Železné materiály se ve strojírenském průmyslu hojně používají kvůli své nadřazenosti, rozsahu mechanických vlastností a nižším nákladům. Neželezné materiály se přesto používají v různých aplikacích kvůli svým specifickým vlastnostem ve srovnání se slitinami železa i přes jejich obecně vysoké náklady. Požadovaných mechanických vlastností lze u těchto slitin dosáhnout vytvrzením, stárnutím atd., Ale ne běžnými procesy tepelného zpracování používanými pro slitiny železa. Mezi hlavní zajímavé neželezné materiály patří hliník, měď, zinek a hořčík
1. Hliník
Ze všech neželezných slitin je nejdůležitější hliník a jeho slitiny pro své vynikající vlastnosti. Některé z vlastností čistého hliníku, pro které se používá ve strojírenském průmyslu, jsou:
1) Vynikající tepelná vodivost (0,53 cal / cm / C)
2) Vynikající elektrická vodivost (376 600 / ohm / cm)
3) Nízká hmotnostní hustota (2,7 g / cm)
4) Nízká teplota tání (658 ° C)
5) Vynikající odolnost proti korozi
6) Je netoxický.
7) Má jednu z nejvyšších odrazivostí (85 až 95%) a velmi nízkou emisivitu (4 až 5%)
8) Je velmi měkký a tažný, díky čemuž má velmi dobré výrobní vlastnosti.
Některá z aplikací, kde se běžně používá čistý hliník, jsou elektrické vodiče, žebrované materiály radiátorů, klimatizační jednotky, optické a světelné reflektory a fólie a obalové materiály.
Navzdory výše uvedeným užitečným aplikacím není čistý hliník široce používán z důvodu následujících problémů:
1) Má nízkou pevnost v tahu (65 MPa) a tvrdost (20 BHN)
2. Je velmi obtížné svařovat nebo pájet.
Mechanické vlastnosti hliníku lze podstatně zlepšit legováním. Hlavními použitými legovacími prvky jsou měď, mangan, křemík, nikl a zinek.
Hliník a měď tvoří chemickou sloučeninu CuAl2. Při teplotě nad 548 ° C se úplně rozpustí v kapalném hliníku. Když se kalí a uměle stárne (prodloužené držení při 100 - 150 ° C), získá se kalená slitina. CuAl2, který nezestárne, nemá čas se vysrážet z pevného roztoku hliníku a mědi, a je tedy v nestabilní poloze (super nasycený při pokojové teplotě). Proces stárnutí vysráží velmi jemné částice CuAl2, což způsobí zpevnění slitiny. Tento proces se nazývá kalení řešení.
Další použité legující prvky jsou až 7% hořčíku, až 1,5% manganu, až 13% křemíku, až 2% niklu, až 5% zinku a až 1,5% železa. Kromě nich lze v malých procentech přidávat také titan, chrom a kolumbium. Složení některých typických slitin hliníku používaných pro trvalé formování a tlakové lití je uvedeno v tabulce 2. 10 s jejich aplikacemi. Mechanické vlastnosti očekávané od těchto materiálů po odlití pomocí permanentních forem nebo tlakového lití jsou uvedeny v tabulce 2.1
2. Měď
Podobně jako hliník, čistá měď také nachází široké uplatnění díky svým následujícím vlastnostem
1) Elektrická vodivost čisté mědi je vysoká (5,8 x 105 / ohm / cm) v nejčistší formě. Jakákoli malá nečistota drasticky snižuje vodivost. Například 0,1% fosforu snižuje vodivost o 40%.
2) Má velmi vysokou tepelnou vodivost (0,92 kcal / cm / C)
3) Je to těžký kov (měrná hmotnost 8,93)
4) Lze jej snadno spojit pájením
5) Odolává korozi,
6) Má příjemnou barvu.
Čistá měď se používá při výrobě elektrických drátů, sběrnic, přenosových kabelů, trubek a potrubí chladničky.
Mechanické vlastnosti mědi v nejčistším stavu nejsou příliš dobré. Je měkký a relativně slabý. Může být výhodně legován za účelem zlepšení mechanických vlastností. Hlavními používanými legovacími prvky jsou zinek, cín, olovo a fosfor.
Slitiny mědi a zinku se nazývají mosazi. S obsahem zinku až 39% tvoří měď jednofázovou (α-fázovou) strukturu. Takové slitiny mají vysokou tažnost. Barva slitiny zůstává červená až do obsahu zinku 20%, ale poté se změní na žlutou. Druhá strukturní složka zvaná β-fáze se objevuje mezi 39 až 46% zinku. Ve skutečnosti je to interkovová sloučenina CuZn, která je zodpovědná za zvýšenou tvrdost. Pevnost mosazi se dále zvyšuje přidáním malého množství manganu a niklu.
Slitiny mědi s cínem se nazývají bronzy. Tvrdost a pevnost bronzu se zvyšuje s nárůstem obsahu cínu. Tažnost se také snižuje se zvýšením procenta cínu nad 5. Když se přidá také hliník (4 až 11%), výsledná slitina se nazývá hliníkový bronz, který má podstatně vyšší odolnost proti korozi. Bronzy jsou ve srovnání s mosazi poměrně nákladné kvůli přítomnosti cínu, který je drahý kov.
3. Ostatní neželezné kovy
Zinek
Zinek se používá hlavně ve strojírenství, protože má nízkou teplotu tání (419,4 ° C) a vyšší odolnost proti korozi, která se zvyšuje s čistotou zinku. Odolnost proti korozi je způsobena vytvořením ochranného oxidového povlaku na povrchu. Hlavní aplikace zinku spočívají v galvanickém zinkování k ochraně oceli před korozí, v polygrafickém průmyslu a při tlakovém lití.
Nevýhodou zinku je silná anizotropie, která se projevuje za deformovaných podmínek, nedostatek rozměrové stability za podmínek stárnutí, snížení rázové pevnosti při nižších teplotách a náchylnost k mezikrystalové korozi. Nelze jej použít pro provoz při teplotě nad 95 ° C, protože to způsobí podstatné snížení pevnosti v tahu a tvrdosti.
Jeho široké použití v tlakových odlitcích je proto, že vyžaduje nižší tlak, což má za následek vyšší životnost tlakového odlitku ve srovnání s jinými slitinami pro tlakové lití. Dále má velmi dobrou obrobitelnost. Povrchová úprava získaná tlakovým litím zinkem je často dostatečná, aby zaručila jakékoli další zpracování, s výjimkou odstranění záblesku přítomného v dělící rovině.
Hořčík
Díky své nízké hmotnosti a dobré mechanické pevnosti se slitiny hořčíku používají při velmi vysokých rychlostech. Pro stejnou tuhost vyžadují slitiny hořčíku pouze 37,2% hmotnosti oceli C25, což šetří hmotnost. Dva hlavní použité legovací prvky jsou hliník a zinek. Slitiny hořčíku mohou být lité do písku, permanentně lité do formy nebo lité pod tlakem. Vlastnosti komponentů ze slitiny hořčíku odlévaných do písku jsou srovnatelné s vlastnostmi komponentů permanentně odlévaných do formy nebo litých pod tlakem. Slitiny pro tlakové lití mají obecně vysoký obsah mědi, aby mohly být vyráběny ze sekundárních kovů za účelem snížení nákladů. Používají se k výrobě automobilových kol, klikových skříní atd. Čím vyšší je obsah, tím vyšší je mechanická pevnost slitin tvářených hořčíkem, jako jsou válcované a kované součásti. Slitiny hořčíku lze snadno svařovat většinou tradičních svařovacích procesů. Velmi užitečnou vlastností slitin hořčíku je jejich vysoká obrobitelnost. Ve srovnání s nízkouhlíkovou ocelí vyžadují pro obrábění pouze asi 15% energie.
Čas zveřejnění: 18. prosince 2020