METALE NEFEROASE

Materialele feroase sunt utilizate pe scară largă în industria de inginerie datorită superiorității, gamei de proprietăți mecanice și costurilor mai mici. Cu toate acestea, materialele neferoase sunt, de asemenea, utilizate în diverse aplicații pentru proprietățile lor specifice în comparație cu aliajele feroase, în ciuda costului lor general ridicat. Proprietățile mecanice dorite pot fi obținute în aceste aliaje prin întărirea muncii, întărirea la vârstă etc., dar nu prin procese normale de tratament termic utilizate pentru aliajele feroase. Unele dintre principalele materiale neferoase de interes sunt aluminiu, cupru, zinc și magneziu

1. Aluminiu

Dintre toate aliajele neferoase, aluminiul și aliajele sale sunt cele mai importante datorită proprietăților excelente. Unele dintre proprietățile aluminiului pur pentru care este utilizat în industria de inginerie sunt:

1) Conductivitate termică excelentă (0,53 cal / cm / C)
2) Conductivitate electrică excelentă (376 600 / ohm / cm)
3) Densitate de masă scăzută (2,7 g / cm)
4) Punct de topire scăzut (658C)
5) Rezistență excelentă la coroziune
6) Nu este toxic.
7) Are una dintre cele mai mari reflectivități (85-95%) și emisivitate foarte scăzută (4-5%)
8) Este foarte moale și ductil, drept urmare are proprietăți de fabricație foarte bune.

Unele dintre aplicațiile în care se folosește în general aluminiu pur sunt în conductoare electrice, materiale pentru radiatoare, unități de aer condiționat, reflectoare optice și de lumină și folii și materiale de ambalare. 

În ciuda aplicațiilor utile de mai sus, aluminiul pur nu este utilizat pe scară largă din cauza următoarelor probleme:

1) Are rezistență la tracțiune redusă (65 MPa) și duritate (20 BHN)
2. Este foarte dificil de sudat sau lipit.

Proprietățile mecanice ale aluminiului pot fi îmbunătățite substanțial prin aliere. Principalele elemente de aliere utilizate sunt cuprul, manganul, siliciul, nichelul și zincul.

Aluminiul și cuprul formează compusul chimic CuAl2. Peste o temperatură de 548 C se dizolvă complet în aluminiu lichid. Când aceasta este stinsă și îmbătrânită artificial (menținerea prelungită la 100 - 150C), se obține un aliaj întărit. CuAl2, care nu este îmbătrânit, nu are timp să precipite din soluția solidă de aluminiu și cupru și, prin urmare, se află într-o poziție instabilă (super-saturată la temperatura camerei). Procesul de îmbătrânire precipită particule foarte fine de CuAl2, ceea ce determină întărirea aliajului. Acest proces se numește întărirea soluției.

Celelalte elemente de aliere utilizate sunt până la 7% magneziu, până la 1, 5% mangan, până la 13% siliciu, până la 2% nichel, până la 5% zinc și până la 1,5% fier. Pe lângă acestea, titanul, cromul și columbiul pot fi adăugate în procente mici. Compoziția unor aliaje tipice de aluminiu utilizate în turnare permanentă și turnare sub presiune este dată în Tabelul 2. 10 cu aplicațiile lor. Proprietățile mecanice așteptate ale acestor materiale după ce acestea sunt turnate folosind matrițe permanente sau turnare sub presiune este prezentată în tabelul 2.1

2. Cupru

Similar cu aluminiul, cuprul pur are o aplicare largă datorită următoarelor sale proprietăți

1) Conductivitatea electrică a cuprului pur este ridicată (5,8 x 105 / ohm / cm) în forma sa cea mai pură. Orice impuritate mică reduce drastic conductivitatea. De exemplu, 0,1% fosfor reduce conductivitatea cu 40%.

2) Are o conductivitate termică foarte ridicată (0. 92 cal / cm / C)

3) Este un metal greu (greutate specifică 8,93)

4) Poate fi ușor îmbinat prin lipire

5) Rezistă la coroziune,

6) Are o culoare plăcută.

Cuprul pur este utilizat la fabricarea firelor electrice, a barelor de autobuz, a cablurilor de transmisie, a tuburilor și a conductelor frigiderului.

Proprietățile mecanice ale cuprului în cea mai pură stare nu sunt foarte bune. Este moale și relativ slab. Poate fi aliat profitabil pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice. Principalele elemente de aliere utilizate sunt zincul, staniul, plumbul și fosforul.

Aliajele de cupru și zinc sunt numite alamă. Cu un conținut de zinc de până la 39%, cuprul formează o structură cu o singură fază (a-fază). Astfel de aliaje au ductilitate ridicată. Culoarea aliajului rămâne roșie până la un conținut de zinc de 20%, dar dincolo de aceasta devine galben. O a doua componentă structurală numită faza β apare între 39 și 46% din zinc. De fapt, compusul inter-metalic CuZn este responsabil pentru duritatea crescută. Rezistența alamei crește și mai mult atunci când se adaugă cantități mici de mangan și nichel.

Aliajele de cupru cu staniu se numesc bronzuri. Duritatea și rezistența bronzului cresc odată cu creșterea conținutului de staniu. Ductilitatea este, de asemenea, redusă odată cu creșterea procentului de staniu peste 5. Când se adaugă și aluminiu (4 până la 11%), aliajul rezultat este denumit bronz de aluminiu, care are o rezistență la coroziune considerabil mai mare. Bronzurile sunt comparativ costisitoare în comparație cu alama din cauza prezenței staniu, care este un metal scump.

3. Alte metale neferoase

Zinc

Zincul este utilizat în principal în inginerie datorită temperaturii sale scăzute de topire (419,4 C) și rezistenței mai mari la coroziune, care crește odată cu puritatea zincului. Rezistența la coroziune este cauzată de formarea unui strat protector de oxid pe suprafață. Principalele aplicații ale zincului sunt în zincare pentru a proteja oțelul de coroziune, în industria tipografică și pentru turnare sub presiune.

Dezavantajele zincului sunt anizotropia puternică prezentată în condiții deformate, lipsa stabilității dimensionale în condiții de îmbătrânire, o reducere a rezistenței la impact la temperaturi mai scăzute și susceptibilitatea la coroziune inter-granulară. Nu poate fi utilizat pentru service peste o temperatură de 95 ° C, deoarece va determina o reducere substanțială a rezistenței la tracțiune și a durității.

Utilizarea sa pe scară largă în piesele turnate sub presiune se datorează faptului că necesită o presiune mai mică, ceea ce are ca rezultat o durată de viață mai mare în comparație cu alte aliaje de turnare sub presiune. În plus, are o prelucrare foarte bună. Finisajul obținut prin presare prin zinc este adesea adecvat pentru a garanta orice prelucrare ulterioară, cu excepția îndepărtării blițului prezent în planul de despărțire.

Magneziu

Datorită greutății lor ușoare și rezistenței mecanice bune, aliajele de magneziu sunt utilizate la viteze foarte mari. Pentru aceeași rigiditate, aliajele de magneziu necesită doar 37,2% din greutatea oțelului C25 economisind astfel în greutate. Cele două elemente principale de aliere utilizate sunt aluminiu și zinc. Aliajele de magneziu pot fi turnate în nisip, turnate permanent sau turnate sub presiune. Proprietățile componentelor din aliaj de magneziu turnat în nisip sunt comparabile cu cele ale componentelor turnate permanent sau turnate sub presiune. Aliajele de turnare sub presiune au în general un conținut ridicat de cupru, astfel încât să le permită să fie fabricate din metale secundare pentru a reduce costurile. Acestea sunt folosite pentru fabricarea roților de automobile, a manivelelor etc. Cu cât conținutul este mai mare, cu atât este mai mare rezistența mecanică a aliajelor forjate cu magneziu, cum ar fi componentele laminate și forjate. Aliajele de magneziu pot fi ușor sudate prin majoritatea proceselor tradiționale de sudare. O proprietate foarte utilă a aliajelor de magneziu este prelucrarea lor ridicată. Acestea necesită doar aproximativ 15% din putere pentru prelucrare, comparativ cu oțelul cu emisii reduse de carbon.