Кольорові метали та сплави

Багато кольорових металів та їх сплавів володіють рядом цінних властивостей: високими пластичністю, в'язкістю, електро- і теплопровідністю, корозійною стійкістю тощо. Завдяки цим якостям кольорові метали та їх сплави займають важливе місце серед конструкційних матеріалів.

З кольорових металів в чистому вигляді і у вигляді сплавів широко використовуються алюміній, мідь, свинець, олово, магній, цинк, титан.

Найбільше розповсюдження в хімічній промисловості знаходять алюміній, мідь, свинець і титан.

Алюміній та його сплави

Алюміній – метал сріблясто-білого кольору, що характеризується низькою густиною (2,7 г/см³), високою електропровідністю, його температура плавлення 660 °С. Механічні властивості алюмінію невисокі, тому в чистому вигляді як конструкційний матеріал він застосовується обмежено.

Алюміній утворює в окислювальному середовищі на своїй поверхні міцну оксидну плівку, тому найширше його застосовують у виробництві азотної кислоти. З нього виготовляють майже всю апаратуру для виробництва, зберігання і транспортування концентрованої кислоти. Сюди відносяться відбілювальні колони, поглинаючі башти, холодильники, цистерни і інше устаткування.

Алюміній стійкий до концентрованої азотної кислоти, але не стійкий до дії лужних розчинів і розбавлених кислот.

Для підвищення фізико-механічних і технологічних властивостей алюміній легують різними елементами (Cu, Mg, Si, Zn). Залізо і силіцій є постійними домішками алюмінію. Залізо викликає зниження пластичності і електропровідності алюмінію. Силіцій, як і мідь, магній, цинк, марганець, нікель і хром, відноситься до легуючих добавок, що зміцнюють алюміній.

Залежно від змісту постійних домішок розрізняють:

- алюміній особливої чистоти марки А999 (0,001 % домішок);

- алюміній високої чистоти – А995, А99, А97, А95 (0,005-0,5 % домішок);

- технічний алюміній – А85, А8, А7, А6, А5, А0 (0,15-0,5 % домішок).

Технічний алюміній випускають у вигляді напівфабрикатів для подальшої переробки у вироби. Алюміній високої чистоти застосовують для виготовлення фольги, струмопровідних і кабельних виробів.

Позитивними властивостями алюмінію є його висока теплопровідність (у 4,5 разу вище, ніж у сталі), мала щільність і висока пластичність, що забезпечує добре вальцювання і здатність штампуватися. Але він володіє низькими ливарними якостями, погано обробляється різанням і має малу міцність.

Широке застосування отримали сплави на основі алюмінію, що класифікуються за технологією виготовлення; ступенем зміцнення після термічної обробки; експлуатаційними властивостями.

До сплавів нормальної міцності відносяться сплави системи Алюміній+Мідь+Магній (дюралюмін), які маркуються літерою «Д». Дюралюмін (Д1, Д16, Д18) характеризуються високою міцністю, достатньою твердістю та в'язкістю. Для зміцнення сплавів застосовують загартовування з наступним охолодженням у воді. Загартований дюралюміній піддається старінню, що сприяє збільшенню його корозійної стійкості.

Дюралюмін відрізняється суттєво більшою твердістю, порівняно з чистим алюмінієм. Завдяки підвищеній питомій міцності дуралюміни стали найважливішим конструкційним матеріалом у авіабудуванні, виготовленні швидкісних потягів, а також у багатьох інших галузях машинобудування

Для підвищення корозійної стійкості на листи дуралюміна при прокаті наносять з двох сторін плакуючий шар чистого алюмінію так, щоб товщина його складала 3-5 % від товщини основного листа. Температура в апаратах, виготовлених з алюмінію, повинна бути не вище 200 °С, а тиск не більше 0,6 МПа. Зварку алюмінію проводять в атмосфері аргону і гелію.

Високоміцні сплави алюмінію (В93, В95, В96) відносяться до системи Алюміній+Цинк+Магній+Купрум. В якості легуючих добавок використовують манган і хром, які збільшують корозійну стійкість і ефект старіння сплаву. Для досягнення необхідних міцнісних властивостей сплави загартовують з наступним старінням. З цих сплавів виготовляють високо навантажені зовнішні конструкції в авіабудуванні – деталі каркасів, шасі і обшивки.

Жароміцні сплави алюмінію (АК4-1, Д20) мають складний хімічний склад, леговані ферумом, нікелем, купрумом і іншими елементами. Жароміцність сплавам надає легування, що уповільнює дифузійні процеси. Деталі з жароміцних сплавів можуть експлуатуватися при температурах до 300 °C.

Для виготовлення деталей методом лиття застосовують алюмінієві сплави систем А1-Si, А1-Сu, Аl-Мg, які для поліпшення механічних властивостей легують титаном, бором, ванадієм. Головною перевагою ливарних сплавів є висока рідкоплинність, невелика усадка, хороші механічні властивості.

Сплави алюмінію з силіцієм (силуміни) містять 9-13 % Si, отримали найбільше поширення серед алюмінієвих ливарних сплавів завдяки своїм високим ливарним властивостям і гарним механічним і технологічним характеристикам.

Силуміни вельми стійкі в різних середовищах. Особливо високою стійкістю до дії нітратної кислоти відрізняються силуміни АК12ч і АК12ж, що містять 10-13 % Si.

Манган підвищує стійкість

Силуміни марок АК12, АК9ч, АК8л мають високу рідкоплинність, гарну герметичність, достатню міцність, добре обробляються різанням, легко зварюються, чинять опір корозії і стійкі до утворення гарячих тріщин.

Сплав АК12 застосовується для виготовлення тонкостінних деталей складної форми при литті в землю: корпуси агрегатів та приладів.

Сплав АК9ч – високо навантажених деталей відповідального призначення: корпуси компресорів, блоки двигунів, поршні циліндрів тощо.

Сплав АК8л – виготовлення деталей середньої навантажуваності, але складної конфігурації, а також для деталей, що піддаються зварюванню.

Сплави алюмінію з магнієм володіють найбільш високою корозійної стійкістю і більш високими механічними властивостями після термічної обробки в порівнянні з іншими алюмінієвими сплавами. З них виготовляють схильні корозійним впливам деталі морських суден, а також деталі, що працюють при високих температурах (наприклад, головки циліндрів потужних двигунів повітряного охолодження).

Сплави алюмінію з купрумом володіють зниженою корозійної стійкістю та високими механічними властивостями. Застосовуються для виготовлення відливок нескладної форми, що працюють з великими напругами (головки циліндрів малопотужних двигунів повітряного охолодження).

Сплави алюмінію, купруму і силіцію характеризуються гарними ливарними властивостями, але корозійна стійкість їх невисока. Застосовуються для виготовлення відливок корпусів, карбюраторів і арматури бензинових двигунів, дрібних деталей.

Сплави алюмінію, цинку і силіцію (типовий представник – цинковий силумін) володіють високими ливарними властивостями і для підвищення механічних властивостей піддаються модифікуванню. Використовуються для виготовлення відливок складної форми – картерів, блоків двигунів внутрішнього згоряння тощо.

Найбільше застосування з алюмінієвих підшипникових матеріалів отримав сплав АСМ. За антифрикційними властивостями він близький до свинцевої бронзи, але перевершує її за корозійною стійкістю та технологічністю.

Матеріали на основі алюмінію, що отримані методами порошкової металургії, володіють у порівнянні з ливарними сплавами більш високою міцністю, стабільністю властивостей при підвищених температурах і корозійною стійкістю.

Матеріали з спечених алюмінієвих порошків (САП) складаються з найдрібніших частинок алюмінію і його оксиду Аl₂O₃. Порошок для спікання отримують розпиленням технічно чистого алюмінію з наступним подрібненням гранул у млинах.

Технологічний процес отримання виробів з САП складається з операцій виготовлення заготівель і механічної обробки. Заготівлі отримують методом брикетування (холодного або з підігрівом) порошку з наступним спіканням при температурах 590-620 °С і тисках 260-400 МПа.

Спечені алюмінієві порошки (марок САП-1 – САП-4) застосовують для виготовлення деталей підвищеної міцності і корозійної стійкості для застосування при робочих температурах до 500 °С.

Спечені алюмінієві сплави (САС) отримують з порошків алюмінію з невеликим вмістом Аl₂O₃ легованих ферумом, нікелем, хромом, манганом, купрумом і іншими елементами. Представником цієї групи матеріалів є САС-1, що містить 25-30 % Si і 7 % Ni, і застосовується замість більш важких матеріалів в приладо- та машинобудуванні [2,4,8].

Мідь та її сплави

Вельми цінним конструкційним матеріалом для створення хімічної апаратури є мідь. Мідь у чистому вигляді має червоний колір; чим більше в ній домішок, тим грубіше і темніше злам. Температура плавлення міді 1083 °С, щільність 8,92 г/см³.

Домішки справляють істотний вплив на фізико-механічні характеристики міді. Її випускають шести марок: від М00 (99,99 %) до М4 (99,0 %). Для конструювання хімічного устаткування застосовують мідь марки М2 (99,7 %) і М3 (99,5 %).

Головними перевагами міді як конструкційного матеріалу є високі електропровідність, пластичність, корозійна стійкість в поєднанні з досить високими механічними властивостями. Важлива характеристика міді – максимальна серед конструкційних матеріалів теплопровідність.

До недоліків міді відносять низькі ливарні властивості і погану оброблюваність різанням. Основними способами нероз'ємного з'єднання частин апаратури з міді служать клепки, зварка і іноді паяння. Зварку бажано проводити в середовищі аргону.

Мідь не утворює міцних захисних оксидних плівок, тому не стійка до дії «окислювальних» кислот. У розчинах лугів і аміаку, хлорводневої кислоти вона достатньо стійка за відсутності інших окиснювачів і контакту, зокрема, з повітрям. Руйнування апаратури з міді у вказаних середовищах відбуватиметься при утворенні оксидів Сu₂О і СuО, які потім будуть перетворюватися у розчинні сполуки іонами Н⁺, аміаком і іншими комплексоутворювачами.

Цінна властивість міді – це здатність зберігати міцність, теплопровідність і ударну в'язкість при низьких температурах, що робить її незамінним матеріалом для виготовлення апаратів глибокого холоду і теплообмінної апаратури. Вироби з міді можуть експлуатуватися в інтервалі температур від −250 до +250°С.

Легування міді здійснюється з метою надання сплаву необхідних механічних, технологічних, антифрикційних та інших властивостей. Хімічні елементи, які використовуються при легуванні, позначають у марках мідних сплавів наступними індексами: А – алюміній; Вм – вольфрам; Ви – вісмут; В – ванадій; Км – кадмій; Гл – галій; Г – германій; Ж – залізо, Зл – золото ; К – миш'як; Н – нікель; О – олово; С – свинець; Сн – селен; Ср – срібло; Су – сурма; Ти – титан; Ф – фосфор; Ц – цинк.

У хімічному машинобудуванні використовують також сплави міді – латунь і бронзу. Ці сплави легують і іншими елементами (алюмінієм, ферумом, манганом, нікелем).

Латуні – сплави міді, в яких головним легуючим елементом є цинк, відносяться до числа матеріалів з високими механічними та технологічними характеристиками.

Залежно від вмісту легуючих компонентів розрізняють: прості (подвійні) латуні та багатокомпонентні (леговані) латуні.

Прості латуні маркують буквою Л і цифрами, які показують середній вміст міді в сплаві. Наприклад, сплав Л90 – латунь, що містить 90 % міді, все інше – цинк.

Практичне застосування знаходять латуні, що містять до 45 % цинку.

В залежності від вмісту цинку розрізняють однофазні латуні α-латуні, двофазні α+β-латуні і чисті β-латуні (рис. 9). При підвищенні температури в сплаві існують β і α+β-фази.

Рис. 9. Характерна мікроструктура однофазної (а) і двофазної латуней (б)

 

α-Латунь містить до 39 % Zn, α+β-латунь – 39-47 % Zn, а β-латунь – 47-50 % Zn. Характерним видом корозії для латуней є знецинкування. Твердий розчин, що містить більше міді (α-латунь), зазвичай є катодом по відношенню до твердого розчину, що містить менше міді (β-латунь). В результаті цього у змішаних латунях β-фаза переважно розчиняється. Часто цей процес пов'язаний із вторинним виділенням міді на кородуючій поверхні, тобто призводить до знецинкування. Змішані латуні α+β, а також чисті β-латуні більш схильні до знецинкування, ніж α-латунь. Особливо з підвищеним вмістом міді.

У марках легованих латуней групи букв і цифр, що стоять після них, позначають легуючі елементи та їх вміст у відсотках. Наприклад, сплав ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5 – латунь, що містить 75 % міді, 2 % алюмінію, 2,5 % нікелю, 0,5 % силіцію, 0,5 % мангану, все інше – цинк.

В залежності від основного легуючого елемента розрізняють алюмінієві, манганові, нікелеві, олов'яні, свинцеві та інші латуні.

Алюмінієві латуні – ЛА 85-0,6, ЛА 77-2, ЛАМш 77-2-0,05 володіють підвищеними механічними властивостями і корозійною стійкістю.

Манганові латуні – ЛМц 58-2, ЛМцА 57-3-1, що деформуються, в гарячому і холодному стані, мають високі механічні властивості, стійкі до корозії в морській воді та перегрітому парі.

Нікелеві латуні – ЛН 65-5 і інші мають високі механічні властивості, добре обробляються тиском у гарячому і холодному стані.

Олов'яні латуні ЛО90-1, ЛО70-1, ЛО62-1 відрізняються підвищеними антифрикційними властивостями і корозійною стійкістю, добре обробляються.

Свинцеві латуні – ЛС63-3, ЛС74-3, ЛС60-1 характеризуються підвищеними антифрикційними властивостями і добре обробляються різанням. Свинець в цих сплавах присутній у вигляді самостійної фази, практично не змінює структури сплаву.

Корозійна стійкість латуні у ряді випадків вища, ніж у чистої міді. Для виготовлення теплообмінної апаратури і апаратів глибокого холоду (наприклад, для розділення повітря) найбільше застосування знаходить латунь Л68 і Л62.

Бронзи – це сплави міді з оловом та іншими елементами (алюміній, силіцій, манган, плюмбум, берилій). Залежно від вмісту основних компонентів, бронзи можна умовно розділити на олов'яні, головним легуючим елементом яких є олово, та безолов'яні (спеціальні), що не містять олова.

Бронзи маркують літерами Бр, правіше ставляться літерні індекси елементів, що входять до складу. Потім слідують цифри, що позначають середній вміст елементів у відсотках (цифру, що позначає вміст міді в бронзі, не ставлять). Наприклад, сплав марки БрОЦС 5-5-5 означає, що бронза містить олова, цинку і свинцю по 5 %, все решта – мідь (85 %).

Олов'яні бронзи мають високі антифрикційні властивості, нечутливі до перегріву, морозостійкі, немагнітні.

Для поліпшення якості олов'яні бронзи легують цинком, свинцем, нікелем, фосфором та іншими елементами. Легування фосфором підвищує механічні, технологічні, антифрикційні властивості олов'яних бронз. Введення нікелю сприяє підвищенню механічних і протикорозійних властивостей. При легуванні свинцем збільшується густина бронз, покращуються їх антифрикційні властивості та оброблюваність різанням, проте помітно знижуються механічні властивості. Легування цинком покращує технологічні властивості. Введення заліза (до 0,09 %) сприяє підвищенню механічних властивостей бронз, однак зі збільшенням ступеня легування різко знижуються їх корозійна стійкість і технологічні властивості.

Алюмінієві бронзи мають високі механічні, антифрикційні та антикорозійні властивості. Ці бронзи знайшли застосування для виготовлення відповідальних деталей машин, що працюють при інтенсивному зношуванні і підвищених температурах.

Силіцієві бронзи характеризуються високими антифрикційними і пружними властивостями, корозійною стійкістю. Додаткове легування силіцієвих бронз іншими елементами сприяє поліпшенню їх експлуатаційних і технологічних властивостей: цинк підвищує їх ливарні властивості, манган і нікель покращують корозійну стійкість і міцність, плюмбум – оброблюваність різанням і антифрикційні властивості. Силіцієві бронзи застосовують замість цинових для виготовлення антифрикційних деталей, пружин, мембран приладів та обладнання.

Свинцеві бронзи використовують у парах тертя, експлуатованих при високих відносних швидкостях переміщення деталей. Для підвищення механічних властивостей та корозійної стійкості свинцеві бронзи легують нікелем і станумом.

Берилієві бронзи відрізняються високою міцністю, зносостійкістю і стійкістю до впливу корозійних середовищ. Вони забезпечують працездатність виробів при підвищених температурах (до 500 °С), добре обробляються різанням і зварюються. Бронзи цього типу використовують для виготовлення деталей відповідального призначення, що експлуатуються при підвищених швидкостях переміщення, навантаженнях, температурі.

Сплави міді з нікелем підрозділяють на конструкційні та електротехнічні.

Куніалі (купрум-нікель-алюміній) містять 6-13 % Ni, 1,5-3 % Аl, решта – купрум. Вони піддаються термічній обробці та застосовуються для виготовлення деталей підвищеної міцності, пружин і ряду електротехнічних виробів.

Нейзильбер (нікель-цинк-купрум) містять 5-35 % Ni, 13-45 % Zn, решта – купрум. Вони мають білий колір, близький до кольору срібла. Нейзильбер дуже стійкий до атмосферної корозії. Його застосовують у приладобудуванні та виробництві годинників.

Мельхіор (купрум, нікель з невеликою добавкою феруму і мангану до 1 %) мають високу корозійну стійкість. Їх застосовують для виготовлення теплообмінних апаратів, штампованих і карбованих виробів.

Копель (купрум-нікель-манган) містять 43 % Ni, 0, 5% Мn, решта – мідь. Це спеціальний сплав з високим питомим електроопором, що використовується для виготовлення електронагрівальних елементів [2,5,9].

Титан та його сплави

Титан – сріблясто-білий метал низької густини (4,5 г/см³) з високою механічною міцністю, корозійною і хімічною стійкістю. Температура плавлення титану 1660 ^оС, з вуглецем він утворює дуже тверді карбіди. Титан задовільно кується, прокатується і пресується.

У земній корі міститься близько 60 сполук, що містять титан, промислову цінність серед яких мають ільменіт, перовскит і сфен.

Основними способами отримання титану є вибіркова відновлювальна плавка, відновлення тетрахлоридом магнію, переплав титанової губки. Очищення від домішок титану проводять методом зонної плавки.

Титан – це один з перспективних металів для виготовлення хімічної апаратури. Його випускають наступних марок: ВТ1-00 (99,53 %), ВТ1-0 (99,48 %) і ВТ1-1 (99,44 %). Він хімічно стійкий до киплячої азотної кислоти, але при концентрації кислоти 98 % відбувається його спалах, що супроводжується вибухом.

Титан знаходить все більш широке застосування для виготовлення хімічної апаратури завдяки високій механічній міцності і корозійній стійкості в деяких середовищах. Максимальна температура його застосування складає 350 °С, подальше підвищення температури призводить до різкого зниження міцності.

Титан стійкий до розчинів нітратів, хлоридів, карбаміду у вологому хлорі, але руйнується в розчинах нітратної, сульфатної, хлорводневої, фтористоводневої і фосфорної кислот. Його доцільно застосовувати в середовищах, в яких леговані сталі піддаються точковій корозії або проявляють схильність до міжкристалітної корозії.

У концентрованій нітратній кислоті, що містить розчинені оксиди азоту, в сухому хлорі і бромі титан спалахує. Високою корозійною стійкістю володіють сплави титану з танталом і молібденом.

Механічні властивості титану визначаються ступенем його чистоти. Домішки кисню, азоту та вуглецю, які утворюють з титаном різні сполуки, справляють істотний вплив на його властивості. До шкідливих домішок відноситься водень, що викликає окрихчення титану.

Із-за дорожнечі титан переважно використовують як плакуючий матеріал з товщиною листа 0,5-3 мм. Широкого поширення набув сплав ВТ1, що містить не більше 0,3 % Fe, 0,15 % Si, 0,1 % С, 0,215 % інших елементів, все решта – титан.

Вартість устаткування, футерованого листовим титаном, приблизно в 3 рази перевищує вартість таких же апаратів, виготовлених з хромнікелевої сталі. Проте висока вартість окупається низькими витратами на ремонт, довговічністю устаткування і скороченням простоїв із-за несправностей. Титанова замкова арматура служить в 5-10 разів довше, ніж сталева, фанерована гумою, пластмасами і емаллю. Вживані у виробництві хлора теплообмінники з титану набагато дешевше скляних і займають в 8 разів меншу площу.

Для отримання сплавів титану з заданими механічними властивостями його легують різними елементами. У більшості титанових сплавів присутній алюміній. Алюміній підвищує жароміцність і механічну міцність титану. Ванадій, манган, молібден і хром підвищують жароміцності титанових сплавів. Сплави добре піддаються гарячій та холодній обробці тиском, обробці різанням, мають задовільні ливарні властивості, добре зварюються в середовищі інертних газів. Сплави працездатні при температурі до 500 ^оС.

Залежно від легуючих елементів розрізняють такі типи титанових сплавів: α-, α+β і β-сплави, що розрізняються за властивостями. Титанові сплави α+β зміцнюється термічною обробкою. Загартовування і старіння призводять до зміцнення титанового сплаву завдяки підвищенню вмісту легуючих компонентів у β-фазі. Чим вище вміст легуючих елементів, тим нижче температура мартенситного перетворення при загартовуванні. Старіння сплаву при підвищених температурах (480-550 °С) забезпечує збільшення його міцності і твердості (рис. 10). Сплави типу а піддаються рекристалізаційному відпалу при 670-800 °С з метою стабілізації β-фази і зняття наклепу.

Рис. 10. Характерна структура титанових сплавів:

а – після загартовування; б – після загартовування і старіння

 

Титанові сплави класифікують за:

- технологічним призначенням на ливарні і деформуючі;

- механічними властивостями – низької (до 700 МПа), середньої (700-1000 МПа) і високої (більш 1000 МПа) міцності;

- експлуатаційними характеристиками – жароміцні, хімічно стійкі та ін;

- відношенню до термічної обробки – зміцнювальні та не зміцнювальні;

- структурою (α, α + β- і β-сплави).

Деформуючі титанові сплави по механічній міцності випускаються під марками:

- низької міцності – ВТ1;

- середньої міцності – ВТ3, ВТ4, ВТ5;

- високої міцності ВТ6, ВТ14, ВТ15 (після загартовування і старіння) [2,8].

Титан – незамінний конструкційний матеріал у виробництві хлоридів кальцію і амонію методом випаровування. Випарні апарати з легованої сталі у виробництві хлориду кальцію вимагають капітального ремонту через 3- 4 місяці, а титанові апарати працюють протягом 3-4 років.

Останнім часом як конструкційні матеріали починають використовувати сплави титану і цирконію з танталом. Сплав титан-тантал володіє високою антикорозійною стійкістю, наближаючись в цьому відношенні до платини. Наприклад, сплав, що містить 50 % танталу, стійкий до гарячих концентрованих розчинів сульфатної, фосфорної і хлорводневої кислот.

Магній та його сплави

Магній – найлегший (густина 1,74 г/см³) з технічних кольорових металів, сріблястого кольору, температура плавлення 650 ^оС. При температурі, трохи більше температури плавлення, легко загоряється і горить яскраво-білим полум'ям. Магній належить до найбільш поширених елементів у природі. У вигляді сполук він входить до складу гірських порід магнезиту, доломіту, карналіту і морської води (бішофіт). Промислове виробництво магнію засноване на електролізі розплавів чистих зневоднених солей. Головною перевагою магнію як матеріалу для виготовлення хімічної апаратури є низька щільність, технологічність. Проте його корозійна стійкість у вологих середовищах, кислотах, розчинах солей вкрай низька. Чистий магній практично не використовують в якості конструкційного матеріалу із-за недостатньої корозійної стійкості. Він застосовується як легуюча добавка до сталей і чавунів, а також в ракетній техніці при створенні твердих палив.

Експлуатаційні властивості магнію поліпшують легуванням манганом, алюмінієм, цинком та іншими елементами. Легування сприяє підвищенню корозійної стійкості (Zr, Мn), міцності (Аl, Zn, Мn, Zr), жароміцності (Тh) магнієвих сплавів, зниженню їх окиснюваності при виплавлянні, литті та термообробці.

Сплави на основі магнію класифікують за механічними властивостями – не високої, середньої міцності; високоміцні, жароміцні; технологією переробки – ливарні і деформуючі; відношенням до термічної обробки – ті що зміцнюються і не зміцнюються термічною обробкою.

Маркування магнієвих сплавів складається з літери, що позначає відповідний сплав (М), і літери, що вказує технологічний спосіб переробки (А – для деформованих, Л – для ливарних), а також цифри, що позначає порядковий номер сплаву.

Ливарні магнієві сплави МЛ1, МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6 знайшли широке застосування для виробництва фасонних відливок. Деякі сплави МЛ застосовують для виготовлення високо навантажених деталей в авіаційній та автомобільній промисловості: картери, корпуси приладів, колісні диски, ферми шасі літаків.

Через низьку корозійну стійкість магнієвих сплавів вироби і деталі з них піддають оксидуванню з подальшим нанесенням лакофарбних покриттів [2,4,9].

Нікель і його сплави

Нікель має високі механічні властивості і високу корозійну стійкість у ряді агресивних середовищ. Проте домішки карбону, сульфуру, плюмбуму, вісмуту, цинку і розчинені гази знижують його механічні властивості і корозійну стійкість. У хімічному машинобудуванні чистий нікель використовують рідко в наслідок його дефіцитності і дорожнечі. Нікель марок НП2 (99,5 % Ni) і НП3 (99,3 % Ni) застосовують для облицювання апаратуру із вуглецевих сталей.

На повітрі і в середовищі водяної пари нікель можна використовувати до 450 °С; при вищих температурах його механічні властивості знижуються. У розплавах лугів нікель можна застосовувати до 500 °С. Він достатньо стійкий в сульфатній кислоті, в розчинах органічних кислот і солей, проте нестійкий в нітратній кислоті, в хлорводневій концентрації більше 10 %, у розчинах хлоридів феруму, купруму і хроматів.

Вищою корозійною стійкістю володіють сплави нікелю з купрумом (монель), молібденом (хастеллой) і хромом (інконель). Ці сплави стійкі в розчинах H₂SO₄, H₃PO4, HF при кімнатній температурі. Доброю стійкістю в слабких розчинах кислот володіють нікель-молібденові сплави, наприклад Н65М30Л, який містить 0,01 % С, 0,55 % Мn, 65,47 % Ni, 29,21 % Мо, 4,73 % Fe.

Нікель і його сплави широко застосовують в хімічному машинобудуванні. З них роблять казани, тиглі, труби і ємкості, особливо у виробництві реактивів. Як високо корозійностійкі в хімічному апаратобудуванні використовують сплави нікелю з молібденом, наприклад сплав марки Н70МФ, а також з хромом і молібденом, наприклад ХН65МВ.

Свинець

Свинець – легкоплавкий метал (t_пл=327 °С) з низькою міцністю, високою пластичністю і густиною, що ускладнює його використання як конструкційного матеріалу. У хімічному машинобудуванні застосовується свинець марки С2, що містить 99,95 % Рb і незначна кількість домішок Сu, As, Sb, Sn, Zn, Fe та інших металів. Зі свинцю виготовляють труби, ролі (листовий свинець), інший прокат.

Свинцеві труби використовуються для виготовлення теплообмінників, а рольний свинець – для апаратури на сталевих каркасах і для захисту внутрішньої поверхні сталевих апаратів від корозії листами товщиною 2-5 мм. Гомогенне оливування полягає в наплавленні свинцю товщиною 4-6 мм на полуджену поверхню вуглецевої сталі.

Свинець відрізняється підвищеною корозійною стійкістю в слабких розчинах кислот. У сульфатній кислоті на поверхні свинцю утворюється шар сульфату, що захищає від руйнування. Проте при концентрації кислоти більше 80 % швидкість корозії свинцю зростає. Свинець стійкий в розчинах фосфорної, фторводневої і хромистої кислот при кімнатній температурі. У атмосфері сухих і вологих газів (хлор, сірководень, сірчистий газ) він стійкий при температурі до 100 °С, але руйнується фторидом водню, оксидами азоту і нітратною кислотою.

Для підвищення механічної міцності свинцю в нього вводять 4-12 % сурми. Цей сплав (гартблей) застосовують для виготовлення арматури і насосів. Він добре стійкий в хлорводневій кислоті. Так, в 10 % НCl при 100 °С швидкість корозії складає 0,2 мм/рік, тоді як чистий свинець руйнується із швидкістю більше 4 мм/рік.

Цирконій. Ніобій

Цирконій застосовують головним чином для виготовлення апаратури, що контактує з сумішами кислот і лугів при змінному рН. Сплав цирконію, що містить 60 % танталу, не піддається точковій корозії. Його можна застосовувати в будь-яких розчинах хлорводневої кислоти. Швидкість корозії цього сплаву в 36 %-вій хлорводневій кислоті при 60 °С не перевищує 0,01 мм/рік. Проте слід додати, що всі сплави, що містять тантал, мають високу вартість.

Ніобій стійкий до дії основних мінеральних кислот і «царської горілки», але руйнується в розчинах хлор водневої кислоти, гарячої сульфатної і розплавах лугів. Із-за утворення міцних пасивних плівок на поверхні ніобію його застосовують у виробництві концентрованої нітратної кислоти.

Питання для самоконтролю

1. За призначенням сталі класифікують:

а) конструкційні, інструментальні, спеціальні;

б) конструкційні, інвентарні, спеціальні;

в) коопераційні, інструментальні, спеціальні.

2. До шкідливих домішок в сталях належать:

а) S, P, O; б) S, P, O, N; в) S, P, Si, Na.

3. До корисних домішок в сталях належать:

а) манган та сірка; б) манган та фосфор; в) манган та силіцій.

4. Червоноламкість у складі сталей викликає:

а) кисень; б) сірка; в) фосфор.

5. Знижує червоноламкість і, віднімаючи кисень, слугує "розкислювачем" сталі: а) манган; б) магній; в) силіцій.

6. Домішки яких елементів викликають синєламкість сталі і як їх вилучити:

а) фосфор, для вилучення якого додають алюміній;

б) кисень та нітроген, для вилучення яких додають алюміній;

в) кисень та нітроген, для вилучення додають арсен.

7. Холодноламкість це:

а) різке зниження ударної в'язкості при від'ємних температурах;

б) в процесі прокатки сталь розшаровується;

в) підвищення крихкості сталі.

8. Силіцій у складі сталі:

а) знижує червоноламкість;

б) підвищує границю текучості;

в) викликає синєламкість.

9. Чавун це сплав:

а) феруму, вуглецю (≤2,14 %) та обов'язковими домішками Si, Mn, P i S;

б) феруму і силіцію;

в) феруму, вуглецю і сірки.

10. Чавуни бувають:

а) сірі, білі, зелені (через вміст хрому);

б) білі та зелені (через вміст хрому);

в) сірі та білі.

11. Силіцій у складі чавуну:

а) сприяє графітизації вуглецю;

б) є розкислювачем і зв'язує кисень;

в) підвищує крихкість сталі.

12. Сірі чавуни мають задовільні:

а) корозійну стійкість та механічну міцність;

б) ковкість і корозійну стійкість;

в) ковкість і міцність.

13. Які ви знаєте висококременисті чавуни:

а) феросиліди і хлорсиліди;

б) феросиліди і антихлор;

в) феросиліди і кальцити.

14. Чим відрізняються білі чавуни від сірих:

а) в білих чавунах C знаходиться в зв'язаному виді, у формі сполуки Fe₃C, а в сірих чавунах С знаходиться у вільному виді у формі графіту і їх злам має сірих колір;

б) в сірих чавунах C знаходиться в зв'язаному виді, у формі сполуки Fe₃C, а в білих чавунах С знаходиться у вільному виді у формі графіту;

в) в білих чавунах C знаходиться в вільному виді у формі графіту і в сірих чавунах також, єдина відмінність полягає в тому, що сірі чавуни мають злам сірого кольору.

15. Масова частка хрому більше у сталі марки:

а) 08Х17Н5М3; б) 15Х18Н12С4ТЮ; в) 10Х21Н21ГБ.

16. При підвищенні температури залізо переходить з однієї форми в іншу за схемою: а) α→β→γ; б) сіре→чорне→червоне; в) α→β→α.

17. Число в марках дюралюмінію означає:

а) масову частку міді;

б) середнє значення міцності при розтягуванні у десятках МПа;

в) умовне, що відповідає певному набору властивостей.

18. Сплав, що складається з 30 % хрому, 25 % алюмінію, 20 % міді та заліза це: а) легована сталь; б) латунь; в) сплав металів.

19. Дендрити це:

а) вид дефектів металів;

б) комахи, що гризуть метал;

в) складнокристалічні утворення деревовидної структури.

20. Найвищою якістю та великим вмістом FeO характеризуються:

а) "спокійні" сталі; б) "киплячі" сталі; а) "напівспокійні" сталі.

21. Яка група сталі не відображається в маркуванні:

а) А; б) Б; в) В.

22. Цифра в маркуванні сталі звичайної якості вказує на:

а) вміст домішок карбону в сотих долях %;

б) вміст карбону в десятих долях %;

в) вміст домішок в десятих долях %;

г) вміст карбону в сотих долях %.

23. Вольфрам в формулі сталі позначається як:

а) В; б) Ф; в) Д; г) Н.

24. Сталь, що містить 0,30-0,65 % карбону в своєму складі:

а) "напівспокійна"; б) високої якості; в) середньовуглецева.

25. За призначенням якісні сталі відносяться до:

а) конструкційних; б) інструментальних.

26. Конструкційний матеріал, що містить більше 2,14 % вуглецю це:

а) бронза; б) сталь; в) латунь; г) чавун.

27. Розкислювач "звільняє" чавун від:

а) сірки; б) кисню; в) фосфору.

28. Цифри в маркуванні чавуну вказують на:

а) вміст карбону в сотих долях %;

б) середнє значення при розтягуванні в десятках МПа;

в) відсотковий вміст домішок;

г) номер проби при виготовленні.

29. Половина цього кольорового металу йде на виготовлення сплавів. Цей метал: а) алюміній; б) купрум; в) плюмбум.

30. Дуралюмін – це сплав:

а) Al, Cu, S; б) Al, Mg, Zn; в) Al, Pb, P; г) Al , Mg, Cu.

31. Плюмбум має високу корозійну стійкість в:

а) сульфатній кислоті і розчинах сульфатів;

б) хлорній кислоті і розчинах хлоридів;

в) ортофосфорній кислоті і розчинах фосфатів.

32. Латунь ЛАН 59-3-5 складається із:

а) цинку ~59 %, алюмінію ~3 %, нікелю ~5 %;

б) алюмінію ~5 %, нікелю ~3 %;

в) алюмінію ~0,59 %, нікелю від 3 до 5 %;

г) купруму ~59 %, алюмінію ~3 %, нікелю ~5 %, все інше цинк.

33. Оберіть правильний склад марки ЛЖМц 60-3-2,5

а) сплав феруму ~60 %, мангану від 3 до 2,5 %, все інше домішки;

б) бронза з вмістом купруму ~60 % , легована ферумом та арсеном в межах від 3 до 2,5 %, все інше цинк;

в) латунь з вмістом купруму ~60 %, заліза ~3 %, мангану ~2,5 %, все інше цинк.

34. У ряду марок сталей починаючи з першого Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5:

а) зменшується відсотковий вміст карбону, зменшується міцність, збільшується ковкість;

б) збільшується відсотковий вміст карбону, збільшується пластичність, зменшується в’язкість;

в) збільшується вміст домішок, зменшується пластичність, збільшується зносостійкість;

г) збільшується відсотковий вміст карбону, збільшується міцність, зменшується пластичність.

35. Як впливає вміст вуглецю на фізичні властивості сталей?

36. Як впливає вміст сірки на властивості сталей? Яким чином можливо зменшити цей вплив?

37. На які групи поділяються вуглецеві сталі?

38. За якими показниками найчастіше класифікують сталі?

39. Як сполуки визначають приналежність до білого чи сірого чавуну. За допомогою яких домішок регулюють вміст цих сполук?

40. Наведіть приклади використання чавуну у хімічній промисловості та поясніть доцільність його використання з погляду його фізичних та економічних особливостей.

41. Як елементи найчастіше використовують для легування чавуну? До яких змін властивостей призводить їх введення?

42. Які основні властивості алюмінію як конструкційного матеріалу де їх можливе застосування?

43. Чим дюралюміній відрізняється в д алюмінію?

44. Як основні недоліки конструкційних матеріалів на основі алюмінію?

45. Де використовуються мідне обладнання та які його переваги?

46. За допомогою яких елементів найчастіше легують мідь? Чого з допомогою цього стараються досягти?

47. Латунь, її основні властивості та позначення марок.

48. Які елементи додають до спеціальних бронз? До чого це призводить?

49. Як ви знаєте сплави міді з нікелем? Де їх найчастіше використовують?

50. Які снують способи класифікації титанових сплавів?

51. Які магнієві сплави ви знаєте? Яке їхнє призначення?

52. Які основні властивості у бронзових сплавів та їх використання у хімічній промисловості.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: