ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

В настоящее время цветные металлы и сплавы на их основе находят весьма широкое применение. Наибольшее применение получили сплавы на основе меди, алюминия, магния. Указанные металлы в чистом виде в промыш­ленности не применяют, но технически чистые, содержащие небольшое количество примесей, используют достаточно часто.

Медь — мягкий металл обладает хорошей пластич­ностью и коррозионной стойкостью высокой электро- и теплопроводностью. Технически чистая медь выпу­скается десяти марок: М000, М00, МО, М01 и др. (ГОСТ 859 — 66). Все примеси снижают электропроводность меди.

Медь выпускают в виде листов, лент нормальной, и повышенной точности, проволоки, прутков разного се­чения. Медь является основой важнейших сплавов — ла­туней и бронз. Сплавы меди с цинком называют латунями, а сплавы со всеми другими элементами — оловом, алюминием, бериллием и др.— бронзами.

Чем больше в латуни цинка, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

Наиболее пластичными являются латуни, содержащие цинка 30%. С повышением содержания цинка в латуни до 42 — 45% она приобретает высокую механическую прочность, но становится хрупкой. Поэтому латуни с со­держанием цинка более 45% практически не применяют.

Латуни делятся на простые (двойные) нелегированные и специальные сложные (многокомпонентные), которые легируются никелем, оловом, железом и т. д.

Латуни маркируются буквой Л и цифрами, характери­зующими процентное содержание в них меди, например Л63 (63% меди). В маркировку специальных латуней вво­дятся дополнительно буквы, соответствующие примесям, и цифры, характеризующие их процентное содержание.

Стандартом предусмотрен выпуск ряда марок латуни, в частности Л59, Л62, которые хорошо обрабатываются резанием, имеют высокую прочность, но недостаточно стойки против коррозии. Другая группа латуней имеет большую пластичность, благодаря чему обеспечивается возможность получать из них заготовки штамповкой и другими методами обработки давлением. К таким от­носятся латуни марок: Л60, Л63, Л68, Л70 (ГОСТ 15527-70).

Для лучшей обрабатываемости резанием в латунь до­бавляют 1,0 — 2,0% свинца (латунь свинцовая ЛС59-1), а для повышения коррозионной стойкости — до 1,5% олова. ГОСТ 15527 — 70 предусматривает выпуск специ­альных латуней: алюминиевой ЛА77-2, алюминиево-железной ЛАЖ 60-1-1, марганцевой ЛМцА57, никелевой ЛН65-5 и др.

Латуни различных марок, в частности Л62, Л68, по­ставляются потребителям в виде проката круглого, ква­дратного и шестигранного сечения, проволоки.

Бронзы обладают хорошими литейными и антифрик­ционными свойствами, коррозионной стойкостью. Заго­товки из бронз получают литьем, штамповкой и механи­ческой обработкой.

Наибольшее применение находят литейные оловян­ные бронзы (ГОСТ 613 — 79), содержание олова в ко­торых менее 6%, и бронзы оловянные (ГОСТ 5017 — 74), обрабатываемые давлением, которые содержат олова бо­лее 6%. К последним относятся бронзы марок: БрОФ6,5-0,15; БрОЦ4-3; БрОЦС4-4-2,5; БрОФ4,0-0,25.

Литейные оловянные бронзы, например, БрОЦС4-4-17, БрОЦСЗ,5-7-5 и другие применяют для из­готовления втулок, вкладышей подшипников, всевозмож­ной арматуры, работающей в тяжелых условиях, так как они обладают высокими антифрикционными и антикор­розионными свойствами; имеют большую пористость и малую усадку (менее 1 %).

Значительное распространение получили безоло­вянные бронзы, т. е. сплавы меди с алюминием, свинцом, никелем, бериллием и другими компонентами, которые по сравнению с оловянными имеют лучшие механические свойства, а в отдельных случаях высокие жидкотекучесть и химическую стойкость.

ГОСТ 493 — 79 предусматривает выпуск десяти марок безоловянных литейных бронз, в частности БрАМц9-2Л, БрСЗО и т. д. Все эти бронзы применяют для изготовле­ния антифрикционных деталей и арматуры, а бронзу марки БрА10Ж4Н4Л — для деталей химического и пище­вого оборудования, деталей, работающих при повы­шенных температурах.

Широко используются в народном хозяйстве сплавы меди с никелем - мелъхиоры, иногда с небольшими до­бавками железа и марганца, а также меди с цинком и ни­келем (иногда с добавлением кобальта) — нейзильберы. Мельхиоры отличаются высокой химической стойкостью в морской воде, растворах солей, органических кислотах, они весьма пластичны. Их применяют в морском судо­строении, для изготовления разменной монеты, медицин­ского инструмента, деталей аппаратуры точной механики и др. Нейзильберы обладают высокими прочностью и коррозионной стойкостью. Они используются в про­изводстве точных приборов, часов и т. д.

В сборочном производстве при выполнении операций пайки широко используются в качестве тугоплавких при­поев медно-цинковые сплавы, марки которых устанавли­вает ГОСТ 23855-79.

Алюминий. Благодаря ряду положительных свойств алюминия и большого количества его в земной коре (до 7,45%) он широко применяется в производстве в виде различных сплавов. Чистый алюминий из-за высо­кой химической активности в природе не встречается и в технике не применяется.

Алюминий — мягкий металл серебристо-белого цвета. Имеет высокие электро- и теплопроводность, большую скрытую теплоту плавления. Технически чистый алюми­ний выпускается нескольких марок (ГОСТ 11069 — 64) и применяется в основном для изготовления радиоэлек­тронной аппаратуры (электролитических конденсаторов, фольги и др.). Сплавы алюминия применяются практиче­ски во всех отраслях промышленности (авиационной, ракетостроительной, приборостроительной и др.). Наиболь­шее применение имеют сплавы алюминия с кремнием, магнием и медью (литейные и деформируемые).

Лучшим деформируемым сплавом на алюминиево-медной основе является дюралюминий (ГОСТ 4784 — 65), выпускаемый четырех марок: Д1, Д6, Д16 и Д18. Дюр­алюминий, имея малую плотность (2,85 г/см³), обладает высокими механическими свойствами, не уступающими свойствам низкоуглеродистых сталей. Свойства дюралю­миния повышаются с проведением закалки и старения сплава.

Другой группой деформируемых алюминиевых спла­вов являются сплавы на основе алюминий — медь — кремний с добавлением магния и марганца (марки АК1, АК6, АК8 и др.), имеющие хорошую пластичность в го­рячем состоянии и применяемые для изготовления штам­повок, поковок сложной формы. При легировании подобных сплавов никелем, титаном, железом (напри­мер, марки АК2, АК4) повышается их жаропрочность (до 200-300 °С).

Марки литейных алюминиевых сплавов устанавли­вает ГОСТ 2685 — 71. Они маркируются буквами АЛ (А — алюминий, Л — литейный) и цифрами, указывающи­ми порядковый номер сплава АЛ1, АЛ2 и т. д. до АЛ 13. Литейные сплавы делятся на три группы в зависимости от их основы: алюминий — магний, алюминий — кремний и алюминий — медь. Все они отличаются хорошей жидкотекучестью, достаточно высокими механическими свойствами и малой усадкой.

Лучшими литейными сплавами являются силумины (на основе алюминий — кремний), из которых изгото­вляют детали различных приборов и радиоаппаратов, корпуса турбонасосных агрегатов и др. В литейные сплавы иногда вводятся легирующие элементы — титан, марганец.

Иногда применяют спеченные сплавы стандартного состава, полученные из порошков (САС), и сплавы из спе­ченной алюминиевой пудры (САЛ). К порошковым спла­вам относятся, в частности, сплавы марок Д16П, АК4П.

Магний быстро окисляется на воздухе, имеет весьма низкие механические свойства. Поэтому как конструк­ционный материал он не применяется, а вводится в каче­стве компонента в сплавы. Магниевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые магниевые сплавы: MAI, MA2, МАЗ и т. д. — выпускаются в виде \ прутков, листов и другого сортамента.

Магниевое литье (сплавы марок МЛ5, МЛ6) широко используется в авиационной и приборостроительной тех­нике для изготовления деталей самолетов, двигателей, корпусов приборов. Широкое применение магниевого литья объясняется, в частности, малой плотностью магния, что обеспечивает получение деталей малой массы.

Титан — малопрочный серебристо-серый металл, в чистом виде в технике не применяется. Технически чистый титан с малым количеством примесей (железа, кремния, углерода и др.) выпускается двух марок ВТ 1-00 и ВТ 1-0. Введение в титан различных компонентов позво­ляет получать требуемые свойства сплавов. ГОСТ 19807 — 74 регламентирует выпуск 17 марок титана и его сплавов (с алюминием, марганцем, молибденом, цирко­нием и др.), из которых заготовки деталей получают обработкой давлением. Основными марками титановых сплавов являются: ВТ5-1, ОТ4-1, ВТ14, ВТ22 и другие, обладающие высокой прочностью, коррозионной стой­костью, в отдельных случаях жаропрочностью и терми­ческой стабильностью.

Применяют также литейные титановые сплавы (ВТ5Л, ВТ21Л и др.), обеспечивающие высокую плотность отли­вок. Эти сплавы дают малую линейную усадку, не под­вержены образованию трещин в горячем состоянии, что позволяет изготовлять отливки сложной формы.

Плавка и разливка титановых сплавов производится в защитной атмосфере и вакууме.

Баббиты представляют собой сплавы на основе олова или свинца с добавками меди, сурьмы и других элементов. По ГОСТ 1320 — 74 предусмотрен выпуск оло­вянных и свинцовых баббитов, по ГОСТ 1209 — 78-кальциевых. Баббиты обладают высокими механиче­скими свойствами при повышенных температурах, хо­рошими антифрикционными и антикоррозионными свойствами, хорошо прирабатываются. Лучшими сплава­ми, применяемыми для заливки подшипников паровых турбин дизелей, турбокомпрессоров, работающих при больших скоростях и нагрузках, являются Б83 и Б88.

Наиболее дешевые свинцовые баббиты используют для заливки подшипников различных транспортных средств (железнодорожных вагонов, трамваев и др.).

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Коррозией металлов называют разрушение металлических материалов вследствие их физико-химиче­ского взаимодействия с окружающей средой. Коррозия металлов наносит большой ущерб народному хозяйству. Разрушение металлических конструкций в атмосфере, коррозия корпусов судов и различных морских и речных сооружений, коррозия металлических трубопроводов раз­личного назначения, коррозионное разрушение кабелей, рельсов и др., до которым протекает электрический ток при их нахождении в земле, разъедание химических аппа­ратов и установок, коррозия машин и приборов, образо­вание окалины на металле при его горячей обработ­ке — все это примеры коррозии.

В настоящее время не существует достаточно точных данных о коррозионных потерях, однако, по общеприня­тому мнению, около ⅓ добываемого металла во всем мире выбывает из технического употребления в результа­те коррозии. При этом считается, что около ⅔ прокор-родированного металла регенерируется в результате переплавки металлолома (скрапа) в мартеновских печах, а остальная часть, составляющая около 10% от количе­ства выплавляемого металла, теряется в виде пыли.

Сделаны попытки подсчета коррозионных потерь ис­ходя из металлического фонда страны. Безвозвратные потери металла от коррозии по истечении срока его службы, определяемого в 12—14 лет, могут быть оценены в 6 — 7%, а абсолютный размер безвозвратных по­терь металла от коррозии соответственно массе металлофонда страны в 1975 г.- около 5,5 млн. т. Однако по по­следним данным, приведенным академиком А. П. Алек­сандровым на одной из сессий Академии наук СССР, ежегодные потери металла от коррозии составляют 15 млн. т, что подтверждает большую достоверность ра­нее приведенных расчетов.

С развитием промышленного потенциала во всех странах темп роста коррозионных потерь стал превы­шать темп роста металлического фонда. Следует при этом учитывать, что безвозвратные потери, в первую очередь черных металлов, значительно ускоряют исполь­зование их природных ресурсов. Однако основной вред от коррозии связан не столько с потерей самого металла, сколько с выходом из строя металлических конструкций, стоимость которых в большинстве случаев значительно превышает стоимость металла, из которого они изгото­влены.

Не меньшие убытки народному хозяйству наносят связанные с коррозией аварии машин и сооружений, по­рча продукции заводов пищевой и химической промыш­ленности, происходящая вследствие загрязнения продук­тами коррозии, увеличение расхода металла, обусловлен­ное завышенными допусками на коррозию, а также простои оборудования, связанные с его ремонтом. Сюда же относятся затраты на профилактику, ремонт и замену вышедших из строя деталей. Весьма значительной стать­ей убытков является необходимость в проведении ком­плексных мероприятий по борьбе с коррозией: замена обычных сталей легированными, нанесение различных по­крытий, смазок и ингибиторов.

В промышленно развитых странах убытки от корро­зии составляют примерно 5—10% от национального до­хода. По последним данным, только прямой ущерб, вы­зываемый коррозией изделий и сооружений из металла, к середине 70-х годов в СССР достиг 13-14 млрд. руб. в год. В США общие убытки, причиняемые коррозией ме­таллов, превышают в настоящее время 70 млрд. долл. в год.

Все это указывает на большую важность изучения коррозионных процессов и коррозионных потерь и про­ведения эффективной борьбы с коррозией металлов пу­тем разработки и внедрения соответствующих мер про­тивокоррозионной защиты. Наряду с этим важное значение имеет общегосударственное планирование ] и координация проводимых научных исследований по коррозии металлов и практических мероприятий по ! борьбе с коррозией металлических конструкций, машин * и механизмов.

Чрезвычайно важна работа в области экономики коррозииметаллов и противокоррозионной защиты и, в частности, разработка соответствующих методик по сравнительно точному определению убытков от коррозии и определение технико-экономической эффективности мер антикоррозионной защиты. Общегосударственный подход к проведению антикоррозионных мероприятий предусматривает достаточную осведомленность широко­го круга экономистов, технологов, конструкторов и на­учных сотрудников в вопросах коррозии для успешного решения задач, поставленных в этой области.