Ливење обојених метала

Црни метали се широко користе у машинској индустрији због своје супериорности, распона механичких својстава и нижих трошкова. Ипак, обојени метали се такође користе у различитим применама због својих специфичних својстава у поређењу са легурама гвожђа упркос њиховој генерално високој цени. Жељене механичке особине се могу постићи у овим легурама радним каљењем, старењем, итд, али не кроз нормалне процесе термичке обраде који се користе за легуре гвожђа. Неки од главних обојених материјала од интереса су алуминијум, бакар, цинк и магнезијум

1. Алуминијум

Од свих обојених легура, алуминијум и његове легуре су најважнији због својих одличних својстава. Нека од својстава чистог алуминијума за које се користи у инжењерској индустрији су:

• 1) Одлична топлотна проводљивост (0,53 цал/цм/Ц)
• 2) Одлична електрична проводљивост (376 600/охм/цм)
• 3) Мала густина масе (2,7 г/цм)
• 4) Ниска тачка топљења (658Ц)
• 5) Одлична отпорност на корозију
• 6) Није токсичан.
• 7) Има једну од највећих рефлексивних способности (85 до 95%) и веома ниску емисивност (4 до 5%)
• 8) Веома је мекан и дуктилан због чега има веома добра производна својства.

Неке од примена у којима се генерално користи чисти алуминијум су у електричним проводницима, материјалима за ребра радијатора, јединицама за климатизацију, оптичким и светлосним рефлекторима и фолији и материјалима за паковање.

Упркос горе наведеним корисним применама, чисти алуминијум се не користи широко због следећих проблема:

• 1) Има ниску затезну чврстоћу (65 МПа) и тврдоћу (20 БХН)
• 2. Веома је тешко заварити или лемити.

Механичка својства алуминијума могу се значајно побољшати легирањем. Главни коришћени легирајући елементи су бакар, манган, силицијум, никл и цинк.

Алуминијум и бакар формирају хемијско једињење ЦуАл2. Изнад температуре од 548 Ц потпуно се раствара у течном алуминијуму. Када се ово угаси и вештачки одлежи (продужено држање на 100 - 150Ц), добија се очврсла легура. ЦуАл2, који није одлежао, нема времена да се исталожи из чврстог раствора алуминијума и бакра и стога је у нестабилном положају (суперзасићен на собној температури). Процес старења таложи веома фине честице ЦуАл2, што узрокује јачање легуре. Овај процес се назива очвршћавање раствором.

Остали коришћени легирајући елементи су до 7% магнезијума, до 1,5% мангана, до 13% силицијума, до 2% никла, до 5% цинка и до 1,5% гвожђа. Поред њих, у малим процентима се могу додати и титанијум, хром и колумијум. Састав неких типичних легура алуминијума који се користе за трајно ливење и ливење под притиском дат је у табели 2. 10 са њиховом применом. Механичка својства која се очекују од ових материјала након ливења помоћу трајних калупа или ливења под притиском приказана су у табели 2.1.

2. Бакар

Слично алуминијуму, чисти бакар такође налази широку примену због својих следећих својстава

• 1) Електрична проводљивост чистог бакра је висока (5,8 к 105 /охм/цм) у свом најчистијем облику. Свака мала нечистоћа драстично смањује проводљивост. На пример, 0,1% фосфора смањује проводљивост за 40%.
• 2) Има веома високу топлотну проводљивост (0,92 цал/цм/Ц)
• 3) То је тешки метал (специфична тежина 8,93)
• 4) Може се лако спојити лемљењем
• 5) Отпоран је на корозију,
• 6) Има пријатну боју.

Чисти бакар се користи у производњи електричних жица, сабирница, преносних каблова, цеви за фрижидере и цевовода.

Механичка својства бакра у свом најчистијем стању нису баш добра. Мека је и релативно слаба. Може се профитабилно легирати ради побољшања механичких својстава. Главни коришћени легирајући елементи су цинк, калај, олово и фосфор.

Легуре бакра и цинка називају се месинги. Са садржајем цинка до 39%, бакар формира једнофазну (α-фазу) структуру. Такве легуре имају високу дуктилност. Боја легуре остаје црвена до садржаја цинка од 20%, али након тога постаје жута. Друга структурна компонента која се зове β-фаза појављује се између 39 до 46% цинка. То је заправо интерметално једињење ЦуЗн које је одговорно за повећану тврдоћу. Чврстоћа месинга се додатно повећава када се додају мале количине мангана и никла.

Легуре бакра са калајем називају се бронзама. Тврдоћа и чврстоћа бронзе се повећавају са смањењем садржаја калаја. Дуктилност се такође смањује са повећањем процента калаја изнад 5. Када се такође дода алуминијум (4 до 11%), добијена легура се назива алуминијум бронза, која има знатно већу отпорност на корозију. Бронзе су релативно скупе у поређењу са месингом због присуства калаја који је скуп метал.

3. Остали обојени метали

Цинк

Цинк се углавном користи у инжењерству због ниске температуре топљења (419,4 Ц) и веће отпорности на корозију, која се повећава са чистоћом цинка. Отпорност на корозију је узрокована формирањем заштитног оксидног премаза на површини. Главна примена цинка је у галванизацији за заштиту челика од корозије, у штампарској индустрији и ливењу под притиском.

Недостаци цинка су јака анизотропија која се испољава у деформисаним условима, недостатак димензионалне стабилности у условима старења, смањење ударне чврстоће на нижим температурама и подложност интергрануларној корозији. Не може се користити за рад на температурама изнад 95.Ц јер ће узроковати значајно смањење затезне чврстоће и тврдоће.

Његова широка употреба у ливењу под притиском је зато што захтева нижи притисак, што резултира дужим веком трајања калупа у поређењу са другим легурама за ливење под притиском. Даље, има веома добру обрадивост. Завршна обрада добијена ливењем под притиском је често адекватна да оправда било какву даљу обраду, осим уклањања блица присутне у равни раздвајања.

Магнезијум

Због своје мале тежине и добре механичке чврстоће, легуре магнезијума се користе при веома великим брзинама. За исту крутост, легуре магнезијума захтевају само 37,2% тежине челика Ц25 чиме се штеди на тежини. Два главна коришћена легирајућа елемента су алуминијум и цинк. Легуре магнезијума могу бити ливене у песку, трајне ливене калупе или ливене под притиском. Особине компонената легуре магнезијума ливених у песак су упоредиве са особинама трајних ливених или ливених компоненти под притиском. Легуре за ливење под притиском генерално имају висок садржај бакра како би им се омогућило да буду направљене од секундарних метала како би се смањили трошкови. Користе се за израду аутомобилских точкова, кућишта радилице итд. Што је већи садржај, већа је механичка чврстоћа легура кованих магнезијумом као што су ваљане и коване компоненте. Легуре магнезијума могу се лако заварити већином традиционалних процеса заваривања. Веома корисна особина легура магнезијума је њихова висока обрадивост. Они захтевају само око 15% снаге за машинску обраду у поређењу са челиком са ниским садржајем угљеника.