Цветные металлы и сплавы
К атегория:
Техническое обслуживание автомобилей
Цветные металлы и сплавы
Из цветных металлов в автомобилестроении широко используются олово, свинец, цинк, сурьма, алюминий, медь.
Олово (Sn) – металл серебристо-белого цвета с легким голубоватым оттенком. Удельный вес чистого олова 7,3; температура плавления 232° С, температура кипения 2270° С. Олово обладает высокой пластичностью, ковкостью, легко прокатывается в тонкие листы и фольгу (станиоль).
При нагревании пластичность олова уменьшается и при температуре 200 °С оно становится настолько хрупким, что может быть легко истерто в порошок. Чистое олово стойко в отношении коррозии и действия органических кислот. Олово получают из оловянных руд, основной из которых является минерал касситерит (оловянный камень).
Товарное олово выпускается главным образом в виде чушек весом 25-45 кГ, а также в виде прутов сечением около 1 см2 и длиной – 30-40 см. Олово широко применяется в качестве компонента различных сплавов, а также для лужения.
Свинец (РЬ)-блестящий металл синевато-серого цвета. Удельный вес 11,34 температура плавления 327,4 °С, температура кипения 1640° С. Свинец очень мягкий металл, легко прокатывается в холодном состояния в листы различной толщины и хорошо куется. Во влажном воздухе быстро окисляется, покрываясь тонкой пленкой окиси серого цвета, которая предохраняет его от дальнейшей коррозии.
Все соединения свинца ядовиты, в особенности его органические производные, например тетраэтилсвинец, который добавляют в бензин. Свинец очень устойчив в отношении действия серной и соляной кислот, а также органических кислот, щелочей и масел. В азотной кислоте он легко растворяется. Основной рудой, из которой получают свинец, является свинцовый блеск (галенит). Свинец выпускается чушками весом 30-35 кГ.
В автомобилестроении свинец применяется главным образом для изготовления решеток аккумуляторных пластин, активной массы пластин, клемм и перемычек аккумуляторов. Кроме того, он применяется в качестве компонента в бронзах, оловянио-свин-цовых припоях и в антифрикционных сплавах.
Цинк (Zn)-металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком, в изломе имеет сильный металлический блеск. Удельный вес 7,13; температура плавления 419° С, температура кипения 907° С. При нормальной температуре очень хрупок. Нагретый до температуры 100-150° С, цинк приобретает пластичность, легко поддается ковке, прокатке в тонкие листы и волочению в проволоку, при нагревании выше 200-250 °С теряет пластичность и вязкость и вновь становится хрупким.
В сухом виде цинк почти не окисляется. Во влажном воздухе и в воде окисляется, покрываясь тонким слоем окиси, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. В кислотах и щелочах растворяется хорошо. Цинк получают из руды, которая носит название цинковой обманки.
Цинк применяется для различных целей. Он является компонентом таких сплавов, как латунь, бронза, мельхиор, типографский металл, используется для покрытия поверхностей различных стальных изделий (горячее цинкование) с целью предохранения их от коррозии.
Сурьма (Sb) – металл блестящего серебристо-белого цвета, очень хрупкий. Удельный вес сурьмы 6,62; температура плавления 630°С, температура кипения 1440° С. При нормальной температуре сурьма на воздухе не окисляется. Она стойка в отношении действия воды и разбавленных кислот. В концентрированных соляной и серной кислотах сурьма растворяется. Сурьма добывается из минерала, называемого сурьмяным блеском.
Сурьма как компонент в различных сплавах придает им твердость и повышает коррозионную стойкость. Сплавы сурьмы со свинцом используются для изготовления аккумуляторных пластин и для изделий, устойчивых против действия серной кислоты. Сплавы сурьмы, меди, олова и свинца применяют в качестве антифрикционных сплавов для заливки подшипников. В соответствии с ГОСТ 1089-62 сурьма выпускается следующих марок: СуО, Cyl, Су2, СуЗ и Су4.
Алюминий (А1)-металл серебристо-белого цвета с матовым оттенком, который получается вследствие окисления. Удельный вес 2,7; температура плавления 658° С, температура кипения около 2000° С. На воздухе он очень быстро окисляется, покрывается тонкой пленкой окиси, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Пленка окиси алюминия плавится при температуре 2050° С.
Алюминий – мягкий металл, легко поддается механической обработке, ковке, резанию, прокатке, волочению в проволоку, хорошо проводит тепло и электрический ток. Он очень неустойчив в отношении действия щелочей, серной и соляной кислот. Органические и азотные кислоты на него не действуют. В соляной кислоте алюминий растворяется.
Алюминий добывается главным образом из бокситов, в которых он содержится в виде окиси алюминия (глинозем). Товарный алюминий выпускается в виде чушек весом 15 кГ, плит (болванок) весом 100 кГ и брусков квадратного сечения весом 35 кГ.
Алюминий применяется в качестве компонента в различных сплавах. В автомобилестроении чистый алюминий применяется для изготовления фольги, идущей на обкладки конденсаторов, для покрытия рефлекторов фар в лампах-фарах и др.
Медь (Си)-металл желтовато-красного цвета. Удельный вес 8,94; температура плавления чистой меди 1083°С, а температура кипения 2310° С. Пары меди имеют зеленоватый цвет, они очень ядовиты, как и соединения меди.
Чистая медь – мягкий металл, вязкий, легко поддается ковке, прокатке в листы толщиной до сотых долей миллиметра. Медь хорошо протягивается в проволоку различной толщины. Чистая медь хорошо проводит тепло и электрический ток. По электропроводимости она стоит на втором месте после серебра.
Медь добывают из руд, называемых медным колчеданом и медным блеском.
Медь выпускается в виде слитков, прутков, труб, проволоки, листов, лент, фольги и порошка.
Медь применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов с другими металлами (латунь, бронза, томпак и др.). В автомобильной промышленности медь применяется для изготовления электропроводов, деталей приборов электрооборудования, паяльников и т. п.
Сплавы на медной основе. Медь является основным компонентом в латуни, бронзе и твердых припоях.
Латунь представляет собой сплав, в состав которого входят в основном медь и цинк. Латунь имеет большое применение в различных отраслях промышленности. Она хорошо куется, прокатывается в листы различной толщины и штампуется. В автомобильной промышленности она применяется для изготовления различных втулок, краников, деталей карбюраторов, радиаторов. системы охлаждения, зажимных винтов и различной арматуры.
Бронза представляет собой сплав меди с оловом. Бронзы, в состав которых входят, кроме меди и олова, другие элементы, носят название специальных бронз. Бронза обладает высокой прочностью и стойкостью против истирания и в отношении действия атмосферного воздуха и кислот. Бронза хорошо заполняет литейные формы, дает малую усадку и хорошо поддается механической обработке.
В автомобильной промышленности бронза различного химического состава применяется для отливки червячных колес и для изготовления втулок, деталей пневматических тормозов и арматуры.
Твердые припои. Наиболее широкое применение имеют медно-цинковые припои, являющиеся сплавами меди и цинка. Они обладают высокой прочностью и высокой температурой плавления (810-880°С). Медно-цинковые твердые припои маркируют буквами ПМЦ, которые обозначают, что это припой медно-цин-ковый. После букв ставят цифры, определяющие содержание в процентах меди, например ПМЦ-36, ПМЦ-48 (соответственно меди 36+2%, 48±2%, остальное цинк). Твердые припои применяются в основном для пайки меди, бронзы, латуни.
Алюминиевые сплавы. В состав алюминиевых сплавов входят медь, цинк, магний, марганец, кремний, железо и другие элементы.
Алюминиевые литейные сплавы, в состав которых входит кремний в количестве от 10 до 14%, называются силуминами. Эти сплавы отличаются хорошими литейными и механическими свойствами. Алюминиевые сплавы используют для изготовления поршней, головок цилиндров карбюраторных двигателей и других деталей.
Цинковые сплавы, состоящие из цинка, содержание которого доходит до 95%, алюминия (3,5-4,5%) и меди (2,75- 3,5%), применяют для изготовления методом литья под давлением корпусов карбюраторов, топливных насосов, корпусов автомобильных сигналов, различных ручек, корпусов измерительных приборов, облицовки радиаторов и т. п.
Антифрикционные сплавы применяют для заливки подшипников. Структура таких сплавов представляет собой пластичную основу с вкрапленными в нее более твердыми частицами, расположенными равномерно. Вследствие мягкой, пластичной основы сплава подшипник легко прирабатывается к поверхности шеек вращающегося в нем вала.
Вкрапленные в основу твердые частицы являются опорой вала, так как мягкая основа сплава изнашивается быстрее. При износе уменьшается поверхность соприкосновения вала с подшипником, вследствие чего уменьшается трение и улучшается циркуляция масла. В качестве антифрикционных сплавов применяют баббиты, свинцовистые бронзы и другие сплавы.
Баббиты представляют собой сплавы олова и свинца. В зависимости от содержания олова они разделяются на высокооло-вянистые и малооловянистые. Высокооловянистые имеют оловянную основу, а малооловянистые – свинцовую. Во всех баббитах, кроме олова и свинца, содержатся сурьма и медь.
В автомобильной промышленности широко применяют баббиты БН и БТ. Баббит БН имеет следующий химический состав (%): олова – 9-11, сурьмы – 13-15, меди-1,5-2, мышьяка – 0,5-1,75, кадмия- 1,25-1,75, никеля – 0,75-1,25 и остальное – свинец. Баббит БТ: олова – 9-11, сурьмы – 14-16, меди – 0,7- 1,1, теллура – 0,05-0,2 и остальное – свинец.
Для заливки вкладышей подшипников коленчатого вала дизельных двигателей применяют свинцовистую бронзу БрСЗО. Такая бронза обладает высокой теплопроводностью и способностью сохранять свои свойства при нагревании до температуры 200° С.
Выпускается и применяется новый антифрикционный сплав СОС 6-6 для тонкостенных вкладышей подшипников карбюраторных двигателей. Химический состав сплава СОС 6-6 следующий: 5,5-6,5% олова, 5,5-6,6% сурьмы и остальное – свинец.
К атегория: – Техническое обслуживание автомобилей
Многие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных качеств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и др. Благодаря этим качествам цветные металлы и сплавы наряду с пластмассами в авиационной, электротехнической и радиотехнической промышленности являются основными материалами. Из цветных металлов в чистом виде и в виде сплавов широко используются медь, свинец, алюминий, магний, цинк.
4.1. Алюминий и его сплавы
Алюминий – легкий металл серебристо-белого цвета, плотность 2,7 г/см 3 , температура плавления 660° С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в качестве конструкционного материала применяется редко.
Алюминиевый сплав характеризуется высокой пластичностью, хорошо штампуется, легко прокатывается и прессуется, хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, литейные свойства его низкие, обрабатываемость резанием плохая.
Важнейшим свойством алюминия является устойчивость против коррозии благодаря образованию на его поверхности прочной защитной пленки – окиси алюминия.
Алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью (но несколько худшей, чем медь), поэтому наибольшее применение он нашел в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток и т. п. Кроме этого, алюминий используется в химической промышленности, в приборостроении, а также для получения алюминиевых сплавов.
Основная часть алюминия используется для изготовления сплавов, которые можно разделить на две группы: деформируемые и литейные.
Деформируемые алюминиевые сплавы сравнительно легко обрабатываются в горячем и холодном состоянии (прокаткой, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой и др.). Из них изготовляют прутки, листы, проволоку, прессованные профили, поковки и т. д.
Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
К неупрочняемым термической обработкой относят сплавы алюминия с марганцем – АМц и алюминия с магнием – АМг, АМгЗ, АМг5, АМг6. Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются и штампуются, но имеют невысокую прочность, которую можно повысить нагартовкой; из них изготовляет бензиновые баки, проволоку, заклепки и другие детали путем гибки и глубокой вытяжки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов.
К деформируемым алюминиевым сплавам относятся дюралюмины – это сплавы, имеющие сложный химический состав, основу которого составляют алюминий, медь и магний; для повышения коррозионной стойкости добавляют марганец. Дюралюмины характеризуются небольшим удельным весом, высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью; для повышения механических свойств их подвергают термической обработке.
Дюралюмины не обладают достаточной стойкостью против коррозии, поэтому их подвергают плакированию (покрытие поверхности) тонким слоем алюминия.
К деформируемым алюминиевым сплавам относятся также сплавы АК2, АК4, АК6, АК8, в состав которых входят, кроме алюминия, медь, марганец, магний, кремний и в небольшом количестве никель. Из этих сплавов ковкой и штамповкой изготовляют крупные фасонные и высоконагруженные детали – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и т. д.
Высокопрочные алюминиевые сплавы обладают более высокой прочностью, чем дюралюмины повышенной прочности. Основу этих сплавов составляют цинк, медь, магний. Наиболее широко применяется сплав В95, прочность его после термической работки выше, а пластичность и коррозионная стойкость ниже, чем у дюралюмина Д16, хорошо обрабатывается резанием и поддается точечной сварке. Из сплава В95 изготовляют высоконагруженные эле-менты конструкции – детали каркасов, обшивку и т. д.
Ли т ейные алюминиевые сплавы применяются при производстве деталей методом литья. Такие сплавы обладают высокой жидкотекучестью, позволяющей получать тонкостенные, плотные отливки со сравнительно малой усадкой, без трещин, с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропроводностью, хорошей обрабатываемостью резанием.
Наибольшее распространение получили литейные сплавы алюминия с кремнием – АЛ2, АЛ4, АЛ9, называемые силуминами. Они обладают высокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, достаточно высокой прочностью, хорошо обрабатываются резанием, хорошо свариваются, сопротивляются коррозии и при изготовлении отливовок не дают горячих трещин. Сплав АЛ2 применяется для изготовлений деталей агрегатов, приборов, тонкостенных деталей сложной формы при литье в землю; сплав АЛ4 – для изготовления высоконагруженных деталей ответственного назначения; сплав АЛ9 – для изготовления деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для деталей, подвергающихся сварке. Недостатком сплава АЛ9 является склонность к газовой пористости.
Сплавы на основе алюминия и м а г н и я обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравнению с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свойства их низкие. Наиболее распространены марки АЛ8 и А13. Из них изготовляют подверженные коррозионным воздействиям детали (для морских судов), а также детали, работающие при высоких температурах (головки цилиндров мощных двигателей воздушного охлаждения).
Сплавы на основе алюминия и меди (АЛ7, АЛ12, АЛ19) обладают невысокими литейными свойствами и пониженной коррозионной стойкостью, но высокими механическими свойствами. Эти сплавы применяются для изготовления отливок несложной формы, работающих с большими напряжениями (АЛ7).
Сплавы на основе алюминия, меди и кремния характеризуются хорошими литейными свойствами, но коррозионная стойкость их невысокая. Эти сплавы широко применяют для изготовления отливок корпусов, арматуры и мелких деталей (сплав АЛЗ), отливок ответственных деталей, обладающих повышенной теплоустойчивостью и твердостью (сплав АЛ4), отливок карбюраторов арматуры двигателей (сплав АЛ6).
К сплавам на основе алюминия, цинка и кремния относится сплавы АЛ 11 (цинковый силумин), обладающий высокими литейными свойствами, а для повышения механических свойств подвергающийся модифицированию; плотность его сравнительно высокая – 2,9 г/см 3 . Из этого сплава изготовляют отливки сложной конфигурации – картеры, блоки двигателей.
К жаропрочным сплавам относится литой сплав АЛ1, предназначенный для изготовления головок цилиндров, поршней, работающих при высоких температурах – до 300° С.
4.2. Медь и ее сплавы
Медь по своему значению в машиностроении является наиболее ценным техническим материалом. Она хорошо сплавляется с большинством металлов. Медь в чистом виде имеет красный цвет; чем больше в ней примесей, тем грубее и темнее излом. Температура плавления меди 1083° С, плотность 8,92 г/см 3 .
Медь хорошо проводит электричество и тепло, уступая в этом отношении только серебру, ее используют для изготовления электрических проводов, деталей электрооборудования, холодильных установок и т. д.; отличается хорошей коррозионной стойкостью, поэтому широко применяется в химическом машиностроении и теплотехнике. Медь- очень вязкий металл, трудно поддается обработке резанием, так как стружка налипает на режущий инструмент. Для изготовления деталей машин чистая медь почти не применяется из-за низкой механической прочности.
В зависимости от чистоты предусмотрено пять марок меди: МО, М1, М2, МЗ, М4. В наиболее чистой меди (марка, МО) общее количество примесей не превышает 0,1 и 0,05%. Наибольшее количество примесей (до 1%) содержит медь М4.
Медь МО (электролитическая) предназначается для изготовления проводников тока и сплавов высокой чистоты, МЗ – для проката и литейных медных сплавов (кроме бронзы), а медь М4 – для литейных бронз и паяния.
Значительная часть меди используется для изготовления сплавов на медной основе: латуни, бронзы, медно-никелевых сплавов. Эти сплавы прочнее чистой меди, их часто применяют в технике.
Латунь представляет собой сплав меди с цинком. Процентное содержание цинка в сплаве может колебаться в широких пределах и оказывает влияние как на механические свойства, так и на цвет латуни. С увеличением содержания цинка до 45% механические свойства латуни улучшаются, предел прочности возрастает до 32-65 кг/мм 2 , а относительное удлинение – до 65%. Температура плавления латуни составляет 800-1099° С. Чем больше в латуни цинка, тем ниже температура ее плавления.
В состав латуней, кроме меди и цинка, вводят алюминий, никель, железо, марганец, олово и кремний. Такие латуни называются специальными; эти добавки сообщают сплавам латуни повышенную прочность, твердость, антикоррозионную стойкость, улучшают литейные свойства.
Приняты следующие буквенные обозначения: Л-латунь, С – свинец, А – алюминий, Ж – железо, Н -никель, Мц – марганец, О – олово, К – кремний. Цифрами обозначается среднее процентное содержание меди; например в латуни Л96содержится 96% меди; в латуни ЛО62-1 содержится 62 % меди и примерно 1% олова, остальное цинк.
Свинцовистые латуни ЛС59-1, ЛС60-1, ЛС63-3, ЛС64-2, ЛС74-3 обладают высокими механическими свойствами, хорошо обрабатываются резанием и штампуются; ЛС62-1, ЛС70-1 обладают высокими антикоррозионными свойствами в морской воде, хорошо обрабатываются в горячем состоянии. Эти латуни находят широкое применение в судостроении.
Бронзы представляют собой сплавы меди с любым другим металлом – свинцом, алюминием, кремнием, оловом, марганцем, никелем, железом, кроме цинка.
Бронзы обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокой прочностью и твердостью, коррозионной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием; при небольшом содержании легирующих элементов бронзы обрабатываются давлением.
Маркировка бронз та же, что и для латуней: буквы Бр. – бронза, дальше начальные буквы названий тех основных элементов, которые входят в состав сплава, а цифры, стоящие за буквами, соответственно обозначают их процентное содержание в бронзе. Например, Бр.ОФ6 -4 обозначает марку оловянисто-фосфористой бронзы, содержащей 6-7% олова и около 4% фосфора. Фосфористая бронза применяется для изготовления вкладышей подшипников, червячных колес, а также деталей, находящихся в соприкосновении с морской водой.
Бронза Бр.ОЦС 6-6-3 применяется для изготовления машинной, водяной и паровой арматуры, а также гаек, втулок, поршней и т. д.
4.3. Магний и его сплавы
Магний представляет собой легкий металл серебристого цвета, плотность его 1,74 г/см 3 , температура плавления 650° С. При температуре, несколько превышающей температуру плавления, легко воспламеняется и горит ярко-белым пламенем.
В связи с малой прочностью и слабой стойкостью против коррозии магний в качестве конструкционного материала не применяется, в основном он используется для получения магниевых сплавов.
Магниевые сплавы являются весьма легкими конструкционными материалами, поэтому их широко применяют в авиационной и других отраслях промышленности.
По технологическому признаку магниевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.
Деформируемые магниевые сплавы МА1, МА2, МАЗ, МА5, МА8 применяют для изготовления полуфабрикатов – прутков, полос, труб, листов и т. д., а также штамповок и поковок.
Литейные магниевые сплавы нашли широкое применение для производства фасонного литья. Плотность этих сплавов составляет 1,75-1,83 г/см 3 , они хорошо обрабатываются резанием, но литейные свойства их ниже литейных свойств алюминиевых сплавов.
К недостаткам литейных магниевых сплавов следует отнести пониженную коррозионную стойкость во влажной среде, поэтому литейные,как и деформируемые магниевые сплавы, защищают оксидными пленками и лакокрасочными покрытиями. Марки литейных магниевых сплавов: МЛ1, МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6.
Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обознчающей соответствующий сплав, буквы, указывающей способ получения (А-для деформируемых, Л – для литейных) и цифры, обозначающей порядковый номер сплава.
4.4.Титановые сплавы
Температура плавления титана 1660° С, относительная плотность 4,5 г/см 3 . С углеродом титан образует очень твердые карбиды. Титан удовлетворительно куется, прокатывается и прессуется, обладает высокой стойкостью против коррозии в пресной и морской воде, также в некоторых кислотах.
Наибольшее значение имеют сплавы титана с хромом, алюминием, (в небольшом количестве) при малом содержании углерода (десятые доли процента). Например сплав ВТ2, содержащий 1-2% алюминия и 2-3% хрома, а также сплав ВТ5, содержащий 5% алюминия, имеют высокую прочность и пластичность, применяются для изготовления листового материала. Сплав ВТЗ, содержащий 5% алюминия, 3% хрома, имеет жаропрочность до 400° С. Многие сплавы титана подвергаются термической обработке, чем достигается еще большая прочность, соответствующая прочности высоколегированных сталей.
Наибольшее применение в технике имеют следующие цветные металлы: медь, латунь, бронза, алюминий и его сплавы, свинец, олово, цинк.
Медь. Медь представляет собой металл красновато-розового цвета. Температура плавления меди 1083°. Медь обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, пластичностью и стойкостью против атмосферной коррозии. По сравнению со сталью теплопроводность и электропроводность меди выше в шесть раз.
Высокая пластичность позволяет производить прокатку ее в холодном состоянии в тонкие листы. Прочность нагартованной меди достигает 40 кг!мм2, а отожженной и литой – 18-20 кг/мм2.
Обычно применяется медь марок МО, M1, М2, МЗ, (М4) (ГОСТ 859-41), отличающихся друг от друга содержанием примесей. Наиболее чистой от примесей является медь марки МО (количество примесей 0,05%) и марки M1 (примесей 0,1%). Чем меньше примесей, тем лучше медь поддается сварке.
При нагревании свыше 600° С прочность меди резко снижается, она становится хрупкой. В жидком состоянии медь легко поглощает газы и окисляется. Это ограничивает ее применение для литых изделий, а также затрудняет сварку. Высокая теплопроводность и жидко текучесть в расплавленном состоянии также затрудняют сварку меди.
С понижением температуры механические свойства меди не снижаются, что позволяет применять медь в конструкциях, работающих при низкой температуре. Благодаря высокой электропроводности медь широко применяется в электропромышленности, в химическом машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления баков, котлов, теплообменной аппаратуры и т. д.
Латунь. Латунь представляет собой сплав меди с цинком золотисто-желтого цвета. Содержание цинка в латуни 20-45%. Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880- “950° С. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается и прокатывается. Изготовляется и применяется она обычно в виде листов, прутков, трубок и проволоки. Широкое применение латуни обусловливается ее меньшей стоимостью по сравнению с медью.
По ГОСТ 1019-47 латуни разделяются в зависимости от их химического состава на ряд марок: томпак марок Л96 и Л90 (содержание меди 88-97%), полутомпак марок JI80 и Л85 (меди 79- 86%), латунь марок Л62, Л68 и Л70 (цифра обозначает среднее содержание меди). Кроме того, имеются алюминиевые латуни марки ЛА77-2 (меди 76-79%, алюминия в среднем до 2%), марганцовистые, железомарганцовистые и др. Такие латуни обладают повышенной прочностью и вязкостью.
Бронза. Сплавы меди с оловом, марганцем, алюминием, никелем, кремнием, бериллием и другими элементами называют бронзами. Наиболее известны оловянистые бронзы, содержащие олова от 3 до 7%. Оловянистая бронза обладает очень малой усадкой и хорошими литейными свойствами.
Бронзы применяются в промышленности, главным образом в качестве литейного материала для изготовления подшипников и деталей, работающих на трение, а также для различного рода арматуры котлов, аппаратов и т. д.
Температура плавления бронзы зависит от количества в ней примесей и в среднем составляет: для оловянистых бронз 900-950 ° С, для безоловянистых – 950- 1080° С. Бронзы хорошо свариваются.
По ГОСТ 5017-49 различают следующие марки: Бр. ОФ 6,5-0,15 (олова 6-7%, фосфора 0,1-0,25%), Бр. ОФ 4-0,25 (олова 3,5- 4%, фосфора 0,2-0,3%), Бр. ОЦС-4-4-2,5 (олова 3-5%, цинка 3-5%, свинца 1,5-3,5%).
Алюминий и его сплавы. Алюминий – очень легкий металл, светло-серого, почти белого цвета. Он почти в три раза легче стали. Его удельный вес 2,7 г/см3. Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность и хорошо сопротивляется окислению благодаря тонкой, но прочной пленке окислов, защищающей его поверхность. Температура плавления алюминия 658° С. Несмотря на низкую температуру плавления, алюминий требует для расплавления большого количества тепла благодаря своей высокой удельной теплоемкости. Механические свойства чистого алюминия невысоки.
Сплавы алюминия с медью (дюралюминий), с магнием (электрон), с кремнием (силумин) и другие обладают прочностью, близкой к прочности малоуглеродистой стали.
В чистом виде алюминий применяется в электротехнике и химическом машиностроении. Алюминиевые сплавы широко применяются в промышленности в качестве литейного материала, а также в виде листового и сортового металла. Алюминий и его сплавы хорошо свариваются.
Из большого количества алюминиевых сплавов в сварных конструкциях чаще всего применяют алюминиево-марганцевый сплав АМц (содержащий до 1,6% марганца), дюралюминий (марки Д1, Д6, Д16) и др.
Все алюминиевые сплавы могут быть разделены на литейные, из которых изготовляются литые детали, и деформируемые, которые используются для изготовления полуфабрикатов прокаткой, прессованием, ковкой, штамповкой (полосы, листы, трубы и другие профили).
Литейные сплавы обозначаются АЛ1-АЛ13 (ГОСТ 2685-44) и отличаются низкими механическими свойствами (предел прочности от 12 до 28 кг/мм2у относительное удлинение от 0,5 до 9%).
Деформируемые алюминиевые оплавы (ГОСТ 4784-49) делятся на две группы: неупрочняющиеся термической обработкой (сплавы марки АМц, АМг) « упрочняющиеся (Д6, Д16, В95).
Упрочняющиеся оплавы (Д6, Д16) после термической обработки имеют предел прочности 42-46 кг/мм2 и относительное удлинение 15-17%. Такие сплавы обозначаются Д6Т, Д16Т.
При сварке указанных упрочняющихся сплавов значительный нагрев металла в зоне, расположенной рядом со швом, приводит к понижению механических свойств (предел прочности понижается до 21-22 кг/мм2).
Магний и его сплавы. Чистый магний в машиностроении не применяется. Широко применяются сплавы магния с алюминием, марганцем, цинком. Магниевые сплавы относятся к легчайшим металлам. Их удельный вес равен 1,75-1,85 г/см3. Температура плавления 648-650° С. Магниевые сплавы удовлетворительно свариваются газовой сваркой. Они могут быть как литейные (марки МЛ1-7-МЛ6, ГОСТ 2855-45), так и деформируемые (марки МА1Ч-МА5).
Цинк – металл синевато-белого цвета. Температура плавления 419° С, температура кипения 906° С. Цинк легко окисляется, пары его весьма вредны для здоровья.
Свинец отличается большим удельным весом (11,3 г/см3), малой теплопроводностью (9% от теплопроводности меди), низкой температурой плавления (325° С), малой прочностью на разрыв (1,35 кг/мм2) и значительным относительным удлинением – 50 %.
При нагревании свинец легко окисляется, покрываясь пленкой окиси с температурой плавления 850° С.
Пары и пыль свинца очень ядовиты.
Свинец и его сплавы свариваются удовлетворительно.
Олово – мягкий и вязкий металл серебристо-белого цвета; температура плавления 232° С. Для него характерна хорошая стойкость против окисления на воздухе и слабая окисляемость в воде. Применяется для лужения посуды, изготовления припоев и различных медных сплавов.
Цветные металлы и их сплавы применяются широко в строительной промышленности, в частности для изготовления проката в виде профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечений.
Для получения строительных изделий высоких технических свойств все шире стали применять металлические сплавы цветных металлов. Цветные сплавы на основе меди и благородных металлов – золота и серебра – в своем прошлом находили довольно широкое применение в отделочной технике. Использование же их в технических целях ограничивалось стоимостью.
За последние годы в строительстве широко применяют новые металлические материалы – алюминиевые, титановые и магниевые сплавы, высокопрочные стали с пределом прочности до 3000 МПа. Применяемые в строительстве алюминиевые сплавы, приближаясь по прочности к основным маркам строительных сталей, имеют небольшую плотность (2,7; 2,9 т/м³) и высокую стойкость против коррозии.
Алюминиевые сплавы широко используют для изготовления проката в виде профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечений. Большое количество алюминиевых сплавов расходуется на изготовление заклепок, болтов. Изделия из алюминиевых сплавов отличаются простотой технологии изготовления, хорошим внешним видом, сейсмостойкостью, хладостойкостью, огнестойкостью, антимагнитностью и долговечностью, что позволяет им успешно конкурировать со сталью и другими строительными материалами.
Алюминий в «чистом» виде обладает многими высокими техническими свойствами: хорошей сопротивляемостью коррозионным воздействиям среды, высокой электропроводностью, пластичен, что позволяет легко изготовлять из него детали самого разнообразного и весьма сложного профиля. Недостатком алюминия является незначительная прочность – всего 70… 100 МПа, что не позволяет его использовать для несущих строительных конструкций. Однако алюминий резко повышает свои механические показатели при добавке к нему других металлов-меди,марганца, магния (табл. 1).
Таблица-1.Механические свойства алюминиевых сплавов, применяемых в строительных конструкциях
В настоящее время расширяется сфера применения алюминиевых конструкций и полуфабрикатов путем создания новых конструктивно-облицовочных материалов с разнообразными защитно-декоративными полимерными, лакокрасочными, эмалевыми и электротехническими покрытиями. Алюминиевые конструкции широко внедряются в гражданское, промышленное и сельскохозяйственное строительство.
В многоэтажных общественных, административных и промышленных зданиях с высотой этажа до 5 м и шагом колонн каркаса 6 м применяют стеновые панели П-1А размером 1880×162×4125 мм. Каркас панели состоит из двух рам, соединенных болтами через текстолитовые прокладки. Рама заполняется двумя слоями асбестоцементных листов с внутренним утепляющим слоем.
На одной стороне наклеен алюминиевый лист (пароизоляция). Наружную декоративную вставку изготовляют из шпунтовых профилей или штампованного листа. Остекление панели производят стеклопакетами. Панель П-1А имеет массу 400 кг.
Для устройства внутренних перегородок, отвечающих повышенным архитектурно-строительным требованиям, применяют предварительно напряженную панель ПП-1 алюминиевых сплавов с декоративным покрытием из павинола (рис. 1).
Рисунок-1. Предварительно напряженная панель ПП-1 из алюминиевых сплавов с декоративным покрытием из павинола для внутренних перегородок
В основу конструкции положено использование в качестве обшивок тонких алюминиевых листов толщиной 0,5…0,8 мм, жесткость и устойчивость которых обеспечиваются за счет предварительного натяжения. Панель включает продольно-поперечный каркас из прессованных швеллеров и уголков, соединеных аргонодуговой сваркой, к которому заклепками крепятся натянутые листы. Между листами располагают звукоизолирующий слой минеральной ваты.
Рисунок-2. Панель покрытия с предварительно напряженными обшивками из рулонных алюминиевых листов
На лицевую поверхность обшивки наносят декоративное покрытие из павинола или других пленочных материалов самых различных свойств, рисунка и текстуры. Панели производят размером 3500 × 750 × 62 мм, массой 35 кг. Для покрытий отапливаемых производственных общественных и гражданских зданий применяют панели покрытия с предварительно напряженными обшивками из рулонных алюминиевых листов.
Панель (рис. 2) состоит из двух ферм, соединенных между собой по верхнему и нижнему поясам поперечинами, по которым располагаются обшивки. Нижний напрягаемый лист включается в работу растянутого пояса и одновременно выполняет функции подвесного потолка, а верхняя обшивка работает совместно с верхним сжатым поясом, являясь одновременно гидроизолирующим слоем.
Предварительное натяжение обшивок позволяет резко увеличить жесткость панели, снизить расход алюминия и повысить надежность конструкции. Панель позволяет перекрывать пролеты до 30 м и более непосредственно «от стены до стены» здания без устройства несущих элементов шатра. Панели выпускают размером 30 000 × 3000 × 1750 мм, массой 2000 кг, расход алюминиевых сплавов на 1 м² панели составляет 12 кг.
Сплавы металлов
Сплавы на основе меди. В чистом виде медь практически не находит применения в строительстве, используют ее в виде латуни и бронзы. Латунь – это сплав меди с цинком (до 40%), а бронза – сплав меди с оловом или каким-либо другим металлом, кроме цинка. Наиболее распространены оловянистые бронзы, содержащие 10…20% олова; применяют также алюминиевые, марганцовистые, свинцовистые и другие виды бронз.
Латуни и бронзы обладают многими очень важными для техники свойствами – достаточно прочны (до 300…600 МПа), могут быть получены высокой твердости (НВ 200…250), обладают хорошими антифрикционными свойствами, благодаря чему они широко используются в подшипниках, имеют высокую коррозионную стойкость. Однако по экономическим причинам сплавы на основе меди в строительстве применяют лишь для изготовления санитарно-технической аппаратуры (кранов, вентилей), в отдельных случаях – для отделочных и декоративных целей. Основное же использование латунь и бронза находят в машино- и приборостроении.
Сплавы на основе олова и свинца с добавкой меди, сурьмы называют баббитами и широко применяют для подшипников. Баббиты сравнительно дороги, и по этой причине их стремятся заменять другими, более дешевыми антифрикционными материалами: серыми чугунами, сплавами на основе алюминия, металлокерамическими сплавами. Последние получают путем сплавления сильно спрессованных тонко измельченных минеральных порошков (графита, кремнезема) с порошком металла (медью, железом, висмутом, молибденом).
Цинк и свинец значительно шире применяют в строительстве. Цинк в основном используют для кровельных покрытий, карнизов и водосточных труб, свинец – для футеровки кислотостойких устройств химических аппаратов, для особых видов гидроизоляции, для зачеканки швов и стыков элементов строительных конструкций, например швов между тюбингами в туннелях метрополитена.
Магний, титан и их сплавы благодаря их низкой плотности и высоким механическим свойствам применяют в основном в самолетостроении и для специальных целей. Так, при плотности магниевых сплавов около 2000 кг/м³ (это самый легкий материал) твердость сплава достигает НВ 60…70, а прочность на разрыв – 250…300 МПа. Магниевые сплавы получают, добавляя к магнию алюминий, марганец, цинк. Титанистые сплавы обладают очень высокой жаростойкостью, твердостью до 350 и прочностью до 1500 МПа. Эти сплавы получают путем добавки к титану хрома, алюминия, ванадия.
Технико-экономическое обоснование применения металлических конструкций
В отличие от многих строительных материалов, применяемых исключительно в строительстве, металлы используют практически во всех отраслях народного хозяйства. Это выдвигает на первое место вопросы оценки экономической эффективности их первоочередного использования. С развитием сборного железобетона в СССР большая часть конструкций, выполнявшихся ранее из металла, изготовляется из железобетона. Это позволяет добиться экономии металла в строительстве.
Институтом экономики строительства Госстроя СССР с участием ЦНИИпромзданий, НИИЖБа и других выявлены области первоочередного применения стальных конструкций в зданиях и сооружениях в перспективе.
Для определения эффективности каркасов рассматривались здания размером: 144×144м с подвесными кран-балкамигрузоподъемностью 3 т, бесфонарные с сеткой колонн 12×18 м,высотой до низа ферм 7,2 м; 144×144 м с кранами 20 т, бесфонарные с сеткой колонн 12X24 м, высотой до низа ферм 12,6 м; 150× 144 м с кранами 50 т, бесфонарные, с сеткой колонн 12×30 м, высотой до низа ферм 16,2 м.
При сопоставлении учитывался комплекс конструкций, включающий колонны, фермы, подкрановые балки, фонари, связи, конструкции покрытий (без кровли), крановые рельсы и крепления. В результате анализа выявилось, что стоимость зданий со стальными каркасами и железобетонными плитами покрытий на 10… 12% ниже стоимости зданий с железобетонными каркасами. При этом сроки возведения стальных каркасов в 1,5…2 раза меньше, чем железобетонных, а расход стали выше, чем у железобетонных каркасов, на 30…40% (при применении в стальных каркасах стали марок СтЗ и 15ГС).
Масса конструкций в зданиях с железобетонными каркасами и плитами покрытий больше, чем при применении стальных каркасов и легких ограждающих конструкций. По сумме приведенных затрат стальные конструкции каркасов на 8… 10% эффективнее железобетонных.
Сборные железобетонные колонны в большинстве случаев экономичнее стальных как по расходу стали (в 2,5…5,5 раза), так и по стоимости и приведенным затратам (до 30%).
Однако в крупных зданиях с покрытиями по стальным фермам при шаге железобетонных колонн 12 м применение последних экономически менее эффективно, чем стальных, так как требует устройства дополнительных поперечных и продольных температурных швов, установки дополнительных колонн, ферм и связей. Расстояние между температурными швами при железобетонных колоннах не превышает 72…144 м, а при стальных колоннах здания размером до 240×240 м и могут быть без температурных швов.
Применение стальных ферм наиболее эффективно при шаге ферм 6м и пролете 24…36 м. При шаге ферм 12 м, пролете 18…30 м и нагрузке 4500…5500 Па железобетонные цельные фермы покрытий со скатной кровлей экономичнее стальных по приведенным затратам на 3…11%. Таким образом, степень экономической эффективности ферм всецело зависит от величины пролета и нагрузки.
Весьма целесообразно применение стальных подкрановых балок. При кранах грузоподъемностью 10…30т и пролетах 6… 12 м железобетонные подкрановые балки дороже стальных в 1,2…2,5 раза, а приведенные затраты выше в 1,3…2,8 раза. Стальные опоры и эстакады под трубопроводы в 1,3…2,2 раза дешевле железобетонных. Железобетонные резервуары емкостью 5…10 тыс. м3 целесообразно применять для мазута и агрессивной нефти, а стальные – для малоагрессивной нефти и бензина.
Напорные водоводы из стальных труб в настоящее время дешевле, чем железобетонные и чугунные. Стоимость сталежелезобетонных пролетных строений мостов с пролетами более 33 мм и на 20…30% ниже, чем сборных железобетонных.Применение сборных железобетонных опор линий электропередач напряжением 35…330 кВ вместо стальных позволяет в 1,5…2 раза снизить расход стали и на 15…20% приведенные затраты.
В различных конструкциях в зависимости от местных условий, фактора цен и т. д. эффективность взаимозаменяемых материалов проявляется по-разному.Расчеты показывают, что в тех случаях, когда строительство ведется в труднодоступных районах, стальные конструкции оказываются, как правило, эффективнее железобетонных. При наличии сред агрессивных и повышенной влажности во многих случаях более целесообразно использовать железобетон. Экономичность металлических конструкций определяется их конструктивной формой, индустриальностью, степенью совершенствования монтажа зданий и сооружений.
Отечественная и зарубежная практика строительства свидетельствует об экономической целесообразности более широкого использования легких алюминиевых сплавов в различных строительных конструкциях. Интересно, что около 1/5 всего вырабатываемого в мире алюминия сегодня используется для нужд строительства. За последние годы объем применения алюминия и его сплавов в строительстве значительно возрос.
Алюминиевые сплавы желательно использовать в ряде несущих и ограждающих конструкций, для заполнения оконных проемов и устройства витражей, при сооружении мостов, емкостей для хранения различных материалов и продуктов, для отражательной теплоизоляции. Эффективность применения алюминиевых сплавов в строительстве также зависит от района его использования.
Цветные металлы и сплавы на их основе применяют в специальных случаях, так как производятся они в значительно меньших количествах, чем черные, а стоимость их существенно выше. Их используют в основном, когда требуется высокая коррозионная стойкость, электро- и теплопроводность, повышенные декоративные качества, а для сплавов на основе алюминия – малый вес конструкций. В строительстве в основном применяют сплавы меди и алюминия; перспективны также сплавы на основе титана.
Медь и сплавы на ее основе. Чистая медь – мягкий (НВ 400 МПа) пластичный металл красноватого цвета, плотностью 8960 кг/м, отличающийся высокой теплопроводностью и электропроводностью. Прочность меди невысока: i?p = 180…240 МПа; температура плавления – 1080 С. У меди большой температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР= 17 * 10” КГ (т. е. в 1,7 раза выше, чем у железа). Медь – коррозионно-устойчивый металл: в сухом воздухе медь не окисляется, во влажном – покрывается коричневой оксидной пленкой, защищающей от дальнейшего окисления. При длительном (годы) нахождении меди во влажном воздухе на поверхности образуется устойчивый голубоватый слой основного карбоната меди, называемый патиной.
Медь и ее сплавы относят к числу металлов, известных с глубокой древности, так как встречались в природе в виде самородков, а также достаточно просто выплавлялись из медных руд.
Около 50% меди применяют в электротехнике. В строительстве медные листы толщиной 0,4…0,6 мм используют для устройства красивых и долговечных кровель, водосточных систем и водопроводных труб. Большая часть меди применяется в виде сплавов – латуней и бронз.
Латуни – сплавы меди с цинком (10…40%); хорошо поддаются, прокату, штамповке и вытягиванию. Прочность и твердость более высокая, чем у меди: Rp = 250…600МПа; НВ = 500…700. В строительстве латунь используют для декоративных элементов (поручни, накладки и т. п.) и для санитарно-технических устройств. В некоторых странах (например, Англии) латунные трубы, характеризующиеся высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, применяют в отопительных и водопроводных системах; такие системы отличаются очень высокой долговечностью.
Бронзы – сплавы меди с оловом (до 10%), алюминием, свинцом и др. Их прочность почти такая же, как у меди, твердость же существенно выше – НВ = 600… 1600. Бронзы обладают хорошими литейными свойствами и коррозионноустойчивы. Применяют для декоративных целей (арматура для дверей и окон и др.), в сантехнике и для специальных целей.
Алюминий и сплавы на его основе. Алюминий – легкий серебристый металл (плотность 2700 кг/м) с низкой прочностью (Rp – = 80… 100 МПа) и низкой твердостью (НВ 200); характеризуется высокой электро- и теплопроводностью [Я = 340 Вт/(м * К)]. У алюминия по сравнению со сталью в 2,5 раза более высокий коэффициент теплового расширения (ТКЛР = 24 * 10). Несмотря на химическую активность, алюминий стоек к атмосферной коррозии благодаря защитным свойствам оксидной пленки, образующейся на его поверхности.
Алюминий в промышленных масштабах начали производить лишь в XX в. из-за технологических трудностей производства. В настоящее время около 25 % производимого алюминия используется в строительстве. В чистом виде алюминий практически не применяют. Для повышения прочности, твердости и технологических свойств в него вводят легирующие добавки (Mn, Cu, Mg, Si, Fe идр.). Основные виды алюминиевых сплавов – литейные и деформируемые.
Литейные алюминиевые сплавы (силумины) – сплавы алюминия с кремнием, магнием и другими элементами – обладают высокими литейными качествами; повышенной по сравнению с алюминием прочностью (/?рдо200 МПа) и твердостью (НВ = 500…700) при достаточно высокой пластичности.
Деформируемые алюминиевые сплавы (дюралюмины) составляют около 80 % производства алюминиевых сплавов. Это большая группа разнообразных по составу сплавов с высокими механическими свойствами (Rp = 200…500 МПа) (табл. 7.4), но пониженной коррозионной стойкостью.
Дюралюмины легко перерабатываются прокаткой, штамповкой, прессованием и сваркой в листы, трубы и профили самой сложной формы. В строительстве эти сплавы широко применяют для изготовления оконных и дверных переплетов и коробок, в качестве кровельного материала, для наружной облицовки зданий, для трехслойных панелей с пенопластовым или минераловатным утеплителем, алюминиевой фольги строительного назначения и для легких сборно-разборных конструкций, используемых для каркасов павильонов различного назначения.
Основное достоинство алюминиевых сплавов – малый вес (плотность алюминия почти в три раза ниже плотности стали) при достаточно высокой прочности в сочетании с коррозионной стойкостью.
Отрицательными свойствами алюминиевых сплавов являются почти в три раза более низкий, чем у стали, модуль упругости (Е= 0,7 * 10 МПа), низкая твердость и высокий коэффициент температурного расширения.
Цинк – синевато-белый металл, плавится при сравнительно низкой температуре – 420 °С, а при 906 °С – кипит. В чистом виде цинк был получен в XVIII в. В настоящее время мировое производство цинка составляет около 7 млн т/год. Основная цель использования цинка – защита стали от коррозии.
В ряду активности металлов цинк стоит перед железом и его сплавами. Но при этом окисление цинка при температурах до 200 °С происходит замедленно, так как окислению препятствует образующаяся на его поверхности пленка гидрооксикарбоната. Эти два обстоятельства (активность цинка и его замедленная коррозия) используются для защиты стали от коррозии путем цинкования и получения из цинка и его сплавов коррозионно-устойчивых материалов и изделий.
Более половины производимого цинка применяют для цинкования. Наибольшее распространение получил метод горячего цинкования, предложенный в 1837 г. инженером Сорелем. Суть метода сводится к погружению стального изделия в расплав цинка. При этом на поверхности стали образуется слой сложных соединений цинка с железом толщиной 80… 100 мкм. Этот метод в основном используют для получения оцинкованных стальных листов. Применяют и другие методы цинкования: электролитический, распыление, окраска цин-косодержащими составами и др.
Цинк как самостоятельный материал в строительстве применяют в виде листового кровельного материала, известного под названием цинк-титан. Для устранения хрупкости к цинку в этом случае добавляют очень небольшое (менее 1%) количество меди и титана. Цинк-титановые кровли имеют благородный светло-серый цвет; возможно анодирование поверхности листов для получения асфальтового цвета. Долговечность таких кровель – не менее 100 лет.
При устройстве кровель из цинковых листов из-за высокого коэффициента термического расширения цинка необходимо предусматривать возможность подвижки элементов кровли друг относительно друга. Примером кровель из цинковых листов могут служить кровли Дворца спорта в Лужниках, гостиницы «Балчуг» и Исторического музея в Москве.
Титан (титановые сплавы) приобретают в последнее время все большую популярность; они сочетают в себе низкую плотность (4500 кг/м3); высокую прочность (Rp = 700… 1200 МПа) и твердость (НВ > 1000) и высокую коррозионную стойкость. Из-за очень высокой стоимости и дефицитности титан в строительстве применяют только для Уникальных сооружений (например, памятник космонавтам у станции метро «ВДНХ» в Москве).
Алюминий (ГОСТ 4784-74) – один из самых распространенных элементов в природе. Температура его плавления 650 °С. Он обладает малой плотностью (2,7-103 кг/м3), высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью в окислительных средах, стойкостью против перехода в хрупкое состояние при низких температурах. В производстве используется как в чистом виде (0,5- 2% примесей), так и в виде сплавов.
Сплавы алюминия с медью и некоторыми другими элементами образуют сплавы типа дюралюминов (маркируются буквой Д) и относятся к термически упрочняемым. Например, сплав Д16 содержит 3,8-4% Си, 1,2-1,8% Mg, 0,3-0,9% Мп, применяется в самолетостроении. Сплавы алюминия с кремнием называются силуминами. Например, сплав AJI2 содержит 10-13% Si, остальное – алюминий. Силумины обладают хорошими литейными свойствами и используются для отливки сложных деталей.
Несмотря на низкую температуру плавления, алюминий и его сплавы при нагреве перед резкой образуют на своей поверхности пленку тугоплавких окислов АЬОз с температурой плавления 2050°С. Кроме того, окисная пленка на поверхности алюминия изолирует металл от контакта с кислородом, а высокая теплопроводность препятствует нагреву металла перед резкой.
Итак алюминий и его сплавы не удовлетворяют основным условиям кислородной резки. Аналогично ведет себя магний и его сплавы. Для их резки необходим мощный концентрированный источник тепла. Попытки применить кислородно-флюсовую резку алюминия не привели к положительным результатам. При низкой температуре плавления длительный разогрев газовым пламенем приводил к широкому резу с оплавленными кромками. Наилучшие результаты по резке алюминия и его сплавов дает плазменная резка, при этом металл режется со скоростью во много раз превышающей кислородную резку стали аналогичных толщин.
Медь (ГОСТ 859-78) обладает высокими теплопроводностью (в 6 раз выше, чем у железа) и теплоемкостью, что создает большие трудности при нагреве ее газовым пламенем резака перед резкой. Температура плавления меди 1083°С, плотность 8,9-103 кг/м3.
В зависимости от химического состава имеются следующие марки меди – в скобках указана чистота в процентах, не менее: МООк (99,99), МОку (99,97), МОк (99,95), М1к (99,90), М1р (99,90), М1ф (99,90), М2р (99,70), МЗ (99,50), МЗр (99,50), М4 (99,0).
В машиностроении в чистом виде медь используется редко, главным образом в качестве трубопроводов, присадочного материала или токоведущих деталей машин. Широко применяются сплавы на основе меди такие, как бронза, латунь.
Бронза представляет собой сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем и цинком. В зависимости от содержания олова бронзы делятся на безоловянные литейные и оловянные, обрабатываемые давлением.
Благодаря высоким антифрикционным свойствам и устойчивости к коррозии бронза широко применяется при изготовлении деталей, работающих на трение, и в некоторых агрессивных средах.
Латунь – это сплав меди и цинка. Для получения различных механических и физических свойств в латуни вводят марганец, алюминий, железо, никель и другие элементы. Из латуни изготовляют коррозионно-стойкие детали, арматуру, подшипники, зубчатые колеса, червячные винты и др.
Обычная кислородная резка меди и ее сплавов невозможна из-за низкого тепловыделения в процессе ее окисления и высокой теплопроводности. Медь хорошо поддается плазменно-дуговой резке и хуже кислородно-флюсовой. Последний способ требует предварительного подогрева до температуры 400-900°С.
Титан (ГОСТ 19807-74) обладает комплексом уникальных свойств. Температура плавления его 1665 °С, т. е. выше, чем у железа и никеля, а плотность 4,5-103 кг/м3 – почти вдвое меньше.
Титан отличается высокой прочностью при высоких температурах, большей прочностью и коррозионной стойкостью, чем нержавеющие стали. По распространению в природе занимает одно из первых мест среди важнейших металлов. Пока он еще дорогой – в пять раз дороже нержавеющей стали.
С точки зрения разрезаемости титан полностью отвечает условиям кислородной резки, имея сравнительно низкую температуру воспламенения в кислороде (1100 °С) и большое тепловыделение при окислении. Титан режется с большой скоростью, в несколько раз превышающей скорость резки низкоуглеродистой стали.
