Τα σιδηρούχα υλικά χρησιμοποιούνται εκτενώς στον κλάδο της μηχανικής λόγω της ανωτερότητάς τους, του εύρους των μηχανικών ιδιοτήτων και του χαμηλότερου κόστους. Ακόμα, μη σιδηρούχα υλικά χρησιμοποιούνται επίσης σε διάφορες εφαρμογές για τις συγκεκριμένες ιδιότητές τους σε σύγκριση με τα σιδηρούχα κράματα παρά το γενικά υψηλό κόστος τους. Οι επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες μπορούν να ληφθούν σε αυτά τα κράματα με σκλήρυνση εργασίας, σκλήρυνση ηλικίας κ.λπ. Μερικά από τα κύρια μη σιδηρούχα υλικά που ενδιαφέρουν είναι αλουμίνιο, χαλκός, ψευδάργυρος και μαγνήσιο
1. Αλουμίνιο
Από όλα τα μη σιδηρούχα κράματα, το αλουμίνιο και τα κράματά του είναι τα πιο σημαντικά λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους. Μερικές από τις ιδιότητες του καθαρού αλουμινίου για τις οποίες χρησιμοποιείται στη βιομηχανία μηχανικών είναι:
1) Εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα (0,53 cal / cm / C)
2) Εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα (376 600 / ohm / cm)
3) Χαμηλή πυκνότητα μάζας (2,7 g / cm)
4) Χαμηλό σημείο τήξης (658C)
5) Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση
6) Είναι μη τοξικό.
7) Έχει μια από τις υψηλότερες ανακλαστικότητες (85 έως 95%) και πολύ χαμηλή εκπομπή (4 έως 5%)
8) Είναι πολύ μαλακό και όλκιμο, με αποτέλεσμα να έχει πολύ καλές κατασκευαστικές ιδιότητες.
Ορισμένες από τις εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιείται γενικά καθαρό αλουμίνιο είναι σε ηλεκτρικούς αγωγούς, υλικά πτερυγίων καλοριφέρ, μονάδες κλιματισμού, οπτικούς και φωτιστικούς ανακλαστήρες, καθώς και υλικά αλουμινίου και συσκευασίας.
Παρά τις παραπάνω χρήσιμες εφαρμογές, το καθαρό αλουμίνιο δεν χρησιμοποιείται ευρέως λόγω των ακόλουθων προβλημάτων:
1) Έχει χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό (65 MPa) και σκληρότητα (20 BHN)
2. Είναι πολύ δύσκολο να συγκολληθεί ή να κολληθεί.
Οι μηχανικές ιδιότητες του αλουμινίου μπορούν ουσιαστικά να βελτιωθούν με κράμα. Τα κύρια στοιχεία κράματος που χρησιμοποιούνται είναι ο χαλκός, το μαγγάνιο, το πυρίτιο, το νικέλιο και ο ψευδάργυρος.
Το αλουμίνιο και ο χαλκός σχηματίζουν τη χημική ένωση CuAl2. Πάνω από θερμοκρασία 548 C διαλύεται πλήρως σε υγρό αλουμίνιο. Όταν αυτό σβήσει και τεχνητά παλαιωθεί (παρατεταμένη συγκράτηση στους 100 - 150C), λαμβάνεται ένα σκληρυμένο κράμα. Το CuAl2, το οποίο δεν έχει ωριμάσει, δεν έχει χρόνο να καθιζάνει από το στερεό διάλυμα αλουμινίου και χαλκού και έτσι είναι σε ασταθή θέση (υπερκορεσμένο σε θερμοκρασία δωματίου). Η διαδικασία γήρανσης καταβυθίζει πολύ λεπτά σωματίδια του CuAl2, που προκαλεί την ενίσχυση του κράματος. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται λύση σκλήρυνσης.
Τα άλλα στοιχεία κράματος που χρησιμοποιούνται είναι έως 7% μαγνήσιο, έως 1. 5% μαγγάνιο, έως 13% πυρίτιο, έως 2% νικέλιο, έως 5% ψευδάργυρο και έως 1,5% σίδηρο. Εκτός από αυτά, το τιτάνιο, το χρώμιο και το κολούμπιο μπορούν επίσης να προστεθούν σε μικρά ποσοστά. Η σύνθεση ορισμένων τυπικών κραμάτων αλουμινίου που χρησιμοποιούνται για μόνιμη χύτευση και χύτευση με καλούπι δίδεται στον Πίνακα 2. 10 με τις εφαρμογές τους. Οι μηχανικές ιδιότητες που αναμένονται από αυτά τα υλικά μετά από χύτευση χρησιμοποιώντας μόνιμα καλούπια ή χύτευση πίεσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.1
2. Χαλκός
Παρόμοια με το αλουμίνιο, ο καθαρός χαλκός βρίσκει ευρεία εφαρμογή λόγω των ακόλουθων ιδιοτήτων του
1) Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του καθαρού χαλκού είναι υψηλή (5,8 x 105 / ohm / cm) στην καθαρότερη μορφή του. Οποιαδήποτε μικρή ακαθαρσία μειώνει δραστικά την αγωγιμότητα. Για παράδειγμα, 0,1% φωσφόρος μειώνει την αγωγιμότητα κατά 40%.
2) Έχει πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα (0,92 cal / cm / C)
3) Είναι ένα βαρύ μέταλλο (ειδικό βάρος 8,93)
4) Μπορεί εύκολα να ενωθεί με χαλκοσυγκόλληση
5) Αντέχει στη διάβρωση,
6) Έχει ένα ευχάριστο χρώμα.
Ο καθαρός χαλκός χρησιμοποιείται στην κατασκευή ηλεκτρικών καλωδίων, ράβδων διαύλου, καλωδίων μετάδοσης, σωλήνων ψυγείου και σωληνώσεων.
Οι μηχανικές ιδιότητες του χαλκού στην καθαρότερη κατάσταση δεν είναι πολύ καλές. Είναι μαλακό και σχετικά αδύναμο. Μπορεί να γίνει κράμα κερδοφόρα για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων. Τα κύρια στοιχεία κράματος που χρησιμοποιούνται είναι ψευδάργυρος, κασσίτερος, μόλυβδος και φωσφόρος.
Τα κράματα χαλκού και ψευδαργύρου ονομάζονται ορείχαλκος. Με περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο έως 39%, ο χαλκός σχηματίζει μια μονοφασική (α-φάση) δομή. Τέτοια κράματα έχουν υψηλή ολκιμότητα. Το χρώμα του κράματος παραμένει κόκκινο έως περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο 20%, αλλά πέρα από αυτό γίνεται κίτρινο. Ένα δεύτερο δομικό συστατικό που ονομάζεται β-φάση εμφανίζεται μεταξύ 39 έως 46% του ψευδαργύρου. Στην πραγματικότητα, η διαμεταλλική ένωση CuZn είναι υπεύθυνη για την αυξημένη σκληρότητα. Η αντοχή του ορείχαλκου αυξάνεται περαιτέρω όταν προστίθενται μικρές ποσότητες μαγγανίου και νικελίου.
Τα κράματα χαλκού με κασσίτερο ονομάζονται χάλκινα. Η σκληρότητα και η αντοχή του χαλκού αυξάνονται με πτυχές στην περιεκτικότητα σε κασσίτερο. Η ολκιμότητα μειώνεται επίσης με την αύξηση του ποσοστού κασσιτέρου πάνω από 5. Όταν προστίθεται επίσης αλουμίνιο (4 έως 11%), το προκύπτον κράμα ονομάζεται χάλκινο αλουμίνιο, το οποίο έχει σημαντικά υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση. Τα χάλκινα είναι συγκριτικά δαπανηρά σε σύγκριση με τους ορείχαλκους λόγω της παρουσίας κασσίτερου που είναι ακριβό μέταλλο.
3. Άλλα μη σιδηρούχα μέταλλα
Ψευδάργυρος
Ο ψευδάργυρος χρησιμοποιείται κυρίως στη μηχανική λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας τήξεως (419,4 C) και της υψηλότερης αντίστασης στη διάβρωση, η οποία αυξάνεται με την καθαρότητα του ψευδαργύρου. Η αντίσταση στη διάβρωση προκαλείται από το σχηματισμό προστατευτικής επικάλυψης οξειδίου στην επιφάνεια. Οι κύριες εφαρμογές ψευδάργυρου είναι στο γαλβανισμό για την προστασία του χάλυβα από τη διάβρωση, στη βιομηχανία εκτύπωσης και στη χύτευση.
Τα μειονεκτήματα του ψευδαργύρου είναι η ισχυρή ανισοτροπία που παρουσιάζεται υπό παραμορφωμένες συνθήκες, η έλλειψη διαστατικής σταθερότητας υπό συνθήκες γήρανσης, η μείωση της αντοχής σε κρούση σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και η ευαισθησία σε διακοκκώδη διάβρωση. Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σέρβις πάνω από θερμοκρασία 95.C επειδή θα προκαλέσει σημαντική μείωση της αντοχής και της σκληρότητας.
Η ευρεία χρήση του σε χυτές μήτρες οφείλεται στο ότι απαιτεί χαμηλότερη πίεση, με αποτέλεσμα υψηλότερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με άλλα κράματα χύτευσης. Επιπλέον, έχει πολύ καλή δυνατότητα επεξεργασίας. Το φινίρισμα που επιτυγχάνεται με τη διάγνωση ψευδαργύρου είναι συχνά επαρκές για να δικαιολογηθεί οποιαδήποτε περαιτέρω επεξεργασία, εκτός από την αφαίρεση του φλας που υπάρχει στο επίπεδο διαχωρισμού.
Μαγνήσιο
Λόγω του μικρού βάρους και της καλής μηχανικής αντοχής τους, τα κράματα μαγνησίου χρησιμοποιούνται σε πολύ υψηλές ταχύτητες. Για την ίδια ακαμψία, τα κράματα μαγνησίου απαιτούν μόνο 37. 2% του βάρους του χάλυβα C25 εξοικονομώντας έτσι βάρος. Τα δύο κύρια στοιχεία κράματος που χρησιμοποιούνται είναι αλουμίνιο και ψευδάργυρος. Τα κράματα μαγνησίου μπορούν να είναι χυτά άμμου, μόνιμα καλούπια ή χυτά. Οι ιδιότητες των συστατικών κράματος μαγνησίου από άμμο είναι συγκρίσιμες με εκείνες των συστατικών μόνιμου χυτού ή χυτού καλουπιού. Τα χυτεύματα κράματα γενικά σύμμαχο έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό έτσι ώστε να επιτρέπεται η κατασκευή τους από τα δευτερεύοντα μέταλλα για τη μείωση του κόστους. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τροχών αυτοκινήτου, στροφαλοθαλάμων κ.λπ. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα, τόσο υψηλότερη είναι η μηχανική αντοχή των κραμάτων επεξεργασμένου μαγνησίου, όπως έλασης και πλαστών εξαρτημάτων. Τα κράματα μαγνησίου μπορούν να συγκολληθούν εύκολα από τις περισσότερες από τις παραδοσιακές διαδικασίες συγκόλλησης. Μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα των κραμάτων μαγνησίου είναι η υψηλή ικανότητα επεξεργασίας τους. Απαιτούν μόνο περίπου 15% ισχύος για μηχανική κατεργασία σε σύγκριση με χάλυβα χαμηλού άνθρακα.
Ώρα μετά: 18 Δεκ -2020