Легкие металлы

К легким относятся металлы, плотность которых ме­нее 4500 кг/м³. К наиболее широко применяемым легким металлам относятся алюминий, магний и титан.

Алюминий — серебристо-белый с несколько тусклой, покрытой пленкой окиси поверхностью металл. Его плот­ность 2700 кг/м³, температура плавления 660 °С. Основ­ными свойствами алюминия является легкость, пластич­ность, высокая электро- и теплопроводность, морозостой­кость, коррозионная и химическая стойкость (устойчив против действия органических и азотной кислоты), хоро­шая свариваемость и обработка прокаткой, ковкой и во­лочением.

Алюминий — самый распространенный в земной коре металл. Однако из-за высокой химической активности в свободном состоянии в природе не встречается, а сосредо­точен в бокситах, нефелинах, каолинах, алунитах" и др. Наиболее ценная руда, содержащая до 50 % окиси алю­миния,— бокситы. Полупродукт химической переработки

алюминиевых руд — глинозем. Из неги посредством элек­тролиза получают металл.

Технический алюминий выпускается в чушках. В за­висимости от химической чистоты различают следующие марки алюминия:

особой чистоты—А999 (примесей не более 0,001 %);

высокой чистоты — А995, А99, А97, А95 (примесей 0,005—0,05 %);

технической чистоты — А85, А8, А7, А6, А5, АО, АЕ (примесей 0,15—1,0 %).

Алюминий особой чистоты применяется в полупровод­никовой и ядерной технике, высокой чистоты — для из­готовления электрических конденсаторов, химической аппаратуры, технической чистоты — для изготовления ка­бельных изделий, проката, посуды, алюминиевого порош­ка и пудры, а также сплавов.

Как конструкционный материал алюминий в основном используется в виде сплавов. Это объясняется его невы­сокими механическими свойствами, труднообрабатывае-мостью резаньем, а также значительной линейной усад­кой. Основными компонентами алюминиевых сплавов яв­ляются марганец, медь, кремний, магний, цинк, титан, хром и др.

Алюминиевые сплавы подразделяются на деформиру­емые (для изготовления листов, лент, труб, профилей и др.), литейные (для получения отливок), припои (для пайки алюминиевых сплавов) и подшипниковые.

Деформируемые алюминиевые сплавы обладают вы­сокой пластичностью, вследствие чего легко поддаются обработке давлением, хорошо свариваются, устойчивы против коррозии. В зависимости от способности упроч­няться термической обработкой они подразделяются на сплавы не упрочняемые и упрочняемые термообработкой (закалкой, старением, отжигом).

К сплавам, не упрочняемым термообработкой, отно­сятся технический алюминий (АДО и АД1), а также сплавы алюминия с магнием (магналии) или марганцем (Ai4r2, АМгЗ, АМг5, АМгб, АМц). Они упрочняются только холодным деформированием и при­меняются для сварных и клепаных деталей конструкций, эксплуатируемых при сравнительно небольших нагрузках и в коррозионно-активных средах. К сплавам, упрочняе­мым термообработкой, относятся дуралюмины, авиали, высокопрочные, ковочные и жаропрочные.

Дуралюмины — это сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем. Они выпускаются марок Д1, Д16п,' Д18п, ВД17, Д19, В65 и применяются для изготовления деталей средней и повышенной прочности, подвергающих­ся переменным нагрузкам (детали самолетов, автомоби­лей, строительные конструкции и др.).

Авиали — сплавы алюминия с магнием и кремнием. Они выпускаются марок АВ, АД31, АДЗЗ, АД35 и при­меняются для изготовления деталей средней прочности, а также деталей, подвергающихся гибкой деформации как в холодном, так и в горячем состоянии (лопастей, винтов вертолетов, деталей двигателей, переборок судов, корпусов электромоторов, трубопроводов и др.).

Высокопрочные — это сплавы, состоящие из алюминия, цинка, магния, меди, марганца и хрома. Они выпускаются марок В92, В93, В94, В95, В96, ВАД23. Их недостаток—пониженная коррозионная стойкость.

Ковочные сплавы отличаются высокой плас­тичностью при температурах 380—450 °С и поэтому при­меняются для изготовления штамповок и поковок слож­ной формы, средней и повышенной прочности, невысокой коррозионной стойкости. К ним относятся сплавы марок АК6, АК8.

Жаропрочные сплавы применяются для из­готовления деталей, работающих при температуре до 300 °С (головки блока цилиндров, поршни, детали ком­прессоров и турбореактивных двигателей, обшивка сверх­звуковых самолетов и др.) К ним относятся сплавы ма­рок АК2, АК4, АК4-1, Д20 и Д21.

Литейные алюминиевые сплавы обладают высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, хорошими меха­ническими свойствами и сопротивляемостью коррозии, что достигается введением в их состав большего, по сравнению с деформируемыми сплавами, количества ле­гирующих элементов.

В зависимости от основных компонентов литейные алюминиевые сплавы выпускаются пяти групп, в том числе сплавы на основе алюминия и магния (АЛ8, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ29), алюминия и кремния (АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ7, АЛ78, АЛ9, АЛ9В), алюминия и меди (АЛ7, АЛ7В, АЛ19), алюминия, кремния и меди (АЛЗ, АЛ5, АЛ6, АЛ 10В, АЛ4М, АЛ32 и др.) и много­компонентные (АЛ1, АЛ16В, АЛ17В, АЛ18В, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛ25, АЛ26, АЛЗО).

Наиболее распространенными литейными алюминие­выми сплавами являются силумины (сплавы на ос­нове алюминия и кремния).

Для улучшения характеристик литейных алюминие­вых сплавов производят их рафинирование (обработку смесью хлористых и фтористых солей калия и натрия или нейтральными газами (азотом, хлором, аргоном) с целью снижения содержания газов и неметаллических приме­сей) или модифицирование (обработку смесью фторис­тых и хлористых солей натрия с целью улучшения струк­туры силуминов и повышения их механических и литей­ных свойств).

Подшипниковые алюминиевые сплавы выпускаются марок АОЗ—1, А09—2, А020—1 и др.

В маркировке алюминиевых сплавов буквами обозна­чаются компоненты (А — алюминий, К — кремний, Мц — марганец, Мг—магний), назначение (Д—деформируе­мые, Л — литейные) или свойства (В — высокопрочный, М — мягкий отожженный, П — полунагартованный, Н — нагартованный). Буквой Д обозначаются также дуралю-мины. Цифры, следующие за буквами маркировки, обо­значают или порядковый номер сплава, или процентное содержание соответствующего элемента. У высокопроч­ных сплавов на первом месте цифровой маркировки про­ставляется цифра 9.

Магний — серебристо-белый, покрытый окисной плен­кой, металл плотностью 1740 кг/м³, температурой плав­ления 651 °С. Основными свойствами магния являются малая плотность (один из самых легких металлов), хо­рошая обрабатываемость резаньем, стойкость к действию керосина, бензина и минеральных масел, однако он не стоек в водных растворах солей, кроме фтористых, и рас­творяется во многих кислотах. Магний немагнитен, име­ет невысокие литейные и упругие свойства, коррелирует во влажном воздухе. Порошкообразный магний или маг­ниевая лента легко загорается от спички и горит белым пламенем.

В природе магний встречается в виде карбонатов, си­ликатов, хлоридов и сульфатов. Для его получения ис­пользуют магнезит, доломит, карналлит, бишофит и от­ходы некоторых производств.

Магний выпускается марок Мг96 (не менее 99,96 % Mg), Мг95 (не' менее 99,95 % Mg) и Мг90 (не менее 99,90 % Mg) в виде чушек массой до 8 кг. Он применя­

ется в качестве компонента сверхлегких и жаропрочных сплавов, высокопрочного чугуна, в химической промыш­ленности и пиоотехнике.

Магниевые сплавы представляют собой соединения магния с алюминием, цинколе, марганцем и другими ме­таллами. Они выпускаются литейные (МЛ2, МЛ15, МЛ 19) и деформируемые (МА1, МА2, МА8 и др.). Циф­ра в маркировке обозначает порядковый номер, завися­щий от химического состава.

Титан — металл серебристого цвета с голубоватым отливом плотностью 4505 кг/м³, температурой плавления 1668°С. Он отличается высокими прочностными свойст­вами (при температурах до 400 °С), коррозионной устой­чивостью, в том числе и во многих агрессивных средах, малой тепло- и электропроводностью, немагнитен. Меха­нические свойства титана снижаются при нагреве до тем­ператур свыше 400 °С, а при температуре 540 °С он ста­новится хрупким. ''Исходным сырьем для производства титана является ильменит, рутил, сфен или титанит, перовскит и др.

Технический титан выпускается марок ВТ1-00 (99,53% Ti), BT1-0 (99,48% Ti) i BT1-1 (99,44% Ti). Чем меньше примесей, тем ниже прочность, но выше пластичность. Технический титан хорошо обрабатывает­ся давлением, сваривается (в среде аргона), однако его обработка резаньем затруднена.

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости титан легируют алюминием, молибденом, ва­надием, марганцем, хромом, оловом, ниобием и др. По­лучаемые сплавы по прочности подразделяются на по­вышенной пластичности, невысокой и средней прочности и высокопрочные, а по назначению—на литейные (ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л и др.) и деформируемые (от 4—О, ВТ5—1,ВТ8, ВТ9, ВТ22 и др.). Цифры в маркировке показывают среднее процентное содержание компонентов сплава.

Титановые сплавы применяются в химическом маши­ностроении (колонны, башни, адсорберы, фильтры, насо­сы, теплообменники, работающие в среде хлора и его растворов, в азотной кислоте), самолетостроении (об­шивка самолетов, детали двигателя), ракетной технике, судостроении, тяжелом и энергетическом машинострое­нии, для изготовления бытовых приборов и др.