OBOJNI METALI

Željezni materijali se intenzivno koriste u mašinskoj industriji zbog svoje superiornosti, niza mehaničkih svojstava i nižih troškova. Ipak, obojeni materijali se također koriste u različitim primjenama zbog svojih specifičnih svojstava u odnosu na legure željeza, usprkos njihovoj generalno visokoj cijeni. Željena mehanička svojstva mogu se dobiti u ovim legurama kaljenjem radom, starenjem, itd., Ali ne uobičajenim postupcima toplotne obrade koji se koriste za legure željeza. Neki od glavnih obojenih materijala od interesa su aluminijum, bakar, cink i magnezijum

1. Aluminijum

Od svih obojenih legura aluminij i njegove legure su najvažniji zbog svojih izvrsnih svojstava. Neke od svojstava čistog aluminijuma za koje se koristi u inženjerskoj industriji su:

1) Izvrsna toplotna provodljivost (0,53 cal / cm / C)
2) Izvrsna električna provodljivost (376 600 / ohm / cm)
3) Niska gustina mase (2,7 g / cm)
4) Niska tačka topljenja (658C)
5) Izvrsna otpornost na koroziju
6) Nije toksičan.
7) Ima jednu od najvećih refleksivnosti (85 do 95%) i vrlo malu emisivnost (4 do 5%)
8) Vrlo je mekan i žilav, što rezultira vrlo dobrim proizvodnim svojstvima.

Neke od primjena gdje se čisti aluminij obično koristi su u električnim vodičima, materijalima za radijatore, klima uređajima, optičkim i svjetlosnim reflektorima te u foliji i materijalima za pakiranje. 

Uprkos gore navedenim korisnim primjenama, čisti aluminij se ne koristi široko zbog sljedećih problema:

1) Ima malu vlačnu čvrstoću (65 MPa) i tvrdoću (20 BHN)
2. Vrlo je teško zavariti ili zalemiti.

Mehanička svojstva aluminija mogu se znatno poboljšati legiranjem. Glavni legirajući elementi koji se koriste su bakar, mangan, silicijum, nikal i cink.

Aluminijum i bakar čine hemijsko jedinjenje CuAl2. Iznad temperature od 548 C potpuno se rastvara u tečnom aluminijumu. Kada se to prekine i umjetno odleži (produženo držanje na 100 - 150 ° C), dobiva se očvrsla legura. CuAl2, koji nije ostario, nema vremena da se istaloži iz čvrste otopine aluminijuma i bakra i zbog toga je u nestabilnom položaju (super zasićen na sobnoj temperaturi). Proces starenja taloži vrlo fine čestice CuAl2, što uzrokuje jačanje legure. Taj se proces naziva očvršćavanje otopinom.

Ostali legirajući elementi koji se koriste su do 7% magnezijuma, do 1,5% mangana, do 13% silicija, do 2% nikla, do 5% cinka i do 1,5% gvožđa. Pored toga, titan, hrom i kolumbij se takođe mogu dodati u malim procentima. Sastav nekih tipičnih legura aluminijuma koji se koriste u trajnom kalupu i lijevanju tla dat je u Tabeli 2. 10 sa njihovim primjenama. Mehanička svojstva koja se očekuju od ovih materijala nakon lijevanja pomoću trajnih kalupa ili tlačnog lijevanja prikazana su u tablici 2.1

2. Bakar

Slično aluminijumu, čisti bakar takođe pronalazi široku primenu zbog svojih sledećih svojstava

1) Provodljivost čistog bakra je visoka (5,8 x 105 / ohm / cm) u svom najčišćem obliku. Svaka mala nečistoća drastično smanjuje provodljivost. Na primjer, 0,1% fosfora smanjuje provodljivost za 40%.

2) Ima vrlo visoku toplotnu provodljivost (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 električne žice, sabirnica, prenosnih kablova, cijevi hladnjaka i cjevovoda.

Mehanička svojstva bakra u najčišćem stanju nisu baš dobra. Mekan je i relativno slab. Može se legirati profitabilno radi poboljšanja mehaničkih svojstava. Glavni elementi koji se koriste za legiranje su cink, kalaj, olovo i fosfor.

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

Legure bakra sa kositrom nazivaju se bronza. Tvrdoća i čvrstoća bronze povećavaju se s povećanjem sadržaja kalaja. Duktilnost se takođe smanjuje porastom procenta kalaja iznad 5. Kada se doda i aluminijum (4 do 11%), rezultirajuća legura naziva se aluminijumskom bronzom, koja ima znatno veću otpornost na koroziju. Bronze su relativno skupe u odnosu na mesinge zbog prisustva kalaja koji je skup metal.

3. Ostali obojeni metali

Cink

Cink se uglavnom koristi u inženjerstvu zbog niske temperature topljenja (419,4 C) i veće otpornosti na koroziju, koja se povećava s čistoćom cinka. Otpornost na koroziju nastaje stvaranjem zaštitne oksidne prevlake na površini. Glavne primjene cinka su u pocinčavanju radi zaštite čelika od korozije, u tiskarskoj industriji i za lijevanje tla.

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

Njegova široka upotreba u odljevcima je zato što zahtjeva niži pritisak, što rezultira većim životnim vijekom kalupa u odnosu na druge legure za lijevanje. Dalje, ima vrlo dobru obradivost. Završna obrada dobivena prešanjem cinka često je dovoljna da opravda bilo kakvu dalju obradu, osim uklanjanja bljeska prisutnog u ravni razdvajanja.

Magnezijum

Zbog svoje male težine i dobre mehaničke čvrstoće, legure magnezijuma koriste se u vrlo velikim brzinama. Za istu krutost, legure magnezijuma zahtijevaju samo 37,2% težine čelika C25 čime se štedi na težini. Dva glavna elementa za legiranje su aluminij i cink. Magnezijumove legure mogu biti lijevane u pijesak, trajno lijevane u kalupe ili tlačno lijevane. Svojstva komponenata od legure magnezijuma izlivene u pijesak usporediva su sa svojstvima komponenata za trajni liveni ili liveni dio. Legure za livenje pod tlakom uglavnom imaju visok sadržaj bakra, tako da omogućuju izradu od sekundarnih metala kako bi se smanjili troškovi. Koriste se za izradu automobilskih točkova, kućišta radilica itd. Što je veći sadržaj, to je veća mehanička čvrstoća legura izrađenih od magnezijuma, kao što su valjani i kovani dijelovi. Legure magnezijuma mogu se lako zavariti većinom tradicionalnih postupaka zavarivanja. Vrlo korisno svojstvo magnezijumovih legura je njihova velika obradivost. Za obradu im je potrebno samo oko 15% snage u poređenju sa nisko-ugljeničnim čelikom.