности, – латуни и бронзы.

Латуни – виды, характеристики

К латуням относятся медные сплавы с цинком, процентное содержание которого составляет 5-45 %. При содержании Zn 5-10 % сплавы сохраняют красноватый цвет. Их часто используют в ювелирном деле для имитации золота. Эти разновидности латуни иначе называются: томпак, симилор, хризохалк, хризорин, ореид. При содержании цинка более 20 % латуни имеют желтый цвет.

По количеству компонентов латунные сплавы разделяют на:

Двухкомпонентные – содержат медь, цинк и примеси в незначительных количествах. Обозначаются буквой Л и цифровой группой, характеризующей содержание Cu в процентах. Такие сплавы, благодаря хорошей обрабатываемости давлением, используют при производстве прокаткой или прессованием различных полуфабрикатов: листового латунного металлопроката, труб, прутков, профилей, проволоки. Химический состав деформируемых латуней (предназначенных для обработки давлением) приведен в таблицах ГОСТа 15527-2004.
Многокомпонентые – в качестве дополнительных элементов используются алюминий,марганец, никель, свинец, олово. В маркировке после буквы Л указывается наименование дополнительного компонента и цифровые группы, характеризующие количество в процентах меди и легирующих компонентов. Многокомпонентные латуни часто относятся к категории литейных, используемых при производстве отливок. Их марки определяет ГОСТ 17711-93.

Бронзы – определение, разновидности, характеристики

Бронзами называют сплавы на основе меди, в которых цинк не относится к основным компонентам. К этой категории также не принадлежат медно-никелевые сплавы (мельхиоры). В маркировке ставят буквы Бр, после которых указывают элементы, присутствующие в составе, и их содержание в процентах. Легирующие компоненты в бронзах: олово, бериллий, свинец, кремний, алюминий.

Большинство бронз отличается хорошими литейными качествами, что позволяет применять их при производстве фасонных отливок. Часто эти сплавы востребованы при производстве деталей, к которым предъявляются высокие требования по коррозионной стойкости и антифрикционным характеристикам. Это зубчатые и червячные колеса, седла клапанов, втулки.

Алюминий – обозначение, виды по чистоте, характеристики

Алюминий – пластичный металл серебристо-белого цвета. В чистом виде в природе не встречается. Его получают по технологии электролиза из алюминиевой руды – бокситов. Он легкий, инертный по отношению к окружающей среде, обладает хорошей электропроводностью, которая составляет 60 % от аналогичного показателя меди. На поверхности этого металла появляется оксидная пленка, которая предотвращает коррозионное разрушение полуфабрикатов и изделий. Оксид алюминия безвреден. Этот металл легко подвергается деформации, хорошо сваривается, но из-за высокой пластичности плохо подвергается обработке режущим инструментом. Имеет высокий коэффициент линейной усадки. Температура плавления: +660 °C.

Первичный алюминий обозначается буквой А и числом, которое характеризует степень чистоты: особую, высокую и техническую. В химическом составе металла самой высокой чистоты содержится 99,9996 % Al. Требования к этому металлу, выпускаемому в виде чушек, слитков, ленты, катанки, определяет ГОСТ 11069-2019. Требования к материалам, предназначенным для изготовления полуфабрикатов способами горячей и холодной деформации – листов, плит, полос, профилей, регламентирует ГОСТ 4784-2019.

Алюминий чаще всего используют при производстве электрических проводов, кабелей, испарителей.

Сплавы на основе алюминия – виды, их характеристики

На базе этого металла производят две основные группы сплавов – деформируемые и упрочняемые.

Деформируемые

Деформируемыми называют сплавы, используемые при производстве алюминиевого металлопроката и прессованных металлоизделий. Деформируемые материалы делят на упрочняемые и неупрочняемые. Упрочняемые разновидности разделяют на:

Дюралюмины, содержащие помимо Al, медь и магний. Обозначаются буквой Д и числом, характеризующим состав.
Высокопрочные – в их составе имеются медь, магний и цинк. Обозначаются буквой В и числом.

Характерная черта этих материалов – сочетание хороших механических характеристик и небольшой массы. Она делает их незаменимыми при производстве деталей в авиа- и машиностроении. Из высокопрочных разновидностей изготавливают изделия сложной формы, вертолетные лопасти, детали, запланированные для восприятия существенных нагрузок.

Неупрочняемые разновидности содержат в составе, помимо AL, марганец или магний. Выпускаются чаще всего в виде листового проката. Его выбирают для деталей сложной формы, которые в процессе изготовления подвергаются прокатке, вытяжке, штамповке при комнатных и повышенных температурах.

Литейные

Свойства литейных марок регламентирует ГОСТ 1583-93. Широкой популярностью пользуются литейные материалы на основе алюминия и кремния, называемые силуминами. Они маркируются буквами АК, после которых указывается номер марки. Силумины, сочетающие небольшую плотность с хорошими литейными и механическими характеристиками, часто востребованы при изготовлении бытовых приборов, авто- и мотодеталей, функционально-декоративных предметов интерьера.

Титан и сплавы на его основе

Из технически чистого титана и сплавов на его основе производят цветной металлопрокат и отливки с ценными техническими свойствами:

сочетание относительно невысокой удельной массы с прекрасными прочностными качествами;
устойчивость к различным видам коррозии, химическая инертность по отношению ко многим агрессивным средам;
способность к обработке давлением;
возможность эксплуатации титановых деталей и конструкций при повышенных температурах.

Основной недостаток титана и его производных – высокая стоимость, которая ограничивает их применение в бытовой технике. Основные области их использования – авиатехника, машино-, судостроение, при изготовлении газовых баллонов, эксплуатируемых под высоким давлением, в космической технике.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Цветные металлы и их сплавов

(Домашнее задание: сделать краткий конспект лекции и решить тест)

КЛАССИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ

Виды цветных металлов, их свойства.

Все цветные металлы можно разделить на 6 групп:

1. Цветные металлы, обладающие небольшой плотностью называются легкими . Они широко распространены в окружающей природной среде. Алюминий – типичный представитель этой подгруппы, который является легким, немагнитным металлом серо-белого цвета. Его основными свойствами являются:

— стойкость к коррозии;

— податливость при обработке;

— хорошая тепло- и электропроводность;

Главным его недостатком выступает малая прочность. Чтобы устранить эту проблему алюминий чаще используется в сплаве с медью, магнием. Называется это соединение дюралюминий , который эффективно используется в авиастроении. Сферы применения алюминия достаточно обширные. Например, он используется в криогенной и тепловой технике, в машиностроении, ювелирном деле, пищевой промышленности (для изготовления посуды), его применяют для получения сероводорода и для восстановления редких цветных металлов. В автомобилестроении из алюминия изготавливают: части кузова, двигателя, литые диски и т.д.) чистый металл сплавляют с магнием, марганцем или кремнием, а в результате получают материал с более прочной и податливой к обработке структурой . Помимо ал юминия к цветным металлам относят ся магний, титан, натрий, калий, барий, кальций и стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую среди других металлов плотность (удельную массу).

Металлы, обладающие высокой плотностью, называются тяжелыми . К ним можно отнести: медь, свинец, кадмий, ртуть, никель, кобальт. Они чаще всего используются в сплавах с другими цветными металлами и железом, но могут применяться также в чистом виде.

Для характеристики металлов, относящихся к группе тяжёлых, существует ряд различных критериев, основанный на наиболее часто используемых свойствах. Как правило, к таковым относят:

• атомный вес элемента;
• токсичность;
• плотность;
• распространенность в земной коре;
• показатель вовлечённости в биологические процессы и т.д.
Однако наиболее часто характерной мерой выступает именно атомный вес элемента, превышающий порог в 50 а. е. м. При этом если исходить из плотности, то к тяжёлым металлам относят те, у которых значение плотности превышает 6 г/куб. см.

Эта подгруппа металлов довольно распространена, несмотря на их вред для окружающей среды и человека. Самые опасные из них – это свинец, ртуть и кадмий, которые загрязняют атмосферу. Самым распространённым металлом из этой группы, используемый в автомобилестроении – это медь. Медь обладает наивысшей после серебра электропроводностью и теплопроводностью. Чистая медь имеет в автомобилестроении и авторемонтном производстве ограниченное применение.Зато широко применяются медно-цинковые сплавы (латуни), оловянистые и безоловянистые бронзы.

По сравнению с медью латунь обладает более высокой прочностью, твёрдостью, упругостью, коррозионной стойкостью, меньшей пластичностью и высокими технологическими свойствами (литейными свойствами, деформируемостью и обрабатываемостью резанием). Латуни применяют в автомобилестроении для изготовления деталей систем охлаждения: бачков и трубок радиаторов, деталей электрооборудования, различных втулок, пробок, штекеров, наконечников и т. д.

Бронзы обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в автомобилестроении для изготовления втулок шатунов двигателей, плоских и круглых пружин в системе питания, упорных шайб, шестерен и т. д. Автомобильные детали изготовляют из оловянистых бронз, которые характеризуются достаточной прочностью, высокими антифрикционными качествами, коррозионной стойкостью, хорошей теплопроводностью. Деформируемые оловянистые бронзы отличаются, кроме того, хорошими упругими свойствами. Повышение содержания олова в оловянистых бронзах увеличивает прочность и твердость, но уменьшает пластичность и ударную вязкость. Из оловянистых бронз изготавливают арматуру, втулки шкворней, полуосевые и упорные шайбы, втулки коромысел, шатунов и др.

Достоинства Так как сплавы титана обладают лучшей удельной прочностью по сравнению со сталью, то применение их для производства шатунов позволяет снизить нагрузку на шатунные подшипники на 30%, а это значительно увеличивает их надежность и долговечность. Применение титана для деталей клапанного механизма снижает напряжение в деталях до 25%, а силу удара клапана о седло на 30%.

Шатуны предпочтительно изготавливать из серийных сплавов марок ВТ5, ВТ8 или ВТЗ-1, обладающих повышенной прочностью. Было проведено исследование по технологии штамповки шатуна дизеля. Исследование проводилось с целью снижения уровня магнитности, ведь титан относится к числу немагнитных металлов. Результаты исследования показали, что качество материала заготовки из сплава ВТЗ-1 вполне удовлетворяет потребностям, макроструктура по сечению заготовки шатуна мелкозернистая, рекристаллизованная. В ходе исследования не наблюдалось волокнистости, пережогов, перегрева и иных дефектов штамповки и термообработки. Механические свойства при растяжении соответствуют данным сертификата серийного сплава ВТЗ-1. Опыт применения показывает целесообразность использования титановых сплавов для изготовления высоко нагруженных деталей двигателей, несущих конструкций и ходовой части автомобиля . Исследования показали, что для деталей автомобиля рекомендуется использовать следующие сплавы:

· для несущих конструкций автомобилей: ОТ4−1, ОТ4, ВТ5, ВТ5−1, ВТ6 — сплавы средней прочности;

· для ходовой части автомобилей: АТ6, ВТЗ-1, BT5−1, ВТ6, ВТ8, ВТ14, ВТ15, BT16 — сплавы средней и высокой прочности;

· для деталей двигателей: ВТЗ-1, ВТ8, BT14, ВТ15. ВТ16, BT18, СТ-1, СТ-4 — марки высокопрочных и жаропрочных титановых сплавов.

Опыт использования титановых сплавов за рубежом показывает, что наиболее целесообразно применение их для деталей высоконагруженных двигателей, несущей конструкции и ходовой части автомобиля. По данным работы , применение сплавов титана для таких деталей автомобильных и дизельных двигателей, как шатуны, клапаны и глушители

4 группа – радиоактивные цветные металлы , к которым относятся: полоний, прометий, технеций, радий и др. Они применяются в ядерной энергетике и для создания ядерного оружия.

Группа благородных металлов является самой дорогостоящей. К ней относятся: золото, платина, серебро, иридий, осмий, родий, палладий, рутений. Они наделены таким свойствами:

— неподвергаемость к окислению и коррозии;

— красивая и привлекательная внешность.

Применяются они не только в ювелирном деле, но и в медицине, машиностроении, кинопромышленности, электронике, химической и фотопромышленности.

К редким цветным металлам относиться около 50 видов. Но они были поздно открыты, малоисследованны, и малоприменяемые. Они тяжело добываются и они непопулярные, однако являются перспективой для науки в будущем. ( литий , бериллий , рубидий , цезий ).

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Алюминиевые сплавы.

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью 2,7 г/см 3 , высокой электропроводностью, температура плавления 660 0 С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Cu, Mg, Si, Zn). Железо и кремний являются постоянными примесями алюминия. Железо вызывает снижение пластичности и электропроводности алюминия. Кремний, как и медь, цинк, марганец, никель и хром, относится к легирующим добавкам, упрочняющим алюминий.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов . В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение).

Медные сплавы.

Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Плотность меди 8,94 г/см 3 , температура плавления 1083 o С.

Медь обладает высокой химической стойкостью, устойчивостью против коррозии. На поверхности медных изделий образуется оксидная плёнка, так называемая патина, являющаяся естественной антикоррозионной защитой. Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение – 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.

Латуни- сплавы меди с цинком. Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %. По сравнению с медью латунь обладает более высокой прочностью, твёрдостью, упругостью, коррозионной стойкостью, меньшей пластичностью и высокими технологическими свойствами (литейными свойствами, деформируемостью и обрабатываемостью резанием). По ГОСТ 15527-2004 латунь выпускается в виде проволоки, лент, полос, труб, тянутых и прессованных изделий в отожённом и нагартованном состоянии. Латуни, состоящие из двух химических элементов называются двойными или простыми, а латуни, состоящие из нескольких химических элементов, -сложными, или специальными.
Простые латуни состоят из меди и цинка. Цинк, сплавляясь с медью, образует твёрдые растворы замещения, значительно повышая механические свойства латуней. При температуре 100-150 0 С латунь пластична, при 200 0 и выше – латунь хрупкая. Простые латуни – это деформируемый конструкционный материал. Из этих латуней детали получают методом деформирования: прессования, штамповки, ковки, прокатки и волочения.

Марки простых латуней: Л-96, Л90, Л70, Л68,Л63,Л60. Латуни маркируются буквой Л – латунь, после которой стоят цифры, указывающие содержание в ней меди в процентах. Например, Л63 означает, что латунь состоит из 63% меди и37% цинка.

Латуни являются хорошим материалом для конструкций, работающих при отрицательных температурах.

Бронзы - сплавы меди с другими элементами кроме цинка.

По способу переработки бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.

При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показывающие содержание компонентов в сплаве. Например, марка БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.
Маркировка литейных бронз также начинается с букв Бр, затем указываются буквенные обозначения легирующих элементов и ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, бронза БрО3Ц12С5 содержит 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца, остальное – медь.
По химическому составу различают: оловянные (ГОСТ 613-79) БрЩЗЦ12С5 и безоловянные (ГОСТ439-79) БрА9Мц2Л бронзы.
Маркируют бронзы буквами Бр- бронза, за которыми следуют буквы,

1.Где перечислены цветные металлы?

а) Медь, цинк, алюминий, олово, серебро;
б) Медь, бронза, алюминий, серебро;
в) Медь,бронза,алюминий,олово.

2. Где перечислены сплавы цветных металлов?

а)Бронза, медь, олово;
б)Латунь, медь,цинк;
в) Бронза, латунь,дюралюмины.

3.В каком виде существуют цветные металлы?

а) В виде сплавов;
б) В чистом виде сплавов и виде сплавов;
в) В чистом виде.

4.Что является основой свойств металлов?

а) Состав руды;
б)Строение кристаллической решётки;
в)Технологический процесс получения сплавов.

Читайте также: