Полезные ископаемые

Механические свойства и область применения некоторых оловянных литейных бронз приведены в таблице 20.

Берилливые бронзы содержат (2,0 - 2,5) % Be, обладают наилучшим комплексом свойств из всех известных бронз. Это единственные бронзы из числа сплавов на медной основе, которые значительно повышают механические свойства в результате термической обработки.

Сплав с 2 % Be - дисперсионно стареющий. Термическая обработка: закалка (760 - 780) °С в воде и старение при (300 -350) ° С в течение 2 часов. В закалённом состоянии бериллиевая бронза имеет σв = 500 МПа, δ = 45 % и твёрдость НВ 120.

При старении, временное сопротивление разрыву возрастает до (1300 - 1350) МПа, твердость до НВ 400, относительное удлинение снижается до 1,5  %.

 

 

Таблица 20 - Механические свойства и область применения

оловянных литейных бронз

 

 

Марка	Способ литья	σв, МПа	δ, %	Твердость, НВ	Примерный перечень деталей
БрОЗЦ12С5	К П	206 176,2	5 8	60 60	Арматура общего назначения
БрОЗЦ7С5Н1	К	206 176,2	5 8	60 60	Детали, работающие в масле, в паре и в пресной воде
БрО4Ц7С5	К П	176,2 147	4 6	60 60	Арматура, антифрикционные детали
БрО4Ц4С17	К П	147 147	12 5	60 60	Антифрикционные детали
БрО5Ц5С5	К П	176,2 147	4 6	60 60	Арматура, антифрикционные детали, вкладыши подшипников
БрО5С25	К П	137,2 147	6 5	60 45	Биметаллические подшипники скольжения
БрО6Ц6С3	К П	176,2 147	4 6	60 60	Арматура, антифрикционные детали, вкладыши подшипников
БрО8Ц4	К П	196 196	10 10	75 75	Арматура, фасонные части трубопроводов, насосы, работающие в морской воде
БрО10Ф1	К П	245 215,5	3 3	90 80	Узлы трения арматуры, высоконагруженные детали, шнековых приводов, нажимные и шпиндельные гайки, венцы червячных шестерен
БрО10Ц2	К П	225,5 215,5	10 10	75 65	Арматура, антифрикционные детали, вкладыши подшипников, детали трения и облицовка гребных валов
БрО10С10	К П	196 176,2	6 7	78 65	Подшипники скольжения, работающие в условиях высоких удельных давлений

 

 

 В бериллиевых бронзах сочетаются высокие механические свойства с удовлетворительной электропроводностью и стойкостью против коррозии. Кроме того, эти бронзы имеют высокий предел текучести и повышенный предел упругости.Поэтому из бериллиевых бронз изготовляют пружины в электроаппаратуре, материал которых должен обладать хорошей электропроводностью.

Свинцовые бронзы содержат до 30 % РЬ. Свинец и медь почти не растворимы в твёрдом состоянии один в другом, поэтому микроструктура свинцовых бронз состоит из кристаллов более твердой меди и мягкого свинца. Это обеспечивает сплаву антифрикционные свойства.

Свинцовые бронзы имеют высокую теплопроводность и поэтому сохраняет свои свойства при нагреве до (300 - 350) °С. Механические свойства свинцовых бронз невысокие.

Свинцовые бронзы применяют для изготовления вкладышей подшипников механизмов, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. Большой недостаток свинцовых бронз - склонность к ликвации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3. Металлургия алюминия

 

 

Алюминий — важнейший легкий цветной металл. По производству и потреблению он занимает в настоящее время второе место среди всех металлов (после железа) и первое — среди цветных металлов.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева он находится в III группе 3-го периода. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Алюминий плавится при 660°С и кипит при 2520°С. Его плотность при 20°С равна 2700 кг/м3, а в жидком состоянии вблизи температуры плавления — 2380 кг/м3.

В большинстве химических соединений алюминий трехвалентен, но в определенных условиях, теряя всего один электрон, он проявляет . одновалентное состояние, образуя соединения низшей валентности, которые называютсясубсоединениями.

Важнейшими физическими свойствами алюминия, обусловливающими его широкое применение практически во всех отраслях народного хозяйства, являются малая плотность, высокие пластичность, электропроводность и теплопроводность.

Многие физические свойства алюминия существенно зависят от его чистоты. Так, чем чище алюминий, тем выше его температура плавления и электропроводность и ниже — плотность. Однако ряд свойств алюминия можно значительно улучшить легирующими добавками магния, кремния, меди, цинка, марганца, которые повышают механические и литейные свойства алюминия, его коррозионную стойкость.

Алюминий обладает большой химической активностью по отношению , к кислороду, галогенам, сере и углероду, что имеет большое практическое значение в металлургии алюминия. В ряду напряжений он расположен среди наиболее электроотрицательных элементов (Е° = —1,66 В), что делает невозможным электрохимическое выделение алюминия из водных растворов его солей.

Энергичное взаимодействие алюминия с кислородом воздуха приводит к образованию на его поверхности тонкой, но очень прочной и плотной (беспористой) оксидной пленки, которая придает алюминию высокую коррозионную стойкость, но ослабляет его металлический блеск. В присутствии даже небольших количеств Мд, Са, Na, Si и Сu защитные свойства поверхностной пленки существенно ухудшаются.

Образующийся при взаимодействии алюминия с кислородом безводный оксид (глинозем) может существовать в двух модификациях: α-Аl2О3 и γ-Аl203. Первая из этих модификаций влагу практически не впитывает, а вторая, наоборот, обладает высокой гигроскопичностью.

Вследствие высокого сродства к кислороду алюминий восстанавливает оксиды многих металлов до металлического состояния.

При нагреве алюминий легко растворяется в разбавленных азотной и серной кислотах, холодная азотная кислота егопассивирует. Алюминий хорошо растворяется в щелочах с образованием алюминатов. В органических кислотах и в воде он устойчив.

Алюминий в настоящее время находит очень широкое применение в виде чистого металла, многочисленных сплавов, оксида и ряда солей.

В виде чистого металла алюминий используют для изготовления электрических проводов и химической аппаратуры, для получения фольги, применяемой для упаковки пищевых продуктов, для изготовления конденсаторов, отражательных зеркал в телескопах, пищевой посуды, разнообразных украшений и декоративных изделий, корпусов часов и т.д.

Алюминий высокой чистоты широко используют в новейших отраслях техники - атомной энергетике, радиотехнике, радиоэлектронике, радиолокации и в качестве плакирующего материала для защиты металлических поверхностей от воздействия химических веществ и атмосферы.

Химическая стойкость алюминия может быть повышена путем образования на его поверхности искусственной оксидной пленки методом анодного оксидирования. Этот метод используют также для придания изделиям из алюминия декоративной окраски.

Большую роль алюминий играет в производстве стали, где его применяют не только в качестве раскислителя, но и как легирующую добавку в жароупорные стали, а также при термитной сварке и в процессах получения ряда трудновосстановимых цветных металлов методом алюмотермии. В виде тонкодисперсного порошка — пудры — алюминий применяют для жаропрочной покраски нагревательных печей и декоративной антикоррозионной покраски различных изделий.

Значительное количество алюминия расходуется на получение его многочисленных сплавов. Наиболее известные сплавы на алюминиевой основе содержат не менее двух-трех легирующих добавок, которые главным образом повышают его механическую прочность.

Алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые, которые могут подвергаться холодной и горячей механической обработке — прокатке, ковке и т.д. — и  литейные.

Среди деформируемых сплавов наибольшей известностью пользуются дуралюмины — обширная группа сплавов алюминия с медью, магнием и марганцем. Создание дуралюминов способствовало бурному развитию авиационной техники.

Из числа литейных алюминиевых сплавов наиболее распространены силумины — сплавы с большим содержанием кремния и добавками легирующих элементов. Силумины отличаются высокими литейными свойствами и хорошо свариваются.

Важнейшими потребителями алюминия и его сплавов являются авиационная и автомобильная промышленности, железнодорожный и водный транспорт, электроника, химическая промышленность, машиностроение, промышленное и гражданское строительство, производство предметов домашнего обихода.

Порошки плавленного оксида алюминия (корунда) используют в качестве исходного материала при изготовлении шлифовальных кругов, шкурки и других абразивных изделий. Из чистого оксида алюминия изготавливают жаропрочные тигли и трубы, высококачественные зубные цементы.

Для развитых промышленных стран потребление алюминия по отдельным отраслям выражается следующими цифрами, % от общего потребления:

Транспорт. ...........  18—21      Предметы домашнего обихода . . .7—10

Строительство ........  24—30   Машиностроение. ............... 5—7

Электротехника ......  12—14      Прочие потребители. .......... до 10

Тара и упаковка……… 14 — 17

Алюминий по распространенности в природе уступает только кислороду и кремнию. Кларк алюминия равен 8,05 %, что в пересчете на А!2О3, основную форму его существования в природе, составляет около 15 %. Следовательно, природные ресурсы алюминия неисчерпаемы. Из-за высокой химической активности в природе он встречается только в виде химических соединений. Известно около 250 минералов, содержащих алюминий.

Ниже приведены составы алюминиевых минералов, имеющих промышленное значение или перспективных в ближайшем будущем и содержание в них Al2О3, %:

Корунд А12О3   ................................... 100

Диаспор, бемит А!2О3 • Н2О ........................ 85,0

Гидраргеллит А!203 -ЗН2О  ......................... 71,0

Кианит А!2О3 • SiO2  ................................. 63,0

Каолинит А!2О3 ∙SiO2∙2Н2О ……………….......... .39,5

Алунит К2SO4∙А12 (S04)3 • 4А1 (ОН)3   ………........ 37,0

Нефелин   (Na, К)2О • А1203,• 2SiO2   ………....... 32,3-35,9

Важнейшими алюминиевыми рудами до настоящего времени являются бокситы, а также нефелины и алуниты. За рубежом практически весь алюминий получают из бокситов. В нашей стране используют также нефелины и алуниты. В перспективе возможно использование бесщелочных алюмосиликатов (кианитов, глин) и некоторых промышленных отходов — высокоглиноземистых зол, шлаков и хвостов от обогащения углей.

Бокситом называется горная порода, состоящая главным образом из гидратированных оксидов алюминия, железа, кремния, титана и некоторых других элементов. Всего в составе бокситовых руд обнаружено 42 элемента, включая небольшие количества галлия, циркония и ниобия.

Химический состав бокситов изменяется в очень широких пределах, как в разных месторождениях, так и в пределах одного рудного массива. Содержание А1203 в бокситах колеблется от 35 до 60 %SiO2 от десятых долей до 25 %, Fе2О3от 2 до 40 %, TiO2 от следов до 11 %. Содержания многих сопутствующих ценных элементов измеряется сотыми и даже тысячными долями процента.

По внешнему виду бокситы похожи на глину. Они могут иметь различные цвета и оттенки — от белого до темно-красного.