Лиење обоени метали

Цветните метали се користат во инженерската индустрија поради нивната супериорност, опсегот на механички својства и пониските трошоци. Сепак, обоените метали исто така се користат во различни апликации поради нивните специфични својства во споредба со црните легури и покрај нивната генерално висока цена. Посакуваните механички својства може да се добијат кај овие легури со работно стврднување, старо стврднување итн., но не преку нормални процеси на термичка обработка што се користат за црни легури. Некои од главните обоени материјали од интерес се алуминиум, бакар, цинк и магнезиум

1. Алуминиум

Од сите обоени легури, алуминиумот и неговите легури се најважни поради нивните одлични својства. Некои од својствата на чистиот алуминиум за кои се користи во инженерската индустрија се:

• 1) Одлична топлинска спроводливост (0,53 cal/cm/C)
• 2) Одлична електрична спроводливост (376 600/ом/см)
• 3) Мала масена густина (2,7 g/cm)
• 4) Ниска точка на топење (658C)
• 5) Одлична отпорност на корозија
• 6) Нетоксичен е.
• 7) Има една од највисоките рефлексивности (85 до 95%) и многу ниска емисионост (4 до 5%)
• 8) Многу е мек и еластичен како резултат на што има многу добри производни својства.

Некои од апликациите каде што генерално се користи чист алуминиум се во електрични проводници, материјали за перки на радијатори, единици за климатизација, оптички и светлосни рефлектори и фолија и материјали за пакување.

И покрај горенаведените корисни апликации, чистиот алуминиум не е широко користен поради следниве проблеми:

• 1) Има мала цврстина на истегнување (65 MPa) и цврстина (20 BHN)
• 2. Многу е тешко заварување или лемење.

Механичките својства на алуминиумот може значително да се подобрат со легирање. Главните легирани елементи што се користат се бакар, манган, силициум, никел и цинк.

Алуминиумот и бакарот го формираат хемиското соединение CuAl2. На температура од 548 C целосно се раствора во течен алуминиум. Кога ова се гаси и вештачки старее (долго задржување на 100 - 150 C), се добива зацврстена легура. CuAl2, кој не старее, нема време да се таложи од цврстиот раствор на алуминиум и бакар и затоа е во нестабилна положба (супер-заситен на собна температура). Процесот на стареење таложи многу ситни честички на CuAl2, што предизвикува зајакнување на легурата. Овој процес се нарекува стврднување на растворот.

Другите легирани елементи што се користат се до 7% магнезиум, до 1,5% манган, до 13% силициум, до 2% никел, до 5% цинк и до 1,5% железо. Покрај нив, во мали проценти може да се додадат и титаниум, хром и колумбиум. Составот на некои типични алуминиумски легури што се користат при трајно обликување и леење е даден во Табела 2. 10 со нивните примени. Механичките својства што се очекуваат од овие материјали откако ќе се излеат со трајни калапи или леење под притисок се прикажани во Табела 2.1

2. Бакар

Слично на алуминиумот, чистиот бакар исто така наоѓа широка примена поради следните својства

• 1) Електричната спроводливост на чистиот бакар е висока (5,8 x 105 /ohm/cm) во неговата најчиста форма. Секоја мала нечистотија драстично ја намалува спроводливоста. На пример, 0,1% фосфор ја намалува спроводливоста за 40%.
• 2) Има многу висока топлинска спроводливост (0, 92 cal/cm/C)
• 3) Тоа е тежок метал (специфична тежина 8,93)
• 4) Може лесно да се спои со лемење
• 5) се спротивставува на корозија,
• 6) Има пријатна боја.

Чистиот бакар се користи во производството на електрична жица, магистрални шипки, кабли за пренос, ладилници и цевки.

Механичките својства на бакарот во неговата најчиста состојба не се многу добри. Меко е и релативно слабо. Може да се легира профитабилно за да се подобрат механичките својства. Главните легирани елементи што се користат се цинк, калај, олово и фосфор.

Легурите на бакар и цинк се нарекуваат месинг. Со содржина на цинк до 39%, бакарот формира еднофазна (α-фаза) структура. Таквите легури имаат висока еластичност. Бојата на легурата останува црвена до содржина на цинк од 20%, но повеќе од тоа станува жолта. Втората структурна компонента наречена β-фаза се појавува помеѓу 39 и 46% од цинкот. Тоа е всушност меѓуметалното соединение CuZn кое е одговорно за зголемената цврстина. Јачината на месинг дополнително се зголемува кога се додаваат мали количини манган и никел.

Легурите на бакар со калај се нарекуваат бронзи. Цврстината и цврстината на бронзата се зголемуваат со наборување на содржината на калај. Пластичноста се намалува и со зголемувањето на процентот на калај над 5. Кога се додава и алуминиум (4 до 11%), добиената легура се нарекува алуминиум бронза, која има значително поголема отпорност на корозија. Бронзите се релативно скапи во споредба со месингот поради присуството на калај кој е скап метал.

3. Други обоени метали

Цинк

Цинкот главно се користи во инженерството поради неговата ниска температура на топење (419,4 C) и поголема отпорност на корозија, која се зголемува со чистотата на цинкот. Отпорноста на корозија е предизвикана од формирањето на заштитна оксидна обвивка на површината. Главните примени на цинкот се во галванизацијата за заштита на челикот од корозија, во печатарската индустрија и за леење.

Недостатоците на цинкот се силната анизотропија прикажана при деформирани услови, недостаток на димензионална стабилност при услови на стареење, намалување на силата на удар при пониски температури и подложност на интер-грануларна корозија. Не може да се користи за сервисирање на температура од 95.C бидејќи ќе предизвика значително намалување на цврстината и цврстината на истегнување.

Неговата широка употреба во одлеаноците е поради тоа што бара помал притисок, што резултира со поголем век на траење во споредба со другите легури за леење. Понатаму, има многу добра обработливост. Финишот добиен со цедење со цинк често е адекватен за да гарантира каква било понатамошна обработка, освен за отстранување на блицот присутен во рамнината на разделбата.

Магнезиум

Поради нивната мала тежина и добрата механичка сила, легурите на магнезиум се користат со многу големи брзини. За иста цврстина, легурите на магнезиум бараат само 37,2% од тежината на челикот C25 со што се заштедува тежина. Двата главни легирани елементи што се користат се алуминиум и цинк. Легурите на магнезиум можат да бидат леани со песок, трајно лиење од мувла или лиење. Карактеристиките на компонентите од легура на магнезиум од леано песок се споредливи со оние на трајните калап или компонентите од леано калап. Легурите за леење обично имаат висока содржина на бакар за да им се овозможи да бидат направени од секундарни метали за да се намалат трошоците. Тие се користат за изработка на автомобилски тркала, кутии за колектори итн. Колку е поголема содржината, толку е поголема механичката цврстина на легурите од ковани магнезиум, како што се валани и ковани компоненти. Легурите на магнезиум можат лесно да се заварат со повеќето традиционални процеси на заварување. Многу корисно својство на легурите на магнезиум е нивната висока обработливост. Тие бараат само околу 15% од моќта за обработка во споредба со нискојаглероден челик.