Lijevanje obojenih metala

Željezni metali se intenzivno koriste u strojarskoj industriji zbog svoje superiornosti, niza mehaničkih svojstava i nižih troškova. Ipak, obojeni metali se također koriste u raznim primjenama zbog svojih specifičnih svojstava u usporedbi s legurama željeza, unatoč njihovoj općenito visokoj cijeni. Željena mehanička svojstva mogu se postići u ovim legurama otvrdnjavanjem radom, otvrdnjavanjem starenjem itd., ali ne kroz normalne postupke toplinske obrade koji se koriste za legure željeza. Neki od glavnih materijala od obojenih metala od interesa su aluminij, bakar, cink i magnezij

1. Aluminij

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

• 1) Izvrsna toplinska vodljivost (0,53 cal/cm/C)
• 2) Izvrsna električna vodljivost (376 600/ohm/cm)
• 3) Mala gustoća mase (2,7 g/cm)
• 4) Nisko talište (658C)
• 5) Izvrsna otpornost na koroziju
• 6) Nije toksičan.
• 7) Ima jedan od najvećih koeficijenata refleksije (85 do 95%) i vrlo nisku emisivnost (4 do 5%)
• 8) Vrlo je mekan i rastezljiv zbog čega ima vrlo dobra proizvodna svojstva.

Neke od primjena u kojima se čisti aluminij općenito koristi su električni vodiči, materijali za rebra radijatora, jedinice za klimatizaciju, optički i svjetlosni reflektori te folije i materijali za pakiranje.

Unatoč gore navedenim korisnim primjenama, čisti aluminij nije naširoko korišten zbog sljedećih problema:

• 1) Ima nisku vlačnu čvrstoću (65 MPa) i tvrdoću (20 BHN)
• 2. Vrlo je teško zavarivati ​​ili lemiti.

Mehanička svojstva aluminija mogu se znatno poboljšati legiranjem. Glavni korišteni legirajući elementi 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 kali i umjetno stari (dugotrajno držanje na 100 - 150C), dobiva se očvrsla legura. CuAl2, koji nije ostario, nema vremena precipitirati iz čvrste otopine aluminija i bakra i stoga je u nestabilnom položaju (super-zasićen na sobnoj temperaturi). Procesom starenja talože se vrlo fine čestice CuAl2, što uzrokuje ojačavanje legure. Taj se proces naziva stvrdnjavanje otopine.

Ostali legirani elementi koji se koriste su do 7% magnezija, do 1,5% mangana, do 13% silicija, do 2% nikla, do 5% cinka i do 1,5% željeza. Osim njih, titan, krom i kolumbij također se mogu dodati u malim postocima. Sastav nekih tipičnih aluminijskih legura koje se koriste u trajnom prešanju i lijevanju pod pritiskom dan je u tablici 2. 10 s njihovom primjenom. Mehanička svojstva koja se očekuju od ovih materijala nakon što su lijevani pomoću trajnih kalupa ili tlačnog lijevanja prikazana su u tablici 2.1

2. Bakar

Slično kao i aluminij, čisti bakar također nalazi široku primjenu zbog sljedećih svojstava

• 1) Električna vodljivost čistog bakra je visoka (5,8 x 105 /ohm/cm) u njegovom 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 električnih žica, sabirnica, prijenosnih kabela, cijevi za hladnjake i cjevovoda.

Mehanička svojstva bakra u njegovom najčišćem stanju nisu baš dobra. Mekan je i relativno slab. Može se isplativo legirati kako bi se poboljšala mehanička svojstva. Glavni korišteni legirajući elementi su cink, kositar, olovo i fosfor.

Legure bakra i cinka nazivaju se mesing. Sa sadržajem cinka do 39%, bakar tvori jednofaznu (α-fazu) strukturu. Takve legure imaju visoku duktilnost. Boja legure ostaje crvena do sadržaja cinka od 20%, ali nakon toga postaje žuta. Druga strukturna komponenta nazvana β-faza pojavljuje se između 39 do 46% cinka. Za povećanu tvrdoću odgovoran je zapravo intermetalni spoj CuZn. Čvrstoća mesinga dodatno se povećava kada se dodaju male količine mangana i nikla.

Slitine bakra s kositrom nazivaju se bronce. Tvrdoća i čvrstoća bronce povećavaju se s povećanjem sadržaja kositra. Duktilnost se također smanjuje s povećanjem postotka kositra iznad 5. Kada se također doda aluminij (4 do 11%), dobivena legura se naziva aluminijska bronca, koja ima znatno veću otpornost na koroziju. Bronce su relativno skupe u usporedbi s mesingom zbog prisutnosti kositra koji je skup metal.

3. Ostali neželjezni metali

Cinkov

Cink se prvenstveno koristi u tehnici zbog niske temperature taljenja (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 za zaštitu čelika od korozije, u tiskarskoj industriji i za lijevanje pod pritiskom.

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

Njegova raširena upotreba u odljevcima pod pritiskom je zato što zahtijeva niži tlak, što rezultira dužim životnim vijekom kalupa u usporedbi s drugim legurama za livenje pod pritiskom. Nadalje, ima vrlo dobru obradivost. Završna obrada dobivena tlačnim lijevanjem cinka često je dovoljna da opravda bilo kakvu daljnju obradu, osim za uklanjanje bljeska prisutnog u ravnini razdvajanja.

Magnezij

Zbog svoje male težine i dobre mehaničke čvrstoće, legure magnezija se koriste u vrlo velikim brzinama. Za istu krutost, legure magnezija zahtijevaju samo 37,2% težine čelika C25 čime se štedi na težini. Dva glavna legirajuća elementa koja se koriste su aluminij i cink. Magnezijeve legure mogu biti lijevane u pijesku, trajno lijevane u kalupe ili tlačno lijevane. Svojstva komponenata od legure magnezija lijevanih u pijesak usporediva su s onima trajno lijevanih u kalupe ili komponenti lijevanih pod pritiskom. Legure za tlačno lijevanje općenito imaju visok sadržaj bakra kako bi se mogle izraditi od sekundarnih metala radi smanjenja troškova. Koriste se za izradu automobilskih kotača, kućišta radilica, itd. Što je veći sadržaj, to je veća mehanička čvrstoća legura kovanih magnezijem kao što su valjane i kovane komponente. Magnezijeve legure mogu se lako zavariti većinom tradicionalnih postupaka zavarivanja. Vrlo korisno svojstvo magnezijevih legura je njihova visoka obradivost. Oni zahtijevaju samo oko 15% snage za strojnu obradu u usporedbi s niskougljičnim čelikom.