OBOJNI METALI

Željezni materijali intenzivno se koriste u inženjerskoj industriji zbog svoje superiornosti, niza mehaničkih svojstava i nižih troškova. Ipak, obojeni materijali također se koriste u raznim primjenama zbog svojih specifičnih svojstava u usporedbi s legurama željeza, unatoč njihovoj općenito visokoj cijeni. Željena mehanička svojstva mogu se dobiti u tim legurama kaljenjem radom, starenjem itd., Ali ne uobičajenim postupcima toplinske obrade koji se koriste za legure željeza. Neki od glavnih obojenih materijala koji nas zanimaju su aluminij, bakar, cink i magnezij

1. Aluminij

Od svih obojenih legura aluminij i njegove legure su najvažniji zbog svojih izvrsnih svojstava. Neka od svojstava čistog aluminija za koja se koristi u inženjerskoj industriji su:

1) Izvrsna toplinska vodljivost (0,53 cal / cm / C)
2) Izvrsna električna vodljivost (376 600 / ohm / cm)
3) Niska gustoća mase (2,7 g / cm)
4) Nisko talište (658C)
5) Izvrsna otpornost na koroziju
6) Nije toksičan.
7) Ima jednu od najvećih refleksivnosti (85 do 95%) i vrlo nisku emisivnost (4 do 5%)
8) Vrlo je mekan i žilav, što rezultira vrlo dobrim proizvodnim svojstvima.

Neke od primjena gdje se čisti aluminij obično koristi su u električnim vodičima, materijalima za radijatore, klima uređajima, optičkim i svjetlosnim reflektorima te foliji i materijalima za pakiranje. 

Unatoč gore navedenim korisnim primjenama, čisti aluminij se ne koristi široko zbog sljedećih problema:

1) Ima malu vlačnu čvrstoću (65 MPa) i tvrdoću (20 BHN)
2. Vrlo je teško zavariti ili zalemiti.

Mehanička svojstva aluminija mogu se znatno poboljšati legiranjem. Glavni legirajući elementi koji se koriste su bakar, mangan, silicij, nikal i cink.

Aluminij i bakar tvore kemijski spoj CuAl2. Iznad temperature od 548 C potpuno se otapa u tekućem aluminiju. Kad se to prekine i umjetno odleži (dulje držanje na 100 - 150 ° C), dobiva se očvrsla slitina. CuAl2, koji nije star, nema vremena da se istaloži iz čvrste otopine aluminija i bakra i zato je u nestabilnom položaju (super zasićen na sobnoj temperaturi). Proces starenja taloži vrlo fine čestice CuAl2, što uzrokuje jačanje legure. Taj se postupak naziva očvršćavanje otopinom.

Ostali elementi koji se koriste za legiranje su do 7% magnezija, do 1,5% mangana, do 13% silicija, do 2% nikla, do 5% cinka i do 1,5% željeza. Osim toga, titan, krom i kolumbij također se mogu dodati u malim postocima. Sastav nekih tipičnih legura aluminija koji se koriste u trajnom kalupu i lijevanju pod tlakom dan je u tablici 2. 10 s njihovim primjenama. Mehanička svojstva koja se očekuju od ovih materijala nakon lijevanja pomoću trajnih kalupa ili tlačnog lijevanja prikazana su u tablici 2.1

2. Bakar

Slično aluminiju, i čisti bakar također ima široku primjenu zbog sljedećih svojstava

1) Električna vodljivost čistog bakra je visoka (5,8 x 105 / ohm / cm) u svom najčišćem obliku. Svaka mala nečistoća drastično smanjuje vodljivost. Na primjer, 0,1% fosfora smanjuje vodljivost za 40%.

2) Ima vrlo visoku toplinsku vodljivost (0 92 cal / cm / C)

3) To je teški metal (specifična težina 8,93)

4) Može se lako spojiti lemljenjem

5) Otporan je na koroziju,

6) Ima ugodnu boju.

Čisti bakar koristi se u proizvodnji električne žice, sabirnica, prijenosnih kabela, cijevi hladnjaka i cjevovoda.

Mehanička svojstva bakra u najčišćem stanju nisu baš dobra. Mekan je i relativno slab. Može se legirati profitabilno radi poboljšanja mehaničkih svojstava. Glavni elementi koji se koriste za legiranje su cink, kositar, olovo i fosfor.

Legure bakra i cinka nazivaju se mesingima. Sa sadržajem cinka do 39%, bakar tvori jednofaznu (α-faznu) strukturu. Takve legure imaju visoku plastičnost. Boja legure ostaje crvena sve do udjela cinka od 20%, ali nakon toga postaje žuta. Druga strukturna komponenta koja se naziva β-faza pojavljuje se između 39 i 46% cinka. Za povećanu tvrdoću zaslužan je zapravo intermetalni spoj CuZn. Čvrstoća mjedi dodatno se povećava kada se dodaju male količine mangana i nikla.

Legure bakra s kositrom nazivaju se broncama. Tvrdoća i čvrstoća bronce povećavaju se s naborom udjela kositra. Duktilnost se također smanjuje s porastom postotka kositra iznad 5. Kad se doda i aluminij (4 do 11%), rezultirajuća legura naziva se aluminijska bronca koja ima znatno veću otpornost na koroziju. Bronze su relativno skupe u usporedbi s mesingima zbog prisutnosti kositra koji je skup metal.

3. Ostali obojeni metali

Cinkov

Cink se uglavnom koristi u inženjerstvu zbog niske temperature topljenja (419,4 C) i veće otpornosti na koroziju, koja se povećava s čistoćom cinka. Otpornost na koroziju uzrokovana je stvaranjem zaštitne oksidne prevlake na površini. Glavne primjene cinka su u pocinčavanju radi zaštite čelika od korozije, u tiskarskoj industriji i za lijevanje tla.

Mane cinka su jaka anizotropija koja se pokazuje u deformiranim uvjetima, nedostatak dimenzijske stabilnosti u uvjetima starenja, smanjenje udarne čvrstoće pri nižim temperaturama i osjetljivost na intergranularnu koroziju. Ne može se koristiti za rad na temperaturi iznad 95 ° C jer će uzrokovati znatno smanjenje vlačne čvrstoće i tvrdoće.

Njegova široka upotreba u odljevcima je zato što zahtijeva niži tlak, što rezultira većim životnim vijekom kalupa u odnosu na druge legure za lijevanje. Nadalje, ima vrlo dobru obradivost. Završna obrada dobivena prešanjem cinka često je dovoljna za daljnju obradu, osim za uklanjanje bljeska prisutnog u ravnini razdvajanja.

Magnezij

Zbog svoje male težine i dobre mehaničke čvrstoće, legure magnezija koriste se u vrlo velikim brzinama. Za istu krutost, magnezijeve legure zahtijevaju samo 37,2% mase C25 čelika čime se štedi na težini. Dva osnovna elementa za legiranje su aluminij i cink. Magnezijeve legure mogu biti lijevane u pijesak, trajno lijevane u kalupe ili lijevane u tla. Svojstva komponenata od magnezijske legure izlivene u pijesak usporediva su sa svojstvima komponenata za trajno lijevane kalupe ili livene dijelove. Legure za tlačno lijevanje uglavnom imaju visok udio bakra, tako da omogućuju izradu od sekundarnih metala kako bi se smanjili troškovi. Koriste se za izradu automobilskih kotača, kućišta radilica itd. Što je veći sadržaj, to je veća mehanička čvrstoća legura izrađenih od magnezija, kao što su valjani i kovani dijelovi. Legura magnezija može se lako zavariti većinom tradicionalnih postupaka zavarivanja. Vrlo korisno svojstvo magnezijevih legura je njihova velika obradivost. Za obradu im je potrebno samo oko 15% snage u usporedbi s nisko-ugljičnim čelikom.