Spalvotųjų metalų liejimas

Juodieji metalai yra plačiai naudojami inžinerinėje pramonėje dėl savo pranašumo, įvairių mechaninių savybių ir mažesnių sąnaudų. Vis dėlto spalvotieji metalai taip pat naudojami įvairiais tikslais dėl savo specifinių savybių, palyginti su juodųjų lydinių, nepaisant paprastai didelių sąnaudų. Norimas šių lydinių mechanines savybes galima gauti grūdinant, senstant ir pan., bet ne taikant įprastus terminio apdorojimo procesus, naudojamus geležies lydiniams. Kai kurios iš svarbiausių spalvotųjų metalų yra aliuminis, varis, cinkas ir magnis

1. Aliuminis

Iš visų spalvotųjų metalų lydinių aliuminis ir jo lydiniai yra svarbiausi dėl puikių savybių. Kai kurios gryno aliuminio, kuriam jis naudojamas inžinerinėje pramonėje, savybės:

• 1) Puikus šilumos laidumas (0,53 cal/cm/C)
• 2) Puikus elektros laidumas (376 600/omų/cm)
• 3) Mažas masės tankis (2,7 g/cm)
• 4) Žema lydymosi temperatūra (658C)
• 5) Puikus atsparumas korozijai
• 6) Tai netoksiška.
• 7) Jis turi vieną didžiausių atspindžių (nuo 85 iki 95 %) ir labai mažą spinduliuotę (nuo 4 iki 5 %)
• 8) Jis yra labai minkštas ir lankstus, todėl turi labai geras gamybines savybes.

Kai kuriose srityse, kuriose paprastai naudojamas grynas aliuminis, yra elektros laidininkai, radiatorių briaunelės, oro kondicionavimo įrenginiai, optiniai ir šviesos atšvaitai, folija ir pakavimo medžiagos.

Nepaisant pirmiau minėtų naudingų pritaikymų, grynas aliuminis nėra plačiai naudojamas dėl šių problemų:

• 1) Jis turi mažą atsparumą tempimui (65 MPa) ir kietumą (20 BHN)
• 2. Labai sunku suvirinti ar lituoti.

Aliuminio mechanines savybes galima iš esmės pagerinti legiruojant. Pagrindiniai naudojami legiravimo elementai yra varis, manganas, silicis, nikelis ir cinkas.

Aliuminis ir varis sudaro cheminį junginį CuAl2. Aukštesnėje nei 548 C temperatūroje jis visiškai ištirpsta skystame aliuminiame. Jį gesinant ir dirbtinai sendinant (ilgai palaikius 100 - 150C temperatūroje), gaunamas sukietėjęs lydinys. CuAl2, kuris nėra sendintas, nespėja nusodinti nuo kieto aliuminio ir vario tirpalo, todėl yra nestabilioje padėtyje (persotintas kambario temperatūroje). Senėjimo procesas nusodina labai smulkias CuAl2 daleles, dėl kurių lydinys sustiprėja. Šis procesas vadinamas kietėjimu tirpalu.

Kiti naudojami legiravimo elementai yra iki 7% magnio, iki 1,5% mangano, iki 13% silicio, iki 2% nikelio, iki 5% cinko ir iki 1,5% geležies. Be šių, titano, chromo ir kolumbio taip pat gali būti pridėta nedideliais procentais. Kai kurių tipiškų aliuminio lydinių, naudojamų nuolatiniam liejimui ir liejimui, sudėtis pateikta 2. 10 lentelėje ir jų pritaikymas. Mechaninės savybės, kurių tikimasi iš šių medžiagų išliejus naudojant nuolatines formas arba liejant slėginiu būdu, parodytos 2.1 lentelėje.

2. Varis

Panašiai kaip aliuminis, grynas varis taip pat plačiai naudojamas dėl šių savybių

• 1) Gryno vario elektrinis laidumas yra didelis (5,8 x 105 /ohm/cm) gryniausia forma. Bet kokia maža priemaiša smarkiai sumažina laidumą. Pavyzdžiui, 0,1 % fosforo laidumą sumažina 40 %.
• 2) Jis turi labai didelį šilumos laidumą (0,92 cal/cm/C)
• 3) Tai sunkusis metalas (savitasis sunkis 8,93)
• 4) Jį galima lengvai sujungti litavimo būdu
• 5) atsparus korozijai,
• 6) Jis turi malonią spalvą.

Grynas varis naudojamas elektros laidų, šynų, perdavimo kabelių, šaldytuvo vamzdžių ir vamzdynų gamyboje.

Vario mechaninės savybės gryniausios būklės nėra labai geros. Jis yra minkštas ir palyginti silpnas. Jis gali būti pelningai legiruotas, kad pagerintų mechanines savybes. Pagrindiniai naudojami legiravimo elementai yra cinkas, alavas, švinas ir fosforas.

Vario ir cinko lydiniai vadinami žalvariu. Su cinko kiekiu iki 39%, varis sudaro vienos fazės (α-fazės) struktūrą. Tokie lydiniai pasižymi dideliu lankstumu. Lydinio spalva išlieka raudona iki 20 % cinko, bet po to ji tampa geltona. Antrasis struktūrinis komponentas, vadinamas β-faze, yra nuo 39 iki 46% cinko. Iš tikrųjų tai yra tarpmetalinis junginys CuZn, kuris yra atsakingas už padidėjusį kietumą. Žalvario stiprumas dar labiau padidėja, kai pridedamas nedidelis kiekis mangano ir nikelio.

Vario ir alavo lydiniai vadinami bronzomis. Bronzos kietumas ir stiprumas didėja didėjant alavo kiekiui. Tamprumas taip pat sumažėja, kai alavo procentinė dalis viršija 5. Kai taip pat pridedama aliuminio (4–11 %), gautas lydinys vadinamas aliuminio bronza, kuris pasižymi žymiai didesniu atsparumu korozijai. Bronza yra palyginti brangi, palyginti su žalvariu, nes yra alavo, kuris yra brangus metalas.

3. Kiti spalvotieji metalai

Cinkas

Cinkas daugiausia naudojamas inžinerijoje dėl žemos lydymosi temperatūros (419,4 C) ir didesnio atsparumo korozijai, kuris didėja didėjant cinko grynumui. Atsparumas korozijai atsiranda dėl to, kad paviršiuje susidaro apsauginė oksido danga. Pagrindinės cinko naudojimo sritys yra cinkavimas, apsaugantis plieną nuo korozijos, spausdinimo pramonė ir liejimas.

Cinko trūkumai yra stipri anizotropija, pasireiškianti deformuotomis sąlygomis, matmenų stabilumo trūkumas senėjimo sąlygomis, smūginio stiprumo sumažėjimas žemesnėje temperatūroje ir jautrumas tarpgranulinei korozijai. Jo negalima naudoti esant aukštesnei nei 95 °C temperatūrai, nes dėl to labai sumažės tempiamasis stiprumas ir kietumas.

Jis plačiai naudojamas liejiniuose, nes jam reikalingas mažesnis slėgis, todėl ilgesnis štampavimo laikas, palyginti su kitais liejimo lydiniais. Be to, jis turi labai gerą apdirbamumą. Cinko liejimo būdu gauta apdaila dažnai yra pakankama bet kokiam tolesniam apdorojimui, išskyrus atskyrimo plokštumoje esančios blykstės pašalinimą.

Magnis

Dėl lengvo svorio ir gero mechaninio stiprumo magnio lydiniai naudojami labai dideliu greičiu. Kad būtų pasiektas toks pat standumas, magnio lydiniams reikia tik 37,2 % C25 plieno svorio, taip sutaupant svorio. Du pagrindiniai naudojami legiravimo elementai yra aliuminis ir cinkas. Magnio lydiniai gali būti liejami iš smėlio, liejami į nuolatinę formą arba liejami slegiamuoju būdu. Smėlio liejimo magnio lydinio komponentų savybės yra panašios į nuolatinio liejimo ar liejimo formos komponentų savybes. Liejimo slėgiu lydiniuose paprastai yra daug vario, todėl juos galima pagaminti iš antrinių metalų, kad būtų sumažintos sąnaudos. Jie naudojami automobilių ratams, karteriams ir tt gaminti. Kuo didesnis kiekis, tuo didesnis magnio kaltinių lydinių, tokių kaip valcuoti ir kaltiniai komponentai, mechaninis stiprumas. Magnio lydiniai gali būti lengvai suvirinti daugeliu tradicinių suvirinimo procesų. Labai naudinga magnio lydinių savybė yra didelis jų apdirbamumas. Jiems apdirbti reikia tik apie 15 % galios, palyginti su mažai anglies dioksidu plienu.