Цветные металлы и их сплавы

Под действием органических кислот, например, кислых пишевых продуктов, цинк образует токсичные соли, поэтому его не следует nj именять в пищевой промышленное и. На цинк не действуют органические нейтральные соли.

В зависимости от чистоты цинк делится на марки ЦВЧ (99,997% Zn), ЦВ (99,99 % Zn), Ц0 (99,96 % Zn), Ц1 (99,94 % Zn), Ц2 (99,9 % Zn), ЦЗ (98,7 % Zn), Ц4 (97,5 % Zn).

Влияние прг мвеей на свойства цинка. Железо повышает вердость и хрупкость цинка. При содержании железа в цинке выше 0,2 % прокатка цинка затрудняется из-за его повышенное хрупкости.

Олово, находящееся в цинке, при его затвердевании выделяется в виде эвтектики, плавящейся лри температуре 199 °С. Если в цинке одновременно присутствуют олово и свинец, образуется тройная эвтектика с температурой плавления 50 °С. Располагаясь по границам кристаллитов, эвтектика нарушает их связь, а ïðè горячей обработке давлением такой сплав легко разрушается.

При повышенном содержании свинца, олова, кадмия или ма> ния скорость коррозии цинка возрастает, особенно под действием горячей воды или пара

Сплавы цин га с медью не склонны к старению, но по механическим свойствам хуже сплавов с алюминием.

Наиболее прочными сплавами на основе цинка являются тройные сплавы Zn - Al - Си. Структура этих сплавов в основном определяется coothoi юнием и количеством алюминия и ме,\и и состоит из первичных выделений /3 (чистый цинк), о; (раствор на базе алюминия, богатый цинком), е (химическое соединение CuZn₃), двойных эвтектик /3 + а, е + а или /3 + е и тройной эвтектики а+/3 + £. Состав некоторых промышленных цинковых сплавов приведен в таблице 5.

3.2 Свинег

Свинец (РЬ) - синевато-серый металл с сильным металлическим блеском в свежем срезе. Свинец язляется конечным продуктом распада радиоактигных элементов: U, Ас, Th. Обычный свинец является смесью свинца различного происхождения. Кристаллизуете! свинец в гранецентрированной кубическои решетке. Тепло- и электропроводность свинца примерно в 10 раз меньше, чем у меди (менее 10 % от теплопроводности Ag).

В сухом воз/ухе при нормальной температуре свинец практически не окисляется. Он хорошо сопротивляется воздействию серной кислоты (с концентрацией до 80 %) и не растворяется f плавиковой, фосфорной и хромовой кислотах, в большинстве органических кислот и щелочей. Интенсивно растворяется свинец в азотной кислоте. Мягкая питьевая вода также способна растворять свинец. Слабо действуют на свинец морская вода и рудничные воды. Газы: хлор, сероводород, се инистый газ, ангидрид серной кислоты почти не действуют на свинец, как в сухом, так и зо влажном состоянии.

Под действием фтористого водорода свинец быстро корродируе т. 

В зависимости от чистоты свинец делится на марки С000, С00, СО, CI, С2, СЗ, содержание свинца в которых не менее 99,9''954; 99,99852; 99,992; 99,985; 99,95; 99,9 соответственно.

Чистый свинец пластичен. Он остается пластичным материалом, как при высоких, так и низких температурах - 100 %). С понижением температуры, характеристики прочности свинца и его сплавов увеличива отся. Удлинение повышается вследствие уменьшения локальной деформации (равноме) ное удлинение).

Влияние примесей на свойства свит а. Механические и физико-химические свойства свинца сильно изменяются под влиянием примесей:

Bi и Zn понижают кислотоупорность свинга;

Na, Са и Mg резко повышают прочность и твердость свинца, но снижают его химическую стойкость;

Ñè увеличивает устойчивость свинца проть в действия серной кислоты;

Sb повышает твердость и кислотоупорность сви та в отношении серной кислоты;

Âà и Li повышают твердость свинца;

Cd, Òå и Sn повышают твердость и сопрот: вление усталости свинца.

3.3 Олово

Олово (Sn) - серебристо-белый метала слегка голубоватого оттенка. Олово полиморфно. Достаточно ярко выражены две его модификации - а (серое олово) и /3 (белое олово). Серое олово кристаллизуете ! в кубической решетке типа алмаза и устойчиво при температурах ниже 13,2 °С. Белое олово кристаллизуется в тетрагональной кристаллической решетке. 1ринято считать, что оно устойчиво в интервале температур 13,2-161 °С. При температурах выше 161 °С олово становится хрупким, резко изменяются его теплоемкости и другие свойства, что дает основание предполагать наличие еще одной модификации олова (7). Белое олово обладает значительно большей плотностью, чем серое. Переход обычного белого олова в модификацию а сопровождается резким уменьшением плотности и увеличением объема, в результате чего металл рассыпается б порошок («оловянная чума»). Чтобы предупредить переход белого олова в серое, слитки и полуфабрикаты из олова необходимо хранить при температуре не ниже +10 °С. Примеси, особенно висмут, снижают скорость образования серого олова.

На воздухе при нормальной температуре олово устойчиво против окисления, что связано с образованием на поверхности n еталла плотной тонкой пленки окислов, предохраняющей его от дальнейшего окисления. С повышением температуры окисляемость олова увеличивается. В мягкой гресной и дистиллированной воде олово не подвергается коррозии. Олово практически не реагирует с большинством органических кислот. Фруктовые соки при комнатной температуре незначительно влияют на скорость коррозии олова. Смазочные масла, бензин, керосин на скорость коррозии олова практически не влияют. Незначительно корродирует олово в спирте. В разбавленной

12

сгляной кислоте олово растворяется очень медлегно, в концентрированной кислоте - 6i (стро (особенно при нагревании) с образованием хлороловянных кислот. С р; збавленной H₂S0₄ олово практически не реагирует, с концентрированной серной кислотой металл взаимодействует медленно. Олово энергично взаимодействует с концентрированной HNO3, хорошо растворяется в i арской водке. С растворами щелочей OJ ово медленно реагирует даже на холоду.

4 МАГНИЙ И СПЛАВЫ НА ЕГО ОСНОВЕ

Ìàãíèé (Mg) - щелочноземельный металл I группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, порядковый номер 12, атомная масса 24,305.

Магний - металл серебристо-белого цвета Он не имеет аллотропических превращений, кристаллизуется в плотноупаков шной гексагональной решетке с периодом а = 0,3210 нм и с = 0,5200 нм. Температ /ра плавления - 650 °С, температура кипения - 1105 °С, плотность - 1740 кг/м'.

В зависимости от химического состава установл ены следующие марки магния: Ìã96 (99,96 % Mg), Ìã95 (99,95 % Mg), Ìã90 (99,90 % Mj).

Главными недостатками магния как технического металла являются низкая кс ррозионная и химическая стойкость. Он усиленю корродирует в пресной и морской в< це, разрушается многими кислотами и раствор тми солей. При нагревании магний аь: гивно окисляется и легко воспламеняется, особенно в виде порошка или мелкой ст оужки.

4.1 Магниевые сплавы

Преимуществом магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности отдельных сплавов достигает 350-400 M.Ia при плотности менее 2000 кг/м^.

Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, Ìï. Для дс полнительного легирования используют Zr, Cd, Ñå и др. {в большинстве случаев применяют сплавы магния с апюминием (до 10 %), ■инком (до 5-6 %), марганцем (до 2,5 %', цирконием (до 1.5 %)).

Zr è Ìï способствуют значительному уменьшению влияния примесей Fe и Ni на свойства сьлавов (улучшают коррозионную стойкость). О ш образуют с этими элементами промежуточные фазы большой плотности, которые ри кристаллизации выпадают на дно TI ля, очищая сплав от вредных примесей.

Для повышения предела ползучести, длительной прочности и твердости при повышенных температурах жаропрочные сплавы тегируют Nd, Се, Th, образующими ф: зы соответственно: Mg₉Nd, Mg₉Ce, Mg₅Th. Лучи ей жаропрочностью среди литейных спавов обладают сплавы с торием.

Be в количестве 0,005-0,012 % уменьшает окис, .яемость магния при плавке, литье и термической обработке.

По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяют на литейные (Ìë) и

J

13 

деформируемые (МА) (таблица 17), по механическим свойствам - на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрс шые и жаропрочные, по склонности к упрочнению с помощью термической обработка - на сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой (приложения В. 7, В. £).

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплав,л), легко шлифуются и полируются. Высокие скорости резания и небольшой расход энергии способствует снижению стоимости обработки резанием деталей из магниевых сплавов по сравнению с другими сплавами. Ма' ниевые сплавы удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой. Прочность сварных швов деоормируемых сплавов составляет 90 % от прочности основного металла.

Недостатками магниевых сглавов являются низкая коррозионная стойкость малый модуль упругости, плохие лителные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их изготозлении.

5 ТИТАН И СПЛАВЫ НА ЕГО ОСНОВЕ

Тнтан (Ti) — элемент IV группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер - 22, атомная масса - 47,88. Температура плавления 1665 ±5 °С.

Титан - металл серебристо-белого цвета, обладает полиморфизмом: низкотемпературная модификаи ля Ti_a имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 2,951 А, с = 4,697 А; высокотемпературная - Tig-решетку о бъемно- центрированного куба с периодам 3,269 А (при 900 °С). Плотность Ti„ титана сос тавляет 4505 кг/м , Tig - 4320 кг/м' при 900 °С. Температура перехода а<->/3 равна 882 °С. Коэффициент линейного расширения титана в интервале температур 20-100 °С равен 8,3ТО" °С"\ Модуль упругости гитана Е_упр =112 ГПа (железа — 214, алюминия — 71, меди - 121, магния - 45 ГПа). Ни-кий модуль упругости титана затрудняет изготовление жестких конструкций.

Механические свойства ти.гана сильно зависят от наличия примесей, особенно водорода, кислорода, азота и > глерода, которые образуют с титаном твердые р >.створы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, окислы, нитриды и карбиды. Небольшое количество кислорода, азота и глерода повышает твердость, предел прочности и предел текучести, но при этом значите :ьно уменьшается пластичность, снижается корро-ионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость. I оэтому содержание каждой из этих при лесей ограничивают - не более 0,02-0,06 % (мае.)

Особо вредная примесь з титане и его однофазных а-сплавах - водород. Присутствуя в очень незначительном количестве, водород выделяется в виде тонких хрупких пластин гидридной фазы на границах зерен, что приводит к охрупчаванию титана. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническим титане находится в пределах 0,008-( ,012 %.

Чистый титан не является жаропрочным материалом. При повышении температуры до 250 °С предел прочности снижае гея почти в 2 раза. Титан обладает склонностью к ползучести даже при комнатной тем юратуре. Предел ползучести титана составляет ~ 30 % от предела текучести. Наличие фимесей кислорода, азота, а также пластическая деформация повышают сопротивление ползучести. Титан обладает высокой удельной прочностью не только при комнатной температуре, но и в условиях глубокого холода. При температуре жидкого гелия (~ - 270 °С) предел прочности титана равен 1250 МГ а. Если содержание водорода мало (менее 0,002 %), титан сохраняет высокую пластичность (относительное удлинение 15-20 %).

Пластическая деформация значите льно повышает прочность титана (рисунок 17). Пии степени деформации 60-70 % прочность увеличивается почти в 2 раза. Для снятая наклепа проводят рекристаллизационяый отжиг при температуре 650-750 °С.

Технический титан изготовляют марок: ВТ1-00 (99,53 % Ti) и ВТ1-0 (99,48 % Т>). Механические свойства технического титана ВТ1-00 и ВТ1-0: а_в = 300...550 МПа и 8 = 20...30 %.

В связи с тем, что на поверхности, титана легко образуется стойкая оксидная плеша, титан обладает высокой сопротивляемостью коррозии в пресной и морской воде, в разбавленных растворах H₂S0₄, НС^; и щелочей, в растворах хлоридов и в атмосфе )е влажного С1₂. Титан устойчив против кавитационной коррозии и под напряжением. В HN0₃ пассивируется.

При повышении температуры тит ш активно поглощает газы: с 50-70 °С - водород, свыше 400-500 °С - кислород, с 60»')—700 °С - азот, окись углерода и углекислый газ. Способность к газопоглощению тигана при повышении температуры используют в радио- и электронной промышленности для повышения вакуума электронных ламп, в вакуумной технике - газоразрядные насосы и др.

Технический титан хорошо обр '.батывается под давлением, сваривается в среде аргона. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90% от прочности основного металла. Титан пло :о обрабатывается резанием, налипает на инструмент и быстро его изнашивает. Для обработки титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания и интенсивное охлаждение. К недостатку титана относятся также низкие антифрикционные свойства.

11

11

11

11