Цветные металлы и сплавы список

Все существующие металлы подразделяются на чёрные и цветные. К первой категории относится железо и сплавы на его основе. В современном мире цветные металлы – это наиболее ценный материал, используемый в производстве. Благодаря своим преимуществам, они находят широкое применение в тех отраслях промышленности, где крайне важна высокая степень устойчивости к агрессивным условиям окружающей среды.

Понятие

Цветные металлы – это вещества, в состав которых не входит железо. Используются, как правило, в виде сплавов. Благодаря своим свойствам, они имеют большую популярность в ведущих отраслях промышленности: машиностроительной, ракетной, авиационной, медицинской, электронной, приборостроительной и пр.

Цветные металлы – это, зачастую, различные виды проката, предназначенные для последующего изготовления продукции. Вопреки своему названию, они не всегда имеют яркие оттенки и сияющий блеск. Тем не менее, все цветные металлы являются ценным материалом.

Чёткой классификации не существует, чаще всего их условно подразделяют на следующие группы:

Каждая группа содержит множество наименований веществ, имеющих различную стоимость. Например, в пункте приёма цветного металла килограмм медного лома покупают в среднем за 300 рублей, а серебряного – 7-30 тыс. рублей (в зависимости от его категории).

Добыча и обработка

Получение ценных веществ – трудоёмкий и экономически затратный процесс. Их содержание в земной коре незначительно и в чистом виде они встречаются крайне редко.

После добычи руда отправляется на завод цветных металлов для переработки. Несмотря на сложность процессов обогащения и последующего изготовления заготовок, по ряду свойств все виды нежелезных материалов не имеют аналогов, чем и обусловлена их популярность.

Способ обработки цветных металлов зависит от вещества, из которого они состоят. К основным технологиям относятся:

Свойства

Цветные металлы – это вещества, обладающие ценными преимуществами:

• высокой степенью теплопроводности;
• небольшой плотностью;
• невысокой температурой плавления;
• коррозионной стойкостью.

В зависимости от вида сплава значения показателей различаются, тем не менее, данные свойства очень важны в производственных процессах ведущих отраслей промышленности.

Тяжёлые цветные металлы

В эту группу входят:

Медь – это металл золотисто-розового оттенка, имеющий высокий показатель пластичности. Её главное свойство – электропроводность, за счёт которой она используется, главным образом, в приборостроении и радиоэлектронике. Кроме того, медь имеет замечательную коррозионную стойкость и легко поддаётся обработке. В сочетании с цинком образует латуни, с иными элементами – бронзы.

Свинец – это токсичный металл серого цвета. Несмотря на своё свойство, он крайне востребован в автомобильной, оружейной и медицинской отраслях промышленности. Свинец имеет небольшую температуру плавления (327°С), он податлив и легко прокатывается в тончайшие листы. Его соединения добавляют в топливо для улучшения качественных характеристик последнего, но одновременно при эксплуатации транспорта выхлопные газы существенно загрязняют окружающую среду.

Цинк в чистом виде – это металл сине-белого оттенка. При взаимодействии с воздухом его поверхность тускнеет за счёт появления оксидной плёнки. По объёму использования в ведущих отраслях промышленности цинк занимает 4 место.

Никель – металл серебристо-белого цвета. Пластичный, за счёт чего упрощается процесс обработки. Является ферромагнетиком. Зачастую, никель используют в виде сплавов со сталью, железом, хромом, золотом, серебром, магнием и пр. В чистом виде он служит материалом для изготовления труб, листов, спиралей и т.д.

Олово – металл белого или серого цвета, темнеющий при переходе в порошкообразное состояние. Имеет невысокую температуру плавления (232°С) и хорошую пластичность даже в холодном виде. В соединении с висмутом и кадмием олово используется для производства надёжных крепёжных элементов.

Лёгкие цветные металлы

Примеры веществ, относящихся к данной группе:

Алюминий – лидер по добыче и объемам производства во всём мире. Обладает высокой электропроводимостью, уменьшающейся за счёт добавления различных примесей. Трудно поддаётся сварке, но легко обрабатывается другими способами. Сплавы из алюминия находят широкое применение в авиационной, ракетной, машиностроительной, химической отраслях промышленности. Характеристики материала в сочетании с невысокой стоимостью делают его одним из самых популярных. К примеру, в пункте приёма цветных металлов килограмм алюминия покупают за 35 – 90 рублей.

Магний – вещество серебристо-белого цвета. Оксидная плёнка металла довольно стойкая к агрессивным воздействиям окружающей среды, её разрушение происходит при нагреве до 600°С. При этой же температуре с ошеломительной скоростью сгорает и магний. Основное применение он находит в военной промышленности и при производстве пиротехнических изделий. В виде сплавов – в автомобилестроении и авиации.

Титан – весьма тугоплавкое вещество, обладающее повышенной прочностью и устойчивостью к деформации. Его особенность – парамагнитное свойство. В чистом виде применяется для изготовления различных заготовок, в виде сплавов – для производства деталей и механизмов повышенной прочности и износостойкости.

Малые цветные металлы

К ним относятся:

Сурьма – серебристо-белый металл, имеющий синеватый оттенок. Крайне хрупкое вещество, измельчить которое можно даже пальцами рук. Используется в виде сплавов, существенно увеличивая твёрдость соединённого с ней металла. Кроме промышленного применения, сурьма пользуется популярностью и в медицинской отрасли – она эффективна для лечения воспалительных заболеваний слизистой оболочки глаз.

Ртуть – металл, имеющий жидкое агрегатное состояние. Много лет применяется в медицинской отрасли (в термометрах) и передовых технологиях (в датчиках положения, ионных двигателях).

Кадмий – вещество белого цвета с ярким металлическим блеском. Наряду с повышенной твёрдостью легко режется ножом. По своим свойствам близок к ртути и цинку. В чистом виде ядовит для любых живых существ.

Легирующие цветные металлы

Примерами веществ данной группы являются:

Вольфрам – металл серебристо-белого цвета, внешне напоминающий платину. Является одним из самых тугоплавких и плотных веществ. Используется при производстве режущих инструментов (в т.ч. медицинских), боеприпасов, ювелирных изделий, деталей самолетов и ракет.

Молибден – мягкое вещество серебристого цвета, не встречающееся в природе в чистом виде. По показателю прочности немного уступает вольфраму, но легче поддаётся обработке. Основное применение находит в авиационной и ракетной отраслях промышленности.

Ванадий – серебристо-белый металл, отличающийся высокой пластичностью. В чистом виде используется редко, его основное предназначение – повышение коррозионной стойкости и улучшение механических свойств стали, применяемой в автомобилестроении.

Кобальт – вещество серебристого цвета с желтоватым или синеватым оттенком. Сплавы на его основе используются для производства инструментов, деталей медицинского оборудования.

Благородные цветные металлы

К ним относятся:

Золото – химически стойкий металл. Процесс окисления не запускается даже при расплавленном его состоянии. Растворить металл способна только смесь из соляной и азотной кислот («царская водка»). Обладает высокими тягучими показателями, хорошо поддаётся обработке. На бирже цветных металлов золото ценится высоко – цена за 1 грамм составляет 2450 рублей.

Серебро – ковкий и пластичный металл. Имеет очень высокие показатели тепло- и электропроводимости. Несмотря на свою пластичность, он весьма тугоплавкий. Не окисляется под воздействием кислорода.

Платина – среди ювелиров ценится превыше всего, используется в чистом виде. Имеет замечательные антикоррозийные свойства и высокую стойкость к любым химическим реактивам и деформациям. В приёмном пункте цветных металлов 1 грамм лома платины покупают за 1600 рублей.

Редкие цветные металлы

Примеры веществ, входящих в данную группу:

Ниобий – металл серого цвета с ярким стальным блеском. Обладает парамагнитными свойствами, имеет очень высокий показатель тугоплавкости. Широко применяется в авиационной промышленности и радиотехнике.

Тантал – вещество серебристого цвета, имеющее высокую твёрдость и плотность. Несмотря на это, легко поддаётся обработке. Применяется в металлургической, химической и ядерной отраслях промышленности.

В заключение

И чёрные, и цветные металлы – крайне востребованный материал. Они находят широкое применение в большинстве отраслей промышленности: машиностроительной, авиационной, ракетной, ядерной, военной, строительной, медицинской, металлургической, ювелирной, приборостроительной, электротехнической, химической и пр. Вместе с тем цветные металлы ценятся выше ввиду своих свойств.

Многие цветные металлы (Cu, Al, Mg, Pb, Sn, Zn, Ti) и их сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, прочностью, низкой плотностью, коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминий, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Алюминий и его сплавы

Алюминий– металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью, высокой электропроводностью, температура плавления 660°С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Cu, Сr, Mg, Si, Zn, Mn, Ni).

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

алюминий особой чистоты марки А999 (0,001 % примесей);

алюминий высокой чистоты – А935, А99, А97, А95 (0,005…0,5 % примесей);

технический алюминий – А35, А3, А7, А5, А0 (0,15…0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

Сплавы на основе алюминия классифицируются по следующим признакам:

по технологии изготовления;

по степени упрочнения после термической обработки;

по эксплуатационным свойствам.

Деформируемые сплавы. К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

алюминия с марганцем марки АМц;

алюминия с магнием марок АМг; АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы:

сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дуралюмины), которые маркируются буквой Д. Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются старению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дуралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия(В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий+Цинк+Магний+Медь. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, сплавы закаливают с последующим старением. Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят дюралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия(АК4-1, Д20) имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные процессы.

Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300°С.

Сплавы для ковки и штамповки(АК2, АК4, АК6, АК8) относятся к системе Алюминий+Медь+Магний с добавками кремния. Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК6) и высоконагруженных штампованных деталей – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.

Медь и ее сплавы

Главными достоинствами меди как машиностроительного материала являются высокие тепло- и электропроводность, пластичность, коррозионная стойкость в сочетании с достаточно высокими механическими свойствами. К недостаткам меди относят низкие литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием.

Легирование медиосуществляется с целью придания сплаву требуемых механических, технологических, антифрикционных и других свойств. Химические элементы, используемые при легировании, обозначают в марках медных сплавов следующими индексами:

Министерство образования российской федерации

Новосибирский технологический институт

Московского государственного университета дизайна и технологии

Факультет заочного обучения и экстерната

Кафедра: «Машины и аппараты легкой промышленности»

Дисциплина: Технология конструкционных материалов

Тема: Цветные металлы и их сплавы

1. Медь и ее сплавы

2. Алюминий и его сплавы

2.1 Деформируемые алюминиевые сплавы

2.2 Литейные алюминиевые сплавы

3. Цинк и его сплавы

4. Магний и его сплавы

4.1 Сплавы на основе магния

Список использованных источников

Цветная металлургия – отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на благородные, тяжелые, легкие и редкие.

К благородным металлам относят металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий, серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Их используют в виде сплавов в электротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и т.д.

К тяжелым относят металлы с большой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т.д. Тяжелые металлы применяют главным образом как легирующие элементы, а такие металлы, как медь, свинец, цинк, отчасти кобальт, используются и в чистом виде.

К легким металлам относятся металлы с плотностью менее 5 грамм на кубический сантиметр: литий, калий, натрий, алюминий и т.д. Их применяют в качестве раскислителей металлов и сплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т.д.

К редким металлам относят металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и т.д.

К группе широко применяемых цветных металлов относятся алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово.

Цветные металлы обладают целым рядом весьма ценных свойств. Например, высокой теплопроводностью (алюминий, медь), очень малой плотностью (алюминий, магний), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий).

По технологии изготовления заготовок и изделий цветные сплавы делятся на деформируемые и литые (иногда спеченые).

На основании этого деления различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

Медь – металл красного, в изломе розового цвета. Медь относится к металлам, известным с глубокой древности.

Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Позволяет использовать ее в качестве кровельного материала ответственных зданий.

Температура плавления меди 1083°С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8,94 г/см 3 . Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохо резанием.

Литейные свойства низкие из-за большой усадки.

На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность.

Стоимость чистой меди постоянно повышается, а мировые запасы медной руды, по различным оценкам, истощатся в ближайшие 10-30 лет.

Медь маркируют буквой М, после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00 – 99,99% меди, М4 – 99% меди.

В таблице 1 содержится информация по маркам меди в зависимости от чистоты согласно ГОСТ 859-78.

Марка меди в зависимости от чистоты

Марка	МВЧк	M00	М0	Ml	М2	МЗ
Содержание	99,993	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5

После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к –катодная, б – бескислородная, р – раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

М00к – технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.

МЗ – технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5% меди.

1.1 Сплавы меди

В технике применяют 2 большие группы медных сплавов: латуни и бронзы.

1.1.1 Латуни

Латуни – сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием – сплавами, обрабатываемыми давлением.

Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.

Латуни, применяются в основном для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой, т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуни изготавливаются гильзы различных боеприпасов.

В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.

Простые латуни содержат только Cu и Zn.

Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов (Л.Э.), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.

Al, Mn, Ni повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью.

1.1.2 Бронзы

Бронзы – это сплавы меди с оловом (4-33% Sn), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой, фосфором и другими элементами.

Бронзы – это всякий медный сплав, кроме латуни. Это сплавы меди, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционность (от анти- и лат. frictio- трение). Бронзы отличаются высокой коррозионной устойчивостью и антифрикционными свойствами. Из них изготавливают вкладыши подшипников скольжения, венцы червячных зубчатых колес и другие детали.

Высокие литейные свойства некоторых бронз позволяют использовать их для изготовления художественных изделий, памятников, колоколов.

По химическому составу делятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).

Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова.

Специальные бронзы не только служат заменителями оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим механическим, антикоррозионным и технологическим свойствам:

Алюминиевые бронзы – 5-11% алюминия. Имеют более высокие механические и антифрикционные свойства, чем у оловянных бронз, но литейные свойства – ниже. Для повышения механических и антикоррозионных свойств вводят железо, марганец, никель (например, БрАЖ9-4). Из этих бронз изготовляют различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.

Бериллиевые бронзы содержат 1,8-2,3% бериллия отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и упругостью (например, БрБ2, БрБМН1,7). Их применяют для пружин в приборах, которые работают в агрессивной среде.

Кремнистые бронзы – 3-4% кремния, легированные никелем, марганцем, цинком по механическим свойствам приближаются к сталям.

Свинцовистые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элемента в процентах.

– БрА9Мц2Л – бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu («Л» указывает, что сплав литейный);

– ЛЦ40Мц3Ж – латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn,

l% Fe, остальное Cu;

– Бр0Ф8,0-0,3 – бронза содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;

– ЛАМш77-2-0,05 – латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди).

В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:

– Л96 – латунь содержащая 96% Cu и

– Лб3 – латунь содержащая 63% Cu и 37% Zn.

Высокая стоимость меди и сплавов на ее основе привела в 20 веке к поиску материалов для их замены. В настоящее время их успешно заменяют пластиками, композиционными материалами.

Алюминий – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 650°С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку. Алюминий обладает электрической проводимостью, составляющей 65% электрической проводимости меди. Алюминий занимает 3 место по распространению в земной коре после кислорода и кремния. Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки. Наиболее важной особенностью алюминия является низкая плотность – 2,7г/см 3 против 7,8г/см 3 для железа и 8,94г/см 3 для меди. Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.

Маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999 – содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты – А99, А95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий – А85, А8, А7 и др.

Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и химической промышленности. Алюминий не стоек в кислой и щелочной среде, поэтому алюминиевая посуда не используется для маринадов, солений, кисломолочных продуктов. Применяется в качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости. В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности – 50 МПа.