Krāsaino metālu liešana

Melnie metāli tiek plaši izmantoti mašīnbūves nozarē to pārākuma, mehānisko īpašību klāsta un zemāku izmaksu dēļ. Tomēr krāsainie metāli tiek izmantoti arī dažādos lietojumos to specifisko īpašību dēļ, salīdzinot ar melno sakausējumiem, neskatoties uz to augstām izmaksām. Vēlamās mehāniskās īpašības šiem sakausējumiem var iegūt ar darba rūdīšanu, novecošanās rūdīšanu utt., bet ne ar normālu termiskās apstrādes procesu, ko izmanto dzelzs sakausējumiem. Daži no svarīgākajiem krāsainajiem materiāliem ir alumīnijs, varš, cinks un magnijs

1. Alumīnijs

No visiem krāsainajiem sakausējumiem alumīnijs un tā sakausējumi ir vissvarīgākie to lielisko īpašību dēļ. Dažas no tīra alumīnija īpašībām, kurām to izmanto mašīnbūves nozarē, ir:

• 1) Lieliska siltumvadītspēja (0,53 cal/cm/C)
• 2) Lieliska elektrovadītspēja (376 600/omi/cm)
• 3) Mazs masas blīvums (2,7 g/cm)
• 4) Zema kušanas temperatūra (658C)
• 5) Lieliska izturība pret koroziju
• 6) Tas nav toksisks.
• 7) Tam ir viena no augstākajām atstarošanās spējām (85 līdz 95%) un ļoti zema izstarojuma spēja (4 līdz 5%)
• 8) Tas ir ļoti mīksts un elastīgs, kā rezultātā tam ir ļoti labas ražošanas īpašības.

Daži pielietojumi, kuros parasti tiek izmantots tīrs alumīnijs, ir elektriskie vadītāji, radiatoru spārnu materiāli, gaisa kondicionēšanas iekārtas, optiskie un gaismas atstarotāji, kā arī folija un iepakojuma materiāli.

Neskatoties uz iepriekš minētajiem noderīgajiem lietojumiem, tīrs alumīnijs netiek plaši izmantots šādu problēmu dēļ:

• 1) Tam ir zema stiepes izturība (65 MPa) un cietība (20 BHN)
• 2. Ir ļoti grūti metināt vai lodēt.

Alumīnija mehāniskās īpašības var būtiski uzlabot ar leģēšanu. Galvenie izmantotie sakausējuma elementi ir varš, mangāns, silīcijs, niķelis un cinks.

Alumīnijs un varš veido ķīmisko savienojumu CuAl2. Ja temperatūra pārsniedz 548 C, tas pilnībā izšķīst šķidrā alumīnijā. To dzesējot un mākslīgi novecojot (ilgstoši turot 100 - 150C temperatūrā), tiek iegūts sacietējis sakausējums. CuAl2, kas nav novecojis, nav laika izgulsnēties no cietā alumīnija un vara šķīduma, un tādējādi tas atrodas nestabilā stāvoklī (pārsātināts istabas temperatūrā). Novecošanās procesā izgulsnējas ļoti smalkas CuAl2 daļiņas, kas izraisa sakausējuma nostiprināšanos. Šo procesu sauc par šķīduma sacietēšanu.

Pārējie izmantotie leģējošie elementi ir līdz 7% magnija, līdz 1,5% mangāna, līdz 13% silīcija, līdz 2% niķeļa, līdz 5% cinka un līdz 1,5% dzelzs. Papildus tiem nelielās proporcijās var pievienot arī titānu, hromu un kolumbiju. Dažu tipisku alumīnija sakausējumu sastāvs, ko izmanto pastāvīgajā formēšanā un liešanā, ir norādīts 2. 10. tabulā ar to pielietojumu. Mehāniskās īpašības, kas sagaidāmas no šiem materiāliem pēc to liešanas, izmantojot pastāvīgās veidnes vai spiedliešanu, ir parādītas 2.1. tabulā.

2. Varš

Līdzīgi kā alumīnijs, arī tīrs varš tiek plaši pielietots, jo tam ir šādas īpašības

• 1) Tīra vara elektriskā vadītspēja ir augsta (5,8 x 105 /ohm/cm) tā tīrākajā veidā. Jebkurš neliels piemaisījums krasi samazina vadītspēju. Piemēram, 0,1% fosfora samazina vadītspēju par 40%.
• 2) Tam ir ļoti augsta siltumvadītspēja (0,92 cal/cm/C)
• 3) Tas ir smagais metāls (īpatnējais svars 8,93)
• 4) To var viegli savienot kopā ar lodēšanu
• 5) tas ir izturīgs pret koroziju,
• 6) Tam ir patīkama krāsa.

Tīrs varš tiek izmantots elektrisko vadu, kopņu, pārvades kabeļu, ledusskapja cauruļu un cauruļvadu ražošanā.

Vara mehāniskās īpašības tīrākajā stāvoklī nav īpaši labas. Tas ir mīksts un salīdzinoši vājš. To var izdevīgi leģēt, lai uzlabotu mehāniskās īpašības. Galvenie izmantotie sakausējuma elementi ir cinks, alva, svins un fosfors.

Vara un cinka sakausējumus sauc par misiņu. Ar cinka saturu līdz 39%, varš veido vienfāzes (α-fāzes) struktūru. Šādiem sakausējumiem ir augsta elastība. Sakausējuma krāsa saglabājas sarkana līdz cinka saturam 20%, bet pēc tam tā kļūst dzeltena. Otrs strukturālais komponents, ko sauc par β-fāzi, ir no 39 līdz 46% cinka. Faktiski tas ir starpmetālu savienojums CuZn, kas ir atbildīgs par paaugstinātu cietību. Misiņa stiprums vēl vairāk palielinās, pievienojot nelielu daudzumu mangāna un niķeļa.

Vara un alvas sakausējumus sauc par bronzām. Bronzas cietība un stiprība palielinās, palielinoties alvas saturam. Elastība samazinās arī, palielinoties alvas procentuālajam daudzumam virs 5. Ja pievieno arī alumīniju (4 līdz 11%), iegūto sakausējumu sauc par alumīnija bronzu, kam ir ievērojami augstāka izturība pret koroziju. Bronza ir salīdzinoši dārga salīdzinājumā ar misiņu, jo tajā ir alva, kas ir dārgs metāls.

3. Citi krāsainie metāli

Cinks

Cinks galvenokārt tiek izmantots inženierzinātnēs, jo tam ir zema kušanas temperatūra (419,4 C) un lielāka izturība pret koroziju, kas palielinās līdz ar cinka tīrību. Izturību pret koroziju izraisa aizsargājoša oksīda pārklājuma veidošanās uz virsmas. Galvenie cinka pielietojumi ir cinkošana, lai aizsargātu tēraudu no korozijas, poligrāfijas rūpniecībā un liešanā.

Cinka trūkumi ir spēcīgā anizotropija, kas izpaužas deformētos apstākļos, izmēru stabilitātes trūkums novecošanas apstākļos, triecienizturības samazināšanās zemākās temperatūrās un jutība pret starpgranulu koroziju. To nevar izmantot, ja temperatūra pārsniedz 95 °C, jo tas ievērojami samazinās stiepes izturību un cietību.

To plaši izmanto spiedlējumos, jo tam ir nepieciešams zemāks spiediens, kas nodrošina ilgāku presformas kalpošanas laiku, salīdzinot ar citiem liešanas sakausējumiem. Turklāt tam ir ļoti laba apstrādājamība. Apdare, kas iegūta ar cinka spiedlešanu, bieži vien ir pietiekama, lai garantētu jebkādu turpmāku apstrādi, izņemot atdalīšanas plaknē esošās zibspuldzes noņemšanu.

Magnijs

Magnija sakausējumu vieglā svara un labās mehāniskās izturības dēļ tos izmanto ļoti lielā ātrumā. Lai iegūtu tādu pašu stingrību, magnija sakausējumiem nepieciešami tikai 37,2% no C25 tērauda svara, tādējādi ietaupot svaru. Divi galvenie izmantotie sakausējuma elementi ir alumīnijs un cinks. Magnija sakausējumi var būt lieti no smiltīm, veidnēs vai lieti. Smilšu liešanas magnija sakausējuma komponentu īpašības ir salīdzināmas ar pastāvīgo veidnē vai spiedienliešanas komponentu īpašībām. Liešanas sakausējumos parasti ir augsts vara saturs, lai tos varētu izgatavot no sekundārajiem metāliem, lai samazinātu izmaksas. Tos izmanto automašīnu riteņu, kloķu uc izgatavošanai. Jo lielāks saturs, jo augstāka ir magnija sakausējumu, piemēram, velmētu un kaltu detaļu, mehāniskā izturība. Magnija sakausējumus var viegli metināt ar lielāko daļu tradicionālo metināšanas procesu. Ļoti noderīga magnija sakausējumu īpašība ir to augstā apstrādājamība. To apstrādei ir nepieciešami tikai aptuveni 15% jaudas, salīdzinot ar tēraudu ar zemu oglekļa saturu.