Цветные металлы: применение и особенности обработки

Сегодня цветные металлы очень много значат в производстве современной техники. Металл, с точки зрения химии — простое вещество, обладающее способностью проводить тепло и электричество. Его поверхность имеет характерный блеск.

Металлы классифицируют по разным критериям, тем не менее, среди них выделяют три основные группы:

• черные;
• цветные;
• благородные (драгоценные).

Цветные металлы — понятие, включающее металлы и сплавы (исключением является железо, относящееся к черным металлам). Они очень востребованы на территории России, поэтому их производством занимаются во многих регионах страны.

Прежде всего, детали из цветных металлов отличаются от других металлоизделий своей стоимостью. Ограниченные запасы и сложности добычи материала — вот основные аспекты, объясняющие различия в цене. К тому же, детали из цветных металлов характеризуются уникальными свойствами, причем, как физическими, так и химическими: мягкостью, пластичностью, энергопроводимостью. Данная группа включает в себя большое количество металлов, отличающихся друг от друга, в первую очередь по внешнему виду, а потом уже по своим характеристикам.

Отрасль металлургии, специализирующаяся на добыче, обогащении руд, выплавке цветных металлов, называется цветной металлургией.

В РФ имеется несколько баз цветной металлургии, различающихся между собой отличиями географии легких/тяжелых металлов. Легкими металлами занимается титано-магниевая и алюминиевая промышленности, а тяжелыми — оловянная, никель-кобальтовая, свинцово-цинковая и медная.

Основные металлы

Алюминий — металл, характеризующийся высокой электропроводностью, прекрасной пластичностью и, вместе с тем, низкими механическими свойствами. При этом различают первичный и вторичный алюминий

Медь — наиболее распространенный цветной металл, обладающий великолепной электро- и теплопроводностью, а также пластичностью. На основе данного материала создается множество сплавов, широко используемых в машиностроении. Это обусловлено свойством меди хорошо сплавляться с другими металлами.

Еще один основной цветной металл — цинк. При температуре окружающей среды он достаточно хрупкий, однако если его нагреть до 100-150 оС, он замечательно поддается обработке ковкой и прокатом. Цинк обладает антикоррозионными свойствами, но при воздействии щелочей и кислот начинает разрушаться. Его температура плавления — 419 оС.

Сфера применения

Популярность цветных металлов ежегодно возрастает. Этому способствует динамичное развитие ракетной/атомной техники, авиастроения, химической промышленности, где в качестве конструкционных материалов используется титан, цирконий, молибден, никель, гафний и прочее.

Область применения отдельных металлов довольно разнообразна:

• медь и сплавы на ее основе востребованы на предприятиях химического машиностроения. Из этих материалов выполняются трубопроводы, сосуды для криогенной техники;
• алюминий пользуется особым спросом в химической/пищевой промышленности (из него изготавливают всевозможные емкости). В авиа- и судостроительстве этот металл популярен благодаря высокой прочности при небольшой плотности, стойкостью к коррозии и отличных механических свойств при температурах ниже нуля.

Особенности

Детали из цветных металлов получают различными способами. Здесь может быть применена и механическая обработка, и сварка, и множество других технологий. Выбирая ту или иную методику, нужно принять во внимания отличительные особенности обрабатываемого материала.

Магний, медь и алюминий, характеризуются прекрасными показателями теплопроводности и теплоемкости, которые способствуют быстрому охлаждению участков сварки. Следовательно, чтобы сварить такой материал, потребуются мощные источники теплоты, а может и дополнительный подогрев детали. Более того, у этих металлов при нагреве резко ухудшаются механические свойства. От этого они легче разрушаются от ударов, а под действием собственного веса может даже провалиться сварочная ванна.

При нагреве больших объемов цветных сплавов они на химическом уровне начинают взаимодействовать практически со всеми газами (исключение составляют инертные), а также растворяют атмосферные газы.

В этом плане наиболее активными являются тугоплавакие металлы, такие как:

• цирконий и молибден;
• тантал и титан.

Средства защиты

Цветные металлы, как было отмечено ранее, прочны, долговечны и способны запросто переносить воздействие высоких температур. Они обладают лишь одним изъяном — под воздействием кислорода эти металлы корродируют.

Наиболее действенный способ, позволяющий уберечь цветной металл от атмосферной коррозии — нанесение специальных лакокрасочных покрытий. Для защиты металлической поверхности разработаны следующие средства:

• грунтовка;
• краска;
• «3 в 1».

Грунтовка является основным средством борьбы с окислением металла. Однослойное грунтование выполняется перед окрашиванием поверхности, улучшая адгезию к основанию.

Обработка металлов — процесс, сопряженный со множеством нюансов, поэтому качественно выполнить задачу такого характера под силу лишь опытным профессионалам, способным находить правильный выход из самых непредсказуемых ситуаций. Доверившись им, можно быть уверенным, что они выполнят все именно так, как того требует заказчик.

Перейти к списку статей >>

Цветные металлы: особенности и применение

• Главная

• Статьи

• Тяжелые цветные металлы

Термин «тяжелые металлы» появился в период индустриализации, когда в обиход вошло понятие «тяжелая промышленность». Данное название было придумано, опираясь на значение индустрии для развития народного хозяйства, однако в результате удачно отделило тяжелые металлы от легких.

Специалисты проводят грань между тяжелыми и легкими металлами, разделяя их по плотности. Интересно, что в иностранных источниках отсутствуют подобные наименования, которые могли бы обобщить две группы. Однако, в технике их значение все же признается первостепенным после железа.

Особенности цветных тяжелых металлов и их использование

С начала 19 века цветная металлургия получила широкое развитие. Металлы и сплавы получили роль заменителей железа в сферах производства, которые требовали особенностей, недостаточно выраженных у стали. С этого момента тяжелые металлы стали применяться практически во всех отраслях промышленности.

На сегодняшний день к наиболее распространенным тяжелым цветным металлам можно отнести:

• Медь.
• Никель.
• Свинец.
• Цинк.

Медь

Прежде всего, медь ценится за высокую теплопроводность и электропроводность – если говорить об этих показателях, то уступить она может только серебру. Еще одним достоинством является пластичность. Благодаря ей медь можно быстро обрабатывать, штамповать, перерабатывать.

После того, как в жизнь населения ворвался электротехнический прогресс, медь заняла место основного материала, применяемого для конструкции проводов, контактов, шин и многих других изделий, в которых требуется проводимость тока.

Теплопроводность меди позволяет применять ее в нагревателях и холодильниках, а химическая промышленность приспособила этот металл для изделий, охлаждающих растворы, варочных котлов и деталей лабораторных инструментов.

К недостаткам меди можно отнести неустойчивость к примесям. Даже при минимальном их количестве у материала значительно снижается электропроводность, стойкость к коррозии и другие свойства. Чтобы использовать этот металл с высокими показателями, в меди не должно содержаться более одного процента примесей.

Отсюда вытекает и второй недостаток – абсолютно чистая медь будет слишком мягкой для использования в машинных деталях, арматуре или строительных конструкциях. Благодаря сплавам с другими металлами медь достигает необходимой прочности.

Например, латунный сплав выходит намного дешевле чистой меди, а в результате получается прочнее и долговечнее. Он поддается обработке, обладает высокой устойчивостью к коррозии. Если добавить к этому марганец или железо, то латунь получит еще более высокую прочность. Латунь применяется в военной технике, строительстве судов, химической промышленности.

Стоит упомянуть и бронзу. Из-за дефицита олова, этот сплав научились изготавливать, смешивая медь с другими металлами. В результате, сегодня можно встретить несколько разновидностей этих сплавов:

• Оловянные бронзы.
• Алюминиевые бронзы.
• Свинцовистые бронзы.
• Кремниевые бронзы.
• Бериллиевые бронзы.

Помимо этого, существуют сплавы меди с никелем и цинком – мельхиор и нейзильбер, которые чаще всего применяются в агрессивной среде, взаимодействующей с химическими соединениями. Из сплавов делают медицинские инструменты, столовые приборы и другие изделия.

До середины 20 века медь считалась первой среди известных цветных металлов по масштабам производства, но сегодня она уступает это место алюминию. В некоторых областях он удачно заменил медь, несмотря на более низкую электропроводность. Зато он является более легким и доступным. В других случаях медь заменяется цинковыми сплавами, латунью.

Никель

Как и медь, никель является важным металлом для промышленности и производства. По сравнению с другими металлами, никель самый прочный и твердый, а также обладает высокой стойкостью к коррозии. В чистом виде никель легко поддается любой обработке.

К недостаткам никеля можно отнести его высокую стоимостью, поэтому чистый металл редко используется. Чтобы защитить материал, его покрывают железом, магнием и другими металлами. Зачастую никель используется для производства изделий, используемых в химической промышленности.

Наиболее востребован никель для создания железоникелевых аккумуляторов, которые отличаются легкостью и надежностью, превосходя по всем показателям изделия из свинца.

На сегодняшний день никель больше всего используется в сплавах с железом, так как в этом случае проявляются лучшие качества материала для постройки станков, машин, военной техники. Кроме того, сплавы никеля устойчивы к жару, благодаря способности не окисляться, и используются при создании турбинных двигателей и реакторов.

Никель был открыт еще в середине 18 века, однако только спустя столетие металл начали активно производить для продажи. Основные свойства никеля (жаростойкость, прочность, устойчивость к коррозии) были открыты только в 20 веке. С этого момента спрос на материал вырос в несколько раз.

Сегодня мировое сообщество старается учитывать расход никеля, применяя меры по экономии металла. Для этого его могут заменять хромом и покрывать сталью, чтобы уменьшить потребление.

Свинец

Свинец является одним из старейших известных материалов, он был открыт еще до нашей эры. Высокий спрос на металл объяснялся его высокой плотностью и хорошими показателями для обработки. Свинец входил в состав древних украшений, из него отливали монеты и создавали снаряды. После открытия пороха, свинец стал особенно востребован — из него создавали пули.

В 19 веке свинец стал главным материалом для развития химической промышленности, так как ученые открыли его стойкость к кислотам и реагентам. Кроме того, свинец может защитить изделия от коррозии. Сегодня из свинца делают обмотку кабелей, используемых во влажной среде.

Особенно важны по своим свойствам аккумуляторы из свинца. Они значительно дешевле никелевых, однако обладают похожими характеристиками. Больше половины мировых запасов свинца уходит на создание кабелей, аккумуляторов и других технических устройств. Сплавы свинца ценятся, благодаря их прочности и твердости. Они могут содержать олово, медь, кадмий или натрий и кальций.

На сегодняшний день спрос на свинец значительно превышает его производство, поэтому специалисты напоминают о необходимости экономить металл. Оболочки из свинца заменяются пластиком, а покрытия синтетикой. Часто на замену приходит цинк.

Цинк

Специалисты не могут точно сказать, когда именно началось производство цинка. Некоторые считают, что металл был открыт в пятом веке индийскими и китайскими учеными, однако широкое производство в промышленных масштабах развернулось только в 18 веке специалистами из Англии.

Сегодня больше половины добываемого цинка уходит, чтобы покрывать железо – это предупреждает появление коррозии на материале. Благодаря этому цинк расходуется достаточно экономно, а также предохраняет изделия от влаги и жара. Покрытие цинком стоит намного дешевле, чем использование в этих же целях олова.

Вторым способом использования цинка является добавление его в сплавы. Цинк может заменить бронзу, а при добавлении алюминия и магния становится прочным и твердым. Главным достоинством цинка является его низкая стоимость и доступность – месторождения очень распространены.

Особенности сдачи тяжелых металлов

В любом городе России цветмет можно сдавать в специальные пункты. Каждый пункт функционирует на основе правил приема, которые не слишком отличаются друг от друга. К главным особенностям можно отнести следующие нюансы:

1. Принимаются только сгруппированные металлы, по одной партии.
2. Классификация тяжелого металла проводится по его внешним признакам, специалист также осматривает маркировку и, при необходимости, проводит химический анализ.
3. Сдача осуществляется по массе нетто.
4. Любой металл в крупных партиях принимается только на основе документов, подтверждающих, что он находится в собственности.
5. Металл не должен входит в список запрещенных законами РФ материалов.

Преимущества цветных металлов | Металлообработка

Дата публикации: 22 июля 2021 г. | Категория: Материалы, Металлообработка | теги: металлы, металлообработка, цветные металлы

Цветные металлы используются в бесчисленных производственных приложениях. Вы можете найти их в фюзеляжах самолетов, а также в автомобильных двигателях, крепежных элементах, комплектах проводки, крышах зданий, трубах и многом другом. В отличие от черных металлов, цветные металлы содержат любое значимое количество железа. Они характеризуются наличием небольшого количества железа или его отсутствием. И без значительного количества железа цветные металлы предлагают несколько преимуществ.

Нержавеющий

Цветные металлы устойчивы к коррозии. Они все еще могут подвергаться коррозии, но они не могут ржаветь. Ржавление возникает в результате контакта железа с кислородом. Когда железо подвергается воздействию кислорода, оно превращается в новое соединение, известное как оксид ржавчины, которое просто является ржавчиной. Однако ржавчина характерна исключительно для железа. Ржаветь может только железо, а также его сплавы. Так как цветные металлы практически не содержат железа, они защищены от этого явления.

Нержавеющие свойства цветных металлов делают их привлекательным выбором для влажной среды. Влажность – это водяной пар. В то время как пары влаги могут вызывать ржавчину черных металлов, они не оказывают такого же воздействия на цветные металлы. Цветные металлы могут выдерживать влажность, потому что они не содержат значительного количества железа и, следовательно, не могут ржаветь.

Проводимость

Еще одним преимуществом цветных металлов является проводимость. Как правило, они обладают большей проводимостью, чем черные металлы. Медь, например, является цветным металлом, который используется в электропроводке. Из всех металлов на планете, включая черные и цветные металлы, медь обладает наибольшей электропроводностью. Электропроводность — это мера того, насколько легко электричество может проходить через материал. Цветные металлы, такие как медь, обладают высокой проводимостью, что делает их идеальными для электропроводки и других электрических применений.

Легкий

В дополнение к более высокой проводимости цветные металлы обычно весят меньше, чем их черные аналоги. Все черные металлы содержат железо. Наличие железа отличает черные металлы от цветных металлов. Поскольку железо является относительно тяжелым металлом, черные металлы относительно тяжелые. Цветные металлы не содержат значительного количества железа, поэтому они обычно весят меньше, чем черные металлы. Алюминий, например, легкий. По сравнению с железом, сталью и другими черными металлами алюминий весит меньше.

Пригодны для вторичной переработки

Цветные металлы подлежат вторичной переработке. Они могут быть переработаны путем плавки. При плавке цветные металлы превратятся в жидкость. После того, как жидкость остынет, ее повторно используют для других целей. Большинство цветных металлов полностью пригодны для вторичной переработки. При этом многие черные металлы также подлежат вторичной переработке. Однако для железных сплавов переработка может быть немного сложнее.

Теги: металлы, металлообработка, цветные металлы

5 Применение цветных металлов и для чего они используются

Хотя применение цветных металлов предшествовало Средневековью, только благодаря достижениям в производстве механически обработанных компонентов во время промышленной революции и последующему влиянию транспортной революции резко возрос спрос на их использование. Развитие авиационной промышленности, коммерциализация автомобилей и массовое производство товаров длительного пользования и товаров для отдыха подстегнули спрос.

Сегодня реальное применение цветных металлов обеспечивает технологические преимущества и незаменимую экономию средств. Вот 5 примеров, когда использование цветных металлов оказало большое влияние на отрасль: алюминиевые рамы самолетов, магниевые трансмиссии, титановые клюшки для гольфа, электрооборудование из цинка и бронзовые шестерни.

Алюминий для изготовления корпусов самолетов

Из всех областей применения алюминия ни одна отрасль не получила большей выгоды, чем авиационная. Алюминиевые детали использовались в конструкции самолетов с тех пор, как братья Райт использовали алюминиевый картер для WrightFlyer.

Легкий, прочный, прочный и чрезвычайно гибкий алюминий зарекомендовал себя как лучший материал для изготовления самолетов тяжелее воздуха. По весу 80 процентов всех самолетов сейчас состоят из алюминиевых деталей. Фюзеляж, крылья и руль направления, двери и полы, каркасы сидений, топливные форсунки, гидравлические системы, шаровые опоры, турбины двигателей — изготовлены из алюминия. Другими словами, он присутствует во всем самолете и его раме.

Развитие авиационной техники напрямую связано с разработкой и производством алюминиевых сплавов. Технология литья алюминия предлагает производителям более низкие затраты, но также позволяет инженерам внедрять инновационные конструкции и концепции.

Годы надежных положительных данных об усталости и нагрузке подтверждают большое преимущество алюминия в рамах самолетов. Именно поэтому он является основой промышленности и предпочтительным металлом для коммерческих авиакомпаний и военных самолетов.

Трансмиссии из магния

Преимущества использования деталей трансмиссии из магния в производстве автомобилей, грузовиков и других транспортных средств неудивительны. Литые детали из магния являются предпочтительным выбором для промышленности, потому что этот металл на 75 % легче стали, на 33 % легче алюминия, имеет высокое отношение прочности к весу, высокую ударопрочность, превосходную стабильность размеров и может быть отлит практически в любой форме.

Из всех наиболее популярных металлических сплавов магний имеет самую низкую плотность, что делает его привлекательным для изготовления деталей трансмиссии. Это не только уменьшает общую массу автомобиля, но и его распределение веса и балансировку. Занижение передней части улучшает динамику автомобиля.

Применение литейных сплавов магния также совместимо с коммерческими жидкостями для автоматических трансмиссий. В лабораторных исследованиях воздействие высокой температуры, наличие конденсата или воды, а также гальваническая связь со сталью не вызывали значительной коррозии магния ни в одном из условий испытаний.

В целом литые детали из магния представляют собой легкий компонент и интеграцию функций, которые доказали свою надежность и высокую эффективность.

Титан для клюшек для гольфа

Титановая руда была впервые обнаружена на пляже Корнуолла в 1791 году. Преподобный Уильям Грегор, английский пастор, минералог и химик, сделавший это открытие, понятия не имел, что 200 лет спустя она изменит игру в гольф, создав лучшие клюшки для гольфа, когда-либо созданные.

Использование титана и титановых сплавов в производстве инвентаря для гольфа впервые было введено в игру в 1970-х годах, но потребовалось еще двадцать лет, чтобы усовершенствовать дизайн, прежде чем клюшка стала широко использоваться в 1990-е.

Дизайнеры Club поняли, что титан — удивительно прочный, но легкий металл. Он на 45% легче стали. Легкий материал из титана позволил увеличить зону наилучшего восприятия на головке клюшки, что привело к более быстрому замаху, что оптимизировало запуск, полет и траекторию мяча. Расстояние увеличилось в среднем на 20 процентов. Титан также является самым прочным и долговечным металлом, невосприимчивым к элементам и любым погодным условиям.

Внедрение титана в производство клюшек для гольфа, с его преимуществом в прочности и долговечности, в сочетании с увеличением расстояния игры, произвело эффективную революцию в этом виде спорта.

Цинк в электрооборудовании

Непрекращающаяся коррозия и утечка химикатов на клеммах проводов в промышленных условиях повышают риск нарушения электрической надежности. На самом деле, отраслевые отчеты показывают, что до 60 процентов простоев электроэнергии вызваны неисправными соединениями.

Цинковое литье и гальваническое покрытие при производстве электрических компонентов и деталей зарекомендовали себя как наиболее эффективное применение в борьбе с воздействием коррозии и химикатов в суровых промышленных условиях. Цинк — это твердый металл, стабильный по размерам и самосмазывающийся, а его свойства делают его идеальной электропроводностью и теплопроводностью.

Цинк, один из самых прочных и жестких металлов для литья деталей, создает прочный барьер для защиты металлических поверхностей. Это широко распространенное недорогое сырье, и, поскольку его литье происходит при умеренной температуре, оно является энергоэффективным. Сегодня он широко используется в производстве электротехнического оборудования.

Бронзовые шестерни

Бронзовые шестерни являются неотъемлемой частью различных систем зубчатых передач. Шестерни, отлитые из бронзы, используются в системах силовой передачи, винтовых домкратах, шасси и насосах, среди других систем зубчатого привода, и используются в различных отраслях промышленности, от автомобильной и авиационной до станкостроения, судостроения и нефтедобычи.