Лекция №9.  Цветные металлы и сплавы

136 
Технологический процесс получения алюминия состоит из трех
основных стадий: 
1.Получение глинозема из руд. 
2.Получение алюминия из глинозема. 
3.Рафинирование алюминия. 
Для получения глинозема из руд наиболее широкое применение
получили способы выщелачивания из руд. Для этого мелко
измельченную руду обрабатывают едким натром или содой. 
Выщелачивание производится в специальных автоклавах при
температуре 150-200ºС и давлении около 12ат. Этим способом
извлекается 85-87% от всего получаемого глинозема. Полученная окись
алюминия представляет собой прочное химическое соединение с
температурой плавления 2050ºС. 
Алюминий получают электролизом из глинозема, растворенного в
расплавленном криолите, в специальных ваннах. Ванна имеет стальной
кожух, внутри футерованный теплоизоляционным шамотным кирпичом, 
а подина и стенки выложены угольными блоками. 
При электролизе расходуется глинозем и углерод анодов, а
получается алюминий и окислы углерода. 
При электролизе для производства 1т алюминия расходуется около
2т глинозема, 0,1т криолита, 0,7т анодной массы и 17000-18000 кВт ч
электроэнергии. 
Полученный электролизом алюминий содержит ряд примесей: 
металлических, неметаллических и газообразных, которые ухудшают
его свойства. Для получения чистого алюминия его подвергают
рафинированию путем хлорирования или электролитическим способом. 
Метод хлорирования заключается в продувке алюминия хлором в
ковше, в специальной камере при температуре 750-760ºС в течение
10-12 мин. Чистота полученного алюминия составляет 99,5-99,85%. 
Для получения алюминия более высокой чистоты применяют
электролитический способ рафинирования. Для электролита используют
фтористые и хлористые соли с температурой плавления несколько
выше температуры плавления алюминия. 
Производство титана. 
Для производства титана применяют главным образом рутил, 
ильменит и перовскит. В связи с большим сродством титана к
кислороду восстановить его из двуокиси не удается. Поэтому двуокись
титана сначала переводят в тетрахлорид титана, а затем из последнего
получают чистый металл. 
Для получения четыреххлористого титана рутил смешивают с
коксом, древесным углем или графитом и каменноугольным пеком. Из
полученной смеси изготовляют прессованием брикеты, которые затем в
герметически закрывающихся печах прокаливают при температуре

137 
800-900ºС. Полученные пористые брикеты подвергают хлорированию в
специальных установках при температуре 800-850ºС. 
Для восстановления титана из тетрахлорида существует несколько
способов. Лучшим из них, получившим широкое распространение, 
является магнийтермический. Восстановление титана производится
магнием в специальных печах, называемых реакторами. Для этого
магний высокой чистоты в виде чушек загружают в стальной стакан
реактора и затем реактор плотно закрывают крышкой. Далее из
реактора откачивают воздух, наполняют его аргоном и подают туда
тетрахлорид титана. 
Для удаления металлического и хлористого магния полученный титан
подвергают рафинированию вакуумной сепарацией. Для этого стакан с
реакционной массой закрывают крышкой, имеющей отверстия, затем
поворачивают вверх дном, устанавливают в печь, создают вакуум и
нагревают. 
Полученную титановую губку переплавляют в дуговых вакуумных
печах, и металл разливают в слитки. Плавка под вакуумом позволяет
дополнительно очистить титан от влаги, водорода, металлического и
хлористого магния 
Сплавы на основе меди. 
Медь в чистом виде имеет красный цвет, чем больше в ней
примесей, тем грубее и темнее излом. Температура плавления меди
1083ºС, плотность 8,92 г/см³. 
Примеси оказывают существенное влияние на физико-механические
характеристики меди. По содержанию примесей различают марки
меди: МОО (99,99% меди)., МО (99,95%)., М1(99,9%), М2(99,7%). 
Выпускают медь следующих марок: 
-катодная- МВ4к, МООк, МОку, М1к., 
-бескислородная-МООб, МОб, М1б., 
-катодная переплавленная-М1у. 
Главными достоинствами меди как машиностроительного материала
являются высокие тепло-и электропроводность, пластичность, 
коррозионная стойкость. К недостаткам меди относят низкие литейные
свойства и плохую обрабатываемость резанием. 
Легирование меди осуществляется с целью придания сплаву
требуемых механических, технологических, антифрикционных и других
свойств. 
Сплавы меди классифицируют: 
1.По химическому составу: латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы. 
2.По технологии переработки: деформируемые, литейные и специальные 
3.По отношению к термической
Цветные металлы обладают рядом специфических свойств.Так,медь
отличается высокой электропроводностью,алюминий и магний-малой

138 
плотностью,свинец –пластичностью,олово,свинец,цинк-легкоплавкостью
и 
т.п.Поэтому 
перечисленные 
металлы,несмотря 
на
дороговизну,широко применяются в промышленности в виде
составляющих элементов цветных сплавов.Сплавление одних цветных
металлов с другими с образованием сплавов в ряде случаев
значительно улучшает их ценные свойства.Ниже дана краткая
характеристика ряда распространенных цветных металлов и сплавов. 
Медь марки М1 содержит до 0,1% примесей,обладает высокой
электропроводностью и применяется для проводников электрического
тока. 
Латунь марки Л68 (32% цинка,остальное медь) обладает высокой
пластичностью,антикоррозийностью и используется чаще для
изготовления 
изделий 
прокаткой 
и 
штамповкой
(проволока,листы,трубы и др.). 
Латунь марки ЛС59-1 (40% цинка,1% свинца,остальное медь)
обладает хорошей обрабатываемостью резанием.Применяется в виде
цветного литья,а также изделий,изготовленных прокаткой или
прессованием (листы,прутки,трубы,втулки,гайки и др.). 
Бронза марки БрО10 (10% олова,остальное медь) обладает хорошими
литейными свойствами и поэтому применяется для цветного
фасонного литья.Микроструктура оловянистой бронзы состоит из
неоднородного твердого α-раствора и эвтектоида.Темные участки
неоднородного α-раствора богаты медью,светлые оловом. 
Сплавы на основе титана.
Титан-серебристо-белый металл низкой плотности (4,5 г/см³) с
высокими механической прочностью, коррозионной и химической
стойкостью. Температура плавления титана 1660ºС, с углеродом он
образует очень твердые карбиды. Титан удовлетворительно куется, 
прокатывается и прессуется. 
Механические свойства титана определяется степенью его чистоты. 
Примеси кислорода, азота и углерода, образующие с титаном
различные соединения, оказывают существенное влияние на его
свойства. К вредным примесям относится водород, вызывающий
охрупчивание титана. 
Титановые сплавы классифицируют по: 
-технологическому назначению на литейные и деформируемые., 
-механическим свойствам- низкой (до 700 МПа), средней (700-1000 МПа)
и высокой (более 1000 МПа) прочности., 
-эксплуатационным характеристикам- жаропрочные, химически стойкие
и др., 
-отношению к термической обработке- упрочняемые и неупрочняемые., 
-структуре- (α, α+β, β-сплавы). 

139 
3.По отношению к термической обработке: упрочняемые и
неупрочняемые. 
Рис.9.1.. Микроскопическое строение технического титана ВТГ-1-1.: а-
после отжига, б- после отливки. 
9.2 – Превращение механического свойства титана с азотом, кислородом и 
углеродом. 

140 
9.3 – Превращение механического свойства титана
Сплавы на основе алюминия. 
Силумин марки АЛ2 (10-13% кремния,остальное алюминий) обладает
коррозионной 
стойкостью 
и 
хорошими 
литейными
свойствами,применяется для литья (крышки,кожухи,барабаны и др.)При
отсутствии модифицирования сплав,содержащий 12% кремния имеет
структуру,состоящую из эвтектики грубого строения и темных
крупных игл кремния,снижающих пластические свойства сплава. 
Дуралюмин марки Д1 (3,8-4,8% меди,0,6% магния,0,6% марганца,до
0,7% кремния,остальное алюминий) обладает достаточной прочностью
и пластичностью.Посредством прокатки или штамповки из него
изготовляют листы,прутки,трубы и др.Для получения этих свойств
дуралюмин закаливают в воде с 510ºС,и затем подвергают старению
при 18-20ºС в течение нескольких суток.После старения структура
дуралюмина Д1 состоит из светлых зерен перенасыщенного твердого
раствора,представляющего 
собой 
раствор 
меди 
в
алюминии.Упрочняющие продукты,полученные при старении,под
микроскопом не видны. 
Подшипниковый сплав баббит марки Б83 обладает высокими
антифрикционными свойствами,применяется для заливки подшипников
скольжения.Структура сплава состоит из темной пластичной основы α-
фазы,светлых твердых частиц крупных кубических кристаллов и
мелких игл или звезд кристаллов. 
Алюминий-металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой
плотностью 2,7 г/см³, высокой электропроводностью, температура
плавления 660ºС. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому
в чистом виде как конструкционный материал применяется
ограниченно. 
В зависимости от содержания постоянных примесей различают: 
-алюминий особой чистоты марки А999 (0,001% примесей)., 
-алюминий высокой чистоты- А935, А99, А97, А95 (0,005-0,5%)., 

141 
-технический алюминий- А85, А8, А7, А5 (0,15-0,5%). 
Среди алюминиевых сплавов наибольшее применение получили
дюралюмины и силумины. 
Дюралюмины- сплавы алюминия с медью, марганцем, магнием и
кремнием. Обозначаются Д2, Д3, Д4. Цифра означает порядковый номер
сплава. 
Силумины- сплавы алюминия с кремнием. Обозначаются АЛ2, АЛ3, 
АЛ5. Цифра означает порядковый номер сплава 
Магний и его сплавы. 
Магний-самый легкий (плотность 1,74 г/см³) из технических цветных
металлов, серебристого цвета, температура плавления 650ºС. При
температуре, немногим более температуры плавления, легко
воспламеняется и горит ярко-белым пламенем.
Магний относится к числу наиболее распространенных элементов в
природе. В виде соединений он входит в состав горных пород-
магнезита, доломита, карналлита и морской воды (бишофита). 
Промышленное производство магния основано на электролизе
расплавов чистых обезвоженных солей.
Главным достоинством магния как машиностроительного материала
являются низкая плотность, технологичность. Однако его коррозионная
стойкость во влажных средах, кислотах, растворах солей крайне низка. 
Чистый магний практически не используют в качестве
конструкционного материала из-за его недостаточной коррозионной
стойкости. Он применяется в качестве легирующей добавки к сталям
и чугунам и в ракетной технике при создании твердых топлив. 

жүктеу/скачать 1,99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: